JP2000510603A - 光波を処理するための光学構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、光学構造および光波を処理する方法に関し、光学構造は、光媒体の上、その中、または部分的にその中に配列される複数のセル（２０、２１）を含み、セルはその中に形成されるパターン構造を有する。各セル内のパターン構造は、複数の溝（３０）を含む。少なくともひとつのセル（２０、２１）内の溝（３０）は、相互に平行であり、溝（３０）は格子（４０）を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】 光波を処理するための光学構造 技術分野 本発明は、請求の範囲１から２７までのそれぞれの前提部分に記載された光波 を処理する光学構造および方法に関する。 発明の背景 多数の応用分野において、誘導光波が、光導波路から効率よく放射され、多数 の光ビームに分割され、同時に、光導波路から無限距離において集束されること が必要とされる。この場合、誘導光波は、半導体ダイオードレーザによって生成 されることができる。光学相互接続システムにおいては、たとえば、一様な強度 を有するスポットのアレイを生成することは、不可欠であるのみでなく、パワー 損失を減少させスプリアス光を抑制するために大部分の光パワーを所望の点に集 束させるために必要とされる。要するに、このような光学装置は、下記の機能を 同時に提供することが必要とされる。すなわち、（１）光導波路から誘導光波を 放射すること、（２）放射光波を多数の光波に分割すること、および（３）ひと つ以上の放射光波を光導波路から無限距離に集束させること、が必要とされる。 光導波路の表面またはその中に製作される均一回折格子結合器は、前パラグラ フにおいて述べた機能（１）を実現するために使用できる。すなわち、光導波路 から誘導光波を放射する能力を有することは公知である。しかし、このような簡 単な装置は、ビーム分割およびビーム集束機能を欠いている。たとえば、タミー ル（Ｔａｍｉｒ）とペング（Ｐｅｎｇ）によるＡｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．１４，ｐ． ２３５（１９７７年）を参照されたい。 集束回折格子結合器は、たとえば、Ｕｒａらによる“Ｆｏｃｕｓｉｎｇ ｇｒ ａｔｉｎｇ ｆｏｒ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｏｐｔｉｃａｌ−ｄｉｓｋ ｐｉ ｃｋｕｐ ｄｅｖｉｃｅ”において提案されている。Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ＩＥＣＥ ｏｆ Ｊａｐａｎ、Ｐａｒｔ Ｃ，ｖｏｌ．Ｊ６８−Ｃ、Ｎ ｏ．１０（１９８５年１０月）、ｐｐ．８０３〜８１０。均一回折格子結合器の ように周期的に配置され直線で囲まれる回折格子溝を有する代わりに、集束回折 格子結合器は湾曲格子溝の群を有し、各湾曲格子溝は、誘導光波と球面自由空間 光波との間の干渉縞によって独特に定められる。このような集束回折格子結合器 によって、誘導光波が光導波路から放射され、同時に、単独スポットに集束され ることが可能となる。すなわち、集束回折格子結合器は、機能（１）および（３ ）を有する。しかし、放射光波を多数の光波に分割することはできない。言い換 えれば、集束回折格子結合器は、同時に、ひとつ以上の集束点を生成することが できない。この問題は、解決する必要がある。 光位相整合フィルタに使用するためのコンピュータ生成ホログラムのような一 部の他の応用分野においては、入射光波に対して連続レベル位相変調を導入する ことは有利であり、現在までの大部分の研究は、表面レリーフ段状構造（図１） を利用して異なる位相レベルを実現することに集中している。この構造は、通常 、標準リゾグラフィおよびエッチング技術を使用して製作される。必要とされる 位相レベルの数が増加すると、リゾグラフィマスクの数およびエッチングステッ プの数が増加する。このことは、多数の位相レベルを用いてコンピュータ生成ホ ログラムを製作することは困難であり、費用がかかることを意味する。その理由 は、所望の位相偏移を提供するためには、各新マスクは、先にエッチングされた パターンと正確に整合する必要があり、また各ステップの高さも正確に制御する 必要があるためである。したがって、２レベル（すなわち２位相）表面レリーフ 構造のみを使用し、複数レベルまたは均一連続レベル位相偏移を提供することが できる方法が確立されることは有益である。 また、先行技術においては、コンピュータ生成誘導波ホログラフィ構造は、サ ーリネン（Ｓａａｒｉｎｅｎ）らによって提案されている。（たとえば、Ｓａａ ｒｉｎｅｎら、“Ｃｏｍｐｕｔｅｒ−ｇｅｒａｔｅｄ ｇｕｉｄｅｄ−ｗａｖｅ ｈｏｌｏｇｒａｐｈｙ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｔｏ ｂｅａｍ ｓｐｌｉ ｔｔｉｎｇ”、Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ．１７、Ｎｏ．４、１９ ９２年２月１５日を参照されたい）。この装置においては、入射光波および出力 光波の両者が、光導波路によって閉じこめられる。提案されたホログラフィ構造 は、光導波路の表面に沿って伸びる数学的に合成された幾何学形状を有する２レ ベル表面レリーフを含む。位相変調は、実効屈折率変調によって実現され、実効 屈折率変調は、たとえば、数学的に合成された形状を有するパターン化されたカ バー層を使用して具体化される。結果として、位相偏移は、実効屈折率変調の値 と誘導光波が通過する光路長との積に直接に関係する。しかし、従来の製作技術 を使用して、実効屈折率変調を正確に予測することは、非常に困難であり、多く の場合、費用がかかる（Ｓａａｒｉｎｅｎら、“Ｃｏｍｐｕｔｅｒ−ｇｅｎｅｒ ａｔｅｄ ｇｕｉｄｅｄ−ｗａｖｅ ｈｏｌｏｇｒａｐｈｙ；ａｐｐｌｉｃａｔ ｉｏｎ ｔｏ ｂｅａｍ ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ”、Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒ ｓ、Ｖｏｌ．１７、Ｎｏ．４、１９９２年２月１５日を参照されたい）。結果と して、得られる位相変調は所望の値から逸脱することがあるので、装置性能が劣 化することとなる。この問題は、解決する必要がある。 光記憶構造、たとえば、好適にはコンピュータによって生成されるホログラフ ィックシートは、現在では、幾つかの応用分野、たとえば、データ記憶、コヒー レントレーザビーム付加、自由空間相互接続、レーザビーム整形などにおいて一 般に使用される。信号エンコーディング技術における差異によって、コンピュー タ生成ホログラムを２グループ、すなわち、振幅変調ホログラムおよび位相変調 ホログラムに分類することができる。位相変調ホログラムは、通常、振幅変調ホ ログラムより好適であり、その理由は、位相変調路ログラムはより高い回折効率 を提供できるためである。２相位相ホログラム、すなわち２相レベルホログラム は、比較的容易に製作されるが、これらの応用分野は、低回折効率のために限定 される。スカラー回折理論によれば、２相位相ホログラムは、理論上、４１％の 最大回折効率を有することができる。回折効率を向上させるために、複数レベル または連続レベル位相変調ホログラムが、多くの場合、一層望ましい。 さらに、入力波および出力波の特性によって、コンピュータ生成ホログラムは 、次の３グループに分類することもできる。すなわち、自由空間対自由空間、誘 導波対誘導波、および誘導波対自由空間（または自由空間対誘導波）である。こ れらの各グループは、図１ａから１ｃに例として示す。図１ａは、自由空間コン ピ ュータ生成ホログラムＦＳ−ＣＧＨの例を示す図であり、これは自由空間対自由 空間グループに属し、誘導波は含まれない。矢印は、自由空間コンピュータ生成 ホログラムを通過しスクリーンに投影される光波を示す。図１ｂは、面内コンピ ュータ生成導波路ホログラムＩＰ−ＣＧＷＨの例を示す図であり、これは誘導波 対誘導波グループに属する。面内コンピュータ生成ホログラムにおいては、入力 波および出力波の両者が光導波路ＯＷ内に閉じこめられる。矢印は、面内コンピ ュータ生成導波路ホログラムを通過しホログラムの一端の前面に投影される光波 を示す。図１ｃは、面外コンピュータ生成導波路ホログラムＯＰ−ＣＧＷＨを示 す図であり、これは誘導波対自由空間グループに属する。面外コンピュータ生成 ホログラムにおいては、入力波および出力波の両者が光導波路ＯＷ内に閉じこめ られ、含まれる波のひとつが自由空間から入力、または自由空間に出力される。 矢印は、面外コンピュータ生成導波路ホログラムを通過し自由空間に投影される 光波を示す。 自由空間コンピュータ生成ホログラムは、コヒーレントレーザビーム付加、ア レイ生成、レーザビーム整形などのような応用分野において、最も広く使用され る。しかし、現在は、一般に適用可能であり、このようなホログラムの設計およ び製作に使用できる機構が欠落している。自由空間コンピュータ生成ホログラム の場合と同じ問題が、他の二つの形式のホログラム、すなわち、面内および面外 コンピュータ生成導波路ホログラムの場合に発生することがある。 光記憶構造は長方形セルのアレイより構成することが可能であり、セルによっ て、入射光波に対する振幅変調および／または位相変調が導入されることは公知 である。大部分の研究は、表面レリーフステップ様構造を利用して異なる位相レ ベルを実現することに集中され、この構造は、通常、標準リゾグラフィおよびエ ッチング技術を使用して製作された。実現可能な位相レベルの数は、通常、表面 レリーフステップレベルの数に等しい。しかし、所望の位相レベルの数が増加す ると、リゾグラフィマスクの数およびエッチングステップの数が増加する。