JP5444098B2 - Optical attenuator and optical attenuator module - Google Patents
Optical attenuator and optical attenuator module Download PDFInfo
- Publication number
- JP5444098B2 JP5444098B2 JP2010093115A JP2010093115A JP5444098B2 JP 5444098 B2 JP5444098 B2 JP 5444098B2 JP 2010093115 A JP2010093115 A JP 2010093115A JP 2010093115 A JP2010093115 A JP 2010093115A JP 5444098 B2 JP5444098 B2 JP 5444098B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical attenuator
- light
- fine structure
- incident light
- glass substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
Description
本発明はレーザ加工装置など、光を用いる装置において光量を所望のレベルに低下させるための素子である光アッテネータと、その光アッテネータを用いて光量を所望のレベルに調整する動作ユニットも含めた光アッテネータモジュールに関するものである。 The present invention is a light including an optical attenuator that is an element for reducing the amount of light to a desired level in an apparatus that uses light, such as a laser processing apparatus, and an operation unit that adjusts the amount of light to a desired level using the optical attenuator. The present invention relates to an attenuator module.
光アッテネータには光量を複数のレベルに減衰させることのできるバリアブル光アッテネータがある。バリアブル光アッテネータは、(1)バタフライ方式、(2)偏光方式及び(3)膜分布方式の3種類に大別される。 As the optical attenuator, there is a variable optical attenuator that can attenuate the amount of light to a plurality of levels. The variable optical attenuators are roughly classified into three types: (1) butterfly method, (2) polarization method, and (3) film distribution method.
バタフライ方式は、誘電体多層膜の透過率の入射角依存性を利用したものであり、素子を傾けることによって透過率を変化させる。その方式は、ビーム径内での透過率差が発生しないことと、動作ユニットを含めて小型化できることから、広く採用されている。 The butterfly method utilizes the incident angle dependency of the transmittance of the dielectric multilayer film, and the transmittance is changed by tilting the element. This method is widely adopted because it does not cause a difference in transmittance within the beam diameter and can be downsized including the operation unit.
偏光方式は、レーザ光の光路上に偏光板と(λ/2)波長板を配置し、偏光板又は(λ/2)波長板を相対的に回転させることによって透過率を変化させる方式である。偏光板の変わりに偏光ビームスプリッタ(PBS)を用いているものもある。偏光方式は実現が容易であるが、減衰させる対象となる光線が直線偏光又はそれに近いものでなければ機能せず、円偏光やランダム偏光の光線では機能しない。 The polarization method is a method in which a polarizing plate and a (λ / 2) wave plate are arranged on the optical path of laser light, and the transmittance is changed by relatively rotating the polarizing plate or the (λ / 2) wave plate. . Some use a polarizing beam splitter (PBS) instead of a polarizing plate. Although the polarization method is easy to realize, it does not function unless the light beam to be attenuated is linearly polarized light or a light beam close thereto, and does not function with circularly polarized light or random polarized light.
膜分布方式は、誘電体多層膜や金属薄膜を形成する際に、場所ごとに膜厚を変化させることで場所ごとに透過率を変えた素子である。しかし、薄膜の透過率特性は使用温度によって変化し、また、入射光量のうち透過しなかった光量は素子に吸収されるので、素子自体の温度が上昇し、それに伴って薄膜の物理膜厚が変化して透過率が変化する。膜の吸収係数が大きい高性能薄膜では温度上昇はより顕著である。そのため、実使用を可能にするには、レーザを照射し続け、素子温度が一定になって透過率が安定するまで待たなければならないという問題がある。さらに、高出力のレーザの使用によって薄膜が破損して使用できなくなることもある。 The film distribution method is an element in which the transmittance is changed for each place by changing the film thickness for each place when forming a dielectric multilayer film or a metal thin film. However, the transmittance characteristics of the thin film change depending on the operating temperature, and the amount of incident light that is not transmitted is absorbed by the element, so that the temperature of the element itself rises, and the physical film thickness of the thin film increases accordingly. The transmittance changes. In high performance thin films having a large absorption coefficient, the temperature rise is more prominent. Therefore, in order to enable actual use, there is a problem in that it is necessary to continue irradiation with laser and wait until the element temperature becomes constant and the transmittance is stabilized. In addition, the use of a high-power laser may damage the thin film and make it unusable.
よって現在はビーム径内での透過率分布が無く、ランダム偏光への対応が可能で、装置全体の小型化に対応できるバタフライ方式が主流となっている。 Therefore, at present, the butterfly method, which has no transmittance distribution within the beam diameter, can cope with random polarization, and can cope with the downsizing of the entire apparatus, is mainly used.
いずれの方式も薄膜を使用する。薄膜は製作時の歩留まりが悪いために価格が高くなる。特に、高性能薄膜は膜厚を厳密に制御しなければならないために歩留まりが一層悪くなるうえ、薄膜材料が高価であることも加わって価格が一層高くなる。 Both methods use thin films. Thin films are expensive due to their poor yield. In particular, a high-performance thin film has a higher yield because the film thickness must be strictly controlled, and the price is further increased due to the fact that the thin film material is expensive.
バタフライ方式でも膜分布方式でも、誘電体多層膜を用いるものは、YAGレーザ加工装置のような高出力の光学系に光アッテネータを使用する場合に、薄膜がレーザ光を吸収して薄膜材料が昇華するなど、耐久性が課題となる。 In both the butterfly method and the film distribution method, those using a dielectric multilayer film, when the optical attenuator is used in a high output optical system such as a YAG laser processing apparatus, the thin film absorbs the laser beam and the thin film material is sublimated. For example, durability is an issue.
いずれの方式も薄膜を光束が透過する。薄膜の透過率特性は使用温度によって変化する。さらに、いずれも入射光量のうち透過しなかった光量は素子に吸収されることになるので、素子自体の温度上昇に伴って薄膜の物理膜厚が変化し透過率が変化する。膜の吸収係数が大きい高性能薄膜では温度上昇はより顕著である。そのため、実使用を可能にするには、レーザを照射し続け、素子温度が一定になって透過率が安定するまで待たなければならなかった。 In either method, the light beam is transmitted through the thin film. The transmittance characteristic of the thin film varies depending on the operating temperature. Further, in any case, the amount of incident light that is not transmitted is absorbed by the element, so that the physical thickness of the thin film changes and the transmittance changes as the temperature of the element itself increases. In high performance thin films having a large absorption coefficient, the temperature rise is more prominent. Therefore, in order to enable actual use, it has been necessary to continue irradiation with the laser and wait until the element temperature becomes constant and the transmittance is stabilized.
従来の方式は薄膜を使用することから波長依存性が大きく、使用波長範囲が狭いため使用するレーザ波長毎に専用の光学素子が必要である。 Since the conventional method uses a thin film and has a large wavelength dependency and a narrow wavelength range, a dedicated optical element is required for each laser wavelength to be used.
バタフライ方式では透過率を変化させるためには入射角度を変更するが、薄膜は光学特性に対する入射角度依存性が大きく、入射角度のわずかな差で特性が大きく変化するため、調光の分解能が悪い。 In the butterfly method, the incident angle is changed in order to change the transmittance. However, the thin film has a large dependency on the incident angle with respect to the optical characteristic, and the characteristic changes greatly with a slight difference in the incident angle. .
本発明は耐久性が高く、透過率特性も安定した光アッテネータと、それを用いた光アッテネータモジュールを提供することを目的とするものである。 An object of the present invention is to provide an optical attenuator having high durability and stable transmittance characteristics, and an optical attenuator module using the optical attenuator.
