JP2599455B2 - 回析格子およびその製造方法 - Google Patents
回析格子およびその製造方法Info
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- JP2599455B2 JP2599455B2 JP1040500A JP4050089A JP2599455B2 JP 2599455 B2 JP2599455 B2 JP 2599455B2 JP 1040500 A JP1040500 A JP 1040500A JP 4050089 A JP4050089 A JP 4050089A JP 2599455 B2 JP2599455 B2 JP 2599455B2
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は分光機器および光通信機器等に使用する回折
格子とその製造方法に関するものである。
格子とその製造方法に関するものである。
従来の技術 従来、回折格子は光の波長分散素子として主に分光測
定用機器に使用され、ある波長域から所望の波長を選択
して取り出す用途に用いられている。しかしながら回折
格子は一般に入射する光の波長、偏光方向、入射角度に
よって回折される光の強度、即ち回折効率が著しく影響
を受けることが知られている。
定用機器に使用され、ある波長域から所望の波長を選択
して取り出す用途に用いられている。しかしながら回折
格子は一般に入射する光の波長、偏光方向、入射角度に
よって回折される光の強度、即ち回折効率が著しく影響
を受けることが知られている。
以下、従来の回折格子およびその製造方法について説
明する。
明する。
例えば、ピー、ブリーク、アール．デラウイル、エ
ム．ブライドゥン アンド ディー．メイストゥル：マ
イクロウェーブ ベリフィケイション オブ ア ニュ
ーメリカル オプティマイゼイション オブ フーリエ
グレーティングズ．アプライド フィジクス.24.No.
2.P.14（1981）〔P.Bliek,R.Deleuil,M.Breidne and D.
Maystre:Microwave verification of a numerical opti
mization of Fourior gratings.Applied Physics.24.N
o.2.P.147（1981）〕では、基本周波数と２次のハーモ
ミックの組み合わせによってプロファイルを合成するフ
ーリエ格子の製造がホログラフィック露光技術によって
可能であることから、局所的な理論的最適化によってフ
ーリエ格子の効率を、広波長域用のエシェレット格子の
効率より大きくでき、この理論的予言をマイクロ波領域
で実験的に実証している。
ム．ブライドゥン アンド ディー．メイストゥル：マ
イクロウェーブ ベリフィケイション オブ ア ニュ
ーメリカル オプティマイゼイション オブ フーリエ
グレーティングズ．アプライド フィジクス.24.No.
2.P.14（1981）〔P.Bliek,R.Deleuil,M.Breidne and D.
Maystre:Microwave verification of a numerical opti
mization of Fourior gratings.Applied Physics.24.N
o.2.P.147（1981）〕では、基本周波数と２次のハーモ
ミックの組み合わせによってプロファイルを合成するフ
ーリエ格子の製造がホログラフィック露光技術によって
可能であることから、局所的な理論的最適化によってフ
ーリエ格子の効率を、広波長域用のエシェレット格子の
効率より大きくでき、この理論的予言をマイクロ波領域
で実験的に実証している。
ここで、フーリエ格子は一般に格子溝方向と垂直な座
標をｘ、格子間隔をｄとして格子溝形状η（ｘ）は基本
周波数ｋ（＝２π/d）と２次のハーモミック2kの組み合
わせ η（ｘ）＝ｈ｛sin（Kx）＋γsin（2Kx＋φ）｝ であらわされ、h,γ，φが形状を決めるパラメーターで
ある。
標をｘ、格子間隔をｄとして格子溝形状η（ｘ）は基本
周波数ｋ（＝２π/d）と２次のハーモミック2kの組み合
わせ η（ｘ）＝ｈ｛sin（Kx）＋γsin（2Kx＋φ）｝ であらわされ、h,γ，φが形状を決めるパラメーターで
ある。
なお、文献で示されている回折格子形状は、この場
合、 2h/d＝0.42,γ＝0.286,＝−90゜ に相当する。
合、 2h/d＝0.42,γ＝0.286,＝−90゜ に相当する。
次に、製造方法においては従来のコヒーレント光を用
いた二光束干渉露光法が用いられているが、基板上に設
ける感光層の感度特性は、露光量に対して現像後の感光
層の膜厚残存量がほぼ線型な関係の範囲で製造されてい
る。
いた二光束干渉露光法が用いられているが、基板上に設
ける感光層の感度特性は、露光量に対して現像後の感光
層の膜厚残存量がほぼ線型な関係の範囲で製造されてい
る。
第16図に露光量と現像後の感光層の膜厚残存率の関
係、即ち感度曲線を表した図を示す。ここでは感光層に
ポジ型感光材、即ち露光されたところが現像により除去
されるような感光材について示している。16aは露光干
渉縞の強度分布、16bは現像後の格子の断面形状、16cは
感度曲線である。
係、即ち感度曲線を表した図を示す。ここでは感光層に
ポジ型感光材、即ち露光されたところが現像により除去
されるような感光材について示している。16aは露光干
渉縞の強度分布、16bは現像後の格子の断面形状、16cは
感度曲線である。
これによれば、感度曲線は線型であるためもし仮にフ
ーリエ格子を形成するなら、例えばエム．ブライドゥ
ン、エス．ジョハンソン、エル−イー．ニルソン アン
ド エイチ．アーレン：ブレーズド ホログラフィック
グレーティングズ．オプティカ アクタ.26.No.11.P.
1427（1979）〔M.Breidne,S.Johansson,L−E Nilsson a
nd H.Ahlen:Blazed holographic gratings.Optica Act
a.26.No.11.P.1427（1979）〕のように２回の露光工程
と精密な位置あわせが必要であった。
ーリエ格子を形成するなら、例えばエム．ブライドゥ
ン、エス．ジョハンソン、エル−イー．ニルソン アン
ド エイチ．アーレン：ブレーズド ホログラフィック
グレーティングズ．オプティカ アクタ.26.No.11.P.
