JP4242974B2

JP4242974B2 - ホログラフィックノッチフィルタ製造方法

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Publication number: JP4242974B2
Application number: JP22654499A
Authority: JP
Inventors: 逸人亀野; 泰信吉城
Original assignee: Jasco Corp
Current assignee: Jasco Corp
Priority date: 1999-08-10
Filing date: 1999-08-10
Publication date: 2009-03-25
Anticipated expiration: 2019-08-10
Also published as: JP2001051123A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はホログラフィックノッチフィルタ製造方法、特にその露光処理の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
レーザ光等の短波長の単色光を試料に照射し、散乱光をレンズで集光し回折格子で分光すると、該散乱光には入射光と同じ波長の光成分の他に、波長の異なった光成分も含まれている。入射光と同じ波長をもつ散乱光をレーリ散乱光といい、波長の異なる散乱光をラマン散乱光という。
ラマン散乱光は入射光の振動数に対し、試料固有の振動数が結合したものである。またラマン散乱光の強度は、入射光の強度と試料濃度（振動数）に比例する。したがって、ラマン散乱光を分光分析することにより、試料中の成分の同定と定量が可能となる。
【０００３】
しかし、一般にラマン散乱光は、レーリ散乱光の１０^−６〜１０^−１２倍と極めて微弱な光であるため、ラマン散乱光を高精度で測定するためには、レーリ散乱光を除去しラマン散乱光のみを取り出さなければならない。
すなわち、ラマン散乱光のラマンシフトが微少である場合、該ラマン散乱光とレーリ散乱光との波長のずれも当然微少となるため、レーリ散乱光に混ざった微弱なラマン散乱光を検出するのが非常に困難である。このため、前記レーリ散乱光を除去するために各種フィルタが用いられており、一般的なフィルタとしてホログラフィックノッチフィルタが汎用される。
【０００４】
このホログラフィックノッチフィルタは、例えば図１に示すようにレーザ光の物体光波面Ｌ１と参照光波面Ｌ２を乾板１０を挟んで反対方向より入射させることにより作成される。
この場合には、図２に示すように、前記ホログラム作成用の２光束Ｌ１，Ｌ２の干渉による干渉縞１２は、支持体１４に支持された感光層１６面とほぼ平行に生じ、干渉縞間隔は、感光層の屈折率をｎとすると、使用するレーザの波長の１／２ｎとなる。
【０００５】
この周期的な露光、現像処理により、図３に示すような数十層以上の周期的な屈折率変調をもたせることができる。
この感光層１６中の位置ｘにおける屈折率の大きさｎ（ｘ）は、次式（１）で表される。
ｎ（ｘ）＝ｎ_Ａ＋（１／２）ｎ_Ｐｓｉｎ（２πｘ／Ｐ）…………………（１）
ここで、ｎ_Ａは平均屈折率（＝（ｎ_Ｈ＋ｎ_Ｌ）／２）、ｎ_Ｐは屈折率の変調幅（＝（ｎ_Ｈ−ｎ_Ｌ））、Ｐは周期、ｎ_Ｈは最大屈折率、ｎ_Ｌは最小屈折率である。
【０００６】
ところで、従来の露光処理では、特定波長λの光を除去するため、フィルタ製作後、該フィルタに光を入射させると、除去する特定の光の波長と同じ波長λの１次光が反射されるように、フィルタ製作中、図４に示すような正弦波的な屈折率変調（例えば最大屈折率ｎ_Ｈ：最小屈折率ｎ_Ｌが１：１等）を乾板に記録していた。