本発明の光アッテネータは、入射光の波長域で透明なガラス基板の表裏の少なくとも一方の面に入射光が回折を生じる大きさの凹凸パターンの繰返しからなる微細構造を備えている。一形態では、その微細構造はピッチが一定であり、ピッチに対する凸部の割合を示すフィリングファクタ(FF)の異なる領域を複数有する。フィリングファクタの異なる領域間では入射光量に対する0次回折光の透過光量の割合が異なっている。そして、微細構造に対する入射光の入射位置をフィリングファクタの異なる領域間で移動させることにより入射光量に対する0次回折光の透過光量の割合を変化させるものである。 The optical attenuator of the present invention has a fine structure composed of a concavo-convex pattern having a size such that incident light is diffracted on at least one of the front and back surfaces of a transparent glass substrate in the wavelength range of incident light. In one form, the fine structure has a constant pitch and has a plurality of regions having different filling factors (FF) indicating the ratio of the convex portion to the pitch. The ratio of the transmitted light amount of the 0th-order diffracted light to the incident light amount is different between regions having different filling factors. The ratio of the transmitted light amount of the 0th-order diffracted light to the incident light amount is changed by moving the incident position of the incident light with respect to the fine structure between regions having different filling factors.
入射光は光アッテネータ素子に吸収されることなく、0次回折光の他、一次回折光や二次回折光としてこの光アッテネータ素子から出射していく。 Incident light is not absorbed by the optical attenuator element, but is emitted from the optical attenuator element as first-order diffracted light and second-order diffracted light in addition to zero-order diffracted light.
凹凸パターンからなる微細構造のピッチは入射光が回折を生じる大きさ以上である。具体的には、微細構造のピッチは入射光波長の2倍〜600倍の範囲が好ましい。この範囲は次のように求められる。回折が発生する条件は「ピッチ>入射光波長」である。しかし、ピッチが入射光波長と同等の領域では微細構造の凹凸パターンの深さを変えても透過率が0にならない。図9に微細構造の凹凸パターンの深さと0次回折光の透過率の関係を示す。図9のデータの入射光波長は1.064μm、フィリングファクタは0.5である。例えば、ピッチを2μmにすると微細構造の凹凸パターンの深さが1.4μmのときに0次回折光の透過率が約7%になる。0次回折光の透過率をさらに0%に近づけようとすると、微細構造のピッチの下限は使用波長の2倍以上が必要になる。微細構造のピッチの上限については、回折が生じるという条件からは制限はない。しかし、微細構造のピッチが大きくなると回折角度が小さくなるので、0次回折光(回折角度は0°)と1次回折光の分離が困難になる。例えば、ピッチが入射光波長の100倍であれば1次回折光の回折角度は0.57°、500倍であれば0.12°、575倍であれば0.10°、1000倍であれば0.06°である。0次回折光と1次回折光の分離の観点からピッチの上限は入射光波長の600倍程度である。 The pitch of the fine structure composed of the concavo-convex pattern is equal to or greater than the magnitude at which incident light diffracts. Specifically, the pitch of the fine structure is preferably in the range of 2 to 600 times the incident light wavelength. This range is determined as follows. The condition under which diffraction occurs is “pitch> incident light wavelength”. However, in a region where the pitch is equal to the incident light wavelength, the transmittance does not become zero even if the depth of the fine pattern of the fine structure is changed. FIG. 9 shows the relationship between the depth of the concavo-convex pattern having a fine structure and the transmittance of 0th-order diffracted light. The incident light wavelength of the data of FIG. 9 is 1.064 μm, and the filling factor is 0.5. For example, when the pitch is 2 μm, the transmittance of the 0th-order diffracted light is about 7% when the depth of the uneven pattern with a fine structure is 1.4 μm. In order to make the transmittance of the 0th-order diffracted light closer to 0%, the lower limit of the pitch of the fine structure needs to be at least twice the wavelength used. The upper limit of the pitch of the fine structure is not limited from the condition that diffraction occurs. However, since the diffraction angle decreases as the pitch of the fine structure increases, it becomes difficult to separate the 0th-order diffracted light (diffraction angle is 0 °) from the 1st-order diffracted light. For example, if the pitch is 100 times the incident light wavelength, the diffraction angle of the first order diffracted light is 0.57 °, if it is 500 times, it is 0.12 ° if it is 575 times, if it is 0.75, if it is 0.10 ° and 1000 times. 0.06 °. From the viewpoint of separating the 0th-order diffracted light and the 1st-order diffracted light, the upper limit of the pitch is about 600 times the incident light wavelength.
また、微細構造の凹部の深さはピッチの0.1%〜80%が適当である。この範囲は次のように求められる。図9の結果によれば、例えばピッチが2μmの微細構造であれば、0次回折光の透過率を最大値から最小値まで変化させるには微細構造の凹部の深さを0〜1.4μm程度の範囲で変化させる必要がある。このときの微細構造の凹部の深さはピッチの0%〜70%に相当する。同様にしてピッチ20μmまでの関係をまとめたものが表1である。 Further, the depth of the concave portion of the fine structure is suitably 0.1% to 80% of the pitch. This range is determined as follows. According to the result of FIG. 9, for example, in the case of a fine structure with a pitch of 2 μm, the depth of the concave portion of the fine structure is set to about 0 to 1.4 μm in order to change the transmittance of the 0th-order diffracted light from the maximum value to the minimum value. It is necessary to change within the range. The depth of the concave portion of the fine structure at this time corresponds to 0% to 70% of the pitch. Similarly, Table 1 summarizes the relationship up to a pitch of 20 μm.
0次回折光の透過率は後で図2に示すようにフィリングファクタが0.5のときに最小値をとるので、表1の結果からピッチを1.5μmとすると微細構造の凹部の深さはピッチの80%にしなければならない。ピッチを20μmとすると微細構造の凹部の深さはピッチの6%でよくなる。さらにピッチを大きくすれば微細構造の凹部の深さは浅くてもすむようになる。ピッチには実用的な観点からの上限が存在するので、微細構造の凹部の深さもいくらでも浅くできるものではなく、0.1%程度が限界である。 As shown in FIG. 2, the transmittance of the 0th-order diffracted light takes a minimum value when the filling factor is 0.5. Therefore, from the results of Table 1, when the pitch is 1.5 μm, the depth of the concave portion of the microstructure is Must be 80% of the pitch. If the pitch is 20 μm, the depth of the concave portion of the fine structure is good at 6% of the pitch. If the pitch is further increased, the depth of the concave portion of the fine structure can be reduced. Since the pitch has an upper limit from a practical viewpoint, the depth of the concave portion of the fine structure cannot be reduced as much as possible, and the limit is about 0.1%.
微細構造をドライエッチングにより形成するので、凹部の深さはフィリングファクタの大きい領域では浅く、フィリングファクタの小さい領域では深くなる。 Since the fine structure is formed by dry etching, the depth of the recess is shallow in a region having a large filling factor and deep in a region having a small filling factor.
本発明の光アッテネータは、ガラス基板の表裏の表面が互いに平行であるものと、平行でないもののいずれも使用することができる。表裏の表面が互いに平行なガラス基板を使用すると、0次回折光は入射光と同じ方向に出射される。一方、表裏の表面が互いに平行でないガラス基板を使用すると、0次回折光は入射光とは異なった方向に出射される。 The optical attenuator of the present invention can be used with either a glass substrate whose front and back surfaces are parallel or non-parallel. If glass substrates whose front and back surfaces are parallel to each other are used, the 0th-order diffracted light is emitted in the same direction as the incident light. On the other hand, if glass substrates whose front and back surfaces are not parallel to each other are used, the 0th-order diffracted light is emitted in a direction different from the incident light.