1427（1979）〔M.Breidne,S.Johansson,L−E Nilsson a
nd H.Ahlen:Blazed holographic gratings.Optica Act
a.26.No.11.P.1427（1979）〕のように２回の露光工程
と精密な位置あわせが必要であった。
発明が解決しようとする課題 しかしながら、この文献で示されている局所的最適化
は分光機器で用いられることを念頭において、回折格子
に入射する角度と１次回折光が反射される角度の差が17
゜という条件でなされている。これは、例えばλ/d＝１
で、リトロー角より8.5゜離れた角度から光を入射させ
たことと同じことを意味する。
は分光機器で用いられることを念頭において、回折格子
に入射する角度と１次回折光が反射される角度の差が17
゜という条件でなされている。これは、例えばλ/d＝１
で、リトロー角より8.5゜離れた角度から光を入射させ
たことと同じことを意味する。
光通信用に回折格子を使用する場合にはリトロー配置
付近で用いることが多く、17゜の角度差を維持したまま
で使用することはない。従って、この場合に対しての局
所最適化によるフーリエ格子の優位性は定量的には述べ
られていない。これが第１の問題点である。
付近で用いることが多く、17゜の角度差を維持したまま
で使用することはない。従って、この場合に対しての局
所最適化によるフーリエ格子の優位性は定量的には述べ
られていない。これが第１の問題点である。
また、マイクロ波領域で理論的予見の実証を行ってい
るが実際に行った回折格子の格子形状が局所最適化され
た形状とかなりの相違がある。一般に光通信においては
使用する波長域がマイクロ波領域に比べかなり短い0.8
μｍから1.55μｍ帯といった波長域になる。これより、
局所最適化された格子形状の優先性がマイクロ波領域で
の実証のみですべての波長域で実証されたと結論づける
ことはできない。これが第２の問題点である。
るが実際に行った回折格子の格子形状が局所最適化され
た形状とかなりの相違がある。一般に光通信においては
使用する波長域がマイクロ波領域に比べかなり短い0.8
μｍから1.55μｍ帯といった波長域になる。これより、
局所最適化された格子形状の優先性がマイクロ波領域で
の実証のみですべての波長域で実証されたと結論づける
ことはできない。これが第２の問題点である。
さらに、計算によって得られた格子形状は反射面が完
全導体としており、反射表面の誘電率を考慮していな
い。偏光については、格子溝方向と垂直な偏光方向をTM
波、平行な偏光方向をTE波とすると、エム ジー．モハ
ラム アンド ティーケー ゲイロード：リガラス カ
ップルドウェーブ アナリシス オブ メタリック サ
ーフィス レリーフ グレーティングズ．ジャーナル
オブ オプティカル ソサイアティ オブ アメリカ
エー.3.No..11P.1780（1986）〔M.G.Moharam and T.K.G
aylord:Rigorous coupled−wave analysis of metallic
surface−relief gratings.Journal of Optical Socie
ty of America A.3.No.11.P.1780（1986）〕によれば格
子形状が方形波状であるものの、回折格子表面の金属の
持つ誘電率により、入射角による効率の変化は完全導体
の時に比べ、特に波長域が数μｍ以下の領域でTM波の効
率の変化がTE波のそれよりも急激であると述べている。
これが第３の問題点である。
全導体としており、反射表面の誘電率を考慮していな
い。偏光については、格子溝方向と垂直な偏光方向をTM
波、平行な偏光方向をTE波とすると、エム ジー．モハ
ラム アンド ティーケー ゲイロード：リガラス カ
ップルドウェーブ アナリシス オブ メタリック サ
ーフィス レリーフ グレーティングズ．ジャーナル
オブ オプティカル ソサイアティ オブ アメリカ
エー.3.No..11P.1780（1986）〔M.G.Moharam and T.K.G
aylord:Rigorous coupled−wave analysis of metallic
surface−relief gratings.Journal of Optical Socie
ty of America A.3.No.11.P.1780（1986）〕によれば格
子形状が方形波状であるものの、回折格子表面の金属の
持つ誘電率により、入射角による効率の変化は完全導体
の時に比べ、特に波長域が数μｍ以下の領域でTM波の効
率の変化がTE波のそれよりも急激であると述べている。
これが第３の問題点である。
また、フーリエ格子を実際に製造する際には、上記し
たように大規模な装置で２回の露光工程と精密な位置合
わせをせねばならないという問題点を有していた。
たように大規模な装置で２回の露光工程と精密な位置合
わせをせねばならないという問題点を有していた。
本発明は上記問題点に鑑み、光通信に用いるために、
特にリトロー配置で回折効率が高く、入射光の偏光方向
による効率の差異が小さくなる格子溝形状を有する回折
格子とこの回折格子を製造する方法を提供するものであ
る。
特にリトロー配置で回折効率が高く、入射光の偏光方向
による効率の差異が小さくなる格子溝形状を有する回折
格子とこの回折格子を製造する方法を提供するものであ
る。
課題を解決するための手段 上記目的を達成するために本発明の回折格子は基板と
基板上に設けた感光層と感光層の上に設ける反射膜とを
有し、格子溝方向と垂直な座標をｘ、格子間隔をd,k＝
２π/dとして、格子溝形状η（ｘ）が η（ｘ）＝ｈ｛sin（Kx）＋γsin（2Kx−90゜）｝ で表されるとき、パラメーターh,γが 0.05≦γ≦0.32 0.26≦2h/d≦0.52 の範囲を満たし、使用する波長域を格子間隔で規格化し
て 0.67≦λ/d≦1.15 とし、使用する配置が、回折格子への入射角をθ、１次
