JP2014123082A - 回折格子 - Google Patents

Abstract

【課題】高反射率のリトロミラー、３、４ポート素子の提供。
【解決手段】周期構造１０は、１周期において、ｘ軸の負の向きに沿って、第１領域１１と、第１領域１１の幅よりも広い第２領域１２と、第１領域１１及び第２領域１２の屈折率よりも小さい第１領域１１と第２領域１２との間の第１スペーサ領域１３と、第１領域１１及び第２領域１２の屈折率よりも小さくｘ軸方向の幅が第１スペーサ領域１３よりも狭い第２スペーサ領域１４とを有する。入射角が５°以上、８０°以下の範囲で、第１方向であってｘ軸の正から負の向きに、周期構造１０の表面に光を入射させた時に、反射して第１方向の側であってｘ軸の正の向きに向かう−１次反射光の反射率を、第２方向であってｘ軸の負の向きに向かう０次反射光の反射率、屈折して第３方向であってｘ軸の負の向きに向かう０次透過光及び第４方向であってｘ軸の正の向きに向かう−１次透過光の透過率に比べて、大きい。
【選択図】図１

Description

本発明は、分光器、パルス整形器、レーザ共振器、光通信用マルチプレクサなどに用いられる反射型回折格子に関する。

最近、基板上にリッジと溝の周期構造を形成した透過型の回折格子が知られている。下記特許文献１によると、石英ガラス上に、ＴｉＯ₂ の単一幅のリッジと単一幅の溝との周期構造を配設した回折格子が知られている。この回折格子の面に垂直に光を入射させた場合に、垂直に透過する０次の透過光を０として、水平方向に屈折させる１次の透過光を得ることができる。また、０次の透過を０として、所定角に屈折する光を大きくするために、１周期に占めるリッジの割合と溝の深さが決定されている。

また、非特許文献１においては、単一幅のリッジとギャップとの周期構造における透過型回折格子において、回折格子の入射面の法線に対して所定角で入射する光のリッジ内の水平方向及び垂直方向の電界分布の解析手法が開示されている。そして、リッジの周期構造の配列方向の電磁界分布に関する２つのモードの波の基板に垂直な方向に進行した時の位相差により、０次の透過光と−１次の透過光との強度を変化させることができるとしている。この位相差は、溝の深さにより決定できる。０次の透過光は、基板と同じ屈折率を有した平板に光が入射した時に屈折する方向の光であり、−１次の透過光は入射光の側に屈折する光である。

また、下記非特許文献２においては、ＳｉＯ₂ 基板上に、ＴｉＯ₂ から成る幅の狭いリッジ、空気から成る幅の広い溝、幅の広いリッジ、幅の狭い溝との配設を１周期とする周期構造を基板上に配設した透過型回折格子が開示されている。この回折格子では、回折格子の入射面に垂直に入射した光について、法線の両側に屈折する１次の透過光と−１次の透過光の強度が解析されている。これによると、リッジの周期の方向（ｘ軸方向）の電磁界分布に関する３つのモードのそれぞれの溝の深さ方向に進行する光の合成により１次の透過光と−１次の透過光の強度が決定される。そして、垂直入射に対して、屈折効率９７％の１次の透過光が得られ、０次の透過光、−１次の透過光は、実質的に０とすることができる。また、この回折格子に対して裏面側の３方向から入射された光の反射と０次の透過との関係が開示されている。この原理を用いた入出力に対して非対称な４ポート素子が開示されている。

また、特許文献２には、非特許文献２の透過型回折格子を用いた、入出力に対して非対称な４ポート素子が開示されている。

一方、反射型回折格子として、下記特許文献３の素子が知られている。これによると、入射光を体積ホログラムにより回折させて、その裏面にあるミラーで反射させて、入射光の側に反射させるリトロマウント構造が知られている。

特開２０１１−１２８６１９ 特開２０１２−４２９５５ 特開２０１１−１９７３５１

T. Clausnitzer, T. Kampfe, E.-B. Kley, A. Tunnermann, U. Peschel, A. V. Tishchenko, and O. Parriaux,"An intelligible explanation of highly-efficient diffraction in deep dielectric rectangular transmission gratings, " Opt. Express 13, 10448 (2005). H. Iizuka, N. Engheta, H. Fujikawa, K. Sato, and Y. Takeda,"Role of propagating modes in a double-groove grating with a +1st-order diffraction angle larger than the substrate-air critical angle," Opt. Lett. 35, 3973 (2010).

ところが、反射型の回折格子の場合には、回折格子を透過した光を、金属や誘電体多層膜による反射膜により光の入射側に反射させる構造である。金属を用いた場合、光の一部が反射膜で吸収され、反射効率が１００％にはなり得ない。また、強い光を用いる場合は光吸収により回折格子の損傷につながる。また、誘電体多層膜による反射膜を用いるためには、誘電体層を何度にも分けて製膜する必要があり、部品点数が増加し製造コストが増大する。

本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は誘電率の異なる周期構造だけで、法線に対して斜めから入射した光に対して、法線に対してその入射方向の側に反射する−１次反射光の反射率を実質上１にできる回折格子を提供することである。また、他の目的は、入出力に対して非対称特性を有した３又は４ポート素子を実現することである。

第１の発明は、基板上に、基板面上に原点と任意の１軸方向にｘ軸をとり、基板面に垂直な外向きを正とするｚ軸をとるとき、ｘ軸の方向に屈折率が周期的に変化し、ｚ軸の正の向きに高さを有する周期構造を有した回折格子において、周期構造は、１周期において、少なくとも、ｘ軸の負の向きに沿って、ｘ軸の方向に幅を有した第１領域と、ｘ軸の方向の幅が第１領域の幅よりも広い第２領域と、屈折率が第１領域及び第２領域の屈折率よりも小さく第１領域と第２領域との間の第１スペーサ領域と、屈折率が第１領域及び第２領域の屈折率よりも小さくｘ軸方向の幅が第１スペーサ領域の幅よりも狭く、第２領域のｘ軸の負の側に隣接する第２スペーサ領域とを有し、基板面の法線に対する入射角が５°以上、８０°以下の範囲で、第１方向であってｘ軸の正から負の向きに、周期構造の表面に光を入射させた時に、反射して法線に対して第１方向の側であってｘ軸の正の向きに向かう−１次反射光の反射率を、反射して第２方向であってｘ軸の負の向きに向かう０次反射光の反射率、屈折して第３方向であってｘ軸の負の向きに向かう０次透過光の透過率、屈折して第４方向であってｘ軸の正の向きに向かう−１次透過光の透過率に比べて、大きくしたことを特徴とする回折格子である。

