JP2832337B2 - 回折格子の製造方法 - Google Patents

回折格子の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光照射によるガラ
ス回折格子の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】紫外域から近赤外域の光を透過するシリ
カガラスは、通信用光ファイバーの母材として用いられ
ており、そのコアの部分には通常GeO2がドープされ
ている。このファイバーに波長488nmアルゴンイオンレ
ーザー光或いは248nmのエキシマレーザー光を照射する
と、コアの屈折率が変化することが見出されている(K.
O.Hillら、Appi.Phys.Lett. 32(1978)647、或いはR.
M.Atkinsら、Electron.Lett. 29(1993)385)。しかし
ながら、その屈折率変化量は、1×10-4程度であり、
光ファイバー以外の分野への応用は、困難である。
【0003】一方、ゾル−ゲル法により製造されたGe
2−SiO2ガラスにおいても、光屈折率変化が認めら
れている(K.D.Simmonsら、Opt.Lett. 18(1993)2
5)。しかしながら、その値も、上記の光ファイバーの
場合と同レベルであり、通常の分光器などで使用されて
いる回折格子への応用は、不可能である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、回
折格子への応用が可能な程度の屈折率変化量を示すガラ
ス材料を提供することを主な目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記のよう
な技術の現状を考慮しつつ、研究を重ねた結果、光照射
によりガラス構造の変化を伴う密度変化を誘起しうるガ
ラス薄膜に回折格子を形成することにより、その目的を
達成しうることを見出した。
【0006】すなわち、本発明は、下記の光照射による
ガラス回折格子の製造方法を提供するものである。
【0007】1.光照射によりガラス薄膜表面に周期的
凹凸を形成することを特徴とする回折格子の製造方法。
【0008】2.凹凸形成のための光源が、エキシマレ
ーザー、Nd−YAGレーザーまたは色素レーザーの紫
外高調波である上記項1に記載の回折格子の製造方法。
【0009】3.予めガラス薄膜表面にフェーズマスク
を設置し、該フェーズマスクを介して光照射を行う上記
項1または2に記載の回折格子の製造方法。
【0010】4.レーザーの干渉光をガラス薄膜表面に
照射することにより、ガラス薄膜表面にその干渉光の周
期に応じた凹凸を形成させる上記項1または2に記載の
回折格子の製造方法。
【0011】5.回折格子を書き込むためのガラス薄膜
をスパッタ蒸着法により作成する上記項1〜4のいずれ
かに記載の回折格子の製造方法。
【0012】6.回折格子を書き込むためのガラス薄膜
の組成が、GeO2含有量20〜95モル%のGeO2−Si
2系ガラスである上記項1〜5のいずれかに記載の回
折格子の製造方法。
【0013】
【発明の実施の形態】本発明において回折格子の形成に
使用するガラス薄膜は、高周波スパッタ蒸着法により、
シリコン単結晶などの基板上に作製することが好まし
い。高周波スパッタ蒸着は、常法に従って行うことがで
き、その条件などは特に限定されるものではないが、通
常アルゴンまたはアルゴン−酸素混合ガス(酸素の体積
含有率50%程度まで)の雰囲気中で行う。アルゴン−酸
素混合ガス中の酸素の体積含有率が50%を上回る場合に
も、屈折率変化が認められるガラス薄膜が得られるが、
ガラス薄膜の生成速度が極めて遅くなり、実用性に欠け
る。ガラス薄膜の厚さは、通常0.1〜10μm(100〜1000
00Å)程度である。得られたガラス薄膜は、対レーザー
耐性を改善するために、常法に従って、300〜800℃程度
で熱処理することが好ましい。
【0014】使用するガラスとしては、GeO2含有量
が20〜95モル%、より好ましくは25〜55モル%であるG
eO2−SiO2系ガラスが特に好適である。GeO2
SiO2系ガラス薄膜において、GeO2含有量が少なす
ぎる場合には、光照射を行っても大きな体積変化が認め
られず、凹凸が形成されにくいのに対し、多すぎる場合
には、ガラスが黄色く着色したり、或いはガラスの耐水
性が低下したりする。
【0015】回折格子を形成する方法としては、(1)
ガラス薄膜表面に予めフェーズマスクを設置し、該フェ
ーズマスクを介して光照射を行うことにより、周期的凹
凸を形成する方法、および(2)ガラス薄膜表面にレー
ザーの干渉光を照射することにより、ガラス表面にその
干渉波の周期に応じた凹凸を形成する方法が挙げられ
る。凹凸を形成するための光源としては、ArF、Kr
Fなどのエキシマレーザー、Nd−YAGレーザー、A
rイオンレーザーまたは色素レーザーの紫外高調波など
が例示される。
【0016】
【発明の効果】本発明によれば、スパッタ蒸着法により
作製したガラス薄膜表面に光照射を行って光の波長レベ
ルの周期的凹凸を形成させることにより、高い耐熱性、
機械的強度などを有する回折格子を容易に得ることがで
きる。
【0017】