のリトロー角がθＬとして θＬ−５゜≦θ≦θＬ＋５゜ を満たすものである。
基板上に設けた感光層と感光層の上に設ける反射膜とを
有し、格子溝方向と垂直な座標をｘ、格子間隔をd,k＝
２π/dとして、格子溝形状η（ｘ）が η（ｘ）＝ｈ｛sin（Kx）＋γsin（2Kx−90゜）｝ で表されるとき、パラメーターh,γが 0.05≦γ≦0.32 0.26≦2h/d≦0.52 の範囲を満たし、使用する波長域を格子間隔で規格化し
て 0.67≦λ/d≦1.15 とし、使用する配置が、回折格子への入射角をθ、１次
のリトロー角がθＬとして θＬ−５゜≦θ≦θＬ＋５゜ を満たすものである。
好ましくはγ,2h/d,λ/dがそれぞれ 0.1≦γ≦0.25 0.35≦2h/d≦0.45 0.70≦λ/d≦1.1 を満たすものであればよい。
製造方法としては感光層が露光量と現像後の感光層の
膜厚残存率を表す曲線の２次微分値が正値で、かつ３次
の変曲点が存在しない感度特性を持つ範囲で干渉露光す
ればよい。
膜厚残存率を表す曲線の２次微分値が正値で、かつ３次
の変曲点が存在しない感度特性を持つ範囲で干渉露光す
ればよい。
露光強度分布をＩ（ｘ）、露光する範囲での感度曲線
を２次曲線近似して２次および１次の係数をそれぞれa,
bとすると、 Ｉ（ｘ）＝I0＋I1sin（kx） として 2h/d＝I1|b＋2aI0| γ＝aI1/2|b＋2aI0| の関係式が成り立っていればよい。
を２次曲線近似して２次および１次の係数をそれぞれa,
bとすると、 Ｉ（ｘ）＝I0＋I1sin（kx） として 2h/d＝I1|b＋2aI0| γ＝aI1/2|b＋2aI0| の関係式が成り立っていればよい。
好ましくは例えばポジ型感光材では、 I0＋I1＜|b/2a| また、ネガ型感光材では、ｂ＜０で、 I0＋I1＞|b/2a| を満たしていればよい。
作用 本発明は上記構成により回折格子の格子形状を特殊な
ものにして、リトロー配置において無偏光での回折効率
が85％以上あり、入射光の偏光方向による回折効率の差
異が10％以内の回折格子を得ることができ、また、１回
の露光でこの様な回折格子を製造できる。
ものにして、リトロー配置において無偏光での回折効率
が85％以上あり、入射光の偏光方向による回折効率の差
異が10％以内の回折格子を得ることができ、また、１回
の露光でこの様な回折格子を製造できる。
実施例 以下本発明の一実施例の回折格子およびその製造方法
について図面を参照しながら説明する。
について図面を参照しながら説明する。
第１図は本発明の一実施例における回折格子の格子断
面図を示すものである。第１図において11は基板、12は
感光層、13は反射膜である。基板11上に感光層12を設
け、ホログラフィック露光によって感光層12上に周期的
溝を刻印する。その後、感光層12に刻印された形状を損
なわない程度の薄い反射膜13を設け、回折格子を構成す
る。
面図を示すものである。第１図において11は基板、12は
感光層、13は反射膜である。基板11上に感光層12を設
け、ホログラフィック露光によって感光層12上に周期的
溝を刻印する。その後、感光層12に刻印された形状を損
なわない程度の薄い反射膜13を設け、回折格子を構成す
る。
第２図は回折格子の斜視図である。21は基板、22は感
光層、23は反射膜である。図では基板が平面で四角であ
るが、基板の形状はこれに限定されるものではない。
光層、23は反射膜である。図では基板が平面で四角であ
るが、基板の形状はこれに限定されるものではない。
第３図は本発明の一実施例の回折格子の製造方法の概
念図を示したものである。第３図において、31は露光す
る干渉光の強度分布、32はポジ型の感光層、即ち露光さ
れた感光層の部分が現像後に除去されるような感光層の
感度曲線、33は現像後の格子形状である。
念図を示したものである。第３図において、31は露光す
る干渉光の強度分布、32はポジ型の感光層、即ち露光さ
れた感光層の部分が現像後に除去されるような感光層の
感度曲線、33は現像後の格子形状である。
感光層上にホログラフィック露光される光の強度分布
はコヒーレント光の二光束干渉露光法の場合、一般に三
角関係となっておりこれをそのまま感光層に転写すれば
正弦波形状となるため、感光層の感度特性に非線形性を
持たせることにより現像後の格子形状を正弦波状から歪
んだ形状とすることができる。図ではフーリエ格子にお
いてγ＝0.2,2h/d＝0.435を実現するための実施例の一
つで、強度分布を Ｉ（ｘ）＝I0＋I1sin（kx） として I0＝2.32mJ,I1＝1.74mJ,d＝0.348μｍ また、露光する範囲での感光層の膜厚残存率1/10を示
す感度曲線を２次近似した曲線を1/10＝aE2＋bE＋ｃ として ａ＝1.0,b＝−0.899,c＝0.25 である条件のものを示している。露光する範囲で２次曲
線に近似できれば３次の変曲点は持っていないことにな
る。干渉光の強度分布31は三角関数になっており、また
感度曲線32は２次の微分係数が露光する範囲で常に正の
値であるような感度特性となっていることから、露光量
が多くなるにつれてそれに対する感光層の膜厚残存率の
変化は小さくなっている。従って、強度分布31で露光す
ると現像後の格子形状33は、格子溝の山の部分が細く、
谷の部分が丸くなるような正弦波からは歪んだ形状とな
る。そして、この感光層上に格子形状を損なわない程度
に薄い反射膜を設けて回折格子を構成することができ
る。上に示した実施例はポジ型の感光材について述べた
が、ネガ型の感光材、即ち露光されなかった感光層が現
像後に除去されるような感光材についても同様のことが
言えることは容易に類推できる。従って上に示した数値
例はこれに限定されるものではない。
はコヒーレント光の二光束干渉露光法の場合、一般に三
角関係となっておりこれをそのまま感光層に転写すれば
正弦波形状となるため、感光層の感度特性に非線形性を
持たせることにより現像後の格子形状を正弦波状から歪
んだ形状とすることができる。図ではフーリエ格子にお
