JPS62111203A - 形態屈折率双変調型位相格子 - Google Patents
形態屈折率双変調型位相格子Info
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- JPS62111203A JPS62111203A JP60236751A JP23675185A JPS62111203A JP S62111203 A JPS62111203 A JP S62111203A JP 60236751 A JP60236751 A JP 60236751A JP 23675185 A JP23675185 A JP 23675185A JP S62111203 A JPS62111203 A JP S62111203A
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- grating
- refractive index
- phase grating
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- G02B5/18—Diffraction gratings
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- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/18—Diffraction gratings
- G02B5/1866—Transmission gratings characterised by their structure, e.g. step profile, contours of substrate or grooves, pitch variations, materials
- G02B5/1871—Transmissive phase gratings
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/18—Diffraction gratings
- G02B5/1847—Manufacturing methods
- G02B5/1857—Manufacturing methods using exposure or etching means, e.g. holography, photolithography, exposure to electron or ion beams
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- Optics & Photonics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (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。
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]
この発明は、位相制御によって光波を回折させる位相格
子、詳しくは形態変調型の位相格子と屈折率変調型の位
相格子の特徴を兼ね備えた形態屈折率双変調型の位相格
子に関する。
子、詳しくは形態変調型の位相格子と屈折率変調型の位
相格子の特徴を兼ね備えた形態屈折率双変調型の位相格
子に関する。
[従来の技術]
一般に、波長λを有する光波が、屈折率nを有する元媒
体内で距#ItDを進行する際に発生する位と屈折率n
の変動によって光媒体からの射出面上で位相変化量Pに
周期的分布が発生する場合には、上記位相変化fiPの
異なる光波成分が位相整合により相互に強めあう方向へ
光波は回折することになる。
体内で距#ItDを進行する際に発生する位と屈折率n
の変動によって光媒体からの射出面上で位相変化量Pに
周期的分布が発生する場合には、上記位相変化fiPの
異なる光波成分が位相整合により相互に強めあう方向へ
光波は回折することになる。
従来の位相格子は、第3図に示すように透明な平板2A
上に形成した周期的な凹凸構造a、bによって位相を制
御する形態変調型の位相格子IAと、第4図に示すよう
に透明な平板2B内に形成した周期的屈折率の変化層a
′、b′によってこれを透過する光波の位相を制御する
屈折率変調型の位相格子IBとに大別される。
上に形成した周期的な凹凸構造a、bによって位相を制
御する形態変調型の位相格子IAと、第4図に示すよう
に透明な平板2B内に形成した周期的屈折率の変化層a
′、b′によってこれを透過する光波の位相を制御する
屈折率変調型の位相格子IBとに大別される。
第3図に示す形態変調型の位相格子IAは、光分岐素子
2分波用回折格子およびフレネルレンズなどに最近多用
されているが、0次回折光を抑制してこれ以外の回折光
を増強するのにはその周期的凹凸構造の段差を大きくし
なければならないので、ピッチの微細化により回折角を
大きくする場合に高度の精密加工技術を必要とし、その
製作が難しいものとなっていた。
2分波用回折格子およびフレネルレンズなどに最近多用
されているが、0次回折光を抑制してこれ以外の回折光
を増強するのにはその周期的凹凸構造の段差を大きくし
なければならないので、ピッチの微細化により回折角を
