JPH028284B2 - - Google Patents

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JPH028284B2
JPH028284B2 JP8742480A JP8742480A JPH028284B2 JP H028284 B2 JPH028284 B2 JP H028284B2 JP 8742480 A JP8742480 A JP 8742480A JP 8742480 A JP8742480 A JP 8742480A JP H028284 B2 JPH028284 B2 JP H028284B2
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JP
Japan
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interference fringes
grating
interference
blazed
recording
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JP8742480A
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Japanese (ja)
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JPS5713414A (en
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Keiichi Kubota
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NEC Corp
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Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00Optical elements other than lenses
    • G02B5/18Diffraction gratings
    • G02B5/1847Manufacturing methods
    • G02B5/1857Manufacturing methods using exposure or etching means, e.g. holography, photolithography, exposure to electron or ion beams

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
  • Holo Graphy (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はブレーズド格子のホログラフイツク
な製作方法に関するものである。レーザ装置の信
頼性が向上するにつれて、レーザビーム走査が図
形の形成、あるいは図形の読み取りに使用される
ようになり、すでにレーザ・フアツクス、レーザ
プリンター、レーザPOS(point of sales)とし
て実用化されている。これらの実用化装置におい
ては、レーザビームで画面を走査しつつ、レーザ
ビームを変調して画像を形成したり、レーザビー
ムで図形を走査して得られる反射光の強弱から図
形を読み取つたりしている。この場合、レーザビ
ームの走査には回転多面鏡、またはガルバノミラ
ーとレンズを組み合わせた光走査装置が用いられ
ている。近年、回転多面鏡を使用せずにレーザビ
ームを走査するための手段としてホログラムを用
いることが提案されている。ホログラムを用いる
ことによつて安価な光走査装置が実現されるが、
変換効率の点で問題がある。光学的にホログラム
製作する方法は、ピツチの異なつた干渉縞をデイ
スクの円周上に記録していく方法で、干渉縞のピ
ツチはホログラム単位ごとに不連続に変化する。
干渉縞にレーザビームを入射すると回折光が得ら
れ、干渉縞が回転すると回折光も回転して円孤を
描く。デイスク円周上に記録されたホログラムの
干渉縞ピツチが異なるので、各ホログラムからの
回折光は異なつた円孤を描き、走査線群が形成さ
れる。ホログラムの干渉縞は正弦波状のプロフア
イルをもつていて、理論的に変換効率を30%以上
をこえるのは容易でない。記録材料にボリユーム
型の材料(重クロム酸ゼラチン、フオトポリマー
など)を用いれば変換効率を90%近くにあげるこ
とは不可能でないが、複数を得ることができな
い。次にコンピユータホログラムによつて光走査
円盤を得る方法は、任意の干渉縞を得ることがで
きるが、干渉縞の形状はデイジタル的な線描であ
るために効率は数%と低い、また、デイスク状に
大面積の干渉縞を計算機の出力装置でもつて描く
には、記録時間、記録分解能の点から実現性に乏
しい。したがつてホログラフイツク格子をブレー
ズ化する方法が変換効率の点で望まれるが、従来
のイオンミーリングによる製作方法は同一ピツチ
から構成される単純格子においてのみ製作が可能
で、任意の曲率をもつホログラフイツク格子をブ
レーズ化することはできない。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for the holographic fabrication of blazed gratings. As the reliability of laser equipment has improved, laser beam scanning has come to be used to form or read figures, and has already been put to practical use in laser faxes, laser printers, and laser point of sales (POS). There is. These practical devices scan a screen with a laser beam and modulate the laser beam to form an image, or scan a figure with a laser beam and read the figure from the strength of the reflected light. ing. In this case, a rotating polygon mirror or an optical scanning device combining a galvanometer mirror and a lens is used for laser beam scanning. In recent years, it has been proposed to use a hologram as a means for scanning a laser beam without using a rotating polygon mirror. Although an inexpensive optical scanning device can be realized by using holograms,
There is a problem in terms of conversion efficiency. The method of optically producing a hologram is to record interference fringes with different pitches on the circumference of a disk, and the pitch of the interference fringes changes discontinuously for each hologram unit.
When a laser beam is incident on the interference fringes, diffracted light is obtained, and as the interference fringes rotate, the diffracted light also rotates to draw an arc. Since the interference fringe pitches of the holograms recorded on the disk circumference are different, the diffracted light from each hologram draws different arcs, forming a group of scanning lines. The interference fringes of a hologram have a sinusoidal profile, and it is theoretically difficult to achieve a conversion efficiency of more than 30%. If a volume-type material (dichromate gelatin, photopolymer, etc.) is used as the recording material, it is possible to increase the conversion efficiency to nearly 90%, but it is not possible to obtain multiple conversion efficiencies. Next, the method of obtaining an optical scanning disk using a computer hologram makes it possible to obtain any interference fringes, but since the shape of the interference fringes is a digital line drawing, the efficiency is low at a few percent. It is difficult to draw large-area interference fringes using a computer output device in terms of recording time and recording resolution. Therefore, a method of blazing a holographic grating is desired in terms of conversion efficiency, but the conventional fabrication method using ion milling can only produce a simple grating composed of identical pitches, and it is possible to fabricate a holographic grating with arbitrary curvature. It is not possible to blaze a lattice.