本発明の光アッテネータは、微細構造がガラス基板の一方の面にのみ形成されているものと、表裏の両面に形成されているものの両方を含んでいる。 The optical attenuator of the present invention includes both those in which the microstructure is formed only on one surface of the glass substrate and those formed on both the front and back surfaces.
微細構造がガラス基板の表裏の両面に形成されている光アッテネータでは、表側の面の微細構造と裏側の面の微細構造は同じであっても異なっていてもよい。例えば、両面の微細構造のピッチが等しく、表側の面の微細構造とそれに対向する裏側の面の微細構造のフィリングファクタも等しいものであってもよく、表側の面の微細構造とそれに対向する裏側の面の微細構造のフィリングファクタが異なっているものであってもよい。 In the optical attenuator in which the fine structure is formed on both the front and back surfaces of the glass substrate, the fine structure of the front side surface and the fine structure of the back side surface may be the same or different. For example, the fine structure on both sides may have the same pitch, the fine structure on the front side and the fine structure on the opposite side may have the same filling factor, and the fine structure on the front side and the opposite side The filling factor of the fine structure of the surface may be different.
光アッテネータの一形態では、微細構造はガラス基板の表面上で一直線に沿ってフィリングファクタが連続的に又は段階的に変化するように構成されており、ガラス基板を微細構造のフィリングファクタが変化している方向の直線に沿って移動させると入射光量に対する0次回折光の透過光量の割合が変化する。そのため、この光アッテネータを用いるときは、入射光量に対する0次回折光の透過光量の割合を変化させるためにガラス基板をその微細構造のフィリングファクタが変化している方向の直線に沿って移動させる。 In one form of the optical attenuator, the microstructure is configured so that the filling factor changes continuously or stepwise along a straight line on the surface of the glass substrate, and the filling factor of the microstructure changes in the glass substrate. When moving along a straight line in the direction, the ratio of the transmitted light amount of the 0th-order diffracted light to the incident light amount changes. Therefore, when this optical attenuator is used, the glass substrate is moved along a straight line in the direction in which the filling factor of the fine structure is changed in order to change the ratio of the transmitted light amount of the 0th-order diffracted light to the incident light amount.
光アッテネータの他の形態では、微細構造はガラス基板の表面上で円の円周方向に沿ってフィリングファクタが連続的に又は段階的に変化するように構成されており、ガラス基板をその円の中心を回転中心として回転させると入射光量に対する0次回折光の透過光量の割合が変化する。そのため、この光アッテネータを用いるときは、入射光量に対する0次回折光の透過光量の割合を変化させるためにガラス基板をその円の中心を回転中心として回転させる。 In another form of the optical attenuator, the microstructure is configured such that the filling factor changes continuously or stepwise along the circumferential direction of the circle on the surface of the glass substrate. When the center is rotated as the center of rotation, the ratio of the transmitted light amount of the 0th-order diffracted light to the incident light amount changes. Therefore, when this optical attenuator is used, the glass substrate is rotated around the center of the circle in order to change the ratio of the transmitted light amount of the 0th-order diffracted light to the incident light amount.
光アッテネータの好ましい形態では、入射光量に対する0次回折光の透過光量の割合に対する波長依存性を低減する反射防止膜を有する。 In a preferred form of the optical attenuator, the optical attenuator has an antireflection film that reduces the wavelength dependency on the ratio of the transmitted light amount of the 0th-order diffracted light to the incident light amount.
光アッテネータのさらに他の形態は、入射光の波長域で透明なガラス基板の表裏の少なくとも一方の面に入射光が回折を生じる大きさの凹凸パターンの繰返しからなる微細構造を有する点は上記の光アッテネータと同じであるが、微細構造に対する入射光の入射角度によって入射光量に対する0次回折光の透過光量の割合が異なっている。そのため、この光アッテネータを使用するときは、微細構造に対する入射光の入射角度を変化させることにより入射光量に対する0次回折光の透過光量の割合を変化させる。 Still another form of the optical attenuator has the above-mentioned fine structure consisting of a concavo-convex pattern of a size that causes incident light to be diffracted on at least one of the front and back surfaces of a transparent glass substrate in the wavelength range of incident light. Although the same as the optical attenuator, the ratio of the transmitted light amount of the 0th-order diffracted light to the incident light amount differs depending on the incident angle of the incident light with respect to the fine structure. Therefore, when this optical attenuator is used, the ratio of the transmitted light amount of the 0th-order diffracted light to the incident light amount is changed by changing the incident angle of the incident light with respect to the fine structure.
光アッテネータの好ましい形態では、微細構造の表面に入射光の波長の半分以下のピッチをもつ凹凸構造の反射防止構造が形成されている。 In a preferred form of the optical attenuator, a concavo-convex antireflection structure having a pitch equal to or less than half the wavelength of incident light is formed on the surface of the fine structure.
光アッテネータの好ましい他の形態では、微細構造の表面に入射光量に対する0次回折光の透過光量の割合に対する波長依存性を低減する反射防止膜が形成されている。 In another preferable form of the optical attenuator, an antireflection film is formed on the surface of the fine structure to reduce the wavelength dependency on the ratio of the transmitted light amount of the 0th-order diffracted light to the incident light amount.
本発明の光アッテネータモジュールの一形態は、光アッテネータが微細構造のピッチが一定で、フィリングファクタの異なる領域を複数有するものである場合には、その光アッテネータと、微細構造に対する入射光の入射位置がフィリングファクタの異なる領域間で移動するようにガラス基板を変位させる移動機構と、を備えたものである。 In one form of the optical attenuator module of the present invention, when the optical attenuator has a constant fine structure pitch and has a plurality of regions having different filling factors, the optical attenuator and the incident light incident position with respect to the fine structure And a moving mechanism for displacing the glass substrate so as to move between regions having different filling factors.
この形態の光アッテネータモジュールでは、光アッテネータに対する入射光のビーム径を小さくするための集光レンズと、光アッテネータを透過した0次回折光を受光する集光レンズをさらに配置するのが好ましい。これにより、入射光のビーム径内でのフィリングファクタの変化を抑えて0次回折光の透過率の分解能を向上させることができる。 In the optical attenuator module of this embodiment, it is preferable to further dispose a condensing lens for reducing the beam diameter of incident light to the optical attenuator and a condensing lens for receiving 0th-order diffracted light transmitted through the optical attenuator. Thereby, it is possible to improve the resolution of the transmittance of the 0th-order diffracted light while suppressing the change of the filling factor within the beam diameter of the incident light.
本発明の光アッテネータモジュールの他の形態は、光アッテネータが微細構造に対する入射光の入射角度を変化させることにより入射光量に対する0次回折光の透過光量の割合を変化させるものである場合には、その光アッテネータと、微細構造に対する入射光の入射角度が変化するように入射光の入射方向に対するガラス基板の入射面の角度を変位させる移動機構と、を備えたものである。 In another aspect of the optical attenuator module of the present invention, when the optical attenuator changes the ratio of the transmitted light amount of the 0th order diffracted light to the incident light amount by changing the incident angle of the incident light with respect to the fine structure, An optical attenuator and a moving mechanism that displaces the angle of the incident surface of the glass substrate with respect to the incident direction of the incident light so that the incident angle of the incident light with respect to the fine structure is changed.
2つ以上のアッテネータを組み合わせることによって、1つのアッテネータよりも大きな光減衰率を得るようにしてもよい。 By combining two or more attenuators, a larger light attenuation rate than that of one attenuator may be obtained.