たと えば、多数の位相レベルを有するホログラムを生成するとき、リゾグラフィマス クの数およびエッチングステップの数の増加は、両者とも困難であり、費用がか かり、その理由は、所望の位相偏移を実現するために、各新マスクは先のエッチ ングパターンと正確に整合する必要があり、また、各ステップの高さも正確に制 御する必要があるためである。さらに、最も一般に使用されるエッチング技術を 正確な方法によって制御することは困難である。その結果、レリーフの形状およ び高さは、所望の値と異なることがあり、このことによって、回折効率の低下お よび／または性能の反復性の劣悪化に至ることがある。 その上、多数の光記憶構造は、振幅変調または位相変調のいずれかであり、こ のことによって、構造設計の自由度が制約されることになる。さらに、回折空間 の強度および位相を同時に制御することは非常に困難であるので、光記憶構造の 応用分野が制限される。 データ記憶のような一部の応用分野においては、所望の記憶容量を構築するた めに、多数の画像を光記憶構造の共通ボリューム、たとえば、ホログラフィ材料 の共通ボリュームに記憶することが望ましい。ひとつ以上の画像を含む光記憶構 造は、通常、「多重化」と呼ばれる。多重化光記憶構造は、たとえば、（１）再 生光ビームを特定の角度に向けること、すなわち、「角度多重化」によって、（ ２）異なる空間位相変調を有する再生ビームを使用すること、すなわち、「位相 コード変調」によって、または（３）異なる波長を有する再生ビームを使用する こと、すなわち、「波長多重化」によって、実現することができる。多重化の場 合は、異なる位置からの誘導波入射を使用し、過剰クロストークを導入すること なく、記憶画像を独立に再生することは困難な場合がある。 発明の概要 したがって、光学構造および光学構造において光信号を処理する方法を提供す ることが、本発明の目的であり、光学構造において、光波は位相および／または 振幅によって変調され、その結果、所望の光波面または所望の光強度分布を生成 し、前述した欠陥が解決される。 この目的は、請求の範囲１から２７のそれぞれに記載の本発明による構造およ び方法によって達成される。 本発明の別の目的は、光導波路装置を提供することであり、光誘導装置におい て、誘導光波は、特別に設計された回折格子結合器を使用し光導波路から放射さ れ、前記回折格子結合器は、放射光波を多数の光波に分割すること、および同時 に、前記光波を前記光導波路から無限距離に集束させることができる。 この目的は、請求の範囲１４、１５、３８、および３９のいずれかひとつに従 って達成できる。 さらに、幾つかの記憶画像を、独立に光学構造から再生するとき、過剰クロス トークを除去することは、本発明の目的である。 本発明のさらに別の目的は、光学装置を提供することであり、この光学装置に おいては、２レベル（すなわち２位相）表面レリーフ構造の使用によって、複数 レベルまたは連続レベル位相変調が入射光波に適用され、および／または光学装 置においては、表面レリーフ構造の使用によって、振幅変調は同時に前記入射光 波に適用される。 これらの目的は、請求の範囲７、１１、１６、３１、３５、または４０のいず れかによって達成される。 構造および方法の有利な実施形態はそれぞれに従属する請求の範囲において詳 述する。 図面の簡単な説明 以下、添付図面を参照して、例を挙げて本発明を詳細に述べる。ただし、例示 に限定されるものではない。 図１ａ〜ｃ 異なる形式のコンピュータ生成ホログラムを示す図である。 図１ｄ 光波に対して位相変調を導入する先行技術の機構を示す図である。 図２ａ〜ｃ 本発明による構造の第１実施形態を示す図である。 図３ａ 図２の構造を示す概略図である。 図３ｂ 図３ａの構造を示す拡大図である。 図４ａ 本発明による構造の第２実施形態を示す略図である。 図４ｂ 本発明による構造の第３実施形態を示す略図である。 図５ 本発明による構造の第４実施形態を示す略図である。 図６ 本発明による構造の第５実施形態を示す略図である。 図７ａ〜ｂ 本発明による構造に関する応用の例を示す図である。 好適な実施形態の詳細な説明 図１ｄは、光波に対して位相変調を導入する先行技術の構造を示す図である。 構造は、透明光基板１０および基板上にエッチングされる表面レリーフ段状構造 １１を含む。代替方法としては、段状構造は、本質上平坦であるが基板屈折率が 急激に変化する表面によって代替することができる。スカラー回折理論に従って 、入射プレーナ光波１３は光基板を通過すると、二つのプレーナ光波１４および １４’に分割され、下式で表される光波１４および１４’間の位相変調δΦを有 する。 δΦ＝２π（ｎ−１）ｄ／λ ここで、ｎは基板材料の屈折率であり、ｄは表面レリーフ段１２の高さであり、 ｌは光波長である。 図２に示す構造は光学構造の第１実施形態を示し、光学構造は、光媒体上、光 媒体中、または一部光媒体中に配置される複数のセルを含む。光媒体は、シート １０、たとえば、ホログラフィ基板を含むことがあり、各セル２０ａ、ｂはセル 内に形成されるパターン構造を有する。