JPWO2004111693A1 - Diffraction grating and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
高分散で高い回折効率を有し、しかも安価な回折格子およびその製造方法を提供するものであり、外部からの光が内部に入射する回折格子入射面と、上記回折格子入射面と対向し上記回折格子入射面から内部に入射した光が外部へ出射する回折格子出射面と、上記回折格子入射面と上記回折格子出射面との間に形成され、上記回折格子入射面から内部に入射した光が入射し、該入射した光を反射する複数の反射面とを有するようにしたものである。また、上記回折格子入射面と上記回折格子出射面とはそれぞれ略矩形形状に形成されて、互いに所定の間隔を有し略平行して対向して位置し、上記複数の反射面は、上記回折格子入射面ならびに上記回折格子出射面に対して略垂直に等間隔で位置し、透過型の平面回折格子として構成されたようにする。Provided is a high-dispersion and high diffraction efficiency and inexpensive diffraction grating and a method for manufacturing the same, and a diffraction grating incident surface on which light from the outside is incident, and the diffraction grating incident surface facing the diffraction grating incident surface. Light that is formed between the diffraction grating exit surface from which light incident inside from the diffraction grating entrance surface exits, and the diffraction grating entrance surface and the diffraction grating exit surface, and is incident from the diffraction grating entrance surface to the inside. And a plurality of reflecting surfaces that reflect the incident light. In addition, the diffraction grating entrance surface and the diffraction grating exit surface are each formed in a substantially rectangular shape, and are positioned substantially parallel to each other with a predetermined distance therebetween, and the plurality of reflection surfaces include the diffraction surface. It is arranged at equal intervals substantially perpendicular to the grating incident surface and the diffraction grating exit surface, and is configured as a transmission type planar diffraction grating.
Description
本発明は、回折格子に関し、さらに詳細には、天文学、地球惑星科学、気象学、環境衛生学などの各種観測装置、理化学、鉱物、生物、病理学などの各種分光分析装置、食品、医薬品、化学製品の製造装置や品質管理装置、光通信の光多重技術(WDM:Wavelength Division Multiplexing)の根幹をなす全光ルーティング装置などの各種装置に用いて好適な回折格子に関する。 The present invention relates to a diffraction grating, and more specifically, various observation apparatuses such as astronomy, earth and planetary science, meteorology, environmental hygiene, various spectroscopic analysis apparatuses such as physics and chemistry, minerals, organisms, pathology, foods, pharmaceuticals, The present invention relates to a diffraction grating suitable for use in various apparatuses such as a chemical product manufacturing apparatus, a quality control apparatus, and an all-optical routing apparatus that forms the basis of WDM (Wavelength Division Multiplexing).
従来より、各種装置に回折格子が用いられているが、例えば、天文学分光観測装置などに使用される回折格子としてグリズム(grism)が知られている。
このグリズムは、任意の次数、任意の波長の光を直進あるいは任意の方向に進ませるように透過型回折格子とプリズムとを組み合わせた透過型分散素子である。Conventionally, diffraction gratings are used in various apparatuses. For example, a grism is known as a diffraction grating used in an astronomical spectroscopic observation apparatus.
This grism is a transmissive dispersion element that combines a transmissive diffraction grating and a prism so that light of an arbitrary order and an arbitrary wavelength travels straight or in an arbitrary direction.
そして、天文学用の高分散分光観測装置などは、高次回折光を利用した回折格子やグリズムなどの高分散分散素子(エシェルタイプ)と、同時に広い波長範囲を計測するための垂直分散素子(プリズムや低分散の回折格子など)とを組み合わせて使用している。そのために分散素子は高い回折効率であることが望まれていた。 High-dispersion spectroscopic observation devices for astronomy use high-dispersion elements (echelle type) such as diffraction gratings and grisms that use high-order diffracted light, and vertical dispersive elements (prisms, etc.) for measuring a wide wavelength range at the same time. In combination with a low dispersion diffraction grating). Therefore, it has been desired that the dispersion element has high diffraction efficiency.
ここで一般に、グリズムの波長分散は、グリズムのプリズム部分により生ずる光路差に比例する。このため、高い波長分散を得るためには、グリズムを構成するプリズムとして、頂角が大きい高屈折プリズムを使用する必要があった。 In general, the chromatic dispersion of the grism is proportional to the optical path difference generated by the prism portion of the grism. For this reason, in order to obtain high wavelength dispersion, it is necessary to use a high-refractive prism having a large apex angle as a prism constituting the grism.
しかしながら、階段状の溝形状が表面に微細加工された従来の表面レリーフ(Surface relief:SR)型の回折格子とプリズムとを組み合わせたSRグリズムにおいては、高い分散を得るためにプリズムの屈折率を高くして頂角を大きくすると、プリズムと回折格子との界面における臨界角により、プリズムの頂角が制限されてしまう。このため、より高い分散を得るためには、SRグリズムの有効径および光学系のサイズを大きくしなければならない。 However, in the SR grism that combines a conventional surface relief (SR) diffraction grating with a stepped groove shape on the surface and a prism, the refractive index of the prism is set to obtain high dispersion. If the apex angle is increased by increasing the value, the apex angle of the prism is limited by the critical angle at the interface between the prism and the diffraction grating. For this reason, in order to obtain higher dispersion, the effective diameter of the SR grism and the size of the optical system must be increased.
そこで、上記したようにしてプリズムの頂角が制限されるSRグリズムの他に、VPHグリズムも提案されている。このVPHグリズムは、屈折率が周期的に変調されたVHP(Volume Phase Holographic)格子とプリズムとが組み合わされて構成されたものである。
こうしたVPHグリズムは、従来のSRグリズムに比べて上記した臨界角によるプリズムの頂角の制限が緩いので、従来のSRグリズムよりプリズムの頂角を大きくすることができ、より高い波長分散を達成できる。
しかしながら、このVPHグリズムは、従来のSR型の回折格子を用いて構成されるSRグリズムに比べると、高い次数での回折効率が低くなっていた。Therefore, in addition to the SR grism in which the apex angle of the prism is limited as described above, a VPH grism has also been proposed. This VPH grism is formed by combining a VHP (Volume Phase Holographic) grating whose refractive index is periodically modulated and a prism.
Such a VPH grism has a lower limit on the apex angle of the prism due to the critical angle than the conventional SR grism. Therefore, the apex angle of the prism can be made larger than that of the conventional SR grism, and higher wavelength dispersion can be achieved. .
However, this VPH grism has a lower diffraction efficiency at a higher order than an SR grism configured using a conventional SR type diffraction grating.
また、WDMにおいて経路切替素子として使用されるアレイ導波路回折格子(AWG:Arrayed Waveguide Grating)のような回折格子も実用化されている。
しかしながら、アレイ導波路回折格子の単価は現状数万円〜数十万円もしており、製造コストを低減させることができず、量産には不向きであるという問題点があった。A diffraction grating such as an arrayed waveguide grating (AWG) used as a path switching element in WDM has also been put into practical use.
