JPH0750206B2 - 位相格子 - Google Patents

位相格子

Info

Publication number
JPH0750206B2
JPH0750206B2 JP3870387A JP3870387A JPH0750206B2 JP H0750206 B2 JPH0750206 B2 JP H0750206B2 JP 3870387 A JP3870387 A JP 3870387A JP 3870387 A JP3870387 A JP 3870387A JP H0750206 B2 JPH0750206 B2 JP H0750206B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
phase grating
refractive index
modulation type
grating
index modulation
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
Application number
JP3870387A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS63205605A (ja
Inventor
喜弘 川月
正雄 植月
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kuraray Co Ltd
Original Assignee
Kuraray Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kuraray Co Ltd filed Critical Kuraray Co Ltd
Priority to JP3870387A priority Critical patent/JPH0750206B2/ja
Publication of JPS63205605A publication Critical patent/JPS63205605A/ja
Publication of JPH0750206B2 publication Critical patent/JPH0750206B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/42Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect
    • G02B27/46Systems using spatial filters
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00Optical elements other than lenses
    • G02B5/18Diffraction gratings
    • G02B5/1866Transmission gratings characterised by their structure, e.g. step profile, contours of substrate or grooves, pitch variations, materials
    • G02B5/1871Transmissive phase gratings

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
  • Optical Transform (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、位相格子の側壁傾斜率と屈折率を制御する
ことによって、不要な回折光光の強度を著しく低減した
新規な位相格子に関する。
〔従来の技術〕
近年、光ディスクプレーヤやコンパクトディスクプレー
ヤをはじめとするオプトエレレクトロニクス製品の急激
な発展に伴なって、レーザビームを所定の割合で分割す
るための位相格子(回折格子)が随所に使用されてい
る。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかし、従来の位相格子では必要な回折光(通常は矩形
波状位相格子を用いて零次と±1次の回折光を使用す
る。)以外に不要な高次の回折光が発生し、レーザ光の
利用効率を低下させると同時に迷光の主因となってい
る。この発明の目的は、従来の位相格子におけるこのよ
うな問題点を著しく改善し、所望の回折光のみを選択的
に増強することがきる位相格子を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
一般に、位相格子は、格子の断面構造によって第2図に
示す矩形波状位相格子と第3図に示す三角波(ブレー
ズ)状位相格子とに大別される。従来多用されている位
相格子は形態変調型のものであり、第2図において凸部
aの屈折率Naと凹部bの屈折率Nbとは等しく、また、第
3図において傾斜部1の屈折率N1と傾斜部2の屈折率N2
とが等しいのが通例である。溝の深さdが0である場合
には平板であり、第2図においてNa≠Nb、第3図におい
てN1≠N2ならば平板状屈折率変調型の位相格子となる。
さらに、第2図においてNa≠Nb、第3図においてN1≠N2
とすることにより、それぞれ矩形波状屈折率変調型位相
格子と三角波(ブレーズ)状屈折率変調型位相格子とに
なる。
ところで、これらの位相格子はいずれも第1図に示す台
形波状位相格子の特殊例とみみなされるが、台形波状屈
