JPH06194523A - ホログラム素子及びその製造方法 - Google Patents
ホログラム素子及びその製造方法Info
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- JPH06194523A JPH06194523A JP4292853A JP29285392A JPH06194523A JP H06194523 A JPH06194523 A JP H06194523A JP 4292853 A JP4292853 A JP 4292853A JP 29285392 A JP29285392 A JP 29285392A JP H06194523 A JPH06194523 A JP H06194523A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ホログラム素子の製造方法の簡素化を図る。
【構成】 ニオブ酸リチウム基板１０の主面に設けられ
た周期的な誘電体の位相補償膜１２の格子層と誘電体が
ない領域に設けられたプロトン交換領域１１の光学的回
折格子層の２層よりなる構造であり、高い消光比が実現
可能なセルフアライメント方式の製造方法をとりなが
ら、製造工数の大幅な削減ができる。
た周期的な誘電体の位相補償膜１２の格子層と誘電体が
ない領域に設けられたプロトン交換領域１１の光学的回
折格子層の２層よりなる構造であり、高い消光比が実現
可能なセルフアライメント方式の製造方法をとりなが
ら、製造工数の大幅な削減ができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、光ファイバー通信用
光源モジュールや、光ディスク用光ヘッドに使われる偏
光子の作用を有するホログラム素子に関する。
光源モジュールや、光ディスク用光ヘッドに使われる偏
光子の作用を有するホログラム素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】偏光子特に偏光ビームスプリッタは、直
交する偏光間での光の伝搬方向を異ならしめることによ
って特定の偏光を得る素子である。従来、偏光ビームス
プリッタとしては、グラントムソンプリズムやロッショ
ンプリズムなど、複屈折の大きな結晶のはり合わせ面に
おける偏光による透過ないしは反射の違いを利用し、光
路を分離するもの、またはガラスなどの等方性光学媒質
でできたプリズムはり合わせ型ビームスプリッタの反射
面に誘電体多層膜を設け、この誘電体多層膜の偏光によ
る干渉の違いを利用して、光を反射ないし透過させるも
のが多く使用されている。
交する偏光間での光の伝搬方向を異ならしめることによ
って特定の偏光を得る素子である。従来、偏光ビームス
プリッタとしては、グラントムソンプリズムやロッショ
ンプリズムなど、複屈折の大きな結晶のはり合わせ面に
おける偏光による透過ないしは反射の違いを利用し、光
路を分離するもの、またはガラスなどの等方性光学媒質
でできたプリズムはり合わせ型ビームスプリッタの反射
面に誘電体多層膜を設け、この誘電体多層膜の偏光によ
る干渉の違いを利用して、光を反射ないし透過させるも
のが多く使用されている。
【０００３】しかしながら、これらの素子は大型である
こと、生産性が低いこと、価格が高いことなどの欠点が
ある。また、上記のバルク型の偏光子は偏光子機能のみ
持ち、光ディスク用光ヘッドに用いた場合、焦点誤差検
出機能及びトラック誤差検出機能などの複合化が難しく
光ヘッドの小型化が困難である。
こと、生産性が低いこと、価格が高いことなどの欠点が
ある。また、上記のバルク型の偏光子は偏光子機能のみ
持ち、光ディスク用光ヘッドに用いた場合、焦点誤差検
出機能及びトラック誤差検出機能などの複合化が難しく
光ヘッドの小型化が困難である。
【０００４】一方、近年小型で生産性が高く、偏光子機
能を有するホログラム素子として、特開昭６３−３１４
５０２号公報に記載されている複屈折回折格子型偏光子
が知られている。
能を有するホログラム素子として、特開昭６３−３１４
５０２号公報に記載されている複屈折回折格子型偏光子
が知られている。
【０００５】図４は、この複屈折回折格子型偏光子の断
面図である。複屈折結晶であるニオブ酸リチウム基板１
