JPS62174703A - 形態屈折率双変調型位相格子の作製方法 - 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】 ［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れる位相格
子、特に形態変２Ｊ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政変調型の位相格子
の作製方法に関する。

［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
内で距離りを進行する際に発生する位相双方に比例する
。また、Ｄやｎの変動によって元媒体からの射出面上で
Ｐに周期的分布が発生する場合には、Ｐの異なる光波成
分が位相整合により相互に強め合う方向へ光波は回折す
る。

従来の位相格子は、第３図に示すように透明平板２Ａ上
に形成した周期的凹凸）Ｉ−１造によってこれを透過す
る光波の進行距離を周期的に変調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平板２Ｂ内に形成
した周期的屈折小女化層によってこれを透過する光波の
屈折率を周期的に変調する屈折率変調型の位相格子ＩＢ
に大別される。

第３図に示される形態変１個型の位相格子ＩＡは光分岐
器１分波用回折格子、フレネルレンズなとに多用される
が、０次回折光を抑制してこれ以外の回折光を増強する
には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、ピッチを微細化して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ている。一方、第４図に示
される屈折率変調型の位相格子ＩＢにおけるＯ次回折光
の抑制と０次以外の回折光の増強は、周期的屈折率差ま
たは格子厚の増加によって達成されるが、屈折率差の増
加可能範囲は比較的狭いのが通例であるので、形態変調
型の位相格子ＩＡに比べて格子厚を著しく大きくしなけ
ればならないことに技術的難点が存在していた。

そこで、本発明者は、第１図に示すように上記形態変調
型の位相格子ＩＡと屈折率変調型の位相格子ＩＢの双方
の変調に基づく光学的な相乗効果を積極的に活用した形
態屈折率政変、１．’ｉｌ型の位相格子１を既に提案し
ている。

光反応による段差と屈折率差の形成に直接関係する従来
技術は、次の２例のみに集約される。その第１の例は、
Ｅ、　Ａ、　Ｃｈａｎｄｒｏｓｓ　、　　Ｃ，Ａ。

Ｐｒｙｄａ　、　Ｗ、　　Ｊ　、　Ｔｏｍｌｌｎｓｏｎ
　、　ａｎｄ　　Ｈ，Ｐ。

Ｗｅｂｅｒ　、Ａｐｐｌ、　Ｐｈｙｓ、　Ｌｅｔｔ、　
、　Ｖｏｌ、２４．　Ｎｏ、２（１９７４）　、　　ｐ
　ｐ、　　７２〜７４であり、これはメタクリル酸グリ
シジルの誘導体とメタクリル酸メチルから成る共重合体
に、光反応性ドーパントとしてアクリル酸エチル２−（
１−ナフチル）を１６重量％加えて溶液堆積法によりパ
イレックス基板上で製膜後、フォトマスクを介して波長
３００〜３８０ｎｍの紫外線を照射することによりドー
パントを２ｆｆｉ化させてから、窒素雰囲気中で１００
〜１０５℃で約１時間加熱して未反応のドーパントを揮
発させると、露光部では遮光部に比べて膜厚が約１５％
増加すると共に屈折率が０．８〜１，０％高くなると報
告されている。

第２の例は、Ｗ、　　Ｊ、　Ｔｏｗｌｉｎｓｏｎ　、　
Ｉｌ、Ｐ、Ｖｅｂｃｒ　。

Ｃ，Ａ、　Ｐｒｙｄｅ　、　ａｎｄ　　Ｅ、　Ａ、　Ｃ
ｈａｎｄｒｏｓｓ　。

Ａｐｐｌ、　Ｐｈｙｓ、　Ｌｅｔｔ、　、　Ｖｏｌ、２
６．　Ｎ（Ｌ６　（１９７５）　。

ｐｐ、３０３〜３０６であり、これは第１の例において
光反応性ドーパントとして２−ナフタレンチオールを１
３重回％加えると、紫外線照射によってこのドーパント
は共重合体と結合し、露光部では遮光部に比べて膜厚が
約１０％増加すると共に、屈折率が約１．３％高くなる
現象を用いて、光伝播損失０．３ｄＢ／ａｍのりッジ型
導波路と結合強度１５ｄＢ／ｃ＋ｎの光結合器を作製し
たと報告されている。