光媒体は、多数の溝３０ａ、ｂを含む各 セル２０ａ、ｂ内に、高周波２位相構造、すなわち、２レベル構造およびパター ン構造を備えることができる。溝３０ａ、ｂは、セル２０ａ、ｂの少なくともひ とつの中にあり、互いに平行であり、溝は格子４０ａ、ｂを形成する。溝はある 幅を有し、その幅は溝形式の周期的パターンの１周期以下である。少なくともひ とつのセル内の溝の数は、ゼロより大きい。 格子は、回折格子とすることができる。同様に、回折格子は反射格子とするこ とが可能であり、これとともに又はこれとは別に、光媒体は反射性とすることが できる。光媒体は透明であり、これとともに又はこれとは別に、格子は透過格子 であることも可能である。 シートは、ＩｎＧａＡｓＰで作ることが可能であり、またシートはＩｎＰの基 板２６０を有する。別の構成要素、すなわち、ＧａＡｓの基板、およびＡｌＧａ Ａｓのシートも可能である。 図２ａ〜ｃは、光波に対して位相変調を導入するための本発明による構造を示 す図である。図２ａにおいて、周期格子構造４０は複数の格子溝３０を含み、透 明基板１０上、基板内、または部分的に基板内にエッチングすることができる。 プラナー光波が基板１０を通過するとき、プラナー光波は格子４０によって回折 され、多数の回折光波を生成し、各回折光波は整数ｍ（＝０、±１、±２、±３ 、．．．）で表され、整数ｍは回折次数を示す。明確にするために、図には回折 次数のひとつのみ（ｍ＝１を有する）を示した。図１ｄに示すような従来の考え 方においては、所望の位相変調は基板の厚さを空間的に変更することによって導 入されるが、それとは反対に、本発明においては、同じ目的のために完全に異な る機構を使用する。図２ａに示すように、回折格子４０は、二つの部分４０ａお よび４０ｂに分割され、そのうちひとつの部分４０ａは、他の部分４０ｂに関し て格子溝３０に直角の方向に間隔Δだけ相対的に変位される。本発明者は、意外 にも、光波が基板１０を通過するとき、各回折光波５０は、二つのプラナー光波 ５０ａおよび５０ｂよりなり、両者の位相差Φ_Δは下式で表されることを発見し た。 Φ_Δ＝２ｍπΔ／Λ ここで、ｍは回折の次数を示し、Λは格子周期を表す。驚くべきことに、位相変 調Φ_Δは、光波長または格子深さのいずれによっても変わらない。その上、位相 変調は横方向の変位Δによってのみ変わるので、２レベル（すなわち２位相）表 面レリーフ構造のみを使用して複数レベルまたは均一連続レベル位相変調を導入 することができる。 図２ｂは、光導波路装置３００を示し、光導波路装置３００は光基板３２０上 に形成される光導波路３１０を含む。周期格子構造３３０は、光導波路３１０の 表面または中に製作され、誘導光波３４０を外部光波３５０と結合する。均一回 折格子結合器３３０の場合は、導波路回折格子結合器理論によって、外部光波３ ５０の近傍の場は、プラナー波面を有し、この波面は誘導波３４０伝搬方向に沿 って指数関数的に減少する振幅を有することが明らかになった。このことは、こ のような均一回折格子結合器はビーム整形（たとえば、集束および分割）機能を 有しないことを示す。集束回折格子結合器を使用し、光導波路から誘導光波を放 射させ、同時に、放射波を単一焦点に集束させることはできるが、ビーム分割機 能は有しない、すなわちひとつを超える焦点を生成することはできない。したが って、これらの複数機能、すなわち、ビーム放射、集束および分割を得るために 、放射光波に対して位相変調を導入するために使用できる機構を確立することが 不可欠である。この問題は、現在まで解決されていない。したがって、この問題 に取り組むために、本発明者は、図２ｂに示される革新的な方法を提案した。図 ２ｂにおいて、回折格子結合器３３０は、二つの部分３３１および３３２に分割 され、その内のひとつの部分の３３１は他の部分３３２に関して格子溝３６０に 直角の方向に間隔Δだけ相対的に変位される。両部分３３１および３３２は、回 折格子結合器として独立して作用することが予測される。しかし、意外にも、本 発明者は、３３１および３３２によってそれぞれ放射される放射光波（図示せず ）は、両者間に下式で表される位相差Φ_Δを有することを発見した。 Φ_Δ＝２ｍπΔ／Λ ここでｍは回折の次数を示し、Λは格子周期を表す。驚くべきことに、位相変調 Φ_Δは、光波長または格子深さのいずれによっても変わらない。その上、位相変 調は横方向の変位Δによってのみ変わるので、２レベル（すなわち２位相）表面 レリーフ構造のみを使用して複数レベルまたは均一連続レベル位相変調を導入す ることができる。 図２ｃは、Λの周期を有する導波路回折格子４００によって回折される誘導光 波に対して位相変調を導入するための本発明による構造の略図である。入射光波 ４１０も、同じ光導波路内で伝搬される誘導光波である。出力波は、それぞれ、 ４１１および４１２によって示される。所望の位相変調を導入するために、導波 路回折格子の一部は、格子溝に対して直角の方向に間隔Δだけ意図的に変位され る。図には、回折次数の内のひとつのみを示す。 この形式の構造は、コンピュータで生成することができる。