JP2022163081A - Method of fabricating waveguide combiners - Google Patents

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Michael Yu-Tak Young
ウェイン マクミラン,
mcmillan Wayne
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Meyer Timmerman Thijssen Rutger
ロバート ヤン フィッサー,
Jan Visser Robert
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide waveguide combiners having input coupling regions, waveguide regions, and output coupling regions formed from inorganic or hybrid (organic and inorganic) materials that define fine light gratings.
SOLUTION: In one embodiment, waveguide structures are formed from imprinting stamps having positive waveguide patterns on resists disposed on surfaces of substrates to create negative waveguide structures. The inorganic or hybrid materials are deposited on the substrates and the resists are then removed to form waveguide structures with regions corresponding to at least one of input coupling regions, waveguide regions, and output coupling regions formed from inorganic or hybrid (organic and inorganic) materials.
SELECTED DRAWING: Figure 5D
COPYRIGHT: (C)2023,JPO&INPIT

Description

[0001] 本開示の実施形態は、概して、拡張現実、仮想現実、及び複合現実のための導波器に関する。より具体的には、本明細書に記載の実施形態は、導波器製造の方法を提示する。 [0001] Embodiments of the present disclosure generally relate to waveguides for augmented, virtual and mixed reality. More specifically, embodiments described herein present methods of waveguide fabrication.

関連技術の記載
[0002] 仮想現実は、概して、ユーザが見かけ上の物理的存在を有する、コンピュータが生成したシミュレート環境であると考えられている。仮想現実体験は、3Dで生成され、実際の環境に取って代わる仮想現実環境を表示するためのレンズとしての接眼ディスプレイパネルを有する眼鏡又は他のウェアラブルディスプレイ装置などのヘッドマウントディスプレイ(HMD)で見ることができる。
Description of the Related Art [0002] Virtual reality is generally considered to be a computer-generated simulated environment in which the user has an apparent physical presence. The virtual reality experience is generated in 3D and viewed with a head-mounted display (HMD) such as eyeglasses or other wearable display devices having an ocular display panel as a lens for displaying a virtual reality environment that replaces the real environment. be able to.

[0003] しかしながら、拡張現実は、ユーザが眼鏡又は他のHMD装置のディスプレイレンズを通して周囲環境を見ることができるが、表示のために生成され、環境の一部として現れる仮想物体の画像も見ることができる体験を可能にする。拡張現実は、音声入力及び触覚入力のような任意のタイプの入力、並びにユーザが経験する環境を強化又は拡張する仮想画像、グラフィック及びビデオを含むことができる。新たな技術として、拡張現実には多くの課題及び設計上の制約が存在する。 [0003] Augmented reality, however, allows a user to see the surrounding environment through the display lenses of glasses or other HMD devices, but also see images of virtual objects that are generated for display and appear as part of the environment. make possible the experience. Augmented reality can include any type of input, such as voice and tactile input, as well as virtual images, graphics, and video that enhance or augment the environment experienced by the user. As a new technology, augmented reality presents many challenges and design constraints.

[0004] そのような課題の1つは、周囲環境に重ね合わされた仮想画像を表示することである。導波器は、画像の重ね合わせを補助するために使用される。生成された光は、光が導波器から出て周囲環境に重ね合わされるまで、導波器を通って伝搬される。導波器は不均一な特性を有する傾向があるため、導波器の製造は困難になりうる。そのため、当該技術分野で必要とされているのは、改良された拡張導波器とその製造方法である。 [0004] One such challenge is displaying a virtual image superimposed on the surrounding environment. A director is used to aid in the registration of the images. The generated light is propagated through the waveguide until the light exits the waveguide and is superimposed on the surrounding environment. Manufacture of waveguides can be difficult because waveguides tend to have non-uniform properties. Therefore, what is needed in the art is an improved extension waveguide and method of making the same.

[0005] 一実施形態では、導波構造の製造方法が提示される。この方法は、レジストにスタンプを刻印することを含む。スタンプは、少なくとも1つのパターン部分を含む凸型導波パターンを有する。刻印は、残留層を有する逆領域(inverse region)を含む凹型導波構造を形成する。レジストは、基板の一部分の表面上に配置され、基板は、第1の屈折率を有する。レジストは、基板の表面上で硬化される。スタンプが取り外され、残留層は除去される。コーティングが堆積される。コーティングは、基板の表面の第1の屈折率と実質的に一致するか又はそれより大きい第2の屈折率を有する。レジストは、領域を含む導波構造から除去される。 [0005] In one embodiment, a method of manufacturing a waveguide structure is presented. The method includes imprinting a stamp into the resist. The stamp has a convex waveguide pattern that includes at least one pattern portion. The imprint forms a concave waveguide structure that includes an inverse region with a residual layer. A resist is disposed on the surface of a portion of the substrate, the substrate having a first refractive index. The resist is cured on the surface of the substrate. The stamp is removed and the residual layer removed. A coating is deposited. The coating has a second refractive index that substantially matches or is greater than the first refractive index of the surface of the substrate. Resist is removed from the waveguide structure containing the region.

[0006] 別の実施形態では、導波構造の製造方法が提示される。本方法は、第2の屈折率を有するコーティングを、スタンプの凹型導波構造上に堆積させることを含む。第2の屈折率は、基板の第1の屈折率と実質的に一致するか又はそれより大きい。凹型導波構造は逆領域を含む。コーティングは平坦化され、基板の一部の表面に接合される。スタンプは、領域を含む導波構造を形成するために取り外される。 [0006] In another embodiment, a method of manufacturing a waveguide structure is presented. The method includes depositing a coating having a second index of refraction over the recessed waveguide structures of the stamp. The second refractive index substantially matches or is greater than the first refractive index of the substrate. A concave waveguiding structure includes an inverse region. The coating is planarized and bonded to the surface of the portion of the substrate. The stamp is removed to form a waveguide structure containing regions.

[0007] さらに別の実施形態では、導波構造の製造方法が提示される。この方法は、スタンプの凹型導波構造上に、1.5から2.5の間の第2の屈折率を有するコーティングを堆積させることを含む。コーティングは、凹型導波構造上で実質的に平坦である。第2の屈折率は、基板の1.5から2.5の間の第1の屈折率に実質的に一致するか又はそれより大きい。凹型導波構造は、逆入力カップリング領域と逆出力カップリング領域を含む。コーティングは、基板の一部の表面に接合される。基板の表面には、第1の屈折率及び第2の屈折率に実質的に一致する第3の屈折率を有する光学接着剤が配置されている。領域を有する導波構造を形成するため、スタンプは取り外される。 [0007] In yet another embodiment, a method of manufacturing a waveguide structure is presented. The method includes depositing a coating having a second refractive index between 1.5 and 2.5 over the recessed waveguide structures of the stamp. The coating is substantially flat on the concave waveguide structure. The second refractive index substantially matches or exceeds the first refractive index of the substrate between 1.5 and 2.5. The concave waveguide structure includes an inverse input coupling region and an inverse output coupling region. A coating is bonded to the surface of a portion of the substrate. An optical adhesive having a third index of refraction substantially matching the first index of refraction and the second index of refraction is disposed on the surface of the substrate. The stamp is removed to form a waveguide structure with regions.

[0008] 本開示の上述の特徴を詳細に理解しうるように、上記で簡単に要約された本開示のより具体的な説明が、実施形態を参照することによって得られ、一部の実施形態は、添付の図面に例示されている。しかし、添付図面は例示的な実施形態のみを示すものであり、したがって、本開示の範囲を限定すると見なすべきではなく、その他の等しく有効な実施形態も許容され得ることに留意されたい。 [0008] So that the above-described features of the disclosure may be understood in detail, a more specific description of the disclosure, briefly summarized above, can be had by reference to the embodiments, some embodiments of which are described below. is illustrated in the accompanying drawings. It should be noted, however, that the attached drawings depict only exemplary embodiments and are therefore not to be considered limiting of the scope of the disclosure, as other equally effective embodiments are permissible.