大きくする場合に高度の精密加工技術を必要とし、その
製作が難しいものとなっていた。
一方、第4図に示す屈折率変調型の位相格子IBにおい
て0次回舌先を抑制してこれ以外の回折光を増強する方
法としては、周期的屈折率の差または格子厚を増加させ
ることになるが、実際上屈折率差を増加できる範囲は比
較的に狭いのが通例であるので、上記形態変調型の位相
格子IAに比べて格子厚を極度に大きくしなけばならな
くなる不都合が存在していた。
て0次回舌先を抑制してこれ以外の回折光を増強する方
法としては、周期的屈折率の差または格子厚を増加させ
ることになるが、実際上屈折率差を増加できる範囲は比
較的に狭いのが通例であるので、上記形態変調型の位相
格子IAに比べて格子厚を極度に大きくしなけばならな
くなる不都合が存在していた。
[発明が解決しようとする問題点]
この発明は、上記点に鑑みてなされたもので、形態変調
型の位相格子と屈折率変調型の位相格子のいずれよりも
0次回舌先が抑制され、これ以外の回折光が増強し易く
するために、両者の特徴を兼ね備えた形態屈折率双変調
型の位相格子を提供することを目的としている。
型の位相格子と屈折率変調型の位相格子のいずれよりも
0次回舌先が抑制され、これ以外の回折光が増強し易く
するために、両者の特徴を兼ね備えた形態屈折率双変調
型の位相格子を提供することを目的としている。
[問題点を解決するための手段および作用]この発明の
位相格子は、従来の二元格子要素から成り、周期的に厚
さが変化している形態変調型の位相格子に、二元格子要
素をもM成する材料の屈折率が周期的に異なるいわゆる
屈折率変調型の位相格子を付加して構成することにより
、上記いずれの位相格子よりも0次回舌先が抑制され、
0次以外の回折光が増強される位相格子とするものであ
る。
位相格子は、従来の二元格子要素から成り、周期的に厚
さが変化している形態変調型の位相格子に、二元格子要
素をもM成する材料の屈折率が周期的に異なるいわゆる
屈折率変調型の位相格子を付加して構成することにより
、上記いずれの位相格子よりも0次回舌先が抑制され、
0次以外の回折光が増強される位相格子とするものであ
る。
また、この二元格子要素を二次元的に配列することによ
り、0次回折とこれに最も近い段数の回折光が得られる
光学素子を得ることもできる。
り、0次回折とこれに最も近い段数の回折光が得られる
光学素子を得ることもできる。
[実 施 例コ
以下、図面に基づいてこの発明の詳細な説明する。第1
図において、この発明の形態屈折率双変調型の位相格子
1は、a、 bからなる二元格子要素系を有し、光波
の入射面側は一様な平面3となっている。そして、この
入射面3と格子要素a。
図において、この発明の形態屈折率双変調型の位相格子
1は、a、 bからなる二元格子要素系を有し、光波
の入射面側は一様な平面3となっている。そして、この
入射面3と格子要素a。
bの射出面4a、4bとは各々平行であると共に、格子
要素a、 b間の界面5が入射面2に垂直になってお
り、格子要素aは屈折率n 、格子要素bは屈折率nb
の材料から構成されている。
要素a、 b間の界面5が入射面2に垂直になってお
り、格子要素aは屈折率n 、格子要素bは屈折率nb
の材料から構成されている。
ここで、格子の厚さをd 、格子要素aおよびbの幅を
それぞれOa、D5. ピッチ(単位格子の幅)をp
−ga+n b、格子要素aおよびbの断面分率をそれ
ぞれα −N /l−αおよびa a α5−11b/D−1−α、射出面の外側すなわちと表
記する。
それぞれOa、D5. ピッチ(単位格子の幅)をp
−ga+n b、格子要素aおよびbの断面分率をそれ
ぞれα −N /l−αおよびa a α5−11b/D−1−α、射出面の外側すなわちと表
記する。
このように平板状の位相格子または矩形波状の断面構造
を有する位相格子の入射面3に対して、垂直に入射する
光波の0次の回折効率η。とm(mは0以外の整数)次
の回折効率η は、全人射光波の振幅強度を基準として
それぞれ次式のように示される。
を有する位相格子の入射面3に対して、垂直に入射する
光波の0次の回折効率η。とm(mは0以外の整数)次
の回折効率η は、全人射光波の振幅強度を基準として
それぞれ次式のように示される。
y7 −− s+n (m 、rCl ) sin’δ
・・・・・・(2)m (mπ)2 上記式(1)および(2)において、格子要素aおよび
bの屈折率をn およびnb9段差をd。
・・・・・・(2)m (mπ)2 上記式(1)および(2)において、格子要素aおよび
bの屈折率をn およびnb9段差をd。
またδ−δ“ とおくと、
δ*” 7(”a(n3 ’t))+d(nb−11
no) 1である。
no) 1である。
第3図に示す形態変調型の位相格子IAでは、上記第1
図に示す形態屈折率双変調型の位相格子1において、格
子要素の屈折率na−nbと変更すると共に、δ−65
とおくと、 ♂−−−d(n −μno) λ a となる。
図に示す形態屈折率双変調型の位相格子1において、格
子要素の屈折率na−nbと変更すると共に、δ−65
とおくと、 ♂−−−d(n −μno) λ a となる。
また、第4図に示す屈折率変調型の位相格子IBでは、
第1図に示す形態屈折率双変調型の位相格子1において