しかし、これらの報告は、主題、高分子素材。

光反応性添加剤、製膜方法、光反応様式、Ｊｌ！厚と屈
折率の変化量の上限および応用例などはいずれも全面的
にこの発明のものとは異なっている。また、ポリメタク
リル酸メチルの膜に電子線を照射すると膜厚か減少する
と同時に屈折率が増加する現象を利用して、回折格子を
作製したという報告もあるが（Ｈ，Ｋｏｔａｎｉ、　　
Ｍ、　　Ｋａｗａｂｃ　　ａｎｄ　　　Ｓ。

Ｎａｍｂａ　　、　　）ａｐａｎｅｓｅ　　　Ｊ、　　
Ａｐｐｌ、　　Ｐｈｙｓ、　　、　　Ｖｏｌ、１　８゜
Ｎｏ、２　（１９７９）　、　　ｐｐ、　　２７９〜２
８３）、本質的にこの発明とは無関係である。

［発明が解決しようとする問題点コ この発明は、形態変調型位相格子および屈折率変調型位
相格子のいずれよりも、０次の回折光を抑制し０次以外
の回折光を増強し易い形態屈折小成変調型の位相格子を
作製する方法を提供する。

［発明の構成］ 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小成変調型の位相格子
１は、透明平板２上に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　、格子要素すは屈折率ｎ、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ｇａ、βｂ、ピッチ（Ｃド位格子の幅）をＮ−
４１！ａ十ｇ６．格子要素ａおよびｂの断面分率をそれ
ぞれα　−（１／（１＝αおよびｇａ α、＝Ｊ　、／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、全入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。

ａおよびｂの屈折率をｎ　およびｎ　ｂ　１段差をｄ。

またδ−δ８　とおくと、 δ　−Ｔ（ｄａ（ｎａ−ｎｂ）＋ｄ（ｎｂ−μｎｏ））
である。

第３図に示す形態変調型の位相格子ＩＡては、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ｊ１．　＝ｌＩ　ｎ、と変更すると共に
、δ−δ５　とおくと、 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−δ′
　とおくと、 −ｒ　　　　π ｏ　　−７ｄａ（ｎ、−ｎｂ） である。

現実的な制約条件として、 ０くμｎｏくｎｂくｎａ　および　０≦ｄ≦ｄａの関係
が成立する場合には、 ♂＞０．　　（５’＞Ｏ，δ−’ｄ（ｎｂ　　ｎｏ）＋
δ〉０゜λ Ｉ−δ５＝二ｕａ　ｄ）（ｎａ　”ｂ））Ｑ、−Ｔｄ（
ｎｂ−即。））０λ　　　　　　δ−δ１− であるので、 δ１．δ５　くδ７ 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太 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η０．η□およびη０．η、とおくと、 本　　　　　Ｓｒ ｎｏくη０．η０　および　η、〉η。、η。

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双変調型の位相格子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　を有する累月から成り、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ｎ　の素材（ｎ
ｂくｎａ）から成る形ａ　　　　　　　ｂ 態屈折小数変調型の位相格子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。

本発明においては用いられる光反応性の炭素炭素間二重
結合を有するアクリル酸系重合体とは後述する（３）式
で示されるようにアルデヒドまたはケトン（以下化合物
（Ｂ）という）との反応が進行するような分子内に炭素
炭素間二重結合が存在する重合体であればよい。上記重
合体のうち好ましい例は下記一般式Ｉの構造単位を含む
重合体又は共重合体［以下単にポリマー（Ａ）というコ
である。

式中、Ｒ１は水素原子または炭素数１〜４のアルキル基
であり、Ｒ２は非共役型二重結合を１個又は２個以上を
する置換基好ましくは鎖状又は環状テルペン残基である
。

該構造単位は通常２モル％以上であり、好ましくは５モ
ル％以上である。エステル基に結合した互いに非共役の
二重結合はその三重項エネルギーが７５〜８５　Ｋｃａ
１１モルの範囲にあり、光励起により化合物（Ｂ）との
反応性が極めて高い。互いに共役した二重結合は三重項
エネルギーが化合物（Ｉ３）の三重項目エネルギー（６
４〜７４Ｋｃａ１１モルの範囲にある）よりも低いため
光反応よりも光励起エネルギーの移動が優先して起こり
、光反応が生起しない。

