JPH1059746A - 光学素子の製造方法 - Google Patents
光学素子の製造方法Info
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- JPH1059746A JPH1059746A JP21339296A JP21339296A JPH1059746A JP H1059746 A JPH1059746 A JP H1059746A JP 21339296 A JP21339296 A JP 21339296A JP 21339296 A JP21339296 A JP 21339296A JP H1059746 A JPH1059746 A JP H1059746A
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- Japan
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- optical element
- laser
- dielectric
- dielectric multilayer
- multilayer film
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 誘電体多層膜からなる回折格子等の光学素子
を、簡便且つ周期の再現性よく製造する方法を提供す
る。 【解決手段】 レーザ光を誘電体多層膜に照射すると、
レーザ光のエネルギーが誘電体多層膜に吸収され、溶融
・蒸発若しくはアブレーションを起こさせる閾値を超え
た箇所において、レーザ光の強度に応じて誘電体多層膜
が除去され、多数の誘電体凸部が１方向に沿って周期的
に配列された回折格子が形成される。
を、簡便且つ周期の再現性よく製造する方法を提供す
る。 【解決手段】 レーザ光を誘電体多層膜に照射すると、
レーザ光のエネルギーが誘電体多層膜に吸収され、溶融
・蒸発若しくはアブレーションを起こさせる閾値を超え
た箇所において、レーザ光の強度に応じて誘電体多層膜
が除去され、多数の誘電体凸部が１方向に沿って周期的
に配列された回折格子が形成される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光通信や光計測の分
野において、偏光ビームスプリッタやカップリンググレ
ーティング等として使用される回折格子やホログラムと
して用いられる回折型の光学素子、或いは複屈折素子や
光散乱体等として使用されるフォトニッククリスタル等
の光学素子の製造方法に関する。
野において、偏光ビームスプリッタやカップリンググレ
ーティング等として使用される回折格子やホログラムと
して用いられる回折型の光学素子、或いは複屈折素子や
光散乱体等として使用されるフォトニッククリスタル等
の光学素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】図８（ａ）に示すような、誘電体多層膜
に１方向に周期的な凹凸を形成した回折格子が、偏光ビ
ームスプリッタとして優れた特性を有することが知られ
ている。（Rong-Chungら、OPTICS LETTERS Vol.21, No.
10, p761, 1996年） また、図８（ｂ）に示すような、誘電体多層膜に２方向
に周期的な凹凸を形成した回折格子が、３次元のフォト
ニッククリスタルとして提案されている。（E.Yablonov
itch, Journal of Optical Society of America B Vol.
10, No.2, p283, 1993年）
に１方向に周期的な凹凸を形成した回折格子が、偏光ビ
ームスプリッタとして優れた特性を有することが知られ
ている。（Rong-Chungら、OPTICS LETTERS Vol.21, No.
10, p761, 1996年） また、図８（ｂ）に示すような、誘電体多層膜に２方向
に周期的な凹凸を形成した回折格子が、３次元のフォト
ニッククリスタルとして提案されている。（E.Yablonov
itch, Journal of Optical Society of America B Vol.
