JP3739727B2 - 導波路付ホログラム媒体 - Google Patents
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- G03H1/0408—Total internal reflection [TIR] holograms, e.g. edge lit or substrate mode holograms
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、（平面）光導波路を用いたホログラム（記録再生）媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
いわゆる光導波路ホログラム媒体例を図１１に示す（参考文献：栖原敏明、西原浩、小山次郎、「導波路ホログラム」、電子通信学会論文誌、Vol. J60-C, No.4, pp.197-204, 1977）。ここに開示される導波路付ホログラム媒体は、コア層１とコア層１に重ねて設けられた記録層４(光学記録材料層)と、クラッド層２とを有している。
【０００３】
図１２に示すように、コア層１の端面より参照光５を入射させ、コア層１に伝搬光５００を伝搬させる。そして、コア層１の法線方向から物体光６を入射させ、参照光５により生じるエバネセント光５２０と、物体光６とが形成する干渉縞をホログラムとして記録層４に記録する。
再生は、図１２に示すように、参照光５をコア層１に照射すると、参照光５により生じるエバネセント光５２０が、コア層１の外部へと漏れだし、記録層４を透過して、記録された干渉縞の回折により、記録時の物体光６を再生光７として再生する。
【０００４】
次に、光導波路を多層化した多層光導波路ホログラム媒体とする方法が提案されている（例えば、特開平９−１０１７３５号公報参照）。
図１３に多層光導波路ホログラム媒体の構成例を示す。図１３において、記録層４はコア層１とクラッド層２の境界面に設けられている。
図１３の構成の媒体にホログラムを記録する場合は、レンズ４４により、参照光５をコア層１のうちの１つの端面から入射し、同時に物体光６を光導波路の導波面の法線方向から入射させ、ホログラムをコア層１の境界面に設けられた記録層４に記録する。
【０００５】
また、記録後の図１３の構成の多層光導波路ホログラム媒体からホログラムを再生する場合は、参照光５をコア層１のうちの１つの端面から入射し、図１２と同様の原理で再生光７として再生する。
また、記録層を設けずに、各々に散乱要因を形成した光導波路を多層化することにより、再生専用の多重記録ホログラム媒体とする方法が提案されている（例えば、特開平１１−３３７７５６号公報参照）。
【０００６】
図１４に散乱要因を形成した光導波路を多層化した再生専用の多重記録ホログラム媒体の構成例を示す。図１４において、３２５はコア層１とクラッド層２の片方の境界面に設けられた、ホログラムを再生させるための散乱要因であり、前記境界面の凹凸形状等により構成される。即ち、この場合は、あらかじめ形成される散乱要因が、ホログラム記録された干渉縞に対応している。
図１４の構成の媒体からホログラムを再生する場合は、参照光５をコア層１のうちの１つの端面から入射し、コア層１の境界面に設けられた前記散乱要因３２５で生じる散乱光を再生光７とする。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１１および図１３の構成の媒体では、これら導波路型ホログラム媒体において、上述したエバネセント光は光強度が本質的に弱いので、記録層への情報記録が十分に行われない可能性がある。また、記録層４がコア層１に近接するため、参照光５が記録層４にも入射しやすく、良好な記録再生動作を行うことが難しいという問題もある。更には、参照光５がコア層１のみに入射された場合も、参照光のうちエバネセント光成分が記録層に吸収されるため、入射端から離れるに従い参照光強度（即ち、エバネセント光強度）が減衰し十分に記録層に記録できないという問題がある。
【０００８】
さらに、図１３の構成の媒体では、各コア層１ごとに記録層４を配置する必要があるため、全体の構成および製造工程が複雑になり、作製コストが高くなるという問題があった。
そして、図１４の構成の媒体では、再生専用となるため、情報の追記や書換えが不可能であるという問題があった。
【０００９】
この発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、光導波路を用いたホログラム媒体において、良好なホログラム記録再生動作を行なえるようにすること、光学部品として扱いやすいホログラム媒体を実現させることを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
従って、本発明は、屈折率のより低い部分にそれぞれ挟まれて光を導波する少なくとも２つのコア層と、
前記コア層と前記屈折率のより低い部分との境界もしくは前記コア層内に設けた少なくとも２つの回折格子層とが積層された構造を有する光導波路と、
前記光導波路の外側に、ホログラム記録・再生用の参照光が前記光導波路を介して入射可能なように配置される少なくとも１つの記録層と
を有するホログラム媒体を提供する。
典型的には、前記屈折率のより低い部分は、少なくとも１つのクラッド層を含む。
また、前記回折格子層により発生する回折光が、１種類以上の平行光、もしくは１種類以上の収束光または発散光を含むようにしても良い。
【００１１】
好適例として、前記回折格子層は屈折率ゆらぎとして形成される。
また、前記回折格子層は凹凸形状を有するようにしても良い。
更に、前記回折格子層により発生する回折光が所望の強度を有するように、該回折格子層の回折効率が層内方向に所定の分布を有するようにしても良い。
好適例としては、前記コア層を伝搬する光の伝搬方向に回折効率が漸次高くなるような分布とする。
【００１２】
また、前記回折格子層により発生する回折光が所望の強度を有するように、前記少なくとも２つの回折格子層の回折効率が積層方向に所定の分布を有するようにしても良い。
好適例として、上記少なくとも２つの回折格子層の回折効率が、回折光の一出射方向に漸次低くなるような分布を有する。
これにより、いずれの回折格子層から光導波路の外に出てくる回折光の強度も等しいかあるいは同程度とすることができる。
【００１３】
また、同様の多層光導波路部分において、前記少なくとも２つの回折格子層の少なくとも一部は、互いに異なる特性の回折光を出射するように構成しても良い。
更に、前記光導波路と前記記録層とが空間的に離れて配置されても良い。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の各実施の形態を説明する。各実施形態の図面間において、対応する部分には同一の参照番号を付し、その説明を省略もしくは簡略化するものとする。
【００１５】
＜第１実施形態＞
図１に本発明の第１の実施の形態であるホログラム媒体を示す。
図１において、１０はコア層１と上側のクラッド層２の境界面に形成された回折格子層、４は記録層である。
なお、この回折格子層１０は、コア層１と下側または両側のクラッド層２の境界面に形成されていても、又は、コア層１内に形成されていても同様の効果が期待できる。これは、以下の関連各実施形態でも同様である。
記録層４は、コア層１とクラッド層２で構成される光導波路上に、その導波面に平行に積層された光学的記録材料からなる。
【００１６】
８は光導波路と記録層４とを固定する接着層であるが、記録層４と光導波路とを別の方法で固定しても良い。更には、光導波路と記録層４とが接していない配置形態も可能である。これらの点もまた、以下の各実施形態でも同様である。
図１のホログラム媒体の作製方法は、例えば以下の通りである。