のＸ板、あるいはＹ板に安息香酸によるプロトン交換を
施すと、一例として光ディスク装置に一般的に用いられ
る０．７８μｍの波長の光に対しては基板の結晶光学軸
に平行な偏光の光である異常光に対する屈折率は約０．
１１増加し、その光学軸に垂直な偏光の光である常光に
対する屈折率は約０．０４減少する。そこでプロトン交
換を施した交換領域２と施さない非交換領域を周期的に
配置した格子にすると回折格子として作用する。この格
子に交換領域２を通過する常光と非交換領域を通過する
常光の位相差を相殺するために交換領域上に適当な厚さ
の位相補償膜３を形成すると、常光に対してはの格子は
回折格子としては働かず、常光を回折せずに透過させる
ことができる。つまり、この格子は単なる透明基板に見
える。
面図である。複屈折結晶であるニオブ酸リチウム基板１
のＸ板、あるいはＹ板に安息香酸によるプロトン交換を
施すと、一例として光ディスク装置に一般的に用いられ
る０．７８μｍの波長の光に対しては基板の結晶光学軸
に平行な偏光の光である異常光に対する屈折率は約０．
１１増加し、その光学軸に垂直な偏光の光である常光に
対する屈折率は約０．０４減少する。そこでプロトン交
換を施した交換領域２と施さない非交換領域を周期的に
配置した格子にすると回折格子として作用する。この格
子に交換領域２を通過する常光と非交換領域を通過する
常光の位相差を相殺するために交換領域上に適当な厚さ
の位相補償膜３を形成すると、常光に対してはの格子は
回折格子としては働かず、常光を回折せずに透過させる
ことができる。つまり、この格子は単なる透明基板に見
える。
【０００６】図５（ａ）は、常光に対するその位相分布
を示した図である。符号７は位相補償膜による位相差、
符号８はプロトン交換領域による位相差を示している。
上記の常光に対する位相差相殺条件を満足させながら交
換領域２の深さを変えることにより、異常光に対する位
相差がπでかつ交換領域と非交換領域の幅が共に半周期
に等しいときは、異常光は完全に回折される。図５
（ｂ）は、異常光の位相分布を示した図である。ここ
で、符号９はプロトン交換領域による位相差を示してい
る。
を示した図である。符号７は位相補償膜による位相差、
符号８はプロトン交換領域による位相差を示している。
上記の常光に対する位相差相殺条件を満足させながら交
換領域２の深さを変えることにより、異常光に対する位
相差がπでかつ交換領域と非交換領域の幅が共に半周期
に等しいときは、異常光は完全に回折される。図５
（ｂ）は、異常光の位相分布を示した図である。ここ
で、符号９はプロトン交換領域による位相差を示してい
る。
【０００７】また、この複屈折回折格子型偏光子を光ヘ
ッド装置用に利用している例として、特開平３−２９１
３７号公報と特開平３−２９１２９号公報に記載されて
いるホログラム素子がある。これらのホログラム素子は
偏光子機能をもつために図４に示す断面構造をとりなが
ら、格子パターンは光ヘッドの焦点誤差信号、トラック
誤差信号を検出するために図６に示すように回折方向が
ことなる複数の格子領域から形成されている。同様な格
子パターンとして図７のように格子領域が分割されたパ
ターンもある。
ッド装置用に利用している例として、特開平３−２９１
３７号公報と特開平３−２９１２９号公報に記載されて
いるホログラム素子がある。これらのホログラム素子は
偏光子機能をもつために図４に示す断面構造をとりなが
ら、格子パターンは光ヘッドの焦点誤差信号、トラック
誤差信号を検出するために図６に示すように回折方向が
ことなる複数の格子領域から形成されている。同様な格
子パターンとして図７のように格子領域が分割されたパ
ターンもある。
【０００８】このホログラム素子の製造方法として、特
開平４−１４３７８８号公報に記載されている製造方法
がある。図８にその製造方法を示す。図８（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）に示すようにニオブ酸リチウム基板１上
に格子パターンをもったフォトレジスト膜１８を形成し
た後、下層の金属膜１４にエッチングによりその格子パ
ターンを転写してプロトン交換用保護マスク１５を形成
する。そして、図８（ｄ）に示すようにプロトン交換を
行う。次に、フォトレジストを塗布し、基板１の裏面か
