JP5115737B2 - Wavelength demultiplexing spectrometer - Google Patents
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Description
本発明は、多数の波長の光信号の中から、特定の波長の光信号を精度よく分波分光するための光学素子に関する。 The present invention relates to an optical element for accurately performing demultiplexing spectroscopy on an optical signal having a specific wavelength among optical signals having a number of wavelengths.
近年、科学技術の発達に伴って、さまざまな分野で微細な光学素子が必要とされるようになってきている。中でも通信分野では情報の伝達が電波から光へと変わりつつあり、多重化して送信される光を波長分離するために波長分波分光光学素子が使用されており、このような光学素子ではより高い精度が求められている。 In recent years, with the development of science and technology, fine optical elements are required in various fields. In particular, in the communication field, the transmission of information is changing from radio waves to light, and wavelength demultiplexing spectroscopic optical elements are used to separate the wavelengths of multiplexed and transmitted light. Accuracy is required.
従来、このような光学素子は、ガラス基板上に無機物を蒸着、あるいは、石瑛、ガラスなどの透明部材を電子ブーム露光、エッチング加工して製造されていたが、このような方法では製造工程が煩雑で大量生産が困難であるため、コストが非常に高くなっていた。 Conventionally, such an optical element has been manufactured by depositing an inorganic substance on a glass substrate, or by exposing a transparent member such as a stone wall or glass to an electronic boom exposure and etching process. The cost is very high because it is complicated and difficult to mass-produce.
そこで、近年、より簡単な製造方法として熱インプリントによる光学素子の製造方法が提案されている。熱インプリントでは、光学素子を作成するためのモールドを作成し、光学素子を形成する被転写樹脂に該モールドを押圧することで光学素子を作成することが可能であり、光学素子をより安価で大量に生産することが可能となる。 Therefore, in recent years, a method of manufacturing an optical element by thermal imprinting has been proposed as a simpler manufacturing method. In thermal imprinting, it is possible to create an optical element by creating a mold for creating an optical element and pressing the mold against a transfer resin that forms the optical element. Mass production is possible.
このような波長分波分光光学素子は、非常に精度よく分波することができる反面、素子の極めてわずかな歪み、変形によって、所望の波長の光が分波することができなくなるという問題がある。 While such a wavelength demultiplexing spectroscopic element can demultiplex very accurately, there is a problem that light of a desired wavelength cannot be demultiplexed due to extremely slight distortion and deformation of the element. .
このような波長分波分光光学素子を製造する際には、素子に僅かに歪など、素子自体に極めてた僅かな歪、温度(熱)などによる変形などが生ずることがあり、こうした波長分波分光光学素子は、分波しようとする設計分波波長と、実際の分波波長とがずれることがあり、分波を予定している波長の分波効率が低下する。 When manufacturing such a wavelength demultiplexing spectroscopic optical element, the element itself may be slightly distorted, the element itself may be slightly distorted, and deformation due to temperature (heat) may occur. In the spectroscopic optical element, the design demultiplexing wavelength to be demultiplexed may deviate from the actual demultiplexing wavelength, and the demultiplexing efficiency of the wavelength for which demultiplexing is planned decreases.
このように従来の波長分波分光光学素子では、分波される波長の幅が極めて狭いために、製造された素子に僅かな歪などの異常が発生すると、所望の波長の光を効率よく分波することが困難になるとの問題がある。 As described above, in the conventional wavelength demultiplexing spectroscopic optical element, the width of the wavelength to be demultiplexed is extremely narrow. Therefore, when an abnormality such as a slight distortion occurs in the manufactured element, light of a desired wavelength is efficiently separated. There is a problem that it becomes difficult to wave.
ところで、送信される多数の光の波長は、分波された光が混同しないように、ある程度の波長間隔をもって送信される。従って、分波される波長が従来の波長分波分光光学素子に見られるように、非常にシャープである必要なそれほど高くはなく、他の信号を送信する光の波長と重複しない程度であれば分波波長が多少ブロードであってもよい。また、素子の温度が変化するなどの要因を考慮すると、分波される光の波長は、多少ブロードであった方がより確実に波長に対応して分波を行うことができる。 By the way, the wavelength of many light to be transmitted is transmitted with a certain wavelength interval so that the demultiplexed light is not confused. Therefore, as seen in the conventional wavelength demultiplexing spectroscopic optical element, the wavelength to be demultiplexed is not so high that it is necessary to be very sharp, and it does not overlap with the wavelength of light transmitting other signals. The demultiplexing wavelength may be somewhat broad. In consideration of factors such as changes in the temperature of the element, if the wavelength of the light to be demultiplexed is somewhat broad, demultiplexing can be performed more reliably corresponding to the wavelength.
このように分波される波長をブロードにするためには、たとえば特許文献1(WO 2004-113974A1号パンフレット)に記載するような周期的な凹凸を多層重ねる方法などがあるが、積層する層が非常に多くなるので、その製造が非常に煩雑になるとの問題がある。 In order to broaden the wavelength to be demultiplexed in this way, there is a method of stacking periodic irregularities as described in Patent Document 1 (WO 2004-113974 A1 pamphlet), for example. There is a problem that its production becomes very complicated because it becomes very large.
また、特許文献2(特開平8−129772号公報)には、合成樹脂からなる光ピックアップ用回折格子の基板の表面から順次酸化物層が形成され、第1層に膜厚が1/20λ
から1/2λのSiO2層、第2層として膜厚が1/8λのZrO2とTa2O5の混合物層、同膜厚のZrO2とTiO2との混合物層、または、同膜厚のZrO2とTiO2とAl2O3
との混合物層、第3層として、膜厚1/3λのSiO2層を形成した合成樹脂製光ピックアップ用回折格子の発明が開示されている。しかしながら、この特許文献2に記載されている合成樹脂製ピックアップ用回路格子は、突出して形成された格子の上面および格子間の凹部の表面に上記のような入射光の波長に対して所定の厚さを有する層を3層積層した構造を有している。このように入射光の波長に対応させて異なる種類の酸化物膜を形成することは極めて高度な技術を要する。また、この合成樹脂製ピックアップ用回路格子に形成された突起部の側面には、上記のような酸化物膜は形成されていない。
To 1 / 2λ SiO 2 layer, the second layer is a 1 / 8λ ZrO 2 and Ta 2 O 5 mixture layer, the same ZrO 2 and TiO 2 mixture layer, or the same thickness ZrO 2 , TiO 2 and Al 2 O 3
An invention of a diffraction grating for synthetic resin optical pickups in which an SiO 2 layer having a thickness of 1 / 3λ is formed as the mixture layer and the third layer is disclosed. However, the synthetic resin pickup circuit grating described in Patent Document 2 has a predetermined thickness with respect to the wavelength of the incident light as described above on the upper surface of the protruding grating and the surface of the recess between the gratings. It has a structure in which three layers having thickness are laminated. In this way, forming different types of oxide films corresponding to the wavelength of incident light requires extremely advanced techniques. Further, the oxide film as described above is not formed on the side surface of the projection formed on the synthetic resin pickup circuit grid.
本発明は偏光依存性がなく生産性の高い波長分波分光光学素子を提供することを目的としている。
また、本発明は、素子が温度変化や湿度変化により多少歪んだり、変形が生じても、目的とする波長の光を分波することができる波長分波分光光学素子を提供することを目的としている。
It is an object of the present invention to provide a wavelength demultiplexing spectroscopic optical element that has no polarization dependency and high productivity.
Another object of the present invention is to provide a wavelength demultiplexing spectroscopic optical element capable of demultiplexing light of a target wavelength even if the element is somewhat distorted or deformed due to temperature change or humidity change. Yes.