However, the unit price of the arrayed waveguide diffraction grating is currently several tens of thousands to several hundreds of thousands of yen, and there is a problem that the manufacturing cost cannot be reduced and it is not suitable for mass production.
本発明は、上記したような従来の技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高分散で高い回折効率を有し、しかも安価な回折格子およびその製造方法を提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of the problems of the conventional techniques as described above, and an object of the present invention is to provide a high-dispersion and high diffraction efficiency and an inexpensive diffraction grating and a method for manufacturing the same. It is something to be offered.
上記目的を達成するために、本発明は、外部からの光が内部に入射する回折格子入射面と、上記回折格子入射面と対向し上記回折格子入射面から内部に入射した光が外部へ出射する回折格子出射面と、上記回折格子入射面と上記回折格子出射面との間に形成され、上記回折格子入射面から内部に入射した光が入射し、当該入射した光を反射する複数の反射面とを有するようにしたものである。
また、本発明は、上記回折格子入射面と上記回折格子出射面とはそれぞれ略矩形形状に形成されて、互いに所定の間隔を有し略平行して対向して位置し、上記複数の反射面は、上記回折格子入射面ならびに上記回折格子出射面に対して略垂直に等間隔で位置し、透過型の平面回折格子として構成されたようにしたものである。
また、本発明は、さらに、上記回折格子入射面から内部に入射して上記反射面に入射する光と上記反射面とにより形成される角を「θ2」とし、格子間隔を「d」とし、上記反射面の厚みを「w」とし、上記反射面の高さを「t」とすると、tanθ2=(d−w)/tを満たすようにして上記反射面が寸法設定されたようにしたものである。
また、本発明は、全体がくし状に形成され、平面状で略矩形形状の端面を有する略板状体の基部と、上記基部の上記端面の背面側に所定の間隔で突出形成された突部とを有する基台を用い、上記基台の上記背面側に反射膜を形成する第1の段階と、上記第1の段階において形成された反射膜の一部を除去する第2の段階と、上記第2の段階によって所定の領域にのみ反射膜が残された上記基台に、所定の材料を充填する第3の段階とを有するようにしたものである。
また、本発明は、外部からの光が内部に入射するプリズム入射面を有する高屈折率の第1のプリズムと、上記第1のプリズムの上記プリズム入射面から内部に入射した光が外部へ出射するプリズム出射面を有する高屈折率の第2のプリズムと、上記第1のプリズムの頂角と上記第2のプリズムの頂角との対向させるようにして、上記第1のプリズムと上記第2のプリズムとによって挟み込まれる透過型の平面回折格子として構成され、上記第1のプリズムの上記プリズム入射面から入射して上記第1のプリズムの内部を透過した光が内部に入射する略矩形形状に形成された回折格子入射面と、上記回折格子入射面と所定の間隔を有し略平行して対向し上記回折格子入射面から内部に入射した光が上記第2のプリズムへ出射する略矩形形状に形成された回折格子出射面と、上記回折格子入射面と上記回折格子出射面との間に形成され、上記回折格子入射面ならびに上記回折格子出射面に対して略垂直に等間隔で位置し、上記回折格子入射面から内部に入射した光が入射し、当該入射した光を反射する複数の反射面とを有する回折格子領域とを有するようにしたものである。
また、本発明は、さらに、上記回折格子領域の上記回折格子入射面から内部に入射して上記反射面に入射する光と上記反射面とにより形成される角を「θ2」とし、格子間隔を「d」とし、上記反射面の厚みを「w」とし、上記反射面の高さを「t」とすると、tanθ2=(d−w)/tを満たすようにして上記回折格子領域の上記反射面が寸法設定されたようにしたものである。In order to achieve the above object, the present invention provides a diffraction grating incident surface on which light from the outside is incident, and light incident on the diffraction grating incident surface facing the diffraction grating is emitted to the outside. A plurality of reflections that are formed between the diffraction grating exit surface, the diffraction grating entrance surface, and the diffraction grating exit surface, and in which light incident on the inside from the diffraction grating entrance surface is incident and reflects the incident light And a surface.
In the present invention, the diffraction grating entrance surface and the diffraction grating exit surface are each formed in a substantially rectangular shape, and are positioned substantially parallel to each other with a predetermined distance therebetween, and the plurality of reflection surfaces Are arranged at equal intervals substantially perpendicular to the diffraction grating entrance surface and the diffraction grating exit surface, and are configured as transmissive planar diffraction gratings.
Further, according to the present invention, an angle formed by the light incident on the reflection surface and entering the reflection surface from the diffraction grating incident surface and the reflection surface is “θ 2 ”, and the grating interval is “d”. Assuming that the thickness of the reflective surface is “w” and the height of the reflective surface is “t”, the reflective surface is dimensioned so as to satisfy tan θ 2 = (d−w) / t. It is a thing.
Further, the present invention provides a base portion of a substantially plate-like body that is formed in a comb shape as a whole and has a planar end surface that is substantially rectangular, and a protrusion projecting at a predetermined interval on the back side of the end surface of the base portion. A first stage of forming a reflective film on the back side of the base, and a second stage of removing a part of the reflective film formed in the first stage; And a third step of filling a predetermined material with the base on which the reflective film is left only in a predetermined region by the second step.
The present invention also provides a first high-refractive index prism having a prism incident surface on which light from the outside is incident, and light incident on the inside from the prism incident surface of the first prism is emitted to the outside. A second prism having a high refractive index having a prism exit surface, and an apex angle of the first prism and an apex angle of the second prism so as to face each other. And is formed as a transmission type plane diffraction grating sandwiched between the prisms of the first prism, and has a substantially rectangular shape in which the light incident from the prism incident surface of the first prism and transmitted through the first prism enters the interior. A substantially rectangular shape in which the formed diffraction grating incident surface is opposed to the diffraction grating incident surface in a substantially parallel manner and has a predetermined interval, and light incident on the inside from the diffraction grating incident surface is emitted to the second prism. Shape Formed between the diffraction grating exit surface, the diffraction grating entrance surface and the diffraction grating exit surface, and located at substantially equal intervals with respect to the diffraction grating entrance surface and the diffraction grating exit surface, The light incident on the inside from the diffraction grating incident surface is incident, and has a diffraction grating region having a plurality of reflection surfaces for reflecting the incident light.
In the present invention, the angle formed by the light incident on the reflection surface and entering the reflection surface from the diffraction grating incident surface of the diffraction grating region and the reflection surface is “θ 2 ”, and the grating interval Is “d”, the thickness of the reflecting surface is “w”, and the height of the reflecting surface is “t”, the tan θ 2 = (d−w) / t is satisfied in the diffraction grating region. The reflecting surface is dimensioned.
本発明は、以上説明したように構成されているので、高分散で高い回折効率を有し、しかも安価な回折格子を提供することができるという優れた効果を奏する。 Since the present invention is configured as described above, it has an excellent effect of providing a diffraction grating having high dispersion, high diffraction efficiency, and low cost.