非共役二重結合を１個有する置換基Ｒ２を例示すると次
のものが挙げられる。

アリル基の様な炭素数が３つの基；２−ブテニル基、３
−ブテニル基、２−メチル−２−プロペニル基のような
炭素数が４つの基；２−へブテニル基、３−へブテニル
ｕ１４−へブテニル基、２−メチル−２−ブテニル基、
３−メチル−２−ブテニル基、２−エチル−２−プロペ
ニル基、２−メチル−３−ブテニル基、１，２−ジメチ
ル−２−プロペニル基、等の炭素数が５つの基；２−へ
キセニル基、３−へキセニル基、４−へキセニル基、５
−へキセニル基、１，１−ジメチル−２−ブテニル基、
１．２−ジメチル−２−ブテニル基、１．３−ジメチル
−２−ブテニル基、２．３−ジメチル−２−ブテニル基
、３−メチル−２−へブテニル基、２−メチル−２−ヘ
プテニル基等の炭素数が６つの基；あるいは、２−メチ
ル−２−シクロへキセニル基、３−メチル−２−シクロ
へキセニル基等のシクロアルケニル基が挙げられる。

また非共役な二重結合を２個有する置換基Ｒ２としては
次のものが挙げられる。

ゲラニル基、ｉｓｏゲラニル基、１−メチルゲラニル基
、６−メチルゲラニル基、６−ニチルゲラニル基、ネリ
ル基、ラバンダリル基。

また非共役な二重結合を３個以上をする置換基Ｒ２とし
ては次のものが挙げられる。

ゲラニルゲラニル基、ファルネシル基、β−シクロゲラ
ニルゲラニル基。

上記ポリマー（Ａ）は一般式（Ｉ）の構造を有せばその
製法は特に問わない。即ち、アクリル酸又はメタクリル
酸を含む重合体を用い、分子内に二重結合を有するアル
コール、例えば２−ブチノール等のアルコールと反応さ
せること（高分子エステル化反応）により得ることがで
きる。しかるに、一般式（Ｉ）に対応するアクリル酸誘
導体の単独重合又はは他のコモノマーとの共重合によっ
て入手したポリマーは特に好適に用いられる。

二重結合を１個有するアクリル酸誘導体としては、アリ
ルメタクリレート、アリルアクリレート、２−（または
３）−ブテニルメタクリレート、２（または３）−ブテ
ニルアクリレート、２−メチル−２−プロベニルメタフ
レリート、２−メチル−２−プロペニルアクリレート、
２　（または３または４）−ベプテニルメタクリレート
、２（または３または４）−アクリレート、２（または
３）−メチル−２（または３）−ブテニルメタクリレ−
１・、２　（または３）−メチル□２（または３）−ブ
テニルアクリレート、２−エチル−２−プロペニルメタ
クリレート、２−エチル−プロペニルアクリレート、１
．２−ジメチル−２−プロペニルメタクリレート、１．
２ジメチル−２−プロペニルアクリレート、２（または
３または４または５）−へキセニルメタクリレート、２
（または３または４または５）−へキセニルアクリレー
ト、１，１（または１．２または１．３または２゜３）
−ジメチル−２−ブテニルメタクリレート、１．１−（
または１，２または１，３または２゜３）−ジメチル−
２−ブテニルアクリレート、２（または３）−メチル−
２−へブテニルメタクリレート、２（または３）−メチ
ル−２−ヘプテニルアクリレート等のアルコール残基が
鎖状になっているアクリル酸誘導体；２（または３）−
メチル−２−シクロへキセニルメタクリレート、２（ま
たは３）−メチル−２−シクロへキセニルアクリレート
等のアルコール残基が環状になっているアクリル酸誘導
体が挙げられる。これらの中で、アリルメタクリレート
、２−メチル−２−プロペニルメタクリレート、２−ブ
テニルメタクリレート、２−へキセニルメタクリレート
、３−へキセニルメタクリレートが、アルコール残基の
アルコールの入手のしやすさ、エステルの合成のしやす
さのために好ましい。