本発明の波長分波分光光学素子は、樹脂製トップ層のX方向およびY方向に、周期的に多数形成された四角柱以上の正多角柱または円柱が形成された波長分波分光光学素子において、
該樹脂製トップ層に多数形成された四角柱以上の正多角柱または円柱の表面が、1〜10層の金属酸化物層で被覆されており、該正多角柱または円柱の頂部表面における酸化物層の厚さを100%としたとき、該正多角柱または円柱の側壁表面における酸化物層の厚さが20〜80%の範囲内にあり、かつ、側壁表面の最大厚みと最小厚みとの比(最小厚み/最大厚み)が0.9以上1以下であり、偏光依存性がなく、かつ広帯域の光を分波可
能に形成されていることを特徴としている。
The wavelength demultiplexing spectroscopic optical element according to the present invention is a wavelength demultiplexing spectroscopic optical element in which regular polygonal cylinders or cylinders of four or more square pillars periodically formed in the X direction and Y direction of the resin top layer are formed. ,
The surface of regular polygonal cylinders or cylinders formed in large numbers on the resin top layer is covered with 1 to 10 metal oxide layers, and the oxide on the top surface of the regular polygonal cylinders or cylinders. When the thickness of the layer is 100%, the thickness of the oxide layer on the side wall surface of the regular polygonal column or cylinder is in the range of 20 to 80%, and the maximum thickness and the minimum thickness of the side wall surface are The ratio (minimum thickness / maximum thickness) is 0.9 or more and 1 or less, there is no polarization dependence, and broadband light can be demultiplexed.
上記金属酸化物層が、HfO2,Ta2O5、ZrO2、TiO2およびSiO2よりなる群から選ばれる少なくとも一種類の金属酸化物層であることが好ましい。
また、本発明の波長分波分光光学素子においては、上記多角柱または円柱の頂部表面における酸化物層の平均厚さが、4〜500nmの範囲内にあることが好ましい。
The metal oxide layer is preferably at least one metal oxide layer selected from the group consisting of HfO 2 , Ta 2 O 5 , ZrO 2 , TiO 2 and SiO 2 .
In the wavelength demultiplexing spectroscopic optical element of the present invention, the average thickness of the oxide layer on the top surface of the polygonal column or cylinder is preferably in the range of 4 to 500 nm.
さらに、本発明の波長分波分光光学素子は、上記分波しようとする波長の光の分波光の最高光量の1/2の分波波長の波長幅(半値幅)W50としたときの値が、10〜40nmの範囲内にあることが好ましい。 Furthermore, the wavelength demultiplexing spectroscopic optical element of the present invention is a value when the wavelength width (half width) W 50 of the demultiplexed wavelength is ½ of the maximum light intensity of the demultiplexed light of the wavelength to be demultiplexed. Is preferably in the range of 10 to 40 nm.
またさらに、本発明の波長分波分光光学素子は。上記波長分波分光光学素子を構成する樹脂製トップ層と金属酸化物層とが、次式(I)および(II)で表わされる関係を有することが好ましい。 Still further, the wavelength demultiplexing spectroscopic optical element of the present invention. It is preferable that the resin top layer and the metal oxide layer constituting the wavelength demultiplexing spectroscopic optical element have a relationship represented by the following formulas (I) and (II).
さらに、本発明の波長分波分光光学素子は、上記樹脂製トップ層表面に形成された多数形成された四角柱以上の正多角柱または円柱が、樹脂層にモールドを圧接して一定の規則
性をもって柱状体を形成したものであることが好ましく、ここで、上記トップ層および四角柱以上の正多角柱または円柱を形成する樹脂は、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、環状オレフィン系樹脂およびチオフェノー樹脂、フェノール樹脂よりなる群から選ばれる少なくとも一種類の樹脂を含有していることが好ましい。
Further, the wavelength demultiplexing spectroscopic optical element according to the present invention has a regular regularity in which a large number of square polygonal cylinders or cylinders formed on the surface of the resin top layer are pressed against the resin layer with a mold. It is preferable that the top layer and the resin forming the regular polygonal column or the cylinder more than the square column are acrylic resin, styrene resin, polycarbonate resin, cyclic olefin type. It is preferable to contain at least one resin selected from the group consisting of a resin, a thiopheno resin, and a phenol resin.
ここで形成される正四角柱以上の多角柱または円柱は、X軸、Y軸方向で周期(P)が同一であり、その幅(A)が周期(P)の20〜60%の範囲内にあることが好ましい。
また、上記四角柱以上の正多角柱または円柱の幅(A)と隣接する四角柱以上の正多角柱または円柱との間隙(E)との合計である周期(P)は、通常は100〜1200nmの
範囲内にある。
The polygonal column or cylinder formed here is a regular quadrangle or cylinder having the same period (P) in the X-axis and Y-axis directions, and its width (A) is in the range of 20 to 60% of the period (P). Preferably there is.
In addition, the period (P), which is the sum of the width (A) of the regular polygonal column or cylinder equal to or greater than the quadrangular prism and the gap (E) between the adjacent regular polygonal column or cylinder equal to or greater than the quadrangular prism, is normally 100 to 100. It is in the range of 1200 nm.
本発明の波長分波分光光学素子は、樹脂製トップ層20の表面に、この樹脂製トップ層20に一体化されて多数形成された四角柱以上の正多角柱22または円柱24を有する。そして、この樹脂製トップ層20ならびに四角柱以上の正多角柱22または円柱24の表面は、光を透過する薄膜の金属酸化物で被覆されており、四角柱以上の正多角柱22または円柱24の頂部表面における金属酸化物層の厚さを100%としたときに、この四角柱以上の正多角柱22または円柱24の側壁表面における金属酸化物層の厚さが20〜80%の範囲内であり、側壁金属酸化物層の最大厚み、最小厚みの比が0.9以上1以下にある。
The wavelength demultiplexing spectroscopic optical element of the present invention has, on the surface of the
このように四角柱以上の正多角柱22または円柱24の側面の金属酸化物層の厚さを上記範囲で、上面よりも薄く形成することにより、この素子で分波される光の波長を広くすることができる。すなわち、たとえばナノプリント法を用いて樹脂製トップ層の表面に突起が形成された波長分波分光光学素子は、分波波長が非常に狭く、僅かな素子の歪などによって分波される波長が変化してしまうことがある。
In this way, by forming the thickness of the metal oxide layer on the side surface of the regular
波長分波分光光学素子は、この素子の分波精度に変動が生じなければ、単一波長の光を分波すればよく、ノイズを排除するためにも分波幅は狭いことが望ましい。ところが、このような波長分波分光光学素子の使用環境は一定ではなく、たとえば使用温度や湿度の変化などによって、この波長分波分光光学素子に歪が生ずることがあり、また波長分波分光光学素子が非常に微細な構造を有しているために、その製造工程において、波長分波分光光学素子に歪が生ずることがある。このように波長分波分光光学素子に歪などが生ずると、この波長分波分光光学素子が本来有している分光特性がずれることがあり、予定している波長の光の分波効率が低下することがある。他方、光通信方法においては、分波する光のサイドバンド、共鳴などを考慮して使用する光の波長を設定する必要があり、異なる情報を送信するために使用する光の波長がそれほど近似することはない。 If the wavelength demultiplexing spectroscopic optical element does not change in the demultiplexing accuracy of this element, it is sufficient to demultiplex light of a single wavelength, and it is desirable that the demultiplexing width is narrow in order to eliminate noise. However, the usage environment of such a wavelength demultiplexing spectroscopic optical element is not constant. For example, the wavelength demultiplexing spectroscopic optical element may be distorted due to changes in operating temperature or humidity. Since the element has a very fine structure, distortion may occur in the wavelength demultiplexing spectroscopic element in the manufacturing process. When the wavelength demultiplexing spectroscopic optical element is distorted in this way, the spectral characteristics inherent to the wavelength demultiplexing spectroscopic optical element may be deviated, and the demultiplexing efficiency of light of the planned wavelength decreases. There are things to do. On the other hand, in the optical communication method, it is necessary to set the wavelength of the light to be used in consideration of the sideband, resonance, etc. of the light to be demultiplexed, and the wavelength of the light used for transmitting different information is so approximate. There is nothing.
従って、波長分波分光光学素子で分離する光の波長が多少ブロードになったとしても、受信情報量などに及ぼす影響はほとんどない。
これに比し、波長分波分光光学素子に生ずる歪などによって、目的とする光を分波することができなくなってしまったら、光通信自体ができなくなることを意味する。
Therefore, even if the wavelength of light separated by the wavelength demultiplexing spectroscopic optical element becomes somewhat broad, there is almost no influence on the amount of received information.