詳細は、後述するが、図１に示すような屈折率に関する周期構造を形成して、幅の狭い第１領域−幅の広い第１スペーサ領域−幅の広い第２領域−幅の狭い第２スペーサ領域のの順の配列方向に進行する成分を有する光を周期構造の表面から入射させた時に、法線に対して入射側に反射する−１次反射光の反射率を、０次反射光の反射率、０次透過光及び−１次透過光の透過率よりも大きくすることができる。なお、第１領域及び第２領域の屈折率は第１スペーサ領域及び第２スペーサ領域の屈折率よりも大きい。本発明では周期構造の表面に対して斜め方向から光を入射させることが特徴である。

法線に対して５°以上、８０°以下の角度範囲で、光を入射させる。この場合に、光の入射面は、周期構造の配列方向に平行とする。これにより、入射光は、周期構造の配列方向の成分を有する。周期構造の設計上は、このような方向からの入射光を前提としているが、使用時には、光の入射面は、必ずしも、周期構造の配列方向に平行である必要はない。光の入射面を周期構造の配列方向に平行にする場合が、最も効率高く−１次反射光を得ることができる。また、−１次反射光の進行の向きは、第１方向と同一方向であって反対の向きが典型的な場合（リトロマウント）であるが、一般的には、法線に対して第１方向の側に進行する向きである。したがって、本発明は、反射角と入射角とが同一である必要はない。すなわち、本発明は、入射光と反射光との光軸が一致している場合と、一致していない場合とを含む。例えば、入射角６０°に対して−１次反射光の反射角が５０°である場合も本発明に含まれる。また、−１次反射光の反射角は、波長に依存する。

また、入射角が５°より小さい場合、８０°よりも大きい場合には、−１次反射光の反射率が低下するので、この範囲が望ましい。また、入射角が５°よりも小さくなると、可視光、近赤外光領域の波長に対してリトロマウント条件を満たす周期構造の周期が長くなりすぎるので望ましくない。また、入射角は１０°以上８０°以下が望ましく、さらに、望ましくは２５°以上、８０°以下が望ましい。また、１周期において、少なくとも第１領域、第２領域、第１スペーサ領域、第２スペーサ領域が存在すれば良く、領域とスペーサ領域との組が３組以上存在していても良い。

本発明において、第１領域の幅、第２領域の幅、第１スペーサ領域の幅、第２スペーサ領域の幅、周期構造の高さは、周期構造の実効屈折率、入射光の波長、入射角に対して、周期構造のｘ軸の方向の電界分布に関する各ｘ軸モードに対して、ｚ軸の正の方向に伝搬するアップモードと、アップモードと振幅が等しく位相が異なるｚ軸の負の方向に伝搬するダウンモードとの２つの共振モードが存在するように設定されている。周期構造にはｚ軸方向において、周期構造の表面と、周期構造と基板との界面との間での多重反射によりｚ軸の正方向に進行する電磁波（アップモード）とｚ軸の負方向に進行する電磁波（ダウンモード）との合成による共振状態の定在波が形成される。また、ｘ軸方向の電磁波の分布は、周期構造に応じた複数のｘ軸モードが存在する。この各ｘ軸モード毎に、アップモードとダウンモードとの振幅が等しく、位相が異なるように、周期構造の幅、周期、高さが設定されている。周期構造と基板との界面においては、アップモードとダウンモードの位相差をπとし、周期構造の表面（入射面）においては、それらの位相差をπ／４とするように設計されている。

本発明において、ｘ軸モードは、直交関係にある０次モードと１次モードとの２つのモード又は３つ以上のモードのそれぞれに対して、アップモードとダウンモードとの２つのモード、合計少なくとも４つのモードを存在させることが望ましい。すなわち、０次モードと１次モードとの２つのモードを考慮する場合には、合計４つのモードを存在させることが望ましい。リトロマウント構造の場合には、低次のモードとして、周期構造の周期の２倍を１周期とする０次モード、１次モードを考慮しても良い。

本発明において、−１次反射光の反射率は、７０％以上とするのが望ましい。望ましくは８０％以上、さらに、望ましくは９０％以上、最も望ましくは９５％以上とする。設計上は設計波長に対して、９９．８％以上、実質上１００％が得られる。さらに、望ましくは、０次反射光、０次透過光、−１次透過光の強度が、実質上、０となるように、４つ以上のモードが干渉するように周期構造が設計されていることが望ましい。

また、本発明においては、後述するが、図８に示すように、４つの第１〜第４方向＃１〜＃４から光を入射させた場合に、特徴的な光出力関係が存在する。第１点は、上記したように第１方向＃１から光を入射させた場合に、法線に対して第１方向の側に反射される−１次反射光の反射率を実質上、１００％とすることができる。

第２点は、第２方向＃２から光を入射させた場合の特性である。すなわち、第２方向であってｘ軸の負から正の向きに、周期構造の表面に光を入射させた時には、屈折して第３方向であってｘ軸の負の向きに向かう−１次透過光の透過率が、屈折して第４方向であってｘ軸の正の向きに向かう０次透過光の透過率、反射して第１方向であってｘ軸の正の向きに向かう０次反射光の反射率、反射して法線に対して第２方向の側であってｘ軸の負の向きに向かう−１次反射光の反射率に比べて、大きい。

第３点は、第４方向＃４から光を入射させた場合の特性である。すなわち、周期構造と基板との界面からの周期構造に光が入射する場合において、第４方向であってｘ軸の正から負の向きに向けて、界面に光を入射させた時に、反射して法線に対して第４方向の側であってｘ軸の正の向きに向かう−１次反射光の反射率が、反射して第３方向であってｘ軸の負の向きに向かう０次反射光の反射率、屈折して第１方向であってｘ軸の正の向きに向かう−１次透過光の透過率、屈折して第２方向であってｘ軸の負の向きに向かう０次透過光の透過率に比べて、大きい。

第４点は、第３方向＃３から光を入射させた場合の特性である。すなわち、周期構造と基板との界面からの周期構造に光が入射する場合において、第３方向であってｘ軸の負から正の向きに向けて、界面に光を入射させた時に、屈折して第２方向であってｘ軸の負の向きに向かう−１次透過光の透過率が、屈折して第１方向であってｘ軸の正の向きに向かう０次透過光の透過率、反射して第４方向であってｘ軸の正の向きに向かう０次反射光の反射率、反射して法線に対して第３方向の側であってｘ軸の負の向きに向かう−１次反射光の反射率に比べて、大きい。
本発明の回折格子は、周期構造の表面からの２方向の入射、裏面（基板との界面）からの２方向の入射の合計４方向からの入射に対して、非対称な出力特性を有する。

本発明において、周期構造の第１領域及び第２領域は同一材料、第１スペーサ領域及び第２スペーサ領域は同一材料で形成されていることが望ましい。もちろん、第１領域と第２領域とを屈折率の異なる別材料としても良く、第１スペーサ領域と第２スペーサ領域とを屈折率の異なる別材料としても良い。また、材料の一例として、周期構造の第１領域及び第２領域は、シリコン、又は、酸化チタンから成ることが望ましい。また、基板材料の一例として、酸化シリコンを用いることが望ましい。第１領域及び第２領域をシリコンとした場合には、ＳＯＩ基板を用いることができる。

周期構造の第１領域及び第２領域の高さは等しいことが望ましい。もちろん、異なっていても良い。第１スペーサ領域及び第２スペーサ領域は、真空、空気又は誘電体とすることが望ましい。誘電体で充填することで、周期構造を機械的及び化学的に保護することができる。周期構造の第１領域及び第２領域の誘電率は、基板の誘電率よりも大きいことが望ましい。周期構造の第１領域と第２領域とは、材料又は高さが異なるっていても良い。周期構造は、基板上に形成された面状の層をエッチングして形成されていることが望ましい。周期構造の形成にはナノ加工を用いることができる。

本発明の回折格子は、上記したように、４方向からの光の入射に対して特徴ある非対称性を有している。したがって、この特性を用いた様々な応用装置が考えられる。例えば、上記構造の回折格子と、周期構造に入射させる光の向きを反射により反転させる可動ミラーとを有し、反転により光の透過をオンオフ制御する光スイッチを実現することができる。すなわち、第１方向から光を入射させた場合には、法線に対して第１方向の側に光を実質上１００％反射させるので、この素子はオフ状態となる。可動ミラーを微小移動させて、同一方向からの入射光を反射させて第２方向から周期構造に入射させた場合には第３方向に透過するので、この素子はオン状態となる。このように可動ミラーをゲートとする光スイッチを実現することができる。

また、上記の周期構造が基板上の一部の領域に形成され、他の領域には形成されていない回折格子と、他の領域の基板の表面に第２方向から光を入射させ基板の裏面で反射させて、その反射光を、周期構造と基板との界面に第３方向から周期構造に入射させて、第２方向に−１次透過光を得て、−１次透過光を反射させるミラーとを有する像面変換装置を実現することができる。これにより反転像が得られる。

また、上記の周期構造を有する第１周期構造と、第１周期構造に対して配列の向きが反対の向きを有した第２周期構造とが、基板上に配列された回折格子と、第１反射面とその裏面の第２反射面とを有したミラーであって、光を第１反射面により反射させて第１周期構造の第２方向から光を入射させるミラーと、を有し、第１周期構造の第３方向に出力される−１透過光を基板の裏面で反射させて、その反射光を、第２周期構造と基板との界面に第２周期構造の第３方向から第２周期構造に入射させて、第２周期構造の第２方向に−１次透過光を得て、−１次透過光をミラーの第２反射面により反射させることにより、像面変換装置を実現することができる。

上述したように、本発明の回折格子によれば、入射角が５°以上、８０°以下の範囲で、第１方向であって、幅の狭い第１領域−幅の広い第１スペーサ領域−幅の広い第２領域−幅の狭い第２スペーサ領域の順に向かう配列方向の成分を有する向きに光を周期構造の表面から入射させた時に、法線に対して同一方向の側に反射する−１次反射光の反射率を、０次反射光の反射率、０次透過光及び−１次透過光の透過率よりも大きくすることができることを、本発明者らは初めて見い出した。したがって、本発明の回折格子は反射膜を用いることなく、−１次反射光を得ること、すなわち、リトロミラーとすることができる。また、上記したように、４方向からの光の入射に対して、非対称な出力特性を得ることができるので、３又は４ポート素子として、本発明の回折格子を用いることができる。

本発明の具体的な一実施例に係る実施例１の回折格子を示した構成図。 同実施例１の回折格子の反射率及び透過率の波長特性。 本発明の原理を説明する説明図。 実施例１に係る回折格子における−１次反射光を合成する４モードの結合係数を示した説明図。 実施例１に係る回折格子における０次反射光を合成する４モードの結合係数を示した説明図。 実施例１に係る回折格子における−１次透過光を合成する４モードの結合係数を示した説明図。 実施例１に係る回折格子における０次透過光を合成する４モードの結合係数を示した説明図。 実施例１に係る回折格子を４ポート素子とした構成図。 本発明の具体的な一実施例に係る実施例２の回折格子を示した構成図。 実施例２の回折格子の反射率及び透過率の波長特性。 実施例３に係る光スイッチの構成図。 実施例４に係る誘電率測定装置の構成図。 実施例５に係る鏡像反転装置の構成図。 実施例６に係る鏡像反転装置の構成図。 実施例７に係る形状変形測定装置の構成図。

以下、本発明の具体的な実施例について図を参照して説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。

実施例１に係る反射型回折格子１の構成を図１に示す。ＳｉＯ₂ から成る誘電体基板２０の基板面２０ａ上に、Ｓｉから成る周期構造１０が形成されている。基板面２０ａ上にｏ−ｘｙｚ直交座標系をとる。周期構造１０は、ｘ軸の負の向きに沿って、幅Ｗ₁ のリッジから成る第１領域１１、エアギャップから成る幅ｄ₁ の第１スペーサ領域１３、幅Ｗ₁ より幅の広い幅Ｗ₂ を有したリッジから成る第２領域１２、幅ｄ₁ よりも幅の狭い幅ｄ₂ を有したエアギャップから成る第２スペーサ領域１４の配列を１周期とする周期構造である。なお、第２スペーサ領域１４は第２領域１２と、次の周期の第１領域１１ａとの間の領域である。