、格子要素の段差をd−0と変更すると共に、δ−61
とおくと、 /5lITda(n、−nb) である。
第1図に示す形態屈折率双変調型の位相格子1において
、格子要素の段差をd−0と変更すると共に、δ−61
とおくと、 /5lITda(n、−nb) である。
現実的な制約条件として、
Q<μno<nb<、n、 および 0≦d≦d。
の関係が成立する場合には、
δ5〉0.δ′〉0.δ’−Ill d(nb−no
)+δ1〉0δ−δ=−2−(da−d)(na−nI
))〉0.δ”−δ1=÷d(nb−μno))0であ
るので、 δ1. δ5くδ” の関係が得られる。
)+δ1〉0δ−δ=−2−(da−d)(na−nI
))〉0.δ”−δ1=÷d(nb−μno))0であ
るので、 δ1. δ5くδ” の関係が得られる。
したがって、
の範囲では、形態屈折率双変調型位相格子1の0次の回
折効率とm次の回折効率をそれぞれη。およびη 、同
様に形態変調型の位相格子IAおよ信 び屈折率変調型の位相格子IBの0次の回折効率とm次
の回折効率をそれぞれη。、η、および情、η;とおく
と、 本 Sr ηoくηo’ η0 および η、〉η、、η1の関
係が成立する。
折効率とm次の回折効率をそれぞれη。およびη 、同
様に形態変調型の位相格子IAおよ信 び屈折率変調型の位相格子IBの0次の回折効率とm次
の回折効率をそれぞれη。、η、および情、η;とおく
と、 本 Sr ηoくηo’ η0 および η、〉η、、η1の関
係が成立する。
これは、位相格子の0次の回折光を抑制してこれ以外の
回折光を増強する際に、対応する格子定数が共通ならば
、形態変調型の位相格子IAと屈折率変調型位相格子I
Bのいずれよりも形態屈折率政変調型の位相格子1が有
利であることを意味している。
回折光を増強する際に、対応する格子定数が共通ならば
、形態変調型の位相格子IAと屈折率変調型位相格子I
Bのいずれよりも形態屈折率政変調型の位相格子1が有
利であることを意味している。
したがって、屈折率n を有する索祠から成り、段差d
を有する第3図に示されるような形態変調型の位相格子
IAによって得られるm次の回折効率の値は、格子要素
aおよびbの屈折率がそれぞれn およびnbの素材(
nbくna)から成る形態屈折率政変調型の位相格子1
ではdより小さい段差によって達成することができる。
を有する第3図に示されるような形態変調型の位相格子
IAによって得られるm次の回折効率の値は、格子要素
aおよびbの屈折率がそれぞれn およびnbの素材(
nbくna)から成る形態屈折率政変調型の位相格子1
ではdより小さい段差によって達成することができる。
その結果、特にピッチの狭い位相格子の作製に際して格
子要素間に屈折率差を容易に付与することができるなら
ば、段差形成のための精密加工条件は著しく緩和される
ことになる。
子要素間に屈折率差を容易に付与することができるなら
ば、段差形成のための精密加工条件は著しく緩和される
ことになる。
本発明者は、この点に着目し、光感応性の官能基を有す
る有機高分子に、この官能基と選択的に光反応する化合
物を混合して調製した溶液を用いて、スピンコードなど
の手法により透明基板上に平滑な透明層を形成し、さら
にフォトマスクを介して光反応を進行させた後で未反応
の光反応性化合物を除く方法によって、所望の段差と屈
折率差を容易に形成できる素材と作成方法を発明して、
この発明の形態屈折率政変調型の位相格子の実現を可能
にしたものである。
る有機高分子に、この官能基と選択的に光反応する化合
物を混合して調製した溶液を用いて、スピンコードなど
の手法により透明基板上に平滑な透明層を形成し、さら
にフォトマスクを介して光反応を進行させた後で未反応
の光反応性化合物を除く方法によって、所望の段差と屈
折率差を容易に形成できる素材と作成方法を発明して、
この発明の形態屈折率政変調型の位相格子の実現を可能
にしたものである。
第1図に示す形態屈折率政変調型の位相格子1は最も単
純な構成を有しており、入射面3に垂直に入射したレー
ザ光の射出パターンは、格子面に平行に配置したスクリ
ーン上において、O次回舌先のスポットを中心として一
直線上に配列した回折スポット群を示すが、本発明はこ
のような構成の形態屈折率政変調型の位相格子にのみ限
定されるものではない。
純な構成を有しており、入射面3に垂直に入射したレー
ザ光の射出パターンは、格子面に平行に配置したスクリ
ーン上において、O次回舌先のスポットを中心として一
直線上に配列した回折スポット群を示すが、本発明はこ
のような構成の形態屈折率政変調型の位相格子にのみ限
定されるものではない。
例えば、第2図に示すように、高屈折率の凸部6と低屈
折率の四部7とを市松模様状に構成した形態屈折率政変
調型の位相格子8の入射面に垂直にレーザ光を入射させ
ると、スクリーン9上には0次回舌先のスポットを中心
として二次元的に配列した回折スポット群が観測される
。この位相格子8は、例えば0次回舌先とこれに最も近
い4本の回折光により単一のレーザ光から5本の等価な
レーザ光を得る素子になる。
折率の四部7とを市松模様状に構成した形態屈折率政変
調型の位相格子8の入射面に垂直にレーザ光を入射させ
ると、スクリーン9上には0次回舌先のスポットを中心