一実施形態による導波結合器の斜視正面図である。1 is a perspective front view of a waveguide coupler according to one embodiment; FIG. 一実施形態による導波構造の製造方法の工程を示すフロー図である。1 is a flow diagram illustrating steps in a method for manufacturing a waveguide structure according to one embodiment; FIG. 一実施形態による導波構造の製造方法における導波構造の概略断面図である。FIG. 4A is a schematic cross-sectional view of a waveguide structure in a method of manufacturing a waveguide structure according to one embodiment; 一実施形態による導波構造の製造方法における導波構造の概略断面図である。FIG. 4A is a schematic cross-sectional view of a waveguide structure in a method of manufacturing a waveguide structure according to one embodiment; 一実施形態による導波構造の製造方法における導波構造の概略断面図である。FIG. 4A is a schematic cross-sectional view of a waveguide structure in a method of manufacturing a waveguide structure according to one embodiment; 一実施形態による導波構造の製造方法における導波構造の概略断面図である。FIG. 4A is a schematic cross-sectional view of a waveguide structure in a method of manufacturing a waveguide structure according to one embodiment; 一実施形態による導波構造の製造方法における導波構造の概略断面図である。FIG. 4A is a schematic cross-sectional view of a waveguide structure in a method of manufacturing a waveguide structure according to one embodiment; 一実施形態による導波構造の製造方法における導波構造の概略断面図である。FIG. 4A is a schematic cross-sectional view of a waveguide structure in a method of manufacturing a waveguide structure according to one embodiment; 一実施形態による導波構造の製造方法の工程を示すフロー図である。1 is a flow diagram illustrating steps in a method for manufacturing a waveguide structure according to one embodiment; FIG. 一実施形態による導波構造の製造方法における導波構造の概略断面図である。FIG. 4A is a schematic cross-sectional view of a waveguide structure in a method of manufacturing a waveguide structure according to one embodiment; 一実施形態による導波構造の製造方法における導波構造の概略断面図である。FIG. 4A is a schematic cross-sectional view of a waveguide structure in a method of manufacturing a waveguide structure according to one embodiment; 一実施形態による導波構造の製造方法における導波構造の概略断面図である。FIG. 4A is a schematic cross-sectional view of a waveguide structure in a method of manufacturing a waveguide structure according to one embodiment; 一実施形態による導波構造の製造方法における導波構造の概略断面図である。FIG. 4A is a schematic cross-sectional view of a waveguide structure in a method of manufacturing a waveguide structure according to one embodiment;

[0014] 理解を容易にするために、可能な場合には、図に共通する同一の要素を指し示すのに同一の参照番号を使用した。一実施形態の要素及び特徴は、さらなる記述がなくても、他の実施形態に有益に組み込まれうると考えられる。 [0014] For ease of understanding, where possible, identical reference numerals have been used to designate identical elements common to the figures. It is believed that elements and features of one embodiment may be beneficially incorporated into other embodiments without further recitation.

[0015] 本明細書に記載の実施形態は、導波構造を製造するための方法に関する。本明細書に記載の方法は、無機材料又はハイブリッド(有機及び無機)材料から形成された入力カップリング領域、導波領域、及び出力カップリング領域を有する導波構造の製造を可能にする。 [0015] Embodiments described herein relate to methods for fabricating waveguide structures. The methods described herein enable the fabrication of waveguide structures having input coupling regions, waveguide regions, and output coupling regions formed from inorganic or hybrid (organic and inorganic) materials.

[0016] 図1は、導波結合器100の斜視正面図である。後述する導波結合器100は、例示的な導波結合器であることを理解されたい。導波結合器100は、複数の回折格子108によって画定される入力カップリング領域102と、導波領域104と、複数の回折格子110によって画定される出力カップリング領域106とを含む。 [0016] FIG. 1 is a perspective front view of a waveguide coupler 100. FIG. It should be understood that the waveguide coupler 100 described below is an exemplary waveguide coupler. Waveguide coupler 100 includes an input coupling region 102 defined by a plurality of gratings 108 , a waveguide region 104 and an output coupling region 106 defined by a plurality of gratings 110 .

[0017] 入力カップリング領域102は、マイクロディスプレイから強い光(仮想画像)の入射ビームを受け取る。複数の回折格子108の各回折格子は、入射ビームを各ビームがモードを有する複数のモードに分割する。ゼロ次モード(T0)ビームは、導波結合器100内で屈折して戻されるか、又は失われ、正の1次モード(T1)ビームは、導波結合器100を通って導波領域104から出力カップリング領域106まで内部全反射(TIR)を受け、また、負の1次モード(T-1)ビームは、導波結合器100内をT1ビームとは反対の方向に伝播する。T1ビームは、T1ビームが出力カップリング領域106内の複数の回折格子110に接触するまで、導波結合器100を通って内部全反射(TIR)を受ける。T1ビームは、複数の回折格子110の格子に接触し、そこでT1ビームは、導波結合器100内で屈折して戻されるか又は失われるT0ビームと、T1ビームが複数の回折格子110の別の格子に接触するまで出力カップリング領域106内でTIRを受けるT1ビームと、導波結合器100からアウトカップリングされるT-1ビームとに分割される。 [0017] The input coupling region 102 receives an incident beam of intense light (virtual image) from the microdisplay. Each grating in the plurality of gratings 108 splits the incident beam into multiple modes, each beam having a mode. The zero-order mode (T0) beam is refracted back or lost within the waveguide coupler 100, and the positive first-order mode (T1) beam passes through the waveguide coupler 100 into the waveguide region 104. to the output coupling region 106, and the negative first-order mode (T-1) beam propagates through the waveguide coupler 100 in the opposite direction to the T1 beam. The T1 beam undergoes total internal reflection (TIR) through waveguide coupler 100 until the T1 beam contacts multiple gratings 110 in output coupling region 106 . The T1 beams contact the gratings of the plurality of gratings 110 where the T1 beams are refracted back or lost within the waveguide coupler 100 and the T1 beams are separated from the plurality of gratings 110 . is split into a T1 beam that undergoes TIR in the output coupling region 106 until it contacts the grating of , and a T-1 beam that is outcoupled from waveguide coupler 100 .

[0018] 図2は、図3Aから図3Fに示されたように、導波構造300の製造方法200の工程を示すフロー図である。一実施形態では、導波構造300は、導波結合器100の入力カップリング領域102、導波領域104、及び出力カップリング領域106のうちの少なくとも1つに対応する。一実施形態では、導波構造300は、導波結合器100の入力カップリング領域102、導波領域104、及び出力カップリング領域106のうちの少なくとも1つのマスタに対応する。工程201では、凸型導波パターン310を有するスタンプ308が、基板304の一部302の表面306上に配置されたレジスト326の上に刻印(imprint)され、凹型導波構造312が形成される。基板304は、第1の屈折率を有する。一実施形態では、基板304は、ガラス材料及びプラスチック材料のうちの少なくとも1つを含む。 [0018] Figure 2 is a flow diagram illustrating the steps of a method 200 for manufacturing a waveguide structure 300, as shown in Figures 3A-3F. In one embodiment, waveguide structure 300 corresponds to at least one of input coupling region 102 , waveguide region 104 , and output coupling region 106 of waveguide coupler 100 . In one embodiment, waveguide structure 300 corresponds to a master of at least one of input coupling region 102 , waveguide region 104 , and output coupling region 106 of waveguide coupler 100 . At step 201, a stamp 308 having a convex waveguide pattern 310 is imprinted onto a resist 326 located on the surface 306 of a portion 302 of a substrate 304 to form a concave waveguide structure 312. . Substrate 304 has a first refractive index. In one embodiment, substrate 304 includes at least one of a glass material and a plastic material.

[0019] 図3Aに示されるように、凸型導波パターン310は、導波結合器100の入力カップリング領域102、導波領域104、及び出力カップリング領域106のうちの少なくとも1つの形成をもたらすために、少なくとも1つのパターン部分314を含む。図3A及び図3Bに示すように、凹型導波構造312は、しばしば、底面と称される残留層318を有する逆領域316を含む。一実施形態では、逆領域316は、入力カップリング領域102の複数の回折格子108、出力カップリング領域106の複数の回折格子110、及び導波領域104のうちの少なくとも1つを形成するために、複数の逆回折格子320を含む。一実施形態では、逆回折格子320は、基板304の表面306に平行な逆上面322、逆側壁面324、及び基板304の表面306に平行な残留層318を有する。一実施形態では、逆回折格子320の逆側壁面324の各々は、基板304の表面306に垂直に配向される。別の実施形態では、逆回折格子320の逆側壁面324の各々は、基板304の表面306に対して角度がつけられている。さらに別の実施形態では、逆側壁面324の部分は垂直に配向されており、逆回折格子320の逆側壁面324の一部は基板304の表面306に対して角度がつけられている。 [0019] As shown in FIG. includes at least one pattern portion 314 to provide. As shown in FIGS. 3A and 3B, the recessed waveguide structure 312 includes an inverse region 316 having a residual layer 318, often referred to as the bottom surface. In one embodiment, the inverse region 316 is used to form at least one of the plurality of gratings 108 in the input coupling region 102, the plurality of gratings 110 in the output coupling region 106, and the waveguide region 104. , including a plurality of inverse gratings 320 . In one embodiment, the inverted grating 320 has an inverted top surface 322 parallel to the surface 306 of the substrate 304 , an inverted sidewall surface 324 , and a residual layer 318 parallel to the surface 306 of the substrate 304 . In one embodiment, each of the reverse sidewall surfaces 324 of the reverse grating 320 is oriented perpendicular to the surface 306 of the substrate 304 . In another embodiment, each of the reverse sidewall surfaces 324 of the reverse grating 320 is angled with respect to the surface 306 of the substrate 304 . In yet another embodiment, a portion of reverse sidewall 324 is oriented vertically and a portion of reverse sidewall 324 of reverse grating 320 is angled with respect to surface 306 of substrate 304 .