いかにしてこの形 式の構造を生成できるかは公知であるので、詳細には述べない。たとえば、ＩＥ ＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ． ８、Ｎｏ．９、ｐ．１１９９、１９９６年を参照されたい。 セル２０は、前記溝３０の位置が横方向に変位されるように、すなわち、溝が セル間に変位されるように、および／または、前記格子４０のデューティサイク ル（ｄｕｔｙ ｃｙｃｌｅ）が変更されるように、配置されることができる。た とえば、このことは、ホログラフィ構造を生成できるコンピュータプログラムを 使用して実現できる。したがって、セルは、入射光波５０を受け取るとき、ひと つ以上の光波の位相および／または振幅変調を制御することができる。この場合 、位相変調は、２位相溝の横方向の相対的変位によって制御され、一方、振幅変 調は、格子デューティサイクル、すなわち、歯幅対周期比を変更することによっ て得られる。 ひとつのセル間の間隔はΔによって示され、ひとつの格子４０およびひとつの 溝３０の端から端までの幅はΛによって示される。この場合、溝によって周期パ ターンが定められ、周期パターンにおいては、Δも前記セル間の変位として認め ることが可能であり、Λも格子周期として認めることが可能である。位相変調δ θの場合は、このことは、条件δθ＝２πｍΔ／Λを満足し、ｍは回折の次数で ある。ホログラフィックシートの表面構造は、任意の断面を有することができる 。代替方法として、格子４０の溝を変位すること、および／または、屈折率変調 を使用しデューティサイクルを変えることができるが、表面レリーフなしにシー トを使用することは可能であり、この場合は、パターン構造を有するシートを使 用する必要はない。 この形式の構造を使用することによって、面内および面外コンピュータ生成導 波路ホログラムの両者に対する一般的な設計手段を得ることが可能である。その 理由は、溝３０の位置は横方向に相対的に変位させることが可能であり、および ／または、格子４０のデューティサイクルは変えることが可能であり、このこと によって、ホログラフィックシートが入射光波５０を受け取るとき、光波の位相 および／または振幅を制御することができるためである。 さらに、この構造は、光導波路装置（図示せず）を有し、光波を誘導して装置 を通過させることが可能であり、その場合、導波路装置は、光軸を有する光導波 路を含む。シートは、光導波路の表面またはその中に配置することが可能であり 、光導波路内を移動する誘導光波を光導波路内を移動する別の誘導光波、または 外部光波と結合する。光波は、光源、たとえば、半導体レーザによって生成する ことができる。格子を導波路回折格子結合器として使用し、光導波路内を移動す る誘導光波を外部光波と結合することもできる。 図３ａおよび図３ｂは、Ｍ＊Ｎの異なるセル２１ａ〜２１ｈを有するアレイの 略図であり、セルは、図２の構造に示されるセル２０に対応して、長方形または 正方形の形状を有する。図３ａに示すセルの異なるグレイスケールは、異なる位 相レベルを表す。これらの異なる位相レベルは、シート内において溝に直角の方 向、すなわち、横方向に溝３０の位置を相対的に変位することによって得られ、 これによって、ホログラフィックシートが入射光信号を受け取るとき、光信号の 位相を制御することができる。代替方法としては、格子４０の溝を変位させるこ と、および／または屈折率変調を使用することによってデューティサイクルを変 えることが可能であるが、表面レリーフなしにシートを使用することは可能であ り、すなわち、パターン構造を備えるシートを使用する必要はない。このことは 、２レベル構造を使用する必要はないのみでなく、１レベル構造または２レベル をさらに超える構造を代わりに使用することもできることを意味する。 図３ａにおいて符号２１として記されるセルを、拡大図として図３ｂに示す。 図３ｂにおいて、ひとつのセル内の格子変位は、Δ_kとして示され、ひとつの格 子４０とひとつの溝３０との端から端までの幅はΛとして示される。セルの順序 は、ｋおよびｌによって決定され、ここで、ｋおよびｌはそれぞれ整数を示す。 Ｒはひとつのセル２１ａの長さを示し、Ｓは同じセル２１ａの幅を示す。ひとつ の溝３０の幅は、Ｗによって表され、ひとつの格子歯４０の幅はＶによって示さ れる。 図１ａ〜１ｃを参照すると、光学装置の幾何学的構造は、図３ａおよび図３ｂ のように記載できる。図１ａは、自由空間コンピュータ生成ホログラムＦＳ−Ｃ ＧＨの例を示す図であり、このホログラムは自由空間対自由空間グループに属し 、このグループにおいては誘導波は含まれず、たとえば、均一強度分布を生成す る光学装置を得ることが可能である。したがって、光学要素が、自由空間におい て光波を受け取り、前記光波を自由空間に転送することが可能である。図１ｂは 、面内コンピュータ生成導波路ホログラムＩＰ−ＣＧＷＨの例を示す図であり、 このホログラムは誘導波対誘導波グループに属し、光導波路装置として使用でき る。