まず、スピンコート（回転塗布）法等により、下側のクラッド層２の上にコア層１を形成する。次に、コア層１の上に回折格子層１０を形成させるためのレジストを、スピンコート法等により塗布する。コア層１の上に形成されたレジストに、光あるいは電子ビームを照射し、２光束干渉露光法あるいは電子ビーム描画法によって、回折格子層１０のパターニングを行うことができる。この上に、更に上側のクラッド層２が形成される。
【００１７】
なお、下側のクラッド層２とコア層１を形成する際に、支持用に基板を用いても良く、クラッド層２およびコア層１で形成される光導波路の厚さが十分に厚い場合は、係る支持基板を省略し、クラッド層２とコア層１だけからなる構成をとっても良い。
上記のように形成された光導波路上に、光学的記録材料を記録層４として配置する。光学的記録材料としては、一般的なホログラム記録で用いられる光学的記録材料で有れば良い。例えば、光照射により環状構造の変化に伴う光重合を生じるフォトポリマー等の光重合性材料、重クロム酸アンモニウム−ポリビニルアルコール系材料に代表されるような光架橋性材料、フォトクロミック材料、アゾ色素をＰＭＭＡ(ポリメチルメタアクリレート)にドープした材料に代表されるような光異性化材料、あるいはＬｉＮｂＯ３，ＢａＴｉＯ３，Ｂａ１２ＳｉＯ２０（ＢＳＯ）などの無機誘電体結晶に代表されるフォトリフラクティブ材料もしくはポリマー系フォトリフラクティブ材料などがあげられる。光学的記録材料の具体例は、以下の各実施形態でも同様である。
【００１８】
また、媒体の具体的な形状としては、カード型、チップ型、ディスク型、テープ型、ドラム型等が考えられるが、いずれも本発明の手法が適用でき、いずれも同様の効果を奏する。
また、光導波路の導波面と記録層の面積が同一である必要は必ずしもなく、導波面の面積の方が大きくても小さくても良い。導波面の面積の方が小さい場合には、光導波路を一次元、二次元、三次元駆動することにより、より大きな記録層全面に対応させることができる。
【００１９】
図１のホログラム媒体に記録再生を行う方法を以下に示す。
記録時には、レンズ４４により、コア層１の側面から参照光５を、また同時に光導波路の上方あるいは下方のいずれか一方から（図１では下方から）物体光６を入射させる。入射された参照光５は、コア層１を伝搬し、コア層１に回折格子層１０が形成された領域において、特定の波面を有する回折光９となって、コア層１外部へと放射される。このとき外部へ放射された回折光９は記録層４を透過する。
【００２０】
一方で、光導波路の下方から入射された物体光６は、コア層１およびクラッド層２からなる光導波路部を透過し、記録層４を透過する。記録層４においては、参照光５による回折光９および物体光６とが干渉し、記録層４の内部に干渉縞がホログラムとして記録される。
次に再生時には、コア層１の端面に参照光５を照射する。照射された参照光５は、コア層１を伝搬し、回折格子層１０が形成された領域において、記録時と同じ特定の波面を有する回折光９となって、コア層１外部へと放射され記録層４を透過する。このとき、記録された干渉縞による回折により、記録時の物体光６に対応した再生光７を発生することができる。
【００２１】
本実施形態によるホログラム媒体は、記録層４がコア層１と分離しているために、参照光５をコア層１の端面から入射する際、この光が同時に記録層４にも入射されることがなく、良好なホログラム記録・再生動作が行なえる。更に、記録層４がコア層１と分離した単一な構造のために、全体の構成および製造工程が簡単になり、低いコストで作製が可能となる。
なお、記録層４を透過する回折光９の波面は、回折格子層１０を適切に設計することによって、任意に形成することが可能である。例えば、光導波路の回折格子層１０が形成された領域全面にわたり、一様な波面（平面波あるいは球面波）を発生させることもできる。
【００２２】
また、図２に示すように、回折格子層１０が形成される領域において、互いに特性の異なる領域を左右に設け、各領域毎に回折格子層１０の、例えば溝の間隔および角度を変えることによって、回折光９として互いに異なる向きの平行光（平面波）を発生させることが可能である。同様にして、２種類以上の領域分けした、多機能な導波路付ホログラム記録再生を実現することができる。
【００２３】
例えば図３に示すように、回折格子層１０が形成された領域において、回折格子層１０の溝の間隔および各溝ごとの角度を変えることにより、回折光９として互いに異なる種類の収束光もしくは発散光を発生させることが可能である。
このように、回折格子層１０で得られる多様な波面により、多機能な導波路付ホログラム記録再生が実現する。
【００２４】
ところで、コア層１を光が伝搬するためには、コア層１をコア層１の屈折率より低い屈折率を持つ媒質で挟めばよい。図１では、クラッド層２の屈折率はコア層１の屈折率より低く設定されている。
クラッド層２は、光導波路の形状を維持、支持する働きのため、上記のような全部のコア層１を挟む位置に配置したが、コア層１内を光が伝搬されるようにコア層１が屈折率のより低い部分にそれぞれ挟まれていれば良い。
例えば自由空間の屈折率がコア層１の屈折率より低い場合（即ち、屈折率のより低い部分が空気、真空など）には、例えば最上層のクラッド層２、最下層のクラッド層２のいずれか一方あるいは両方がなくても、空気などにはさまれたコア層１に光が導波されるので、同様の効果を奏する。また、記録層の屈折率がコア層の屈折率より低い場合、記録層が、上記屈折率のより低い部分の働きをする。これは一般に、コア層が複数ある場合においても、各コア層に関して同様である。
【００２５】
また、回折光９は記録層４と一体となった光導波路内部から発生し、ホログラム記録・再生用の参照光となる。これにより、本発明では、従来、ホログラム記録・再生用の参照光を精密に調整するため外部に設けていたミラーならびにその駆動機構等が不要となり、簡易な方法で高精度なホログラム記録・再生動作が実現可能となる。
【００２６】
＜第２実施形態＞
図４に第２実施形態のホログラム媒体を示す。
図４に示すように、本実施形態では、記録層４が、光導波路の上下両側に、導波面と平行に配置されている。
本ホログラム媒体の動作原理およびその記録再生方法は、図１に示す、１つの記録層４が光導波路の一方に配置された場合と同様である。ただし、上下２つの記録層４を設けることで、回折光９の有効利用が可能であり、記録再生効率の向上が図られる。
すなわち、記録層４は、光導波路の上下いずれの片面に配置されていても、あるいは両面に配置されていても同様の効果を奏し、あるいは、１つの記録層をはさむように光導波路を両側に配置しても良い。あるいは、光導波路と記録層とを交互に積層させても良い。
【００２７】
また記録層と光導波路とが空間的に離れて配置されていても同様の効果を奏する。
このような、記録層と光導波路との自由な組み合わせ形態は、本発明に属するいずれのホログラム媒体についても言えることである。即ち、
（１）記録層と光導波路とが一体構成されており、これを記録／再生装置に装荷する。
（２）記録層と光導波路とが離れて構成されており、これらを重ねた後に記録／再生装置に装荷する。
（３）記録層と光導波路とが離れて構成されており、光導波路は記録／再生装置に前もって装備し、動作時に記録層部分を装荷することにより、両者が重なる。
のいずれの形態も可能である。なお、記録／再生の動作時に、両者の間が空間的に離れていても良い。
【００２８】
さらに、記録層４は、上下いずれかの片面、あるいは両面を保護膜により挟まれていても、あるいは保護膜により周囲を覆われていても同様の効果を奏する。
【００２９】
＜第３実施形態＞
図５に、第３実施形態のホログラム媒体を示す。
図５に示すように、本実施形態の光導波路は、コア層１とクラッド層２が２組以上積層された多層光導波路である。ここでは、１つのクラッド層が、下側のコア層に対する上側のクラッド層として、また、上側のコア層に対する下側のクラッド層として機能する。
【００３０】