この発明の目的は走査ビームへの変換効率が高
いホログラフイツク格子の製作方法を提供するも
のである。
It is an object of the invention to provide a method of fabricating a holographic grating with high conversion efficiency to a scanning beam.

この発明によれば、複数の単色光の干渉によつ
て形成される干渉縞を記録材料に記録するホログ
ラフイツク格子の製作方法において、鮮鋭化され
た干渉縞の光量および空間的位置を連続的に変化
させながら重ね記録することを特徴とするホログ
ラフイツク格子製作方法が得られる。
According to the present invention, in a method for manufacturing a holographic grating that records interference fringes formed by interference of a plurality of monochromatic lights on a recording material, the light intensity and spatial position of sharpened interference fringes are continuously adjusted. A method for producing a holographic grating characterized by recording overlappingly while changing the holographic grating is obtained.

以下この発明について図面を参照しつつ詳しく
説明する。第1図は従来の方法によりホログラフ
イツクに得られる干渉縞の空間的な強度分布を示
したものである。強度分布は正弦波状であり、こ
の強度分布を記録したホログラフイツク格子から
得られる回折光変換効率は最大33%を低い。第2
図はブレーズド格子のイオンミーリングによる製
作方法を示したもので、基盤1上に格子パターン
2をホログラフイツクにフオトレジストで構成す
る。この格子パターン上よりイオンビームを斜方
向から照射して、基盤1をイオンビームエツチン
グする。格子パターン2を形成しているフオトレ
ジストもエツチングされるが、フオトレジスト下
にある基盤の部分のエツチング量が少ないために
第3図に示すような鋸歯波状のブレーズド格子3
が得られる。ブレーズド格子3のブレーズ条件が
満足されると100%に近い変換効率が得られる。
格子の斜面の角(ブレーズ角)は第2図における
イオンビームの入射角で決定される。したがつて
イオンビームエツチングによつて製作されるブレ
ーズ格子はすべて同じブレーズ角をもつことにな
り、単純格子のブレーズ化のみが可能である。
This invention will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 1 shows the spatial intensity distribution of interference fringes holographically obtained by a conventional method. The intensity distribution is sinusoidal, and the diffracted light conversion efficiency obtained from a holographic grating recording this intensity distribution is low, at a maximum of 33%. Second
The figure shows a method of manufacturing a blazed grating by ion milling, in which a grating pattern 2 is formed holographically on a substrate 1 using photoresist. An ion beam is irradiated obliquely onto this grating pattern to perform ion beam etching on the substrate 1. The photoresist forming the grating pattern 2 is also etched, but because the amount of etching on the base portion under the photoresist is small, the blazed grating 3 with a sawtooth wave shape as shown in FIG. 3 is formed.
is obtained. When the blaze condition of the blazed grating 3 is satisfied, a conversion efficiency close to 100% can be obtained.
The angle of the slope of the grating (blaze angle) is determined by the incident angle of the ion beam in FIG. Therefore, all blazed gratings produced by ion beam etching have the same blaze angle, and only simple gratings can be blazed.