この場合、たとえば、ひとつまたは幾つかのレーザダイオードから放射され るひとつまたは幾つかの誘導光波は、導波路回折格子結合器によって、多数の他 の誘 導光波と結合される。同時に、前記誘導光波は、前記導波路回折によって集束さ れる。したがって、光学要素は、ひとつの面において誘導光波を受け取り、前誘 導光波を同じ面において転送することができる。図１ｃは、面外コンピュータ生 成導波路ホログラムＯＰ−ＣＧＷＨを示す図であり、このホログラムは誘導波対 自由空間グループに属する。この例においては、装置は光導波路として使用でき る。したがって、光学要素は、誘導光波をひとつの面において受け取り、前記光 波を前記面から自由空間に転送すること、またはひとつの面に対する自由空間か ら光波を受け取り、前記光波を同じ面に転送することができる。図２および図３ に示すパターン構造の場合は、２位相、すなわち、２レベル表面レリーフ格子を 使用することによって、複数レベルまたは均一連続レベル位相および振幅変調を 得ることができる。さらに、マスク整合およびエッチング深さ制御における困難 は、ひとつのリゾグラフィおよびひとつのエッチングステップのみを使用するこ とによって、解決することができる。 図４ａは、本発明による第２実施形態を示す図であり、第２実施形態において は、セル２２は、面ｕ、ｖの重ね合わせによる格子によって、第一面ｕおよび第 二面ｖに配置することができる。このことによって、二次元格子４２が形成され 、二次元格子４２においては、第１面ｕの溝は第２面ｖの溝に対して実質上直交 する。これは、たとえば、角多重化に使用できる。それ以上に面を有することも できる。第１および第２面の多数の溝は、格子溝３２よりなる周期パターンを形 成し、周期パターンは格子周期ｒ、ｓを有する。この二次元格子は、同時にまた は別々に、ｕおよびｖの方向から入射する誘導光波を脱結合することができる。 クロストークを最小にするために、ｕ（またはｖ）方向に平行な溝を有する格子 構成要素が、ｕ（またはｖ）方向に沿って入射する誘導波に対するゼロ次回折格 子として作用するように、ｕおよびｖの両方向の格子周期は適切に選択する必要 がある。言い換えれば、両方向の格子周期は、十分に小さく、その結果、導波路 内に非ゼロ次回折が存在しない。位相偏移は、ｕおよびｖの両方向においてセル によって導入され、それぞれ、ｕおよびｖ方向の格子構成要素の転位の大きさに よって定められる。セル２２、２３内の溝３２の方位は、隣接するセル２２、２ ３内の溝３０の方位に関して任意とすることができる。 図４ｂは、本発明による第３実施形態を示す図であり、第３実施形態は図４ａ に示す構造の特別の場合であり、この場合は、各セル２３は、事実上、格子周期 ｒ、ｓと同じ寸法のセル２３の長さＲおよび幅Ｓを有し、言い換えれば、第１面 および第２面の格子周期ｒ、ｓは非常に小さく、その結果、光導波路内に非ゼロ 次回折が存在しない。 図５は、本発明による第４実施形態を示す図であり、セルはサブセル２４に分 割され、各サブセルはホログラムＡ、Ｂの別々の部分を含むことが可能であり、 この場合、ホログラムの関連する部分は別のサブセル２４に配置される。ひとつ のサブセル２４の溝の方位は、隣接するサブセル２４の溝３０の方位に関して任 意に選択することができる。図５によれば、セル２４はひとつの面、たとえば、 導波路ホログラムに配列され、その場合、ひとつのサブセル２４の溝は、隣接す るサブセル２４の溝に対して、事実上、直交する。この幾何学的配置において、 各サブセル２４は、ある一定の溝方位およびある一定の周期を有する脱結合（ｏ ｕｔｃｏｕｐｌｉｎｇ）および／または入結合（ｉｎｃｏｕｐｌｉｎｇ）格子を 含むことができる。したがって、これらのサブセル２４は、ｕおよびｖ方向から それぞれ入射する誘導波を脱結合および／または入結合することができる。言い 換えれば、図５に示す構造は、直交する溝を有するセルよりなる二つのインタレ ースされたサブアレイより構成されると考えることができる。各サブアレイは、 導波路サブアレイとして独立して作用する。さらに、これらの二つのサブホログ ラムに記憶される画像は、＋ｕまたは＋ｖ方向のいずれかの方向に伝搬する誘導 波を使用することによって、独立して復元することができる。 いかにしてこの形式の構造を生成するかは公知であるので、詳細に論述しない 。たとえば、ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔ ｅｒｓ、Ｖｏｌ．８、Ｎｏ．１２、ｐ．１６５３、１９９６年を参照されたい。 図６は、本発明による第５実施形態を示す図であり、第５実施形態においては 、前述したような光媒体のセル２５の二次元アレイは、セルの第１アレイおよび 第２アレイによって提供することが可能であり、第１アレイの溝は第２アレイの 溝の上または上方に配列されるので、その結果、ひとつのセルは、ひとつまたは 幾つかのブロック７０の分布を形成する。この幾何学的配置において、これらの ブ ロック７０の中心は散乱され、散乱される中心は任意の形状を採ることができる 。