二重結合を２個以上Ｈするアクリル酸誘導体としては、
ゲラニルメタクリレート、ゲラニルアクリレート、ネリ
ルメタクリレート、ネリルアクリレート、インゲラニル
メタクリレート、イソゲラニルアクレリート、ラバンジ
ュリルメタクリレート、ラバンジュリルアクリレート、
６−メチルゲラニルメタクリレート、６−メチルゲラニ
ルアクリレート、１−メチルゲラニルメタクリレート、
１−メチルゲラニルアクリレート、６−ニチルゲラニル
メタクリレート、６−ニチルゲラニルアクリレート、ペ
リリルメタクリレート、ペリリルアクリレート等の非共
役な二重結合を２個有する鎖状若しくは環状テルペン系
アルコールとアクリル酸又はメタクリル酸とのエステル
、ファルネシルメタクリレート、ファルネシルアクリレ
ート、ゲラニルゲラニルメタクリレート、ゲラニルゲラ
ニルアクリレート、β−シクロゲラニルゲラニルメタク
リレート、β−シクロゲラニルゲラニルアクリレート等
の非共役重合体を３個以上有する鎖状若しくは環状テル
ペン系アルコールとアクリル酸又はメタクリル酸とのエ
ステルが好適な例とじて挙げられる。

共重合に付されるコモノマーとしては上述のアクリル酸
エステル誘導体と共重合するモノマーであればよく、例
えば、メタクリル酸：メタクリル酸メチル、メタクリル
酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸ブチル
、メタクリル酸アミル、メタクリル酸シクロヘキシル等
のメタクリル酸アルキルエステル；アクリル酸ニアクリ
ル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、
アクリル酸ブチル、アクリル酸シクロヘキシル等のアク
リル酸アルキルエステル、メタクリル酸アミド、アクリ
ル酸アミド、スチレン：α−メチルスチレン等の置換ス
チレンが例示される。これらのコモノマーはフッ素で置
換されていてもよい。

しかし、芳香族のようにπ電子系の環状化合物は分子量
が大きいと同時に多数のπ電子を持っており、体積と屈
折率の双方を増加させる機能を備えているので、芳香族
ケトンの光付加反応によって露光部の膜厚と屈折率を増
加させる場合には、メタクリル酸エステルはπ電子系の
環構造を有していないことが望ましい。

前述のアルコール残基中に炭素−炭素二重結合を残存さ
せるようなポリマーの合成は、アクリル酸誘導体モノマ
ーのアルコール残基の炭素−炭素二重結合にシス、もし
くはトランスに２つあるいは３つ以上のアルキル基が置
換している場合は一般にラジカル重合またはアニオン重
合で合成でき、炭素−炭素二重結合がビニル基、又はビ
ニリデン基を構成する場合にはアニオン重合によって容
易に合成しうる。重合の際に、上記炭素−炭素二重結合
が副反応により若干変化する場合もありうるがポリマー
（Ａ）においては二重結合は実質的に共重合に関与して
ないのがよい。ポリマー（Ａ）の分子量には特にに制限
はないが、一般に数平均分子量て１０００〜１００万の
範囲にある。ポリマー（Ａ）中の構造単位（１）はモノ
マ一単位で５モル％以上において、化合物（Ｂ）との反
応により顕著な性質変化が観測される。

次に化合物（Ｂ）は段差と屈折率を増加させる機能を備
えており、カルボニル基を１個有する化合物と、カルボ
ニル基を２個以上有する化合物に大別される。該化合物
（Ｉｔ）としては非置換または置換型のベンズアルデヒ
ド、ベンゾフェノンまたはそれらの誘導体が例示され、
一般式で表現すると次の■または■式で示される。

λ６ （ｎ）　　　　　　　　　（ＩＩＩ） （但し式（ＩＩ）または（ＩＩＩ）においてＸ１〜Ｘ６
は水素原子、炭素数１〜７のアルキル基、炭素数１〜７
のアルコキシ基、アリルオキシ基、またはハロゲン原子
を表し、Ｘ７〜Ｘｌｏは水素原子またはハロゲン原子を
表わす。またｎは０または１ｌｌｉを示す） 上式において好ましい化合物はＸ　−Ｘｌｏは水［ 素であり、式■においてｎが１または２の化合物である
。

