JPH08220317A - 回折格子および光導体の製造方法 - Google Patents
回折格子および光導体の製造方法Info
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Abstract
離格子を製造する安価で大量生産に適した方法を提供す
る。 【解決手段】 基板上の高屈折率の誘電皮膜に光を結合
及び解離するための回折格子構造を製造する方法におい
て、高屈折率の誘電皮膜及び/又は基板に、同時空間的
に周期的に強度変調した紫外レーザー光を照射し、しか
も強度変調の周期を所望の格子周期に対応して選択す
る。好ましくは、前記強度変調を少なくとも互いに干渉
する2つの紫外レーザー光か、好ましくはマスク構造に
よって行い、前記紫外レーザー光を1つ以上のエキシマ
ーレーザーによって形成し、紫外レーザー光を所定時間
内に、好ましくは1μs以下パルス時間で1回以上発振
し、高屈折率の皮膜及び/又は少なくとも基板の表面区
域の屈折率をレーザー光によって空間的に変調する。
Description
膜に回折格子構造を製造する方法、及び得られる回折構
造を有する光導体に関する。
ガラス繊維と類似に平面基板上の皮膜2内でも伝送され
る。この場合前提となるのは、皮膜の屈折率は基板1の
屈折率及び周囲3の屈折率よりも高く、系全体1、2、
3の光学的損失が十分に低いことである。
率の誘電体皮膜は、膜厚と基板1、皮膜2及び周囲3の
屈折率を適当に選択すれば、周囲に減衰する強度の大き
いエバネッセント領域4を持つ。ここで、エバネッセン
ト領域4とは、伝送されたモードの領域の、周囲媒質中
を通る部分を言う。高屈折率の皮膜のエバネッセント領
域は、物理学的、化学的分析で多用されている。この場
合、周囲媒質3は、原則として被分析物であるか、ある
いは被分析物を含んでいる。
ス繊維や平面導波路では、周囲に減衰するエバネッセン
ト強度は非常に小さい。伝送された波長を励起するため
に、光、好ましくはレーザー光11を皮膜に結合及び/
又は解離しなければならない。文献(P.K.Tie
n、Appl.Optics、Vol.10、Nov.
1971、2395−2413ページ)により、光を導
波皮膜に結合する方法として、プリズムによる結合、端
面を通した結合及び結合格子6を用いた結合の3通りが
知られている。このうち、大量分析に応用するには結合
格子を用いた結合が最も好適と思われる。なぜならばこ
の場合、繁雑な機械的調整を省略できるからである。結
合格子(Koppelgitter)の作用は、入射光の一部を回折に
よって高屈折率の皮膜に結合することである。結合格子
の正確な作用方式は、例えばT.Tamir、S.T.
Peng、Appl.Phys.14、235−254
ページ(1977)に記載されている。
率が基板の屈折率より10%以上大きい皮膜を言う。一
般に用いられる屈折率NSubstrat≒1.5の基板に対
し、皮膜の屈折率はN>1.65、特にN>1.75と
すべきである。材料にはTiO2 、Ta2 O5、HfO
2 、Al2 O3 、Nb2 O5 、Y2 O3 、ZrO2 など
の酸化物を用いる。Al、Si及びHfの窒化物及びそ
れらのオキシ窒化物も用いられる。例えば、TiO2 と
SiO2 との混合物も、屈折率を混合比に応じて調整す
る可能性によって用いられる。高屈折率の誘電体皮膜の
材料に、それ自体低屈折率の物質、例えばSiO2 を添
加する場合は、必ず上記の皮膜が「高屈折率」であり続
ける範囲で行う。
る個別の皮膜だけでなく、上記の高屈折率の皮膜を少な
くとも1つ含んだ複数の皮膜からなる系を用いることも
できる。例えば特に、基板と高屈折率の皮膜の間及び/
又は周囲と高屈折率の皮膜の間に、SiO2 からなる薄
い中間皮膜を導入することが、例えばPCT第92/1
9976号公開明細書などに従い可能である。
損失<50dB/cm、特に<10dB/cmで励起で