[図1]図1は、本発明による回折格子の第1の実施の形態を示す概念構成説明図である。
[図2]図2は、図1のA−A線における断面図である。
[図3]図3は、本発明による回折格子の第1の実施の形態の要部を示す説明図である。
[図4]図4は、図1に示す回折格子において、tanθ2=(d−w)/tの条件を満たす場合を示す説明図である。
[図5]図5は、図1に示す回折格子において、tanθ2>(d−w)/tの場合を示す説明図である。
[図6]図6は、図1に示す回折格子において、tanθ2<(d−w)/tの場合を示す説明図である。
[図7]図7(a)(b)(c)(d)(e)は、図1に示す回折格子の製造方法の一例を示す説明図である。
[図8]図8は、本発明による回折格子の第2の実施の形態を示す概念構成斜視説明図である。
[図9]図9は、本発明による回折格子の第2の実施の形態を示す概略構成説明図である。
[図10]図10(a)(b)は、本発明による回折格子の各構成部位の大きさの一例を示す説明図である。
[図11]図11(a)は、従来のアレイ導波路回折格子(AWG)の一例を示す概略構成説明図であり、図11(b)は、図11(a)の回折格子として機能する部分を抜き出した拡大説明図であり、図11(c)は、本発明による回折格子を用いた導波路型波長弁別光回路であり、図11(d)は、図11(c)のB−B線における断面図であり、図11(e)は、図11(c)に示された回折格子の製造工程の一例を模式的に示した説明図である。
[図12]図12は、本発明による回折格子の実施の形態の他の例を示す概念構成説明図である。
[図13]図13(a)(b)は、本発明による回折格子の実施の形態の他の例を示す概念構成説明図である。
[図14]図14は、図3においてブラッグ角が約20°の回折効率の例を示すグラフである。FIG. 1 is a conceptual structural explanatory view showing a first embodiment of a diffraction grating according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
FIG. 3 is an explanatory view showing the main part of the first embodiment of the diffraction grating according to the present invention.
[FIG. 4] FIG. 4 is an explanatory diagram showing a case where the condition of tan θ 2 = (d−w) / t is satisfied in the diffraction grating shown in FIG.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a case where tan θ 2 > (d−w) / t in the diffraction grating shown in FIG.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a case where tan θ 2 <(d−w) / t in the diffraction grating shown in FIG.
[FIG. 7] FIGS. 7 (a), (b), (c), (d), and (e) are explanatory views showing an example of a method of manufacturing the diffraction grating shown in FIG.
[FIG. 8] FIG. 8 is a conceptual structural perspective view showing a second embodiment of a diffraction grating according to the present invention.
FIG. 9 is a schematic configuration explanatory view showing a second embodiment of a diffraction grating according to the present invention.
FIGS. 10 (a) and 10 (b) are explanatory views showing an example of the size of each component part of the diffraction grating according to the present invention.
[FIG. 11] FIG. 11 (a) is a schematic configuration explanatory view showing an example of a conventional arrayed waveguide diffraction grating (AWG), and FIG. 11 (b) functions as the diffraction grating of FIG. 11 (a). FIG. 11 (c) is a waveguide type wavelength discrimination optical circuit using a diffraction grating according to the present invention, and FIG. 11 (d) is a cross-sectional view of FIG. It is sectional drawing in B line, FIG.11 (e) is explanatory drawing which showed typically an example of the manufacturing process of the diffraction grating shown by FIG.11 (c).
[FIG. 12] FIG. 12 is a conceptual structural explanatory view showing another example of the embodiment of the diffraction grating according to the present invention.
[FIG. 13] FIGS. 13A and 13B are conceptual structural explanatory views showing another example of the embodiment of the diffraction grating according to the present invention.
FIG. 14 is a graph showing an example of diffraction efficiency when the Bragg angle is about 20 ° in FIG.
10 回折格子
10a 回折格子入射面
10b 回折格子出射面
10c 反射面
20 グリズム
22,24 プリズム
22a プリズム入射面
24a プリズム出射面
100 基台
100a 端面
100b 基部
100c 突部
100d 上端面
100e,100f 側面
100g 底面
102 反射膜DESCRIPTION OF
以下、添付の図面を参照しながら、本発明による回折格子およびその製造方法の実施の形態の一例を詳細に説明するものとする。 Hereinafter, an example of an embodiment of a diffraction grating and a method for manufacturing the same according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1には、本発明による回折格子の第1の実施の形態を示す概念構成説明図が示されており、図2には、図1のA−A線における断面図が示されている。 FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating a first embodiment of a diffraction grating according to the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG.
この第1の実施の形態の回折格子10は、全体が板状体に形成されており、略矩形形状の回折格子入射面10aと、回折格子入射面10aと対向する略矩形形状の回折格子出射面10bと、回折格子入射面10aと回折格子出射面10bとの間に形成された複数の反射面10cとを有して構成されている。
そして、回折格子10は、透過型の回折格子であり平面回折格子として設計されている。
より詳細には、図1ならびに図2に示す座標系を参照して説明すると、回折格子入射面10aと回折格子出射面10bとはそれぞれ、Z軸方向の異なる高さに位置するXY平面に沿って延長された平面に略一致し、回折格子入射面10aと回折格子出射面10bとは互いに所定の間隔を有し略平行して対向している。
一方、反射面10cは、X軸方向における所定の間隔毎に形成されており、Z軸方向に沿って延長された平面に略一致するとともに、回折格子入射面10aならびに回折格子出射面10bのY軸方向における全長にわたって延長されている。つまり、反射面10cの延長方向は、回折格子入射面10aならびに回折格子出射面10bの延長方向と略直交している。従って、回折格子10は、回折格子入射面10aならびに回折格子出射面10bに対して略垂直に等間隔で形成された複数の反射面10cを備えているものである。The diffraction grating 10 according to the first embodiment is entirely formed in a plate-like body, and has a substantially rectangular diffraction
The diffraction grating 10 is a transmissive diffraction grating and is designed as a planar diffraction grating.