【実施例】以下に実施例および比較例を示し、本発明の
特徴とするところをより一層明確にする。
【0018】実施例1 雰囲気ガス組成が80%Ar−20%O2であり、その流量
が3cc/分、チャンバー内圧力が約10-2torrという条件
下に、シリコン単結晶基板上にGeO225モル%−Si
275モル%のガラス薄膜を約8nm/分の速度で約300分間
堆積させた。薄膜の組成が目的通りに調整されているこ
とは、XPSにより確認された。また、薄膜のX線回折を
測定したところ、GeO2またはSiO2の結晶による鋭
い回折ピークは、全く観測されなかった。
【0019】得られたガラス薄膜を真空中500℃で1時
間熱処理した後、薄膜上に1μm間隔の溝が5×10mmの
範囲に彫られたシリカガラス製のフェーズマスクをおい
て、真上から波長193nmで、パワー密度30mJ/cm2のA
rFエキシマレーザーパルスを1200パルス照射した。
【0020】得られた材料の表面を電子顕微鏡で観察し
たところ、振幅0.2μmの凹凸が形成されていることが
確認された。
【0021】また、得られた材料の凹凸部分にHe−N
eレーザーを入射したところ、1次の回折効率が約7%
であることが確認された。
【0022】実施例2 実施例1と同様の方法により作成したガラス薄膜に対
し、1mJ/mm2のNe−YAGレーザー光(波長266nm)を
法線角45°で双方向から1000ショット照射したところ、
その干渉波に応じた凹凸がガラス表面に形成され、実施
例1による回折格子に類似したNe−Heレーザー光の
回折が確認された。
【0023】実施例3〜6 表1に示す組成のガラスを用いて実施例1と同様にして
作製した薄膜を真空中500℃で1時間熱処理した後、実施
例1と同様なフェーズマスクを介してArFエキシマレ
ーザーパルスを1200パルス照射したところ、表1に示す
様な振幅の凹凸が形成されていることが電子顕微鏡観察
により確認された。
【0024】
【表1】
【0025】なお、表1には、実施例1〜2の結果をも
併せて示す。
【0026】比較例1 雰囲気ガス組成が80%Ar−20%O2であり、その流量
が3cc/分、チャンバー内圧力が約10-2torrという条件
下に、シリコン単結晶基板上にGeO210モル%−Si
290モル%のガラス薄膜を約8nm/分の速度で約300分間
堆積させた。
【0027】得られた薄膜を使用して実施例1と同様な
方法により、回折格子の形成を試みたが、電子顕微鏡観
察によれば、表面に凹凸は形成されていなかった。
【0028】比較例2 比較例1と同様な条件下にGeO2ガラスをシリコン基
板上に析出させた後、1週間空気中に放置したところ、
ガラス表面に白い濁りが観察された。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−258509(JP,A) Optical Material s,vol.4(January 1995),p.404−409 Optical Material s,vol.4(Mrch 1995), p.441−449 Appl.Phys.Lett.,v ol.64(3)(17 January 1994),p.282−28 Appl.Phys.Lett.,v ol.62(10)(8 March 1993),p.1035−1037 Optics Communicat ions,vol.111(1 Octo ber 1994),p.269−275 OPTICS LETTERS,Vo l.21(17)(1 September 1996),p.1360−1362 IEEE JOURNAL OF Q UANTUM ELECTRONIC S,VOL.QE−22(8)(AUGU ST 1986),p.1384−1403

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】Ge0含有量が20〜95モル%であ
    り、厚さが0.1〜10μmであるGe0−Si0
    ガラス薄膜に対し光を照射することにより、ガラス薄膜
    表面に周期的凹凸を形成することを特徴とする反射型回
    折格子の製造方法。
  2. 【請求項2】薄膜ガラスのGe0含有量が25〜55
    モル%である請求項1に記載の反射型回折格子の製造方
    法。
  3. 【請求項3】凹凸形成のための光源が、エキシマレーザ
    ー、Nd−YAGレーザーまたは色素レーザーの紫外高
    調波である請求項1または2に記載の反射型回折格子の
    製造方法。
  4. 【請求項4】予めガラス表面にフェーズマスクを設置
    し、該フェーズマスクを介して光照射を行う請求項1〜
    3のいずれかに記載の反射型回折格子の製造方法。
  5. 【請求項5】レーザーの干渉光をガラス薄膜に照射する
    ことにより、ガラス薄膜表面にその干渉波の周期に応じ
    た凹凸を形成させる請求項1または2に記載の反射型回
    折格子の製造方法。
  6. 【請求項6】回折格子を書き込むためのガラス薄膜をス
    パッタ蒸着法により形成する請求項1〜5のいずれかに
    記載の反射型回折格子の製造方法。
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