折率変調型位相格子の公知例は未だ見当らない。本発明
者はこの台形波状屈折率変調型位相格子の傾斜率と屈折
率に着目して、不要な回折光を極小化することによって
必要な回折光を選択的に増強する条件を研究してきた。
〔台形波状屈折率変調型位相格子の回折効率〕
台形波状屈折率変調型位相格子の格子面に対して垂直に
入射する光波のm(=0,±1,±2,……)次回折効率η
は、第1図に示す要素格子の幅l,l,l1,l2、格子の
厚さD、溝の深さd,要素格子の屈折率N,N,N1,N2,
周囲(通常は空気)の屈折率N0および光波の波長λの関
数で表わされる。この関数は煩雑であるが、第1図にお
いてl=l=l,l1=l2=ltおよびN=N1=N2
=Nの関係が成立する場合の対称台形波状屈折率変調
型位相格子の0次と±1次の回折効率は、それぞれ次の
(1)式と(2)式によって示すように、比較的簡明な
関数で与えられると共に本発明の本質を損わない。
η={(1−α)cosδ +(α/δ)(1−α)sinδ ・{cos(2δ)+cosδ} +{(α/δ)sinδ} ……(1) η=η-1 ={(2/π)cosγsinδ +(2/π)(α/ξ)cosγ ・{sin(2δ)+sinδ} ・(γcosγsinδ−δcosδsinγ)+(1/2){α/
ξ)(γsinγ ・cosδ−δsinδcosγ)} ……(2) ここでα=l/(l+lt)格子の側壁傾斜率を示
し、γ=πα/2、ξ=(γ−δ)・(γ−δ)、δ=π
(d/λ)(N−μNo)、δ=π(D/λ){(N
Nb+(d/D)(N−μNo)}、δ=π(D/λ)(1
−d/D)(N−Nb)+δ/2、μ=〔1−{mλ/(No
l)}−1/2、l=2(l+l)の関係がある。
上記(1)式と(2)式は、α=0の場合には対称矩形
波状屈折率変調型位相格子の回折効率、α=1の場合に
は対称三角波状位相格子の回折効率、N=Nbの場合に
は屈折率が変調されていない対称台形波状位相格子の回
折効率、またd=0の場合には平板状屈折率変調型位相
格子の回折効率を与える。
対称台形波状屈折率変調型位相格子において、例えば0
次と±1次の回折光を ηo=φη =φη-1 すなわち η1/(η+η)=1/(1+φ) ……(4) の条件で使用する際に、|m|>1の高次回折光の総強度 は、α=0の場合には また、α=1の場合にはφ=(8/π)(ζ/δ)2tan
2δとζ=π2/4−δの関係が成立し、 となる。
従って、いずれの場合にも はφのみの関数である。0<α<1の台形波状屈折率変
調型位相格子 を上記(5)式または(6)式で与えられる値よりも小
さく、且つ極小化できるαの最適値が0と1の間の存在
することを、実施例に関する項で具体的に説明する。
〔台形波状屈折率変調型位相格子の作製方法〕 先ず、メチルメタクリレート、エチルメタクリートなど
のアルキルメタクリレート類と、アリルメタクリレー
ト、クロチルメタクリレートなどのメタクリル酸の不飽
和エステル類から成る共重合体を合成する。次いで、こ
の共重合体にベンゾフェノン、3−ベンゾイルベンゾフ
ェノンなどの芳香族ケトン類を加えて所定濃度のベンゼ
ン溶液またはトルエン溶液を調製し、ポリメチルメタク
リレート、ポリカーボネートなどから成る透明なプラス
チック基板上にこの溶液をスピンコートして、感光性透
明膜を形成する。位相格子のパターンを有するフォトマ
スクを介して、超高圧水銀灯の紫外線を感光性透明膜に
照射すると、露光量に比例して芳香族ケトン類がメタク
リル酸の不飽和エステル成分と結合する。この時、フォ
トマスクを感光性透明膜の表面から所定距離だけ離して
装着すると、フォトマスクの裏面から紫外線が広がりな
がら出射するので、感光性透明膜内において紫外線の強
度は台形波状に分布する。このような露光方法はプロキ
シミティ露光と呼ばれている。最後に、試料を減圧加熱
すると、未反応の芳香族ケトン類が昇華して遮光部の膜
厚が減少する。その結果、露光部に台形波状の凸構造が
生成すると同時に、凸部の屈折率が芳香族ケトン中のπ
電子の効果によって凹部の屈折率より高くなり、台形波
状屈折率変調型位相格子が作製される。プロキシミティ
露光の代りに、紫外線吸収剤と用いて紫外線の透過量に
台形波状の分布を付与したフォトマスクを感光性透明膜
上に密着させて露光することによっても、台形波状屈折
率変調型位相格子を作製できる。
〔実施例〕
例えば、コンパクトディスプレーヤの3ビーム型光ピッ
クアップでは、単一のレーザ光源を用いて光ディスクの
信号面におけるレーザビームの合焦、ピット信号の読み
取り、トラッキングなどを実施するためのビーム分割素
子が必要である。この機能を担う素子として、0次と±
1次の回折光の強度比が約5対1になるように格子形態
を設計し、真空蒸着とフォトリソグラフィを併用して作
製した無機ガラス系の矩形波状位相格子(形態変調型)
が多用されている。そこで、(3)式においてφ=5と
おくと、(4)式からη1/(η+η)=0.1667が得
られると共に、α=0の場合には(5)式から となり、α=1の場合には(6)式から となるので、従来の矩形波状位相格子では回折光の6.26
%、また三角波状位相格子では回折光の98.83%が迷光
となって失なわれることがわる。
実用的な条件として、N0=1.00、N=1.50、D/λ=1.
00およびλ=0.78μmの場合における回折効率{η1/
(η+η)および と側壁傾斜率(α)の関係を第4図から第8図に示す。
第4図と第5図は、それぞれN=1.50および1.55の時
の回折効率と側壁傾斜率の関係のd/Dによる変化を示
す。これらの図から、d/DとNの特定領域内でのみη1
/(η+η)の曲線上にφ=5を満足する点が存在
し、この点はαが増大すると右方向へ移動すること、φ
=5に対応する の値は、αが0に近い領域ではαが増大すると減少する
のに対してαが1に近い領域ではα1と共に増大し、0
<α<1の領域に極小値を有すること、従って|m|>1
の高次回折光の総強度を極小化するにはd/D、Nおよ
びαの全ての最適化が必要であり、矩形波状位相格子と
三角波状位相格子のいずれよりも台形波状屈折率変調型
位相格子が有利であることなどが示唆される。このよう
な現象を更に詳しく観測するために、d/D=0.30,0.40お
よび0.50の時の回折効率と側壁傾斜率の関係のNによ
る変化を、それぞれ第6図,第7図および第8図に示
す。これらの図から、φ=5である場合にはd/D=0.4
0、N≠1.53およびα=0.50の時に、|m|>1の高次回
折光の総強度は極小値 を取り、従来の矩形波状位相格子の値 の約1/5まで低下することがわかる。
この台形波状屈折率変調型位相格子を以下の手順で作製
した。
先ず、メチルメタクリレートとクロチルメタクリレート
の等モル共重合体を合成した。この共重合体中のクロチ
ルメタクリート成分と等モルのベンゾフェノンを加えて
4重量%ベンゼン溶液を調製し、厚さ1mmのポリメチル
メタクリレート基板上にこの溶液をスピンコートして、
感光性透明膜を形成した。次いで、出力500Wの超高圧水
銀灯から発生した紫外線を用いて感光性透明膜を3分間
プロキシミティ露光することにより、ベンゾフェノンを
クロチルメタクリレート成分に結合させた。最後に、0.
2mmHg、100℃の条件で試料を1時間減圧加熱して未反応
のベンゾフェノンを昇華させ、台形波状屈折率変調型位
相格子を作製した。
触針式表面粗さ計、干渉顕微鏡、レーザダイオード、フ
ォトダイオードなどを用いて、格子の断面形態、屈折
率、回折効率などを測定し、いずれも設計値とよく一致
することを確認した。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明による台形波状屈折率変調
型位相格子では回折光の強度を回折次数によって選択的
に制御できるため、不要光が少なく光の利用効率が高い
光学系の構成に役立つ。例えば、従来の矩形波状位相格
子に比べて、高次の回折光に由来する迷光が著しく少な
い状態で0次と±1次の回折光を活用できるので、高品
位の3ビーム型光ピックアップを作製できる。このよう
な台形波状屈折率変調型相格子は、CCDカメラの光学的
ローパスフィルタのように、特定次数の回折光のみを使
用するための光学素子としても有用である。。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明の実施例を示す台形波状屈折率変調
型相格子の断面図、 第2図は、矩形波状屈折率変調型相格子の断面図、 第3図は、三角波状屈折率変調型相格子の断面図、 第4図は、第1図に示す台形波状変調型位相格子におい
て、l=l,l1=l2,N0=1.00,N=N=N1=N2
1.50,N=1.50,D/λ=1.00,λ=0.78μmのときの回折
効率と側壁率αの関係のd/Dの変化を示すグラフ、 第5図は、第1図に示す台形波状変調型位相格子におい
て、l=l,l1=l2,N0=1.00,N=N=N1=N2
1.55,N=1.50,D/λ=1.00,λ=0.78μmのときの回折
効率と側壁率αの関係のd/Dの変化を示すグラフ、 第6図は、第1図に示す台形波状屈折率変調型相格子に
おいて、l=l,l1=l2,N0=1.00,N=1.50,d/D=
0.30,D/λ=1.00,λ=0.78μmのときの回折効率と側壁
傾斜率αの関係のN(=N=N1=N2)による変化を
示すグラフ、 第7図は、第1図に示す台形波状屈折率変調型相格子に
おいて、l=l,l1=l2,N0=1.00,N=1.50,d/D=
0.40,D/λ=1.00,λ=0.78μmのときの回折効率と側壁
傾斜率αの関係のN(=N=N1=N2)による変化を
示すグラフ、 第8図は、第1図に示す台形波状屈折率変調型相格子に
おいて、l=l,l1=l2,N0=1.00,N=1.50,d/D=
0.50,D/λ=1.00,λ=0.78μmのときの回折効率と側壁
傾斜率αの関係のN(=N=N1=N2)による変化を
示すグラフである。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】周期的に厚さが変化している凹凸構造をも
    つ薄膜層の凸部および凹部からなる格子要素の各々を屈
    折率の異なる材料で構成し、かつ格子要素の凸部を形成
    する側壁が傾斜していることを特徴とする位相格子。
  2. 【請求項2】格子要素の凸部を形成する材料の屈折率が
    凹部を形成する材料の屈折率よりも高いことを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項記載の位相格子。
JP3870387A 1987-02-21 1987-02-21 位相格子 Expired - Fee Related JPH0750206B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3870387A JPH0750206B2 (ja) 1987-02-21 1987-02-21 位相格子