いてγ＝0.2,2h/d＝0.435を実現するための実施例の一
つで、強度分布を Ｉ（ｘ）＝I0＋I1sin（kx） として I0＝2.32mJ,I1＝1.74mJ,d＝0.348μｍ また、露光する範囲での感光層の膜厚残存率1/10を示
す感度曲線を２次近似した曲線を1/10＝aE2＋bE＋ｃ として ａ＝1.0,b＝−0.899,c＝0.25 である条件のものを示している。露光する範囲で２次曲
線に近似できれば３次の変曲点は持っていないことにな
る。干渉光の強度分布31は三角関数になっており、また
感度曲線32は２次の微分係数が露光する範囲で常に正の
値であるような感度特性となっていることから、露光量
が多くなるにつれてそれに対する感光層の膜厚残存率の
変化は小さくなっている。従って、強度分布31で露光す
ると現像後の格子形状33は、格子溝の山の部分が細く、
谷の部分が丸くなるような正弦波からは歪んだ形状とな
る。そして、この感光層上に格子形状を損なわない程度
に薄い反射膜を設けて回折格子を構成することができ
る。上に示した実施例はポジ型の感光材について述べた
が、ネガ型の感光材、即ち露光されなかった感光層が現
像後に除去されるような感光材についても同様のことが
言えることは容易に類推できる。従って上に示した数値
例はこれに限定されるものではない。
第４図は本発明の第１の実施例の回折格子の回折効率
を示したものである。第４図において形状はγ＝0.05,
λ/d＝0.7である。実験で示した曲線41はTE波成分に対
する回折効率であり、一転鎖線で示した曲線42はTM波成
分に対する回折効率である。破線で示した曲線43は無偏
光な光が入射したときの回折効率である。回折格子はリ
トロー配置の条件で、数値計算は、ワイ．オクノ アン
ド ティー．マツダ：エフィシェント テクニーク フ
ォーザ ニューメリカル ソリューション オブ ディ
フラクション バイ ア フーリエ グレーティング．
ジャーナル オブ オプティカル ソサイアティ オブ
アメリカ エー.4.No.3.P.465（1987）〔Y.okuno and
T.Matsuda:Efficient technique for the numerical s
olution of diffraction by a Fourier grating.Journa
l of Optical Society of America A.4.P.465（198
7）〕に記載されている手法を用い、回折格子表面は完
全導体としている。
を示したものである。第４図において形状はγ＝0.05,
λ/d＝0.7である。実験で示した曲線41はTE波成分に対
する回折効率であり、一転鎖線で示した曲線42はTM波成
分に対する回折効率である。破線で示した曲線43は無偏
光な光が入射したときの回折効率である。回折格子はリ
トロー配置の条件で、数値計算は、ワイ．オクノ アン
ド ティー．マツダ：エフィシェント テクニーク フ
ォーザ ニューメリカル ソリューション オブ ディ
フラクション バイ ア フーリエ グレーティング．
ジャーナル オブ オプティカル ソサイアティ オブ
アメリカ エー.4.No.3.P.465（1987）〔Y.okuno and
T.Matsuda:Efficient technique for the numerical s
olution of diffraction by a Fourier grating.Journa
l of Optical Society of America A.4.P.465（198
7）〕に記載されている手法を用い、回折格子表面は完
全導体としている。
以上のようにすれば、無偏光での回折効率43が85％以
上ある範囲は、 0.26≦2h/d≦0.46 である。偏光方向による回折効率の違いは特に、 0.26≦2h/d≦0.44 において10％以内で偏光依存性が小さい。第５図に数値
計算を行った回折格子の格子形状を示した。51が格子形
状である。図では2h/d＝0.383での形状に相当する。
上ある範囲は、 0.26≦2h/d≦0.46 である。偏光方向による回折効率の違いは特に、 0.26≦2h/d≦0.44 において10％以内で偏光依存性が小さい。第５図に数値
計算を行った回折格子の格子形状を示した。51が格子形
状である。図では2h/d＝0.383での形状に相当する。
２次のハーモニックが加わっている分、わずかに正弦
波溝形状よりも歪んだ形状となっている。
波溝形状よりも歪んだ形状となっている。
第６図は本発明の第２の実施例の回折格子の回折効率
を示したものである。第６図において形状はγ＝0.32,
λ/d＝0.9である。
を示したものである。第６図において形状はγ＝0.32,
λ/d＝0.9である。
この場合、無偏光での回折効率63が85％以上ある範囲
は、 0.31≦2h/d≦0.46 である。この範囲では偏光方向による回折効率の差異は
８％以内である。第７図は数値計算を行った回折格子の
格子形状を示す。図で71は2h/d＝0.40での形状に相当す
る。正弦波形状からの歪みが大きくなっていくに従い回
折効率が高い範囲は2h/dの大きいほうへとシフトしてい
る。
は、 0.31≦2h/d≦0.46 である。この範囲では偏光方向による回折効率の差異は
８％以内である。第７図は数値計算を行った回折格子の
格子形状を示す。図で71は2h/d＝0.40での形状に相当す
る。正弦波形状からの歪みが大きくなっていくに従い回
折効率が高い範囲は2h/dの大きいほうへとシフトしてい
る。
第８図は第３の実施例を示したものである。第８図に
おいて形状はγ＝0.1,λ/d＝0.67である。
おいて形状はγ＝0.1,λ/d＝0.67である。
この場合、無偏光での回折効率83が85％以上である範
囲は、 0.26≦2h/d≦0.43 である。この範囲では偏光方向による回折効率の差異は
５％以内で偏光依存性が特に小さい。第９図に数値計算
を行った回折格子の格子形状を示す。図で91は2h/d＝0.
35での形状に相当する。
囲は、 0.26≦2h/d≦0.43 である。この範囲では偏光方向による回折効率の差異は
５％以内で偏光依存性が特に小さい。第９図に数値計算
を行った回折格子の格子形状を示す。図で91は2h/d＝0.
35での形状に相当する。
第10図は第４の実施例を示したものである。第10図に
おいて形状はγ＝0.2,λ/d＝0.8である。
おいて形状はγ＝0.2,λ/d＝0.8である。
この場合、無偏光での回折効率10cが85％以上ある範
囲は、 0.29≦2h/d≦0.48 とかなり広範囲の2h/dで維持している。この範囲では偏
光方向による回折効率の差異も10％以内である。
囲は、 0.29≦2h/d≦0.48 とかなり広範囲の2h/dで維持している。この範囲では偏
光方向による回折効率の差異も10％以内である。
第11図は第10図において2h/d＝0.47における波長依存
性を表したグラフである。
性を表したグラフである。
このような場合では無偏光での回折効率11cが85％以
上ある範囲は、 0.78≦λ/d≦1.15 であるが、 0.88≦λ/d≦1.0 の範囲では両偏光での回折効率の差異が大きくなってい
る。第12図に数値計算を行った回折格子の格子形状を示
す。図で12aは2h/d＝0.47での形状に相当する。
上ある範囲は、 0.78≦λ/d≦1.15 であるが、 0.88≦λ/d≦1.0 の範囲では両偏光での回折効率の差異が大きくなってい
る。第12図に数値計算を行った回折格子の格子形状を示
す。図で12aは2h/d＝0.47での形状に相当する。
第13図は第10図において両偏光での回折効率が等しい
2h/d＝0.435における波長依存性を表したグラフであ
る。
2h/d＝0.435における波長依存性を表したグラフであ
る。
この場合は無偏光での回折効率13cが85％以上ある範
囲は、 0.70≦λ/d≦1.15 である。特に、 0.73≦λ/d≦1.07 を満たす広い波長範囲で偏光方向による回折効率の差異
は10％以内である。
囲は、 0.70≦λ/d≦1.15 である。特に、 0.73≦λ/d≦1.07 を満たす広い波長範囲で偏光方向による回折効率の差異
は10％以内である。
第14図は実際にガラス基板上に感光層を設け一回のホ
ログラフィック露光で製作した回折格子を用いて入射角
度依存性を測定した結果である。格子溝間隔は1.3μｍ
表面は反射率が99％以上ある金を蒸着しており測定光は
1.3μｍ帯の半導体レーザー光を用いている。図で入射
角30゜がリトロー角に相当する。曲線14aがTE波、曲線1
4bがTM波、曲線14cが無偏光での回折効率で、△および
□印はそれぞれTE波成分14a,TM波成分14bの測定点であ
る。
ログラフィック露光で製作した回折格子を用いて入射角
度依存性を測定した結果である。格子溝間隔は1.3μｍ
表面は反射率が99％以上ある金を蒸着しており測定光は
1.3μｍ帯の半導体レーザー光を用いている。図で入射
角30゜がリトロー角に相当する。曲線14aがTE波、曲線1
4bがTM波、曲線14cが無偏光での回折効率で、△および
□印はそれぞれTE波成分14a,TM波成分14bの測定点であ
る。
一般にλ/d＝１の条件では１次のリトロー配置で回折
効率は高くなり、入射角がリトロー角から離れるに従い
低くなる。図においても両偏光とも回折効率が最大にな
っているのはリトロー配置のときで無偏光で95％と高い
回折効率を有している。その時の回折効率は第13図での
計算値とほぼ一致している。図からわかるようにリトロ
ー角から５゜の範囲内での入射角に対しては回折効率は
無偏光で85％以上を維持しており、また偏光による効率
の差異も10％以内と小さい。リトロー角から５゜ずれた
場合の入射角と１次回折光の反射角との角度差は10゜に
相当し、これより離れた角度から入射させるとTM波成分
の回折効率14bが回折格子表面の誘電率により、Ｅ波成
分14aに比べ急激に低くなることが図からわかる。例え
ば、リトロー角から10゜離れた角度では両偏光の回折効
率は20％以上の差異が生まれ、従って無偏光での回折効
率14cも低くなる。第15図は、測定した回折格子の格子
断面形状を、SEMを使用して撮影したものである。格子
形状はこの場合、γ＝0.2,λ/d＝1.0,2h/d＝0.435に相
当する形状を有している。なおパラメーター2h/d,γ，
λ/dの組み合わせを変えることにより多くの形状が考え
られるので、これまで上げた実施例に限定されるもので
はない。
効率は高くなり、入射角がリトロー角から離れるに従い