きる皮膜を言う。基板材料として、例えばケイ素、種々
のガラス、セラミック材料又はプラスチック、例えばポ
リカーボネート、PMMA、ポリスチロールなどが用い
られる。結合格子に必要であるような空間的周期は、使
用する光の波長と同程度であり、特に可視光に対しては
300nmと1000nmの間であり、赤外領域に対し
ては対応して大きい(T.Tamir、上掲箇所参
照)。
用する公知の光学配置構成が示されている。図2aに
は、導波皮膜2を付着させた平面基板1が示されてい
る。皮膜2には、表面レリーフがエッチングされてい
る。図2bに示すような、構造を付与された基板に導波
皮膜2を設けた構造も、やはり結合格子として作用す
る。
0226604号公開明細書に従う、工業的仕様を示し
ている。図2aに示す配置構成は、最初に基板1に被覆
する。それから、例えば写真平版法、次いでエッチング
により、高屈折率の皮膜2の膜厚を変化させる。そうす
ることによって、「導波路内格子」(GIW)が生じ
る。格子の空間的周期Λは750nm、格子深さdは約
10nmである。膜厚は、屈折率NSubstrat=1.53
15のC7059からなる基板に付着させた屈折率N=
2.2のTa2 O5で155nmである。
に構造を付与し(基板内格子、GIW)、その後で被覆
する。格子深さは5〜10nmである。格子結合器を有
する統合光学センサーの応用例は、次のとおりである。 ・格子結合器を有するセンサー(欧州特許第02266
04号明細書) ・基板に被覆しホログラフィック格子を用いたセンサー
(PCT第93/01487号公開明細書、欧州特許出
願第0482377号公開明細書) ・レーザー光をマッハ・ツェンダー干渉計に結合/解離
する目的の位相感受性センサー(欧州特許出願第048
7992号公開明細書) ・導波路内を通る絶対的強度を測定するためにモード強
度、例えば吸収に比例して信号を発生するセンサーにレ
ーザー光を結合/解離する目的 ・結合格子を一般的な回折構造に拡張して可能なセンサ
ー原理を統合する目的(R.E. Kunz、Pro
c.SPIE,Vol.1587(1992)、PCT
第92/19976号公開明細書) 図3aに断面図、図3bに斜視図で図式的に示したよう
に、これらの例では、結合格子6か、解離格子7か、伝
送されたモードが通過する面8のいずれかが、センサー
面として作用できる。PCT第93/01487号公開
明細書に従い、ホログラフィック格子もセンサー面とし
て作用できる。
有するマッハ・ツェンダー干渉計の例を示す。このよう
な統合光学センサーの製造プロセスは、次の2つのサブ
グループに分けることができる。 1.特定の屈折率と特定の膜厚を有する被覆 2.結合格子の製造 被覆には、比較的安価な解決法、例えばPVD法(蒸
着、スパッタリングなど)、CVD法、PECVD法、
イオンメッキ法又はゾル・ゲル法を用いることができ
る。コストの最大部分は、結合格子を製造する間に発生
する。これについて以下の方法が知られている。
技法により図2a、2b、3及び4に従う表面レリーフ
構造を作製する。このために、場合によって被覆された
基板にラッカーを塗布してから露光し、現像した後にエ
ッチングする。最後の工程で、フォトラッカーを再び取
り除く。この技法は、操作及びそれに必要な機器(洗
浄、ラッカー遠心分離機、露光装置、エッチング装置な
ど)が多いので高価である。
構造の複製 R.Kunz、Proc.SPIE、Vol.l587
(1992)では、プラスチックからなる結合格子を製
造してから被覆することが提案されている。この方法の
長所は、プラスチック基板にとって安価な複製技術、例
えばエンボッシング、射出成型又は注型を利用できると
いう長所がある。
は、次のような短所もある。基板の機械的性質は、ガラ
スの機械的性質ほど正確に知られておらず、ガラスの機
械的性質ほど安定ではなく、高屈折率の皮膜の機械的性
