JPS62269103A - 波長板 - 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〕 本発明は、直交する２つの直線偏光の間に位相差を生せ
しめる１／４波長板、１７２波長板、全波長板等の波長
板に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、波長板は水晶の結晶を研磨して、當光と異常光の
位相差が、ｌ／４波長板では（Ｎ　＋　１／４）波長（
Ｎは整数）、１／２波畏板では（Ｎ＋１／２）波長、全
波長板でｆｌＮ波長になるような厚さに調整して製作さ
れている。この工うな結晶研磨による方法以外に誘電体
に形成し友高密度の表面レリーフ終予が複屈折を示すこ
とから、格子を用いる方法も提案されている。表面レリ
ーフ格子を用いた波長板の提案と実験はアプライド・フ
ィジックス−レター（Ａｐｐｌｉｅｄ　　Ｐｈｙｓｉｃ
ｓ　　Ｌｅｔｔｅｒ　）誌第４２巻第６号（１９８３年
３月１５日発行）第４９２〜４９４頁掲載のり、Ｃ，Ｆ
ｌａｎｄｅｒｓ著の論文、及びアプライド・オグティク
ス（Ａｐｐｌｉｅｄ−Ｏｐｔｉｃｓｓ　）誌第２２巻＠
２０号（１９８３年・１０月１５日発行）第３２２０〜
３２２８頁掲載のＲ，Ｃ。

ＥｎｇｅｒとＳ　、　Ｋ　、　Ｃａ５ｅ著の論文に述ヘ
ラレテイるＯ 格子を用い友波長板は、格子のピッチをｄ１使用する光
の波長をλとすると、λがｄに比べて十分大きい領域で
は格子の溝に平行な方向の屈折率ｎ１１と格子の溝に直
交する方向の屈折率ｎ工が異なることを利用しており、
前述のＤ　、　Ｃ、Ｆ１ａｎｄｅｒ＋ｓ著の論文による
と格子が矩形状の場合、ｎ１ｌｙｎ工ｎ　Ｌ　：　Ｃ（
１／ｎｔ）”ｑ　＋　（１／ｎｚ）　（Ｉ　Ｑ声・・・
・・・　（２） ここでｎｌ　ｉ媒質１の屈折率ｓ　ｎｌは媒質２の屈折
率、宅ニ格子の１周期中に媒質１の占める割合で１≧ｑ
≧０である０複屈折の大きさΔｎは次式で与えられる０ Δｎ＝ｌ　ｎ＋１−Ｉｎｌ　　Ｉｏ　・・・・・・・・
・　（３）ま７’ｃ、　ａｍ折の大きさΔｎ？有する格
子に入射し次光が受ける位相差△φは次式で与えられる
ＯΔΦ（ｒａｄ）”−虱・Δｎ　・・・・・・・・・　
（４）λ ここでＤは格子の溝深さでめる０（４）式から、大きな
位相差△Φを得るにａ１溝深さＤを大きくするか、゛ま
たは値屈折の大きさΔｎを大きくすれば工い。この関係
は格子形状が矩形である場合に限らず、正弦波法、三角
波状、等の場合でも放り立つ０ 表面レリーフ格子による波長板に主に次の２つの方法に
エフ製造できる。

第１の方法は、干渉露光法にエフホトレジストに表面°
レリーフ格子を形成し、その格子からニッケル電路法で
金型を製作し、熱可塑性樹脂にホットプレス法や射出成
形法で転写する。あるいは、光硬化性樹脂に転写する方
法である。

第２の方法は、誘市体基・成上に第１の方法と同様の方
法でホトレジスト格子を形成し、ホトレジストマスクと
して誘電体基板をイオンエツチング法、または反応性イ
オンエツチング法、またｉイオンビームエツチング法ま
たは反応性イオンエツチング法によりエツチングし、表
面レリーフ格子を得る方法である。

〔発明が解決しょうとする問題点〕

上述の従来の技術には格子の溝幅に対して溝深さが極端
に大きくなる問題点がある。比とえは。

使用波長λｔＨｅ−Ｎｅレーザの６３２．８７１１とす
る。

この波長に対して＾ＩＩ述の第１の製造方法で用いられ
る熱ａＪ塑性樹脂、たとえばアクリル樹脂、光硬化性樹
脂たとえばスリーボンド社製のＵＶＸ−８Ｓ−８９−１
および第２の製造方法において主に用いられる石英ガラ
スの屈折率はお工そ１，５〜１．６である０以下では熱
可塑性樹脂、光硬化性樹脂おＬび石英ガラスを線質１と
し、その屈折率ｎ１を１．５５とする。また、媒質２ｔ
−空気とし、その屈折率ｎ２を１．００とする。格子形
状が矩形の場合。