More specifically, with reference to the coordinate systems shown in FIGS. 1 and 2, the diffraction
On the other hand, the reflecting
以上の構成において、この回折格子10においては、回折格子10の回折格子入射面10aから光が入射され、回折格子10内に入射された光は回折格子10内を通過して、回折格子出射面10bから出射される。 In the above-described configuration, in the
そして、図3に示すように、回折格子10の屈折率を「n2」とし、回折次数を「m」とし、波長を「λ」とし、格子間隔を「d」とし、回折格子入射面10aからの入射光、即ち、反射面10cに入射する光と反射面10cとにより形成される角を「θ2」とすると、回折格子10については、下記に示す式(1)の関係が成り立つことになる。
この際、反射面10cに入射する光と反射面10cとにより形成される角θ2の大きさは、反射面10cによって反射された光と反射面10cとにより形成される角の大きさと一致するものである。また、格子間隔dは、従来の回折格子においては、回折格子に形成された溝の間隔を示すものであるが、本発明による回折格子10においては、溝は形成されていないので、回折格子10に形成された反射面10cの間隔を示すものである。
mλ=2n2dsinθ2 ・・・式(1)
ここで、式(1)は、ブラッグ回折の式と同じ式で表されており、θ2はブラッグ角に対応する。
そして、反射面10cの厚み(反射面10cの図3に示す座標系のX軸方向に沿った長さ)を「w」とし、反射面10cの高さ(反射面10cの図3に示す座標系のZ軸方向に沿った長さ)を「t」とすると、
tanθ2=(d−w)/t ・・・式(2)
の条件を満たす場合には、図4に示すように、回折格子入射面10aから入射して回折格子10を通過する光束のほとんどが、反射面10cにより1回反射されて回折に寄与し、回折光として利用することができるので、回折効率が最も高くなる。
また、下記に示す数式(3)を、回折格子10のアスペクト比と称することとする。
t/(d−w)=1/tanθ2 ・・・式(3)
一方、上記した式(2)の条件を満たさない場合、即ち、tanθ2>(d−w)/tの場合(図5参照)や、tanθ2<(d−w)/tの場合(図6参照)には、入射光が回折光に寄与する方向以外にも分配されるために、回折効率が低下する。
より詳細には、図5に示すように、tanθ2>(d−w)/tの場合には、回折格子入射面10aから入射して回折格子10を通過する光束のうち、反射面10cにより2回反射された光束が、回折格子入射面10aからの入射光と同じ方向に進むので、ケラレが生じてしまい(図5において網掛けで示した領域参照)、回折効率が低下する。
また、図6に示すように、tanθ2<(d−w)/tの場合には、回折格子入射面10aから入射して回折格子10を通過する光束のうち、反射面10cに当たらない光速が、直進して回折格子入射面10aからの入射光と同じ方向に進むので、ケラレが生じてしまい(図6において網掛けで示した領域参照)、回折効率が低下する。
そして、外部から回折格子10の回折格子入射面10aから入射して、反射面10cにより反射された光束は、波長λと格子間隔dとで規定される回折分布で広がる。
特に、高次回折光を利用する場合には、反射面10cに対して正反射の方向に干渉の条件を満足する各次数の波長の光束に対して、最も高い回折効率を有し、その最も高い回折効率の波長の前後の波長の光束は、干渉の条件を満足する方向の回折強度分布に比例した効率を示す。Then, as shown in FIG. 3, the refractive index of the
At this time, the magnitude of the angle theta 2 formed by the light incident on the reflecting
mλ = 2n 2 dsin θ 2 (1)
Here, Formula (1) is expressed by the same formula as the Bragg diffraction formula, and θ 2 corresponds to the Bragg angle.
The thickness of the reflecting
tan θ 2 = (d−w) / t (2)
4, most of the light beam incident from the diffraction
The following formula (3) is referred to as the aspect ratio of the
t / (d−w) = 1 / tan θ 2 Formula (3)
On the other hand, when the condition of the above equation (2) is not satisfied, that is, when tan θ 2 > (d−w) / t (see FIG. 5), or when tan θ 2 <(d−w) / t (see FIG. 5). 6), the incident light is distributed in directions other than the direction that contributes to the diffracted light, so that the diffraction efficiency is lowered.
More specifically, as shown in FIG. 5, in the case of tan θ 2 > (d−w) / t, out of the light flux that enters from the diffraction grating incident surface 10 a and passes through the
As shown in FIG. 6, in the case of tan θ 2 <(d−w) / t, the speed of light that does not strike the reflecting
Then, the light beam incident from the outside of the diffraction
In particular, when high-order diffracted light is used, it has the highest diffraction efficiency for the light beams of the respective orders satisfying the interference condition in the direction of regular reflection with respect to the reflecting
従って、本発明による第1の実施の形態の回折格子10によれば、高分散で高い回折効率を実現することができ、高次回折光のような高い次数であっても回折効率を高くすることができる。
また、上記「従来の技術」の項に記載した従来のSR型の回折格子においては、表面に溝形状が形成されているので、当該溝形状に傷が付いてしまって破損し易いが、本発明による回折格子10の反射面10cは回折格子の内部に形成されているので、反射面10cが傷付いて破損する恐れがなく、良好な動作状態を維持することができる。Therefore, according to the
In addition, in the conventional SR type diffraction grating described in the above-mentioned section “Prior Art”, since the groove shape is formed on the surface, the groove shape is easily damaged and damaged. Since the reflecting
ここで、図7を参照しながら、回折格子10の製造方法について説明することとする。
まず、回折格子10の製造に際しては、全体がくし状に形成された基台100(図7(a)参照)を用いる。より詳細には、基台100は、平面状で略矩形形状の端面100aを有する略板状体の基部100bと、基部100bの端面100aの背面側に所定の間隔で突出形成された突部100cとを有して構成されている。
この基台100の端面100aにより、回折格子10の回折格子出射面10bが形成されるものである。そして、基台100の端面100aの背面側は、突部100cの上端面100dと、突部100cの側面100e,100fと、隣り合う突部100c間に形成された底面100gとから構成される。
この基台100は、誘電体材料により形成されており、回折格子10全体の大きさや格子間隔d、反射膜10cの高さtなどに応じて寸法設定されている。基台100を形成する誘電体材料としては、例えば、石英、BK−7などの硝子素材、PMMAやポリイミドなどの樹脂、水晶やフッ化マグネシウム、あるいは各種結晶材料を用いることができる。
そして、基台100の端面100aの背面側に、イオンスパッタリングなどによって反射膜102を製膜する(図7(b)参照)。つまり、基台100の突部100cの上端面100d、側面100e、側面100fならびに底面100gには、所定の膜厚で反射膜102が形成される。この反射膜102の材料としては、例えば、アルミニウム、金、銀、シリコン、ゲルマニウムなどを用いることができる。
こうして反射膜102が形成された後、垂直入射異方性エッチングにより(図7(b)に示す矢印参照)、基台100の突部100cの上端面100dならびに底面100gに形成されている反射膜102のみを除去する(図7(c)参照)。
その後、斜入射異方性エッチングにより(図7(c)に示す矢印参照)、基台100の突部100cの側面100eに形成されている反射膜102のみを除去する。
こうして突部100cの側面100fにのみ反射膜102が残された基台100(図7(d)参照)に、PMMA系樹脂あるいはシリコン系樹脂を充填すると、回折格子10が形成される(図7(e)参照)。つまり、充填されたPMMA系樹脂あるいはシリコン系樹脂により、回折格子10の回折格子入射面10aが形成されるものである。Here, a manufacturing method of the
First, when the
The end face 100 a of the base 100 forms the diffraction
The
Then, the
After the
Thereafter, only the
When the base 100 (see FIG. 7D) where the
なお、こうして突部100cの側面100fにのみ反射膜102が残された基台100(図7(d)参照)に充填する材料は樹脂に限られるものではなく、例えば、使用波長で透明であればSiO2、MgF2、Al2O3、ZrO、ITO(透明電極)などの蒸着物質を用いたり、あるいは低融点ガラスなどを用いてもよい。この際、突部100cの側面100fにのみ反射膜102が残された基台100に充填する材料としては、基台100を形成する材料の屈折率と同じ屈折率を有するようなものを用いることが望ましい。
さらに、突部100cの側面100fにのみ反射膜102が残された基台100に、SiO2、MgF2、Al2O3、ZrO、ITO(透明電極)などの蒸着物質を充填するのに代えて、ゾルゲル法やCVD法などにより成長させるようにしてもよい。
つまり、上記したようにして回折格子10を製造することができるが、これに限られるものではないことは勿論であり、用途により必要とされる回折格子10全体の大きさなどに応じて、フォトリソグラフィのような光を使った半導体プロセスやレーザーアブレーション、X線アブレーション、イオンエッチングあるいはプラズマエッチングなどの各種方法を用いることができる。Note that the material filled in the base 100 (see FIG. 7D) in which the
Further, instead of filling the base 100 where the
That is, the
次ぎに、図8ならびに図9を参照しながら、本発明による回折格子の第2の実施の形態について説明することとする。 Next, a second embodiment of the diffraction grating according to the present invention will be described with reference to FIGS.