ホログラフイツクに形成される格子、特に光走
査に用いられる格子は干渉縞のピツチが連続的に
変化しているものである。ブレーズ角は格子ピツ
チの関数で、ピツチが小さい程大きくなる。第4
図はこの発明の目的とする干渉縞のピツチが連続
的に変化しているブレーズド格子を示すもので、
イオンミーリングなどの従来方法によつて製作す
ることができない。
A holographically formed grating, particularly a grating used for optical scanning, has interference fringes whose pitch changes continuously. The blaze angle is a function of the lattice pitch; the smaller the pitch, the larger it becomes. Fourth
The figure shows a blazed grating in which the pitch of interference fringes changes continuously, which is the object of this invention.
It cannot be manufactured by conventional methods such as ion milling.

次にこの発明によるホログラフイツクなブレー
ズド格子の製作方法について述べる。第5図は格
子製作に用いる干渉縞の強度分布を示したもの
で、ホログラフイツクに得られる干渉縞の強度分
布を鮮鋭化したものである。鮮鋭化はエタロンに
よる繰り返し反射や記録材料の非線形を用いるこ
とにより可能である。記録される干渉縞の光量は
第6図に示すように、時間的に増加させてt秒の
露光を与えるものとする。第7図は記録材料面上
の露光量分布を示したものである。干渉縞の光量
が時間と共に増大すると同時に1波長以内の移動
が行なわれて記録される。すなわち干渉縞4がt
秒間に干渉縞4′の位置まで光量の増大と共に移
動し、積分的に記録材料に記録される。その結果
得られる光量分布は鋸歯状波4゜になる。このと
き、干渉縞が正弦波のままである場合には合成し
た波面は正弦波でしかないので、鮮鋭化された干
渉縞が必要である。干渉縞の移動は光学的くさび
をひとつの単色光中に挿入することによつて容易
に実現できる。光学的くさびによる干渉縞の移動
はすべての格子のピツチに対して同じ割合の移動
量でもつて行なわれるので、連続的に変化してい
る格子のすべてに同時に上記のような効果もたら
すことができる。しかも、鋸歯状波4゜の斜面のな
す角度はピツチが小さい程急になり、各格子のピ
ツチに対してブレーズド角を合わせることができ
る。さらに、この方法のもうひとつの特徴は第8
図に示したような二次元的な曲面をもつホログラ
フイツク格子のブレーズド化が可能な点にある。
光学的くさびによる干渉縞の移動は常に縞の直角
方向におこなわれるので、二次元的なパターンを
もつ干渉縞のブレーズド化が上記方法によつて可
能である。
Next, a method for manufacturing a holographic blazed grating according to the present invention will be described. FIG. 5 shows the intensity distribution of interference fringes used in grating fabrication, and is a sharpened version of the intensity distribution of interference fringes obtained by holography. Sharpening is possible by using repeated reflections by an etalon or nonlinearity of the recording material. As shown in FIG. 6, the amount of light of the recorded interference fringes is increased over time to provide exposure for t seconds. FIG. 7 shows the exposure dose distribution on the surface of the recording material. As the light intensity of the interference fringes increases with time, the interference fringes are simultaneously moved within one wavelength and recorded. That is, the interference fringe 4 is t
The light moves to the position of the interference fringe 4' per second as the amount of light increases, and is recorded integrally on the recording material. The resulting light intensity distribution becomes a 4° sawtooth wave. At this time, if the interference fringes remain as sine waves, the combined wavefront is only a sine wave, so sharpened interference fringes are required. Movement of the interference fringes can be easily achieved by inserting an optical wedge into a single monochromatic beam. Since the movement of the interference fringes by the optical wedge is carried out at the same rate for all grating pitches, the above effect can be produced simultaneously on all continuously changing gratings. Moreover, the smaller the pitch, the steeper the angle formed by the 4° sawtooth slope, allowing the blazed angle to be matched to the pitch of each grating. Furthermore, another feature of this method is the 8th
The point is that it is possible to blaze a holographic grating with a two-dimensional curved surface as shown in the figure.
Since the movement of the interference fringes by the optical wedge is always carried out in the direction perpendicular to the fringes, it is possible to blaze the interference fringes with a two-dimensional pattern by the above method.