拝賀１が格子の１周期中に占める割合ｑを０．５とすれ
ば、複屈折の大きさΔｎは（１）　、　（２）　、　（
３）式りり０１１６となる。したがって（４）式より１
／４波長板、】／２波長板、全汲灸板に必要な溝深場り
にそｎぞれ１．３６μｍ、２．７３μｍ、５゜４６μｍ
になる。

また格子ピッチｄＶｃＰＡＩ、て、尚密度性に基づく複
屈折を得るににス／ｄ≧１．４７５である必要があるの
で、ｄ≦０．４３μｍなる条件を満足しなけｊＬばなら
ない。（／＝Ｏ，Ｓでめるから格子の溝幅ＷはＷ≦０．
２１μｔｎとなる。　し友がって、溝’ｔＡ　Ｏ，２１
ａ　ｍ以下、講深さ１，３６μｍ〜５．４６μｍの格子
を作製しなければならない。

この工つな６６区対して＠深場か也めて大きな格子を第
１の製造方法で製造する場合％媒質］と電鋳金型との英
効的な接触表面積が著しく増大する几めに金型面からば
く＾ｌする時の引張りせん断力が大きくなる。このため
に、はく離時に硬化し友媒質１が基板からはがれ、金型
面に残留してしまい、表面レリーフ格子の転写が困難に
なるという問題点がある。

ま之、第２の製造方法でに、エツチングに要する時間が
数時間にも及び、エツチングに耐え得るホトレジストマ
スクは、厚さ数μｍになることから、　　　　°　　　
　　　　　゛ か≠鴫ホトレジストマスクの形成が困難である。

まｔ１ホトレジストに形成した格子をエツチング耐性の
強い物質、たとえばクロムに転写し、その物質をマスク
としてエツチングを行う場合においても、格子溝深さの
増力口に伴い、一度エッチングされ比誘電体の基板表面
への再付着や、溝低部への活性種、イオン、中性粒子の
到達粒子数の永少などに工りエツチングの進行が阻止さ
れ、所望の格子の形成が困難である。

この工うな問題は格子の形状に＝らず生じる。

また表面レリーフ格子型の波長板に格子表面の汚染や損
傷に弱いという欠点を有している０以上述べた工うに、
従来技術による表面レリーフ格子型の波長板は製造が困
湖であり、汚染や損傷に弱いという欠点を有している０ 本発明の目的に、この工うな従来技術の問題点を解決し
、製造が容易で汚染や損傷に強い位相格子型の波長板を
提供することにある。

〔問題点七屏決する之めの手段〕

本発明の波長板は、使用波長λと格子ピッチｄとのＩａ
ｌ係がλ／ｄ≧１．４７２なる挟置レリーフ格子が設け
らｎｒｃ基板誘電体と、この基板誘電体の前記表面レリ
ーフ格子上に充てんされ１表面が平担でめり前記基板誘
電体の屈折率に比べて十分大きい屈折率を有する誘電体
媒質とを含んでａ放される。

〔作　用〕

本発明の作用は次のとおりである０ 格子に入射する光が受ける位相差ΔΦは、溝深さＤと複
屈折の大きさΔｎに比例する。したがって溝深さＤｔ−
大きくせずに所望の位相差ΔΦを得る沈めには複屈折の
大きさΔｎｔ−大きくすれば工い。格子形状が矩形の場
合では、　（１）　、　（２）　、　（３）式から知れ
る工うに複屈折の大きさΔｎは媒質１、媒質２の屈折率
ｎｌ　　＃　ｎｚ　２工ひ［負１が格子の１周期に占め
る割合ｑに工って決まる０ 従来では媒質２は空気でめるからＨ，＝ｌ、Ｑとすれば
、この場合の複屈折の大きさΔ”　ａｉｒ　＋；１１、
Δｎａｉｙ　＝　（ｎｌ”ｑ＋　（１−Ｑ））”　−（
（１／ｎｔ）　ｑ十（１−ｑ））″各　・・・・・・・
・・　（５）で与えられる。この場合ｎ　１　）　ｎ　
２である〇一方ｎｔ＜ｎｚ　　の場合も同様の被屈折が
得られ、この場合の複屈折の大きさΔｎｈ、ｒ、ｉ　ｔ
ｆｆΔｎ　ｈ、ｒ、ｉ　＝　（ｎ？Ｌ：ｆｆ＋ｎ、２　
（Ｉ　　Ｑ）　）　””−（（１／ｒｂ）”　ｑ　＋　
（］／ｒｂ）”（１−ｑ）１凶　°・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・　（６）で与えられるｏ　（５
）　＝　（６）式エフ、１．に比べて十分大きい屈折率
ｎｚｔ”！する媒質を媒質２として用いればΔｎｈ、ｒ
、ｉ　＞Δｎａｉｒ　　・・・・・・・・・　（７）と
することができる０ 第２図はこの条件を満足する媒質２の屈折率を媒質１の
屈折率を変数として求めたものを示すグラフで、斜線で
示した部分が条件を満足する領域である。ここでｑは０
．５として計算し友。つまり。