10, No.2, p283, 1993年）
【０００３】誘電体多層膜自体は、ミラーなどとして現
在様々な分野で使用されており、製造方法としては、電
子ビーム蒸着法や加熱蒸発法あるいはスパッタ法などの
技術が既に確立されている。
在様々な分野で使用されており、製造方法としては、電
子ビーム蒸着法や加熱蒸発法あるいはスパッタ法などの
技術が既に確立されている。
【０００４】また、誘電体多層に周期的な凹凸を形成す
る技術も、超ＬＳＩなどのパターニング技術と類似な技
術であることから、このパターニング技術を誘電体多層
膜に適用することで誘電体多層膜に周期的な凹凸を形成
した回折格子を製造できる。具体的なパターニング技術
としては、フッ酸等のエッチャントを用いたウェットエ
ッチング（化学エッチング）、或いはリアクティブイオ
ンエッチング等のドライエッチング（物理エッチング）
が考えられる。
る技術も、超ＬＳＩなどのパターニング技術と類似な技
術であることから、このパターニング技術を誘電体多層
膜に適用することで誘電体多層膜に周期的な凹凸を形成
した回折格子を製造できる。具体的なパターニング技術
としては、フッ酸等のエッチャントを用いたウェットエ
ッチング（化学エッチング）、或いはリアクティブイオ
ンエッチング等のドライエッチング（物理エッチング）
が考えられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記の成膜法とエッチ
ング法を適用することで、回折格子等を製造できるが、
ウェットエッチングにあっては、エッチャントの管理と
処理の問題があり、ドライエッチングにあっては真空容
器等の設備が必要になり装置自体が大掛かりとなり、更
に複雑なフォトリソグラフィー技術、具体的にはレジス
ト塗布、乾燥、露光、ベーキング、現像等によってパタ
ーンマスクを形成しなければならず効率的でない。
ング法を適用することで、回折格子等を製造できるが、
ウェットエッチングにあっては、エッチャントの管理と
処理の問題があり、ドライエッチングにあっては真空容
器等の設備が必要になり装置自体が大掛かりとなり、更
に複雑なフォトリソグラフィー技術、具体的にはレジス
ト塗布、乾燥、露光、ベーキング、現像等によってパタ
ーンマスクを形成しなければならず効率的でない。
【０００６】更に、２種以上の層が積層された誘電体多
層膜をエッチングする場合には、各層のエッチングレー
トに差があるので、きれいな断面形状を得にくい。
層膜をエッチングする場合には、各層のエッチングレー
トに差があるので、きれいな断面形状を得にくい。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明に係る光学素子の製造方法は、ガラス基板等の基
材表面に誘電率の異なる２種以上の層からなる誘電体多
層膜を形成し、この誘電体多層膜に対し強度分布を有す
るレーザ光を照射し、誘電体多層膜にレーザ光のエネル
ギーを吸収させることで溶融・蒸発若しくはアブレーシ
ョンを起こさせて誘電体多層膜の一部をレーザ光の強度
に応じて除去することで、光の波長程度の格子定数をも
つ誘電体凸部を周期的に配列して基材表面に残すように
した。
本発明に係る光学素子の製造方法は、ガラス基板等の基
材表面に誘電率の異なる２種以上の層からなる誘電体多
層膜を形成し、この誘電体多層膜に対し強度分布を有す
るレーザ光を照射し、誘電体多層膜にレーザ光のエネル
ギーを吸収させることで溶融・蒸発若しくはアブレーシ
ョンを起こさせて誘電体多層膜の一部をレーザ光の強度
に応じて除去することで、光の波長程度の格子定数をも
つ誘電体凸部を周期的に配列して基材表面に残すように
した。
【０００８】ここで、前記誘電体多層膜を構成する材料
としては、レーザ光に対して溶融・蒸発若しくはアブレ
ーションを起こす閾値が基材よりも低く且つ膜の付着力
が大きな材料が好ましく、具体的には、酸化珪素、酸化
チタン、酸化セリウム、酸化ゲルマニウム、フッ化マグ