ら露光、現像して図８（ｅ）に示すように保護マスク１
５上のみにフォトレジスト１６を残す。そして、図８
（ｆ）、（ｇ）に示すように位相補償膜用の誘電体を堆
積させて、最後にフォトレジスト１６および保護マスク
１５を除去することにより複屈折格子型偏光子を作製す
る。この方法では、プロトン交換領域２を形成するため
に用いたプロトン交換用保護マスク１５を用いて位相補
償膜３を形成するセルフアライメントの方式をとってお
り、製造工程が簡略化でき、また位置ずれも生じくく再
現性良い。
開平４−１４３７８８号公報に記載されている製造方法
がある。図８にその製造方法を示す。図８（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）に示すようにニオブ酸リチウム基板１上
に格子パターンをもったフォトレジスト膜１８を形成し
た後、下層の金属膜１４にエッチングによりその格子パ
ターンを転写してプロトン交換用保護マスク１５を形成
する。そして、図８（ｄ）に示すようにプロトン交換を
行う。次に、フォトレジストを塗布し、基板１の裏面か
ら露光、現像して図８（ｅ）に示すように保護マスク１
５上のみにフォトレジスト１６を残す。そして、図８
（ｆ）、（ｇ）に示すように位相補償膜用の誘電体を堆
積させて、最後にフォトレジスト１６および保護マスク
１５を除去することにより複屈折格子型偏光子を作製す
る。この方法では、プロトン交換領域２を形成するため
に用いたプロトン交換用保護マスク１５を用いて位相補
償膜３を形成するセルフアライメントの方式をとってお
り、製造工程が簡略化でき、また位置ずれも生じくく再
現性良い。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上記の従来のセルフア
ライメント方式による製造では、プロトン交換領域と位
相補償膜を形成するためにプロトン交換用保護マスクを
形成することが必要で、製造方法が煩雑となっている。
本発明の目的は、セルフアライメント方式で製造しなが
ら製造方法が一層簡略化できる構造のホログラム素子お
よびその製造方法を提供することにある。
ライメント方式による製造では、プロトン交換領域と位
相補償膜を形成するためにプロトン交換用保護マスクを
形成することが必要で、製造方法が煩雑となっている。
本発明の目的は、セルフアライメント方式で製造しなが
ら製造方法が一層簡略化できる構造のホログラム素子お
よびその製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明のホログラム素子
は光学異方性を持つ結晶板の主面に、周期的に設けられ
たイオン交換領域から成る光学的回折格子と、前記イオ
ン交換がされていない領域上に設けた誘電体よりなる回
折格子を形成したことを特徴とする。
は光学異方性を持つ結晶板の主面に、周期的に設けられ
たイオン交換領域から成る光学的回折格子と、前記イオ
ン交換がされていない領域上に設けた誘電体よりなる回
折格子を形成したことを特徴とする。
【００１１】本発明のホログラム素子の製造方法は光学
異方性を持つ結晶板の主面上に、周期的な誘電体膜の格
子を形成する第１の工程と、前記結晶板の主面の前記誘
電体膜がない上にイオン交換領域を形成する第２の工程
を少なくとも含むことを特徴とする。
異方性を持つ結晶板の主面上に、周期的な誘電体膜の格
子を形成する第１の工程と、前記結晶板の主面の前記誘
電体膜がない上にイオン交換領域を形成する第２の工程
を少なくとも含むことを特徴とする。
【００１２】
【作用】本発明の作用・原理は次の通りである。本発明
のホログラム素子では製造方法を簡素化するために図１
に示すような構造を採っている。誘電体の位相補償膜を
従来のようなプロトン交換領域上でなくプロトン交換さ
れていない領域上に形成している。この格子の回折は従
来の技術と同じくプロトン交換領域の常光、異常光に対
する屈折率変化の差を利用した原理を用いている。即
ち、常光に対してはプロトン交換領域を通過する光と誘
電体の位相補償膜を通過する光の位相差が０あるいは実
質的に無位相と等価な２πの整数倍となっており、常光
は回折されずに透過する。一方、異常光に対してはその
位相差がπの奇数倍として、かつプロトン交換領域と位