[0020] 工程202では、基板304の表面306上のレジスト326を硬化させて、レジスト326を安定化させる。工程203では、スタンプ308はレジスト326から取り外される。一実施形態では、スタンプ308は、逆パターン部分を含む凹型パターンを有する導波マスタから製造される。スタンプ308は、導波マスタから成形される。スタンプ308は、溶融シリカ又はポリジメチルシロキサン(PDMS)などの半透明材料を含み、赤外線(IR)放射又は紫外線(UV)放射などの電磁放射に曝露することによってレジスト326を硬化させることができる。一実施形態では、レジスト326は、PDMSを含むスタンプ308によってナノインプリント可能なUV硬化性材料(Micro Resist Technology社から入手可能なmr-N210など)を含む。一実施形態では、基板304の表面306は、UVオゾン処理、酸素(O)プラズマ処理、又はプライマー(Micro Resist Technology社から入手可能なmr-APS1など)の適用によって、UV硬化性材料のスピンコーティングのために準備される。代替的に、レジスト326を熱硬化させてもよい。別の実施形態では、レジスト326は、熱加熱又は赤外線照射加熱を含む溶媒蒸発硬化プロセスによって硬化することができる熱硬化性材料を含む。レジスト326は、液体材料注入キャスティング処理、スピンオンコーティング処理、液体スプレーコーティング処理、ドライパウダーコーティング処理、スクリーン印刷処理、ドクターブレーディング処理、物理気相堆積(PVD)処理、化学気相堆積(CVD)処理、流動性CVD(FCVD)処理、又は原子層堆積(ALD)処理を使用して、表面306上に配置することができる。 [0020] At step 202, the resist 326 on the surface 306 of the substrate 304 is cured to stabilize the resist 326. FIG. In step 203 stamp 308 is removed from resist 326 . In one embodiment, stamp 308 is fabricated from a waveguide master having a recessed pattern that includes reverse pattern portions. A stamp 308 is molded from a waveguide master. Stamp 308 comprises a translucent material such as fused silica or polydimethylsiloxane (PDMS), and resist 326 can be cured by exposure to electromagnetic radiation such as infrared (IR) or ultraviolet (UV) radiation. In one embodiment, resist 326 comprises a UV curable material (such as mr-N210 available from Micro Resist Technology) that can be nanoimprinted by stamp 308 comprising PDMS. In one embodiment, the surface 306 of the substrate 304 is spun on a UV curable material by UV ozone treatment, oxygen (O 2 ) plasma treatment, or application of a primer (such as mr-APS1 available from Micro Resist Technology). Prepared for coating. Alternatively, resist 326 may be heat cured. In another embodiment, resist 326 comprises a thermosetting material that can be cured by a solvent evaporation curing process including thermal heating or infrared radiation heating. Resist 326 may be formed by liquid injection casting, spin-on coating, liquid spray coating, dry powder coating, screen printing, doctor blading, physical vapor deposition (PVD), chemical vapor deposition (CVD). , a flow CVD (FCVD) process, or an atomic layer deposition (ALD) process may be used to dispose on the surface 306 .

[0021] 工程204では、残留層318が除去される。一実施形態では、残留層318は、酸素ガス(O)含有プラズマ、フッ素ガス(F)含有プラズマ、塩素ガス(Cl)含有プラズマ、及び/又はメタン(CH)含有プラズマを使用して、プラズマ灰化(しばしばプラズマデスカム処理と称される)によって除去することができる。別の実施形態では、残留層318が除去されるまで、高周波(RF)電力がO及びアルゴン(Ar)又は窒素(N)などの不活性ガスに印加される。図3Cに示すように、逆回折格子320は、逆上面322から基板304の表面306まで延在する逆深度328、330を有する。一実施形態では、逆深度328と逆深度330とは実質的に同じである。別の実施形態では、逆深度328と逆深度328とは異なる。 [0021] In step 204, the residual layer 318 is removed. In one embodiment, residual layer 318 uses a plasma containing oxygen gas ( O2 ), a plasma containing fluorine gas (F2), a plasma containing chlorine gas ( Cl2 ), and/or a plasma containing methane ( CH4). can be removed by plasma ashing (often referred to as plasma descumming). In another embodiment, radio frequency (RF) power is applied to O2 and an inert gas such as argon (Ar) or nitrogen (N) until the residual layer 318 is removed. As shown in FIG. 3C, the reverse grating 320 has reverse depths 328 , 330 extending from the reverse top surface 322 to the surface 306 of the substrate 304 . In one embodiment, reverse depth 328 and reverse depth 330 are substantially the same. In another embodiment, reverse depth 328 and reverse depth 328 are different.

[0022] 工程205では、コーティング322が基板304の表面306上に堆積される。一実施形態では、図3D及び図3Eに示されるように、コーティング322は、基板304の表面306及び凹型導波構造312の残りの突起上に堆積される。コーティング322は、第1の屈折率と実質的に一致するか又はそれより大きい第2の屈折率を有する。コーティング322は、スピンオンガラス(SOG)、流動性SOG、ゾルゲル、有機ナノインプリント可能な材料、無機ナノインプリント可能な材料、及びハイブリッドな(有機及び無機)ナノインプリント可能な材料、例えば、オキシ炭化ケイ素(SiOC)、二酸化チタン(TiO)、二酸化ケイ素(SiO)、酸化バナジウム(IV)(VO)、酸化アルミニウム(Al)、酸化インジウムスズ(ITO)、酸化亜鉛(ZnO)、五酸化タンタル(Ta)、窒化ケイ素(Si)、窒化チタン(TiN)、及び/又は二酸化ジルコニウム(ZrO)含有材料のうちの少なくとも1つなど、のうちの少なくとも1つを含む。コーティング322は、液体材料注入キャスティング処理、スピンオンコーティング処理、液体スプレーコーティング処理、ドライパウダーコーティング処理、スクリーン印刷処理、ドクターブレーディング処理、PVD処理、CVD処理、FCVD処理、又はALD処理を使用して、表面306上に配置することができる。さらに、SiOCコーティングなどのコーティング322は、UV硬化又は熱硬化を受けてもよい。図3Dに示すように、一実施形態では、過剰なコーティング322が存在してもよい。実施形態では、過剰なコーティング322は、材料熱リフロー又はエッチングを用いて除去される。図3Eに示されるように、コーティング322は、凹型導波構造312の残りの突起と同一平面上にあるか、又は、凹型導波構造312の残りの突起と同じ高さまで基板304の上方に延在する。一実施形態では、コーティング322は液体で堆積され、過剰なコーティング322は機械的な平坦化によって除去される。 [0022] At step 205, a coating 322 is deposited on the surface 306 of the substrate 304. As shown in FIG. In one embodiment, coating 322 is deposited on surface 306 of substrate 304 and remaining protrusions of recessed waveguide structure 312, as shown in FIGS. 3D and 3E. Coating 322 has a second refractive index that substantially matches or is greater than the first refractive index. Coating 322 may be spin-on-glass (SOG), flowable SOG, sol-gel, organic nanoimprintable materials, inorganic nanoimprintable materials, and hybrid (organic and inorganic) nanoimprintable materials such as silicon oxycarbide (SiOC), Titanium dioxide (TiO 2 ), silicon dioxide (SiO 2 ), vanadium (IV) oxide (VO x ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), indium tin oxide (ITO), zinc oxide (ZnO), tantalum pentoxide ( Ta 2 O 5 ), silicon nitride (Si 3 N 4 ), titanium nitride (TiN), and/or at least one of zirconium dioxide (ZrO 2 ) containing materials. The coating 322 is formed using a liquid injection casting process, a spin-on coating process, a liquid spray coating process, a dry powder coating process, a screen printing process, a doctor blading process, a PVD process, a CVD process, an FCVD process, or an ALD process. It can be placed on surface 306 . Additionally, the coating 322, such as a SiOC coating, may undergo UV curing or thermal curing. As shown in FIG. 3D, in one embodiment, excess coating 322 may be present. In embodiments, excess coating 322 is removed using material thermal reflow or etching. As shown in FIG. 3E , the coating 322 may be coplanar with the remaining protrusions of the recessed waveguide structure 312 or extend above the substrate 304 to the same height as the remaining protrusions of the recessed waveguide structure 312 . exist. In one embodiment, coating 322 is liquid deposited and excess coating 322 is removed by mechanical planarization.