図8には、本発明による回折格子の第2の実施を示す概念構成斜視説明図が示されている。ここで、本発明による回折格子の第2の実施の形態は、直視透過型回折格子として構成されており、所謂、グリズムである。
図8に示すグリズム20は、プリズム22とプリズム24とによって、回折格子10を挟み込むようにして構成されている。
ここで、図8に示すグリズム20の回折格子10は、図1乃至図3に示した第1の実施の形態の回折格子10と同一の構成を有するものであるので、上記した説明を援用し、その詳細な構成ならびに作用の説明は省略する。この回折格子10により、グリズム20の回折格子領域が構成されるものである。
一方、プリズム22ならびにプリズム24はいずれも、共通な材料により形成され、同一の屈折率を有するものである。具体的には、プリズム22とプリズム24とは高屈折率のプリズムであり、例えば、1.5〜4の屈折率を有するものである。これらプリズム22,24を構成する材料としては、例えば、硫化亜鉛(ZnS)やニオブ酸リチウム(LiNbO3)などの誘電体または半導体を用いることができ、屈折率はいずれも2.3程度の高屈折率である。
そして、プリズム22の頂角α(図9参照)とプリズム24の頂角とを対向させるようにして、回折格子10を挟み込んでいる。この際、プリズム22の頂角αを含む側面(図9において略直角三角形形状の領域を示すプリズム22の面に対応する。)ならびにプリズム24の頂角を含む側面(図9において略直角三角形形状の領域を示すプリズム24の面に対応する。)と略直交して、回折格子10は配設される。FIG. 8 is a perspective view of a conceptual configuration showing a second embodiment of the diffraction grating according to the present invention. Here, the second embodiment of the diffraction grating according to the present invention is configured as a direct-view transmission type diffraction grating, and is a so-called grism.
The
Here, the
On the other hand, the
The
以上の構成において、このグリズム20においては、外部からプリズム22の表面を介して、即ち、プリズム22のプリズム入射面22aから光が入射され、プリズム22内に入射された光はプリズム22内を透過して、回折格子入射面10aから回折格子10に入射される。そして、回折格子10内を透過した光は回折格子出射面10bから出射してプリズム24内に入射される。このプリズム24内に入射された光は、プリズム24内を透過しプリズム24の表面を介して、即ち、プリズム24のプリズム出射面24aから外部へ出射されることになる。
ここで、グリズム20のプリズム22における光の入射面たるプリズム入射面22aにおける屈折の式は、グリズム20の外部媒質の屈折率を「n0」とし、プリズム22の屈折率を「n1」とすると、次の式(4)である。
n0sinα=n1sinθ1 ・・・式(4)
また、プリズム22と回折格子10との界面における屈折の式は、
n1sin(α−θ1)=n2sinθ2 ・・・式(5)
である。ここで、上記した式(1)に式(5)を代入すると、
mλ=2n1dsin(α−θ1) ・・・式(6)
が得られる。In the above configuration, in the
Here, the refraction formula at the
n 0 sin α = n 1 sin θ 1 (4)
The refraction formula at the interface between the
n 1 sin (α−θ 1 ) = n 2 sin θ 2 (5)
It is. Here, when substituting equation (5) into equation (1) above,
mλ = 2n 1 dsin (α−θ 1 ) (6)
Is obtained.
そして、例えば、外部媒質の屈折率n0=1.0、プリズム22の頂角α=20°、プリズム22の屈折率n1=2.3、回折次数m=10、波長λ=600nmとすると、式(4)ならびに式(6)により、格子間隔d=11.0μmが得られる。
さらに、回折格子10の屈折率n2=1.5とすると、式(4)ならびに式(5)により、回折格子10の反射面10cに入射する光と反射面10cとにより形成される角θ2=10.5となる。従って、回折格子10の格子間隔dに対して、反射面10cの厚さwが十分小さい場合に、上記した式(2)より、反射面10cの高さt=11/tan10.5=59.4μmが得られ、ケラレが生じない格子のアスペクト比は、式(3)より、t/d=5.4である。
つまり、外部媒質の屈折率n0=1.0、回折次数m=10、波長λ=600nmのとき、プリズム22の頂角α=20°ならびにプリズム22の屈折率n1=2.3のプリズム22と、屈折率n2=1.5を有し、反射面10cの厚さwを格子間隔d=11.0μmに対して十分小さくし、反射面10cの高さt=59.4μmとして、アスペクト比5.4を満たすような回折格子10とを用いて構成されたグリズム20において、回折格子10の反射面10cに入射する光と反射面10cとにより形成される角θ2=10.5とすると、上記した式(2)の条件が満たされる(図4参照)。
その結果、グリズム20において、プリズム22のプリズム入射面22aを介して外部から入射し、プリズム22内を透過して回折格子入射面10aから回折格子10に入射して回折格子10を通過する光束のほとんどが、反射面10cにより1回反射されて回折に寄与し、回折光として利用することができるので、回折効率は最も高くなる。For example, if the refractive index n 0 of the external medium is 1.0, the apex angle α of the
Further, when the refractive index n 2 of the
That is, when the refractive index n 0 = 1.0 of the external medium, the diffraction order m = 10, and the wavelength λ = 600 nm, the
As a result, in the
ここで、本発明による回折格子10を用いたグリズム20の効果について、上記「従来の技術」の項に記載した従来のSRグリズムやVHPグリズムと比較して説明することとする。
VPHグリズムのVHP格子は、ブラッグの条件を満足するように入出射角を調整することにより、広い波長において高い回折効率を得ることが可能である。このため、VHPグリズムの場合、プリズムの頂角およびVHP格子の角度をブラッグの条件を満たすように可変にすることにより、高い効率を保ったまま広い波長の高分散分光測定を行うことができる。
そして、本発明による回折格子10を用いたグリズム20(図8ならびに図9参照)は、回折格子10が2つのプリズム22,24で挟み込まれて構成されているので、VPH格子を2つのプリズムで挟み込むようにして構成される従来のVPHグリズムと共通の構成を有している。このため、本発明による回折格子10を用いたグリズム20は、VPHグリズムと同様に、従来のSRグリズムに比べて臨界角によるプリズム頂角の制限が緩く、従来のSRグリズムよりプリズムの頂角を大きくすることができ、より高い波長分散を実現できる(例えば、本願出願人による特許出願「特開2002−14209」および「特開2004−13080」参照)。
さらに、本発明による回折格子10を用いたグリズム20は、回折格子10が高分散で高い回折効率を有する回折格子であるので、従来のSRグリズムと同様に、高次回折光においても高回折効率を実現できる。
このように、本発明による回折格子10を用いたグリズム20は、SRグリズムとVHPグリズムとの両者の利点を有するものであり、特に、回折格子10の屈折率n2に対してプリズム22の屈折率n1が高くなおかつ、回折次数mが高いような場合に非常に有効なものである。Here, the effect of the
The VPH grism VHP grating can obtain high diffraction efficiency in a wide wavelength range by adjusting the incident and outgoing angles so as to satisfy the Bragg condition. For this reason, in the case of the VHP grism, by making the apex angle of the prism and the angle of the VHP grating variable so as to satisfy the Bragg condition, it is possible to perform high-dispersion spectroscopic measurement with a wide wavelength while maintaining high efficiency.