低くなる。図においても両偏光とも回折効率が最大にな
っているのはリトロー配置のときで無偏光で95％と高い
回折効率を有している。その時の回折効率は第13図での
計算値とほぼ一致している。図からわかるようにリトロ
ー角から５゜の範囲内での入射角に対しては回折効率は
無偏光で85％以上を維持しており、また偏光による効率
の差異も10％以内と小さい。リトロー角から５゜ずれた
場合の入射角と１次回折光の反射角との角度差は10゜に
相当し、これより離れた角度から入射させるとTM波成分
の回折効率14bが回折格子表面の誘電率により、Ｅ波成
分14aに比べ急激に低くなることが図からわかる。例え
ば、リトロー角から10゜離れた角度では両偏光の回折効
率は20％以上の差異が生まれ、従って無偏光での回折効
率14cも低くなる。第15図は、測定した回折格子の格子
断面形状を、SEMを使用して撮影したものである。格子
形状はこの場合、γ＝0.2,λ/d＝1.0,2h/d＝0.435に相
当する形状を有している。なおパラメーター2h/d,γ，
λ/dの組み合わせを変えることにより多くの形状が考え
られるので、これまで上げた実施例に限定されるもので
はない。
発明の効果 以上のように本発明は基板と基板上に設けた感光層と
感光層の上に設ける反射膜とを有し、格子溝間隔をd,k
＝２π/d、格子溝方向と垂直な座標をｘとして、格子溝
形状η（ｘ）が、 η（ｘ）＝ｈ｛sin（Kx）＋γsin（2Kx−90゜）｝ で表されるとき、パラメーターh,γが、 0.26≦2h/d≦0.52 0.05≦γ≦0.32 の範囲を満たす形状を有し、使用する波長域を格子間隔
ｄで規格化して、 0.67≦λ/d≦1.15 とし、さらに使用する配置を、入射角をθ、１次のリト
ロー角をθＬとして、 θＬ−５゜≦θ≦θＬ＋５゜ を満たす範囲で行うことにより、無偏光での回折効率が
85％以上あり、入射光の偏光方向による回折効率の差異
が10％以内にすることができる。
感光層の上に設ける反射膜とを有し、格子溝間隔をd,k
＝２π/d、格子溝方向と垂直な座標をｘとして、格子溝
形状η（ｘ）が、 η（ｘ）＝ｈ｛sin（Kx）＋γsin（2Kx−90゜）｝ で表されるとき、パラメーターh,γが、 0.26≦2h/d≦0.52 0.05≦γ≦0.32 の範囲を満たす形状を有し、使用する波長域を格子間隔
ｄで規格化して、 0.67≦λ/d≦1.15 とし、さらに使用する配置を、入射角をθ、１次のリト
ロー角をθＬとして、 θＬ−５゜≦θ≦θＬ＋５゜ を満たす範囲で行うことにより、無偏光での回折効率が
85％以上あり、入射光の偏光方向による回折効率の差異
が10％以内にすることができる。
また、感光層が、露光量と現像後の感光層の膜厚残存
率を表す曲線の２次微分値が正値で、かつ３次の変曲点
が存在しない感度特性を持ち、露光する干渉縞の方向と
垂直な座標をｘ、縞間隔をｄ、ｋ＝２π/dとして、露光
強度分布Ｉ（ｘ）を、 Ｉ（ｘ）＝I0＋I1sin（kx） 感光層の感度特性の曲線を露光する強度範囲内で２次
曲線近似した際の２次の係数および１次の係数をそれぞ
れa,bとして、 2h/d＝I1|b＋2aI0| γ＝aI1/2|b＋2aI0| を満たすようにして製造することにより同様の効果を有
する回折格子を一回の露光により実現することができ
る。
率を表す曲線の２次微分値が正値で、かつ３次の変曲点
が存在しない感度特性を持ち、露光する干渉縞の方向と
垂直な座標をｘ、縞間隔をｄ、ｋ＝２π/dとして、露光
強度分布Ｉ（ｘ）を、 Ｉ（ｘ）＝I0＋I1sin（kx） 感光層の感度特性の曲線を露光する強度範囲内で２次
曲線近似した際の２次の係数および１次の係数をそれぞ
れa,bとして、 2h/d＝I1|b＋2aI0| γ＝aI1/2|b＋2aI0| を満たすようにして製造することにより同様の効果を有
する回折格子を一回の露光により実現することができ
る。
第１図は本発明の一実施例における回折格子の断面形状
図、第２図は第１図の回折格子の斜視図、第３図はポジ
型の感光層での感度曲線とそれによってできる回折格子
の格子形状を表す概念図、第４図は本発明の第１の実施
例における回折格子のγ＝0.05,γ/d＝0.67、リトロー
配置での2h/dに対する回折効率の計算図、第５図はγ＝
0.05,2h/d＝0.383での格子形状図、第６図は本発明の第
２の実施例における回折格子のγ＝0.32,γ/d＝0.9、リ
トロー配置での2h/dに対する回折効率の計算図、第７図
はγ＝0.32,2h/d＝0.40での格子形状図、第８図は本発
明の第３の実施例における回折格子のγ＝0.1,λ/d＝0.
7、リトロー配置での2h/dに対する回折効率の計算図、
第９図はγ＝0.1,2h/d＝0.35での格子形状図、第10図は
本発明の第４の実施例における回折格子のγ＝0.32,γ/
d＝0.8、リトロー配置での2h/d対にする回折効率の計算
図、第11図はγ＝0.2,2h/d＝0.47、リトロー配置でのλ
/dに対する回折効率の計算図、第12図はγ＝0.2,2h/d＝
0.47での格子形状図、第13図はγ＝0.2,2h/d＝0.435、
リトロー配置でのλ/dに対する回折効率の計算図、第14
図はγ＝0.2,λ/d＝1.0,2h/d＝0.435、に相当する形状
を持つ回折格子の回折効率の入射角依存性の測定図、第
15図は測定回折格子のSEM写真図、第16図は従来の回折
格子の製造方法のポジ型の感光層での感度曲線とそれに
よってできる回折格子の格子形状を表す概念図である。 11,21……基板、12,22……感光層、13,23……反射膜、3
1……露光干渉縞の強度分布、32……感度曲線、33……
現像後の格子形状、41,61,81,10a,11a,13a,14a……TE波
成分の回折効率、42,62,82,10b,11b,13b,14b……TM波成
分の回折効率、43,63,83,10c,11c,13c,14c……無偏光で
の回折効率。
図、第２図は第１図の回折格子の斜視図、第３図はポジ
型の感光層での感度曲線とそれによってできる回折格子
の格子形状を表す概念図、第４図は本発明の第１の実施
例における回折格子のγ＝0.05,γ/d＝0.67、リトロー
配置での2h/dに対する回折効率の計算図、第５図はγ＝
0.05,2h/d＝0.383での格子形状図、第６図は本発明の第
２の実施例における回折格子のγ＝0.32,γ/d＝0.9、リ
トロー配置での2h/dに対する回折効率の計算図、第７図
はγ＝0.32,2h/d＝0.40での格子形状図、第８図は本発
明の第３の実施例における回折格子のγ＝0.1,λ/d＝0.
7、リトロー配置での2h/dに対する回折効率の計算図、
第９図はγ＝0.1,2h/d＝0.35での格子形状図、第10図は
本発明の第４の実施例における回折格子のγ＝0.32,γ/
d＝0.8、リトロー配置での2h/d対にする回折効率の計算
図、第11図はγ＝0.2,2h/d＝0.47、リトロー配置でのλ
/dに対する回折効率の計算図、第12図はγ＝0.2,2h/d＝
0.47での格子形状図、第13図はγ＝0.2,2h/d＝0.435、
リトロー配置でのλ/dに対する回折効率の計算図、第14
図はγ＝0.2,λ/d＝1.0,2h/d＝0.435、に相当する形状
を持つ回折格子の回折効率の入射角依存性の測定図、第
15図は測定回折格子のSEM写真図、第16図は従来の回折
格子の製造方法のポジ型の感光層での感度曲線とそれに
よってできる回折格子の格子形状を表す概念図である。 11,21……基板、12,22……感光層、13,23……反射膜、3
1……露光干渉縞の強度分布、32……感度曲線、33……
現像後の格子形状、41,61,81,10a,11a,13a,14a……TE波
成分の回折効率、42,62,82,10b,11b,13b,14b……TM波成
分の回折効率、43,63,83,10c,11c,13c,14c……無偏光で
の回折効率。
フロントページの続き (72)発明者 朝倉 宏之 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 西岡 稔 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 村瀬 宏一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭58−182604（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−100404（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−121150（ＪＰ，Ａ) 実開 昭54−54357（ＪＰ，Ｕ)
Claims (9)
- 【請求項１】基板と、前記基板上に１回のみの露光で作
製した格子溝形状を有する感光層と、前記感光層上に前
記感光層の格子溝形状を損なわない程度に設ける薄い反
射膜とを有する回折格子であって、前記回折格子の格子
溝形状は、格子溝の山の部分が細く、谷の部分が丸くな
るような正弦波からは歪んだ形状であり、格子溝間隔を
d,k＝２π/d、格子溝方向と垂直な座標をｘとして、前
記格子溝形状η（ｘ）が、 η（ｘ）＝ｈ｛sin（kx）＋γsin（2kx−90゜）｝ で表されるとき、パラメーターh,γが、 0.26≦2h/d≦0.52 0.05≦γ≦0.32 の範囲を満たす形状を有し、使用する波長域λは格子間
隔ｄで規格化して、 0.67≦λ/d≦1.15 とし、さらに使用する配置は、入射角をθ、１次のリト
ロー角をθＬとして、 θＬ−５゜≦θ≦θＬ＋５゜ であることを特徴とする回折格子。 - 【請求項２】基板と、前記基板上に１回のみの露光で作
製した格子溝形状を有する感光層と、前記感光層上に前
記感光層の格子溝形状を損なわない程度に設ける薄い反
射膜とを有する回折格子であって、前記回折格子の格子
溝形状は、格子溝の山の部分が細く、谷の部分が丸くな
るような正弦波からは歪んだ形状であり、格子溝間隔を
d,k＝２π/d、格子溝方向と垂直な座標をｘとして、前
記格子溝形状η（ｘ）が、 η（ｘ）＝ｈ｛sin（kx）＋γsin（2kx−90゜）｝ で表されるとき、パラメータh,γが、 0.35≦2h/d≦0.45 0.10≦γ≦0.25 の範囲を満たす形状を有し、使用する波長域λは格子間
隔ｄで規格化して、 0.67≦λ/d≦1.15 とし、さらに使用する配置は、入射角をθ、１次のリト
ロー角をθＬとして、 θＬ−５゜≦θ≦θＬ＋５゜ であることを特徴とする回折格子。 - 【請求項３】基板と、前記基板上に１回のみの露光で作
製した格子溝形状を有する感光層と、前記感光層上に前
記感光層の格子溝形状を損なわない程度に設ける薄い反
射膜とを有する回折格子であって、前記回折格子の格子
溝形状は、格子溝の山の部分が細く、谷の部分が丸くな
るような正弦波からは歪んだ形状であり、前記感光層
は、露光量と現像後の前記感光層の膜厚残存率を表す曲
線の２次微分値が正値で、かつ３次の変曲点が存在しな
い感度特性を持つ範囲で干渉露光されることを特徴とす
る回折格子。 - 【請求項４】使用する波長域λは、格子間隔ｄで規格化
して、 0.67≦λ/d≦1.15 とし、さらに使用する配置は、入射角をθ、１次のリト