そして、各回折格子層１０は、各コア層と上側のクラッド層との境界面に形成されている。本構成においても同様に、回折格子層１０は、各コア層１と下側または両側のクラッド層２の境界面に形成されていても、また、各コア層１内に形成されていても同様の効果が得られる。記録層４は多層光導波路の一方（上側）に、導波面と平行に配置される。
図５の導波路付ホログラム媒体の作製において、コア層、クラッド層、回折格子層１０を設ける方法は、第１実施形態と同様である。ただし、各コア層１に形成する回折格子層１０は、各コア層１ごとに形状が異なるようにしておくことによって、各コア層１ごとに発生する回折光９の波面が異なるように設定することができる。
【００３１】
例えば、各回折格子層１０ごとに変化させるパラメータは、溝幅、間隔、角度、高さ、およびこれらの組み合わせ、さらには回折格子層１０の領域の大きさや形状があり、これによって多様な波面を有する回折光を発生することができ、このため多様なホログラムの記録および再生が可能になる。
多様な波面の例として、回折光９が平行光(平面波)または、その集合である場合（図２参照）、発生する回折光９が収束光もしくは発散光、または収束光もしくは発散光を含む波面の集合である場合（図３参照）がある。
【００３２】
各コア層に回折格子層１０を作製した後に、次の上のクラッド層２の形成を行う。このようにして、複数のコア層１および複数のクラッド層２から構成される多層光導波路を形成した後、その更に上に記録層４を配置する。なお、多層光導波路と記録層４との間に接着層８を必要に応じて設けても良い。
【００３３】
本実施形態におけるホログラムの記録再生の方法を、以下に説明する。
記録時には、特定のコア層１の側面から参照光５を、また同時に多層光導波路の上方または下方のいずれか一方から（図では下方から）物体光６を入射させる。
入射された参照光５は、コア層１を伝搬し、コア層１に回折格子層１０が形成された領域において、特定の波面を有する回折光９となって、コア層１の外部へと放射される。このとき外部へ放射された回折光９は記録層４を透過する。
【００３４】
一方で、多層光導波路の下方から入射された物体光６は、複数のコア層１およびクラッド層２からなる多層光導波路を透過し、記録層４を透過する。記録層４においては、前記参照光５による回折光９と物体光６とが干渉し、記録層４の内部に干渉縞がホログラムとして記録される。
次に、再生時には、特定のコア層１の端面に参照光５を照射する。照射された参照光５は、コア層１を伝搬し、回折格子層１０が形成された領域において、記録時と同じ特定の波面を有する回折光９となって、コア層１の外部へと放射され記録層４を透過する。このとき、記録された干渉縞による回折により、記録時の物体光６に対応する再生光７を発生することができる。
【００３５】
回折格子層１０の形状を各コア層１ごとに異ならせた場合、同一の媒体中において、回折格子層１０で得られる多様な波面により、多様なホログラムの記録および再生が可能になる。
また、コア層１ごとに記録層４を配置する必要がないので、全体の構成及び製造工程が簡単になり、作製コストが安価になる。
【００３６】
＜第４実施形態＞
図６に、第４実施形態のホログラム媒体を示す。
図６に示すように、記録層４は、第３実施形態と同様の構成の多層光導波路に隣接する上下両方向に配置される。
本ホログラム媒体の動作原理およびその記録再生方法は、第３実施形態と同様であるが、上下２つの記録層４を設けることで、回折光９の有効利用が可能であり、記録再生効率の向上が図られる。
【００３７】
＜第５実施形態＞
図７に、第５実施形態のホログラム媒体を示す。
図７において、１１はコア層１内の屈折率ゆらぎとして形成された回折格子層である。記録層４は、第３実施形態と同様に、多層光導波路の一方に隣接して設けられる。
本ホログラム媒体の作製方法は、例えば以下の通りである。
例えば、導波路材料としてＰＭＭＡやフォトポリマーなどの高分子材料を用いる場合、スピンコート法等により、基板上にクラッド層２を形成し、さらにこのクラッド層２の上にコア層１の一部分を形成する。次に、コア層１の残りの部分として、コア層とほぼ等しい屈折率のレジストを塗布し、レーザ干渉法あるいは電子ビームを照射することで、レジストに光重合の差違が生じて、コア層１に屈折率ゆらぎをもたせることができる。
【００３８】
また、導波路材料としてフォトクロミック材料を用いた場合は、２光束干渉露光により直接回折格子を形成することができる。
あるいは、カルコゲナイド非晶質薄膜を導波路材料として用いた場合には、光あるいは電子ビームを照射することで、コア層１内に屈折率ゆらぎを有する回折格子層１１を作製することができる。
なお、クラッド層２の材料としてＬｉＮｂＯ３を用い、コア層１に相当する領域にＴｉあるいはＦｅなどを拡散すれば、コア層１を形成することが可能である。この場合もやはり２光束干渉露光により、直接、回折格子パターンを露光して、コア層１に屈折率ゆらぎを発生させ、回折格子層１１を作製することができる。
【００３９】
この屈折率ゆらぎを有する回折格子層１１は、例えば、位相ホログラムとして機能する。位相ホログラムの回折効率（図７の参照光５の強度に対する回折光９の強度の比）の理論値は１００％に近い値に達するので、一般の振幅ホログラムを用いた場合に比較して高感度の導波路付ホログラム媒体が実現できる。
【００４０】
＜第６実施形態＞
図８に、第６実施形態のホログラム媒体を示す。
図８において、１２はコア層１の表面に凹凸形状として形成された回折格子層である。記録層４、多層光導波路の基本構成は、第５実施形態と同じである。
本ホログラム媒体の作製方法は、例えば以下の通りである。
まず、レジストやフォトポリマーなどの高分子を材料とする多層光導波路では、スピンコート法等により、クラッド層２を形成し、さらにこのクラッド層２の上にコア層１を形成する。
【００４１】
次に、コア層１の上に回折格子層１２を形成させるためのレジストをスピンコート法等により塗布する。コア層１の上に形成されたレジストに、２光束干渉露光あるいは電子ビーム描画を行い、次に、現像して、レジストにパターニングを行った後、コア層１をエッチングすることにより、コア層１の表面を凹凸形状として、回折格子層１２を形成する。
【００４２】
なお、回折格子層は、クラッド層２の表面に凹凸形状として形成しても良い。この場合、まずは下のクラッド層２の上にコア層１を形成し、このコア層１の上に、レジストをスピンコート法等により塗布する。
次に、コア層１の上のレジストにパターニングを行い、さらに、パターンの上にクラッド層の材料を堆積する。その後のリフトオフ(不要パターンの除去)によって、コア層１の上にクラッド層の材料を薄い装荷として残すことができ、このコア層１の上に、クラッド層２を形成すれば、回折格子層をクラッド層２の表面に凹凸形状として形成することができる。
【００４３】
さらに、回折格子層１２を形成する方法として、予め、回折格子層１２と同一の凹凸形状を有するスタンパ（刻印）を作製しておき、これをコア層１またはクラッド層２の表面に押し付けることにより、その形状をコア層１またはクラッド層２に転写する方法を用いることもできる。この方法は、ＣＤやＤＶＤなど従来の光ディスク量産工程を適用することができ、導波路付ホログラム媒体の量産化に有用である。
【００４４】
この凹凸形状の回折格子層１２は、コア層１の表面に凹凸形状として形成されているので、回折効率が高く、高感度の導波路付ホログラム媒体が実現できる。
【００４５】
＜第７実施形態＞
上記各実施形態で示したホログラム媒体において、回折格子層は導波面内で一様であってもなくても良いが、ここでは、回折格子層による回折光が所望の強度を有するように、回折格子層の回折効率が所定の分布を有するようにした例を示す。