The grism 20 (see FIGS. 8 and 9) using the
Further, the
Thus, the
例えば、具体的に図3において、回折格子10の反射面10cをアルミニウムにより形成し、反射面10cの高さt=15.3μm、格子間隔d=5.7μm、反射面10cの厚みw=0.03μm、回折格子10の屈折率n2=1.50、ブラッグ角θ2=20.5°の場合、各次数の最大効率波長は図14に明示されているように、6次回折光は1000nmであり、7次回折光は875nmであり、8次回折光は750nmであり、9次回折光は667nmであり、10次回折光は600nmであり、11次回折光は545nmであり、12次回折光は500nmであり、13次回折光は462nmであり、14次回折光は428nmであり、15次回折光は400nmとなる。
また、具体的には、上記したように外部媒質の屈折率n0=1.0、プリズム22の頂角α=20°、プリズム22の屈折率n1=2.3、回折次数m=10、波長λ=600nm、格子間隔d=11.0μm、回折格子10の屈折率n2=1.5、回折格子10の反射面10cに入射する光と反射面10cとにより形成される角θ2=10.5であって、回折格子10の格子間隔dに対して反射面10cの厚さwが十分小さい場合に、反射面10cの高さt=59.4μm、ケラレが生じない格子のアスペクト比t/d=5.4のときに、本発明による回折格子10を用いたグリズム20によれば、10次回折光についておよそ80%以上の回折効率を達成できる。
この10次回折光について回折効率は、VHPグリズムの場合ではおよそ20%以下となり、本発明のグリズム20によって実現されるおよそ80%以上の回折効率は非常に高いものである。また、SRグリズムであれば、10次回折光についておよそ80%以上の回折効率を達成することは可能であるが、SRグリズムでは、本発明のグリズム20のようにプリズムの頂角を大きくすることができず、高い波長分散が得られないという問題点が招来されてしまう。
また、SRグリズムでは、SR型の回折格子がプリズムの表面に配設されているので、SR型の回折格子の溝形状に傷が付いてしまって破損し易く、グリズムとしての安定した動作状態を維持できない恐れがある。これに対して、本発明によるグリズム20においては、回折格子10が2つのプリズム22,24で挟み込まれて構成されているので、回折格子の反射面10cが傷付いて破損する恐れがなく、良好な動作状態を維持することができる。
さらに、SRグリズムを構成するSR型の透過型回折格子は、階段状の溝形状の出射面における屈折および回折により光の進行方向が変換される。また、VPHグリズムを構成するVHP格子は、屈折率が周期的に変調され、ブラッグ回折により光の進行方向が変換される。一方、本発明のグリズム20を構成する回折格子10が反射面10cおよび回折を利用したものであり、出射面(入射面)における屈折および回折を用いたSR型と物理的に近く、ブラッグ回折とは物理的には異なるものである。For example, specifically in FIG. 3, the reflecting
Specifically, as described above, the refractive index n 0 = 1.0 of the external medium, the apex angle α = 20 ° of the
The diffraction efficiency of the 10th-order diffracted light is about 20% or less in the case of the VHP grism, and the diffraction efficiency of about 80% or more realized by the
In SR grism, since the SR type diffraction grating is arranged on the surface of the prism, the groove shape of the SR type diffraction grating is easily damaged and damaged, and the stable operation state as the grism is obtained. There is a risk that it cannot be maintained. On the other hand, in the
Furthermore, in the SR-type transmission diffraction grating constituting the SR grism, the traveling direction of light is changed by refraction and diffraction on the exit surface of the stepped groove shape. Further, the refractive index of the VHP grating constituting the VPH grism is periodically modulated, and the traveling direction of light is converted by Bragg diffraction. On the other hand, the
ここで、本発明による第1の実施の形態の回折格子10においては、上記した式(2)の条件を満たすようにして反射面10cの高さtなどを寸法設定することにより、ケラレを生じさせずに、回折格子入射面10aから入射して回折格子10を通過する光束のほとんどを回折光として回折格子出射面10bから出射させることができるので(図4参照)、所謂、導波路として機能することも可能であり、光導波路の間に本発明による回折格子10を配設して光通信に利用するなど、各種分野における高い汎用性を有するものである。
例えば、本発明による第1の実施の形態の回折格子10(図1参照)は、図10(a)ならびに図10(b)に示すようにしてその大きさを寸法設定することができる。このため、図10(b)に示すようなサイズで本発明による第1の実施の形態の回折格子を形成し(図11(e)参照)、導波路中に回折格子として使用すると(図11(c)(d)参照)、従来のように導波路中に空気層などを設けて表面レリーフ(SR)型の回折格子を使用した場合に比べて、損失を小さくすることができる。
また、上記「従来の技術」の項に記載したように、WDMに使用されるアレイ導波路回折格子(AWG)は数万円〜数十万円もし、製造コストがかかって高価なものである(図11(a)(b)参照)。これに対して、本発明による回折格子10は、図7に示すようにして製造されるので低コストであり、例えば、数百円〜数千円で製造することができるので、非常に安価であって、量産に適したものである。
AWGは、1つ1つ、時間がかかるイオン交換、あるいは、エッチングにより、広い面積の導波路に直接加工を行わなければならないが、本発明の回折格子は、図11(c)(d)(e)のように、レプリカ格子の側面に簡単な半導体プロセスにより、金属反射面の格子を形成し、それを切断したものを、予めダイシングソー等で導波路に掘られた溝に埋め込む等のプロセスにより、大幅にコストを削減することが可能になる。Here, in the
For example, the size of the diffraction grating 10 (see FIG. 1) according to the first embodiment of the present invention can be dimensioned as shown in FIGS. 10 (a) and 10 (b). For this reason, when the diffraction grating according to the first embodiment of the present invention is formed in a size as shown in FIG. 10B (see FIG. 11E) and used as a diffraction grating in the waveguide (FIG. 11). (See (c) and (d)), the loss can be reduced as compared with the conventional case where a surface relief (SR) type diffraction grating is used by providing an air layer or the like in the waveguide.