本反射型回折格子１は、入射光に対して、−１次反射光（入射光の方向に反射する反射光）を得るリトロミラーを構成している。本実施例では、入射光の波長λは１５５０ｎｍ、第１領域１１の幅Ｗ₁ は２００ｎｍ、第２領域１２の幅Ｗ₂ は３００ｎｍ、第１スペーサ領域１３の幅ｄ₁ は２８５ｎｍ、第２スペーサ領域１４の幅ｄ₂ は１１０ｎｍ、１周期ｐは８９５ｎｍ、周期構造１０の高さｈ_g は、１０３０ｎｍである。また、第１領域１１の幅の中心線と第２領域１２の幅の中心線との間隔ｄは、３６０ｎｍである。第１領域１１及び第２領域１２の材質はシリコン（Ｓｉ）、誘電体基板２０の材質は酸化シリコン（ＳｉＯ₂ ）、第１スペーサ領域１３及び第２スペーサ領域１４の材質は空気である。

上記の構造の回折格子１は、製作が容易である。それは、元となる基板として今日頻繁に産業界で用いられているＳＯＩ（Silicon on insulator）基板を用いることができるためである。また、周期構造の製作においては、ＭＥＭＳの製作でよく用いられるボッシュプロセスにより高アスペクト比の構造を精度よく製作することができる。また、下側がボッシュプロセスによって破壊されない酸化シリコンの基板であるため、エッチングストップのための終点検出の必要なくウエハ全体で均一に周期構造１０を製作することができる。なお、第１スペーサ領域１３、第２スペーサ領域１４の材料は空気としたが、屈折率の小さい誘電体で充填されていても良いし、回折格子１を別の入射光に対して透明な容器に入れて真空としても良い。

次に本発明の原理について説明する。直交座標系ｏ−ｘｙｚは、図１に示すようにとる。入射光Ｌ_inはｘ軸の正から負の向きに向かい、入射角θ_inで入射する。この方向を第１方向とする。入射面はｘｚ面に平行である。したがって、入射光Ｌ_inは−ｘ、−ｚ方向に進行する。また、周期構造１０からの反射光であって、入射光Ｌ_inのｘ軸方向の進行側（負方向）の第２方向に反射する光を０次反射光ＬＲ₀ 、入射光Ｌ_inのｘ軸方向の進行側とは反対側（入射側、ｘ軸正方向）の第１方向に反射する光を−１次反射光ＬＲ_-1とする。また、屈折して基板２０と周期構造１０との界面である基板表面２０ａから基板２０側への透過光であって、入射光Ｌ_inのｘ軸方向の進行側（負方向）の第３方向に透過する光を、０次透過光ＬＴ₀ 、入射光Ｌ_inのｘ軸方向の進行側とは反対側（入射側、ｘ軸正方向）の第４方向に透過する光を−１次透過光ＬＴ_-1とする。

ｐ偏光の入射光のｙ成分磁界Ｈ_y について、次の（１）が成立する。（１）式が成立すれば、周期構造１０内におけるｙ成分磁界Ｈ_y について、ｘに関する関数Ｘ（ｘ）とｚに関する関数Ｚ（ｚ）とに変数分離可能であるので、（２）式が成立する。したがって、Ｚ（ｚ）、Ｘ（ｘ）のそれぞれについてマックスウエルの方程式から、次の（３）式、（４）式が、それぞれ、成立する。

ただし、ｉは、第１領域１１、第１スペーサ領域１３、第２領域１２、第２スペーサ領域１４を区別する変数である。ｋ_i,x はｘ軸方向の領域ｉでの波数である。

（３）式のモードｍの固有関数Ｚ_m （ｚ）の一般解は、次の（５）式で与えられる。

ただし、Ｃ、Ｄは、Ｚ＝０での初期位相を含む複素数である。

また、各領域ｉ毎の（４）式の固有関数Ｘ_i （ｘ）の一般解は（６）式で表される。

ただし、ｘ' は、各領域ｉの左端でｘ' ＝０となるように正規化されたｘ座標である。（６）式のｋ_i,x は、第１スペーサ領域１３及び第２スペーサ領域１４においてはα、リッジである第１領域１１及び第２領域１２においてはβである。α、βについて、第１領域１１と第１スペーサ領域１３との界面、第１スペーサ領域１３と第２領域１２との界面、第２領域１２と第２スペーサ領域１４との界面におけるｙ成分磁界Ｈ_y の連続性から、次の（７）式が成立する。

ここで、

である。
ただし、ｋ₀ は自由空間での波数、θ_inは入射角、ｎ_eff はｋ_z ＝ｋ₀ｎ_eff で定義される有効屈折率である。ｋ_mzはモードｍのｚ軸方向の波数であり、第１、第２領域１１、１２、第１、第２スペーサ領域１３、１４には依存ぜず、同一値である。また、ｎ_g は第１領域１１、第２領域１２のリッジの屈折率であり、第１スペーサ領域１３と第２スペーサ領域１４とは共に空気であるので、屈折率は１である。また、α、βは、（６）式のｋ_i,x である。αは、スペーサ領域での波数のｘ成分、βはリッジでの波数のｘ成分である。

本発明では、（７）式の右辺が−１、すなわち、ｋ₀ ｐｓｉｎ（θ_in）＝πの関係（リトロマウント条件）を満たすように、入射光の自由空間波長λ₀ に対して入射角θ_inと周期ｐが決定されている。そして、（７）式の右辺が−１になるように、幅ω₁ 、ω₂ 、ｄ₁ 、ｄ₂ の組合わせが決定される。この条件が満たされる時に、−１次反射光は反射角が−θ_in、すなわち、入射光と同一経路で反射される。

次に、基板２０と周期構造１０との界面である基板表面２０ａ（ｚ＝０の面）において、各ｍモード（ｘ軸モード）のアップモードとダウンモードの合成から、ｎ次透過光の透過率Ｔ_n は、次の（９）式で表される。