好適例として、回折格子層が、伝搬光の伝搬方向に、回折効率が漸次高くなるような分布を有しているものが挙げられる。このようにすれば、導波するに従って生じる光強度の減衰をキャンセルでき、各回折格子層からの回折光の強度プロファイルを層内方向で一様かあるいは同程度とすることができる。
図９は、矩形波形状のグレーティングにより回折格子層を形成し、矩形の高さにより回折効率を右へいくほど漸次高くなるように分布させた例を示すものである。なお、この場合の回折効率は、矩形の高さの二乗に比例する。
【００４６】
また、多層光導波路において、２つ以上の回折格子層の回折効率が、積層方向に所定の分布を有するようにしても良い。好適例としては、２つ以上の回折格子層の回折効率が、回折光の出射方向に漸次低くなるような分布を有するものが挙げられる。このようにすれば、例えば回折光を光導波路の上方へ出射する場合、光導波路の下の方に位置する回折格子層からの回折光ほど光導波路に吸収されやすく減衰する現象をキャンセルでき、どの回折格子層から光導波路の外に出てくる回折光の強度も一様かあるいは同程度にすることができる。
【００４７】
図１０に、矩形波状のグレーティングにより回折格子層（上から順に回折格子層３１〜３５）を形成し、矩形の高さにより回折効率を、上に行くほど漸次低くなるように分布させた例を示す。図１０では、積層方向に沿った光導波路の一部の断面を示している。
また、上記両者を組み合わせ、回折格子層の回折効率が、コア層を伝搬する光の導波方向には漸次高くなり、回折光の出射方向には漸次低くなるような分布を持たせることもできる。これによれば、いずれの回折格子層のどの位置から出射する回折光の強度も一様かまたは同程度とすることができる。
【００４８】
以上の説明では、回折光の強度を層内方向、層厚方向で正確に一様あるいは等しくする例を示したが、部品仕様や用途により必ずしも正確に一様あるいは等しくなくても問題ないことも多く、同程度とすれば支障がない場合が多い。本発明によれば、回折格子層の回折効率を層内方向、層厚方向で適切に分布させることにより、回折光の強度を層内方向、層厚方向で同程度とすることも可能である。また、以上では、回折光の強度を層内方向、層厚方向で一様あるいは等しくする点に着眼して記述したが、応用分野によっては、意図的に回折光の強度に分布を持たせると都合が良い場合も有り得る。本発明によれば、回折格子層の回折効率を層内方向、層厚方向で適切に分布させることにより、回折光の強度を所望の分布とすることも可能である。
【００４９】
また、回折格子層の面積をコア層の面積と同一にする必要はなく、回折格子層を部分的に設けたり、複数に分散配置させても良い。更に、全てのコア層に対応させて回折格子層を設けなくても良く、回折格子層が設けられていないコア層があっても良い。
また、回折格子層の形状をそれぞれ異ならせる好適例を示したが、これは、同一形状の回折格子層が複数箇所に形成される冗長性をなくすためである。しかしながら、使用方法によっては同一形状の回折格子層が複数箇所に形成される形態が好ましい場合もあり、従って、同一形状の回折格子層をコア層とクラッド層との複数の境界面、もしくは複数のコア層中に設けても良い。
【００５０】
また、上述した実施形態では、参照光はコアの端面から入射して、それによる回折光を記録層に入射しているが、本ホログラム媒体において、参照光を物体光と同様に媒体の上下いずれかの方向から入射させても、同様にホログラム記録・再生が可能である。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、記録層がコア層と分離した構成をとれるため、参照光をコア層の端面から入射する際、この光が同時に記録層にも入射されることがなく、良好なホログラム記録・再生動作が行なえる。
複数のコアを有する多層構造にした場合、各コア層ごとに異なる形状の回折格子によって、各コア層ごとに発生する回折光の波面を、異なるように設定することができる。これにより、同一のホログラム媒体において、多種類のホログラムの記録及び再生が可能になり、多機能のホログラム記録・再生動作が得られる。また、コア層ごとに記録層を配置する必要がないので、全体の構成及び製造工程が簡単になり、作製コストが安価になる。
【００５２】
回折格子層は屈折率ゆらぎとして形成した場合、例えば、位相ホログラムとして機能し、回折効率の理論値が１００％に近い値を有し、一般の振幅ホログラムに比較して高感度のホログラム媒体を実現することができる。
また、回折格子層を凹凸形状を有するようにすれば、回折効率が高く、高感度のホログラム記録・再生動作が得られる。
これら好適例、典型例によれば、従来、ホログラム記録・再生用の参照光を精密に調整するため外部に設けていたミラーならびにその駆動機構等が不要となり、簡易な方法で高精度なホログラム記録・再生動作が実現可能となる。
【００５３】
好適例として、コア層を伝搬する光の伝搬方向に回折効率が漸次高くなるような分布を回折格子層に持たせた場合、各回折格子層からの回折光の強度プロファイルが層内方向で一様かあるいは同程度とすることができ、光学部品として扱いやすくなるという利点が得られる。
これに加えて、２つ以上の回折格子層の回折効率が、回折光の出射方向に漸次低くなるような分布を有すするようにすれば、いずれの回折格子層から光導波路の外に出てくる回折光の強度も等しいかあるいは同程度とすることができ、光学部品として非常に扱いやすくなるという利点が得られる。
【００５４】
更に、各回折格子層の形状は互いに異なるようにしても、同じ形状を持たせても良く、光導波路と記録層とは接着されていても、空間的に離れて配置されても良い。このように、非常に自由にホログラム媒体を設計することができ、ホログラム記録／再生動作において非常に扱いやすい媒体を得ることができ、上述したような多様な使用形態が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態であるホログラム媒体を示す図である。
【図２】 第１実施形態のホログラム媒体の回折格子層の例を示す図である。
【図３】 第１実施形態のホログラム媒体の回折格子層の別例を示す図である。
【図４】 本発明の第２の実施の形態であるホログラム媒体を示す図である。
【図５】 本発明の第３の実施の形態であるホログラム媒体を示す図である。
【図６】 本発明の第４の実施の形態であるホログラム媒体を示す図である。
【図７】 本発明の第５の実施の形態であるホログラム媒体を示す図である。
【図８】 本発明の第６の実施の形態であるホログラム媒体を示す図である。
【図９】 回折格子層部分の一構造例を示す断面図である。
【図１０】 積層された回折格子層部分の構造例を示す断面図である。
【図１１】 光導波路ホログラム媒体の従来構成例を示す図である。
【図１２】 同様に、従来の光導波路ホログラム媒体を示す図である。
【図１３】 多層化した光導波路ホログラム媒体の従来構成例を示す図である。
【図１４】 散乱要因を形成した光導波路を積層した再生専用ホログラム媒体の従来構成例を示す図である。
【符号の説明】
１…コア層
２…クラッド層
４…記録層
４４…レンズ
５…参照光
６…物体光
７…再生光
８…接着層
９…回折光
１０、１１、１２、３１〜３５…回折格子層
【発明の属する技術分野】
本発明は、（平面）光導波路を用いたホログラム（記録再生）媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
いわゆる光導波路ホログラム媒体例を図１１に示す（参考文献：栖原敏明、西原浩、小山次郎、「導波路ホログラム」、電子通信学会論文誌、Vol. J60-C, No.4, pp.197-204, 1977）。ここに開示される導波路付ホログラム媒体は、コア層１とコア層１に重ねて設けられた記録層４(光学記録材料層)と、クラッド層２とを有している。
【０００３】