ネシウム、フッ化カルシウム、酸化タンタル等が適当で
ある。また誘電体多層膜を構成する各膜の形態は、ガラ
ス（非晶質）、単結晶あるいは多結晶のいずれでもよ
い。
としては、レーザ光に対して溶融・蒸発若しくはアブレ
ーションを起こす閾値が基材よりも低く且つ膜の付着力
が大きな材料が好ましく、具体的には、酸化珪素、酸化
チタン、酸化セリウム、酸化ゲルマニウム、フッ化マグ
ネシウム、フッ化カルシウム、酸化タンタル等が適当で
ある。また誘電体多層膜を構成する各膜の形態は、ガラ
ス（非晶質）、単結晶あるいは多結晶のいずれでもよ
い。
【０００９】また、前記レーザ光は例えば１方向に周期
的な強度分布を有するものとする。この１方向に周期的
な強度分布を有するレーザ光は、フェイズマスク若しく
は２本のレーザ光を干渉させることによって得ることが
できる。また、前記レーザ光は例えば２方向に周期的な
強度分布を有するものとする。この２方向に周期的な強
度分布を有するレーザ光は、３本以上のレーザ光を干渉
させることによって得ることができる。
的な強度分布を有するものとする。この１方向に周期的
な強度分布を有するレーザ光は、フェイズマスク若しく
は２本のレーザ光を干渉させることによって得ることが
できる。また、前記レーザ光は例えば２方向に周期的な
強度分布を有するものとする。この２方向に周期的な強
度分布を有するレーザ光は、３本以上のレーザ光を干渉
させることによって得ることができる。
【００１０】レーザ光としては、ＫrＦなどのエキシマ
レーザあるいはＮd−ＹＡＧレーザ、Ｔi：Ａl2Ｏ3レー
ザおよびその高調波、色素レーザなどを使用し、好まし
くは、加工しようとする誘電体多層膜の反射率が低い領
域のレーザ光を使用する。
レーザあるいはＮd−ＹＡＧレーザ、Ｔi：Ａl2Ｏ3レー
ザおよびその高調波、色素レーザなどを使用し、好まし
くは、加工しようとする誘電体多層膜の反射率が低い領
域のレーザ光を使用する。
【００１１】
（実施例１）先ず、基材表面に誘電体多層膜を形成する
手順について説明する。基材としては、ホウ珪酸系ガラ
ス基板（ＢＫ７ガラス基板）を使用し、成膜前に基板の
アルコール洗浄を行い、この基材を、蒸着装置内で３０
０℃に加熱し、図１に示すようなＳiＯ2とＴiＯ2とが交
互に９層積層した誘電体多層膜を形成した。
手順について説明する。基材としては、ホウ珪酸系ガラ
ス基板（ＢＫ７ガラス基板）を使用し、成膜前に基板の
アルコール洗浄を行い、この基材を、蒸着装置内で３０
０℃に加熱し、図１に示すようなＳiＯ2とＴiＯ2とが交
互に９層積層した誘電体多層膜を形成した。
【００１２】ＳiＯ2の原料としては、直径２インチのＳ
iＯ2ディスクを使用し、ＳiＯ2の一層あたりの厚さは約
１０４ｎｍとした。また、ＴiＯ2の原料としては、Ｔi2
Ｏ3の顆粒を使用し、これを酸素雰囲気下で蒸発させ成
膜した。ＴiＯ2の一層あたりの厚さは約５０ｎｍとし
た。
iＯ2ディスクを使用し、ＳiＯ2の一層あたりの厚さは約
１０４ｎｍとした。また、ＴiＯ2の原料としては、Ｔi2
Ｏ3の顆粒を使用し、これを酸素雰囲気下で蒸発させ成
膜した。ＴiＯ2の一層あたりの厚さは約５０ｎｍとし
た。
【００１３】上記によって作製した誘電体多層膜は、い
わゆる誘電体多層膜ミラーと同じ構成であり、約６００
ｎｍあたりに反射率のピークを持つミラーとなる。分光
スペクトルを測定した結果、３００〜４００ｎｍの波長
の光に対しては、反射率がそれほど大きくなく、レーザ
光が十分膜を透過することができることがわかったの
で、この範囲の波長をもつレーザ光を使用することとし
た。
わゆる誘電体多層膜ミラーと同じ構成であり、約６００
ｎｍあたりに反射率のピークを持つミラーとなる。分光
スペクトルを測定した結果、３００〜４００ｎｍの波長
の光に対しては、反射率がそれほど大きくなく、レーザ
光が十分膜を透過することができることがわかったの
で、この範囲の波長をもつレーザ光を使用することとし
た。