[0023] コーティング322の屈折率は、基板304の第1の屈折率と、入力カップリング領域102で得られる複数の回折格子108及び/又は方法200によって形成される出力カップリング領域106で得られる複数の回折格子110などの回折格子の強度と、に基づいて調整される。コーティング322の屈折率は、光のインカップリング(入射)及びアウトカップリング(出射)を制御し、導波構造300を通る光の伝播を促進するため、基板304の第1の屈折率及び回折格子の強度に基づいて調整される。例えば、基板304の表面306の材料は、約1.5から約2.5の間の第1の屈折率を有し、コーティング322の材料は、約1.5から約2.5の間の第2の屈折率を有する。基板304を製造するために利用される材料及びコーティング322の材料の屈折率を一致させることによって、基板304の表面306とコーティング322の材料との間の界面における実質的な光屈折なしに、基板304及びコーティング322の材料の両方を通る光の伝播が達成されうる。基板304を製造するために利用される材料の屈折率がより大きいコーティング322の材料を利用することによって、より多くの光が、光受容角度を通って導波構造300からインカップリング及びアウトカップリングされるであろう。基板304及びコーティング322の材料は、集合的に導波構造300を構成する。空気の屈折率(1.0)と比較して、約1.5から約2.5の間の屈折率を有する材料を基板304に利用することによって、全内部反射、又は少なくともその高次の反射が達成され、導波構造300を通る光の伝播が促進される。 [0023] The refractive index of coating 322 results from a first refractive index of substrate 304 and a plurality of diffraction gratings 108 obtained from input coupling region 102 and/or output coupling region 106 formed by method 200. and the strength of a grating, such as the plurality of gratings 110 . The refractive index of coating 322 controls the in-coupling (incident) and out-coupling (output) of light and facilitates the propagation of light through waveguide structure 300, so that the first refractive index and diffraction Adjusted based on grid strength. For example, the material of surface 306 of substrate 304 has a first refractive index between about 1.5 and about 2.5, and the material of coating 322 has a first refractive index of between about 1.5 and about 2.5. It has a second refractive index. By matching the refractive indices of the material utilized to fabricate the substrate 304 and the material of the coating 322, the substrate 304 can be coated without substantial light refraction at the interface between the surface 306 of the substrate 304 and the material of the coating 322. Light propagation through both 304 and coating 322 materials can be achieved. By utilizing a material for coating 322 that has a higher refractive index than the material utilized to fabricate substrate 304, more light is coupled in and out of waveguide structure 300 through light acceptance angles. will be ringed. The materials of substrate 304 and coating 322 collectively constitute waveguide structure 300 . Total internal reflection, or at least higher-order Reflection is achieved to facilitate light propagation through waveguide structure 300 .

[0024] 工程206では、レジスト326は導波構造300から除去される。一実施形態では、レジスト326は、O含有プラズマ、F含有プラズマ、Cl含有プラズマ、及び/又はCH含有プラズマを使用するプラズマ灰化によって除去される。別の実施形態では、レジスト326が除去されるまで、O及びアルゴン(Ar)又は窒素(N)などの不活性ガスにRF電力が印加される。図3Fに示されるように、導波構造300は、領域334を含む。一実施形態では、領域334は、導波結合器100の入力カップリング領域102、導波領域104、及び出力カップリング領域106のうちの少なくとも1つに対応する。領域334は、複数の回折格子336を含む。一実施形態では、領域334は、入力カップリング領域102の複数の回折格子108、出力カップリング領域106の複数の回折格子110、及び導波領域104のうちの少なくとも1つに対応する複数の回折格子336を含む。一実施形態では、回折格子336は、基板304の表面306に平行な上面338及び側壁面340を有する。一実施形態では、回折格子336の側壁面340の各々は、基板304の表面306に対して垂直に配向される。別の実施形態では、回折格子336の側壁面340の各々は、基板304の表面306に対して角度が付けられている。さらに別の実施形態では、側壁面340の一部は垂直に配向され、回折格子336の側壁面340の一部は、基板304の表面306に対して角度が付けられる。一実施形態では、側壁面340は、約15°から約75°の角度で傾斜している。回折格子336は、基板304の表面306から上面338まで延在する深度342、344を有する。一実施形態では、深度342と深度344とは実質的に同じである。別の実施形態では、深度342と深度344とは異なる。 [0024] In step 206, the resist 326 is removed from the waveguide structure 300. FIG. In one embodiment, resist 326 is removed by plasma ashing using O2 - containing plasma, F2 - containing plasma, Cl2 -containing plasma, and/or CH4 - containing plasma. In another embodiment, RF power is applied to O2 and an inert gas such as argon (Ar) or nitrogen (N) until resist 326 is removed. As shown in FIG. 3F, waveguide structure 300 includes region 334 . In one embodiment, region 334 corresponds to at least one of input coupling region 102 , waveguide region 104 , and output coupling region 106 of waveguide coupler 100 . Region 334 includes a plurality of diffraction gratings 336 . In one embodiment, region 334 includes a plurality of diffraction gratings corresponding to at least one of the plurality of diffraction gratings 108 in input coupling region 102 , the plurality of diffraction gratings 110 in output coupling region 106 , and the waveguide region 104 . Grid 336 is included. In one embodiment, diffraction grating 336 has a top surface 338 and sidewall surfaces 340 that are parallel to surface 306 of substrate 304 . In one embodiment, each of sidewall surfaces 340 of grating 336 is oriented perpendicular to surface 306 of substrate 304 . In another embodiment, each of sidewall surfaces 340 of grating 336 is angled with respect to surface 306 of substrate 304 . In yet another embodiment, a portion of sidewall surface 340 is oriented vertically and a portion of sidewall surface 340 of diffraction grating 336 is angled with respect to surface 306 of substrate 304 . In one embodiment, sidewall surface 340 is angled at an angle of about 15° to about 75°. Grating 336 has depths 342 , 344 that extend from surface 306 of substrate 304 to top surface 338 . In one embodiment, depth 342 and depth 344 are substantially the same. In another embodiment, depth 342 and depth 344 are different.

[0025] 図4は、図5Aから図5Dに示されるように、導波構造500を製造するための方法400の工程を示すフロー図である一実施形態では、導波構造500は、導波結合器100の入力カップリング領域102、導波領域104、及び出力カップリング領域106のうちの少なくとも1つに対応する。別の実施形態では、導波構造500は、導波結合器100の入力カップリング領域102、導波領域104、及び出力カップリング領域106のうちの少なくとも1つのマスタに対応する。工程401では、コーティング322が、スタンプ308の凹型導波構造512上に堆積される。図5Aに示されるように、一実施形態では、堆積されたコーティング322は、スタンプ308の凹型導波構造512に共形である。図5Bに示すように、一実施形態では、堆積されたコーティング322は、スタンプ308の凹型導波構造512に対して実質的に平坦である。したがって、任意選択の操作402でコーティング322を平坦化する必要はない。任意選択の工程402では、一実施形態で、コーティング322を平坦化することは、重力、熱リフロー、又は化学機械研磨(CMP)による機械的平坦化を含む。 [0025] Figure 4 is a flow diagram illustrating the steps of a method 400 for manufacturing a waveguide structure 500, as shown in Figures 5A-5D. Corresponding to at least one of input coupling region 102 , waveguiding region 104 , and output coupling region 106 of coupler 100 . In another embodiment, waveguide structure 500 corresponds to the master of at least one of input coupling region 102 , waveguide region 104 , and output coupling region 106 of waveguide coupler 100 . At step 401 a coating 322 is deposited over the recessed waveguide structure 512 of the stamp 308 . In one embodiment, the deposited coating 322 is conformal to the recessed waveguide structures 512 of the stamp 308, as shown in FIG. 5A. As shown in FIG. 5B, in one embodiment, deposited coating 322 is substantially planar with respect to recessed waveguide structures 512 of stamp 308 . Therefore, there is no need to planarize coating 322 in optional operation 402 . At optional step 402, in one embodiment, planarizing coating 322 includes mechanical planarization by gravity, thermal reflow, or chemical mechanical polishing (CMP).