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3870387A JPH0750206B2 (ja) 1987-02-21 1987-02-21 位相格子

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS63205605A JPS63205605A (ja) 1988-08-25
JPH0750206B2 true JPH0750206B2 (ja) 1995-05-31

Family

ID=12532672

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP3870387A Expired - Fee Related JPH0750206B2 (ja) 1987-02-21 1987-02-21 位相格子

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0750206B2 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5283690A (en) * 1989-04-04 1994-02-01 Sharp Kabushiki Kaisha Optical diffraction grating element
CN102317818A (zh) * 2009-02-20 2012-01-11 凸版印刷株式会社 相位型衍射元件、其制造方法、及摄像装置
JP6644310B2 (ja) * 2015-10-13 2020-02-12 林テレンプ株式会社 光学的異方性素子、液晶配向膜、およびこれらに使用される液晶高分子膜ならびにその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JPS63205605A (ja) 1988-08-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI231495B (en) Wavelength selective diffraction element and optical head device
KR100283502B1 (ko) 광 헤드장치
JP3407477B2 (ja) 位相格子とその作製方法並びに光学式エンコーダ
JPH0814643B2 (ja) 形態屈折率双変調型位相格子の作製方法
US20060033913A1 (en) Diffraction element and optical head device
JP5146317B2 (ja) 回折素子およびこれを備えた光ヘッド装置
US5175647A (en) Optical device
JPH0750206B2 (ja) 位相格子
JP2002350625A (ja) 波長選択性回折素子および光ヘッド装置
JP4218240B2 (ja) 光ヘッド装置
US5130857A (en) Method of making an optical device
US4759607A (en) Phase gratings of a combination pattern-refraction modification type
JPS59137908A (ja) 複合グレ−テイングレンズ
JP2958654B2 (ja) 光学式エンコーダの目盛ディスク
JPS63222340A (ja) 光ピツクアツプ
JP2007293938A (ja) 回折格子とその製造方法、及び光ピックアップ装置
JP2007323762A (ja) 回折格子とその製造方法、及び光ピックアップ装置
JPS63222341A (ja) 光ピツクアツプ
JP4591602B2 (ja) 波長選択性回折素子および光ヘッド装置
JPH0792526B2 (ja) グレーティングレンズ
JPH07104444B2 (ja) 回折格子の作製方法及びそれに用いる露光装置
JPH0764024A (ja) 集積型光学装置及びその製造方法
JP2000241616A (ja) 回折格子およびその製造方法並びに光ピックアップ
JP5082792B2 (ja) 光ヘッド装置
JPH1131332A (ja) 光ヘッド装置

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees