JP2014182301A - 曲面回折格子及びその製造方法、並びに光学装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体プロセスで作製したシリコン製の平面回折格子を非晶質材料に転写して、非晶質材料基板を曲面化させて、曲面固定基板に実装することで、転位線の発生を抑制した結晶性材料を有する曲面回折格子を得ることを特徴とする。
【選択図】図7
Description
シリコン製回折格子の塑性変形では、転位線が発生するため、シリコン製回折格子の回折格子パターンを非結晶材料に押圧転写する際に、シリコン製回折格子と非結晶材料との間にボイドが発生して、転写を阻害してしまう。
図1は、本発明の曲面回折格子を用いた分光光度計の一例を示す概略図である。
分光光度計は、化学物質、生体物質などにおいて、物質の化学結合に特有の波長の光を選択的に吸収して、濃度測定、物質同定に使用される。図1に示すように、分光光度計1は、光源11、スリット12、14、回折格子13、集光素子15、検出器17で構成される。光源11から照射された光は、スリット12を介して、回折格子13に照射されて、回折格子13において分光される。分光された光は、スリット14、集光素子15を介して、試料16に入射して、検出器17で波長の吸収(減衰)を計測する。ここで、回折格子13を回転させることで、特定の波長の光を試料16に照射する。回折格子13を曲面化することで、分光光度計1のミラー、集光素子などの光学系素子を簡略化することができる。
曲面回折格子には、球面回折格子、トロイド回折格子があり、具体的な形状について説明する。
図2は、球面回折格子の型を示す図である。ここで、球面回折格子は、軸方向で一様の曲率を有する球面を有する回折格子である。図2に示すように、曲面回折格子の型2は、回折格子パターン20を形成した非晶質材料基板21、曲面固定基板22とから構成される。非晶質材料基板21と曲面固定基板22とは、直接接合、陽極接合、金属共晶接合、樹脂接合等のいずれかの接続方法で固定される。この曲面回折格子の型2を樹脂、金属薄膜のいずれかの材料に転写することで、凹型の曲面回折格子を作製する。
図3は、トロイド回折格子の型を示す図である。ここで、トロイド回折格子は、球面回折格子と異なり軸方向で曲率の異なるトロイド面を有する回折格子であり、図中で示すA−A方向とB−B方向では、曲率が異なる。図3に示すように、曲面回折格子の型2は、回折格子パターン20を形成した非晶質材料基板21、曲面固定基板22とから構成される。非晶質材料基板21を曲面固定基板22に倣って塑性変形させるため、軸方向で曲率の異なるトロイド面への実装が可能である。非晶質材料基板21と曲面固定基板22とは、直接接合、陽極接合、金属共晶接合、樹脂接合等のいずれかの接続方法で固定される。この曲面回折格子の型2を樹脂、金属薄膜のいずれかの材料に転写することで、凹型の曲面回折格子を作製する。
次に、上述した曲面回折格子の製法について説明する。
以下の複数の製法は、上記球面回折格子や、トロイド回折格子に代表される曲面回折格子の製造方法に用いることができる。
回折格子パターン20は、支持板50で周辺が保持されている。回折格子パターン20が形成されていない面に対して、後述する非晶質材料基板21で構成された曲面基板26の凸部を当てて(図4(a)の円形点線31の領域)、押圧することで回折格子パターン20を曲面化する。詳細は後述する。
先ず、バルクのシリコン基板3上に半導体プロセス(例えば、フォトリソグラフィ、エッチング)を用いて波状形状を有する回折格子パターン30を形成する(図5(a))。
ガラス製平面回折格子25の回折格子パターン20を形成した面の裏側に所望のガラス製の曲面固定基板22b、および曲面固定基板22bと対称形状の凹面曲面基板26をシリコン基板3側に設置する(図7(d))。
2…曲面回折格子の型、
3…シリコン製平面回折格子基板、
4…曲面回折格子、