On the other hand, if the target light cannot be demultiplexed due to distortion or the like generated in the wavelength demultiplexing spectroscopic optical element, it means that optical communication itself cannot be performed.
本発明者は、波長分波分光光学素子における分波波長の広域化について、利害得失を考慮した結果、一定の範囲内であれば、分波波長を広げることによる利点が大きいとの結論に達した。 As a result of considering the advantages and disadvantages of widening the demultiplexing wavelength in the wavelength demultiplexing spectroscopic optical element, the present inventor has reached the conclusion that the advantage of widening the demultiplexing wavelength is great if it is within a certain range. did.
そして、このような分波波長の広域化は、これまで使用されていた樹脂製トップ層の表面にX軸方向およびY軸方向に一定のピッチで四角柱以上の正多角柱または円柱を多数形成し、この表面に透明性を有する薄膜金属酸化物層を形成するとともに、この金属酸化物
層の厚さを四角柱以上の正多角柱または円柱の頂部では厚くし、側壁部で頂部の厚さに対して所定の範囲内で均一な厚さにすることにより、分波波長をブロードにすることができることを見出した。
Such widening of the demultiplexing wavelength is achieved by forming a large number of regular polygonal cylinders or cylinders more than quadrangular prisms at a constant pitch in the X-axis direction and Y-axis direction on the surface of the resin top layer used so far. In addition, a transparent thin metal oxide layer is formed on the surface, and the thickness of the metal oxide layer is increased at the top of a regular polygonal column or cylinder of a quadrangular column or more, and the thickness of the top at the side wall. On the other hand, it was found that the demultiplexed wavelength can be broadened by making the thickness uniform within a predetermined range.
そして、このようにして分波波長をブロードにしたことによっても、この波長分波分光光学素子の特性は損なわれることがなく、逆に素子に多少の歪などが生じた場合であっても、正常な素子と同様に分波分光を行うことができる。さらに、偏光依存性がなく、1〜10層という少ない積層により得られるため生産性が高い。 And even by making the demultiplexing wavelength broad in this way, the characteristics of this wavelength demultiplexing spectroscopic optical element are not impaired, and conversely even if some distortion occurs in the element, As with normal devices, demultiplexing spectroscopy can be performed. Furthermore, there is no polarization dependency, and the productivity is high because it can be obtained by laminating as few as 1 to 10 layers.
次に本発明の波長分波分光光学素子について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、樹脂製トップ層の表面に正四角柱が多数形成された本発明の波長分波分光光学素子の例を示す図であり、図2は、樹脂製トップ層の表面に多数の円柱が形成された本発明の波長分波分光光学素子の例を示す図であり、図3は、樹脂製トップ層の表面に多数形成された正四角柱の相互の関係を示す図である。さらに、図4は、正多角柱あるいは円柱の縦断面を模式的に示す断面図である。
Next, the wavelength demultiplexing spectroscopic optical element of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing an example of a wavelength demultiplexing spectroscopic optical element according to the present invention in which a number of regular quadrangular prisms are formed on the surface of a resin top layer, and FIG. It is a figure which shows the example of the formed wavelength demultiplexing spectroscopy optical element of this invention, and FIG. 3 is a figure which shows the mutual relationship of many regular square pillars formed in the surface of resin-made top layers. FIG. 4 is a sectional view schematically showing a longitudinal section of a regular polygonal cylinder or cylinder.
図1および図2に示すように、本発明の波長分波分光光学素子は、透明基板10の上に積層された樹脂製トップ層20の表面に、この樹脂製トップ層20に一体化されて多数形成された四角柱以上の正多角柱22または円柱24を有する。
As shown in FIGS. 1 and 2, the wavelength demultiplexing spectroscopic optical element of the present invention is integrated with the
透明基板10は、光学ガラス、ポリサルホン、ポリエーテルサルホンのような透明部材で形成されており、樹脂製トップ層の屈折率を(n2)とし、樹脂基板10の屈折率を、(n1)としたときに、樹脂製トップ層の屈折率(n2)と、透明基板10の屈折率(n1)との差(n2−n1)が通常は0.01〜0.35、好ましくは0.06〜0.3の範囲内になる。このような屈折率差を有するように、基材材料とトップ層樹脂を選択すればよい。
The
本発明の波長分波分光光学素子には、樹脂製トップ層の表面に正四角柱以上の正多角柱あるいは円柱が多数形成されている。図1には、付番22で正四角柱が示されており、図2には付番24で円柱が示されている。
In the wavelength demultiplexing spectroscopic optical element of the present invention, a large number of regular polygonal cylinders or cylinders of regular quadrangular prisms or more are formed on the surface of the resin top layer. In FIG. 1, a regular quadrangular prism is shown by a
本発明の波長分波分光光学素子において、樹脂製トップ層の表面に形成されている正四角柱以上の正多角柱あるいは円柱は、樹脂トップ層を形成する樹脂と同一の樹脂で形成されている。すなわち、本発明の波長分波分光光学素子の樹脂製トップ層の表面に形成されている正四角柱あるいは円柱などの柱状体は、樹脂製トップ層に、形成しようとする柱状体とは逆のパターンが形成されたモールドを加熱下に当接することにより、モールドに形成された凹凸を逆転させた柱状体を形成することができる。 In the wavelength demultiplexing spectroscopic optical element according to the present invention, the regular polygonal column or cylinder formed on the surface of the resin top layer is formed of the same resin as that forming the resin top layer. That is, a columnar body such as a regular quadrangular column or a cylinder formed on the surface of the resin top layer of the wavelength demultiplexing spectroscopic optical element of the present invention has a pattern opposite to the columnar body to be formed on the resin top layer. By contacting the mold in which the is formed under heating, a columnar body in which the irregularities formed in the mold are reversed can be formed.
従って、トップ層の表面に形成された柱状体を形成する樹脂は樹脂製トップ層と同一の熱可塑性樹脂である。
本発明では、この柱状体が、正四角柱以上の正多角柱または円柱である。ここで多角柱は、正四角柱以上の正多角柱であり、正四角柱、正五角柱、正六角柱、正八角柱、正十二角柱など、その横断面において、各辺の長さが等しい角柱である。さらに、この正多角柱の角数が次第に多くなるに従って円柱に近くなり、本発明では、柱状体として円柱を用いることができる。中でも、X軸、Y軸方向の柱状体の幅(A)を等しくできる形状が偏光依
存性があらわれにくいため好ましく、円柱、四角柱、八角柱などが好ましく用いられる。
Therefore, the resin forming the columnar body formed on the surface of the top layer is the same thermoplastic resin as the resin top layer.
In the present invention, the columnar body is a regular polygonal column or a cylinder greater than a regular quadrangular column. Here, the polygonal prism is a regular polygonal prism that is equal to or more than a regular quadrangular prism, and is a prism that is equal in length to each side in the cross section, such as a regular quadrangular prism, a regular pentagonal prism, a regular hexagonal column, a regular octagonal prism, and a regular dodecagonal prism. . Furthermore, as the number of corners of the regular polygonal column gradually increases, it becomes closer to a cylinder, and in the present invention, a cylinder can be used as the columnar body. Among them, a shape that can equalize the width (A) of the columnar bodies in the X-axis and Y-axis directions is preferable because polarization dependency does not easily appear, and a cylinder, a quadrangular column, an octagonal column, or the like is preferably used.
このように本発明において、柱状体を正四角柱以上の正多角柱あるいは円柱にすることにより、分波される光の波長幅を広域化することができ、正多角柱ではない横断面形状が例えば長方形の角柱を用いても分波光を広域化することはできない。なお、上記正多角柱
における「正」の精度は、横断面における各辺の長さが同一であれば最も好ましいが、辺の長さの10%以下、好ましくは5%以下のズレであれば、本発明では「正多角柱」と看做すこととする。なお、上記定義を外れる正四角柱のような正多角柱あるいは円柱以外の柱状体を用いても、本発明で奏される効果は発現しない。
In this way, in the present invention, by making the columnar body a regular polygonal column or a cylinder that is equal to or greater than a regular quadrangular column, the wavelength width of the demultiplexed light can be widened, and the cross-sectional shape that is not a regular polygonal column is, for example, Even if a rectangular prism is used, the demultiplexed light cannot be broadened. The accuracy of “positive” in the regular polygonal column is most preferable if the length of each side in the cross section is the same, but if it is a deviation of 10% or less, preferably 5% or less of the length of the side. In the present invention, it is regarded as a “regular polygonal column”. Even if a regular polygonal column such as a regular quadrangular column or a columnar body other than a cylinder that deviates from the above definition is used, the effect exhibited by the present invention does not appear.