相補償膜領域の幅を等しくすることにより完全に回折す
ることができる。これらのに位相関係は次式で与えられ
る。
のホログラム素子では製造方法を簡素化するために図１
に示すような構造を採っている。誘電体の位相補償膜を
従来のようなプロトン交換領域上でなくプロトン交換さ
れていない領域上に形成している。この格子の回折は従
来の技術と同じくプロトン交換領域の常光、異常光に対
する屈折率変化の差を利用した原理を用いている。即
ち、常光に対してはプロトン交換領域を通過する光と誘
電体の位相補償膜を通過する光の位相差が０あるいは実
質的に無位相と等価な２πの整数倍となっており、常光
は回折されずに透過する。一方、異常光に対してはその
位相差がπの奇数倍として、かつプロトン交換領域と位
相補償膜領域の幅を等しくすることにより完全に回折す
ることができる。これらのに位相関係は次式で与えられ
る。
【００１３】｛（ｎd −ｎo u t ）・Ｔd −Δｎo ・Ｔ
p ｝・２π／λ＝２ｎπ ｛（ｎd −ｎo u t ）・Ｔd −Δｎe ・Ｔp ｝・２π／
λ＝（２ｍ＋１）π ここでｎd 、Ｔd は位相補償膜の屈折率及び厚さ、Ｔp
はプロトン交換層の深さ、Δｎe 、Δｎo はプロトン交
換層の異常光、常光の屈折率変化量、ｎo u tはホログ
ラム基板外の屈折率、λは光の波長を示しており、ｍ、
ｎは整数である。
p ｝・２π／λ＝２ｎπ ｛（ｎd −ｎo u t ）・Ｔd −Δｎe ・Ｔp ｝・２π／
λ＝（２ｍ＋１）π ここでｎd 、Ｔd は位相補償膜の屈折率及び厚さ、Ｔp
はプロトン交換層の深さ、Δｎe 、Δｎo はプロトン交
換層の異常光、常光の屈折率変化量、ｎo u tはホログ
ラム基板外の屈折率、λは光の波長を示しており、ｍ、
ｎは整数である。
【００１４】逆に、異常光に対してプロトン交換領域を
通過する光と誘電体の位相補償膜を通過する光の位相差
が０あるいは実質的に無位相と等価な２πの整数倍とし
て、常光に対してはその位相差がπの奇数倍として、か
つプロトン交換領域と位相補償膜領域の幅を等しくする
ことによっても偏光子機能が実現できる。この場合は異
常光が回折されずに透過し、常光が完全に回折される。
これらの位相関係は次式で与えられる。 ｛（ｎd −ｎo u t ）・Ｔd −Δｎe ・Ｔp ｝・２π／
λ＝２ｍ’π ｛（ｎd −ｎo u t ）・Ｔd −Δｎo ・Ｔp ｝・２π／
λ＝（２ｎ’＋１）π ここでｍ’，ｎ’は整数である。
通過する光と誘電体の位相補償膜を通過する光の位相差
が０あるいは実質的に無位相と等価な２πの整数倍とし
て、常光に対してはその位相差がπの奇数倍として、か
つプロトン交換領域と位相補償膜領域の幅を等しくする
ことによっても偏光子機能が実現できる。この場合は異
常光が回折されずに透過し、常光が完全に回折される。
これらの位相関係は次式で与えられる。 ｛（ｎd −ｎo u t ）・Ｔd −Δｎe ・Ｔp ｝・２π／
λ＝２ｍ’π ｛（ｎd −ｎo u t ）・Ｔd −Δｎo ・Ｔp ｝・２π／
λ＝（２ｎ’＋１）π ここでｍ’，ｎ’は整数である。
【００１５】この構造では、最初に誘電体の位相補償膜
をパターニングにより形成することにより、プロトン交
換用保護マスクとしても兼用することができるため製造
工程の削減が可能となる。
をパターニングにより形成することにより、プロトン交
換用保護マスクとしても兼用することができるため製造
工程の削減が可能となる。
【００１６】
【実施例】図１は本発明のホログラム素子の第一の実施
例の断面図である。位相補償膜１２としてニオブ酸リチ
ウム基板１０とほぼ同じ２．２の屈折率の誘電体膜を用
いた場合、０．７８μｍの波長の光に対しては、一例と
して位相補償膜１２の厚さを約２４０ｎｍ、プロトン交
換領域１１の深さは約２．６μｍとすることにより、作
用のところで述べた異常光の位相差が０、常光の位相差
がπの条件を満たし偏光子機能が実現できる。この誘電
体膜としてＮｂ2 Ｏ5 などがある。
例の断面図である。位相補償膜１２としてニオブ酸リチ
ウム基板１０とほぼ同じ２．２の屈折率の誘電体膜を用
いた場合、０．７８μｍの波長の光に対しては、一例と
して位相補償膜１２の厚さを約２４０ｎｍ、プロトン交
換領域１１の深さは約２．６μｍとすることにより、作
用のところで述べた異常光の位相差が０、常光の位相差
がπの条件を満たし偏光子機能が実現できる。この誘電
体膜としてＮｂ2 Ｏ5 などがある。
【００１７】図２は本発明の製造方法の実施例を説明す
るための図である。図２（ａ）に示すようにニオブ酸リ
チウム基板１０上にフォトレジスト１７を塗布し、フォ
トマスクを用いてパターニングを行う。次に、図２
（ｂ）、（ｃ）に示すように、位相補償膜用の誘電体を
堆積した後フォトレジストの溶剤に浸してフォトレジス
ト１７の除去を行い位相補償膜１２を形成する。最後に
図２（ｂ）に示すように基板をプロトン交換用ソースに
浸すことによりプロトン交換領域１１を形成する。この
プロトン交換ソースとして安息香酸、ピロリン酸などが
ある。
るための図である。図２（ａ）に示すようにニオブ酸リ
チウム基板１０上にフォトレジスト１７を塗布し、フォ
トマスクを用いてパターニングを行う。次に、図２
（ｂ）、（ｃ）に示すように、位相補償膜用の誘電体を
堆積した後フォトレジストの溶剤に浸してフォトレジス
ト１７の除去を行い位相補償膜１２を形成する。最後に
図２（ｂ）に示すように基板をプロトン交換用ソースに
浸すことによりプロトン交換領域１１を形成する。この
プロトン交換ソースとして安息香酸、ピロリン酸などが
ある。
【００１８】図３はホログラム素子の第二の実施例を示
す断面図であり、反射防止膜５、６を施している。
す断面図であり、反射防止膜５、６を施している。
【００１９】本発明のホログラム素子は図６、図７に示
すような格子パターンにすることにより光ヘッドにも用
いることができる。
すような格子パターンにすることにより光ヘッドにも用
いることができる。
【００２０】
【発明の効果】本発明の構造を採ることによりホログラ
ム素子の製造方法を大幅に簡素化することができ、素子
の低コスト化を図ることができる。また、本発明の製造
方法ではセルフアライメント方式のため高精度で素子が
作製可能なため、高い消光比が実現できる。
ム素子の製造方法を大幅に簡素化することができ、素子
の低コスト化を図ることができる。また、本発明の製造
方法ではセルフアライメント方式のため高精度で素子が
作製可能なため、高い消光比が実現できる。
【図１】本発明のホログラム素子の第一の実施例を示す
断面図である。
断面図である。
【図２】本発明のホログラム素子の製造方法の実施例を
説明する図である。
説明する図である。
【図３】本発明のホログラム素子の第二の実施例を示す
断面図である。
断面図である。
【図４】従来のホログラム素子の断面図である。
【図５】従来のホログラム素子の位相分布を示す図であ
る。
る。
【図６】従来のホログラム素子の格子パターンを示す図
である。
である。
【図７】従来のホログラム素子の格子パターンを示す図
である。
である。
【図８】従来のホログラム素子の製造方法を示す図であ
る。
る。
１、１０ ニオブ酸リチウム基板 ２、１１ プロトン交換領域 ３、１２ 位相補償膜 ５、６ 反射防止膜 ７ 位相補償膜の位相差 ８、９ プロトン交換領域の位相差 １４ 金属膜 １５ プロトン交換用保護マスク １６、１７、１８ フォトレジスト
Claims (2)
- 【請求項１】 光学異方性を持つ結晶板の主面に、周期
的に設けられたイオン交換領域から成る光学的回折格子
と、前記イオン交換がされていない領域上に設けれた誘
電体よりなる回折格子を形成したことを特徴とするホロ
グラム素子。 - 【請求項２】 光学異方性を持つ結晶板の主面上に、周
期的な誘電体膜の格子を形成する第１の工程と、前記結
晶板の主面の前記誘電体膜がない領域上にイオン交換領
域を形成する第２の工程を少なくとも含むことを特徴と
するホログラム素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4292853A JPH0830767B2 (ja) | 1992-10-30 | 1992-10-30 | ホログラム素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4292853A JPH0830767B2 (ja) | 1992-10-30 | 1992-10-30 | ホログラム素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06194523A true JPH06194523A (ja) | 1994-07-15 |