各長方形セル２５の位相変調は、そのセル内のブロックの位置によって決定さ れる。ブロック７０は、好適には、正方形状である。図６の二次元アレイは、ブ ロック周期を有する周期パターンを有し、各セル２５は、ブロック周期と同じ寸 法の長さおよび／または幅を有する。これによって、所定の数のセルに対するホ ログラム全体のサイズが最小とされる。各セル内には、正方形ブロック７０が存 在し、正方形中心の位置によって、セル２５の位相レベルが決定される。本来、 各セルは、ひとつ以上のブロックを有することができるが、そのときはホログラ ムサイズも増大する。 図７ａは、本発明による構造の第一の応用を示す図であり、二つの単一モード ファイバＳＭＦ−ＡおよびＳＭＦ−Ｂは、それぞれ＋ｕおよび＋ｖ方向の二つの 異なる光信号を、図５に示す構造１００に向ける。信号が構造１００を通過する とき、図５に示すこれら二つのサブホログラムＡ、Ｂに記憶される画像Ａ’、Ｂ ’は、＋ｕおよび＋ｖ方法に伝搬する二つの誘導波を使用することによって、独 立して復元される。この実施形態は、たとえば、角多重化導波路ホログラムとし て使用できる。放射角は、θ₁およびθ₂によって示される。サブセルＡおよびＢ に示される画像の焦点距離は、それぞれ、ｆ₁およびｆ₂によって示される。 いかにしてこの形式の構造を生成するかは公知であるので、詳細に論述しない 。たとえば、ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔ ｅｒｓ、Ｖｏｌ．８、Ｎｏ．１２、ｐ．１６５３、１９９６年を参照されたい。 図７ｂは、本発明による構造の第二の応用を示す図であり、構造２００は、送 信回路／受信回路チップ２１０の配列され、このチップは、光信号を、光源（図 示せず）から、構造２００を経由して、光受信装置２２０に送信し、同時に、光 信号を光受信装置から構造２００を経由して受信することができる。この光受信 装置は、たとえば、光ファイバのことがある。構造は、たとえば、図４〜６に示 す実施形態の内のひとつを含むことができる。受信装置は符号２４０によって示 され、送信装置は符号２３０によって示される。ｕおよびｖの両方向の格子周期 が適切に選択され、その結果、ｕ（またはｖ）方向に平行な溝を有する格子構成 要素（たとえば、図４ａ参照）がｕ（またはｖ）方向に沿って入射する誘導波に 対するゼロ次回折格子として作用する場合は、この形式の構造を使用することに よって、過剰クロストークを回避することが可能となる。言い換えれば、両方向 の格子周期は十分に小さいので、導波路内に非ゼロ次回折が存在しない。その上 、構造は、たとえば、ＩｎＧａＡｓＰよりなる光シート２５０上に配列すること が可能であり、同様に、シートはＩｎＰよりなる基板２６０を有する。その他の 構成要素、たとえば、ＧａＡｓの基板、およびＡｌＧａＡｓのシートを使用する ことができる。 本発明による構造の第三の応用（図示せず）においては、構造は、波長マルチ プレクサに配列され、マルチプレクサは、光信号を、光源から構造を経由して光 媒体に送信する。この光受信装置として、たとえば、光ファイバを用いてもよい 。構造は、波長デマルチプレクサに配列されることも可能であり、デマルチプレ クサは、光信号を、構造を経由して光媒体から受信する。 本発明による構造の第四の応用（図示せず）においては、構造は、タップパワ ー分割器に配列され、タップパワー分割器は、光媒体からの信号を構造を経由し て光導波路に結合し、また信号を異なる方向に分割する。この光媒体として、た とえば、光ファイバを用いてもよい。 本発明による構造の第五の応用（図示せず）においては、構造は、偏光解析機 に配列され、偏光解析機は、光信号を、任意の偏光と結合し構造を経由して光導 波路に送り、同時に、異なる回折偏光成分を異なる方向に向ける。 本発明による構造の第六の応用（図示せず）においては、構造は、偏光に無関 係の光受信装置に配列され、この光受信装置は、構造を経由して光媒体からの任 意の偏光を有する光信号を検出する。この光媒体は、たとえば、光ファイバとし てもよい。 図４〜７において述べた実施形態においては、光波は、ひとつまたは幾つかの 光源、たとえば、半導体レーザによって放射され、また光波は回折格子によって 光導波路から放射されることがあり、結果として、光波は外部光波と結合される ことがある。さらに、外部光波は、回折格子によって光導波路に結合されこれら の光波を生成することがあり、この場合は、光波は、光波を電気信号に変換する 光検出器によって検出することができる。 本発明は、前述し図面に示した実施形態に限定されるものではなく、請求の範 囲に記載の範囲において変更できるものである。たとえば、図４〜７に示す実施 形態によって提供される可能性がある有利な例は、第一および第二光波が、事実 上、相互に直角の方向に伝搬するとき、光源から放射される第一の光波、好適に は、レーザを、格子によって光導波路から脱結合することである。次に、この第 一光波は、出力外部信号を生成することができる。