この周期的な屈折率変調は、図５に示すように、ある特定波長λのみに対して大きい反射率をもつ一種の多層膜干渉フィルタとして働く。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、レーリ散乱光を除去するためには、該レーリ散乱光の波長光のみを除去するフィルタであることが望ましい。すなわち、フィルタにより除去される光の波長のバンド幅が広いと、レーリ散乱光の波長に近い波長のラマンシフトのラマン散乱光をも除去してしまうからである。
したがって、このようなレーリ散乱光を除去する際に用いられるノッチフィルタでは、図６に示すような除去する光の波長λのバンド幅ＢＷを、いかに狭いものにすることができるかが重要な課題になってくる。しかも、その波長λにおいて高い吸光度を示すものでなければならない。
【０００８】
ここで、ホログラフィックノッチフィルタの吸光度は、次式（２）で表される。
吸光度（Ｏ．Ｄ．）＝ｌｏｇ（１００／Ｔ）＝（１．３６×ＢＷ×Ｎ）−ｌｏｇ（４／ｎ_Ｓ）……………………………………………………………………（２）
ここで、Ｔは最小透過率、Ｎは周期の全層、ｎ_Ｓは基板の屈折率である。
また、バンド幅ＢＷは、次式（３）で表される。
バンド幅（ＢＷ）＝（ｎ_Ｐ）／（２ｎ_Ａ）…………………………………（３）
前記式（２）より明らかなように、吸光度は、乾板に記録した屈折率変調幅、層数に比例する。また、前記式（３）より明らかなように、バンド幅も、屈折率変調幅に比例する。
【０００９】
したがって、吸光度の高いフィルタを作成するためには、変調幅を大きくしなければならない。
しかし、この変調幅を大きくすると、バンド幅も同時に大きくなってしまう。
したがって、バンド幅がさらに狭く、しかも吸光度の高いフィルタを作成するためには、変調幅を小さくして、その分、層数を増加させる必要がある。つまり、厚い乾板になってしまう。
【００１０】
しかし、層数を増加させ、なおかつ屈折率を再現性良く制御するのは技術的に非常に困難であり、バンド幅のより狭い特定の光を良好に除去することのできるホログラフィックノッチフィルタの作成に、技術的な限界を生じていた。
このように、ホログラフィックノッチフィルタには、バンド幅のより狭い特定の光を良好に除去することが要求されるが、前記乾板を厚くすることによりバンド幅の狭いフィルタを製作する従来の方法を用いていたのでは、技術的な限界を生じるため、その代替法の開発が強く望まれていたものの、いまだこれを解決するための適切な技術が存在しなかった。
【００１１】
本発明は前記従来技術の課題に鑑みなされたものであり、その目的は乾板を厚くすることなく、バンド幅のより狭い特定の光を良好に除去することのできるホログラフィックノッチフィルタを製造することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明者らが鋭意検討を重ねた結果、まず、フィルタ製作中、乾板に記録する周期的な屈折率変調を、例えば図７に示すような非正弦的（例えば最大屈折率ｎ_Ｈ：最小屈折率ｎ_Ｌが３：１等）に制御することにより、ノッチフィルタ製作後、該ノッチフィルタに光を入射させると、充分に狭いバンド幅と強い反射光強度をもつ高次の干渉が発生することを見出した。
【００１３】
これは、図７に示す非正弦的な屈折率変調を記録したホログラフィックノッチフィルタの周波数応答曲線を示す図８において、前記波長λにおけるピークＰ１に加えて、波長域λ２に高い吸光度を示す、該ピークＰ１に比較し充分に幅の狭いピークＰ２が生じていることからも確認することができる。
そして、本発明者らは、ノッチフィルタにより特定波長の光を除去するのに、従来の１次干渉に代えて、バンド幅のより狭い２次干渉等の高次干渉を利用することとした。
【００１４】
すなわち、このような２次干渉等の高次干渉による吸光度のピークＰ２を、除去する特定の光の波長と同じ波長λに位置させることにより、乾板を厚くすることなく、従来に比較しバンド幅のより狭い特定の光を良好に除去することのできるホログラフィックノッチフィルタを得ることができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１５】
すなわち、本発明にかかるホログラフィックノッチフィルタ製造方法は、乾板に二光束干渉による干渉縞を露光することにより周期的な屈折率変調を記録し、これを現像定着するホログラフィックノッチフィルタ製造方法において、
前記フィルタ製作後、該フィルタに光を入射すると、除去する光の波長と同じ波長をもつ、所望の高次光が反射されるように、該フィルタ製作中、該乾板に記録する周期的な屈折率変調を制御することを特徴とする。
ここにいう高次光とは、次数が２次以上のものをいうが、その次数は高い程、バンド幅のより狭い特徴波長の光が除去可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について説明する。
まず、露光処理する。
ここで、露光処理において、ノッチフィルタ製作後、該フィルタに光を入射させると、該フィルタにより除去する光の波長と同じ波長λの１次光が反射回折されるように、乾板に正弦波的な屈折率変調（例えば最大屈折率ｎ_Ｈ：最小屈折率ｎ_Ｌが１：１等）を記録する方法を採用するのが一般的である。
【００１７】
しかし、このような方法を用いると、バンド幅がより狭い光を良好に除去することのできるフィルタを作成するためには、乾板をより厚くする必要があるが、この乾板を厚くするのは技術的に非常に困難であるため、バンド幅のより狭いフィルタを作成するのは事実上不可能であった。
そこで、本発明においては、前述のような方法の代替法として、まず、１次光に比較し充分に狭いバンド幅と極めて強い光強度の高次干渉が発生するように、フィルタ製作中、乾板に記録する屈折率変調を制御することとした。
【００１８】
すなわち、本実施形態では、フィルタ製作後、該フィルタに光を入射させると、１次の反射に比較し充分に狭いバンド幅と極めて強い光強度の高次の反射が発生するように、例えば２次の反射が強められるように、乾板に記録する周期的な屈折率変調を、例えば前記図７に示すような非正弦波的（例えば最大屈折率ｎ_Ｈ：最小屈折率ｎ_Ｌが３：１等）に制御しているのである。
【００１９】
ここで、前述のような高次の反射が確認されても、この段階では、例えば前記図８に示すように、除去する光の波長λとは異なる波長λ２に位置する場合があるので、つぎに、この高次の反射を、ノッチフィルタにより除去する光の波長λの位置に生じるように制御する。
例えば、乾板に記録する１次干渉を長波長側へずらすことにより、前記２次干渉等の高次干渉も、フィルタにより除去する光の波長と同じ波長位置に位置させ、これにより、該２次干渉によるバンド幅が非常に狭く、しかも強い吸光度を示すピークＰ２を、除去する特定の光の波長と同じ波長λに位置させることができる。
【００２０】
ここで、前記乾板に記録する１次干渉を長波長側へずらす方法としては、例えば図９に示すように、乾板１０を傾けてホログラム作成用の２光束Ｌ１，Ｌ２を露光することにより、該記録波長より長波長の情報を記録することができる。
このようにして２次干渉等の所望の高次干渉が、フィルタにより除去する光の波長位置に生じるように露光を制御し、これを現像定着すると、本実施形態にかかるホログラフィックノッチフィルタを完成する。
【００２１】
この結果、本実施形態では、１次干渉に比較し充分にバンド幅が狭く、しかも強い反射光強度をもつ２次干渉等の高い次数の反射を得ることができるので、ノッチフィルタにより特定波長の光を除去するのに、このような高次の反射を利用することが可能となる。
したがって、フィルタ作成後、このフィルタに光を入射させると、前記２次干渉によって幅の非常に狭い特定波長λの光が強く反射回折され、それ以外の光を透過させることができる。
【００２２】
これにより、従来極めて困難であった、乾板を厚くすることなく、バンド幅のより狭い特定の光を良好に除去することのできるホログラフィックノッチフィルタを得ることが可能となる。
なお、前記高次干渉の次数としては、前記２次に限定されるものでなく、例えば３次以上を用いることも可能である。