[0026] コーティング322が、IR放射又はUV放射などの電磁放射に曝露されて硬化されうるように、スタンプ308は、導波マスタから成形され、溶融シリカ又はPDMS材料などの半透明材料から製造されてもよい。一実施形態では、スタンプ308は、コーティング322の堆積及び平坦化を容易にするように機械的強度を加えるため、ガラスのシートなどの硬い裏打ちシートを含む。 [0026] The stamp 308 is molded from a waveguide master and manufactured from a translucent material such as fused silica or PDMS material so that the coating 322 can be cured by exposure to electromagnetic radiation such as IR or UV radiation. may In one embodiment, stamp 308 includes a rigid backing sheet, such as a sheet of glass, to add mechanical strength to facilitate deposition and planarization of coating 322 .

[0027] コーティング322は、SOG、流動性SOG、ゾルゲル、有機ナノインプリント可能な材料、無機ナノインプリント可能な材料、及びハイブリッドな(有機及び無機)ナノインプリント可能な材料(SiOC、TiO、SiO、VO、Al、ITO、ZnO、Ta、Si、TiN、及びZrO含有材料のうちの少なくとも1つなど)のうちの少なくとも1つを含む。コーティング322は、液体材料注入キャスティング処理、スピンオンコーティング処理、液体スプレーコーティング処理、ドライパウダーコーティング処理、スクリーン印刷処理、ドクターブレーディング処理、PVD処理、CVD処理、FCVD処理、又はALD処理を使用して堆積されてもよい。一実施形態では、コーティング材料は、コーティング材料の溶融温度を下げ、かつ平坦化中のコーティング材料の流れを改善できるようにするために、ドーパント材料でドープされる。ドーパント材料は、より低い温度での熱リフローを可能にするリン(P)含有材料及び/又はホウ素(B)含有材料を含むことができる。 [0027] Coating 322 may include SOG, flowable SOG, sol-gel, organic nanoimprintable materials, inorganic nanoimprintable materials, and hybrid (organic and inorganic) nanoimprintable materials (SiOC, TiO2 , SiO2 , VOx , Al2O3 , ITO, ZnO, Ta2O5 , Si3N4 , TiN, and at least one of ZrO2 - containing materials). Coating 322 is deposited using liquid injection casting, spin-on coating, liquid spray coating, dry powder coating, screen printing, doctor blading, PVD, CVD, FCVD, or ALD. may be In one embodiment, the coating material is doped with a dopant material to reduce the melting temperature of the coating material and allow for improved flow of the coating material during planarization. Dopant materials can include phosphorous (P)-containing materials and/or boron (B)-containing materials that enable thermal reflow at lower temperatures.

[0028] 図5A及び図5Bに示したように、凹型導波構造512は、逆領域516を含む。逆領域516は、入力カップリング領域102の複数の回折格子108、出力カップリング領域106の複数の回折格子110、及び導波領域104のうちの少なくとも1つを形成するため、複数の逆回折格子520を含む。一実施形態では、逆回折格子520は、スタンプ308の底面521に平行な逆上面522、逆側壁面524、及びスタンプ308の底面521に平行な逆底面523を有する。一実施形態では、逆回折格子520の逆側壁面524の各々は、スタンプ308の底面521に垂直に配向される。別の実施形態では、逆回折格子520の逆側壁面524の各々は、スタンプ308の底面521に対して角度が付けられる。別の実施形態では、逆回折格子520は、スタンプ308の底面521に対して角度付けされた逆ブレーズド面502と、スタンプ308の底面521に対して垂直に配向された逆側壁面524とを含むブレーズド逆角度付き回折格子である。さらに別の実施形態では、逆領域516は、ブレーズド逆角度付き回折格子と、逆側壁面524の一部が垂直に配向され、逆回折格子520の逆側壁面524の一部がスタンプ308の底面521に対して角度が付けられた複数の逆回折格子520とを含む。図5A及び図5Bに示されるように、逆回折格子520は、逆上面522からスタンプ308の底面521に延在する逆深度528、530を有する。一実施形態では、逆深度528と逆深度530とは実質的に同じである。別の実施形態では、逆深度528と逆深度530とは異なる。 [0028]As shown in FIGS. Inverse region 516 forms a plurality of inverse gratings to form at least one of a plurality of gratings 108 in input coupling region 102 , a plurality of gratings 110 in output coupling region 106 , and a waveguide region 104 . 520 included. In one embodiment, reverse grating 520 has reverse top surface 522 parallel to bottom surface 521 of stamp 308 , reverse sidewall surfaces 524 , and reverse bottom surface 523 parallel to bottom surface 521 of stamp 308 . In one embodiment, each of the reverse sidewall surfaces 524 of the reverse grating 520 is oriented perpendicular to the bottom surface 521 of the stamp 308 . In another embodiment, each of the reverse sidewalls 524 of the reverse grating 520 is angled with respect to the bottom surface 521 of the stamp 308 . In another embodiment, reverse grating 520 includes reverse blazed surface 502 angled with respect to bottom surface 521 of stamp 308 and reverse sidewall surface 524 oriented perpendicular to bottom surface 521 of stamp 308 . It is a blazed reverse angled diffraction grating. In yet another embodiment, the reverse region 516 is a blazed reverse angled grating and a portion of the reverse sidewall 524 is oriented perpendicular to the bottom surface of the stamp 308 . and a plurality of inverse gratings 520 angled with respect to 521 . As shown in FIGS. 5A and 5B, the reverse grating 520 has reverse depths 528 , 530 extending from the reverse top surface 522 to the bottom surface 521 of the stamp 308 . In one embodiment, reverse depth 528 and reverse depth 530 are substantially the same. In another embodiment, reverse depth 528 and reverse depth 530 are different.

[0029] 操作403では、図5Cに示すように、コーティング322は基板304の一部302の表面306に接着される。光学接着剤501は、コーティング322を基板304の表面306に接合するために使用される。一実施形態では、光学接着剤501は、透明な金属酸化物材料又は透明なアクリルポリマーを含みうる。光学接着剤501は、第3の屈折率を有する。 [0029] At operation 403, coating 322 is adhered to surface 306 of portion 302 of substrate 304, as shown in Figure 5C. Optical adhesive 501 is used to bond coating 322 to surface 306 of substrate 304 . In one embodiment, optical adhesive 501 may comprise a transparent metal oxide material or a transparent acrylic polymer. Optical adhesive 501 has a third refractive index.

[0030] コーティング322は、基板304の第1の屈折率と実質的に一致するか又はそれより大きい第2の屈折率を有する。コーティングの第2の屈折率は、基板304の第1の屈折率と、入力カップリング領域102の結果として得られる複数の回折格子108、及び/又は、方法400によって形成される出力カップリング領域106の結果として得られる複数の回折格子110などの回折格子の強度と、に基づいて調整される。コーティング322の屈折率は、光のインカップリング及びアウトカップリングを制御し、導波構造500を通る光の伝播を促進するため、基板304の第1の屈折率及び回折格子の強度に基づいて調整される。また、光学接着剤501は、第1の屈折率及び第2の屈折率と実質的に一致する第3の屈折率を有する。例えば、基板304の表面306の材料は、約1.5から約2.5の間の第1の屈折率を有し、光学接着剤501の材料は、約1.5から約2.5の間の第3の屈折率を有し、コーティング322の材料は、約1.5から約2.5の間の第2の屈折率を有する。基板304を製造するために利用される材料、光学接着剤501の材料、及びコーティング322の材料の屈折率を一致させることによって、基板304、光学接着剤501の材料、及びコーティング322の材料を通る光伝播は、基板304、光学接着剤501の材料、及びコーティング322の材料の間の界面で実質的な光の屈折なしに達成されうる。基板304を製造するために利用される材料の屈折率よりも大きい屈折率を有するコーティング322の材料を利用することによって、より多くの光が、光受容角度を通って導波構造500からインカップリング及びアウトカップリングされる。空気の屈折率(1.0)と比較して、約1.5から約2.5の間の屈折率を有する材料を、基板304及び光学接着剤501に利用することにより、内部全反射、又は少なくともその高次の反射が達成され、導波構造500を通る光の伝播が容易になる。 [0030] Coating 322 has a second refractive index that substantially matches or is greater than the first refractive index of substrate 304 . The second refractive index of the coating is the same as the first refractive index of the substrate 304 and the resulting plurality of diffraction gratings 108 in the input coupling regions 102 and/or output coupling regions 106 formed by method 400. and the intensity of the resulting gratings, such as the plurality of gratings 110 . The refractive index of coating 322 is based on the first refractive index of substrate 304 and the strength of the grating to control the in-coupling and out-coupling of light and facilitate the propagation of light through waveguide structure 500. adjusted. Also, the optical adhesive 501 has a third refractive index that substantially matches the first refractive index and the second refractive index. For example, the material of surface 306 of substrate 304 has a first refractive index between about 1.5 and about 2.5, and the material of optical adhesive 501 has a first refractive index of between about 1.5 and about 2.5. and the material of coating 322 has a second refractive index between about 1.5 and about 2.5. By matching the refractive indices of the material utilized to fabricate the substrate 304, the material of the optical adhesive 501, and the material of the coating 322, Light propagation can be achieved without substantial light refraction at the interface between the substrate 304 , the optical adhesive 501 material, and the coating 322 material. By utilizing a material for coating 322 that has a refractive index greater than that of the material utilized to fabricate substrate 304, more light is in-coupled from waveguide structure 500 through the light acceptance angle. Ring and outcoupled. By utilizing materials with a refractive index of between about 1.5 and about 2.5 as compared to the refractive index of air (1.0) for substrate 304 and optical adhesive 501, total internal reflection, Or at least that higher order of reflection is achieved, facilitating the propagation of light through waveguide structure 500 .