として二次元的に配列した回折スポット群が観測される
。この位相格子8は、例えば0次回舌先とこれに最も近
い4本の回折光により単一のレーザ光から5本の等価な
レーザ光を得る素子になる。
次に、前記式(1)および(2)を用いて、この発明の
効果を検証してみる。波長λ−0,780μm。
効果を検証してみる。波長λ−0,780μm。
D −10,0μm、 17 b−10,0μm、
d、 −1,00μm、 n = 1.00の条件
で、n−1,51およa
aびrib−1,50の場合と、n、
−1,55およびnb fi 1.45の場合の回折効
率をそれぞれ次の第1表、第2表に示す。ここで、第4
図に示す屈折率変調型の位相格子IBの回折効率は、こ
の発明の形態屈折率政変調型の位相格子1においてd−
0のときの回折効率と一致する。これらの表から、0次
回舌先の抑制とこれ以外の回折光の増強に関する形態屈
折率政変調型の位相格子の優位性が具体的に検証される
。
d、 −1,00μm、 n = 1.00の条件
で、n−1,51およa
aびrib−1,50の場合と、n、
−1,55およびnb fi 1.45の場合の回折効
率をそれぞれ次の第1表、第2表に示す。ここで、第4
図に示す屈折率変調型の位相格子IBの回折効率は、こ
の発明の形態屈折率政変調型の位相格子1においてd−
0のときの回折効率と一致する。これらの表から、0次
回舌先の抑制とこれ以外の回折光の増強に関する形態屈
折率政変調型の位相格子の優位性が具体的に検証される
。
なお、第1表、第2表では簡略化のためにm−±1の場
合のみを示している。
合のみを示している。
上記の実施例では、位相格子の表面形状の凸部または凹
部が四角形状のものについて説明したが、これ以外に三
角形状9台形状または正弦波形状に変化させることもで
きることは勿論である。また、この発明の形態屈折率双
変調型の位相格子はその他種々多用な構成が可能であり
、特に光の波長レベルで光波を処理する微小光学系の素
子として、口折角や回折効率の制御に基づく光波の分配
や集光に広く役立つものが得られる。
部が四角形状のものについて説明したが、これ以外に三
角形状9台形状または正弦波形状に変化させることもで
きることは勿論である。また、この発明の形態屈折率双
変調型の位相格子はその他種々多用な構成が可能であり
、特に光の波長レベルで光波を処理する微小光学系の素
子として、口折角や回折効率の制御に基づく光波の分配
や集光に広く役立つものが得られる。
[発明の効果]
上述のように、位相格子を構成している周期的に厚さが
変化している薄膜層の凸部および凹部からなる二元格子
要素の各々を、屈折率の違う材料で構成することによっ
て、従来の位相格子のいずれよりも0次回舌先が抑制さ
れ、0次以外の回折光が増強された位相格子が得られる
。
変化している薄膜層の凸部および凹部からなる二元格子
要素の各々を、屈折率の違う材料で構成することによっ
て、従来の位相格子のいずれよりも0次回舌先が抑制さ
れ、0次以外の回折光が増強された位相格子が得られる
。
第1図は、本発明の一実施例を示す形態屈折率双変調型
の位相格子の拡大断面図、 第2図は、本発明の他の実施例を示す形態屈折率双変調
型の位相格子の斜視図、 第3図は、従来の形態変調型の位相格子の拡大断面図、 第4図は、従来の屈折率変調型の位相格子の拡大断面図
を示す。 2・・・・・・・・・・・・・・・薄膜層a、 b・
・−・・・・・・二元格子要素特許出願人 株式会
社 クラレ 第 l 叉 第2図 入射光 入射光 手 続 補 正 書 (自発)1、事件の表示
昭和60年特許願第236751号2、発明
の名称 形態屈折率双変調型位相格子名称
(108) 株式会社 クラレ「明細書の発明の
詳細な説明の欄」 6、補正の内容 (1)明細書第7頁第7行に記載された「η。」をネ 「η。」と訂正する。 (2)同 第7頁第8行に記載された「η jを「η
」と訂正する。 (3)同 第12頁第6行に記載された「種々多用」を
「種々多様」と訂正する。
の位相格子の拡大断面図、 第2図は、本発明の他の実施例を示す形態屈折率双変調
型の位相格子の斜視図、 第3図は、従来の形態変調型の位相格子の拡大断面図、 第4図は、従来の屈折率変調型の位相格子の拡大断面図
を示す。 2・・・・・・・・・・・・・・・薄膜層a、 b・
・−・・・・・・二元格子要素特許出願人 株式会
社 クラレ 第 l 叉 第2図 入射光 入射光 手 続 補 正 書 (自発)1、事件の表示
昭和60年特許願第236751号2、発明
の名称 形態屈折率双変調型位相格子名称
(108) 株式会社 クラレ「明細書の発明の
詳細な説明の欄」 6、補正の内容 (1)明細書第7頁第7行に記載された「η。」をネ 「η。」と訂正する。 (2)同 第7頁第8行に記載された「η jを「η
」と訂正する。 (3)同 第12頁第6行に記載された「種々多用」を
「種々多様」と訂正する。
Claims (2)
- (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二元格子要素の各々を、屈
折率の異なる材料で構成し、該屈折率に差をもたせたこ
とを特徴とする形態屈折率双変調型の位相格子。 - (2)二元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項記載の形態屈折率双変調型の位相