ただし、Ｃ⁺ _T,mnは、ｍ−アップモード（ｚ軸の正方向に伝搬するｘ軸ｍモード）が、ｎ次透過光に寄与する結合係数である。Ｃ^- _T,mnは、ｍ−ダウンモード（ｚ軸の負方向に伝搬するｘ軸ｍモード）が、ｎ次透過光に寄与する結合係数である。また、Ｃ⁺ _T,mn＝Ｆ_mnＡ⁺ _m であり、Ｃ^- _T,mn＝Ｆ_mnＡ^- _m である。ただし、Ｆ_mnＡ⁺ _m 、Ｆ_mnＡ^- _m は、（１）式の入射光強度Ｈ₀ を１に規格化した値である。また、Ａ⁺ _m は、Ｚ＝０におけるｍ−アップモードのＺ成分の規格化振幅であり、Ａ^- _m は、Ｚ＝０におけるｍ−ダウンモードのＺ成分の規格化振幅である。すなわち、Ａ⁺ _m 、Ａ^- _m は、それぞれ、（５）式におけるＣ、Ｄのことである。本発明では、Ｃ⁺ _T,mn＝−Ｃ^- _T,mn、したがって、Ａ⁺ _m ＝−Ａ^- _m を満たすように、周期構造１０の高さｈ_g が設定される。この条件の場合に、各ｎ次透過光の透過率を、Ｔ_n ＝０とすることができる。

次に、周期構造１０の表面（入射面、ｚ＝ｈ_g ）における電磁波を考える。ｚ＝０においてＡ⁺ _m のアップモードのｙ成分磁場Ｈ_y は、ｚ＝ｈ_g において、ｅｘｐ（ｊΛ_m ｈ_g ）の位相回転を受ける。同様に、ｚ＝０においてＡ^- _m のダウンモードのｙ成分磁場Ｈ_y は、ｚ＝ｈ_g において、ｅｘｐ（−ｊΛ_m ｈ_g ）の位相回転を受ける。したがって、ｚ＝ｈ_g における各ｍモード（ｘ軸モード）毎のアップモードとダウンモードの電磁波の合成から、ｎ次反射光の反射率Ｒ_n は、次の（１０）式で表される。

ただし、Ｃ⁺ _R,mnは、ｍ−アップモード（ｚ軸の正方向に伝搬するｘ軸ｍモード）が、ｎ次反射光に寄与する結合係数である。Ｃ^- _R,mnは、ｍ−ダウンモード（ｚ軸の負方向に伝搬するｘ軸ｍモード）が、ｎ次反射光に寄与する結合係数である。また、Λ_m は、各ｍモードの波数のｚ成分であり、（５）式のｋ_mzのことである。

また、（９）式、（１０）式のＦ_mnは、次の（１１）式で表され、各モード成分のｎ次透過光、ｎ次反射光への結合を表している。

リトロマウント条件を満たす時には、ｓｉｎ（θ_in）＝λ₀ ／（２ｐ）が成立するので、（１１）式の指数関数は、ｅｘｐ｛［（−ｊλ₀ ／（２ｐ）］ｘ｝となる。
（９）式において、Ｔ_n ＝０とする条件は、すなわち、周期構造１０と基板２０の界面において、各ｍモードについてアップモードとダウンモードの振幅が等しく、位相差をπとする条件である。そして、（１０）式により周期構造１０の入射面（Ｚ＝ｈ_g ）において、Ｒ_-1を１とする条件は、各ｍモードについてアップモードとダウンモードの振幅が等しく、位相差がπ／２となることである。Λ_m は、有効屈折率ｎ_eff により決定されるので、入射角θ_in、第１及び第２領域の屈折率、第１及び第２スペーサ領域の屈折率により決定される。よって、これらの既知の屈折率から、第１領域及び第２領域の高さｈ_g を決定することができる。

図３は、各モードｍのアップモードとダウンモードとから、ｎ次の透過光、ｎ次反射光が合成される概念を示した図である。０モード−ダウンモード、０モード−アップモード、１モード−ダウンモード、１モード−アップモードの４つのモードとから、−１次反射光ＬＲ_-1、０次反射光ＬＲ₀ 、−１次透過光ＬＴ_-1、０次透過光ＬＴ₀ が、上記の説明により得られる。

また、合成により、−１次反射光ＬＲ_-1を得るための（１０）式の結合係数Ｃ⁺ _R,mn、Ｃ^- _R,mnをｍ＝０，１、ｎ＝−１について表すと図４のようになる。４つの結合係数（複素数）の合成の絶対値が−１次反射光の反射率を表している。合成値は、ほぼ、単位円上に位置し、−１次の反射光の反射率が大きいことがわかる。すなわち、０モード−アップモードと０モード−ダウンモードとの位相差がπ／２、１モード−アップモードと１モード−ダウンモードとの位相差がπ／２であり、それぞれの合成値の位相差がπ／２であることから、４つのモードの合成が大きくなっている。

また、合成により、０次反射光ＬＲ₀ を得るための（１０）式の結合係数Ｃ⁺ _R,mn、Ｃ^- _R,mnをｍ＝０，１、ｎ＝０について表すと図５のようになる。４つの結合係数（複素数）の合成に入射光の強度Ｉ_in（＝−１）を加えた絶対値が０次反射光の反射率を表している。合成値は、ほぼ、単位円の原点に位置し、０次反射光の反射率は実質上、０であることがわかる。この場合には、４つのモードの合成が、入射光と逆位相となるので、０次反射光は０となっている。

また、合成により、−１次透過光ＬＴ_-1を得るための（９）式の結合係数Ｃ⁺ _T,mn、Ｃ^- _T,mnをｍ＝０，１、ｎ＝−１について表すと図６のようになる。４つの結合係数（複素数）の合成の絶対値が−１次透過光の透過率を表している。合成値は、ほぼ原点に位置し、透過率は実質上、０であることがわかる。すなわち、０モード−アップモードと０モード−ダウンモードとの位相差がπ、１モード−アップモードと１モード−ダウンモードとの位相差がπであるので、それぞれの合成が０となることから、４つのモードの合成も０となることが理解される。

また、合成により、０次透過光ＬＴ₀ を得るための（９）式の結合係数Ｃ⁺ _T,mn、Ｃ^- _T,mnをｍ＝０，１、ｎ＝０について表すと図７のようになる。４つの結合係数（複素数）の合成の絶対値が０次透過光の透過率を表している。合成値は、ほぼ原点に位置し、透過率は実質上、０であることがわかる。この場合も−１次透過光と同様に、０モード−アップモードと０モード−ダウンモードとの位相差がπ、１モード−アップモードと１モード−ダウンモードとの位相差がπであるので、それぞれの合成が０となることから、４つのモードの合成も０となることが理解される。