入射光が直線偏光の場合には、本発明の光アッテネータモジュールの光入射側にλ/4波長板を配置して円偏光に変換した後に光アッテネータに入射させるように使用するのが好ましい。 When the incident light is linearly polarized light, it is preferable that a λ / 4 wavelength plate is disposed on the light incident side of the optical attenuator module of the present invention to convert it into circularly polarized light and then enter the optical attenuator.
さらに好ましい光アッテネータモジュールの形態としては、この光アッテネータモジュールの入射光の一部を分岐して取り出す第1の光分岐手段と、この光アッテネータモジュールの出射光の一部を分岐して取り出す第2の光分岐手段と、それらの第1,第2の光分岐手段により取り出された光をそれぞれ受光して検出する第1、第2の受光素子と、それらの第1、第2の受光素子の検出信号を取り込み、その検出信号のレベル比が設定した減衰率に対応したものとなるように上記の移動機構を制御する移動機構制御装置と、をさらに備えたものである。 As a more preferable form of the optical attenuator module, a first optical branching means for branching and extracting a part of the incident light of the optical attenuator module, and a second part for branching and extracting a part of the emitted light of the optical attenuator module. Of the first and second light receiving elements for receiving and detecting the light extracted by the first and second light branching means, and the first and second light receiving elements, respectively. A moving mechanism control device that takes in the detection signal and controls the moving mechanism so that the level ratio of the detection signal corresponds to the set attenuation rate;
本発明の光アッテネータは、ガラス表面に凹凸形状を形成することによって、光を回折させて透過率を低下させるので、薄膜を使用する場合に比べてガラス材料は温度による特性が安定しており、耐久性に優れており、薄膜プロセスを使用しないため安価に製造できる。さらに、ガラス材料は波長依存性が少ないため、使用する光線に対する広帯域特性が得られる等の優れた効果を発揮することができる。 The optical attenuator of the present invention diffracts light by forming a concavo-convex shape on the glass surface to reduce the transmittance, so that the glass material has stable characteristics due to temperature compared to the case of using a thin film, It has excellent durability and can be manufactured at low cost because it does not use a thin film process. Furthermore, since the glass material has less wavelength dependency, it can exhibit excellent effects such as obtaining broadband characteristics with respect to the light rays used.
一実施例の光アッテネータを概略的に図1(A)と(B)に示す。(A)は微細構造の凹凸形状のフィリングファクタ(FF)が変化している方向に沿った断面図、(B)はその両端部の平面図である。 An optical attenuator of one embodiment is schematically shown in FIGS. 1 (A) and 1 (B). (A) is sectional drawing along the direction where the filling factor (FF) of the uneven | corrugated shape of a fine structure is changing, (B) is a top view of the both ends.
ガラス基板2は少なくとも入射光の波長域では透明な材質であり、特に限定されるものではないが、例えば石英ガラスや硼珪酸ガラス等を用いることができる。硼珪酸ガラスとしては、パイレックス(登録商標)やテンパックス(登録商標)を使用することができる。ガラス基板2の一方の表面には微細構造4が形成されている。微細構造4は凹凸パターンの繰返しからなるものである。その凹凸パターンは紙面垂直方向に延びる凸部(ライン)6と溝(スペース)8からなるライン・アンド・スペースパターンある。その凹凸パターンの1組の凹凸からなるピッチPは一定である。凸部6のライン幅がL、溝8の幅がSである。P=L+Sであり、L/Pがフィリングファクタ(FF)である。また、dは溝8の深さである。
The
この実施例では、微細構造の凹凸パターンは、ピッチPが図に示された横方向(一直線の方向)に対して一定であり、フィリングファクタは図の左端では0.5、右端ではほぼ1.0である。図の左から右に向かってフィリングファクタが0.5からほぼ1の範囲で連続的に変化している。 In this embodiment, the fine pattern of the concavo-convex pattern has a constant pitch P with respect to the horizontal direction (straight direction) shown in the figure, and the filling factor is 0.5 at the left end of the figure and approximately 1. at the right end. 0. From the left to the right in the figure, the filling factor continuously changes in the range from 0.5 to almost 1.
入射光は光アッテネータの一方の面から入射し、他方の面へ透過して出射光となる。凹凸パターンのピッチPは入射光の波長の2〜600倍の範囲に設定されている。いま例えば入射光として波長1064nmのレーザ光が使用され、ピッチPは20μmに設定されている。しかしピッチPは一例であり、入射光が回折を起こす範囲であれば適宜設定することができる。ここでは、入射光として波長1064nmのレーザ光を使用した例を示すが、他の波長の入射光でも同様である。例えば、入射光として波長266nmのレーザ光を使用する場合は、ピッチPは5μmに設定するのが適当である。 Incident light enters from one surface of the optical attenuator, passes through the other surface, and becomes outgoing light. The pitch P of the concavo-convex pattern is set in the range of 2 to 600 times the wavelength of the incident light. Now, for example, laser light having a wavelength of 1064 nm is used as incident light, and the pitch P is set to 20 μm. However, the pitch P is an example, and can be set as appropriate as long as the incident light is in a range where diffraction occurs. Here, an example is shown in which laser light having a wavelength of 1064 nm is used as incident light, but the same applies to incident light having other wavelengths. For example, when laser light having a wavelength of 266 nm is used as incident light, it is appropriate to set the pitch P to 5 μm.
入射光が微細構造4に入射すると、回折が起こり、入射光と同一方向に透過する0次回折光のほかに、1次回折光や2次回折光などが発生する。それぞれの回折光は出射方向が異なるために、0次回折光のみを対象物に入射させるように導くことにより、入射光に対する出射光の透過率は、0次回折光以外の回折光が生じることにより減少する。 When incident light enters the fine structure 4, diffraction occurs, and first-order diffracted light and second-order diffracted light are generated in addition to zero-order diffracted light transmitted in the same direction as the incident light. Since each diffracted light has a different emission direction, by guiding only the 0th-order diffracted light to be incident on the object, the transmittance of the emitted light with respect to the incident light is reduced by the generation of diffracted light other than the 0th-order diffracted light. To do.
この実施例は0次回折光の透過率がフィリングファクタによって変化することを利用するものである。図1の実施例において、ガラス基板2として厚さが1.0mmのテンパックス(登録商標)ガラス基板を使用し、微細構造4のピッチPを20μmとし、溝8の深さdを1.2μmとし、入射光として波長が1064nmの円偏光の単色光を基板2の表面に対し垂直方向に入射させた場合の、フィリングファクタと0次回折光の透過率の測定結果を図2に示す。フィリングファクタが0.5は図1の左端のようにライン幅Lと溝幅Sが等しい状態である。この結果によれば、フィリングファクタが0.5のときは回折光が1次以上の回折光となり、0次回折光として入射光と同一方向に出射する光の透過率は0となる。フィリングファクタが0.5より小さくなっても大きくなっても透過率が上昇し、フィリングファクタが0と1に近づくにつれてほとんど0次回折光のみとなる。図1の実施例では、フィリングファクタが0.5からほぼ1の範囲で変化するように形成されているので、入射光の入射位置を図1の左から右方向に変位させると、0次回折光の透過率は0から100%近い範囲で変化させることができる。
This embodiment utilizes the fact that the transmittance of the 0th-order diffracted light changes depending on the filling factor. In the embodiment of FIG. 1, a Tempax (registered trademark) glass substrate having a thickness of 1.0 mm is used as the
フィリングファクタ変化の具体的な例を示す。図1の実施例において、第1の例ではフィリングファクタが変化している範囲を24mmとし、2mm当たり0次光の透過率が10%変化するようにフィリングファクタを連続的に変化させる。第2の例ではフィリングファクタが変化している範囲を12mmとし、1mm当たり0次光の透過率が10%変化するようにフィリングファクタを連続的に変化させる。第3の例ではフィリングファクタが変化している範囲を6mmとし、0.5mm当たり0次光の透過率が10%変化するようにフィリングファクタを連続的に変化させる。この光アッテネータに入射する光束の大きさは例えば直径2mmである。 A specific example of filling factor change is shown. In the embodiment of FIG. 1, in the first example, the range in which the filling factor is changed is 24 mm, and the filling factor is continuously changed so that the transmittance of the 0th-order light per 2 mm changes by 10%. In the second example, the range in which the filling factor changes is 12 mm, and the filling factor is continuously changed so that the transmittance of the 0th-order light per 10 mm changes. In the third example, the range in which the filling factor is changed is 6 mm, and the filling factor is continuously changed so that the transmittance of the zero-order light is changed by 10% per 0.5 mm. The size of the light beam incident on the optical attenuator is, for example, 2 mm in diameter.
この実施例の光アッテネータを設計するに当たり、フィリングファクタは次のように設計する。例えば、ある2mmの領域で0次光の透過率が10%変化するようにフィリングファクタを設計するには、図2の関係を2次関数で近似し、その領域でのフィリングファクタ変化率を計算により導き出す。 In designing the optical attenuator of this embodiment, the filling factor is designed as follows. For example, to design the filling factor so that the transmittance of 0th-order light changes by 10% in a certain 2 mm region, the relationship in FIG. 2 is approximated by a quadratic function, and the filling factor change rate in that region is calculated. Derived by
一直線に沿ったフィリングファクタの変化の割合は、変化率が高ければ高いほど入射光の位置をわずかに移動させるだけで0次回折光の透過率を変えることができる。フィリングファクタの変化の割合は用途に応じて入射光を変位できる範囲との兼ね合いで適宜設計することができる。 As the rate of change of the filling factor along a straight line is higher, the transmittance of the 0th-order diffracted light can be changed only by slightly moving the position of the incident light. The rate of change of the filling factor can be appropriately designed in consideration of the range in which incident light can be displaced according to the application.
フィリングファクタは1に近づくほど溝の幅Sが狭くなっていくので、ガラス基板をドライエッチングにより形成する方法では0まで連続的に製作することはできない。フィリングファクタの異なるパターンを同時に形成するので、フィリングファクタの大きさによって溝の深さdは異なってくる。フィリングファクタが小さいほど溝の幅が広いために深い溝が形成され、フィリングファクタが大きくなるほど溝の深さが浅くなっていく。 Since the groove width S decreases as the filling factor approaches 1, the method of forming the glass substrate by dry etching cannot be continuously manufactured to 0. Since patterns having different filling factors are formed simultaneously, the depth d of the groove varies depending on the size of the filling factor. The smaller the filling factor, the wider the groove, so that deeper grooves are formed. The larger the filling factor, the shallower the groove.
図1の実施例では基板上の一直線方向に沿ってフィリングファクタが変化しているので、入射光の位置をその一直線に沿って変わるように、基板をその直線方向に沿って移動させることにより、入射光が微細構造に入射する位置のフィリングファクタが変化し、それにより0次回折光の透過率が変化する。 In the embodiment of FIG. 1, since the filling factor changes along a straight line on the substrate, the substrate is moved along the linear direction so that the position of the incident light changes along the straight line. The filling factor at the position where the incident light enters the fine structure changes, and thereby the transmittance of the 0th-order diffracted light changes.
図3は第2の実施例をあらわしたものであり、この実施例ではフィリングファクタは円周方向に沿って変化するように形成されている。微細構造の凹凸パターンは円の中心から半径方向に延びる凸部9と溝10の繰返しパターンとして形成されている。
FIG. 3 shows a second embodiment. In this embodiment, the filling factor is formed so as to change along the circumferential direction. The fine-concave pattern is formed as a repeated pattern of
この実施例でも、微細構造の凹凸パターンのピッチPは円周方向に沿って均一に設定されており、フィリングファクタが円周方向に沿って連続的に変化するように形成されている。フィリングファクタの変化の割合は特に限定されるものではなく、これも用途に応じて適宜設定することができる。 Also in this embodiment, the pitch P of the concavo-convex pattern having a fine structure is set uniformly along the circumferential direction, and the filling factor is formed so as to continuously change along the circumferential direction. The rate of change of the filling factor is not particularly limited, and can be set as appropriate according to the application.
図3の実施例においては、所定の角度当たり0次回折光の透過率をいくら変化させるかを設定し、図2の関係を2次関数で近似し、その領域でのフィリングファクタ変化率を計算により導き出す。 In the embodiment of FIG. 3, it is set how much the transmittance of the 0th-order diffracted light per predetermined angle is changed, the relationship of FIG. 2 is approximated by a quadratic function, and the filling factor change rate in that region is calculated. derive.
図3の実施例ではその円の中心を回転中心として基板を回転させることにより、入射光が入射する位置での微細構造のフィリングファクタが変化し、0次回折光の透過率も変化する。入射光のビームの直径は、特に限定されないが、例えば2mmである。 In the embodiment of FIG. 3, by rotating the substrate around the center of the circle, the filling factor of the fine structure at the position where the incident light is incident is changed, and the transmittance of the 0th-order diffracted light is also changed. The diameter of the incident light beam is not particularly limited, but is 2 mm, for example.
図1及び図3の実施例は基板の一方の表面にのみ微細構造の凹凸パターンが形成されたものを示しているが、基板の両面に微細構造の凹凸パターンを形成することもできる。その場合、基板の表側と裏側の対向する部分の微細構造の凹凸パターンのピッチを等しくし、フィリングファクタも等しくなるようにしてもよく、フィリングファクタは異なるようにしてもよい。基板の表側と裏側の微細構造のフィリングファクタの組合せにより、0次回折光の透過率を種々に変化させることができる。また、基板の表側と裏側の対向する部分の微細構造の凹凸パターンのピッチも必ずしも等しくしなくてもよい。 1 and 3 show a structure in which a fine structure uneven pattern is formed only on one surface of the substrate, it is also possible to form a fine structure uneven pattern on both surfaces of the substrate. In that case, the pitches of the concave and convex patterns of the fine structure of the opposing portions of the front side and the back side of the substrate may be made equal, and the filling factors may be made equal, or the filling factors may be made different. The transmittance of the 0th-order diffracted light can be variously changed according to the combination of the fine structure filling factors of the front side and the back side of the substrate. Further, the pitches of the concave and convex patterns of the fine structure of the opposing portions of the front side and the back side of the substrate are not necessarily equal.
図4は第3の実施例を表したものである。この実施例の光アッテネータ12では使用する光の波長に対し透明なガラス基板の表側と裏側の両面にそれぞれ微細構造14aと14bを備えている。ここでは微細構造14aと14bはピッチもフィリングファクタも基板の表面内で等しく、図1及び図2の実施例のように基板表面の場所によってフィリングファクタが異なることはない。図4の実施例はフィリングファクタの違いにより0次回折光の透過率を変化させるものではなく、微細構造に対する入射光の入射角を異ならせることによって0次回折光の透過率を変化させるものである。
FIG. 4 shows a third embodiment. In the
図4(A)のように、基板の両面に微細構造を形成した光アッテネータ12を入射光の入射方向に対し傾斜させることによって透過率を変える。そのために、図4(B)に示すように入射光に対する光アッテネータ12の傾斜角を変化させる機構を備える。なお、図4(B)において、16はレーザ発振器であり、レーザ発振器16からのレーザ光は光アッテネータ12に入射し、透過した0次回折光が受光器18により受光されて検出される。ここでは0次回折光の透過光強度を測定するために受光器18を設置しているが、レーザ加工装置では受光器18の位置に加工される対象物が配置される。
As shown in FIG. 4A, the transmittance is changed by inclining the
図4の実施例で微細構造の凹凸パターンをライン・アンド・スペースとし、ピッチを20μmとし、フィリングファクタと微細構造の凹凸パターンの凹部の深さを何種類かに異ならせて形成した光アッテネータについて、入射光の入射角度に対する0次回折光の透過率を図5に示す。各光アッテネータ内では微細構造のフィリングファクタは一定である。回転方向のα回転とは微細構造の凹凸の繰返し方向を回転軸とする回転、β回転とはα回転の回転軸と直交する方向を回転方向とする回転である。α回転とβ回転とで0次回折光の透過率に優位な差異は見られない。図5の結果から、いずれも垂直入射のときの透過率が最も高く、傾斜するにつれて透過率が減少していくことが分かる。そのため、所定の角度に設定することにより所望の透過率を得ることができる。 In the embodiment of FIG. 4, the optical attenuator formed with a fine structure uneven pattern of line-and-space, a pitch of 20 μm, and a filling factor and the depth of the recess of the fine structure uneven pattern are different in several types. FIG. 5 shows the transmittance of the 0th-order diffracted light with respect to the incident angle of the incident light. Within each optical attenuator, the filling factor of the fine structure is constant. The α rotation in the rotation direction is a rotation with the repeating direction of the unevenness of the fine structure as the rotation axis, and the β rotation is a rotation with the direction orthogonal to the rotation axis of the α rotation as the rotation direction. There is no significant difference in the transmittance of the 0th-order diffracted light between α rotation and β rotation. From the results of FIG. 5, it can be seen that the transmittance is the highest at normal incidence, and the transmittance decreases with inclination. Therefore, a desired transmittance can be obtained by setting a predetermined angle.
図5には参考例として、微細構造をもたないテンパックス(登録商標)基板の光入射角に対する透過光強度も示している。その場合の透過光は回折光ではなく、入射光が透過光と反射光に分割されたうちの透過光の比率を表わしている。 As a reference example, FIG. 5 also shows the transmitted light intensity with respect to the light incident angle of a Tempax (registered trademark) substrate having no fine structure. In this case, the transmitted light is not diffracted light, but represents the ratio of the transmitted light in which incident light is divided into transmitted light and reflected light.
偏光状態と0次回折光の透過率との関係を図10に示す。光アッテネータはピッチが20μm、フィリングファクタが0.5のものと0.8のものである。入射光は波長1064nmのレーザ光で、直線偏光である。凹凸パターンからなる微細構造の溝の方向に対し、入射直線偏光の振動方向が平行な場合を「TE」、入射直線偏光の振動方向が直交している場合を「TM」と呼ぶ。図10の結果から、0次回折光の透過率に関し、直線偏光のTE入射とTM入射の間に差異はなく、入射直線偏光の振動方向に依存しないことを示している。このことから、本発明の光アッテネータへの入射光は直線偏光、楕円偏光又は円偏光のいずれであってもよく、種々の偏光が混ざったランダム偏光でもよいということがいえる。 FIG. 10 shows the relationship between the polarization state and the transmittance of 0th-order diffracted light. The optical attenuators have a pitch of 20 μm and a filling factor of 0.5 and 0.8. The incident light is a laser beam having a wavelength of 1064 nm and is linearly polarized light. The case where the vibration direction of the incident linearly polarized light is parallel to the direction of the groove of the fine structure composed of the concavo-convex pattern is called “TE”, and the case where the vibration direction of the incident linearly polarized light is orthogonal is called “TM”. The result of FIG. 10 shows that there is no difference between the incidence of linearly polarized TE and the incidence of TM with respect to the transmittance of the 0th-order diffracted light and does not depend on the vibration direction of the incident linearly polarized light. From this, it can be said that the incident light to the optical attenuator of the present invention may be linearly polarized light, elliptically polarized light or circularly polarized light, or may be random polarized light mixed with various polarized light.
図6と図7により製造方法の一例を示す。 6 and 7 show an example of the manufacturing method.
図6はその第1の例である。
(A)ガラス基板20を用意し、その表面に(B)のようにフォトレジスト22を形成する。
FIG. 6 shows a first example.
(A) A
(C)レジスト22に対し、マスクを介して露光し、現像し、リンスすることにより凹凸形状のレジストパターン22aを形成する。
(C) The resist 22 is exposed through a mask, developed, and rinsed to form a concavo-convex resist
(D)レジストパターン22aをマスクとしてガラス基板20をドライエッチングによりパターン化する。このときは、目的とするパターンの溝の深さよりも幾らか深めにエッチングを行う。例えば目的の深さを2700nmとすれば、ここで形成する溝23はそれよりも300nm深い3000nmの深さになるようにパターン化を施す。
(D) The
(E)レジストパターン22aを剥離した後、得られた凹凸パターンの凸部24の高さを測定する。
(E) After removing the resist
(F)次に、凹凸パターンが形成されている表面全面にレジスト26を塗布する。この状態ではレジスト26は溝23を埋めるとともに凸部24の頂面にも存在する。
(F) Next, a resist 26 is applied to the entire surface on which the concavo-convex pattern is formed. In this state, the resist 26 fills the
(G)凸部24の頂面に存在するレジスト26のみを除去し、溝23にあるレジスト26は残すようにする。このレジスト除去工程は、例えば酸素プラズマを用いたドライエッチングで行う。
(G) Only the resist 26 existing on the top surface of the
(H)2回目のドライエッチングを行い、凸部24の頂面をエッチングし、凸部24の高さを所望の高さとなるようにする。
(H) The second dry etching is performed to etch the top surface of the
(I)溝23に残ったレジスト26を除去すれば微細構造が完成する。
(I) If the resist 26 remaining in the
図7は第2の製造方法を示したものである。この製造方法は、まず金型を製作し、その金型を用いて樹脂パターンを製品のガラス基板上に形成し、それをマスクとしてガラス基板をエッチングする方法である。 FIG. 7 shows the second manufacturing method. In this manufacturing method, a mold is first manufactured, a resin pattern is formed on the glass substrate of the product using the mold, and the glass substrate is etched using the resin pattern as a mask.
(A)金型を製作するために金型材料40として例えば直径6インチのシリコン基板を用い、その表面に電子線用レジスト42を形成する。
(A) For example, a silicon substrate having a diameter of 6 inches is used as the
(B)レジスト42に対し、電子線描画を行い、現像とリンスを行ってレジストパターン42aを形成する。
(B) Electron beam drawing is performed on the resist 42, and development and rinsing are performed to form a resist
(C)レジストパターン42aをマスクとしてシリコン基板40をドライエッチングすることによりシリコン基板表面に金型パターン44をもつ金型46を形成する。
(C) A die 46 having a
次に、この金型46を用いてガラス基板にパターン化を行う。金型46は繰り返し使用されるため、電子線用レジストへのパターン化は金型を製作するときの1回だけである。
Next, patterning is performed on the glass substrate using the
(D)金型46のパターンが形成された面に紫外線硬化型の樹脂48を塗布し、その上から製品基板となるガラス基板50を圧着する。これによりガラス基板50の表面に樹脂48に転写された微細構造用のパターンが形成される。
(D) An ultraviolet
(E)ガラス基板50側から紫外線を照射し、ガラス基板50と金型46の間にある樹脂48を硬化させる。
(E) Ultraviolet rays are irradiated from the
(F)ガラス基板50から金型46を外し、樹脂パターン48aをマスクとしてガラス基板50をドライエッチングによりエッチングし、樹脂パターン48aをガラス基板50に転写する。このときガラス基板50を面内方向に回転させながらドライエッチングを行うことにより均一にエッチングを進めることができる。
(F) The
(G)樹脂48aを除去すると、ガラス基板50に微細構造の凹凸パターン52が転写された状態となる。
(G) When the
(H)その後、それぞれの光アッテネータ素子ごとに切り出す。 (H) Thereafter, each optical attenuator element is cut out.
光アッテネータ素子は微細構造の凹凸パターンの表面に反射防止構造(ARS構造)を形成しておくのが好ましい。反射防止構造は微細構造の凹凸パターンよりもさらに微細な凹凸構造であり、入射光の波長の半分以下のピッチをもつ凹凸構造である。反射防止構造の一例は、ピッチが200nm、深さが130nmの凹凸構造である。その凹凸構造を微細構造の凹凸パターンの凸部の表面と凹部の表面に一様に形成することにより、1064nm付近の光透過率を99%に維持することができるようになる。 The optical attenuator element is preferably formed with an antireflection structure (ARS structure) on the surface of the concavo-convex pattern having a fine structure. The antireflection structure is a concavo-convex structure that is finer than the concavo-convex pattern of the fine structure, and is a concavo-convex structure having a pitch of half or less of the wavelength of incident light. An example of the antireflection structure is an uneven structure having a pitch of 200 nm and a depth of 130 nm. By uniformly forming the concavo-convex structure on the convex and concave surfaces of the fine concavo-convex pattern, the light transmittance near 1064 nm can be maintained at 99%.
そのような反射防止構造は、微細構造の凹凸パターンを形成する前のガラス基板表面に写真製版とエッチングによる方法又は図7に示されたようなナノインプリント法により形成しておく。その後に図6又は図7の方法により微細構造の凹凸パターンを形成することになるが、予め反射防止構造が形成されていることが微細構造の凹凸パターンを形成する際の障害になることはない。 Such an antireflection structure is formed on the surface of the glass substrate before the formation of the fine-concave uneven pattern by a photoengraving and etching method or a nanoimprint method as shown in FIG. 6 or 7 is then used to form an uneven pattern having a fine structure. However, the formation of the uneven structure having a fine structure is not obstructed by the formation of an antireflection structure in advance. .
図8は光アッテネータモジュールの一実施例を概略的に表したものである。一実施例の光アッテネータ60には移動機構61が設けられている。移動機構61は、光アッテネータ60の形態に応じて、光アッテネータ60を直線的に移動させることにより光アッテネータ60に対する入射光の入射位置を変えて0次回折光の透過率を変化させるものであるか、光アッテネータ60を回転中心の周りに回転させることにより光アッテネータ60に対する入射光の入射位置を変えて0次回折光の透過率を変化させるものであるか、又は光アッテネータ60に対する入射光の入射角度が変化するように入射光の入射方向に対するアッテネータ60の入射面の角度を変位させるものである。
FIG. 8 schematically shows an embodiment of the optical attenuator module. In one embodiment, the
レーザ光源62から光アッテネータ60に入射するレーザ入射光64の一部68を分岐して取り出す第1の光分岐手段として、レーザ入射光64の光路上に光スプリッタ66が配置されている。光スプリッタ66は例えばレーザ光64に対して透明なガラス基板が入射光64の一部を反射して取り出すように傾斜して設けられたものである。レーザ光源62は発振されるレーザ光が直線偏光であるので、円偏光に変えるために(λ/4)波長板が設けられており、レーザ光源62から出射されるレーザ光64は円偏光をもっている。
An
光アッテネータ60を透過した0次回折光からなる出射光70の一部74を分岐して取り出す第2の光分岐手段として、レーザ出射光70の光路上に光スプリッタ72が配置されている。光スプリッタ72も例えばレーザ光64に対して透明なガラス基板が出射光70の一部を反射して取り出すように傾斜して設けられたものである。
An
光スプリッタ66により入射光の一部として取り出された光68を受光して検出するために第1の受光素子として例えばホトダイオード76が配置され、光スプリッタ72により出射光の一部として取り出された光74を受光して検出するために第2の受光素子として例えばホトダイオード78が配置されている。
For example, a
ホトダイオード76,78の検出信号を取り込み、その検出信号のレベル比が設定した減衰率に対応したものとなるように移動機構61を制御するために移動機構制御装置80が設けられている。移動機構制御装置80はコンピュータとインターフェースからなるコンピュータシステムである。
A moving
この光アッテネータモジュールはレーザ加工装置に適用されるのである場合には、光アッテネータ60を透過したレーザ光は被加工物である対象物82に照射される。
When this optical attenuator module is applied to a laser processing apparatus, the laser beam that has passed through the
光スプリッタ66,72で取り出す光の割合は予めわかっているので、光スプリッタ66,72によるレーザ光の減衰率も予めわかっている。ホトダイオード76,78の検出信号のレベル比から光アッテネータ60による減衰率を求めることができるので、対象物82に照射されるレーザ光の強度を求めることもできる。
Since the ratio of the light extracted by the
光アッテネータ60が、入射光の入射位置が変わることにより0次回折光の透過率が変化するものである場合には、微細構造はフィリングファクタが連続的に又は段階的に変化するように形成されている。そのため、光アッテネータ60に照射される入射光のビーム径の大きさによってはそのビーム径内でフィリングファクタが変化することがありうる。その場合には0次回折光の透過率の分解能という光アッテネータ機能の低下につながる。そこで、光アッテネータ60に照射される入射光のビーム径の大きさを小さくして光アッテネータ機能の低下を防ぐためには、図8に示されているように、光アッテネータ60に照射される入射光の光軸上に入射光のビーム径を小さくするための集光レンズ90を配置し、光アッテネータ60を透過した0次回折光を受光する位置にも集光レンズ92を配置するのが好ましい。集光レンズ92は0次回折光以外の回折光を受光しないように、集光レンズ92の大きさを設定するか、集光レンズ92の前に0次回折光以外の回折光を遮光する部材を配置する。
When the
2 ガラス基板
4 微細構造
6 凸部(ライン)
8 溝(スペース)
9 凸部
10 溝
12,60 光アッテネータ
16 レーザ発振器
18 受光器
60 レーザ光源
61 移動機構
64 レーザ入射光
66 第1の光分岐手段としての光スプリッタ
68 レーザ入射光の一部
70 0次回折光からなる出射光
72 第2の光分岐手段としての光スプリッタ
74 出射光の一部
76 第1の受光素子としてのホトダイオード
78 第2の受光素子としてのホトダイオード
80 移動機構制御装置
90,92 集光レンズ
2 Glass substrate 4
8 groove
DESCRIPTION OF
Claims (12)
入射光の波長域で透明なガラス基板の表裏の少なくとも一方の面に入射光が回折を生じる大きさの凹凸パターンの繰返しからなる微細構造を有し、
前記微細構造はピッチが一定であり、
前記微細構造はピッチに対する凸部の割合を示すフィリングファクタ及び凹部の深さの異なる領域を複数有し、前記凹部の深さはフィリングファクタの大きい領域では浅く、フィリングファクタの小さい領域では深くなっており、
フィリングファクタ及び凹部の深さの異なる領域間では入射光量に対する0次回折光の透過光量の割合が異なっていることを特徴とする減衰率可変の光アッテネータ。 An optical attenuator that attenuates incident light,
In a wavelength range of incident light, it has a fine structure consisting of repetition of a concavo-convex pattern with a size that causes incident light to be diffracted on at least one surface of the front and back surfaces of a transparent glass substrate,
The microstructure has a constant pitch,
The fine structure has a plurality of regions having different filling factors and recess depths indicating the ratio of the convex portion to the pitch, and the depth of the concave portion is shallow in a region having a large filling factor and deep in a region having a small filling factor. And
A variable attenuation factor optical attenuator characterized in that the ratio of the transmitted light amount of the 0th-order diffracted light to the incident light amount differs between regions having different filling factors and recess depths.
表側の面の微細構造とそれに対向する裏側の面の微細構造はフィリングファクタが異なっている請求項4に記載の光アッテネータ。 The fine structure of the front surface and the fine structure of the back surface are equal in pitch,
The optical attenuator according to claim 4, wherein the fine structure of the surface on the front side and the fine structure of the surface on the back side opposite thereto have different filling factors.
前記ガラス基板を前記微細構造のフィリングファクタが変化している方向の直線に沿って移動させると入射光量に対する0次回折光の透過光量の割合が変化する請求項1から5のいずれか一項に記載の光アッテネータ。 The microstructure is configured such that the filling factor changes continuously or stepwise along a straight line on the surface of the glass substrate,
The ratio of the transmitted light amount of the 0th-order diffracted light to the incident light amount changes when the glass substrate is moved along a straight line in the direction in which the filling factor of the microstructure is changing. Light attenuator.
前記ガラス基板を前記円の中心を回転中心として回転させると入射光量に対する0次回折光の透過光量の割合が変化する請求項1から5のいずれか一項に記載の光アッテネータ。 The microstructure is configured such that the filling factor changes continuously or stepwise along the circumferential direction of a circle on the surface of the glass substrate,
6. The optical attenuator according to claim 1, wherein when the glass substrate is rotated about the center of the circle, the ratio of the transmitted light amount of the 0th-order diffracted light to the incident light amount changes.
前記微細構造に対する入射光の入射位置をフィリングファクタの異なる領域間で移動させると入射光量に対する0次回折光の透過光量の割合が変化するとともに、出射光の出射角度も変化する請求項1から7のいずれか一項に記載の光アッテネータ。 The front and back surfaces of the glass substrate are non-parallel to each other,
The ratio of the transmitted light amount of the 0th-order diffracted light to the incident light amount changes and the emission angle of the emitted light also changes when the incident position of the incident light with respect to the fine structure is moved between regions having different filling factors. The optical attenuator as described in any one of Claims.
前記微細構造に対する入射光の入射位置がフィリングファクタの異なる領域間で移動するように前記ガラス基板を変位させる移動機構と、
を備えた光アッテネータモジュール。 The optical attenuator according to any one of claims 1 to 10,
A moving mechanism for displacing the glass substrate so that an incident position of incident light on the fine structure moves between regions having different filling factors;
Optical attenuator module with
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010093115A JP5444098B2 (en) | 2010-04-14 | 2010-04-14 | Optical attenuator and optical attenuator module |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010093115A JP5444098B2 (en) | 2010-04-14 | 2010-04-14 | Optical attenuator and optical attenuator module |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011221444A JP2011221444A (en) | 2011-11-04 |
JP5444098B2 true JP5444098B2 (en) | 2014-03-19 |
Family
ID=45038466
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010093115A Expired - Fee Related JP5444098B2 (en) | 2010-04-14 | 2010-04-14 | Optical attenuator and optical attenuator module |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5444098B2 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5706183B2 (en) * | 2011-02-17 | 2015-04-22 | リコー光学株式会社 | Optical attenuator and optical attenuator module |
CN114019589B (en) * | 2021-11-09 | 2024-03-22 | 深圳迈塔兰斯科技有限公司 | Optical attenuation sheet |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS54150147A (en) * | 1978-05-17 | 1979-11-26 | Canon Inc | Light attenuator |
JPH09197302A (en) * | 1996-01-22 | 1997-07-31 | Nikon Corp | Light intensity controller |
JP3132417B2 (en) * | 1997-05-07 | 2001-02-05 | 日本電気株式会社 | Variable optical attenuator and light source for wavelength division multiplexing optical transmission using it |
JP2933919B1 (en) * | 1998-08-04 | 1999-08-16 | サンテック株式会社 | Optical attenuator and optical attenuator module |
JP2003021724A (en) * | 2001-07-10 | 2003-01-24 | Alps Electric Co Ltd | Optical circuit element |
JP2003098500A (en) * | 2001-09-26 | 2003-04-03 | Fdk Corp | Reflection type variable optical attenuator |
JP2004361451A (en) * | 2003-06-02 | 2004-12-24 | Ricoh Co Ltd | Wavelength plate, wavelength board unit, optical pickup device, optical disk device, and delay amount adjustment method of wavelength plate |
JP2006138946A (en) * | 2004-11-10 | 2006-06-01 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Diffraction type variable attenuator |
JP2006185562A (en) * | 2004-12-28 | 2006-07-13 | Sanyo Electric Co Ltd | Optical element for optical pickup |
JP5195024B2 (en) * | 2008-05-26 | 2013-05-08 | 旭硝子株式会社 | Diffraction element, optical attenuator, optical head device, and projection display device |
-
2010
- 2010-04-14 JP JP2010093115A patent/JP5444098B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2011221444A (en) | 2011-11-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5043167B2 (en) | Reflective photoelectric encoder scale and photoelectric encoder | |
US9557655B2 (en) | Photomask including focus metrology mark, substrate target including focus monitor pattern, metrology method for lithography process, and method of manufacturing integrated circuit device | |
GB2509536A (en) | Diffraction grating | |
EP2943823A1 (en) | Diffraction gratings and the manufacture thereof | |
KR20130125752A (en) | A method and apparatus for printing a periodic pattern with large depth of focus | |
JP5424154B2 (en) | Optical components | |
JP4913345B2 (en) | Reflective photoelectric encoder scale, scale manufacturing method, and photoelectric encoder | |
CN108885289B (en) | Wire grid polarizer manufacturing method | |
US10712670B1 (en) | Variable neutral density filter for multi-beam interference lithography exposure | |
CN110235050A (en) | A kind of manufacturing method of diffraction optical element | |
KR20130062896A (en) | Polarized light splitting element | |
JP5444098B2 (en) | Optical attenuator and optical attenuator module | |
US11487053B2 (en) | Partially etched phase-transforming optical element | |
KR102662123B1 (en) | Method of manufacturing reflective diffraction grating | |
JP2010274460A (en) | Nano imprint mold and pattern forming method | |
JP5562152B2 (en) | Diffraction grating | |
JP2006339359A (en) | Method of manufacturing fine structure, and electronic apparatus | |
JP5706183B2 (en) | Optical attenuator and optical attenuator module | |
WO2004010167A2 (en) | Holographic surface mask etching and optical structures | |
Lee et al. | Fabrication and evaluation of reactive ion-plasma etched astronomical diffraction grating with anti-reflective surface nanostructures | |
JP2009200491A (en) | Liquid immersion ultraviolet photolithography method | |
US10914944B1 (en) | Anti-refraction cancelling prism for multi-beam interference lithography exposure | |
JP2009151257A (en) | Inclined exposure lithography system | |
EP4006640A1 (en) | Metrology apparatus and metrology methods based on high harmonic generation from a diffractive structure | |
Qiu et al. | Methods of controlling grooves profile and the duty cycle of gold transmission phase gratings |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20121030 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20130531 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130604 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20130801 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20131001 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20131112 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20131203 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20131220 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |