JPS6177808A - ジオデシツクレンズの製造方法 - Google Patents

ジオデシツクレンズの製造方法

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JPS6177808A
JPS6177808A JP20093984A JP20093984A JPS6177808A JP S6177808 A JPS6177808 A JP S6177808A JP 20093984 A JP20093984 A JP 20093984A JP 20093984 A JP20093984 A JP 20093984A JP S6177808 A JPS6177808 A JP S6177808A
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JP
Japan
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lens
refractive index
arsenic sulfide
geodesic
guided light
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JP20093984A
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English (en)
Inventor
Nobukazu Takado
高堂 宣和
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/122Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
    • G02B6/124Geodesic lenses or integrated gratings
    • G02B6/1245Geodesic lenses

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)

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】 (産業上の利用分野) 本発明は平面導波光を面内において集束させる機能を有
するジオデシックレンズの製造方法に関する。
(従来技術) 一般に、コヒーレントな光学処理技術は、並列処理がで
き、高速であるという特徴があるため、コリレーション
などのような信号処理装置への応用に適している。この
信号処理装置を実現するために、光学ガラスや光学結晶
などを基板とし、この表面に基板よりも屈折率の高い層
を設け、この高屈折率層にエネルギーを集中させて伝搬
する平面導波光の波面やエネルイー伝搬方向を制御して
光回路を形成するいわゆる平面光回路によって構成する
方法が、最近さかんに研究されている。このような平面
光回路に用いられる平面レンズは、結像作用や7一リエ
変換作用の働きを持ち、平面光回路を構成する重要な部
品である。このような平面レンズには、ジオデシックレ
ンズ、ルネプルグレンズ、グレーティングレンズ、平面
フレネルレンズ等のレンズが知られている。
ジオデシックレンズは光導波路中にくぼみ(凹部)を形
成してこの部分をレンズ部としているため、くぼみを所
望の形状に加工することにより大口径、短焦点つまシF
数の小さなレンズの作成が可能となる。また本質的に色
収差がなく、また焦点距離が導波モードの次数によらな
い利点がある。
従来、誘電体基板上にくぼみを設け、このくぼみに光導
波路を形成するジオデシックレンズの製造方法の例がア
イトリプルイー・トランザクション・オン・コンポーネ
ンツ・ハイブリッド・アンド・マニファクチャリング・
テクノロジー(IEEBTRANSACTIONS O
N COMPONENTS、HYBRID8.ANDM
ANUFACTURING TECHNOLOGY、V
OL CHMT−5,& 2 ) 6月1982年 2
05〜2o9<−ノで述べられている、 第4図はこのジオデシックレンズの製造方法を工程順に
示す断面図である。第4図(&)において、リチウムナ
イオペイト基板410表面にダイヤモンドのバイトを用
いてくぼみ(凹部)h′を切削形成し、切削後研摩する
。次に第4図(b)に示すようにリチウムナイオペイト
基板41のくほみ就も含めた全面にチタン膜42を設け
る。次に第4図(e)に示すようにチタン膜42f:熱
拡散して光導波路43とヅオデシックレンズ部44を形
成する。
第5図(a) 、 (b)は上記の製造工程によシ得ら
れたジオデシックレンズを示す平面図と断面図である。
このようなジオデシックレンズに導波光55が平行に入
射すると、フェルツの原理に従って光路長が最短になる
曲面の測地綜に沿って伝搬するので、入射導波光55が
通過するレンズの位置によってその光路長が変化し、入
射導波光55は集束作用を受は集束点56に集光される
(発明が解決しようとする問題点) 上記のジオデシックレンズは、焦点距離等を設計値通り
にするためには口径が数期、中心の深さが1晴程度のレ
ンズの場合、1〜5μmの精度でくほみの形状を加工す
る必袂がある。従ってジオデシックレンズにはくぼみの
形状が少しでも設計値からはずれると大幅に焦点距離が
設計値と異なってしまう欠点がある。
本発明の目的は、従来のジオデシックレンズの欠点を除
去し、くぼみ(凹部)の形状が設計通シに加工できなく
ても、焦点距離を調整して設計値に合わせ込むことが可
能なジオデシックレンズの製造方法を提供することにあ
る0 (問題点を解決するための手段) 本発明は、誘電体基板表面上に凹部を設け、該凹部に光
導波路を形成するジオデシックレンズの製造方法におい
て、前記凹部に光導波路を形成した後、屈折率が前記光
導波路よりも高く電子ビームや光を照射することにより
屈折率が増加する感光性の材料を前記凹部の表面上に膜
厚が均一となるように設けた後、電子ビームまたは光の
照射量が前記凹部の周辺から中心に向けて徐々に多く変
化するよう前記電子ビームまたは光を照射することを特
徴とするジオデシックレンズの製造方法り゛ある。
(作用・原理) 本発明は、ジオデシックレンズの製造方法において、上
Ftdの製造方法によ)従来技術の欠点を解決した。
本発明によればジオデシックレンズを作成した後電子ビ
ームや光の照射によって屈折率が増加する感光性で高屈
折率な材料をくぼみの部分に膜厚が一定となるように設
ける。次にこの感光性の材  □料に電子ビームや光を
不均一に照射することにより、前記感光性の材料に導波
光に対して収束作用を持つような屈折率分布を与える。
上記のような製造方法において、電子ビームや光の照射
量を変えて、前記感光性の材料だけによる収束作用を調
整し、ジオデシックレンズの実際の焦点距離を設計値に
一致させることが可能となる。
(実施例) 以下本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明
する。
(実施例1) 第1図は本発明のジオデシックレンズの製造方法の第1
の実施例を工程順に示す断面図である。
第1図(&)において、リチウムナイオペイト基板11
0表面一部にダイヤモンドのパイ)を用いて従来同様に
くほみ(凹部)h′を切削形成し、切削後表面を研摩す
る。次に第1図(b)に示すようにリチウムナイオベイ
ト基板11には表面近傍にチタンを熱拡赦させて得られ
る光導波路12をくほみh′をも含めて表面に設ける。
次に第1図(C)に示すように硫化ヒ素をリチウムナイ
オペイト基板11の上に蒸着し、膜厚一定の硫化ヒ素の
薄膜13を形成する。次に第1図(d)に示すように紫
外線の透過率が円の中心で最大で周辺に行くに従って小
さくなっていく分布を持った露光用マスク14を通して
前記くほみh′の上に設けた硫化ヒ素13に紫外lI8
!15を照射する。このように紫外線15を照射するこ
とにより、硫化ヒ素の薄膜13は、レンズ部を透過する
導波光に対してルネプルクレンズの場合と同様な等側屈
折率分布を与えるような屈折率分布を持つ。
この屈折率は、等側屈折率neが与えられると以下に示
す式で決定される。
リチウムナイオペイト基板11の屈折率t−n4、光導
波路12の屈折率をn5、硫化ヒ素13の屈折率をn2
、硫化ヒ素13の上履の屈折率を111等価屈折率をn
。とすると、p = (np’ −n12)’s h−
(n2”  n@5”s+1=(n@−n4 )  、
n@<n4(7)時t! (n3z −n@2)′A、
n6≧n3の時!、=(n@”−n3z)″とおいた時
以下の関係式が成シ立つ。
n@<n5の時、 −h/P=C1−(4/q )tu (tkd) )t
u(hk t ) +(h/z) CLlQ刊シtkd
) )X ((1−(t/q )tan(tkd):1
−(h/l)[4/q−)1g (tkd)〕tan 
(hkt ))−’。。≧13.)時、       
         −(1)−h/p = ((q+z
)e ””+q−L〕m (hkt )+(b/AX(
q+z)e””−q+z)x(((q+t)e  +q
−z)−(hμ)tu(hkt)C(q+L)e  −
q+4))−”ただしに−2π/λ、λは導波光の波長
、dは光導波路12の厚みである。
(1)と(2)式をn2に関して解けば、n 1 r 
n 5 * n 4.tが既知の時、等側屈折率n6を
与えれば硫化ヒ素の薄膜13の屈折率n2を求めること
ができる。
上記のような製造方法によるジオデシックレンズの平面
図と断面図を第2図(a) 、 (b)に示す。上記の
ようにして製造した硫化ヒ素の薄膜13の屈折率分布は
レンズの中心で最大で周辺に行くに従って小さくなって
行く回転対称の分布になっている。
従って上記のような硫化ヒ素の薄膜13は導波光に対し
て収束作用を有しレンズ効果を持つ。ここでは上記のよ
うなレンズを屈折率分布型レンズと呼ぶ。
従って本発明の製造方法によるジオデシックレンズでは
くぼみの部分を横切る導波光が異なる入射位置測地線を
伝搬すること、そして硫化ヒ素の薄膜13による等側屈
折率の変化との2つの要因によって、くぼみの中心に近
いほど光路長が長く等側屈折率の変化分も大きいので導
波光の位相面は中心部はど遅れることになり、レンズに
平行に入射した導波光25は集束点26に集光される。
(実施例2) 第3図は、本発明によるジオデシックレンズの製造方法
の第2の実施例を工程順に示した断面図である。第3図
(a) 、 (b) 、 (c)は、第1図(&) 、
 (b) 、 (c)の工程と同じである。まず、リチ
ウムナイオペイト基板110表面にくぼみ(凹部)h′
を加工し次に基板表面近傍にチタンを熱拡散して光導波
路12を形成する。さらに光導波路12を形成したくぼ
みの部分に硫化ヒ素13f:蒸着する。次に第3図(d
)に示すようにKIC化ヒ素13に対する電子ビーム3
4の照射はコンピュータ制御された直接描画で行う。電
子ビーム34の照射量はくほみの中心で最大で周辺に行
くに従りて減少するように変化させる。ここで電子ビー
ム34の全体の照射量を変えることにより、本発明によ
るジオデシックレンズの焦点距離の調整を行う。上記の
ような製造方法によっても第2図(a) 、’ (b)
に示したジオデシックレンズを完成スることができる。
(発明の効果) 第2図(a) 、 (b)に示した本発明の製造方法に
よるジオデシックレンズでは、従来のジオデシックレン
ズとくぼみの部分に設けた硫化ヒ素の収束作用による屈
折率分布凰レンズの2つのレンズを接着させて配置する
ことになフ、本発明によるジオデシックレンズの焦点距
離Fは、くぼみによって光路差を与える従来のC7オデ
シ、クレンメの焦点距離f1と屈折率分布壓レンズの焦
点距離f2とから(3)式のようになる。
ここで屈折率分布型レンズの焦点距離f2は、硫化ヒ素
の薄膜への紫外線の照射量を変えて屈折率の増加分を変
えることにより、調整する仁とができる。
従ってくほみの形状が設計値からはずれて従来のジオデ
シックレンズの焦点距離f1が設計値よル長くなった場
合、硫化ヒ素に照射する紫外線量を変えて屈折率分布型
レンズの焦点距離f2を調整することによって合成した
焦点距離Fをジオデシックレンズの設計値と一致させる
ことができる@具体例として、2簡厚のリチウムナイオ
ペイト基板に設計値の口径と焦点距離がそれぞれ2.5
■、6.0闘のジオデシックレンズのくほみを形成し、
500^厚のチタン膜を1050℃で2時間熱拡散して
光導波路を設けたジオデシックレンズで形状が設計から
ずれて実際の焦点距離が7.2mとなる場合がある。
この時膜厚が0.6μmで均一な硫化ヒ素の薄膜をくぼ
みの部分に設けて、これに前記透過率分布を持った露光
用マスクを通して波長400nmの紫外線を照射し、く
ほみの中心部での照射量を33J/cM”とする。
上記のように紫外線を照射することにより、レンズの中
心部での硫化ヒ素の屈折率は2.46から2.58へ増
加し、屈折率分布型レンズの焦点距離はHe−Noレー
ザー光のTEモードに対して351111となる・従っ
て(3)式によシ合成した焦点距離Fは、5.Q+mに
な)設計値と一致させることができる。
以上のように本発明によるときにはくぼみ(凹部)の加
工精度に左右されることなく、レンズの焦点距離を目標
とする設計値に調整することができ、したがって、その
生産性を著るしく向上できる効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図(&)〜(d)は本発明のジオデシックレンズの
製造方法を工程順に示す断面図、第2図(a)は第1図
の製造方法によるジオデシックレンズの平面図、(b)
は同断面図、第3図(a)〜(d)は本発明のジオデシ
ックレンズの第2の製造方法を工程順に示す断面図、第
4図(、)〜(c)は従来のジオデシックレンズの製造
方法を工程順に示す断面図、第5図(、)は従来のジオ
デシックレンズを示す平面図、(b)は同断面図である
。図において、11・・・リチウムナイオペイト基板、
12・・・光導波路、13・・・硫化ヒ素の薄膜、14
・・・露光用マスク、15・・・紫外線、24・・・ジ
オデシックレンズ部、25・・・入射導波光、26・・
・入射導波光が集束される集束点、34・・・電子ビー
ム、である。 第1図 14、露光用マスタ 15索タト系泉 11 リテウムナイ片へイト遍駿反 12光導汲路 13:1流化ヒ素の薄膜 24;ジオデシツタレンズ部 第3図 11 リテウムナイオ公イト基板 12:光導液路 1引石珀ヒヒ素の薄膜 34;電子ビーム 42:チタン膜 43;光導5庚路 44:ジオテ゛ンッタレンズ部 第5図 41 : リチウLfKオXイト頚 43;光導波路 44゛ ジオデシックレンズ部

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)誘電体基板表面上に凹部を設け、該凹部に、光導
    波路を形成するジオデシックレンズの製造方法において
    、前記凹部に光導波路を形成した後、屈折率が前記光導
    波路よりも高く、電子ビームや光を照射することにより
    屈折率が増加する感光性の材料を前記凹部の表面上に膜
    厚が均一となるように設けた後、電子ビームまたは光の
    照射量が前記凹部の周辺から中心へ徐々に多く変化する
    よう前記電子ビームまたは光を照射することを特徴とす
    るジオデシックレンズの製造方法。
JP20093984A 1984-09-26 1984-09-26 ジオデシツクレンズの製造方法 Pending JPS6177808A (ja)

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