ロー角をθＬとして、 θＬ−５゜≦θ≦θＬ＋５゜ であることを特徴とする請求項３記載の回折格子。 - 【請求項５】露光する干渉縞の方向と垂直な座標をｘ、
縞間隔をd,k＝２π/dとして露光強度分布Ｉ（ｘ）を Ｉ（ｘ）＝I0＋I1sin（kx） 感光層の感度特性の曲線を露光する強度範囲内で２次曲
線近似した際の２次の係数および１次の係数をそれぞれ
a,bとし、回折格子の格子形状η（ｘ）を、 η（ｘ）＝ｈ｛sin（kx）＋γsin（2kx−90゜）｝ とすると、 0.26≦2h/d＝I1|b＋2aI0|≦0.52 0.05≦γ＝aI1/2|b＋2aI0|≦0.32 を満たしていることを特徴とする請求項３記載の回折格
子。 - 【請求項６】露光する干渉縞の方向と垂直な座標をｘ、
縞間隔をd,k＝２π/dとして露光強度分布Ｉ（ｘ）を Ｉ（ｘ）＝I0＋I1sin（kx） 感光層の感度特性の曲線を露光する強度範囲内で２次曲
線近似した際の２次の係数および１次の係数をそれぞれ
a,bとし、回折格子の格子形状η（ｘ）を、 η（ｘ）＝ｈ｛sin（kx）＋γsin（2kx−90゜）｝ とすると、 0.35≦2h/d＝I1|b＋2aI0|≦0.45 0.10≦γ＝aI1/2|b＋2aI0|≦0.25 を満たしていることを特徴とする請求項３記載の回折格
子。 - 【請求項７】露光量と現像後の感光層の膜厚残存率を表
す曲線の２次微分値が正値で、かつ３次の変曲点が存在
しない感度特性を持つ範囲において、格子溝形状が格子
溝の山の部分が細く、谷の部分が丸くなるような正弦波
からは歪んだ形状となるように、基板上に設けた感光層
に格子溝形状を一回のみの干渉露光で形成し、前記感光
層上に前記感光層の格子溝形状を損なわない程度に薄い
反射膜を形成して回折格子を作ることを特徴とする回折
格子の製造方法。 - 【請求項８】露光する干渉縞の方向と垂直な座標をｘ、
縞間隔をd,k＝２π/dとして露光強度分布Ｉ（ｘ）を Ｉ（ｘ）＝I0＋I1sin（kx） 感光層の感度特性の曲線を露光する強度範囲内で２次曲
線近似した際の２次の係数および１次の係数をそれぞれ
a,bとし、回折格子の格子形状η（ｘ）を、 η（ｘ）＝ｈ｛sin（kx）＋γsin（2kx−90゜）｝ とすると、 0.26≦2h/d＝I1|b＋2aI0|≦0.52 0.05≦γ＝aI1/2|b＋2aI0|≦0.32 を満たしていることを特徴とする請求項７記載の回折格
子の製造方法。 - 【請求項９】露光する干渉縞の方向と垂直な座標をｘ、
縞間隔をd,k＝２π/dとして露光強度分布Ｉ（ｘ）を Ｉ（ｘ）＝I0＋I1sin（kx） 感光層の感度特性の曲線を露光する強度範囲内で２次曲
線近似した際の２次の係数および１次の係数をそれぞれ
a,bとし、回折格子の格子形状η（ｘ）を、 η（ｘ）＝ｈ｛sin（kx）＋γsin（2kx−90゜）｝ とすると、 0.35≦2h/d＝I1|b＋2aI0|≦0.45 0.10≦γ＝aI1/2|b＋2aI0|≦0.25 を満たしていることを特徴とする請求項７記載の回折格
子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1040500A JP2599455B2 (ja) | 1989-02-20 | 1989-02-20 | 回析格子およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1040500A JP2599455B2 (ja) | 1989-02-20 | 1989-02-20 | 回析格子およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02219002A JPH02219002A (ja) | 1990-08-31 |
| JP2599455B2 true JP2599455B2 (ja) | 1997-04-09 |
Family
ID=12582282
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1040500A Expired - Fee Related JP2599455B2 (ja) | 1989-02-20 | 1989-02-20 | 回析格子およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2599455B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002365675A (ja) * | 2001-06-04 | 2002-12-18 | Stanley Electric Co Ltd | 光学部材および表示装置 |
| KR100397166B1 (ko) * | 2001-06-18 | 2003-09-13 | 손광현 | 재귀반사체 |
| JP4221965B2 (ja) * | 2002-07-22 | 2009-02-12 | 日立電線株式会社 | 回折格子、波長合分波器及びこれらを用いた波長多重信号光伝送モジュール |
| JP4759973B2 (ja) * | 2004-10-18 | 2011-08-31 | 日立電線株式会社 | デマルチプレクサ及び波長多重光伝送モジュール |
| CN102998730B (zh) * | 2012-12-24 | 2014-10-22 | 四川省宜宾普什集团3D有限公司 | 一种立体光栅 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5454357U (ja) * | 1977-09-24 | 1979-04-14 | ||
| JPS54121150A (en) * | 1978-03-13 | 1979-09-20 | Nec Corp | Optical production of blaze grating |
| JPS58182604A (ja) * | 1982-04-20 | 1983-10-25 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 回折格子作製法 |
| JPS59100404A (ja) * | 1982-11-30 | 1984-06-09 | Ricoh Co Ltd | 三角形状の反射型レリ−フ回折格子 |
-
1989
- 1989-02-20 JP JP1040500A patent/JP2599455B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02219002A (ja) | 1990-08-31 |
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