化合物（Ｂ）の好適な例としては、ベンゾフェノン：３
−または４−メチルベンゾフェノン、３または４−メト
キシベンゾフェノン、３．３’　−または４．４′−ジ
メチルベンゾフェノン、３゜３′　または４．４′　−
ジメトキシベンゾフェノン、２．３または４−クロルベ
ンゾフェノン、３，４゜５−トリメチルベンゾフェノン
、３，４．５−トリメトキシベンゾフェノン等の置換ベ
ンゾフェノン類、３−ベンゾイルベンゾフェノン：３−
（３または４−メチルベンゾイル）−３′または４′メ
チルベンゾフエノン、３−　（３または４−メトキシベ
ンゾイル）−３′または４′メチルベンゾフエノン、３
．３’　　−ジベンゾイルベンゾフェノン等の置換３−
ベンゾイルベンゾフェノン類、ベンズアルデヒド：３ま
たは４−メチルベンズアルデヒド、３または４−メトキ
シベンゾアルデヒド、３．４ジメチルベンゾアルデヒド
、３．４−ジメトキシベンズアルデヒド等の置換ベンズ
アルデヒド類が挙げられる。これらの化合物（Ｂ）はカ
ルボニル基に対してオルソ位にメチル基、エチル基、イ
ソプロピル基等の置換基を有さないので、光照射による
分子内水索引き抜き等の副反応が少ない利点を有する。

本発明ではベンズアルデヒド、ベンゾフェノン、３−ベ
ンゾイルベンゾフェノン、３．３′　−ジベンゾイルベ
ンゾフェノンが感光性、合成の容易さ等から特に好まし
く、また３−ベンゾイルベンゾフェノン、３．３’　−
ジベンゾイルベンゾフェノンが、感光性、屈折率差およ
びレリーフ構造の生成等から特に好ましい化合物（Ｂ）
である。

光反応性の炭素炭素間二重結合を有する共重合体と、こ
れらの芳香族ケトンを共存させた状態で、波長が３００
〜４００ｎｍの紫外線を照射すると、例えば、式（３）
に示すような反応様式で両者はオキセタン環を生成し結
合する。

ここで、Ｒ１とＲ２は適当な置換基、またはＲは共重合
体を示す。この光反応を選択的に進行させるための条件
として、芳香族ケトンの３重項エネルギーが共重合体上
に炭素炭素間二重結合の３重項エネルギーより低いこと
を要し、逆の場合には光励起エネルギーは芳香族ケトン
から炭素炭素間二重結合へ優先的に移動して失われる。

このような観点から共役型の炭素炭素間二重結合は不適
格であると共に、３重項エネルギーが６５Ｋｃａ１１モ
ル以上７７　Ｋｃａ１１モル以下の範囲にある芳香族ケ
トンが有用である。また、減圧加熱法による現像条件を
緩和するには、昇華し易い芳香族ケトンを使用すること
が望ましい。

露光部と遮光部の段差と屈折率差は、素材の種類や濃度
に依存するばかりでなく、紫外線照射前の膜厚、光源の
出力、紫外線の照射時間、温度などによっても変動する
。このような段差と屈折率差の制御要因の特性を予め把
握しておくことによって、所望の段差と屈折率差を有す
る形態屈折率双変調型位相格子は容易に作製される。

次に本発明の回折格子を作成する方法について述べる。

ポリマー（Ａ）と化合物（Ｂ）とを溶解する溶媒に両者
を溶解し、キャスティング法、バーコード法、スピンコ
ード法等の一般的な方法で塗膜が形成される。該塗膜は
必要に応じて減圧下或いは加熱することにより溶剤を除
去し本発明の組成物の膜となる。該膜はフィルムであっ
ても基板上に形成された薄膜であってもよい。膜形成法
は所望の膜の厚さ、または膜の形態によって、種々の方
法が選ばれる。一般に厚い場合にはキャスティング法、
薄い場合にはバーコード法、またはスピンコード法が選
ばれるがこれら以外の方法でもかまわない。

ポリマー（Ａ）と化合物（Ｂ）の割合は、特には限定さ
れないが一般に重量比で１０：１から１＝１０の範囲内
で任意に選択される。ポリマー（Ａ）中の非共役二重結
合を有するアルコール残基に対して化合物（Ｂ）はモル
比で１０＝１〜１：２０の範囲内で任意に選択され、好
ましくは５：１〜１：ＩＯの範囲内である。

露光は３００〜４２０ｎｍの紫外線により周期的パター
ン状に照射することにより行なわれる。

たとえば高圧水銀ランプ、超高圧水銀ランプ、Ｎ２ガス
レーザー、Ｈｅ−Ｃｄガスレーザー等が適宜用いられる
。また露光方法はフォトマスクを用いる方法、三光束干
渉露光法、レーザービームを直接照射する方法等があり
、適宜用いられる。

本発明は上述の膜を露光後、化合物（Ｂ）を任意の方法
で除去することにより得られる。例えば減圧または常圧
下でθ℃〜１２０℃で処理することにより、非露光部の
化合物（Ｂ）及び未反応の化合物（Ｂ）を除去すること
により所望の形状の屈折率差とレリーフ構造を合わせも
つ光学的に透明な鮮明な回折格子を作製できる。本発明
の作成方法によれば露光部の屈折率が非露光部の屈折率
よりも大きく、しかも露光部が非露光部よりも厚みの厚
い凸な構造となるという特長をもっている。従って、本
発明の方法によれば、形態と屈折率差の成度調型位相格
子が容易に得られるという特長を有する。

本発明者らは屈折率差とレリーフ構造をコントロールす
る方法を検討した結果、本発明の組成物ではそれらは（
１）本発明の組成物中のポリマー（Ａ）の割合と、その
（＾）中の一般式（Ｉ）で示される構造単位の割合及び
化合物（Ｉ３）の割合、（２）露光時間（３）またはそ
れらの組合わせによって任意にコントロールすることが
可能であることを見出した。

一般的に組成物中の化合物（Ｂ）としてフェニル環の数
の多い化合物を用いたときや、ポリマー（Ａ）中の非共
役二重結合が多いものを用いたときに屈折率差は大きく
なる。また、レリーフ構造の深さは化合物（Ｂ）のポリ
マー（Ａ）に対する割合が多くなると大きくなる。さら
に反応時間は長ければより多く反応するので屈折率差、
レリーフ構造の深さともに大きくなる。しかしながら、
これらの条件は、組成物中のポリマー（Ａ）や化合物（
Ｂ）の組成や、組成物の膜厚等から適宜選ばなければな
らないことはいうまでもない。

第１図に示す形態屈折率政変調型位相格子は最も単純な
構成を有しており、この入射面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、０次回舌先のスポットを中心として１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小我変調型の位相格子のみに限定
されない。例えば第２図に示すように、凸（高屈折率）
部６と凹（低屈折率）部７を市松模様状に構成した形態
屈折率政変調型位相格子８の入射面にレーザ光を垂直に
入射すると、スクリーン上では０次回舌先のスポットを
中心として２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。

これら以外にも、形態屈折率成度１１１Ｊ型位相格子で
は多種多用な構成が可能である。従って、本発明は、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、回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。

［発明の定全的評価］ 式（１）および（２）により回折効率を定量的に評価す
る。λ−０．７８０ｕｍ、　（１−Ｌｏ、Ｏａｍ。

ｆｌ　ｂ−１０，０μｍ、　　ｄ　　−１，００ｐｍ、
　　ｎｏ−＝１．００の条件で、ｎ　　−１，５１およ
びｎｂ−１，５０の場合と、ｎ　　−１，５５およびｎ
ｂ−■、４５の場合の回折効率を、それぞれ第１表およ
び第２表に示す。ここで、屈折率変調型の位相格子の回
折効率は、形態屈折率政変調型位相格子においても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（表では簡略化のためｍ−±１
のみを示す。）の回折光の増強に関する形態屈折率政変
１凋型位相格子の優位性が具体的に検証される。