In addition, as described in the above section “Prior Art”, an arrayed waveguide diffraction grating (AWG) used for WDM is tens of thousands to hundreds of thousands of yen, which is expensive due to the manufacturing cost. (See FIGS. 11 (a) and 11 (b)). On the other hand, since the
The AWG must be directly processed into a waveguide having a large area by ion exchange or etching which takes time one by one, but the diffraction grating of the present invention is shown in FIGS. As shown in e), a process of forming a metal reflecting surface grating on the side surface of the replica grating by a simple semiconductor process, and embedding it in a groove dug in a waveguide in advance by a dicing saw or the like As a result, the cost can be greatly reduced.
なお、上記した実施の形態は、以下の(1)〜(6)に示すように変形することができるものである。
(1)上記した第1ならびに第2の実施の形態においては、回折格子10やグリズム20のプリズム22,24を構成する材料をいくつか例示したが、これに限られるものではないことは勿論であり、製造方法や用途に応じて材料を適宜変更するようにしてもよい。
例えば、図7に示す回折格子10の製造方法においてに、反射膜102の材料としては、例えば、アルミニウム、金、銀、シリコン、ゲルマニウムなどを用いることができるとしたが、基台100に比べて屈折率の小さい物質を用いたり、あるいは、空隙を形成するようにして、全反射の条件で使用することにより、反射膜102を構成するようにしてもよい。
また、回折格子10の大きさも、その配設場所のスペースやグリズム20全体の大きさなどに応じて、例えば、10mm×10mmや100mm×100mmなど各種寸法に設定すればよい。
(2)上記した第2の実施の形態においては、グリズム20が2つのプリズム22,24により構成されるようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、本発明による回折格子10と1つのプリズムとを用いてグリズムを構成するようにしたり、使用するプリズムの種類を変更するようにしてもよい。
(3)上記した実施の形態においては、回折格子10を製造する際に(図7参照)、垂直入射異方性エッチングにより、基台100の突部100cの上端面100dならびに底面100gに形成されている反射膜102を除去した後に、斜入射異方性エッチングにより、基台100の突部100cの側面100eに形成されている反射膜102を除去するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、斜入射異方性エッチングにより、基台100の突部100cの側面100eに形成されている反射膜102を除去した後に、垂直入射異方性エッチングにより、基台100の突部100cの上端面100dならびに底面100gに形成されている反射膜102を除去するようにしてもよい。
また、斜入射異方性エッチングにより、基台100の突部100cの側面100eに形成されている反射膜102を除去するようにしたが、この斜入射異方性エッチングを行なわずに、図7(c)に示す状態のように、突部100cの側面100eと側面100fとに反射膜102が残された基台100に、PMMA系樹脂あるいはシリコン系樹脂等を充填してもよい。これにより、一度に多くの反射面10cを形成することができ、この際、反射膜10cの間隔などの各種寸法設定を適宜変更するとよい。
さらに、突部100cの間隔の誤差を波長より十分小さな値で制御して基台100を形成したり、あるいは、金属製膜のプロセスを等方性の手法から、異方性で斜入射の手法に変更することによって、斜入射異方性エッチングの工程を省略することもできる。
(4)上記した第1の実施の形態においては、回折格子10の反射面10cのZ軸方向における両端が、回折格子入射面10aならびに回折格子出射面10bと所定の間隔を有しているが(図2参照)、これに限られるものではないことは勿論であり、図12に示すように、反射面が回折格子のZ軸方向における全長にわたって延長されるようにしてもよい。
(5)上記した第1の実施の形態においては、回折格子10は、透過型の回折格子であり平面回折格子として設計するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、本発明による第1の実施の形態の回折格子を凹面回折格子あるいは凸面回折格子や、ホログラフィック光学素子(Holographic Optical Element:HOE)などの回折光学素子(Diffractive Optical Element:DOE)として設計するようにしてもよい。
例えば、図13(a)(b)には、凹面回折格子として設計した本発明による回折格子の一例の説明図が示されている。図13(a)は、平行光束を収束光に変換するタイプの凹面回折格子の一例であって、反射面は回折格子入射面に対して垂直に位置せず、反射面の間隔はフレネルゾーンプレートのように外周側ほど狭くなっているとともに、反射面は外周側ほど傾いている。一方、図13(b)は、1:1結像(物体側と像側との距離が同じ)のタイプの凹面回折格子の一例であって、反射面は回折格子入射面に対して垂直に位置し、反射面の間隔はフレネルゾーンプレートのように外周側ほど狭くなっている。また、図13(a)(b)のいずれにおいても、回折格子入射面ならびに回折格子出射面は、平面に限られず、適宜、球面、非球面とすることも可能である。
こうして本発明による回折格子を凹面回折格子やホログラフィック素子として設計する場合には、反射面を回折格子入射面ならびに回折格子出射面に対して垂直に等間隔で形成する必要はない。つまり、複数の反射面を不等間隔に形成し、回折格子入射面ならびに回折格子出射面に対して垂直にならず所定の角度で傾斜するようにしてもよい。
さらに、こうした変更などにより、本発明による回折格子は、計測・分析などに用いられる不等間隔回折格子、光通信やレーザー関連機器などに使用されるビーム分配・混合器、波長弁別器、レンズなどの各種回折光学素子などとしても有効である。
なお、本発明による回折格子をホログラフィック光学素子として製造する場合には、CGH(Computer Generated Hologram)などの手法によりパターンを形成するとよい。
(6)上記した実施の形態ならびに上記した(1)〜(5)に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。The above-described embodiment can be modified as shown in the following (1) to (6).
(1) In the first and second embodiments described above, several materials constituting the
For example, in the manufacturing method of the
Also, the size of the
(2) In the above-described second embodiment, the
(3) In the above-described embodiment, when the
Further, the
Further, the
(4) In the first embodiment described above, both ends of the reflecting
(5) In the first embodiment described above, the
For example, FIGS. 13A and 13B show an explanatory diagram of an example of the diffraction grating according to the present invention designed as a concave diffraction grating. FIG. 13A shows an example of a concave diffraction grating of the type that converts a parallel light beam into convergent light. The reflecting surface is not positioned perpendicular to the diffraction grating incident surface, and the interval between the reflecting surfaces is the Fresnel zone plate. Thus, the outer peripheral side is narrower and the reflecting surface is inclined toward the outer peripheral side. On the other hand, FIG. 13B is an example of a concave diffraction grating of the type of 1: 1 imaging (the distance between the object side and the image side is the same), and the reflecting surface is perpendicular to the diffraction grating incident surface. The distance between the reflecting surfaces is narrower toward the outer periphery as in the Fresnel zone plate. In any of FIGS. 13A and 13B, the diffraction grating entrance surface and the diffraction grating exit surface are not limited to planes, and can be appropriately spherical or aspherical.