上記のような正多角柱あるいは円柱からなる柱状体は、図1、図2に示すように、樹脂製トップ層のX軸方向およびY軸方向に同一周期で形成されている。
この柱状体は、図3に示すように柱状体の幅(太さ)をA、隣接する柱状体との間隙をEとすると、周期(P)は、A+Eで表わすことができる。
As shown in FIGS. 1 and 2, the columnar body composed of regular polygonal columns or cylinders as described above is formed with the same period in the X-axis direction and the Y-axis direction of the resin top layer.
In this columnar body, as shown in FIG. 3, when the width (thickness) of the columnar body is A and the gap between adjacent columnar bodies is E, the period (P) can be represented by A + E.
具体的には、柱状体の幅(A)は、通常は周期(P)の20〜60%、好ましくは30
〜50%の範囲内にあり、隣接する柱状体との間隙幅(E)は、通常は周期(P)の40
〜80%、好ましくは50〜70%の範囲内にある。このように柱状体の幅(A)を周期
(P)に対して上記のように設定することにより、光通信に用いた場合には有用性の高い
波長の光を使用した情報の送受信を行うことができる。
Specifically, the width (A) of the columnar body is usually 20 to 60% of the period (P), preferably 30.
The gap width (E) between adjacent columnar bodies is in the range of ˜50% and is usually 40 of the period (P).
It is in the range of -80%, preferably 50-70%. Thus, by setting the width (A) of the columnar body as described above with respect to the period (P), information is transmitted / received using light of a wavelength that is highly useful when used for optical communication. be able to.
従って、本発明の波長分波分光光学素子において、形成されている柱状体の周期は、通常は100〜1200nmであり、紫外光の分波を行う場合には、950〜1050nm、可視光の分波を行う場合には、270〜400nmである。 Therefore, in the wavelength demultiplexing spectroscopic optical element of the present invention, the period of the formed columnar body is usually 100 to 1200 nm. When ultraviolet light demultiplexing is performed, 950 to 1050 nm and visible light demultiplexing are performed. When performing a wave, it is 270-400 nm.
上記の範囲内で柱状体の幅(A)、間隙幅(E)、および、周期(P)の長さを変えるこ
とにより、分波しようとする波長を制御することができる。なお。図3では、便宜上、正四角柱を用いて(A),(E)、(P)について説明しているが、円柱あるいはその他の多角柱であっても同様である。
By changing the column width (A), gap width (E), and period (P) length within the above range, the wavelength to be demultiplexed can be controlled. Note that. In FIG. 3, for convenience, (A), (E), and (P) are described using regular square columns, but the same applies to a cylindrical column or other polygonal column.
本発明の波長分波分光光学素子おいては、上記のような樹脂製トップ層の表面にこの樹脂組成トップ層を形成する樹脂と同一の樹脂で形成された柱状体の表面は、透明性を有する金属被膜で被覆されている。 In the wavelength demultiplexing spectroscopic optical element of the present invention, the surface of the columnar body formed of the same resin as that forming the resin composition top layer on the surface of the resin top layer as described above has transparency. It is covered with a metal coating.
ここで使用される金属酸化物としては、HfO2,Ta2O5、ZrO2、TiO2および
SiO2のいずれかの金属酸化物であり、これらの金属酸化物は単独で使用することもで
きるし、また組み合わせて使用することもできる。
上記の波長分波分光光学素子を構成する樹脂製トップ層と金属酸化物層とが所定の関連を有するように、樹脂製トップ層の屈折率と、金属酸化物層とが、特定の式(I)および(II)で表わされる関係を有することにより、本発明によって奏される作用効果はより顕著
なものになる。
The metal oxide used here is one of HfO 2 , Ta 2 O 5 , ZrO 2 , TiO 2 and SiO 2 , and these metal oxides can be used alone. They can also be used in combination.
The refractive index of the resin top layer and the metal oxide layer have a specific formula (in order that the resin top layer and the metal oxide layer constituting the wavelength demultiplexing spectroscopic optical element have a predetermined relationship) By having the relationship represented by I) and (II), the operational effects exhibited by the present invention become more prominent.
式(II)において、好ましくは0.35以下であり、屈折率差が大きくなるとサイドバンドが大きくなるために好ましくない。
またこのような金属酸化物からなる層は、単層であってよいし、1〜10層、好ましくは1〜3層の金属酸化物層を組み合わせることができる。この層の積層数が多くなりすぎると、本発明の波長分波分光光学素子における光透過性が低下することがあり、さらに、形成された金属酸化物層の形状が、柱状体の形状とは異なったものになり、分波特性が損なわれることがある。また、積層数を多くすることで工程が増加し、生産性が低下する。
In the formula (II), it is preferably 0.35 or less, and a large difference in refractive index is not preferable because the sideband becomes large.
Moreover, the layer which consists of such a metal oxide may be a single layer, and can combine 1-10 layers, Preferably it is 1-3 metal oxide layers. If the number of stacked layers is too large, the light transmission in the wavelength demultiplexing spectroscopic optical element of the present invention may be reduced, and the shape of the formed metal oxide layer is the shape of the columnar body. It may be different and the demultiplexing characteristics may be impaired. Also, increasing the number of layers increases the number of processes and decreases productivity.
本発明の波長分波分光光学素子は、特定の波長の光を選択的に透過させるとの特性を有するものであるから、柱状部の頂部31における金属酸化物膜の厚さは、通常は4〜500nmの範囲内、好ましくは6〜450nmの範囲内にある。
Since the wavelength demultiplexing spectroscopic optical element of the present invention has a characteristic of selectively transmitting light of a specific wavelength, the thickness of the metal oxide film at the
図4には樹脂製トップ層20の表面に、この樹脂性トップ層20を形成する樹脂によって形成された柱状体(四角柱以上の多角柱または円柱)22,24が形成された部分の断面が示されている。
FIG. 4 shows a cross section of a portion where columnar bodies (polygonal columns or cylinders of quadrangular columns or more) 22 and 24 formed by the resin forming the resinous
図4から明らかなように、本発明の波長分波分光光学素子においては、柱状体22,24の頂部31、柱状体22,24の側壁33、および、柱状体22,24が形成されていない樹脂製トップ層20の表面35が、金属酸化物層で被覆される。
As apparent from FIG. 4, in the wavelength demultiplexing spectroscopic optical element of the present invention, the
本発明の波長分波分光光学素子においては、柱状体22,24の頂部31における金属酸化物層の厚さを厚くし、柱状体22,24の側壁33における金属酸化物層の厚さを薄くする。
In the wavelength demultiplexing spectroscopic optical element of the present invention, the thickness of the metal oxide layer at the
図4では、第1の金属酸化物層41と、第二の金属酸化物層42の二層の金属酸化物層が形成された態様が示されている。
そして、本発明の波長分波分光光学素子においては、柱状体22,24の頂部31におけるそれぞれの金属酸化物層の厚さを100%としたときに、この柱状体22,24の側壁33における金属酸化物層の厚さを20〜80%にする。さらに30〜50%の範囲内にすることが特に好ましい。さらに、この金属酸化層は、均一に形成されていることが望ましい。特に柱状体の側壁33において、金属酸化物層の厚さが、厚くなるにつれて金属酸化物層の均一性を確保することが難しくなり、柱状体のパターン形状が崩れていくためサイドバンドが大きくなり、偏光依存性がみとめられるようになる。本発明においては、パターン形状を四角柱以上の正多角柱または円柱とし、その間隙を調製し、さらに頂部の酸化物金属層の厚さ100%に対して80%以下、好適には50%厚さに留めることにより、側壁の最大厚みと最小厚みとの比(最小厚み/最大厚み)が、0.9以上1以下の大変均一性の高い金属酸化膜を形成することができる。また、柱状体の側壁33における金属酸化物層の厚さが、頂部の金属酸化物層の厚さに対して20%を下回ると、波長分波分光光学素子で分波できる波長幅が広域化しない。
FIG. 4 shows a mode in which two metal oxide layers of a first
In the wavelength demultiplexing spectroscopic optical element of the present invention, when the thickness of each metal oxide layer at the top 31 of the
なお、この柱状体22,24の頂部31における金属酸化物層の厚さおよび側壁33における金属酸化物層の厚さは、例えば、図10に示すように形成された波長分波分光光学素子表面の断面を電子顕微鏡などの拡大手段を用いて拡大して実測することにより、測定することができる。この断面は、図10に示すように、波長分波分光光学素子の縦断面を切り出して頂部および側壁の金属酸化物層の厚さが測定される。また、表面は、図11に示すように、熱インプリントにより形成された樹脂表面を予め観察して、形成された柱状体24の頂部の直径を測定し、金属酸化物層41,42を形成した後、再度柱状体の頂部の直径を測定することにより、側壁に形成された金属酸化物層の厚さ(最大厚さ)を計測することができる。
The thickness of the metal oxide layer at the top 31 of the
本発明においては、表面観察により測定される厚さ(最大厚さ)が頂部厚さの20〜80%である。
このように柱状体22,24の側壁33における金属酸化物の厚さを上記のように柱状体22,24の頂部31におけるそれぞれの金属酸化物層の厚さよりも薄くすることにより、分波しようとする波長の光の分波光の最高光度の1/2の波長幅(半値幅:W50)の値が広くなり、通常は10〜40nm、好ましくは10〜30nmに広がる。
In the present invention, the thickness (maximum thickness) measured by surface observation is 20 to 80% of the top thickness.