次に、−１次反射光ＬＲ_-1、０次反射光ＬＲ₀ の反射率、−１次透過光ＬＴ_-1、０次透過光ＬＴ₀ の透過率の波長依存特性を図２に示す。周期構造１０の設計時の入射光の波長λ₀ ＝１５５０ｎｍにおいて、−１次反射光ＬＲ_-1の反射率は実質上１、０次反射光ＬＲ₀ の反射率及び−１次透過光ＬＴ_-1、０次透過光ＬＴ₀ の透過率は、実質上０であることがわかる。なお、周期構造１０を構成するシリコン（Ｓｉ）と、基板２０を構成する酸化シリコン（ＳｉＯ₂ ）の誘電率は共に１５５０ｎｍ波長帯域において、実数であることから、損失なく反射させることができる。

上記の説明では入射光は、ｐ偏光として説明したが、ｓ偏光についても、ｙ成分磁界Ｈ_y をｙ方向電界Ｅ_y として、境界条件をｙ方向電界Ｅ_y に関する境界条件とすれば、上記（１）式〜（１１）式は、そのまま成立する。上記（１）式〜（１１）式は、ｙ方向電界Ｈ_y 、ｙ方向電界Ｅ_y とについて成立するのであるから、入射光が、任意角での直線偏光、円偏光、楕円偏光であっても、上記の原理は成立する。

次に、本実施例の回折格子１を４つの入出力ポートを有する分岐素子とした場合について説明する。図１に示す回折格子１において、図８に示すように、入射角θ_inで入射光Ｌ_inを導入するポート＃１、０次反射光ＬＲ₀ が出力される角度位置にポート＃２、０次透過光ＬＴ₀ が出力される角度位置にポート＃３、−１次透過光ＬＴ_-1が出力される角度位置にポート＃４を設ける。

ポート＃１から光を入射させた場合のポート＃２、＃３、＃４から出力される光の強度は上述した通りである。今、任意の一つのポートから光を入射させて、他の３つのポートから出力される光の強さ（入射光強度に対する割合％）を求めた。その結果を表１に示す。

ポート＃１から入射した光は、９９．８％がポート＃１から−１次反射光として出力される。ポート＃２から出力される０次反射光は０．１％である。ポート＃３から出力される０次透過光は０．１％である。ポート＃４から出力される−１次透過光は０％である。

一方、ポート＃２から入射した光は、９８．５％がポート＃３から−１次透過光として出力される。ポート＃１から出力される０次反射光は０％であり、ポート＃２から出力される−１次反射光は０．５％であり、ポート＃４から出力される０次透過光は１％である。

また、ポート＃３から入射した光は、９８．５％がポート＃２から−１次透過光として出力される。ポート＃１から出力される０次透過光は０％であり、ポート＃３から出力される−１次反射光は１％であり、ポート＃４から出力される０次反射光は０．５％である。

さらに、ポート＃４から入射した光は、９７．６％がポート＃４から−１次反射光として出力される。ポート＃１から出力される−１次透過光は０％であり、ポート＃２から出力される０次透過光は１．２％であり、ポート＃３から出力される０次反射光は１．２％である。

以上のように、光の伝搬に関して異方性を有する理由は次の通りである。幅の狭い第１領域１１、幅の広い第１スペーサ領域１３、幅の広い第２領域１２、幅の狭い第２スペーサ領域１４の順で配列する方向に光が入射する場合には、−１次透過光が実質上１００％、０次反射光、−１次透過光、０次透過光の強度は、実質上０％となる。ポート＃１から光が入射する場合と、周期構造１０と基板２０との界面である基板表面２０ａ側のポート＃４から光が入射する場合との関係は、ほぼ等しくなる。

逆に、幅の広い第２領域１２、幅の広い第１スペーサ領域１３、幅の狭い第１領域１１、幅の狭い第２スペーサ領域１４の順で配列する方向に光が入射する場合には、ポート＃２、ポート３の何れから入力した場合であっても、相手側のポート＃３，＃２にそれぞれ出力される−１次透過光の透過率が実質上１００％となり、０次反射光、−１次反射光、０次透過光の強度は、実質上、０％となる。

このように本実施例の回折格子１は、双方向反射（リトロミラー、ポート＃１、＃４）、双方向透過（ポート＃２、＃３）の４ポート素子として用いることができる。
上記実施例において、１周期において、第２領域の幅よりも広い第３領域、第２スペーサ領域の幅よりも狭い第３スペーサ領域を、第２スペーサ領域に続けて設けた構造としても良い。このように領域については順次幅を広くし、スペーサ領域については順次幅を狭くするように、領域とスペーサ領域の多数組を１周期に配列して、その周期を多数繰り返した構造であっても良い。すなわち、１周期に、４つ以上のリッジとスペーサ領域とを設けても良い。また、各領域の高さや材料（屈折率）は、異なるものとしても良い。

図９は、実施例２に係る回折格子２を示している。本実施例では、入射光の波長λは６５０ｎｍ、第１領域１１の幅Ｗ₁ は４０ｎｍ、第２領域１２の幅Ｗ₂ は３５０ｎｍ、第１スペーサ領域１３の幅ｄ₁ は２６０ｎｍ、第２スペーサ領域１４の幅ｄ₂ は５０ｎｍ、１周期ｐは７００ｎｍ、周期構造１０の高さｈ_g は、６００ｎｍである。また、第１領域１１の幅の中心線と第２領域１２の幅の中心線との間隔ｄは、２４５ｎｍである。第１領域１１及び第２領域１２の材質は酸化チタン（ＴｉＯ₂ ）、誘電体基板２０の材質は酸化シリコン（ＳｉＯ₂ ）、第１スペーサ領域１３及び第２スペーサ領域１３の材質は空気である。入射角θ_inは、３０°である。酸化チタンは入射角３０°のｐ偏光に対して高い回折効率を示す。反射率、透過率の波長依存性を図１０に示す。波長６５０ｎｍにおいて、−１次反射光の反射率が、実質上１００％、０次反射光の反射率、０次透過光、−１次透過光の透過率は、ともに、実質上、０％であることがわかる。
本実施例では、可視光を制御でき、人間への情報提供に関わる機器に応用できる。たとえば、ディスプレイ・メガネ等である。これは、可視領域でチタニアの誘電率が実数であるためである。