このようにして得られた鋸歯状波の濃度分布を
もつホログラフイツク格子をフオトレジスト記録
材料に転写記録し、濃度分布と同じレリーフ分布
をもつ格子を得れば最終的に変換効率の良いブレ
ーズド・ホログラフイツク格子が得られる。
The holographic grating with the density distribution of the sawtooth wave thus obtained is transferred and recorded onto a photoresist recording material, and if a grating with the same relief distribution as the density distribution is obtained, the final result is a blazed grating with high conversion efficiency. A holographic grating is obtained.

第9図にこの発明のブレーズド・ホログラフイ
ツク格子製作方法を用いた格子製作装置の1例を
示す。レーザ5からの単色光20は光変調器6を
通り、ミラークで反射され、ハーフミラー8によ
つて物体光21、参照光22に分けられる。物体
光21はレンズ9,10,11で形成される波面
で記録板13に入射し、参照光22も光学くさび
14を透過し、レンズ12で発散した波面となつ
て記録板13に入射する。光変調器6としては超
音波変調器、電気光学変調器、円盤状の温度フイ
ルターを用いることができ、光学くさび4には数
μmのスペーサを一端にはさんだ透明溶液のセ
ル、ガラスくさび等を用いることができる。記録
板13は第10図a,bに示したように、繰り返
し効果を利用する構成がとられている。aにおい
ては、記録材料16は半透明鏡17と反射鏡18
の間におかれる。bでは記録材料19が半透明鏡
17上に塗布され、反射鏡18と対向して設定さ
れる。両者において半透明鏡17と反射鏡18と
の間隔は入射光21,22の入射角の中心値にエ
タロン効果が得られるように決められる。第9図
において露光量を光変換調器6によつて変化さ
せ、同時に光学くさび14を微小移動機構15で
もつて移動し、参照光22の位相量を変化させて
干渉縞を移動し記録することによつて、鋸歯波状
濃度分布をもつホログラフイツク格子が製作でき
る。
FIG. 9 shows an example of a grating manufacturing apparatus using the blazed holographic grating manufacturing method of the present invention. Monochromatic light 20 from the laser 5 passes through the optical modulator 6, is reflected by the mirror, and is divided into object light 21 and reference light 22 by the half mirror 8. The object light 21 is incident on the recording plate 13 as a wavefront formed by lenses 9, 10, and 11, and the reference beam 22 is also transmitted through the optical wedge 14 and enters the recording plate 13 as a wavefront diverging at the lens 12. As the optical modulator 6, an ultrasonic modulator, an electro-optic modulator, or a disc-shaped temperature filter can be used, and the optical wedge 4 can be a transparent solution cell with a spacer of several μm at one end, a glass wedge, etc. Can be used. As shown in FIGS. 10a and 10b, the recording plate 13 is configured to utilize a repetition effect. In a, the recording material 16 is covered with a semi-transparent mirror 17 and a reflecting mirror 18.
placed between. In b, the recording material 19 is applied onto the semi-transparent mirror 17 and is set opposite the reflecting mirror 18. In both cases, the interval between the semi-transparent mirror 17 and the reflecting mirror 18 is determined so that an etalon effect can be obtained at the center value of the incident angle of the incident lights 21 and 22. In FIG. 9, the exposure amount is changed by the light conversion adjuster 6, and at the same time, the optical wedge 14 is moved by the minute movement mechanism 15, and the phase amount of the reference beam 22 is changed to move and record the interference fringes. By this method, a holographic grating with a sawtooth concentration distribution can be fabricated.