以下に、２次と３次の場合を例に説明する。
【００２３】
例えばホログラフィックノッチフィルタの各次数を、同じ膜厚で比較すると、その層数は２次の場合が１次の１／２（１層当りの厚さが２倍）となる。３次の場合は１次の１／３（１層当りの厚さが３倍）となる。
また、屈折率変調Δｎが各次数について同じ場合、フィルタの吸光度（Ｏ．Ｄ．）は２次の場合が１次の１／２となる。３次の場合は１次の１／３となる。
【００２４】
つまり、この屈折率変調Δｎを２倍にすれば、２次の場合、Ｏ．Ｄ．が１次と同じ値となる。この屈折率変調Δｎを３倍にすれば、３次の場合、Ｏ．Ｄ．が１次と同じ値となる。
その一例を、下記表１と図１０に示す。なお、フィルタの吸光度（Ｏ．Ｄ．）は各次数で同一の値とした。
【００２５】
【表１】

【００２６】
前記表１および図１０から明らかように、各次数のバンド幅の関係は、１次のバンド幅（Ｗ１）＝４・２次のバンド幅（Ｗ２）＝９・２次のバンド幅（Ｗ３）となることから、本実施形態にかかる製造方法で製造されるノッチフィルタの次数は、高い程、除去可能なバンド幅をより狭くできることに関して非常に有利であることが理解される。
【００２７】
このように通常は、屈折率変調Δｎを小さくし、なおかつ、これを全膜厚内で均一につくるのは非常に困難である。また、層数が増加すると、膜厚の許容範囲が小さくなる。つまり、屈折率変調Δｎが膜厚内で多少変わっただけで、性能が大きく劣化してしまうにもかかわらず、厚い膜では均一に処理するのが非常に困難であった。
【００２８】
これに対し、本実施形態にかかる製造方法を用いることにより、屈折率変調Δｎの巾を大きくとれる、層数が少なくても、バンド幅のより狭い特定の光を除去できるノッチフィルタが得られるという利点を有する。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかるホログラフィックノッチフィルタの製造方法によれば、該フィルタ製作後、該フィルタに光を入射すると、除去する光の波長と同じ波長の、所望の高次の干渉による波数の光が反射されるように、該フィルタ製作中、乾板に記録する周期的な屈折率変調を制御することとしたので、１次干渉に比較し充分に狭いバンド幅と高い光強度をもつ高次干渉の反射を、ノッチフィルタによる特定波長の光の除去に利用することが可能となる。
したがって、従来極めて困難であった、乾板を厚くすることなく、バンド幅のより狭い特定の光を良好に除去することのできるホログラフィックノッチフィルタを得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】露光処理の説明図である。
【図２】図１に示した露光処理により感光層に干渉縞（周期的な屈折率変調）が記録された乾板の拡大図である。
【図３】乾板中の位置ｘにおける屈折率の大きさの説明図である。
【図４】従来の製造方法により乾板に記録する周期的な屈折率変調の説明図である。
【図５】図４に示した屈折率変調を記録したノッチフィルタの周波数応答曲線の一例である。
【図６】除去する光の波長のバンド幅の説明図である。
【図７】本発明の一実施形態にかかる製造方法により乾板に記録する周期的な屈折率変調の説明図である。
【図８】図７に示した屈折率変調を記録したノッチフィルタの周波数応答曲線の一例である。
【図９】図７に示した非正弦的な屈折率変調の制御方法の一例である。
【図１０】本発明の一実施形態にかかる製造方法により製造されるノッチフィルタで用いられる次数の説明図である。
【符号の説明】
１０…乾板
１２…干渉縞（周期的な屈折率変調）
１４…支持体
１６…感光層

Claims

乾板に二光束干渉による干渉縞を露光することにより周期的な屈折率変調を記録し、これを現像定着するホログラフィックノッチフィルタ製造方法において、
除去すべき光の波長λに対し、２次以上の高次干渉が波長λで生じるように非正弦的な屈折率変調を記録することを特徴とするホログラフィックノッチフィルタ製造方法。