格子。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60236751A JPH079483B2 (ja) | 1985-10-22 | 1985-10-22 | 形態屈折率双変調型位相格子 |
DE86114526T DE3689438T2 (de) | 1985-10-22 | 1986-10-20 | Phasengitter des zusammengesetzten Muster-Refraktionstyps. |
KR1019860008817A KR900007555B1 (ko) | 1985-10-22 | 1986-10-20 | 조합문양-굴절 수정형 위상격자 |
EP86114526A EP0219845B1 (en) | 1985-10-22 | 1986-10-20 | Phase grating of a combination pattern-refraction modification type |
US06/921,588 US4759607A (en) | 1985-10-22 | 1986-10-21 | Phase gratings of a combination pattern-refraction modification type |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60236751A JPH079483B2 (ja) | 1985-10-22 | 1985-10-22 | 形態屈折率双変調型位相格子 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62111203A true JPS62111203A (ja) | 1987-05-22 |
JPH079483B2 JPH079483B2 (ja) | 1995-02-01 |
Family
ID=17005249
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60236751A Expired - Fee Related JPH079483B2 (ja) | 1985-10-22 | 1985-10-22 | 形態屈折率双変調型位相格子 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4759607A (ja) |
EP (1) | EP0219845B1 (ja) |
JP (1) | JPH079483B2 (ja) |
KR (1) | KR900007555B1 (ja) |
DE (1) | DE3689438T2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63218906A (ja) * | 1987-03-07 | 1988-09-12 | Kuraray Co Ltd | 形態屈折率双変調型導波路レンズ |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0833527B2 (ja) * | 1988-07-18 | 1996-03-29 | キヤノン株式会社 | 光学的ローパスフィルターを有した撮影系 |
US5367588A (en) * | 1992-10-29 | 1994-11-22 | Her Majesty The Queen In Right Of Canada, As Represented By The Minister Of Communications | Method of fabricating Bragg gratings using a silica glass phase grating mask and mask used by same |
JPH07234309A (ja) * | 1993-12-23 | 1995-09-05 | Xerox Corp | バイナリ回折光学素子ビーム分割器 |
KR20180031285A (ko) * | 2016-09-19 | 2018-03-28 | 삼성전자주식회사 | 평면형 가변 초점 렌즈 |
CN112731577B (zh) * | 2020-12-26 | 2022-05-10 | 华中光电技术研究所(中国船舶重工集团公司第七一七研究所) | 用于振幅/相位双重调制的四区域光栅及其制作方法 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5222209B2 (ja) * | 1972-06-23 | 1977-06-16 | ||
JPS5139864B2 (ja) * | 1972-12-04 | 1976-10-30 | ||
JPS5741621A (en) * | 1980-08-26 | 1982-03-08 | Minolta Camera Co Ltd | Bilevel phase grating type focal plane |
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