| JPH0830767B2 JPH0830767B2 (ja) | 1996-03-27 |
Family
ID=17787220
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4292853A Expired - Fee Related JPH0830767B2 (ja) | 1992-10-30 | 1992-10-30 | ホログラム素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0830767B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6060334A (en) * | 1996-10-28 | 2000-05-09 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Electrode for optical waveguide element and method of forming the same |
| JP2005018061A (ja) * | 2003-06-27 | 2005-01-20 | Agilent Technol Inc | 反射防止コーティングを施された回折光学素子 |
| JP2005114857A (ja) * | 2003-10-03 | 2005-04-28 | Enplas Corp | 光学素子およびこれを用いた光ピックアップ装置 |
| CN1295528C (zh) * | 2004-11-05 | 2007-01-17 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一次离子交换工艺制备平面集成布拉格波导光栅的方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04219701A (ja) * | 1990-12-20 | 1992-08-10 | Omron Corp | 偏光依存型グレーティング素子およびその作製方法ならびにそれを用いた光ヘッド装置 |
-
1992
- 1992-10-30 JP JP4292853A patent/JPH0830767B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04219701A (ja) * | 1990-12-20 | 1992-08-10 | Omron Corp | 偏光依存型グレーティング素子およびその作製方法ならびにそれを用いた光ヘッド装置 |
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| US6355496B2 (en) | 1996-10-28 | 2002-03-12 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Electrode for optical waveguide element |
| JP2005018061A (ja) * | 2003-06-27 | 2005-01-20 | Agilent Technol Inc | 反射防止コーティングを施された回折光学素子 |
| JP2005114857A (ja) * | 2003-10-03 | 2005-04-28 | Enplas Corp | 光学素子およびこれを用いた光ピックアップ装置 |
| CN1295528C (zh) * | 2004-11-05 | 2007-01-17 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一次离子交换工艺制备平面集成布拉格波导光栅的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0830767B2 (ja) | 1996-03-27 |
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