表面レリーフ格子を有する屈折率ｎｌのｔｈ電体基板の
レリーフ表面を、 （１−ｑ））−”　＞　（ｎｔ”　＋　（１−））”　
　［（Ｌ／ｎｔ）”ｑ　　　　　ｑ ＋　（１−ｑ）　］−”　　・・・・・・・・・　（８
）なる条件を満たす屈折１ｎｚｔ−有する誘電体で充て
んすることにエフ、格子が空気中に露出している場合に
比べＣ大きな複屈折が得られ、したがって誘電体基板上
に製作する格子の０！深嘔を小さくすることができ、製
作が容易となる。

格子が矩形状でなく、正弦波状、三角波状等の場合も同
様で、＃’４体基板基板折率に対して十分大きい屈折率
を有する誘電体で格子表面を充てんする事にニジ、大き
な複屈折が得らｎ１波長板の製作が容易となる。

また、格子を高屈折率誘電体で完全に包み込む仁とから
、格子を損傷から保姦することができ。

さらに高屈折率誘電体とを気との界面を平担にすること
ができるので、汚染に対しても強くなる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について１図面を珍魚して説明す
る。

第１図は本発明の一実施例を示す断面図で、わかりやす
くするために格子を冥際エクもはるかに大きく拡大して
示しである。紡電体基飯１に格子２が形成されており、
その表面に高屈折率誘電体３が充てんされており、誘電
体３が複屈折の大きさを大きくすると＋ＴＩＪｑに格子
２を保護している。

また、高屈折率日を体３と空気との界面に平押であＬ表
面の汚染に対しても強い。

実際の製作には、基板誘電体】として光硬化樹脂である
スリーポンド社規のＵＶＸ−３Ｓ８９−１を、高屈折率
誘電体３として新日會化工社製のポリシラスチレンＰＳ
Ｓ７５を用いた。

前者の屈折率は１．５２％　後者の屈折率に約２．５で
あり、格子は矩形状であるから（１）　、　（２）　、
　（３）式エフｑ　＝　０．５のときΔｎ＝０．２３２
となり、λ／４を製作するのに必要な溝深さはλ＝６３
２８μｌの場合０．６８２μｍとなる。

光硬化性樹脂である基板銹電体１への格子パターンの転
写は、まずＨｅ−Ｃｄレーザの波長４４１．６咽の光ビ
ームを用いて干渉計を構成し、ホログラフィックにピッ
チ０．３μｍの格子をホトレジストに形成し、ホトレジ
ストヲ現像した後の表面レリーフ格子からニッケル電鋳
法で金型ｔ−製作し、この金型を用いて行った。基板銹
電体１に形成された格子上に液状のポリシラスチレンを
塗布し、溶剤全乾燥させることＫより、所望の波長板を
形成した。

〔発明の効果〕

本発明に工れば、汚染、損傷に強い、かつ製作の容易な
波長板が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の笑施例を模式的に示す断面図、第２図
は５本発明を実施するに必要な屈折率の関係を示すグラ
フである。 図において、１は訴電体基板、２は格子、３は高屈率誘
電体である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 使用波長λと格子ピッチｄとの関係がλ／ｄ≧１．４７
   ２なる表面レリーフ格子が設けられた基板誘電体と、こ
   の基板誘電体の前記表面レリーフ格子上に充てんされ表
   面が平担であり前記基板誘電体の屈折率に比べて十分大
   きい屈折率を有する誘電体媒質とを含むことを特徴とす
   る波長板。