Thus, when the diffraction grating according to the present invention is designed as a concave diffraction grating or a holographic element, it is not necessary to form the reflecting surfaces at equal intervals perpendicular to the diffraction grating entrance surface and the diffraction grating exit surface. That is, a plurality of reflecting surfaces may be formed at unequal intervals, and may be inclined at a predetermined angle without being perpendicular to the diffraction grating entrance surface and the diffraction grating exit surface.
Furthermore, due to such changes, the diffraction grating according to the present invention can be used for non-uniformly spaced diffraction gratings used for measurement and analysis, beam distribution / mixers used in optical communication and laser related equipment, wavelength discriminators, lenses, etc. It is also effective as various diffractive optical elements.
In addition, when manufacturing the diffraction grating by this invention as a holographic optical element, it is good to form a pattern by methods, such as CGH (Computer Generated Hologram).
(6) You may make it combine the above-mentioned embodiment and the modification shown in above-mentioned (1)-(5) suitably.
高分散で高い回折効率を有し、しかも安価な回折格子が得られるので、各種観測装置、各種分光分析装置、化学製品などの製造装置や品質管理装置、全光ルーティング装置などの多種多様な装置に利用することができる。 High-dispersion, high diffraction efficiency, and inexpensive diffraction gratings can be obtained, so a wide variety of devices such as various observation devices, various spectroscopic analyzers, manufacturing equipment for chemical products, quality control devices, all-optical routing devices, etc. Can be used.
Claims (6)
前記回折格子入射面と対向し前記回折格子入射面から内部に入射した光が外部へ出射する回折格子出射面と、
前記回折格子入射面と前記回折格子出射面との間に形成され、前記回折格子入射面から内部に入射した光が入射し、該入射した光を反射する複数の反射面と
を有する回折格子。A diffraction grating incident surface on which light from the outside is incident;
A diffraction grating exit surface from which the light incident on the inside from the diffraction grating entrance surface is opposed to the diffraction grating entrance surface;
A diffraction grating formed between the diffraction grating incident surface and the diffraction grating exit surface, and having a plurality of reflecting surfaces on which light incident from the diffraction grating incident surface enters and reflects the incident light.
前記回折格子入射面と前記回折格子出射面とはそれぞれ略矩形形状に形成されて、互いに所定の間隔を有し略平行して対向して位置し、
前記複数の反射面は、前記回折格子入射面ならびに前記回折格子出射面に対して略垂直に等間隔で位置し、
透過型の平面回折格子として構成された
ものである回折格子。The diffraction grating according to claim 1, wherein
The diffraction grating entrance surface and the diffraction grating exit surface are each formed in a substantially rectangular shape, and are positioned substantially parallel to each other with a predetermined interval therebetween,
The plurality of reflecting surfaces are located at substantially equal intervals with respect to the diffraction grating incident surface and the diffraction grating exit surface,
A diffraction grating that is configured as a transmission type planar diffraction grating.
前記回折格子入射面から内部に入射して前記反射面に入射する光と前記反射面とにより形成される角を「θ2」とし、格子間隔を「d」とし、前記反射面の厚みを「w」とし、前記反射面の高さを「t」とすると、
tanθ2=(d−w)/t
を満たすようにして前記反射面が寸法設定された
ものである回折格子。The diffraction grating of claim 2, further comprising:
The angle formed by the light entering the diffraction grating incident surface and entering the reflective surface and the reflective surface is “θ 2 ”, the grating interval is “d”, and the thickness of the reflective surface is “ w ”and the height of the reflecting surface is“ t ”.
tan θ 2 = (d−w) / t
A diffraction grating in which the reflective surface is dimensioned to satisfy
前記第1の段階において形成された反射膜の一部を除去する第2の段階と、
前記第2の段階によって所定の領域にのみ反射膜が残された前記基台に、所定の材料を充填する第3の段階と
を有する回折格子の製造方法。A base having a substantially plate-like body having a generally rectangular end face that is formed in a comb shape and a protrusion formed at a predetermined interval on the back side of the end face of the base. And a first step of forming a reflective film on the back side of the base;
A second step of removing a part of the reflective film formed in the first step;
And a third step of filling a predetermined material in the base on which the reflective film is left only in a predetermined region by the second step.
前記第1のプリズムの前記プリズム入射面から内部に入射した光が外部へ出射するプリズム出射面を有する高屈折率の第2のプリズムと、
前記第1のプリズムの頂角と前記第2のプリズムの頂角との対向させるようにして、前記第1のプリズムと前記第2のプリズムとによって挟み込まれる透過型の平面回折格子として構成され、前記第1のプリズムの前記プリズム入射面から入射して前記第1のプリズムの内部を透過した光が内部に入射する略矩形形状に形成された回折格子入射面と、前記回折格子入射面と所定の間隔を有し略平行して対向し前記回折格子入射面から内部に入射した光が前記第2のプリズムへ出射する略矩形形状に形成された回折格子出射面と、前記回折格子入射面と前記回折格子出射面との間に形成され、前記回折格子入射面ならびに前記回折格子出射面に対して略垂直に等間隔で位置し、前記回折格子入射面から内部に入射した光が入射し、該入射した光を反射する複数の反射面とを有する回折格子領域と
を有する直視透過型回折格子として構成された
回折格子。A high-refractive index first prism having a prism incident surface on which light from the outside is incident;
A high-refractive-index second prism having a prism exit surface from which light incident inside from the prism entrance surface of the first prism exits;
It is configured as a transmission type plane diffraction grating sandwiched between the first prism and the second prism so that the apex angle of the first prism and the apex angle of the second prism are opposed to each other. A diffraction grating incident surface formed in a substantially rectangular shape into which light incident from the prism incident surface of the first prism and transmitted through the first prism is incident, and the diffraction grating incident surface A diffraction grating exit surface formed in a substantially rectangular shape that is substantially parallel to each other and is opposed in parallel with each other and is incident on the inside from the diffraction grating entrance surface; and the diffraction grating entrance surface, It is formed between the diffraction grating exit surface, is located at substantially equal intervals with respect to the diffraction grating entrance surface and the diffraction grating exit surface, and light incident on the inside from the diffraction grating entrance surface is incident thereon, The incident light Direct view transmissive diffraction grating as a diffraction grating having a diffraction grating region having a plurality of reflecting surfaces for reflecting.
前記回折格子領域の前記回折格子入射面から内部に入射して前記反射面に入射する光と前記反射面とにより形成される角を「θ2」とし、格子間隔を「d」とし、前記反射面の厚みを「w」とし、前記反射面の高さを「t」とすると、
tanθ2=(d−w)/t
を満たすようにして前記回折格子領域の前記反射面が寸法設定された
ものである回折格子。The diffraction grating of claim 5, further comprising:
The angle formed by the light incident on the reflection surface from the diffraction grating incident surface of the diffraction grating region and the reflection surface and the reflection surface is “θ 2 ”, the grating interval is “d”, and the reflection When the thickness of the surface is “w” and the height of the reflecting surface is “t”,
tan θ 2 = (d−w) / t
A diffraction grating in which the reflection surface of the diffraction grating region is dimensioned so as to satisfy
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