実施例３は、実施例１の反射型回折格子１と可動ミラーとを用いて、光スイッチを構成している。その構成を図１１に示す。周期構造１０は実施例１と同一である。この光スイッチ３は、４ポート素子である。上述したように、ポート＃１（入出力ポート）から入射した光は、−１次反射光の反射率が実質上１００％であるので、同一ポート＃１にのみ反射される。ポート＃２（入力ポート）から入射した光は、−１次透過光の透過率が実質上１００％であるので、ポート＃３（出力ポート）のみに透過する。そこで、周期構造１０に対して垂直に可動ミラー５０を設ける。この可動ミラー５０を入射光Ｌ_inをポート＃２に反射する位置に移動させることで、入射光Ｌ_inをポート＃３から出力することができる。すなわち、可動ミラー５０を制御素子とすることで、入射光Ｌ_inに対して、ポート＃２からポート＃３への通過に対してオンオフ制御することができる。

実施例４の誘電率測定装置の構成を図１２に示す。光源からの光をポート＃２から周期構造１０へ入力させる。ポート＃３から一１次透過光が出力され、誘電体基板６０の裏面で反射されて、反射光はポート＃４から周期構造１０に入力する。この光は−１次反射光としてポート＃４から出力され、誘電体基板６０の裏面で反射されて、ポート＃３から周期構造１０に入射する。その入射光は−１次透過光としてポート＃２から出力されて、光源と同一位置に存在する光検知器６１へと戻る。すなわち、光は、往路と復路とで同一経路を通ることになる。光検知器６１において、入射光と反射光を干渉させることで、誘電体基板６０の屈折率を測定することができる。また、波長に応じて、光検知器６１に入力する入射角が異なるので、このことから誘電率の波長特性も測定することができる。

実施例５の装置を図１３に示す。本装置は、特定波長のみについて動作する像面変換ハーフミラーである。光源６５から出力された光は、周期構造１０の形成されていない表面領域６８から誘電体基板２０に入射し、裏面に形成されている反射膜２５で反射される。反射光はポート＃３から周期構造１０に入射して、ポート＃２から−１次透過光としてミラー６６に入射する。そして、ミラー６６により反射されて光検知器６７に入射する。特定波長の光に対して、図１３の経路を通過することができる。したがって、この装置によれば、ミラー６６の存在により見通せない物体が、特定波長で照明された時にのみ、その物体を検出できる装置を実現することができる。また、光検知器６７の位置において、観測者がミラー６６を見るときの像は、光源６５の位置にある対象物を下から見上げた像となり、像面変換が行える。

実施例６の装置を図１４に示す。周期構造１０の右半分の第１区分は実施例１の配列の第１周期構造１０ａであり、左半分の第２区分は配列の向きを反転した第２周期構造１０ｂである。すなわち、第１区分ではｘ軸の正の向きは右向き、第２区分ではｘ軸の正の向きは左向きである。ミラー６６の左側に、第１周期構造１０ａと配列が逆向きの第２周期構造１０ｂを折り返して配置することにより、上下反転ハーフミラーとして用いることができる。光源６５から出力された光は、ミラー６６に入射して、ミラー６６により反射されて第１区分の第１周期構造１０ａのポート＃２からｘ軸の正の向きに入射する。入射光はポート＃３に−１次透過光として出力されて、誘電体基板２０に入射し、裏面に形成されている反射膜２５で反射される。反射光は第２区分の第２周期構造１０ｂのポート＃３から第２周期構造１０ｂに入射して、ポート＃２から−１次透過光としてミラー６６に入射する。そして、ミラー６６により反射されて光検知器６７に入射する。したがって、この装置によれば、光検知器６７の位置において、観測者がミラー６６を見るときの像は、光源６５の位置にある対象物を上下反転した像となり、像面変換装置となる。

実施例７の装置は、反射型回折格子を用いた構造物の歪み形状変形測定装置である。構造物の例としては、車が挙げられる。そのような構造物においては、意匠性の観点から、光路と垂直なミラーを配置することは難しい。図１５に示すように、本発明の回折格子を車両７１のウィンドウ７２に配置し、後方に光源と光検知器７３を用意すれば、車体の歪みを測定できる。ウィンドウ７２が事故・不具合等により傾いた場合、回折格子への入射角が変化するので、反射光の角度は入射光角度からずれ、検出光量は減少する。また、光源とウィンドウの間の距離は干渉による位相差測定あるいは光飛行時間測定により決定できる。

本発明の回折格子によれば、−１次反射光に対する反射率を極めて高くすることができる。したがって、本発明の回折格子はリトロミラー、レーザ共振器のミラーに応用することができる。また、高反射率が得られる−１次反射光の反射角は波長に依存する。したがって、本発明の回折格子は、高感度の分光分析に用いることができる。
その他、本発明の回折格子は、パルス整形用の回折格子・光通信用マルチプレクサなどに応用することができる。

本発明は、高反射率のリトロミラーに応用することができる。また、光の反射、透過を切り換えることができる３、４ポート素子として用いることができる。

１…反射型回折格子
１０…周期構造
１１…第１領域
１２…第２領域
１３…第１スペーサ領域
１４…第２スペーサ領域
２０…誘電体基板
２０ａ…基板

Claims (20)