以下余白 ［実　施　例］ 以下に実施例を挙げて、本発明による形態屈折率双変調
型位相格子の作製方法と光学特性を詳しく説明する。

実施例１ メチルメタクリレートと２−ブテニルメタクリレートの
モル比１：１の共重合体を合成した。この２−ブテニル
メタクリレート成分１モルに対して１モルのベンゾフェ
ノンを添加して調整した４重量％ベンゼン溶液を、厚さ
２ＩＩＩｍのポリメチルメタクリレート基板上にスピン
コードして透明源１１ｆｉを形成した。格子要素の幅と
間隔が共に１０μｍの輪状パターンを有するフォトマス
クを介して、出力２５０Ｗの超高圧水銀灯でこの薄膜を
２０分間紫外線照射することにより、２−ブテニルメタ
クリレート成分にベンゾフェノンを結合させた。

この試料を０．２ａ＋ｍＨｇ、　　１００℃の条件で１
時間減圧加熱して未反応のベンゾフェノンを昇華させる
ことにより、形態屈折率双変調型位相格子を作製した。

２光東干渉顕微鏡を用いて露光部と遮光部の膜厚を測定
した結果、それぞれ０．８０３μｍおよび０．７１１．
ＣＺ　ｍであり、段差は０．０９２μｍであった。波長
６３２８ＡのＨｅ−Ｎｅレーザを用イテ、プリズム結合
法により露光部と遮光部の屈折率を７１＋１１定した結
果、それぞれ１．５２２および１．５１０であった。こ
のレーザと光パワメータを用いて、１次本　　　　家 回折光と０次回折光の強度比（η１／η。）を測定した
結果、０．０３４であり、理論値０．０３４とよく一致
した。

実施例２ 実施例１において、ベンゾフェノンの代わりに３−ベン
ゾイルベンゾフェノンを２−ブテニルメタクリレート成
分１モルに対して０．７モル添加し　′て、同様の実験
を実施した結果、露光部と遮光部の膜厚はそれぞれ１．
０１５μｍおよび０．７０１μｍ。

段差は０．２５４μｍ、露光部と遮光部の屈折率はそれ
ぞれ１．５４４および１．５１０であった。１次回折光
とＯ次回舌先の強度比は０　、４５４であり、理論値０
．４５６とよく一致した。

実施例３ メチルメタクリレートとゲラニルメタクリレートのモル
比１：１の共重合体を合成し、このゲラニルメタクリレ
ート成分１モルに対して１６４モルのベンゾフェノンを
加えて、実施例１と同様の実験を実施した結果、露光部
と遮光部の膜厚はそれぞれ０．７９１１μｍおよび０．
０７０μｍ２段差は０．１２８μｍ、露光部と遮光部の
屈折率はそれぞれ１．５３０および１．５１３であった
。１次回折光と０次回折光の強度比は０．０８９であり
、理論値０．０７０とよく一致した。

実施例４ 実施例３において、ベンゾフェノンの代わりに３−ベン
ゾイルベンゾフェノンをゲラニルメタクリレート成分１
モルに対して０．９モル添加して、同様の実験を実施し
た結果、露光部と遮光部の膜厚はそれぞれ０．９９７μ
ｍおよび０．０４８μｍ９段差は０．３４９μｍ、露光
部と遮光部の屈折率はそれぞれ１．５５７および１．５
１４であった。１次回折光と０次回折光の強度比は１．
５８８であり、理論値１．５９３とよく一致した。

［発明の効果］ 本発明によれば、従来の形態変調型位相格子と屈折率変
調型位相格子のいずれよりも０次回折光の抑制とこれ以
外の回折光の増強を実現できる形態屈折率双変調型位相
格子が容品に提供され、微小光学系における光の分配や
集光などに広く役立つものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の形態屈折率双変調型位相格子の拡大
断面図、 第２図は、市松模様状の形態屈折率双変調型位相格子の
拡大した斜視図と回折パターンを示す斜視図、 第３図は、従来の形態屈折率双変調型位相格子の拡大断
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
である。 第　１　図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 イ）（Ａ）光反応性の炭素炭素間二重結合を有するアク
   リル酸系重合体 および（Ｂ）非置換または置換基を有する芳香族アルデ
   ヒドおよび芳香族ケトンより選択される化合物の一種ま
   たは二種以上を含有する組成物より薄膜を形成する工程
   、 ロ）上記薄膜に周期的パターンにより紫外線を照射する
   工程、 ハ）未反応の化合物（Ｂ）を除去する工程、を順次行な
   うことを特徴とする形態屈折率双変調型位相格子の作製
   方法。