質とは非常に異なっている。プラスチックの熱膨張率
は、ほとんどの高屈折率の誘電体の熱膨張率よりほぼ1
等級大きい。
短所がある。エンボッシングには製造が高価なラムを用
いる。その上、これらの構造付与法は表面粗さを引き起
こして、導波性質に不利な影響を与えることがある。ま
た、プラスチック内のサブ・マイクロメーター構造の再
現性も明らかになっていない。 3)プラスチックにおける表面レリーフ構造の除去(A
blation) さらに、紫外レーザー除去によるポリマーにおける表面
レリーフ構造の製造が知られている(EXITEC社カ
タログ、ハンボロー・パーク、ロング・ハンボロー、O
X8 8LH、イギリス)。
深さは約100nmであり、したがって結合格子として
用いるの必要なものより1桁深い。図2cに基板1内の
種々の屈折率の区域9及び9aで示すように屈折率を変
調するために、感光性基板材料を紫外光で空間的に変調
して露光することも知られている。この目的のために、
特殊な感光性ガラス及びポリマーが知られている(フォ
トラッカー)。
る。ガラス繊維については、ガラス繊維の光学的性質が
紫外レーザー光の照射によって変化することが、文献か
ら知られている(A.M.Glass、Physics
Today、1993年10月、34〜38ページ、
K.O.Hillet al.、Appl.Phys.
Lett.32(1978年5月10、15日、647
ページ))。この場合、変化は概ね、Geをドープした
繊維のSiO2 核の屈折率(Δn≒10-2)が示す時間
的に安定した変化である。繊維に干渉性エキシマーレー
ザー光を適当に照射することによって、直接ガラス繊維
の核に位相格子を作ることができる。1つ以上の位相格
子を用いて、反射器、共鳴器、格子結合器、マルチプレ
クサーなど一連の部材を作ることができる。
550nmで駆動され、そのように設計されている。屈
折率の変化はGeドーピングと関連しており、これなく
してこの方法は機能しない。ガラス繊維の核は、低屈折
率のジャケットに埋め込まれている。このような仕方で
製造された部材は通信技術に応用される。
s”,Bd.63,Nr.13,27. Septem
ber 1993,P1727−1729,XP000
397774,Mizrahi V et al.,
“Ultraviolet laser fabric
ation of ultrastrong opti
cal fiber gratings and of
germania−doped channel w
ave−guides ・Patent Abstracts of Japa
n, Vol.009,no.024(P−331),
1985年1月31日、& JP,A,5916840
3(住友電工社),1984年9月22日 ・欧州特許出願第569182号公開明細書(Amer
ican Telephone & Telegrap
h),1993年11月10日 ・米国特許第5178978号明細書(Zanoni
Raymond etal.),1993年1月12
日」 ・Database WPI,Section Ch,
Week 9305,Derwent Publica
tions Ltd.,London,GB;Clas
s A89,AN 93−040920,& JP−A
−04 366 637(Komatsu Seire
n KK),1992年12月18日 ・”Applied Physics Letter
s”,Bd.59,Nr.16,1991年10月14
日、P1929〜1931,XP 00025740
7, Youden K E et al.,“Epi
taxial growth of BI12GEGE
020 thin−film optical wav
e−guides using excimer la
ser ablation”. 本発明の課題は、高屈折率の誘電体皮膜/皮膜系(つま
りフォトラッカーのような有機皮膜ではなく)に、下記
の特質を持った結合/解離格子を製造する、安価で大量
生産に適した方法を提供することである。
が、好ましくは平面でなければならない。ガラス繊維に
おけるように、高屈折率の導波皮膜のGeドーピングは
必要ない。種々の高屈折率の誘電体皮膜材料は、ドーピ
ングなしでも直接構造を付与できる。
633nmのHeNe光でも作業できるように格子を形
成することが可能でなければならない。この方法は、で
きるだけ基板の材料に依存すべきではない。無機ガラ
ス、セラミック又はプラスチックを使用できなければな
らない。感光性として知られていない基板材料を使用で
きなければならない。
覆するか、又は既に被覆した基板に構造を付与できなけ
ればならない。表面除去によって結合格子を製造する際
に、格子深さは20nm以下、特に10nm以下に選択
できるなければならない。格子面積は自由に、好ましく
は1×1mm2 から8×8mm2 の範囲で選択できなけ
ればならない。
適していなければならない。
屈折率の誘電体皮膜に光を結合/解離するための回折格
子構造を製造する方法において、高屈折率の誘電体皮膜
及び/又は基板に、同時空間的に周期的に強度変調した
紫外レーザー光を照射し、しかも強度変調の周期を所望
の格子周期に対応して選択することを特徴とする方法、
及び1つ以上の高屈折率の誘電体皮膜で被覆した基板を
有し、基板に付けた皮膜が光を伝送し、さらに回折構造
を設けた光導体において、前記回折格子が皮膜の屈折率
の周期的変調によって、及び/又は感光性として知られ
ていない基板の屈折率の周期的変調によって形成されて
いることを特徴とする光導体によって達成される。
変調を少なくとも互いに干渉する2つの紫外レーザー光
か、好ましくはマスク構造によって行い、前記紫外レー
ザー光を1つ以上のエキシマーレーザーによって形成
し、紫外レーザー光を所定時間内に、好ましくは1μs
以下、より好ましくは50ns以下、さらに好ましくは
約20ns以下のパルス時間で1回以上発振し、高屈折
率の皮膜及び/又は少なくとも基板の表面区域の屈折率
をレーザー光によって空間的に変調し、レーザー光の除
去により、高屈折率の少なくとも1つの皮膜の膜厚を変
調するか、又は基板の表面を変調して、それから高屈折
率の皮膜を付着させ、高屈折率の誘電体皮膜の材料の少
なくとも1成分に、TiO2 、Ta2 O5 、HfO2 、
Al2 O3、Nb2 O5 、Y2 O3 、ZrO2 、又はA
l、Si、Hfの窒化物もしくはそれらのオキシ窒化
物、あるいは上記物質の混合物のいずれかを用い、高屈
折率の皮膜の高屈折率の材料に低屈折率の材料、例えば
SiO2 を添加し、高屈折率の皮膜と基板及び/又は高
屈折率の皮膜と周囲の間に、低屈折率の皮膜、好ましく
はSiO2 皮膜を、好ましくは厚さ20nm以下で付着
させ、400nm≦λ≦1200nm、好ましくはλ≦
1000nmの光を結合/解離するために、前記構造を
平面基板において製造し、高屈折率の皮膜の材料に半導
体をドープし、高屈折率の皮膜を微孔状に付着させる
か、好ましくは密に付着させ、基板材料にガラス、セラ
ミック又は少なくとも大部分有機材料を用い、公知の膜
厚の犠牲皮膜を、基板もしくは高屈折率の皮膜より低い
除去限界値で基板又は高屈折率の皮膜に付け、前記犠牲
皮膜を基板もしくは高屈折率の皮膜まで光によって除去
し、格子を可変周期で製造するか、又は湾曲して製造
し、格子面を紫外レーザー光経路内の絞りによって指定
する。
を結合/解離するための回折格子の周期性を波長400
nm〜1200nm、好ましくは1000nmで設計
し、高屈折率の皮膜が、633nmの光に対して屈折率
N≧1.65を有し、高屈折率の皮膜がTiO2 及び/
又はTa2 O5 からなり、高屈折率の皮膜と基板との間
及び/又は高屈折率の皮膜の上に、低屈折率の皮膜、好
ましくはSiO2 皮膜を好ましくは厚さ20nm以下で