【００１４】具体的には、Ｎd：ＹＡＧレーザの第三高
調波（３５５ｎｍ）を使用した。尚、レーザ光のエネル
ギーは、レーザ光源から出た時点で、３５０ｍＪ／ｐｕ
ｌｓｅ、パルス幅は５ｎｓｅｃ、繰り返し周波数は５Ｈ
ｚとした。また、ビーム直径は約７ｍｍであった。
調波（３５５ｎｍ）を使用した。尚、レーザ光のエネル
ギーは、レーザ光源から出た時点で、３５０ｍＪ／ｐｕ
ｌｓｅ、パルス幅は５ｎｓｅｃ、繰り返し周波数は５Ｈ
ｚとした。また、ビーム直径は約７ｍｍであった。
【００１５】このレーザ光を図２に示すように、ビーム
スプリッターで２本に分け、それぞれ異なる光路を通っ
て基材上で再び重ね合うように調整する。明瞭な干渉縞
を基材上に形成するためには、２本のビームの光路長が
ほとんど等しいこと、ならびにそれぞれのビームのエネ
ルギーがほぼ等しいことが必要である。
スプリッターで２本に分け、それぞれ異なる光路を通っ
て基材上で再び重ね合うように調整する。明瞭な干渉縞
を基材上に形成するためには、２本のビームの光路長が
ほとんど等しいこと、ならびにそれぞれのビームのエネ
ルギーがほぼ等しいことが必要である。
【００１６】本実施例の場合、２本のビームの光路長の
差は、２ｃｍ以下であり、これは、レーザ光のパルスの
空間的な長さ、１５０ｃｍに比べて十分に小さく、明瞭
な干渉縞を形成することができた。また、本実施例の場
合、２本のビームのエネルギーは、それぞれの光路のミ
ラー損失の違いなどから、１：２程度の比となったが、
この程度のエネルギーの違いがあっても干渉縞の明瞭さ
は失われない。なお、エネルギー密度を増大させるた
め、レーザ光を焦点距離２００ｍｍのレンズで絞り込ん
で基材上でのビームサイズが約２ｍｍになるようにし
た。
差は、２ｃｍ以下であり、これは、レーザ光のパルスの
空間的な長さ、１５０ｃｍに比べて十分に小さく、明瞭
な干渉縞を形成することができた。また、本実施例の場
合、２本のビームのエネルギーは、それぞれの光路のミ
ラー損失の違いなどから、１：２程度の比となったが、
この程度のエネルギーの違いがあっても干渉縞の明瞭さ
は失われない。なお、エネルギー密度を増大させるた
め、レーザ光を焦点距離２００ｍｍのレンズで絞り込ん
で基材上でのビームサイズが約２ｍｍになるようにし
た。
【００１７】また、本実施例は、大気中でレーザ照射を
行ったので、レンズ焦点位置に空気放電が発生する。こ
の放電の影響を除去するために、ガラス基材の位置は、
レンズの焦点位置よりもレンズよりになるように調整し
た。したがって、図２では、レンズ前の２本のビームを
平行に描いてあるが、実際はわずかに角度をもたせてレ
ンズに入射させている。
行ったので、レンズ焦点位置に空気放電が発生する。こ
の放電の影響を除去するために、ガラス基材の位置は、
レンズの焦点位置よりもレンズよりになるように調整し
た。したがって、図２では、レンズ前の２本のビームを
平行に描いてあるが、実際はわずかに角度をもたせてレ
ンズに入射させている。
【００１８】このように、光学系を調整した後、先に作
製した誘電体多層膜をレーザ光の干渉縞が形成された位
置にセットし、数パルスレーザ光を照射すると、図３
（ａ），（ｂ）及び図４に示すように、レーザ光のエネ
ルギーが誘電体多層膜に吸収され、溶融・蒸発若しくは
アブレーションを起こさせる閾値を超えた箇所におい
て、レーザ光の強度に応じて誘電体多層膜が除去され、
多数の誘電体凸部が１方向に沿って周期的に配列された
回折格子が形成された。ここで、図３（ａ）はレーザ光
照射によって形成された誘電体凸部の光学顕微鏡写真
（１０００倍）、（ｂ）は同写真に基づいて作成した
図、図４は同誘電体多層膜表面の拡大斜視図である。
製した誘電体多層膜をレーザ光の干渉縞が形成された位
置にセットし、数パルスレーザ光を照射すると、図３
（ａ），（ｂ）及び図４に示すように、レーザ光のエネ
ルギーが誘電体多層膜に吸収され、溶融・蒸発若しくは
アブレーションを起こさせる閾値を超えた箇所におい
て、レーザ光の強度に応じて誘電体多層膜が除去され、
多数の誘電体凸部が１方向に沿って周期的に配列された
回折格子が形成された。ここで、図３（ａ）はレーザ光
照射によって形成された誘電体凸部の光学顕微鏡写真
（１０００倍）、（ｂ）は同写真に基づいて作成した
図、図４は同誘電体多層膜表面の拡大斜視図である。
【００１９】ここで、注意しておく必要があるのは、本
実施例の場合、誘電体多層膜を構成する層のうち、Ｓi
Ｏ2層は３５５ｎｍのレーザ光に対して吸収係数が低
く、ＴiＯ2に比べて蒸発しにくいということである。に
もかかわらず、本実施例では、ＳiＯ2もＴiＯ2とともに
蒸発しているのは、上下のＴiＯ2層が蒸発する際にＳi
Ｏ2も加熱され一緒に蒸発しているためである。
実施例の場合、誘電体多層膜を構成する層のうち、Ｓi
Ｏ2層は３５５ｎｍのレーザ光に対して吸収係数が低
く、ＴiＯ2に比べて蒸発しにくいということである。に
もかかわらず、本実施例では、ＳiＯ2もＴiＯ2とともに
蒸発しているのは、上下のＴiＯ2層が蒸発する際にＳi
Ｏ2も加熱され一緒に蒸発しているためである。
【００２０】このように、誘電体多層膜の各層のレーザ
光に対する溶融・蒸発若しくはアブレーションを起こす
閾値が異なる場合でも、本発明の回折格子の製造方法は
実施できるが、このような条件下では、膜の損傷を低減
するために、膜の付着力が強いことが必要である。この
条件を満たす膜構成として、ＳiＯ2やＴiＯ2の他に、酸
化セリウム、酸化ゲルマニウム、フッ化マグネシウム、
フッ化カルシウム、酸化タンタルが考えられる。また、
同じ膜構成であっても、たとえばイオンアシスト電子ビ
ーム蒸着のように、製造方法によって膜の付着力を向上
させることもできる。
光に対する溶融・蒸発若しくはアブレーションを起こす
閾値が異なる場合でも、本発明の回折格子の製造方法は
実施できるが、このような条件下では、膜の損傷を低減
するために、膜の付着力が強いことが必要である。この
条件を満たす膜構成として、ＳiＯ2やＴiＯ2の他に、酸
化セリウム、酸化ゲルマニウム、フッ化マグネシウム、
フッ化カルシウム、酸化タンタルが考えられる。また、
同じ膜構成であっても、たとえばイオンアシスト電子ビ
ーム蒸着のように、製造方法によって膜の付着力を向上
させることもできる。
【００２１】尚、上記実施例では２本のレーザ光による
干渉縞を使用したが、これに限ることなく、３本あるい
はそれ以上のレーザ光の干渉縞も、本発明の回折格子の
製造方法に使用できる。この場合は、作製される回折格
子の形状は図５に示すように直交する２方向に沿って周
期性をもつ回折格子となる。即ち、一種の３次元フォト
ニッククリスタルとなる。
干渉縞を使用したが、これに限ることなく、３本あるい
はそれ以上のレーザ光の干渉縞も、本発明の回折格子の
製造方法に使用できる。この場合は、作製される回折格
子の形状は図５に示すように直交する２方向に沿って周
期性をもつ回折格子となる。即ち、一種の３次元フォト
ニッククリスタルとなる。
【００２２】また、同じようなフォトニッククリスタル
は、図２の光学系を用い基板を９０°回転させ、異なる
方向から２度加工を施すことでも実現できる。
は、図２の光学系を用い基板を９０°回転させ、異なる
方向から２度加工を施すことでも実現できる。
【００２３】（実施例２）実施例１と同じ方法で誘電体
多層膜を形成したホウ珪酸系ガラス基板に対し、図６に
示す装置を用いて回折格子を製造した。ここで、図６は
フェイズマスク用いた本発明方法で回折格子を製造する
装置の概略図、図７（ａ）はフェイズマスクの作用を説
明した図、（ｂ）は同フェイズマスクを介してガラス基
板にレーザ光を照射している状態を示す図、（ｃ）はレ
ーザ加工されたガラス基板を示す図である。
多層膜を形成したホウ珪酸系ガラス基板に対し、図６に
示す装置を用いて回折格子を製造した。ここで、図６は
フェイズマスク用いた本発明方法で回折格子を製造する
装置の概略図、図７（ａ）はフェイズマスクの作用を説
明した図、（ｂ）は同フェイズマスクを介してガラス基
板にレーザ光を照射している状態を示す図、（ｃ）はレ
ーザ加工されたガラス基板を示す図である。
【００２４】具体的には、上記のガラス基板の上に誘電
体多層膜を成膜した面に、スペーサを介して回折格子を
形成したフェイズマスクを備えた基板を配置し、レーザ
光を照射した。
体多層膜を成膜した面に、スペーサを介して回折格子を
形成したフェイズマスクを備えた基板を配置し、レーザ
光を照射した。
【００２５】フェイズマスクにレーザ光が入射すると、
図７（ａ）に示すように、主として＋１次、０次、−１
次を含む複数の回折光が出射し、これらの回折光の干渉
によりフェイズマスクの出射側の極近傍に周期的な光の
強度分布が得られる。ここで、本実施例のフェイズマス
クは回折格子周期：１０５５ｎｍ、回折格子深さ：約２
５０ｎｍ、サイズ：１０ｍｍ×５ｍｍ（ＱＰＳ Techno
logy Inc.製Canada）を使用した。そして、この周期的
な強度分布が形成された領域に、図７（ｂ）に示すよう
に、薄膜を成膜したガラス基板をセットした。その結
果、図７（ｃ）に示すように、当該周期的な光強度に応
じて薄膜が蒸発或いはアブレーションし、光強度の周期
と同一の周期をもつ回折格子がガラス基板上に薄膜を加
工した形で形成された。
図７（ａ）に示すように、主として＋１次、０次、−１
次を含む複数の回折光が出射し、これらの回折光の干渉
によりフェイズマスクの出射側の極近傍に周期的な光の
強度分布が得られる。ここで、本実施例のフェイズマス
クは回折格子周期：１０５５ｎｍ、回折格子深さ：約２
５０ｎｍ、サイズ：１０ｍｍ×５ｍｍ（ＱＰＳ Techno
logy Inc.製Canada）を使用した。そして、この周期的
な強度分布が形成された領域に、図７（ｂ）に示すよう
に、薄膜を成膜したガラス基板をセットした。その結
果、図７（ｃ）に示すように、当該周期的な光強度に応
じて薄膜が蒸発或いはアブレーションし、光強度の周期
と同一の周期をもつ回折格子がガラス基板上に薄膜を加
工した形で形成された。
【００２６】尚、使用したレーザ光は、実施例１と同様
にＮd：ＹＡＧレーザの第３高調波である３５５ｎｍの
光とした。パルス幅は約１０ｎｓｅｃ、繰り返し周波数
は５Ｈzであった。またレーザ光の１パルスあたりのエ
ネルギーは、レーザのＱスイッチのタイミングを変える
ことで調整が可能であり、１１０ｍＪ／ｐｕｌｓｅのエ
ネルギーで、ビーム直径は約５ｍｍであった。加工に適
するように、レーザのエネルギー密度を増大させるた
め、レーザ光を焦点距離２５０ｎｍのレンズで絞り込ん
でガラス基板上でのビームサイズが約２ｍｍになるよう
にした。
にＮd：ＹＡＧレーザの第３高調波である３５５ｎｍの
光とした。パルス幅は約１０ｎｓｅｃ、繰り返し周波数
は５Ｈzであった。またレーザ光の１パルスあたりのエ
ネルギーは、レーザのＱスイッチのタイミングを変える
ことで調整が可能であり、１１０ｍＪ／ｐｕｌｓｅのエ
ネルギーで、ビーム直径は約５ｍｍであった。加工に適
するように、レーザのエネルギー密度を増大させるた
め、レーザ光を焦点距離２５０ｎｍのレンズで絞り込ん
でガラス基板上でのビームサイズが約２ｍｍになるよう
にした。
【００２７】また、本実施例にあってはスペーサによっ
てフェイズマスクとガラス基板との間隔が約５０μｍと
なるようにしている。これは、ガラス基板表面からの蒸
発物がフェイズマスクに付着するのを極力防ぐためであ
り、この間隔自体は任意である。例えば＋１次光と−１
次光とが重なっている範囲内ならば、フェイズマスクと
ガラス基板を密着させても回折格子は作製できるし、フ
ェイズマスクとガラス基板との間に１５０μｍ程度の厚
さの石英板を挟み密着させてレーザ照射を行った場合
も、本実施例と同様に回折格子が作製できた。フェイズ
マスクは繰り返し使用されるものであり、その汚れを防
ぐことは重要であり、したがってスペーサを介在させる
ことは有効な手段である。
てフェイズマスクとガラス基板との間隔が約５０μｍと
なるようにしている。これは、ガラス基板表面からの蒸
発物がフェイズマスクに付着するのを極力防ぐためであ
り、この間隔自体は任意である。例えば＋１次光と−１
次光とが重なっている範囲内ならば、フェイズマスクと
ガラス基板を密着させても回折格子は作製できるし、フ
ェイズマスクとガラス基板との間に１５０μｍ程度の厚
さの石英板を挟み密着させてレーザ照射を行った場合
も、本実施例と同様に回折格子が作製できた。フェイズ
マスクは繰り返し使用されるものであり、その汚れを防
ぐことは重要であり、したがってスペーサを介在させる
ことは有効な手段である。
【００２８】
【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、
基材表面に誘電体多層膜を形成した後に、この誘電体多
層膜に対し強度分布を有するレーザ光を照射し、前記誘
電体多層膜の一部をレーザ光の強度に応じて除去し、他
の部分を光の波長程度の格子定数をもつ周期的に配列さ
れる誘電体凸部として残すことで、回折格子やフォトニ
ッククリスタルを製造するようにしたので、フォトリソ
グラフィやエッチングなどの複雑な工程を経ることな
く、簡便に回折格子等を製造することができる。
基材表面に誘電体多層膜を形成した後に、この誘電体多
層膜に対し強度分布を有するレーザ光を照射し、前記誘
電体多層膜の一部をレーザ光の強度に応じて除去し、他
の部分を光の波長程度の格子定数をもつ周期的に配列さ
れる誘電体凸部として残すことで、回折格子やフォトニ
ッククリスタルを製造するようにしたので、フォトリソ
グラフィやエッチングなどの複雑な工程を経ることな
く、簡便に回折格子等を製造することができる。
【００２９】誘電体多層膜のレーザによる蒸発過程にお
いては、各層の溶融・蒸発若しくはアブレーションを起
こす閾値が異なっていても、上下の層が蒸発する際に、
中間の層の蒸発が起きるので、通常のエッチングに比
べ、各層の違いが現れにくく、誘電体凸部側面に段差が
生じにくい。
いては、各層の溶融・蒸発若しくはアブレーションを起
こす閾値が異なっていても、上下の層が蒸発する際に、
中間の層の蒸発が起きるので、通常のエッチングに比
べ、各層の違いが現れにくく、誘電体凸部側面に段差が
生じにくい。
【図１】基材表面に誘電体多層膜を形成した状態を示す
拡大斜視図
拡大斜視図
【図２】レーザ干渉を利用した本発明方法で回折格子を
製造する装置の概略図
製造する装置の概略図
【図３】（ａ）はレーザ光照射によって形成された誘電
体凸部の光学顕微鏡写真（１０００倍）、（ｂ）は同写
真に基づいて作成した図
体凸部の光学顕微鏡写真（１０００倍）、（ｂ）は同写
真に基づいて作成した図
【図４】本発明方法にて作製した１方向に周期的な凹凸
を形成した回折格子の斜視図
を形成した回折格子の斜視図
【図５】本発明方法にて作製した２方向に周期的な凹凸
を形成した回折格子の斜視図
を形成した回折格子の斜視図
【図６】フェイズマスク用いた本発明方法で回折格子を
製造する装置の概略図
製造する装置の概略図
【図７】（ａ）はフェイズマスクの作用を説明した図、
（ｂ）は同フェイズマスクを介してガラス基板にレーザ
光を照射している状態を示す図、（ｃ）はレーザ加工さ
れたガラス基板を示す図
（ｂ）は同フェイズマスクを介してガラス基板にレーザ
光を照射している状態を示す図、（ｃ）はレーザ加工さ
れたガラス基板を示す図
【図８】（ａ）先行技術文献中に示されている１方向に
周期的な凹凸を形成した回折格子の斜視図、（ｂ）は先
行技術文献中に示されている２方向に周期的な凹凸を形
成した回折格子の斜視図
周期的な凹凸を形成した回折格子の斜視図、（ｂ）は先
行技術文献中に示されている２方向に周期的な凹凸を形
成した回折格子の斜視図
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０２Ｂ 5/32 Ｇ０２Ｂ 5/32
Claims (4)
- 【請求項１】 誘電率の異なる２種以上の層が積層され
た誘電体凸部を光の波長程度の格子定数をもつように周
期的に配列してなる光学素子の製造方法において、この
方法は、基材表面に誘電体多層膜を形成した後に、この
誘電体多層膜に対し強度分布を有するレーザ光を照射
し、前記誘電体多層膜にレーザ光のエネルギーを吸収さ
せることで溶融・蒸発若しくはアブレーションを起こさ
せて前記誘電体多層膜の一部をレーザ光の強度に応じて
除去し、他の部分を光の波長程度の格子定数をもつ周期
的に配列される誘電体凸部として残すようにしたことを
特徴とする光学素子の製造方法。 - 【請求項２】 請求項１に記載の光学素子の製造方法に
おいて、前記誘電体多層膜は、酸化珪素、酸化チタン、
酸化セリウム、酸化ゲルマニウム、フッ化マグネシウ
ム、フッ化カルシウム、酸化タンタルのうちから選択さ
れる少なくとも２種以上の膜を積層してなることを特徴
とする光学素子の製造方法。 - 【請求項３】 請求項１に記載の光学素子の製造方法に
おいて、前記レーザ光は１方向に周期的な強度分布を有
し、この１方向に周期的な強度分布を有するレーザ光
は、フェイズマスク若しくは２本のレーザ光を干渉させ
ることによって得ることを特徴とする光学素子の製造方
法。 - 【請求項４】 請求項１に記載の光学素子の製造方法に
おいて、前記レーザ光は２方向に周期的な強度分布を有
し、この２方向に周期的な強度分布を有するレーザ光
は、３本以上のレーザ光を干渉させることによって得る
ことを特徴とする光学素子の製造方法。
Priority Applications (6)
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| JP21339296A JP3960643B2 (ja) | 1996-08-13 | 1996-08-13 | 光学素子の製造方法 |
| EP97934765A EP0959051A4 (en) | 1996-08-13 | 1997-08-11 | Laser machining method for glass substrate, diffraction type optical device fabricated by the machining method, and method of manufacturing optical device |
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| US09/898,239 US6645603B2 (en) | 1996-08-13 | 2001-07-03 | Laser processing method to a glass substrate and an optical diffraction element obtained thereby, and a method for manufacturing optical elements |
| US10/622,517 US6924457B2 (en) | 1996-08-13 | 2003-07-18 | Laser processing method to a class substrate and an optical diffraction element obtained thereby, and a method for manufacturing optical elements |
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- 1996-08-13 JP JP21339296A patent/JP3960643B2/ja not_active Expired - Fee Related
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