JPS58120211A - 透過型表面レリ−フ回折格子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、透過型表面レリーフ回折格子に関４−る。

近来、ホロスキャナー用ホログラムや、光導波路用のグ
レーディングカプラー等に、透過型表面レリーフ回折格
子の使用が意図され、透過型表面し１７一ソ回折格子に
、高回折効率が要求されていＪ １１Ｅ　釆、、反射型次面レリーフ回折格子に関しては
、理論的に１００チの回折効率が予想され、実験的１ｔ
コも、９０係以上の回折効率−が達成されている。Ｌが
るに、透過型表面レリーフ回折格子の回折効４＝に関し
ては、未だ十分な理論的解析がなされておらず、実験的
に達成されている回折効率は、３０係以下という状態で
あった。理論的に予想されたものとしては、６４％とい
う１直が知られているが、この理論は、表面レリーフ回
折格子を平面格子とみなし、平面格子の理論を適用した
ものであって、十分な根拠をもったものではない。

本発明の目的は、上記理論的回折効率３４％を上まわる
回折効率を有する透過型表面レリーフ回折格子の提供に
ある。

以下、本発明を説明する。

本発明による、透過型表面レリーフ回折格子は、回折格
子゛を形成する媒質の屈折率をｎ。、入射光の波長をλ
として、回折格子の深さｈｌおよび格子間隔りが、 騒：＞Ｏ，，４，％〉１／（ｎｏ＋１）なる条件を満足
する点に特徴がある。

第１図は、透過型表面レリーフ回折格子を説明図的に示
している。

透過型表面レリーフ回折格子１は、透明基板１Ａ上に、
透光性樹ＡＶ１１Ｂを設けて構成され、透光性樹＋１ｉ
１Ｂの表面に、正弦波状のレリーフが形成されて（・る
。このレリーフの凹凸の深さｈを、回折格子の深さとい
い、レリーフの周期りを格子間隔という。

第２図は、このような透過型表面レリーフ回折格ｒの作
製方法の１例を示している。

図中、符号２はレーザー光源、符号６はレンズ、竹号４
は対物レンズ、符号５はピンホール、符号６はレンズ、
符号７はフィルター、符号８はビーｌ、スプリッター、
符号９１．９２はミラー、符号１０は舘録体を、それぞ
れ示している。

レーザー光源２から放射されたレーザー光束は、レンズ
６によって平行光束化されて対物レンズ４に入射し、同
レンズ４の作用によって集束光として、ピンホール５に
導かれる。

ピンホール５を通過した元は発散光となってレンズ６Ｖ
Ｃ入射し、レンズ６ＶＣよって平行光束とされる。この
平行光束は、ビンホーノ１５のフィ・トタリング効果に
よって、略ガウス分布形状の価度分布を有する。フィル
ター７は、逆ガウス分布型の透過率分布を有する蒸看膜
をもち、このフィ・！ターフを透過した平行光束の強度
分布は、光束断面上で略均−となる。その鼓、この平行
光束はビームスプリンター８により２元束に分離され、
ミラー　９１．９２により反射されたのち、記録体１０
上Ｇ′こ、重なり合うように照射される。

記録体１０は、透明基板上に、ホトレジストを設けてな
り、ホトレジスト上における２元束の干渉縞が、ホトレ
ジストに記録される。

その後、記録体１０に、現像等、必要な処理を施す。ホ
トレジストとして、ポジタイプのものを用いると、現像
により、感光部分が除去され、ホトレジストの表面に、
正弦波状のレリーフが形成される。かくして、第１図に
ボす如き、透過型表面レリーフ回折格子が作製される。

格子間隔りを変化させるには、ホトレジスト上で干渉さ
せられる２光束の、相互の角度を変化きせるとか、ある
いは、光束の波長をかえれば良い。また、格子の深さｈ
は、蕗元時間および現像時間の一方もしくは双方をかえ
ることによって、変化させることかでサル。汐りえば、
ホトレジストとして、ンップレイ社のＡＺ　−１３５０
を用い、レーザー光源として、波長４４１．６ｎｍ　、
出力１５ｍＷのＨｅ　−Ｃｄレーザーを用いた場合、蕗
光磁（ｒｎＪ７１扁２〕、現像時間（ｓｅりに対する格
子の深さｈ（μｍ）の変化は、第１表の如きものとなっ
た。

第　　１　　表 第５図は、格子間隔Ｄ　＝　０．５５μｍの場合に、格
子の床さｈの変化に応じて、回折格率がどのようにす化
−づ−るかを示したものである。横軸は、入射光の波長
λを単位とする回折格子の深さｈｌすなわちｈ／λを示
し、−縦軸は、回折効率を示している。

なお、入射光としては、−’＋　Ｈｅ　−Ｎｅシレー＋
、ｙ−のレーザー光を用いた。

この図かられかるように、回折格子の深さｈを深くする
につれて、回折効率は増大し、ｈＡか０．８以上では、
回折効率が飽和する傾向を有する。そして、／２　＞０
．４では、従来、平面幼子理論によって限界値とされて
いた６４％を上まわっている。

ところで、ホロスキャナーやグレーティングカプラーと
しての使用が可能であるためには、入射光の入射角の如
何にかかわらず、回折が行なわオ【る必要がある。以下
このための条件を考察する。

透過型表面レリーフ回折格子の場合、回折格子を形成す
る媒質の屈折率をｎ。、入射光の波長を・Ｎとすると、
周知の如く、 ｓｉｎθ１＋ｎｏＳ１ｎθ０＝ｍ％　　　　　＋１１が
成立つ。ここにθ、は入射角、θ。は格子でσ）し１折
角、ｍは回折次数である。

±１次以上の回折光が存在する条件は、惨限α）場合、
すなわち入射角θ、−９σ、　ｍ　＝　１　（１）場合
Ｏで勺いて、θ。が存在することである。

θ１−９０°９ｍ−１に対しては、上記式（１）は、１
　＋ｎ□ｓｉｎθｏ＝’／、　　　　　　（２＋すなわ
ち λ ｎｏｓｉｎθｏ＝ｉｉ−１ （３） か成立つ。これから、上記条件下で、θ。が存在するた
Δノ）ＩＣは が成立たねばならない。これから、 であれば、入射角の如何にかかわらず、回折光が右二西
ヨすることになる。

第４図は、入射光の波長λを単位とする。格子間隔Ｄ、
すなわち４に対し、回折効率が如何に変化するかを示し
たものである。このとき４は０．６〜１〕、８であり、
入射光としては、Ｈｅ　−Ｎｅレーザーからのレーザー
光を用いて測定を行った。回折路ｔＷ形成するホトレジ
ストの屈折率は、約１．６６であ８・　　　　　　　　
　　　　　　　特開昭５８−１２０２１１（３）このよ
うに、本発明に、−よれば、極めて高い回折効率を有す
る、透過型表面レリーフ回折格子を提供できる。

なお、上記説明では、レリーフの形状が正弦波状のもの
について説明したが、三角形状のレリーフによる回折格
子についても同様である。この五角形状のレリーフによ
る回折格子は、公知のルーリングエンジンによるげがき
により作製することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、透過型表面レリーフ回折格子を説明するため
の説明図、第２図は、透過型表面レリーフ回折格子の作
製方法の１例を説明するための図、第６図ないし第４図
は、本発明の詳細な説明するための図である。 １・・・透過型表面レリーフ回折格子、２・・・レーザ
ーｌｌ、５・・・ピンホール、７・・・フィノ１ター、
８・・・ビームスプリンター、９１．９２・・・ミラー
、１０・・・記録体

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 回折格子を形成する媒質の屈折率をｎ。、入射光の波長
   をλとして、 回折格子の深さｈｌおよび格子間隔りが、翳〉０．４ 悩〉／（ｎ（、＋１） ｌ、ｃも条件を満足することを特徴とする、透過視表］
   自ルリーフ回折格子。