以上詳細に説明したように、この発明によれば
走査ビームへの変換効率が高いホログラフイツク
格子の製作方法が得られる。
As described above in detail, the present invention provides a method of manufacturing a holographic grating with high conversion efficiency into a scanning beam.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図〜第3図は従来のブレーズド格子の製作
方法を説明するための図で、第1図は干渉縞の強
度分布を示す図、第2図はイオンミーリングによ
るブレーズド格子の製作方法を示す図、第3図は
ブレーズド格子を示す図である。第4図〜第8図
は本発明によるブレーズド格子の製作方法を説明
するための図で、第4図は本発明が目的とするブ
レーズド格子を示す図、第5図は干渉縞の強度分
布を示す図、第6図は記録される干渉縞の光量変
化を示す図、第7図は記録材料面上の露光量分布
を示す図、第8図は二次元的な曲面をもつホログ
ラフイツク格子を示す図である。第9図は本発明
のブレーズド・ホログラフイツク格子製作方法を
用いた格子製作装置の1例を示す図であり、第1
0図は記録板の構成を示す図である。 図において、4,4′は干渉縞、6は光変調器、
13は記録材、14は光学くさびである。
Figures 1 to 3 are diagrams for explaining the conventional method of manufacturing a blazed grating, with Figure 1 showing the intensity distribution of interference fringes, and Figure 2 showing the method of manufacturing a blazed grating by ion milling. FIG. 3 is a diagram showing a blazed grating. Figures 4 to 8 are diagrams for explaining the method of manufacturing a blazed grating according to the present invention. Figure 4 is a diagram showing the blazed grating targeted by the present invention, and Figure 5 is a diagram showing the intensity distribution of interference fringes. 6 is a diagram showing changes in the light amount of recorded interference fringes, FIG. 7 is a diagram showing the exposure amount distribution on the surface of the recording material, and FIG. 8 is a diagram showing a holographic grating with a two-dimensional curved surface. FIG. FIG. 9 is a diagram showing an example of a grating manufacturing apparatus using the blazed holographic grating manufacturing method of the present invention.
FIG. 0 is a diagram showing the configuration of a recording plate. In the figure, 4 and 4' are interference fringes, 6 is an optical modulator,
13 is a recording material, and 14 is an optical wedge.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 二光束干渉光学系を用いて単色光の干渉によ
つて形成される干渉縞を記録材料に記録するホロ
グラフイツク格子の製作方法において、前記二光
束干渉光学系中にエタロン板および光学的クサビ
を設け、前記エタロン板により干渉縞を精鋭化
し、前記光学的クサビを移動させることにより前
記干渉縞の空間位置を連続的に変化させるととも
に前記干渉縞の光量を時間的に変化させながら重
ね記録することを特徴とするホログラフイツク格
子製作方法。
1. A method for manufacturing a holographic grating for recording interference fringes formed by interference of monochromatic light on a recording material using a two-beam interference optical system, wherein an etalon plate and an optical wedge are provided in the two-beam interference optical system. the interference fringes are sharpened by the etalon plate, the spatial position of the interference fringes is continuously changed by moving the optical wedge, and the light intensity of the interference fringes is temporally changed while overlapping recording is performed. A method for producing a holographic lattice characterized by:
JP8742480A 1980-06-27 1980-06-27 Manufacture of brazed holographic grating Granted JPS5713414A (en)

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