[0031] 工程404では、導波構造500を形成するため、スタンプ308は取り外される。図5Dに示されるように、導波構造500は、領域534を含む。一実施形態では、領域534は、導波結合器100の入力カップリング領域102、導波領域104、及び出力カップリング領域106のうちの少なくとも1つに対応する。領域534は、複数の回折格子536を含む。一実施形態では、複数の回折格子536は、入力カップリング領域102の複数の回折格子108、出力カップリング領域106の複数の回折格子110、及び導波領域104のうちの少なくとも1つに対応する。一実施形態では、回折格子536は、基板304の表面306に平行な上面538及び側壁面540を有する。一実施形態では、回折格子536の側壁面540の各々は、基板304の表面306に対して垂直に配向される。別の実施形態では、回折格子536の側壁面540の各々は、基板304の表面306に対して角度が付けられている。別の実施形態では、回折格子536は、基板304の表面306に対して角度が付けられたブレーズ面506と、基板304の表面306に対して垂直に配向された側壁面540とを含むブレーズド角度付き回折格子である。さらに別の実施形態では、領域534は、ブレーズド角度付き回折格子と、基板304の表面306に対して回折格子536の側壁面540の一部が垂直に配向され且つ側壁面540の一部が角度が付けられた回折格子536を含む。回折格子536は、光学接着剤501から上面538まで延在する深度542、544を有する。一実施形態では、深度542と深度544とは実質的に同じである。別の実施形態では、深度542と深度544とは異なる。 [0031] At step 404, the stamp 308 is removed to form the waveguide structure 500. FIG. As shown in FIG. 5D, waveguide structure 500 includes region 534 . In one embodiment, region 534 corresponds to at least one of input coupling region 102 , waveguide region 104 , and output coupling region 106 of waveguide coupler 100 . Region 534 includes a plurality of diffraction gratings 536 . In one embodiment, the plurality of gratings 536 correspond to at least one of the plurality of gratings 108 in the input coupling region 102, the plurality of gratings 110 in the output coupling region 106, and the waveguide region 104. . In one embodiment, diffraction grating 536 has a top surface 538 and sidewall surfaces 540 that are parallel to surface 306 of substrate 304 . In one embodiment, each of sidewall surfaces 540 of grating 536 is oriented perpendicular to surface 306 of substrate 304 . In another embodiment, each of sidewall surfaces 540 of grating 536 is angled with respect to surface 306 of substrate 304 . In another embodiment, diffraction grating 536 includes blazed surfaces 506 angled with respect to surface 306 of substrate 304 and sidewall surfaces 540 oriented perpendicular to surface 306 of substrate 304 at a blazed angle. It is a diffraction grating with In yet another embodiment, region 534 comprises a blazed angled grating and a portion of sidewall surface 540 of grating 536 oriented perpendicular and a portion of sidewall surface 540 angled with respect to surface 306 of substrate 304 . includes a diffraction grating 536 marked with . Grating 536 has depths 542 , 544 extending from optical adhesive 501 to top surface 538 . In one embodiment, depth 542 and depth 544 are substantially the same. In another embodiment, depth 542 and depth 544 are different.

[0032] 要約すると、導波結合器の製造方法が本明細書に記載されている。本方法は、微細な光回折格子を画定する無機又はハイブリッド(有機及び無機)材料から形成された入力カップリング領域、導波領域、及び出力カップリング領域を有する導波結合器を提供する。導波器を通る光の伝播に適した屈折率を有する回折格子を形成する際に、刻印可能でない有機レジストと比較して、無機又はハイブリッド導波構造は、安定的であり、光吸収損失が低く、導波結合器を通る光の伝播に最適な屈折率を有する。 [0032] In summary, a method of manufacturing a waveguide coupler is described herein. The method provides a waveguide coupler having an input coupling region, a waveguide region, and an output coupling region formed from inorganic or hybrid (organic and inorganic) materials that define a fine optical grating. Compared to non-imprintable organic resists, inorganic or hybrid waveguide structures are stable and have low optical absorption losses in forming a grating with a refractive index suitable for the propagation of light through the waveguide. It has a low, optimal refractive index for light propagation through the waveguide coupler.

[0033] 上記は、本開示の実施例を対象としているが、本開示の基本的な範囲から逸脱することなく、本開示の他の実施例及びさらなる実施例が考案されてよく、本開示の範囲は、下記の特許請求の範囲によって決定される。
[0033] While the above is directed to embodiments of the present disclosure, other and further embodiments of the disclosure may be devised without departing from the basic scope of the disclosure. The scope is determined by the claims that follow.


[0033] 上記は、本開示の実施例を対象としているが、本開示の基本的な範囲から逸脱することなく、本開示の他の実施例及びさらなる実施例が考案されてよく、本開示の範囲は、下記の特許請求の範囲によって決定される。
また、本願は以下に記載する態様を含む。
(態様1)
導波構造の製造方法であって、
少なくとも1つのパターン部分を含む凸型導波パターンを有するスタンプを、第1の屈折率を有する基板の一部の表面上に配置されたレジストに刻印することであって、当該刻印により、残留層を有する逆領域を含む凹型導波構造を形成する、レジストに刻印することと、
前記基板の前記表面上で前記レジストを硬化することと、
前記スタンプを取り外すことと、
前記残留層を除去することと、
前記基板の前記表面の前記第1の屈折率と実質的に一致するか又はそれより大きい第2の屈折率を有するコーティングを堆積することと、
ある領域を含む導波構造を形成するため、前記レジストを除去することと、
を含む、方法。
(態様2)
前記コーティングが、オキシ炭化ケイ素(SiOC)、二酸化チタン(TiO )、二酸化ケイ素(SiO )、酸化バナジウム(IV)(VO )、酸化アルミニウム(Al )、酸化インジウムスズ(ITO)、酸化亜鉛(ZnO)、五酸化タンタル(Ta )、窒化ケイ素(Si )、窒化チタン(TiN)、及び二酸化ジルコニウム(ZrO )含有材料のうちの少なくとも1つを含む、態様1に記載の方法。
(態様3)
前記領域は、導波結合器の入力カップリング領域、導波領域、及び出力カップリング領域のうちの少なくとも1つである、態様1に記載の方法。
(態様4)
前記領域は、前記入力カップリング領域及び前記出力カップリング領域のうちの少なくとも1つの複数の回折格子を含む、態様3に記載の方法。
(態様5)
前記複数の回折格子は、前記基板の前記表面に平行な上面と、前記基板の前記表面に対してある量だけ傾斜した側壁面とを備える、態様4に記載の方法。
(態様6)
導波構造の製造方法であって、
スタンプの凹型導波構造上に第2の屈折率を有するコーティングを堆積させることであって、前記第2の屈折率は、基板の第1の屈折率と実質的に一致するか又はそれよりも大きく、前記凹型導波構造は逆領域を含む、コーティングを堆積させることと、
前記コーティングを平坦化することと、
前記コーティングを前記基板の一部の表面に接合することと、
ある領域を含む導波構造を形成するため、前記スタンプを取り外すことと、
を含む、方法。
(態様7)
前記コーティングの前記堆積が、液体材料注入キャスティング処理、スピンオンコーティング処理、液体スプレーコーティング処理、ドライパウダーコーティング処理、スクリーン印刷処理、ドクターブレーディング処理、物理気相堆積(PVD)処理、化学気相堆積(CVD)処理、流動性CVD(FCVD)処理、又は原子層堆積(ALD)処理を含む、態様6に記載の方法。
(態様8)
前記コーティングが、オキシ炭化ケイ素(SiOC)、二酸化チタン(TiO )、二酸化ケイ素(SiO )、酸化バナジウム(IV)(VO )、酸化アルミニウム(Al )、酸化インジウムスズ(ITO)、酸化亜鉛(ZnO)、五酸化タンタル(Ta )、窒化ケイ素(Si )、窒化チタン(TiN)、及び/又は二酸化ジルコニウム(ZrO )含有材料を含む、態様6に記載の方法。
(態様9)
前記領域は、導波結合器の入力カップリング領域及び出力カップリング領域のうちの少なくとも1つの複数の回折格子を含む、態様6に記載の方法。
(態様10)
前記コーティングを前記基板の前記表面に接合するために光学接着剤が使用され、前記光学接着剤は、前記第1の屈折率及び前記第2の屈折率に実質的に一致する第3の屈折率を有する、態様6に記載の方法。
(態様11)
導波構造の製造方法であって、
スタンプの凹型導波構造上に1.5から2.5の間の第2の屈折率を有するコーティングを堆積させることであって、前記コーティングは、前記凹型導波構造上で実質的に平坦であり、前記第2の屈折率は、基板の1.5から2.5の間の第1の屈折率に実質的に一致するか又はそれよりも大きく、前記凹型導波構造は、逆入力カップリング領域及び逆出力カップリング領域を含む、コーティングを堆積させることと、
前記基板の一部の表面に前記コーティングを接合することであって、前記基板の前記表面には、前記第1の屈折率及び前記第2の屈折率に実質的に一致する第3の屈折率を有する光学接着剤が配置されている、前記コーティングを接合することと、
ある領域を有する導波構造を形成するため、前記スタンプを取り外すことと、
を含む、方法。
(態様12)
前記光学接着剤が、透明な金属酸化物材料又は透明なアクリルポリマーを含み、前記第3の屈折率が約1.5から約2.5の間である、態様11に記載の方法。
(態様13)
前記領域は、導波結合器の入力カップリング領域及び出力カップリング領域のうちの少なくとも1つの複数の回折格子を含む、態様11に記載の方法。
(態様14)
前記複数の回折格子は、前記基板の前記表面に平行な上面と、前記基板の前記表面に対してある量だけ傾斜した側壁面とを備える、態様13に記載の方法。
(態様15)
前記複数の回折格子は、前記基板の前記表面に対して角度が付けられたブレーズド面と、前記基板の前記表面に対して垂直に配向された側壁面と、を含むブレーズド角度付き回折格子である、態様13に記載の方法。

[0033] While the above is directed to embodiments of the present disclosure, other and further embodiments of the disclosure may be devised without departing from the basic scope of the disclosure. The scope is determined by the claims that follow.
Moreover, this application includes the aspects described below.
(Aspect 1)
A method of manufacturing a waveguide structure, comprising:
imprinting a stamp having a convex waveguiding pattern comprising at least one pattern portion into a resist disposed on a surface of a portion of a substrate having a first refractive index, the imprint resulting in a residual layer imprinting a resist forming a recessed waveguide structure including an inverse region having
curing the resist on the surface of the substrate;
removing the stamp;
removing the residual layer;
depositing a coating having a second refractive index substantially matching or greater than the first refractive index of the surface of the substrate;
removing the resist to form a waveguide structure including a region;
A method, including
(Aspect 2)
The coating comprises silicon oxycarbide (SiOC), titanium dioxide (TiO2 ) , silicon dioxide (SiO2 ), vanadium (IV) oxide (VOx ) , aluminum oxide (Al2O3 ) , indium tin oxide ( ITO). , zinc oxide (ZnO), tantalum pentoxide (Ta2O5), silicon nitride (Si3N4 ) , titanium nitride ( TiN), and zirconium dioxide (ZrO2 ) containing materials; A method according to aspect 1.
(Aspect 3)
Aspect 1. The method of aspect 1, wherein the region is at least one of an input coupling region, a guiding region, and an output coupling region of a waveguide coupler.
(Aspect 4)
4. The method of aspect 3, wherein the region comprises a plurality of gratings in at least one of the input coupling region and the output coupling region.
(Aspect 5)
5. The method of aspect 4, wherein the plurality of diffraction gratings comprise top surfaces parallel to the surface of the substrate and sidewall surfaces slanted by an amount with respect to the surface of the substrate.
(Aspect 6)
A method of manufacturing a waveguide structure, comprising:
depositing a coating having a second refractive index over the recessed waveguide structures of the stamp, wherein the second refractive index substantially matches or is greater than the first refractive index of the substrate; depositing a coating, wherein the concave waveguide structure includes an inverse region;
planarizing the coating;
bonding the coating to a surface of a portion of the substrate;
removing the stamp to form a waveguide structure including a region;
A method, including
(Aspect 7)
Said deposition of said coating may be liquid material injection casting process, spin-on coating process, liquid spray coating process, dry powder coating process, screen printing process, doctor blading process, physical vapor deposition (PVD) process, chemical vapor deposition ( 7. The method of aspect 6, comprising a CVD) process, a fluidized CVD (FCVD) process, or an atomic layer deposition (ALD) process.
(Aspect 8)
The coating comprises silicon oxycarbide (SiOC), titanium dioxide (TiO2 ) , silicon dioxide (SiO2 ), vanadium (IV) oxide (VOx ) , aluminum oxide (Al2O3 ) , indium tin oxide ( ITO). , zinc oxide (ZnO), tantalum pentoxide (Ta2O5), silicon nitride (Si3N4 ) , titanium nitride ( TiN), and/or zirconium dioxide (ZrO2 ) containing materials. the method of.
(Aspect 9)
7. The method of aspect 6, wherein the region comprises a plurality of gratings in at least one of an input coupling region and an output coupling region of a waveguide coupler.
(Mode 10)
An optical adhesive is used to bond the coating to the surface of the substrate, the optical adhesive having a third refractive index substantially matching the first refractive index and the second refractive index. A method according to aspect 6, comprising:
(Aspect 11)
A method of manufacturing a waveguide structure, comprising:
depositing a coating having a second refractive index between 1.5 and 2.5 over the recessed waveguide structures of the stamp, the coating being substantially planar over the recessed waveguide structures; and wherein the second refractive index substantially matches or is greater than the first refractive index of the substrate between 1.5 and 2.5, and the concave waveguide structure is an inverse input cup. depositing a coating comprising a ring region and a reverse output coupling region;
bonding the coating to a surface of a portion of the substrate, the surface of the substrate having a third refractive index substantially matching the first refractive index and the second refractive index; bonding the coating, wherein an optical adhesive having
removing the stamp to form a waveguide structure having a region;
A method, including
(Aspect 12)
12. The method of aspect 11, wherein the optical adhesive comprises a transparent metal oxide material or a transparent acrylic polymer and the third refractive index is between about 1.5 and about 2.5.
(Aspect 13)
12. The method of aspect 11, wherein the region comprises a plurality of gratings in at least one of an input coupling region and an output coupling region of a waveguide coupler.
(Aspect 14)
14. The method of aspect 13, wherein the plurality of diffraction gratings comprise top surfaces parallel to the surface of the substrate and sidewall surfaces slanted by an amount with respect to the surface of the substrate.
(Aspect 15)
The plurality of diffraction gratings are blazed angled diffraction gratings including blazed surfaces angled with respect to the surface of the substrate and sidewall surfaces oriented perpendicular to the surface of the substrate. A method according to aspect 13.

Claims (15)

導波構造の製造方法であって、
少なくとも1つのパターン部分を含む凸型導波パターンを有するスタンプを、第1の屈折率を有する基板の一部の表面上に配置されたレジストに刻印することであって、当該刻印により、残留層を有する逆領域を含む凹型導波構造を形成する、レジストに刻印することと、
前記基板の前記表面上で前記レジストを硬化することと、
前記スタンプを取り外すことと、
前記残留層を除去することと、
前記基板の前記表面の前記第1の屈折率と実質的に一致するか又はそれより大きい第2の屈折率を有するコーティングを堆積することと、
ある領域を含む導波構造を形成するため、前記レジストを除去することと、
を含む、方法。
A method of manufacturing a waveguide structure, comprising:
imprinting a stamp having a convex waveguiding pattern comprising at least one pattern portion into a resist disposed on a surface of a portion of a substrate having a first refractive index, the imprint resulting in a residual layer imprinting a resist forming a recessed waveguide structure including an inverse region having
curing the resist on the surface of the substrate;
removing the stamp;
removing the residual layer;
depositing a coating having a second refractive index substantially matching or greater than the first refractive index of the surface of the substrate;
removing the resist to form a waveguide structure including a region;
A method, including
前記コーティングが、オキシ炭化ケイ素(SiOC)、二酸化チタン(TiO)、二酸化ケイ素(SiO)、酸化バナジウム(IV)(VO)、酸化アルミニウム(Al)、酸化インジウムスズ(ITO)、酸化亜鉛(ZnO)、五酸化タンタル(Ta)、窒化ケイ素(Si)、窒化チタン(TiN)、及び二酸化ジルコニウム(ZrO)含有材料のうちの少なくとも1つを含む、請求項1に記載の方法。 The coating comprises silicon oxycarbide (SiOC), titanium dioxide ( TiO2 ), silicon dioxide ( SiO2 ), vanadium (IV) oxide ( VOx ), aluminum oxide ( Al2O3 ) , indium tin oxide (ITO). , zinc oxide (ZnO), tantalum pentoxide ( Ta2O5 ), silicon nitride ( Si3N4 ), titanium nitride (TiN), and zirconium dioxide ( ZrO2) containing materials; The method of claim 1. 前記領域は、導波結合器の入力カップリング領域、導波領域、及び出力カップリング領域のうちの少なくとも1つである、請求項1に記載の方法。 2. The method of claim 1, wherein the region is at least one of an input coupling region, a guiding region, and an output coupling region of a waveguide coupler. 前記領域は、前記入力カップリング領域及び前記出力カップリング領域のうちの少なくとも1つの複数の回折格子を含む、請求項3に記載の方法。 4. The method of claim 3, wherein said region comprises a plurality of gratings in at least one of said input coupling region and said output coupling region. 前記複数の回折格子は、前記基板の前記表面に平行な上面と、前記基板の前記表面に対してある量だけ傾斜した側壁面とを備える、請求項4に記載の方法。 5. The method of claim 4, wherein the plurality of diffraction gratings comprise top surfaces parallel to the surface of the substrate and sidewall surfaces slanted by an amount with respect to the surface of the substrate. 導波構造の製造方法であって、
スタンプの凹型導波構造上に第2の屈折率を有するコーティングを堆積させることであって、前記第2の屈折率は、基板の第1の屈折率と実質的に一致するか又はそれよりも大きく、前記凹型導波構造は逆領域を含む、コーティングを堆積させることと、
前記コーティングを平坦化することと、
前記コーティングを前記基板の一部の表面に接合することと、
ある領域を含む導波構造を形成するため、前記スタンプを取り外すことと、
を含む、方法。
A method of manufacturing a waveguide structure, comprising:
depositing a coating having a second refractive index over the recessed waveguide structures of the stamp, wherein the second refractive index substantially matches or is greater than the first refractive index of the substrate; depositing a coating, wherein the concave waveguide structure includes an inverse region;
planarizing the coating;
bonding the coating to a surface of a portion of the substrate;
removing the stamp to form a waveguide structure including a region;
A method, including
前記コーティングの前記堆積が、液体材料注入キャスティング処理、スピンオンコーティング処理、液体スプレーコーティング処理、ドライパウダーコーティング処理、スクリーン印刷処理、ドクターブレーディング処理、物理気相堆積(PVD)処理、化学気相堆積(CVD)処理、流動性CVD(FCVD)処理、又は原子層堆積(ALD)処理を含む、請求項6に記載の方法。 Said deposition of said coating may be liquid material injection casting process, spin-on coating process, liquid spray coating process, dry powder coating process, screen printing process, doctor blading process, physical vapor deposition (PVD) process, chemical vapor deposition ( 7. The method of claim 6, comprising a CVD) process, a fluidized CVD (FCVD) process, or an atomic layer deposition (ALD) process. 前記コーティングが、オキシ炭化ケイ素(SiOC)、二酸化チタン(TiO)、二酸化ケイ素(SiO)、酸化バナジウム(IV)(VO)、酸化アルミニウム(Al)、酸化インジウムスズ(ITO)、酸化亜鉛(ZnO)、五酸化タンタル(Ta)、窒化ケイ素(Si)、窒化チタン(TiN)、及び/又は二酸化ジルコニウム(ZrO)含有材料を含む、請求項6に記載の方法。 The coating comprises silicon oxycarbide (SiOC), titanium dioxide ( TiO2 ), silicon dioxide ( SiO2 ), vanadium (IV) oxide ( VOx ), aluminum oxide ( Al2O3 ) , indium tin oxide (ITO). , zinc oxide (ZnO), tantalum pentoxide ( Ta2O5 ), silicon nitride ( Si3N4 ), titanium nitride (TiN), and/or zirconium dioxide ( ZrO2) containing materials. described method. 前記領域は、導波結合器の入力カップリング領域及び出力カップリング領域のうちの少なくとも1つの複数の回折格子を含む、請求項6に記載の方法。 7. The method of claim 6, wherein said regions comprise a plurality of gratings in at least one of an input coupling region and an output coupling region of a waveguide coupler. 前記コーティングを前記基板の前記表面に接合するために光学接着剤が使用され、前記光学接着剤は、前記第1の屈折率及び前記第2の屈折率に実質的に一致する第3の屈折率を有する、請求項6に記載の方法。 An optical adhesive is used to bond the coating to the surface of the substrate, the optical adhesive having a third refractive index substantially matching the first refractive index and the second refractive index. 7. The method of claim 6, comprising: 導波構造の製造方法であって、
スタンプの凹型導波構造上に1.5から2.5の間の第2の屈折率を有するコーティングを堆積させることであって、前記コーティングは、前記凹型導波構造上で実質的に平坦であり、前記第2の屈折率は、基板の1.5から2.5の間の第1の屈折率に実質的に一致するか又はそれよりも大きく、前記凹型導波構造は、逆入力カップリング領域及び逆出力カップリング領域を含む、コーティングを堆積させることと、
前記基板の一部の表面に前記コーティングを接合することであって、前記基板の前記表面には、前記第1の屈折率及び前記第2の屈折率に実質的に一致する第3の屈折率を有する光学接着剤が配置されている、前記コーティングを接合することと、
ある領域を有する導波構造を形成するため、前記スタンプを取り外すことと、
を含む、方法。
A method of manufacturing a waveguide structure, comprising:
depositing a coating having a second refractive index between 1.5 and 2.5 over the recessed waveguide structures of the stamp, the coating being substantially planar over the recessed waveguide structures; and wherein the second refractive index substantially matches or is greater than the first refractive index of the substrate between 1.5 and 2.5, and the concave waveguide structure is an inverse input cup. depositing a coating comprising a ring region and a reverse output coupling region;
bonding the coating to a surface of a portion of the substrate, the surface of the substrate having a third refractive index substantially matching the first refractive index and the second refractive index; bonding the coating, wherein an optical adhesive having
removing the stamp to form a waveguide structure having a region;
A method, including
前記光学接着剤が、透明な金属酸化物材料又は透明なアクリルポリマーを含み、前記第3の屈折率が約1.5から約2.5の間である、請求項11に記載の方法。 12. The method of claim 11, wherein said optical adhesive comprises a transparent metal oxide material or a transparent acrylic polymer and said third refractive index is between about 1.5 and about 2.5. 前記領域は、導波結合器の入力カップリング領域及び出力カップリング領域のうちの少なくとも1つの複数の回折格子を含む、請求項11に記載の方法。 12. The method of claim 11, wherein said regions comprise a plurality of gratings in at least one of an input coupling region and an output coupling region of a waveguide coupler. 前記複数の回折格子は、前記基板の前記表面に平行な上面と、前記基板の前記表面に対してある量だけ傾斜した側壁面とを備える、請求項13に記載の方法。 14. The method of claim 13, wherein the plurality of diffraction gratings comprise top surfaces parallel to the surface of the substrate and sidewall surfaces slanted by an amount with respect to the surface of the substrate. 前記複数の回折格子は、前記基板の前記表面に対して角度が付けられたブレーズド面と、前記基板の前記表面に対して垂直に配向された側壁面と、を含むブレーズド角度付き回折格子である、請求項13に記載の方法。
The plurality of diffraction gratings are blazed angled diffraction gratings including blazed surfaces angled with respect to the surface of the substrate and sidewall surfaces oriented perpendicular to the surface of the substrate. 14. The method of claim 13.
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