As described above, the thickness of the metal oxide on the
図4には、樹脂製トップ層20の表面に柱状体22or24を形成し、その頂部31に、第一の金属酸化物層41aを形成し、その上に第二の金属酸化物層41aが形成された状態の断面図が示されている。そして、本発明においては樹脂製トップ層20の表面に柱状体22or24の側壁33にも側壁の第一の金属酸化物層41bを形成し、その上に側壁の第二の金属酸化物層41bが積層される、さらに、柱状体22or24と隣接する柱状体22or24との間の凹部35にも第一の金属酸化物層41および第二の金属酸化物層42が形成される。
In FIG. 4, the columnar body 22or24 is formed on the surface of the
これは上記のような金属酸化物で被覆しない場合の半値幅が2〜3nm程度であることからすると、分波できる光の波長を5〜10倍にも広げたことになり、本発明の波長分波分光光学素子に歪などが発生して、分波特性に変動が生じたとしても良好な分波を行うことができる。他方、異なる情報を送受信するためには、一般に波長が50〜200nm程度ずれた光を用いることから、上記のように分波波長の半値幅を上記のように広域化したとしても、他の信号が混在することがなく、光通信の精度は全く変化しない。 This is because the full width at half maximum when not coated with the metal oxide as described above is about 2 to 3 nm, the wavelength of light that can be demultiplexed is expanded 5 to 10 times. Even if distortion occurs in the demultiplexing spectroscopic optical element and the demultiplexing characteristics fluctuate, satisfactory demultiplexing can be performed. On the other hand, in order to transmit and receive different information, generally, light having a wavelength shifted by about 50 to 200 nm is used. Therefore, even if the half-value width of the demultiplexed wavelength is widened as described above, Are not mixed, and the accuracy of optical communication does not change at all.
図5に本発明の波長分波分光光学素子によって分波される光を実線で示してあり、金属酸化物層を形成しない波長分波分光光学素子の分波される光を破線で示してある。
図5から明らかなように、本発明の構成を採用することにより、分波される波長は広くなる。
In FIG. 5, the light demultiplexed by the wavelength demultiplexing spectroscopic optical element of the present invention is indicated by a solid line, and the light demultiplexed by the wavelength demultiplexing spectroscopic optical element not forming the metal oxide layer is indicated by a broken line. .
As is apparent from FIG. 5, the wavelength to be demultiplexed becomes wider by adopting the configuration of the present invention.
本発明において、分波しようとする波長の光の最高波長の1/2の波長幅(半値幅)W50としてしたときの値が通常は10〜40nmの範囲内、好ましくは10〜30nmの範囲
内にある。このように半値幅を広くとることにより、波長分波分光光学素子に歪が生じたとしても、その領域の信号を確実に捕捉することができる。
In the present invention, the value when the wavelength width (half width) W 50 is ½ of the maximum wavelength of the light to be demultiplexed is usually in the range of 10 to 40 nm, preferably in the range of 10 to 30 nm. Is in. By taking a wide half-value width in this way, even if distortion occurs in the wavelength demultiplexing spectroscopic optical element, signals in that region can be reliably captured.
すなわち、たとえば、音声、データ、画像を光により送受信する場合には、使用する波長帯域は、たとえば1310nm、1490nm、1550nmの波長領域で信号を送受信するのが一般的であり、これらの波長は離れているので、本発明のように分波領域を広域化したとしても他の情報を伝達する光信号を拾ってしまうといったことは生じない。 In other words, for example, when transmitting, receiving, and transmitting sound, data, and images with light, it is common to transmit and receive signals in the wavelength range of 1310 nm, 1490 nm, and 1550 nm, for example, and these wavelengths are separated. Therefore, even if the demultiplexing area is widened as in the present invention, it does not occur that an optical signal carrying other information is picked up.
本発明の波長分波分光光学素子は、種々の技術を応用して製造することができる。
各種製造技術の中で特に精度のよい波長分波分光光学素子を製造する好適な例としては、ナノインプリント法と、蒸着法の組み合わせを採用することが好ましい。
The wavelength demultiplexing spectroscopic optical element of the present invention can be manufactured by applying various techniques.
As a suitable example for producing a wavelength demultiplexing spectroscopic optical element having particularly high accuracy among various manufacturing techniques, it is preferable to employ a combination of a nanoimprint method and a vapor deposition method.
ナノインプリント法は、形成する柱状体とは逆のパターンを有するもモ−ルドを形成し、熱可塑性の樹脂製トップ層に加熱しながら、モールドに形成されたパターンを転写して、樹脂製トップ層の表面に多数の柱状体を一挙に形成し、こうして形成された柱状体の表面に金属酸化物層を真空蒸着などの乾式法によって形成する方法である。 The nanoimprint method forms a mold having a pattern opposite to the columnar body to be formed, transfers the pattern formed on the mold while heating to the thermoplastic resin top layer, and forms the resin top layer. In this method, a large number of columnar bodies are formed at once on the surface, and a metal oxide layer is formed on the surface of the columnar bodies thus formed by a dry process such as vacuum deposition.
ナノインプリント法により樹脂製トップ層に多数の柱状体を形成する方法はすでに公知であり、本発明においてもこうした技術を利用してナノメーターオーダーの柱状体を製造することができる。 A method of forming a large number of columnar bodies on the resin top layer by the nanoimprint method is already known, and in the present invention, a columnar body on the order of nanometers can be produced using such a technique.
このようにして形成された柱状体に金属蒸着皮膜を形成するのであるが、本発明では、柱状体の頂部における金属酸化物層の厚さを100%としたときに、柱状体の側壁の酸化物層の厚さを20〜80%、好ましくは30〜50%にすることにより、分波波長をブロードにすることができる。 A metal vapor deposition film is formed on the columnar body thus formed. In the present invention, when the thickness of the metal oxide layer at the top of the columnar body is 100%, the oxidation of the side wall of the columnar body is performed. By setting the thickness of the material layer to 20 to 80%, preferably 30 to 50%, the demultiplexing wavelength can be broadened.
このように柱状体を側壁における金属酸化物の蒸着量を調整するためには、柱状部22or24の側壁33に対してθの角度をもって金属酸化物を蒸着させる。ここで、θの角度
は真空度、温度によって変化するものの、通常は0〜35度、好ましくは0〜20度の範囲内に設定される。
このように、所定の角度をもって金属酸化膜を形成することにより、柱状体の側壁における金属酸化物層の厚さを特定の範囲で均一に形成することができる。
In this way, in order to adjust the deposition amount of the metal oxide on the side wall of the columnar body, the metal oxide is deposited at an angle θ with respect to the
Thus, by forming the metal oxide film at a predetermined angle, the thickness of the metal oxide layer on the side wall of the columnar body can be uniformly formed within a specific range.
柱状体の厚さが、20%より低いと分波光の半値幅を上述のように広域化することができないし、また80%超えて厚くすると、この側壁33に形成される金属酸化物を均一に付着させることできない。
If the thickness of the columnar body is lower than 20%, the half-value width of the demultiplexed light cannot be widened as described above, and if the thickness exceeds 80%, the metal oxide formed on the
なお、上記のようにして蒸着を行う際の温度条件は通常は20〜120℃、気圧は通常は10-8〜10-5Paの範囲内に設定され、柱状体が形成された波長分波分光光学素子を回転させながら蒸着を行うことが好ましい。 In addition, the temperature conditions at the time of performing vapor deposition as described above are usually 20 to 120 ° C., the atmospheric pressure is usually set in the range of 10 −8 to 10 −5 Pa, and the wavelength demultiplexing in which the columnar body is formed. It is preferable to perform vapor deposition while rotating the spectroscopic optical element.
上記のようにして金属酸化物を蒸着することにより、柱状体の頂部には、通常4〜500nm、好適には、6〜450nmの範囲内の金属酸化物の被膜形成される。そして、このように柱状体の頂部に対して柱状体の側壁における金属酸化物層の厚さを所定の厚さにすることにより、波長分波分光光学素子の光学特性を広域化することができる。 By depositing a metal oxide as described above, a metal oxide film having a thickness of usually 4 to 500 nm, preferably 6 to 450 nm is formed on the top of the columnar body. In this way, by setting the thickness of the metal oxide layer on the side wall of the columnar body to a predetermined thickness with respect to the top of the columnar body, the optical characteristics of the wavelength demultiplexing spectroscopic optical element can be broadened. .
なお、柱状体22,24の側壁に金属酸化物を蒸着させると、図12に示すように、側壁に蒸着される金属酸化物の厚さが異なることがある。一般には、図12に示すように、側壁の頂部近傍で、金属酸化物の蒸着層が最も厚くなり、側壁の底部に近づくにつれて金属蒸着層の蒸着厚さは薄くなる傾向がある。本発明においては、側壁における蒸着金属の最大厚さと最小厚さとに差が生じないように蒸着条件を選定することが好ましく、本発明では、側壁の酸化物層の最大厚みと最小厚みとの比(最小厚み/最大厚み)を0.9以上
1以下にする。
In addition, when metal oxide is vapor-deposited on the side walls of the
ところで、本発明の波長分波分光光学素子においては、樹脂トップ層に形成されている柱状体は非常に微細であるので、その断面を形成する際に柱状体に加わる応力によって、本発明の波長分波分光光学素子を構成する各部材が応力変形することがある。こうした応力変形の例を示すために、本発明の出願と同時に上申書を提出して、この上申書に応力の付与下に本発明の波長分波分光光学素子の縦断面を形成したときの生ずる応力変形を参考図1として提出する。この参考図1に示される波長分波分光光学素子は、本来図4に示されるような形状を有していたが、断面を観察するための断面形成操作によって、参考図1に示すように変形することもある。この参考図1に示した断面図をトレースした図を、図13に示す。応力がかけられたために、全体として縦につぶれたような形状になっているが、樹脂トップ層20の表面の柱状体22or24が形成され、こうした柱状体22or24の表面を含めて全面に金属酸化物層が41.42が形成されており、しかもこの金属酸化物層が41.42には、柱状体の側壁に金属酸化物層が形成されており、この側壁に形成された金属酸化物膜に厚く形成された「最大厚さ」の部分と、金属酸化物層が薄く形成された「最小厚さ」の部分とがあることがわかる。
By the way, in the wavelength demultiplexing spectroscopic optical element of the present invention, since the columnar body formed in the resin top layer is very fine, the wavelength of the present invention is caused by the stress applied to the columnar body when forming the cross section. Each member constituting the demultiplexing spectroscopic optical element may be subjected to stress deformation. In order to show an example of such stress deformation, an application is filed simultaneously with the filing of the present invention, and this occurs when a longitudinal section of the wavelength demultiplexing spectroscopic optical element of the present invention is formed under the application of stress. The stress deformation is submitted as Reference Figure 1. The wavelength demultiplexing spectroscopic optical element shown in FIG. 1 originally has a shape as shown in FIG. 4, but is deformed as shown in Reference FIG. 1 by the cross-section forming operation for observing the cross section. Sometimes. FIG. 13 shows a trace of the cross-sectional view shown in FIG. Since the stress is applied, the shape of the
次に本発明の実施例を示して本発明の波長分波分光光学素子について詳細に説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。
〔実施例1〕
厚さ1mmで4インチ角の金属シリコンに、3mm角のパターン領域の小モールドを形成した。
Next, the wavelength demultiplexing spectroscopic optical element of the present invention will be described in detail with reference to examples of the present invention, but the present invention is not limited thereto.
[Example 1]
A small mold having a pattern area of 3 mm square was formed on 4 mm square metal silicon having a thickness of 1 mm.
この小モールドの中央部の表面に、周期(P)が1030nm、凹部の幅(A)が360nm、ギャップ幅(E)が670nmであり、高さが310nmの円柱状凹部を形成した。
これとは別に、無アルカリガラスからなる透明基板層の表面に膜厚3μmのメタクリル
樹脂(屈折率:1.46)からなる透明樹脂トップ層を形成した。
A cylindrical recess having a period (P) of 1030 nm, a recess width (A) of 360 nm, a gap width (E) of 670 nm, and a height of 310 nm was formed on the surface of the center of the small mold.
Separately, a transparent resin top layer made of methacrylic resin (refractive index: 1.46) having a film thickness of 3 μm was formed on the surface of the transparent substrate layer made of alkali-free glass.
この透明な基板を基材固定基部の上に載置し固定した。
この基板固定部が載置された装置内には、モールド基台を取り付けるプレス基台が設置されており、このプレス基台に、上記のようにして製造したモールド基台を取り付けた。
This transparent substrate was placed and fixed on the base material fixing base.
A press base to which a mold base is attached is installed in the apparatus on which the substrate fixing portion is placed, and the mold base manufactured as described above is attached to the press base.
この装置内の気圧を1013hPaに維持した状態で、基材固定基部に載置固定された透明基板を140℃に加熱して、プレス基台に固定されたモールド基台を透明基板に1M
Paの圧力で300秒間当接してモールド基台の表面に形成された凹凸を透明基板の樹脂製トップ層の表面に転写し、透明樹脂基板の温度が110℃にまで降下した時点で基材固定基部を透明基板から離型した。
With the atmospheric pressure in the apparatus maintained at 1013 hPa, the transparent substrate placed and fixed on the base material fixing base is heated to 140 ° C., and the mold base fixed to the press base is 1 M on the transparent substrate.
The unevenness formed on the surface of the mold base by contacting with the Pa pressure for 300 seconds is transferred to the surface of the resin top layer of the transparent substrate, and the substrate is fixed when the temperature of the transparent resin substrate drops to 110 ° C. The base was released from the transparent substrate.
得られた波長分波分光光学素子の樹脂トップ層の表面から起立した多数の円柱の表面およびこの円柱の断面の格子を電子顕微鏡を用いて観察した。その結果、透明樹脂トップ層の表面に、周期(P)1030nm、円柱幅(A)360nm、高さ310nmの円柱状の突
起が形成されているのが確認された。この突起は、透明樹脂トップ層の表面から垂直に立設されており、樹脂製トップ層と突起との境界線に残留空気によるえぐれなどは観察されなかった。
The surface of a large number of cylinders standing from the surface of the resin top layer of the obtained wavelength demultiplexing spectroscopic optical element and the lattice of the cross section of the cylinder were observed using an electron microscope. As a result, it was confirmed that columnar protrusions having a period (P) of 1030 nm, a columnar width (A) of 360 nm, and a height of 310 nm were formed on the surface of the transparent resin top layer. The protrusions were erected vertically from the surface of the transparent resin top layer, and no deflation due to residual air was observed at the boundary line between the resin top layer and the protrusions.
こうして得られた波長分波分光光学素子に1550nmの光を照射して、この光に対する透過光の半値幅を測定したところ2nmであった。
上記のようにして得られた波長分波分光光学素子を、10-6Pa気圧に調整し、素子の表面温度を50℃に設定して蒸着装置にセットして、図6のように柱状体に対する角度θが10度になるようにして5分間Ta2O5(屈折率:1.87)の真空蒸着を行い、柱状体の頂部における蒸着層の厚さが200nmであり、柱状体の側壁における蒸着厚さが80nmの本発明の波長分波分光光学素子を測定した。こうして得られた波長分波分光光学素子の側壁の蒸着厚みは、頂部の40%であり、側壁の蒸着層の最大厚みは80nm、最小厚みは75nmであった。
The wavelength demultiplexing spectroscopic optical element thus obtained was irradiated with light of 1550 nm, and the half-value width of the transmitted light with respect to this light was measured and found to be 2 nm.
The wavelength demultiplexing spectroscopic element obtained as described above was adjusted to 10 −6 Pa atmospheric pressure, the surface temperature of the element was set to 50 ° C. and set in a vapor deposition apparatus, and a columnar body as shown in FIG. The vacuum evaporation of Ta 2 O 5 (refractive index: 1.87) is performed for 5 minutes so that the angle θ with respect to the angle is 10 degrees, the thickness of the vapor deposition layer at the top of the columnar body is 200 nm, and the side wall of the columnar body The wavelength demultiplexing spectroscopic optical element of the present invention having a deposition thickness of 80 nm was measured. The deposition thickness of the side wall of the wavelength demultiplexing spectroscopic optical element thus obtained was 40% of the top, the maximum thickness of the deposition layer on the side wall was 80 nm, and the minimum thickness was 75 nm.
さらに、上記と同様の条件でHfO2(屈折率;1.77)を、蒸着して得られた金属
酸化物層において、頂部の蒸着層の厚さが200nmになるように蒸着した。このとき柱状体の側壁における蒸着厚さ(すなわち最大厚さ)が80nmであり、最小厚さは75nmであった。
Further, HfO 2 (refractive index: 1.77) was vapor-deposited under the same conditions as described above so that the thickness of the vapor-deposited layer at the top was 200 nm in the metal oxide layer obtained by vapor deposition. At this time, the deposition thickness (that is, the maximum thickness) on the side wall of the columnar body was 80 nm, and the minimum thickness was 75 nm.
上記のようにして得られた蒸着膜を形成しない波長分波分光光学素子の反射ピークにおける半値幅は2nmであったが、上述のように蒸着膜を形成することにより、波長分波分光光学素子の反射ピークにおける半値幅は15nmに広域化した。
〔実施例2〕
図6におけるθの値を25度にして、実施例1と同様にして、波長分波分光光学素子の作製を行った。
The half-width at the reflection peak of the wavelength demultiplexing spectroscopic optical element that does not form the vapor deposition film obtained as described above was 2 nm, but by forming the vapor deposition film as described above, the wavelength demultiplexing spectroscopic optical element The full width at half maximum at the reflection peak was increased to 15 nm.
[Example 2]
The value of θ in FIG. 6 was set to 25 degrees, and a wavelength demultiplexing spectroscopic optical element was manufactured in the same manner as in Example 1.
得られた光学素子の柱状体の頂部における蒸着膜の厚さは、Ta2O5、HfO2はとも
に200nmであり、側壁の(最大)厚さは、それぞれ120nm、110nm、最小厚さはそれぞれ110nm、110nmであった。
The thickness of the vapor deposition film at the top of the columnar body of the obtained optical element is 200 nm for both Ta 2 O 5 and HfO 2 , and the (maximum) thickness of the sidewall is 120 nm and 110 nm, respectively, and the minimum thickness is respectively 110 nm and 110 nm.
得られた波長分波分光光学素子は、半値幅が20nmであり波長分波分光光学素子の反射ピークにおける半値幅が広域化した。また、実用上問題はないものの僅かにサイドピークが見られた。
〔比較例1〕
図6におけるθの値を45度にして、実施例1と同様にして、波長分波分光光学素子を作製した。得られた柱状体の頂部における蒸着膜の厚さは、Ta2O5,HfO2ともに2
00nm、側壁の蒸着膜の厚さは、Ta2O5層では(最大)厚さ150nm、最小厚さ70nm、HfO2層では(最大)厚さ100nm、最小厚さ30nmであり、得られた波
長分波分光光学素子の側壁に均一に蒸着膜を形成することができなかった。
〔実施例3〕
実施例1において、円柱の代わりに、周期(P)が1030nm、高さ310nm、幅
(A)が360nmの正八角柱を多数形成した。
The obtained wavelength demultiplexing spectroscopic optical element had a half width of 20 nm, and the half width at the reflection peak of the wavelength demultiplexing spectroscopic optical element was widened. Although there was no practical problem, a slight side peak was observed.
[Comparative Example 1]
A wavelength demultiplexing spectroscopic element was manufactured in the same manner as in Example 1 with the value of θ in FIG. The thickness of the deposited film at the top of the obtained columnar body is 2 for both Ta 2 O 5 and HfO 2.
The thickness of the deposited film on the side wall was 00 nm (maximum) 150 nm and the minimum thickness 70 nm for the Ta 2 O 5 layer, and (maximum)
Example 3
In Example 1, many regular octagonal prisms having a period (P) of 1030 nm, a height of 310 nm, and a width (A) of 360 nm were formed instead of the cylinder.
上記のようにして正八角柱を有する素子を用いて、実施例1と同様にして、波長分波分光光学素子を作製した。
得られた光学素子の頂部におけるTa2O5、HfO2の膜厚は、ともに200nm、側
壁の(最大)厚さはそれぞれ75nm、75nm、最小厚さはそれぞれ70nm、68nmであった。
Using the element having a regular octagonal column as described above, a wavelength demultiplexing spectroscopic optical element was produced in the same manner as in Example 1.
The film thicknesses of Ta 2 O 5 and HfO 2 at the top of the obtained optical element were both 200 nm, the (maximum) thickness of the sidewalls was 75 nm and 75 nm, respectively, and the minimum thicknesses were 70 nm and 68 nm, respectively.
得られた波長分波分光光学素子は、半値幅が27nmであり波長分波分光光学素子の反射ピークにおける半値幅が広域化した。
〔実施例4〕
Ta2O5層の蒸着を行わなかった以外は、実施例3と同様にして波長分波分光光学素子を作製した。
The obtained wavelength demultiplexing spectroscopic optical element had a half width of 27 nm, and the half width at the reflection peak of the wavelength demultiplexing spectroscopic optical element was widened.
Example 4
A wavelength demultiplexing spectroscopic optical element was produced in the same manner as in Example 3 except that the Ta 2 O 5 layer was not deposited.
頂部におけるHfO2の膜厚は、400nm、側壁の(最大)厚さは150nm、最小厚
さは、140nmであった。
得られた波長分波分光光学素子は、半値幅が27nmであり波長分波分光装置の最高吸収点における半値幅が広域化した。
〔比較例2〕
実施例1において、モールドとして図7および図8に示す突起52を形成可能なモールドを使用して、ピッチ幅1030nmで、高さが310nm、X方向の幅が200nm、Y
方向の幅(A)が400nmの長方形の突起52を多数有するトップ層を形成した。
The film thickness of HfO 2 at the top was 400 nm, the (maximum) thickness of the side wall was 150 nm, and the minimum thickness was 140 nm.
The obtained wavelength demultiplexing spectroscopic optical element had a full width at half maximum at the maximum absorption point of the wavelength demultiplexing spectroscopic device, with a half width of 27 nm.
[Comparative Example 2]
In Example 1, a mold capable of forming the
A top layer having a large number of
トップ層のパターン形状を変更した以外は実施例1と同様にして、Ta2O5およびHfO2の蒸着を行った。頂部における蒸着厚さがTa2O5、HfO2の蒸着厚さはともに200nmであり、側壁におけるTa2O5,HfO2の(最大)厚さはそれぞれ75nm、65
mn、最小厚さはそれぞれ55nm、45nmであった。
Ta 2 O 5 and HfO 2 were deposited in the same manner as in Example 1 except that the pattern shape of the top layer was changed. The vapor deposition thicknesses of Ta 2 O 5 and HfO 2 at the top are 200 nm, and the (maximum) thicknesses of Ta 2 O 5 and HfO 2 at the sidewalls are 75 nm and 65 respectively.
The mn and the minimum thickness were 55 nm and 45 nm, respectively.
このためにこの比較例2で得られた波長分波分光光学素子は、半値幅が50nmと広くなりすぎ、さらに、サブピークが大きく、偏光依存性がみられた。
〔比較例3〕
比較例2において、Ta2O5層の蒸着を行わない以外は同様にして、波長分波分光光学素子を作製した。
For this reason, the wavelength demultiplexing spectroscopic optical element obtained in Comparative Example 2 had a half-value width that was too wide at 50 nm, a large sub-peak, and polarization dependence.
[Comparative Example 3]
A wavelength demultiplexing spectroscopic optical element was produced in the same manner as in Comparative Example 2, except that the Ta 2 O 5 layer was not deposited.
上記のようにして条件を設定した以外は実施例1と同様にして、HfO2の蒸着を行い
、得られた光学素子の頂部におけるHfO2の蒸着厚さが400nmであり、側壁における
HfO2の蒸着厚さが140nmである波長分波分光光学素子を製造したが、側壁におけるHfO2の最大厚さは140nm、最小厚さが90nmあった。
Except that conditions were set as described above in the same manner as in Example 1, subjected to deposition of HfO 2, the deposition thickness of HfO 2 at the top of the resulting optical element is a 400 nm, of HfO 2 in the side wall A wavelength demultiplexing spectroscopic optical element having a deposition thickness of 140 nm was manufactured, and the maximum thickness of HfO 2 on the side wall was 140 nm and the minimum thickness was 90 nm.
このためにこの比較例3で得られた波長分波分光光学素子は、半値幅が45nmと広くなりすぎ、さらに、サブピークが大きく偏光依存性もみられた。
〔比較例4〕
モールドを図9に示すように凸条62が形成されるモールドを使用して、周期(P)1
030nmで、高さが310nm、X方向の幅が360nmの凸条62がY方向に延びた凸
条62を有するトップ層を形成した。
For this reason, the wavelength demultiplexing spectroscopic optical element obtained in Comparative Example 3 had a half-value width that was too wide at 45 nm, and also had a large sub-peak and polarization dependency.
[Comparative Example 4]
Using the mold in which the
A top
トップ層のパターン形状を変更した以外は実施例1と同様にして光学素子を作製した。得られた光学素子の突起頂部におけるTa2O5、HfO2の蒸着厚さは200nm、190
nmであり、側壁におけるTa2O5の蒸着厚さは80nm、75nmであったが、最大厚
さ80nm、75nmと最小厚さは70nm,65nmであった。
An optical element was produced in the same manner as in Example 1 except that the pattern shape of the top layer was changed. Deposition thicknesses of Ta 2 O 5 and HfO 2 at the top of the protrusion of the obtained optical element are 200 nm, 190
The deposition thickness of Ta 2 O 5 on the sidewalls was 80 nm and 75 nm, but the maximum thickness was 80 nm and 75 nm, and the minimum thickness was 70 nm and 65 nm.
このためにこの比較例4で得られた波長分波分光光学素子は半値幅が60nmと広くなりすぎ、さらに、この波長分波分光光学素子に偏光依存性もみられた。
〔比較例5〕
比較例4において、Ta2O5層の蒸着を行わなかった以外は同様にして波長分波分光光学素子を作製した。
For this reason, the wavelength demultiplexing spectroscopic element obtained in Comparative Example 4 has an excessively wide half-value width of 60 nm, and the wavelength demultiplexing spectroscopic element also has polarization dependency.
[Comparative Example 5]
A wavelength demultiplexing spectroscopic optical element was produced in the same manner as in Comparative Example 4 except that the Ta 2 O 5 layer was not deposited.
得られた光学素子の突起頂部におけるHfO2の蒸着厚さは200nmであり、側壁にお
けるHfO2の蒸着厚さは80nmであったが、最大厚さは86nm、と最小厚さは65nmであった。
The deposition thickness of HfO 2 on the top of the protrusion of the obtained optical element was 200 nm, and the deposition thickness of HfO 2 on the side wall was 80 nm, but the maximum thickness was 86 nm and the minimum thickness was 65 nm. .
このためにこの比較例5で得られた波長分波分光光学素子は、半値幅が60nmと広くなりすぎ、さらに、この波長分波分光光学素子に偏光依存性もみられた。 For this reason, the wavelength demultiplexing spectroscopic element obtained in Comparative Example 5 has an excessively wide half-value width of 60 nm, and the wavelength demultiplexing spectroscopic element also has polarization dependency.
本発明の波長分波分光光学素子は、樹脂製トップ層の表面に形成された柱状体の表面に金属酸化物あらなる特定厚さ被膜層を設けることにより、半値幅を広域化することができる。 The wavelength demultiplexing spectroscopic optical element of the present invention can widen the half width by providing a coating layer having a specific thickness of a metal oxide on the surface of a columnar body formed on the surface of the resin top layer. .
従って、本発明の波長分波分光光学素子は、この素子に発生する僅かな歪、温度変化などによる分光波長が変動したとしても、非常に良好に所定の波長の光を分波することができる。 Therefore, the wavelength demultiplexing spectroscopic optical element of the present invention can very well demultiplex light of a predetermined wavelength even if the spectral wavelength fluctuates due to slight distortion, temperature change, etc. generated in the element. .
10・・・透明基板
20・・・樹脂製トップ層
22・・・正多角柱(正四角柱)
24・・・円柱
31・・・柱状部の頂部
33・・・側壁
35・・・樹脂製トップその表面
41・・・第一の金属酸化物層
41a・・・頂部の第一の金属酸化物層
41b・・・頂部の第二の金属酸化物層
42・・・第二の金属酸化物層
42a・・・側壁の第一の金属酸化物層
42b・・・側壁の第二の金属酸化物層
52・・・突起
62・・・凸条
DESCRIPTION OF
24 ...
Claims (9)
該樹脂製トップ層に多数形成された四角柱以上の正多角柱または円柱の表面が、1〜10層の金属酸化物層で被覆されており、該正多角柱または円柱の頂部表面における酸化物層の厚さを100%としたとき、該正多角柱または円柱の側壁表面における酸化物層の厚さが20〜80%の範囲内にあり、かつ、側壁の酸化物層の最大厚み、最小厚みの比(最小厚み/最大厚み)が0.9以上1以下であり、偏光依存性がなく、かつ広帯域の光を分
波可能に形成されていることを特徴とする波長分波分光光学素子。 In the wavelength demultiplexing spectroscopic optical element in which regular polygonal cylinders or cylinders of a quadrangular prism or more formed periodically in the X direction and the Y direction of the resin top layer are formed,
The surface of regular polygonal cylinders or cylinders formed in large numbers on the resin top layer is covered with 1 to 10 metal oxide layers, and the oxide on the top surface of the regular polygonal cylinders or cylinders. When the thickness of the layer is 100%, the thickness of the oxide layer on the surface of the side wall of the regular polygonal column or cylinder is in the range of 20 to 80%, and the maximum thickness and the minimum thickness of the oxide layer on the side wall A wavelength demultiplexing spectroscopic optical element having a thickness ratio (minimum thickness / maximum thickness) of 0.9 or more and 1 or less, having no polarization dependence, and capable of demultiplexing broadband light .
とを特徴とする請求項第1項記載の波長分波分光光学素子。 The period (P), which is the sum of the width (A) of the regular polygonal column or cylinder greater than or equal to the quadrangular prism and the gap (E) between the adjacent regular polygonal column or cylinder greater than or equal to the square prism, is in the range of 100 to 1200 nm. The wavelength demultiplexing spectroscopic optical element according to claim 1, wherein the wavelength demultiplexing spectroscopic optical element is provided.
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