1. 基板上に、基板面上に原点と任意の１軸方向にｘ軸をとり、基板面に垂直な外向きを正とするｚ軸をとるとき、ｘ軸の方向に屈折率が周期的に変化し、ｚ軸の正の向きに高さを有する周期構造を有した回折格子において、
   前記周期構造は、１周期において、少なくとも、前記ｘ軸の負の向きに沿って、前記ｘ軸の方向に幅を有した第１領域と、前記ｘ軸の方向の幅が前記第１領域の幅よりも広い第２領域と、屈折率が前記第１領域及び前記第２領域の屈折率よりも小さく前記第１領域と前記第２領域との間の第１スペーサ領域と、屈折率が前記第１領域及び前記第２領域の屈折率よりも小さく前記ｘ軸方向の幅が前記第１スペーサ領域の幅よりも狭く、前記第２領域の前記ｘ軸の負の側に隣接する第２スペーサ領域とを有し、
   前記基板面の法線に対する入射角が５°以上、８０°以下の範囲で、第１方向であって前記ｘ軸の正から負の向きに、前記周期構造の表面に光を入射させた時に、反射して法線に対して前記第１方向の側であって前記ｘ軸の正の向きに向かう−１次反射光の反射率を、反射して第２方向であって前記ｘ軸の負の向きに向かう０次反射光の反射率、屈折して第３方向であって前記ｘ軸の負の向きに向かう０次透過光の透過率、屈折して第４方向であって前記ｘ軸の正の向きに向かう−１次透過光の透過率に比べて、大きくした
   ことを特徴とする回折格子。
2. 前記第１領域の幅、前記第２領域の幅、前記第１スペーサ領域の幅、前記第２スペーサ領域の幅、前記周期構造の高さは、前記周期構造の実効屈折率、前記入射光の波長、前記入射角に対して、前記周期構造の前記ｘ軸の方向の電界分布に関する各ｘ軸モードに対して、前記ｚ軸の正の方向に伝搬するアップモードと、アップモードと振幅が等しく位相が異なる前記ｚ軸の負の方向に伝搬するダウンモードとの２つの共振モードが存在するように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の回折格子。
3. 前記ｘ軸モードは、直交関係にある０次モードと１次モードとの２つのモード又は３つ以上のモードのそれぞれに対して、前記アップモードと前記ダウンモードとの２つのモード、合計少なくとも４つのモードを存在させることを特徴とする請求項２に記載の回折格子。
4. 前記−１次反射光の反射率は、７０％以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の回折格子。
5. 前記４つ以上のモードは、０次反射光、０次透過光、−１次透過光の強度を、実質上、０とするように干渉していることを特徴とする請求項３に記載の回折格子。
6. 前記第２方向であって前記ｘ軸の負から正の向きに、前記周期構造の表面に光を入射させた時には、屈折して前記第３方向であって前記ｘ軸の負の向きに向かう−１次透過光の透過率が、屈折して前記第４方向であって前記ｘ軸の正の向きに向かう０次透過光の透過率、反射して前記第１方向であって前記ｘ軸の正の向きに向かう０次反射光の反射率、反射して法線に対して前記第２方向の側であって前記ｘ軸の負の向きに向かう−１次反射光の反射率に比べて、大きいことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の回折格子。
7. 前記周期構造と前記基板との界面からの前記周期構造に光が入射する場合において、前記第４方向であって前記ｘ軸の正から負の向きに向けて、前記界面に光を入射させた時に、反射して法線に対して前記第４方向の側であって前記ｘ軸の正の向きに向かう−１次反射光の反射率が、反射して前記第３方向であって前記ｘ軸の負の向きに向かう０次反射光の反射率、屈折して前記第１方向であって前記ｘ軸の正の向きに向かう−１次透過光の透過率、屈折して前記第２方向であって前記ｘ軸の負の向きに向かう０次透過光の透過率に比べて、大きいことを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の回折格子。
8. 前記周期構造と前記基板との界面からの前記周期構造に光が入射する場合において、前記第３方向であって前記ｘ軸の負から正の向きに向けて、前記界面に光を入射させた時に、屈折して前記第２方向であって前記ｘ軸の負の向きに向かう−１次透過光の透過率が、屈折して前記第１方向であって前記ｘ軸の正の向きに向かう０次透過光の透過率、反射して前記第４方向であって前記ｘ軸の正の向きに向かう０次反射光の反射率、反射して法線に対して前記第３方向の側であって前記ｘ軸の負の向きに向かう−１次反射光の反射率に比べて、大きいことを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載の回折格子。
9. 前記周期構造の前記第１領域及び第２領域は同一材料、前記第１スペーサ領域及び第２スペーサ領域は同一材料であることを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れか１項に記載の回折格子。
10. 前記周期構造の前記第１領域及び前記第２領域は、シリコンから成ることを特徴とする請求項１乃至請求項９の何れか１項に記載の回折格子。
11. 前記周期構造の前記第１領域及び前記第２領域は、酸化チタンから成ることを特徴とする請求項１乃至請求項１０の何れか１項に記載の回折格子。
12. 前記基板は、酸化シリコンであることを特徴とする請求項１乃至請求項１１の何れか１項に記載の回折格子。
13. 前記周期構造の前記第１領域及び前記第２領域の高さは等しいことを特徴とする請求項１乃至請求項１２の何れか１項に記載の回折格子。
14. 前記第１スペーサ領域及び前記第２スペーサ領域は、、真空、空気又は誘電体であることを特徴とする請求項１乃至請求項１３の何れか１項に記載の回折格子。
15. 前記周期構造の前記第１領域及び前記第２領域の誘電率は、前記基板の誘電率よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至請求項１４の何れか１項に記載の回折格子。
16. 前記周期構造の前記第１領域と前記第２領域とは、材料又は高さが異なることを特徴とする請求項１乃至請求項１５の何れか１項に記載の回折格子。
17. 前記周期構造は、前記基板上に形成された面状の層をエッチングして形成されたことを特徴とするとする請求項１乃至請求項１６の何れか１項に記載の回折格子。
18. 請求項１乃至請求項１７の何れか１項に記載の回折格子と、
    前記周期構造に入射させる光の向きを反射により反転させる可動ミラーと
    を有し、
    前記反転により光の透過をオンオフ制御することを特徴とする光スイッチ。
19. 請求項１乃至請求項１７の何れか１項に記載の前記周期構造が前記基板上の一部の領域に形成され、他の領域には形成されていない回折格子と、
    前記他の領域の前記基板の表面に前記第２方向から光を入射させ前記基板の裏面で反射させて、その反射光を、前記周期構造と前記基板との界面に前記第３方向から前記周期構造に入射させて、前記第２方向に−１次透過光を得て、前記−１次透過光を反射させるミラーと
    を有することを特徴とする像面変換装置。
20. 請求項１乃至請求項１７の何れか１項に記載の前記周期構造を有する第１周期構造と、前記第１周期構造に対して配列の向きが反対の向きを有した第２周期構造とが、基板上に配列された回折格子と、
    第１反射面とその裏面の第２反射面とを有したミラーであって、光を前記第１反射面により反射させて前記第１周期構造の第２方向から光を入射させるミラーと、
    を有し、
    前記第１周期構造の第３方向に出力される−１透過光を前記基板の裏面で反射させて、その反射光を、前記第２周期構造と前記基板との界面に前記第２周期構造の第３方向から前記第２周期構造に入射させて、前記第２周期構造の第２方向に−１次透過光を得て、前記−１次透過光を前記ミラーの第２反射面により反射させる
    ことを特徴とする像面変換装置。

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