付着させ、前記基板がガラス、セラミック又はプラスチ
ックからなる。
に周期的に強度変調した紫外レーザー光、好ましくはエ
キシマーレーザー光により、皮膜内の、及び/又は皮膜
表面の即ち基板表面の複合屈折率、及び/又は膜厚を空
間的に周期的に変える。図2dに従い、本発明の光導体
は、高屈折率の誘電体皮膜及び/又は感光性として知ら
れていない基板の屈折率の周期的変化によって形成され
る回折格子構造を有する。
査する」ことなく同時に加工する面状変調を意味する。
したがって、1つ以上のパルスによる順次加工も、その
意味で同時空間的加工である。図5に従い、紫外光の同
時空間的変調は、図示のように皮膜2で被覆した基板1
の区域10で、又は皮膜2を被覆する前に基板1の表面
で、2つ以上のコヒーレントなレーザー光12a、12
bを用いたホログラフィック露光によって達成される。
鏡14a及び14bもしくは光線部分16に図式的に示
されているような、2つのコヒーレント光の分離と、そ
れに続く重ね合わせは、文献、例えばM.Born、
E.Wolf”Principles of Opti
cs”6th edition、Pergamon P
ress、260ページ以下に詳細に記載されている。
及び/又は皮膜の所望の区域で格子構造を形成するため
に、フレネルの複プリズム18を用いて光線分割と、そ
れに続く重ね合わせが行われる。もう1つの好適な可能
性を図7に示す。ここでは被覆した(図示)及び/又は
被覆しない(図示せず)基板1に、同時空間的に変調し
た紫外光を当てるが、その照射はマスク20を通して行
う。同時に衝突し空間的に変調された紫外光を皮膜及び
/又は基板に照射することによって、皮膜及び/又は基
板で残りの屈折率の空間的変調が達成され、その代替又
は補完として、被覆していない基板1の皮膜及び/又は
表面の材料除去が行われる。上述したように、これは好
都合な仕方である。
光を使用し、他の強力な光源を使用しないので、基板と
皮膜材料の熱負荷は非常に小さく押さえられる。そうす
ることによって、基板の機械的性質及び熱可塑性に対す
る非依存性が実現される。これについては、「Gerh
ardt、Lambda Physik Scienc
e Report,1991年6月」、「M.C.Go
wer et al., Proc.SPIE,Vo
l.1835,1992,132ページ」を参照された
い。
期で格子を製造すること、及び種々の格子を重ね合わせ
ることが可能となる。例えば、第1周期を有する基板表
面区域内の格子と、第2周期を有する格子とを、皮膜内
で、又は皮膜表面で重ね合わせたり、湾曲した格子を重
ね合わせることが可能となる。この場合、構造付与によ
って結合格子を製造する際、図2a及び2bに従う格子
深さdは一般に臨界的である。なぜならば、結合効率は
それに大きく依存しているからである。結合格子に対す
る典型的な格子深さは、10nmより小さい。このこと
により、基板、例えばC7059ガラスとその上に付着
させたTiO2からなる皮膜が異なる除去限界値を有す
る場合は、「犠牲皮膜(Opferschichten)」を用いること
によって正確な調整が可能となる。最初に、犠牲皮膜を
所望の格子深さの厚さで基板に付着させる。このとき、
被覆時の膜厚は非常に正確に、例えば0.5nmの精度
で調整できる。
基板の除去限界値がより高いのでそれ以上深く除去しな
いで、それからこのようにして作られた格子に、図8に
示すように、さらに所望の膜厚で光学的導波体、すなわ
ち、基板1上の除去された犠牲皮膜22と、場合によっ
て、破線で示した皮膜2を被覆できる。これと類似に、
皮膜2の材料が犠牲皮膜22より高い除去限界値を有す
る場合は、図9に示すように、導波皮膜2上に犠牲皮膜
22を付着させることができる。
子深さ5nmの回折格子が生じた。格子構造の断面は三
角形である。
1%より大きく、約2%であった。例2 基板C7059ガラス 被覆 TiO2 、125nm 照射源 エキシマーレーザー248nm 変調技術 図6に従うフレネルの複プリズム 基板におけるエネルギー密度 50mJ/cm2 除去により、格子面積8×8mm2 及び格子周期440
nmの回折格子が、格子深さ1nmで得られた。λ=6
33nmの光に対する回折効率は、例1と同様であっ
た。例3 例2に従う基板C7059の代わりに石英ガラスを使用
して、例2の上記の回折格子が面積8mm2 で作られ
た。この場合、格子は長面側と平行に延びている。
例1、2及び3の比較から、次のことが明らかとなる。 1.皮膜の除去による本発明の回折格子の製造は、使用
する基板にほぼ依存しない(例、1、2:ガラス;例
3:石英、例6以下:プラスチックも参照)。 2.空間的に変調されたレーザー光の衝突面積を限定す
ることにより、好ましくは変調レーザー光の経路に絞り
構成を設けるだけで、かなり大きい、すなわち結合した
レーザー光(Ф通常約0.8mm)の衝突面積よりはる
かに大きい格子面積(例2)が得られる同時に、唯一基
準となる延長方向、すなわち格子縞に対して横断方向で
光線直径の延長にほぼ対応した格子面積を得ることにも
成功する(例3)。格子構造に対して横断方向の延長が
結合すべきレーザー光の延長に概ね対応している格子面
の場合は、結合した光は導波皮膜内で、例えば所定の解
離点まで伝播する。
より周知のように、大きい格子面は、センサー面として
作用できる。この場合、結合すべきレーザー光の機械的
位置決めは非臨界的であり、同じ格子において再び結合
した光の一部が再び解離する。いずれの仕方も、所期の
技術に応じて分析に応用できる。例4 例3と同じ基板、同じ皮膜及び同じ照射源を使用して、
やはりフレネルの複プリズムを用い、基板におけるエネ
ルギー密度を40mJ/cm2 としたら、表面を目に見
えるほど除去することなく、被覆した基板で格子面積8
×8mm2 の回折格子が得られた。
たが、それでも依然として0.1%を上回り、約1%で
あった。この例から分かるように、延長した光線のエネ
ルギー密度が皮膜材料の除去限界値を下回ると(50m
J/cm2 →40mJ/cm2 )、それにもかかわらず
効率的な回折格子が得られる。この場合、石英ガラスも
C7059も、特に感光性として知られていない材料で
ある。
及び/又は特に感光性として知られていない基板もしく
は基板と皮膜の界面における屈折率は、変調光線によっ
て空間的に変調されるということである。例5 基板 石英ガラス 犠牲皮膜 基板上の3nmのTiO2 照射源及び変調技術 例3に同じ この例では犠牲皮膜の除去により、格子深さ3nmの回
折格子をが格子周期440nmで得ることができた。例6 基板 ポリカーボネート 被覆 基板上に最初に10nmのSiO2 、次に10nmのTiO2 照射源 エキシマーレーザー、248nm 変調技術 図6に従う複プリズム TiO2 皮膜の除去により、深さ5nmの回折格子が生
じた。回折効率は、例2と同様であった。
リカーボネート基板上に付着させることができるために
SiO2 中間皮膜を設けた。その他の例 変調レーザー光でTiO2 の除去限界値を下回り、そし
て屈折率変調により例4に従う回折格子が得られた。
カーボネート表面の除去により、格子深さ5nmの格子
構造及び上記の格子周期375nmの格子構造が得ら
れ、その後で初めてSiO2 皮膜、次にTiO2 皮膜を
付着させた。その結果得られた格子の回折効率は、例2
に示すのと同様であった。ポリカーボネート表面の構造
付与は、SiO2 皮膜及びTiO2 皮膜を通して、Ti
O2 皮膜に複製されるのが確認できた。
いうプラスチックで格子深さ5nm及び上記の周期の格
子を製造することが可能になったことは、それ自体驚く
べきである。それ以上に驚くべきは、この極めて微細な
構造付与が、その上に被覆しても前述の意味で模写され
ることである。上掲の例に従うすべての回折格子におい
て、回折格子の回折効率の影響を考慮することなく、導
波皮膜を通してSiO2 皮膜を付着させることができ
た。
造した回折格子においても、例えば化学分析に対して、
その都度信頼されたセンサー表面材料を提供する可能性
が維持されている。好ましくはSiO2 からなる低屈折
率の皮膜を設ける場合、その厚さは20nm以下に選択
することが好ましい。導波皮膜又はその上に付着させた
低屈折率の材料の皮膜、特にSiO2 の皮膜を公知の仕
方で微孔状に、又は好ましくは密に付着させる。こうす
ることにより、分析で知られているように、第1の場合
には好感度の非選択的なセンサーを実現でき、第2の場
合は高選択的で低感度のセンサーを実現できる。これに
ついては、「R.E.Kunz,C.L.Du et
al.,Eurosensors 4,Paper B
6.1;1.−3.10.1990,Karlsruh
e」を参照されたい。
ば20nsの変調レーザー光の短いパルスで十分であっ
た。このことの本質的な長所は、製造工程における機械
的振動など、どのような外乱も、格子を取り付ける工作
物及び変調レーザー光の相対的位置に機械的に影響を与
えることができない点である。もちろん、機械的に十分
安定した光学系では一連の連続パルスも使用できる。
00nm、好ましくは1000nm以下の波長の光を結
合もしくは解離するために、平面基板上に格子を作り、
そして導波皮膜に例えばGeをドープすることが完全に
可能である。変調レーザー光の空間的に可変な周期を実
現したことにより、空間的に可変な周期を有する格子を
問題なく製作できる。さらに、変調レーザー光の変調パ
ターンを計画的に湾曲して設計することにより、本発明
に従う湾曲した格子を、場合によって空間的に可変な格
子周期と結合して製作できる。
に、低屈折率として知られている材料を添加するとき
は、必ず皮膜が所定の高屈折率を維持する範囲で行う。
必要ではないが、紫外区域の感度を増すために皮膜材料
に半導体をドープできる。皮膜材料要素として、次の物
質を用いることが好ましい。TiO2 、Ta2 O 5 、H
fO2 、Al2 O3 、Nb2 O5 、Y2 O3 、Zr
O2 、又はAl、Si、Hfの窒化物もしくはそれらの
オキシ窒化物、あるいは上記物質の混合物。
折格子を有する光導体の構造を図式的に示した断面図で
ある。
公知の回折格子構造を示す図である。図2のdは、本発
明の第1の回折格子構造である。
斜視図である。
ある。
ある。
ある。
ある。
明図である。
Claims (25)
- 【請求項1】 基板上の高屈折率の誘電体皮膜に光を結
合/解離するための回折格子構造を製造する方法におい
て、高屈折率の誘電体皮膜及び/又は基板に、同時空間
的に周期的に強度変調した紫外レーザー光を照射し、し
かも強度変調の周期を所望の格子周期に対応して選択す
ることを特徴とする方法。 - 【請求項2】 前記強度変調を少なくとも互いに干渉す
る2つの紫外レーザー光か、好ましくはマスク構造によ
って行う、請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 前記紫外レーザー光を1つ以上のエキシ
マーレーザーによって得る、請求項1又は2に記載の方
法。 - 【請求項4】 紫外レーザー光を所定時間内に、好まし
くは1μs以下、好ましくは50ns以下、好ましくは
約20ns以下のパルス時間で1回以上発振する、請求
項1〜3のいずれか1項に記載の方法。 - 【請求項5】 高屈折率の皮膜及び/又は少なくとも基
板の表面区域の屈折率をレーザー光によって空間的に変
調する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。 - 【請求項6】 レーザー光の除去により、高屈折率の少
なくとも1つの皮膜の膜厚を変調するか、又は基板の表
面を変調して、それから高屈折率の皮膜を付着させる、
請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。 - 【請求項7】 高屈折率の誘電体皮膜の材料の少なくと
も1成分に、TiO 2 、Ta2 O5 、HfO2 、Al2
O3 、Nb2 O5 、Y2 O3 、ZrO2 、又はAl、S
i、Hfの窒化物もしくはそれらのオキシ窒化物、ある
いは上記物質の混合物のいずれかを用いる、請求項1〜
6のいずれか1項に記載の方法。 - 【請求項8】 高屈折率の皮膜の高屈折率の材料に低屈
折率の材料、例えばSiO2 を添加する、請求項1〜7
のいずれか1項に記載の方法。 - 【請求項9】 高屈折率の皮膜と基板及び/又は高屈折
率の皮膜と周囲の間に、低屈折率の皮膜、好ましくはS
iO2 皮膜を、好ましくは厚さ20nm以下で付着させ
る、請求項1〜8のいずれか1項に記載の方法。 - 【請求項10】 400nm≦λ≦1200nm、好ま
しくはλ≦1000nmの光を結合/解離するために、
前記構造を平面基板において製造する、請求項1〜9の
いずれか1項に記載の方法。 - 【請求項11】 高屈折率の皮膜の材料に半導体をドー
プした、請求項1〜10のいずれか1項に記載の方法。 - 【請求項12】 高屈折率の皮膜を微孔状に付着させる
か、好ましくは密に付着させる、請求項1〜11のいず
れか1項に記載の方法。 - 【請求項13】 基板材料にガラス、セラミック又は少
なくとも大部分有機材料を用いる、請求項1〜12のい
ずれか1項に記載の方法。 - 【請求項14】 公知の膜厚の犠牲皮膜を、基板もしく
は高屈折率の皮膜より低い除去限界値で基板又は高屈折
率の皮膜に付け、前記犠牲皮膜を基板もしくは高屈折率
の皮膜まで光によって除去する請求項1〜13のいずれ
か1項に記載の方法。 - 【請求項15】 格子を可変周期で製造するか、又は湾
曲して製造する、請求項1〜14のいずれか1項に記載
の方法。 - 【請求項16】 格子面を紫外レーザー光経路内の絞り
によって指定する、請求項1〜15のいずれか1項に記
載の方法。 - 【請求項17】 1つ以上の高屈折率の誘電体皮膜で被
覆した基板を有し、基板に付けた皮膜が光を伝送し、さ
らに回折構造を設けた光導体において、前記回折格子が
皮膜の屈折率の周期的変調によって、及び/又は感光性
として知られていない基板の屈折率の周期的変調によっ
て形成されていることを特徴とする光導体。 - 【請求項18】 光を結合/解離するための回折格子の
周期性を波長400nm〜1200nm、好ましくは1
000nmで設計する請求項17に記載の光導体。 - 【請求項19】 高屈折率の皮膜が、633nmの光に
対して屈折率N≧1.65を有する、請求項17又は1
8に記載の光導体。 - 【請求項20】 高屈折率の皮膜がTiO2 及び/又は
Ta2 O5 からなる、請求項17〜19のいずれか1項
に記載の光導体。 - 【請求項21】 高屈折率の皮膜と基板との間及び/又
は高屈折率の皮膜の上に、低屈折率の皮膜、好ましくは
SiO2 皮膜を好ましくは厚さ20nm以下で付着させ
た、請求項17〜20のいずれか1項に記載の光導体。 - 【請求項22】 前記基板がガラス、セラミック又はプ
ラスチックからなる、請求項17〜21のいずれか1項
に記載の光導体。 - 【請求項23】 請求項1〜16のいずれか1項に記載
の方法をホログラフィック格子の製造に適用したホログ
ラフィック格子の製造方法。 - 【請求項24】 請求項17〜22のいずれか1項に記
載の光導体を、好ましくは関連したエバネッセント領域
を有するセンサーとして、特に化学分析に応用。 - 【請求項25】 請求項1〜16のいずれか1項に記載
の格子製造法を用い、関連したエバネッセント領域を有
する光導体を製造する方法。
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