図１２に示すように、コア層１の端面より参照光５を入射させ、コア層１に伝搬光５００を伝搬させる。そして、コア層１の法線方向から物体光６を入射させ、参照光５により生じるエバネセント光５２０と、物体光６とが形成する干渉縞をホログラムとして記録層４に記録する。
再生は、図１２に示すように、参照光５をコア層１に照射すると、参照光５により生じるエバネセント光５２０が、コア層１の外部へと漏れだし、記録層４を透過して、記録された干渉縞の回折により、記録時の物体光６を再生光７として再生する。
【０００４】
次に、光導波路を多層化した多層光導波路ホログラム媒体とする方法が提案されている（例えば、特開平９−１０１７３５号公報参照）。
図１３に多層光導波路ホログラム媒体の構成例を示す。図１３において、記録層４はコア層１とクラッド層２の境界面に設けられている。
図１３の構成の媒体にホログラムを記録する場合は、レンズ４４により、参照光５をコア層１のうちの１つの端面から入射し、同時に物体光６を光導波路の導波面の法線方向から入射させ、ホログラムをコア層１の境界面に設けられた記録層４に記録する。
【０００５】
また、記録後の図１３の構成の多層光導波路ホログラム媒体からホログラムを再生する場合は、参照光５をコア層１のうちの１つの端面から入射し、図１２と同様の原理で再生光７として再生する。
また、記録層を設けずに、各々に散乱要因を形成した光導波路を多層化することにより、再生専用の多重記録ホログラム媒体とする方法が提案されている（例えば、特開平１１−３３７７５６号公報参照）。
【０００６】
図１４に散乱要因を形成した光導波路を多層化した再生専用の多重記録ホログラム媒体の構成例を示す。図１４において、３２５はコア層１とクラッド層２の片方の境界面に設けられた、ホログラムを再生させるための散乱要因であり、前記境界面の凹凸形状等により構成される。即ち、この場合は、あらかじめ形成される散乱要因が、ホログラム記録された干渉縞に対応している。
図１４の構成の媒体からホログラムを再生する場合は、参照光５をコア層１のうちの１つの端面から入射し、コア層１の境界面に設けられた前記散乱要因３２５で生じる散乱光を再生光７とする。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１１および図１３の構成の媒体では、これら導波路型ホログラム媒体において、上述したエバネセント光は光強度が本質的に弱いので、記録層への情報記録が十分に行われない可能性がある。また、記録層４がコア層１に近接するため、参照光５が記録層４にも入射しやすく、良好な記録再生動作を行うことが難しいという問題もある。更には、参照光５がコア層１のみに入射された場合も、参照光のうちエバネセント光成分が記録層に吸収されるため、入射端から離れるに従い参照光強度（即ち、エバネセント光強度）が減衰し十分に記録層に記録できないという問題がある。
【０００８】
さらに、図１３の構成の媒体では、各コア層１ごとに記録層４を配置する必要があるため、全体の構成および製造工程が複雑になり、作製コストが高くなるという問題があった。
そして、図１４の構成の媒体では、再生専用となるため、情報の追記や書換えが不可能であるという問題があった。
【０００９】
この発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、光導波路を用いたホログラム媒体において、良好なホログラム記録再生動作を行なえるようにすること、光学部品として扱いやすいホログラム媒体を実現させることを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
従って、本発明は、屈折率のより低い部分にそれぞれ挟まれて光を導波する少なくとも２つのコア層と、
前記コア層と前記屈折率のより低い部分との境界もしくは前記コア層内に設けた少なくとも２つの回折格子層とが積層された構造を有する光導波路と、
前記光導波路の外側に、ホログラム記録・再生用の参照光が前記光導波路を介して入射可能なように配置される少なくとも１つの記録層と
を有するホログラム媒体を提供する。
典型的には、前記屈折率のより低い部分は、少なくとも１つのクラッド層を含む。
また、前記回折格子層により発生する回折光が、１種類以上の平行光、もしくは１種類以上の収束光または発散光を含むようにしても良い。
【００１１】
好適例として、前記回折格子層は屈折率ゆらぎとして形成される。
また、前記回折格子層は凹凸形状を有するようにしても良い。
更に、前記回折格子層により発生する回折光が所望の強度を有するように、該回折格子層の回折効率が層内方向に所定の分布を有するようにしても良い。
好適例としては、前記コア層を伝搬する光の伝搬方向に回折効率が漸次高くなるような分布とする。
【００１２】
また、前記回折格子層により発生する回折光が所望の強度を有するように、前記少なくとも２つの回折格子層の回折効率が積層方向に所定の分布を有するようにしても良い。
好適例として、上記少なくとも２つの回折格子層の回折効率が、回折光の一出射方向に漸次低くなるような分布を有する。
これにより、いずれの回折格子層から光導波路の外に出てくる回折光の強度も等しいかあるいは同程度とすることができる。
【００１３】
また、同様の多層光導波路部分において、前記少なくとも２つの回折格子層の少なくとも一部は、互いに異なる特性の回折光を出射するように構成しても良い。
更に、前記光導波路と前記記録層とが空間的に離れて配置されても良い。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の各実施の形態を説明する。各実施形態の図面間において、対応する部分には同一の参照番号を付し、その説明を省略もしくは簡略化するものとする。
【００１５】
＜第１実施形態＞
図１に本発明の第１の実施の形態であるホログラム媒体を示す。
図１において、１０はコア層１と上側のクラッド層２の境界面に形成された回折格子層、４は記録層である。
なお、この回折格子層１０は、コア層１と下側または両側のクラッド層２の境界面に形成されていても、又は、コア層１内に形成されていても同様の効果が期待できる。これは、以下の関連各実施形態でも同様である。
記録層４は、コア層１とクラッド層２で構成される光導波路上に、その導波面に平行に積層された光学的記録材料からなる。
【００１６】
８は光導波路と記録層４とを固定する接着層であるが、記録層４と光導波路とを別の方法で固定しても良い。更には、光導波路と記録層４とが接していない配置形態も可能である。これらの点もまた、以下の各実施形態でも同様である。
図１のホログラム媒体の作製方法は、例えば以下の通りである。
まず、スピンコート（回転塗布）法等により、下側のクラッド層２の上にコア層１を形成する。次に、コア層１の上に回折格子層１０を形成させるためのレジストを、スピンコート法等により塗布する。コア層１の上に形成されたレジストに、光あるいは電子ビームを照射し、２光束干渉露光法あるいは電子ビーム描画法によって、回折格子層１０のパターニングを行うことができる。この上に、更に上側のクラッド層２が形成される。
【００１７】
なお、下側のクラッド層２とコア層１を形成する際に、支持用に基板を用いても良く、クラッド層２およびコア層１で形成される光導波路の厚さが十分に厚い場合は、係る支持基板を省略し、クラッド層２とコア層１だけからなる構成をとっても良い。
上記のように形成された光導波路上に、光学的記録材料を記録層４として配置する。光学的記録材料としては、一般的なホログラム記録で用いられる光学的記録材料で有れば良い。例えば、光照射により環状構造の変化に伴う光重合を生じるフォトポリマー等の光重合性材料、重クロム酸アンモニウム−ポリビニルアルコール系材料に代表されるような光架橋性材料、フォトクロミック材料、アゾ色素をＰＭＭＡ(ポリメチルメタアクリレート)にドープした材料に代表されるような光異性化材料、あるいはＬｉＮｂＯ３，ＢａＴｉＯ３，Ｂａ１２ＳｉＯ２０（ＢＳＯ）などの無機誘電体結晶に代表されるフォトリフラクティブ材料もしくはポリマー系フォトリフラクティブ材料などがあげられる。光学的記録材料の具体例は、以下の各実施形態でも同様である。
【００１８】
また、媒体の具体的な形状としては、カード型、チップ型、ディスク型、テープ型、ドラム型等が考えられるが、いずれも本発明の手法が適用でき、いずれも同様の効果を奏する。
また、光導波路の導波面と記録層の面積が同一である必要は必ずしもなく、導波面の面積の方が大きくても小さくても良い。導波面の面積の方が小さい場合には、光導波路を一次元、二次元、三次元駆動することにより、より大きな記録層全面に対応させることができる。
【００１９】
図１のホログラム媒体に記録再生を行う方法を以下に示す。
記録時には、レンズ４４により、コア層１の側面から参照光５を、また同時に光導波路の上方あるいは下方のいずれか一方から（図１では下方から）物体光６を入射させる。入射された参照光５は、コア層１を伝搬し、コア層１に回折格子層１０が形成された領域において、特定の波面を有する回折光９となって、コア層１外部へと放射される。このとき外部へ放射された回折光９は記録層４を透過する。
【００２０】
一方で、光導波路の下方から入射された物体光６は、コア層１およびクラッド層２からなる光導波路部を透過し、記録層４を透過する。記録層４においては、参照光５による回折光９および物体光６とが干渉し、記録層４の内部に干渉縞がホログラムとして記録される。
次に再生時には、コア層１の端面に参照光５を照射する。照射された参照光５は、コア層１を伝搬し、回折格子層１０が形成された領域において、記録時と同じ特定の波面を有する回折光９となって、コア層１外部へと放射され記録層４を透過する。このとき、記録された干渉縞による回折により、記録時の物体光６に対応した再生光７を発生することができる。
【００２１】
本実施形態によるホログラム媒体は、記録層４がコア層１と分離しているために、参照光５をコア層１の端面から入射する際、この光が同時に記録層４にも入射されることがなく、良好なホログラム記録・再生動作が行なえる。更に、記録層４がコア層１と分離した単一な構造のために、全体の構成および製造工程が簡単になり、低いコストで作製が可能となる。
なお、記録層４を透過する回折光９の波面は、回折格子層１０を適切に設計することによって、任意に形成することが可能である。例えば、光導波路の回折格子層１０が形成された領域全面にわたり、一様な波面（平面波あるいは球面波）を発生させることもできる。
【００２２】
また、図２に示すように、回折格子層１０が形成される領域において、互いに特性の異なる領域を左右に設け、各領域毎に回折格子層１０の、例えば溝の間隔および角度を変えることによって、回折光９として互いに異なる向きの平行光（平面波）を発生させることが可能である。同様にして、２種類以上の領域分けした、多機能な導波路付ホログラム記録再生を実現することができる。
【００２３】
例えば図３に示すように、回折格子層１０が形成された領域において、回折格子層１０の溝の間隔および各溝ごとの角度を変えることにより、回折光９として互いに異なる種類の収束光もしくは発散光を発生させることが可能である。
このように、回折格子層１０で得られる多様な波面により、多機能な導波路付ホログラム記録再生が実現する。
【００２４】
ところで、コア層１を光が伝搬するためには、コア層１をコア層１の屈折率より低い屈折率を持つ媒質で挟めばよい。図１では、クラッド層２の屈折率はコア層１の屈折率より低く設定されている。
クラッド層２は、光導波路の形状を維持、支持する働きのため、上記のような全部のコア層１を挟む位置に配置したが、コア層１内を光が伝搬されるようにコア層１が屈折率のより低い部分にそれぞれ挟まれていれば良い。
例えば自由空間の屈折率がコア層１の屈折率より低い場合（即ち、屈折率のより低い部分が空気、真空など）には、例えば最上層のクラッド層２、最下層のクラッド層２のいずれか一方あるいは両方がなくても、空気などにはさまれたコア層１に光が導波されるので、同様の効果を奏する。また、記録層の屈折率がコア層の屈折率より低い場合、記録層が、上記屈折率のより低い部分の働きをする。これは一般に、コア層が複数ある場合においても、各コア層に関して同様である。
【００２５】
また、回折光９は記録層４と一体となった光導波路内部から発生し、ホログラム記録・再生用の参照光となる。これにより、本発明では、従来、ホログラム記録・再生用の参照光を精密に調整するため外部に設けていたミラーならびにその駆動機構等が不要となり、簡易な方法で高精度なホログラム記録・再生動作が実現可能となる。
【００２６】
＜第２実施形態＞
図４に第２実施形態のホログラム媒体を示す。
図４に示すように、本実施形態では、記録層４が、光導波路の上下両側に、導波面と平行に配置されている。
本ホログラム媒体の動作原理およびその記録再生方法は、図１に示す、１つの記録層４が光導波路の一方に配置された場合と同様である。ただし、上下２つの記録層４を設けることで、回折光９の有効利用が可能であり、記録再生効率の向上が図られる。
すなわち、記録層４は、光導波路の上下いずれの片面に配置されていても、あるいは両面に配置されていても同様の効果を奏し、あるいは、１つの記録層をはさむように光導波路を両側に配置しても良い。あるいは、光導波路と記録層とを交互に積層させても良い。
【００２７】
また記録層と光導波路とが空間的に離れて配置されていても同様の効果を奏する。
このような、記録層と光導波路との自由な組み合わせ形態は、本発明に属するいずれのホログラム媒体についても言えることである。即ち、
（１）記録層と光導波路とが一体構成されており、これを記録／再生装置に装荷する。
（２）記録層と光導波路とが離れて構成されており、これらを重ねた後に記録／再生装置に装荷する。
（３）記録層と光導波路とが離れて構成されており、光導波路は記録／再生装置に前もって装備し、動作時に記録層部分を装荷することにより、両者が重なる。
のいずれの形態も可能である。なお、記録／再生の動作時に、両者の間が空間的に離れていても良い。
【００２８】
さらに、記録層４は、上下いずれかの片面、あるいは両面を保護膜により挟まれていても、あるいは保護膜により周囲を覆われていても同様の効果を奏する。
【００２９】
＜第３実施形態＞
図５に、第３実施形態のホログラム媒体を示す。
図５に示すように、本実施形態の光導波路は、コア層１とクラッド層２が２組以上積層された多層光導波路である。ここでは、１つのクラッド層が、下側のコア層に対する上側のクラッド層として、また、上側のコア層に対する下側のクラッド層として機能する。
【００３０】
そして、各回折格子層１０は、各コア層と上側のクラッド層との境界面に形成されている。本構成においても同様に、回折格子層１０は、各コア層１と下側または両側のクラッド層２の境界面に形成されていても、また、各コア層１内に形成されていても同様の効果が得られる。記録層４は多層光導波路の一方（上側）に、導波面と平行に配置される。
図５の導波路付ホログラム媒体の作製において、コア層、クラッド層、回折格子層１０を設ける方法は、第１実施形態と同様である。ただし、各コア層１に形成する回折格子層１０は、各コア層１ごとに形状が異なるようにしておくことによって、各コア層１ごとに発生する回折光９の波面が異なるように設定することができる。
【００３１】
例えば、各回折格子層１０ごとに変化させるパラメータは、溝幅、間隔、角度、高さ、およびこれらの組み合わせ、さらには回折格子層１０の領域の大きさや形状があり、これによって多様な波面を有する回折光を発生することができ、このため多様なホログラムの記録および再生が可能になる。
多様な波面の例として、回折光９が平行光(平面波)または、その集合である場合（図２参照）、発生する回折光９が収束光もしくは発散光、または収束光もしくは発散光を含む波面の集合である場合（図３参照）がある。
【００３２】
各コア層に回折格子層１０を作製した後に、次の上のクラッド層２の形成を行う。このようにして、複数のコア層１および複数のクラッド層２から構成される多層光導波路を形成した後、その更に上に記録層４を配置する。なお、多層光導波路と記録層４との間に接着層８を必要に応じて設けても良い。
【００３３】
本実施形態におけるホログラムの記録再生の方法を、以下に説明する。
記録時には、特定のコア層１の側面から参照光５を、また同時に多層光導波路の上方または下方のいずれか一方から（図では下方から）物体光６を入射させる。
入射された参照光５は、コア層１を伝搬し、コア層１に回折格子層１０が形成された領域において、特定の波面を有する回折光９となって、コア層１の外部へと放射される。このとき外部へ放射された回折光９は記録層４を透過する。
【００３４】
一方で、多層光導波路の下方から入射された物体光６は、複数のコア層１およびクラッド層２からなる多層光導波路を透過し、記録層４を透過する。記録層４においては、前記参照光５による回折光９と物体光６とが干渉し、記録層４の内部に干渉縞がホログラムとして記録される。
次に、再生時には、特定のコア層１の端面に参照光５を照射する。照射された参照光５は、コア層１を伝搬し、回折格子層１０が形成された領域において、記録時と同じ特定の波面を有する回折光９となって、コア層１の外部へと放射され記録層４を透過する。このとき、記録された干渉縞による回折により、記録時の物体光６に対応する再生光７を発生することができる。
【００３５】
回折格子層１０の形状を各コア層１ごとに異ならせた場合、同一の媒体中において、回折格子層１０で得られる多様な波面により、多様なホログラムの記録および再生が可能になる。
また、コア層１ごとに記録層４を配置する必要がないので、全体の構成及び製造工程が簡単になり、作製コストが安価になる。
【００３６】
＜第４実施形態＞
図６に、第４実施形態のホログラム媒体を示す。
図６に示すように、記録層４は、第３実施形態と同様の構成の多層光導波路に隣接する上下両方向に配置される。
本ホログラム媒体の動作原理およびその記録再生方法は、第３実施形態と同様であるが、上下２つの記録層４を設けることで、回折光９の有効利用が可能であり、記録再生効率の向上が図られる。
【００３７】
＜第５実施形態＞
図７に、第５実施形態のホログラム媒体を示す。
図７において、１１はコア層１内の屈折率ゆらぎとして形成された回折格子層である。記録層４は、第３実施形態と同様に、多層光導波路の一方に隣接して設けられる。
本ホログラム媒体の作製方法は、例えば以下の通りである。
例えば、導波路材料としてＰＭＭＡやフォトポリマーなどの高分子材料を用いる場合、スピンコート法等により、基板上にクラッド層２を形成し、さらにこのクラッド層２の上にコア層１の一部分を形成する。次に、コア層１の残りの部分として、コア層とほぼ等しい屈折率のレジストを塗布し、レーザ干渉法あるいは電子ビームを照射することで、レジストに光重合の差違が生じて、コア層１に屈折率ゆらぎをもたせることができる。
【００３８】
また、導波路材料としてフォトクロミック材料を用いた場合は、２光束干渉露光により直接回折格子を形成することができる。
あるいは、カルコゲナイド非晶質薄膜を導波路材料として用いた場合には、光あるいは電子ビームを照射することで、コア層１内に屈折率ゆらぎを有する回折格子層１１を作製することができる。
なお、クラッド層２の材料としてＬｉＮｂＯ３を用い、コア層１に相当する領域にＴｉあるいはＦｅなどを拡散すれば、コア層１を形成することが可能である。この場合もやはり２光束干渉露光により、直接、回折格子パターンを露光して、コア層１に屈折率ゆらぎを発生させ、回折格子層１１を作製することができる。
【００３９】
この屈折率ゆらぎを有する回折格子層１１は、例えば、位相ホログラムとして機能する。位相ホログラムの回折効率（図７の参照光５の強度に対する回折光９の強度の比）の理論値は１００％に近い値に達するので、一般の振幅ホログラムを用いた場合に比較して高感度の導波路付ホログラム媒体が実現できる。
【００４０】
＜第６実施形態＞
図８に、第６実施形態のホログラム媒体を示す。
図８において、１２はコア層１の表面に凹凸形状として形成された回折格子層である。記録層４、多層光導波路の基本構成は、第５実施形態と同じである。
本ホログラム媒体の作製方法は、例えば以下の通りである。
まず、レジストやフォトポリマーなどの高分子を材料とする多層光導波路では、スピンコート法等により、クラッド層２を形成し、さらにこのクラッド層２の上にコア層１を形成する。
【００４１】
次に、コア層１の上に回折格子層１２を形成させるためのレジストをスピンコート法等により塗布する。コア層１の上に形成されたレジストに、２光束干渉露光あるいは電子ビーム描画を行い、次に、現像して、レジストにパターニングを行った後、コア層１をエッチングすることにより、コア層１の表面を凹凸形状として、回折格子層１２を形成する。
【００４２】
なお、回折格子層は、クラッド層２の表面に凹凸形状として形成しても良い。この場合、まずは下のクラッド層２の上にコア層１を形成し、このコア層１の上に、レジストをスピンコート法等により塗布する。
次に、コア層１の上のレジストにパターニングを行い、さらに、パターンの上にクラッド層の材料を堆積する。その後のリフトオフ(不要パターンの除去)によって、コア層１の上にクラッド層の材料を薄い装荷として残すことができ、このコア層１の上に、クラッド層２を形成すれば、回折格子層をクラッド層２の表面に凹凸形状として形成することができる。
【００４３】
さらに、回折格子層１２を形成する方法として、予め、回折格子層１２と同一の凹凸形状を有するスタンパ（刻印）を作製しておき、これをコア層１またはクラッド層２の表面に押し付けることにより、その形状をコア層１またはクラッド層２に転写する方法を用いることもできる。この方法は、ＣＤやＤＶＤなど従来の光ディスク量産工程を適用することができ、導波路付ホログラム媒体の量産化に有用である。
【００４４】
この凹凸形状の回折格子層１２は、コア層１の表面に凹凸形状として形成されているので、回折効率が高く、高感度の導波路付ホログラム媒体が実現できる。
【００４５】
＜第７実施形態＞
上記各実施形態で示したホログラム媒体において、回折格子層は導波面内で一様であってもなくても良いが、ここでは、回折格子層による回折光が所望の強度を有するように、回折格子層の回折効率が所定の分布を有するようにした例を示す。
好適例として、回折格子層が、伝搬光の伝搬方向に、回折効率が漸次高くなるような分布を有しているものが挙げられる。このようにすれば、導波するに従って生じる光強度の減衰をキャンセルでき、各回折格子層からの回折光の強度プロファイルを層内方向で一様かあるいは同程度とすることができる。
図９は、矩形波形状のグレーティングにより回折格子層を形成し、矩形の高さにより回折効率を右へいくほど漸次高くなるように分布させた例を示すものである。なお、この場合の回折効率は、矩形の高さの二乗に比例する。
【００４６】
また、多層光導波路において、２つ以上の回折格子層の回折効率が、積層方向に所定の分布を有するようにしても良い。好適例としては、２つ以上の回折格子層の回折効率が、回折光の出射方向に漸次低くなるような分布を有するものが挙げられる。このようにすれば、例えば回折光を光導波路の上方へ出射する場合、光導波路の下の方に位置する回折格子層からの回折光ほど光導波路に吸収されやすく減衰する現象をキャンセルでき、どの回折格子層から光導波路の外に出てくる回折光の強度も一様かあるいは同程度にすることができる。
【００４７】
図１０に、矩形波状のグレーティングにより回折格子層（上から順に回折格子層３１〜３５）を形成し、矩形の高さにより回折効率を、上に行くほど漸次低くなるように分布させた例を示す。図１０では、積層方向に沿った光導波路の一部の断面を示している。
また、上記両者を組み合わせ、回折格子層の回折効率が、コア層を伝搬する光の導波方向には漸次高くなり、回折光の出射方向には漸次低くなるような分布を持たせることもできる。これによれば、いずれの回折格子層のどの位置から出射する回折光の強度も一様かまたは同程度とすることができる。
【００４８】
以上の説明では、回折光の強度を層内方向、層厚方向で正確に一様あるいは等しくする例を示したが、部品仕様や用途により必ずしも正確に一様あるいは等しくなくても問題ないことも多く、同程度とすれば支障がない場合が多い。本発明によれば、回折格子層の回折効率を層内方向、層厚方向で適切に分布させることにより、回折光の強度を層内方向、層厚方向で同程度とすることも可能である。また、以上では、回折光の強度を層内方向、層厚方向で一様あるいは等しくする点に着眼して記述したが、応用分野によっては、意図的に回折光の強度に分布を持たせると都合が良い場合も有り得る。本発明によれば、回折格子層の回折効率を層内方向、層厚方向で適切に分布させることにより、回折光の強度を所望の分布とすることも可能である。
【００４９】
また、回折格子層の面積をコア層の面積と同一にする必要はなく、回折格子層を部分的に設けたり、複数に分散配置させても良い。更に、全てのコア層に対応させて回折格子層を設けなくても良く、回折格子層が設けられていないコア層があっても良い。
また、回折格子層の形状をそれぞれ異ならせる好適例を示したが、これは、同一形状の回折格子層が複数箇所に形成される冗長性をなくすためである。しかしながら、使用方法によっては同一形状の回折格子層が複数箇所に形成される形態が好ましい場合もあり、従って、同一形状の回折格子層をコア層とクラッド層との複数の境界面、もしくは複数のコア層中に設けても良い。
【００５０】
また、上述した実施形態では、参照光はコアの端面から入射して、それによる回折光を記録層に入射しているが、本ホログラム媒体において、参照光を物体光と同様に媒体の上下いずれかの方向から入射させても、同様にホログラム記録・再生が可能である。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、記録層がコア層と分離した構成をとれるため、参照光をコア層の端面から入射する際、この光が同時に記録層にも入射されることがなく、良好なホログラム記録・再生動作が行なえる。
複数のコアを有する多層構造にした場合、各コア層ごとに異なる形状の回折格子によって、各コア層ごとに発生する回折光の波面を、異なるように設定することができる。これにより、同一のホログラム媒体において、多種類のホログラムの記録及び再生が可能になり、多機能のホログラム記録・再生動作が得られる。また、コア層ごとに記録層を配置する必要がないので、全体の構成及び製造工程が簡単になり、作製コストが安価になる。
【００５２】
回折格子層は屈折率ゆらぎとして形成した場合、例えば、位相ホログラムとして機能し、回折効率の理論値が１００％に近い値を有し、一般の振幅ホログラムに比較して高感度のホログラム媒体を実現することができる。
また、回折格子層を凹凸形状を有するようにすれば、回折効率が高く、高感度のホログラム記録・再生動作が得られる。
これら好適例、典型例によれば、従来、ホログラム記録・再生用の参照光を精密に調整するため外部に設けていたミラーならびにその駆動機構等が不要となり、簡易な方法で高精度なホログラム記録・再生動作が実現可能となる。
【００５３】
好適例として、コア層を伝搬する光の伝搬方向に回折効率が漸次高くなるような分布を回折格子層に持たせた場合、各回折格子層からの回折光の強度プロファイルが層内方向で一様かあるいは同程度とすることができ、光学部品として扱いやすくなるという利点が得られる。
これに加えて、２つ以上の回折格子層の回折効率が、回折光の出射方向に漸次低くなるような分布を有すするようにすれば、いずれの回折格子層から光導波路の外に出てくる回折光の強度も等しいかあるいは同程度とすることができ、光学部品として非常に扱いやすくなるという利点が得られる。
【００５４】
更に、各回折格子層の形状は互いに異なるようにしても、同じ形状を持たせても良く、光導波路と記録層とは接着されていても、空間的に離れて配置されても良い。このように、非常に自由にホログラム媒体を設計することができ、ホログラム記録／再生動作において非常に扱いやすい媒体を得ることができ、上述したような多様な使用形態が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態であるホログラム媒体を示す図である。
【図２】 第１実施形態のホログラム媒体の回折格子層の例を示す図である。
【図３】 第１実施形態のホログラム媒体の回折格子層の別例を示す図である。
【図４】 本発明の第２の実施の形態であるホログラム媒体を示す図である。
【図５】 本発明の第３の実施の形態であるホログラム媒体を示す図である。
【図６】 本発明の第４の実施の形態であるホログラム媒体を示す図である。
【図７】 本発明の第５の実施の形態であるホログラム媒体を示す図である。
【図８】 本発明の第６の実施の形態であるホログラム媒体を示す図である。
【図９】 回折格子層部分の一構造例を示す断面図である。
【図１０】 積層された回折格子層部分の構造例を示す断面図である。
【図１１】 光導波路ホログラム媒体の従来構成例を示す図である。
【図１２】 同様に、従来の光導波路ホログラム媒体を示す図である。
【図１３】 多層化した光導波路ホログラム媒体の従来構成例を示す図である。
【図１４】 散乱要因を形成した光導波路を積層した再生専用ホログラム媒体の従来構成例を示す図である。
【符号の説明】
１…コア層
２…クラッド層
４…記録層
４４…レンズ
５…参照光
６…物体光
７…再生光
８…接着層
９…回折光
１０、１１、１２、３１〜３５…回折格子層
Claims (12)
- 屈折率のより低い部分にそれぞれ挟まれて光を導波する少なくとも２つのコア層と、
前記コア層と前記屈折率のより低い部分との境界もしくは前記コア層内に設けた少なくとも２つの回折格子層とが積層された構造を有する光導波路と、
前記光導波路の外側に、ホログラム記録・再生用の参照光が前記光導波路を介して入射可能なように配置される少なくとも１つの記録層と
を有するホログラム媒体。 - 前記屈折率のより低い部分は、少なくとも１つのクラッド層を含む請求項１記載のホログラム媒体。
- 前記回折格子層により発生する回折光が、１種類以上の平行光を含む請求項１記載のホログラム媒体。
- 前記回折格子層により発生する回折光が、１種類以上の収束光または発散光を含む請求項１記載のホログラム媒体。
- 前記回折格子層は対応する部分の屈折率にゆらぎをもたせることにより形成される請求項１記載のホログラム媒体。
- 前記回折格子層は凹凸形状を有する請求項１記載のホログラム媒体。
- 前記回折格子層により発生する回折光が所望の強度を有するように、該回折格子層の回折効率が層内方向に所定の分布を有する請求項１記載のホログラム媒体。
- 前記回折格子層の回折効率は、前記コア層を伝搬する光の伝搬方向に回折効率が漸次高くなるような分布を有する請求項７記載のホログラム媒体。
- 前記回折格子層により発生する回折光が所望の強度を有するように、前記少なくとも２つの回折格子層の回折効率が積層方向に所定の分布を有する請求項１記載のホログラム媒体。
- 前記少なくとも２つの回折格子層の回折効率が、回折光の一出射方向に漸次低くなるような分布を有する請求項９記載のホログラム媒体。
- 前記少なくとも２つの回折格子層の少なくとも一部は、互いに異なる特性の回折光を出射するように構成される請求項１記載のホログラム媒体。
- 前記光導波路と前記記録層とが空間的に離れて配置される請求項１記載のホログラム媒体。
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