11…光源、
12,14…スリット、
13…曲面回折格子、
15…集光レンズ、
16…試料、
17…検出器、
20…回折格子パターン、
21…非晶質材料基板、
22…曲面固定基板、
24…非晶質材料基板、
25…非晶質材料製回折格子基板、
26…曲面基板、
30…回折格子パターン、
31…曲面回折格子領域、
32…通気溝、
41…反射膜、
42…樹脂、
43…固定基板、
50…支持板。
Claims (12)
- 以下の工程(1)−(4)により曲面回折格子の型を形成し、該型を樹脂基板に転写することにより曲面回折格子を作製する曲面回折格子の製造方法。
(1)シリコン基板上に回折パターンを形成する工程、
(2)前記回折パターンが形成されたシリコン基板と非晶質材料基板とを前記回折パターンが前記非晶質材料基板の表面と対向するように重ね合わせ、前記非晶質材料基板の主面に前記回折パターンを転写する工程、
(3)前記非晶質材料基板の前記回折パターンが転写された面と対向する面に、一主面に凸状曲面を有する曲面基板の該一主面側を当接しながら押圧することで前記非晶質材料基板を曲面化する工程、
(4)前記曲面化させた非晶質材料基板の該一主面の対向する凹面と、凸状曲面を有する固定基板の該凸状曲面とを固着させることにより、曲面回折格子の型を形成する工程。 - 前記工程(2)において、熱処理を加えながら前記非晶質材料基板の主面に前記回折パターンを転写することを特徴とする請求項1に記載の曲面回折格子の製造方法。
- 前記固定基板が、シリコン材料で構成されることを特徴とする請求項1に記載の曲面回折格子の製造方法。
- 前記工程(4)において、前記曲面化させた非晶質材料基板と前記固定基板とは、陽極接合により固着さすることを特徴とする請求項3に記載の曲面回折格子の製造方法。
- 前記固定基板が、前記非晶質材料で構成されることを特徴とする請求項1に記載の曲面回折格子の製造方法。
- 前記工程(3)において、
前記回折パターンが形成され薄膜化されたシリコン基板と非晶質材料基板とを前記回折パターンが前記非晶質材料基板の表面と対向するように重ね合わせた合成基板を、一主面に凸状曲面を有する凸状曲面基板と、前記凸状球面が有する曲率を有する凹状曲面基板とで挟み込んで押圧することを特徴とする請求項1に記載の曲面回折格子の製造方法。 - 前記工程(2)において、前記非晶質材料基板の主面に前記回折パターンを転写した後に、前記回折パターンが転写された前記非晶質材料基板の主面に、保護膜を形成する工程を、さらに有することを特徴とする請求項6に記載の曲面回折格子の製造方法。
- 前記工程(1)において、シリコン基板の代わりに非晶質材料基板を用いて、前記回折パターンを形成し、前記工程(2)を行わずに、前記工程(3)及び(4)を行うことにより、曲面回折格子の型を形成することを特徴とする請求項1に記載の曲面回折格子の製造方法。
- 凹面形状の表面に回折パターンが設けられた基板と、
該凹面形状の表面を被覆するように設けられた反射膜と、
前記基板が固着された固定基板と、を有し、
前記回折パターンが、請求項1乃至8のいずれか一に記載の曲面回折格子の製造方法で形成されることを特徴とする曲面回折格子。 - 前記基板は、樹脂材料で構成されていることを特徴とする請求項9に記載の曲面回折格子。
- 前記固定基板は、樹脂材料、またはシリコン材料で構成されていることを特徴とする請求項9に記載の曲面回折格子。
- 光を照射する光源と、
前記光源から照射された光を集光および分光する曲面回折格子と、
前記曲面格子からの光を集光させる集光素子と、
前記集光素子から集光させた光が試料に照射され、前記試料の照射部より放射される特定の波長の光の強度を測定する検出器と、を具備し、
前記曲面回折格子は、請求項9乃至11のいずれか一に記載の曲面回折格子であることを特徴とする光学装置。
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