入射外部光波は、第二光波を 生成するために、格子によって光導波路に結合され、第二光波は、光波を電気信 号に変換できる光検出器によって捕捉される。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１０年４月１４日（１９９８．４．１４） 【補正内容】 請求の範囲 １．光媒体の上に、光媒体の中に又は部分的に光媒体の中に配列される複数のセ ル（２０、２１）を含み、前記セル（２０、２１）はその中にパターン構造を備 え、前記パターン構造は、複数の互いに平行な溝（３０）を備え格子（４０）に 形成された、光学構造であって、 前記格子（４０）は、前記溝（３０）の長さ方向に対して実質的に垂直な方向 に所定間隔（Δ）で変位された少なくとも２つのセクション（４０ａ、４０ｂ） を形成し、これにより、前記セル（２０、２１）が入射光波（５０）を受け取る ときに、一つまたは幾つかの光波の位相または振幅の少なくとも一方を制御する ことを特徴とする光学構造。 ２．請求の範囲１に記載の光学構造であって、前記セクション（４０ａ、４０ｂ ）間の間隔（Δ）が入射光波（５０）の方向に対し実質的に垂直方向に形成され ることを特徴とする光学構造。 ３．請求の範囲１又は２に記載の光学構造であって、前記セルはＭ＊Ｎアレイに 配列されることを特徴とする光学構造。 ４．請求の範囲１〜３のいずれかにに記載の光学構造であって、前記溝は周期パ ターンを形成し、前記周期パターンは前記セル間の変位（Δ）および格子周期（ Λ）を有し、位相変調δθの場合は、条件δθ＝２πｍΔ／Λを満たし、ｍは回 折の次数であることを特徴とする光学構造。 ５．請求の範囲３または４に記載の光学構造であって、前記溝は、前記周期パタ ーンの一周期以下の幅を有することを特徴とする光学構造。 ６．請求の範囲１から５のいずれかに記載の光学構造であって、前記格子（４０ 、 ４２）を有する第１面および第２面は前記両面の重ね合わて配列され二次元格子 （４２）を形成することを特徴とする光学構造。 ７．請求の範囲６に記載の光学構造であって、前記両面は、さらなる面に重ね合 わせられることを特徴とする光学構造。 ８．請求の範囲６または７に記載の光学構造であって、 前記第１面および前記第２面の両者における前記複数の溝（３０、３２）は周 期パターンを形成し、前記周期パターンは格子周期（ｒ、ｓ）を有し、および、 前記各セルは、前記格子周期とほぼ同じ寸法の幅（Ｓ）および／または長さ（ Ｒ）を有するか又は前記第１面および前記第２面における前記格子周期（ｒ、ｓ ）は非常に小さいことから、光導波路内に非ゼロ次回折が形成されないことを特 徴とする光学構造。 ９．請求の範囲６、７、又は８のいずれかに記載の光学構造であって、前記セル （２２、２３）内の前記溝（３２）の方位は隣接するセル（２２、２３）内の溝 （３０）の方位との関係において任意であることを特徴とする光学構造。 １０．請求の範囲１から５のいずれかに記載の光学構造であって、前記セル（２ ０、２１）は、サブセル（２４）に分割され、前記各サブセルは、ホログラム（ Ａ、Ｂ）の別々の部分を含み、前記ホログラムに関連する部分は別のセル（２０ 、２１）のサブセルに位置することを特徴とする光学構造。 １１．請求の範囲１０に記載の光学構造であって、ひとつのサブセル（２０、２ １、２４）内の溝（３０）の方位は、隣接するサブセル（２０、２１、２４）内 の溝（３０）の方位との関係において任意であることを特徴とする光学構造。 １２．請求の範囲１から１１のいずれかに記載の光学構造であって、各前記セル （２０〜２４）は、長方形または正方形の形状を有することを特徴とする光学構 造。 １３．請求の範囲１から１２のいずれかに記載の光学構造であって、前記光媒体 は、光導波路装置を有し、光波を光導波路装置を通して誘導し、前記導波路装置 は光軸を有する光導波路を備えることを特徴とする光学構造。 １４．請求の範囲１３に記載の光学構造であって、前記格子は導波路回折格子結 合器であり、前記光導波路内を移動する誘導光波を外部光波と結合することを特 徴とする光学構造。 １５．請求の範囲１から５のいずれかに記載の光学構造であって、前記光媒体内 のセル（２０、２１、２５）の二次元アレイは、セル（２５）の第１アレイおよ び第２アレイによって形成され、前記第１アレイの溝は、前記第２アレイの溝の 上または上方に配列され、その結果、ひとつのセルはひとつまたは幾つかのブロ ック（７０）の分布を形成することを特徴とする光学構造。 １６．請求の範囲１５に記載の光学構造であって、前記二次元アレイはブロック の周期パターンを有し、各セルは、前記ブロック周期とほぼ同じ寸法の長さおよ び／または幅を有することを特徴とする光学構造。 １７．請求の範囲６から１１のいずれかまたは１５から１６のいずれかに記載の 光学構造の使用法であって、前記構造は、送信回路／受信回路（２３０／２４０ ）チップ（２１０）に配列され、前記チップは、光信号を光源から前記構造を経 由して光受信装置（２２０）、好適には、光ファイバに送信し、同時に、光信号 を前記構造を経由して前記光受信装置（２２０）から受信することを特徴とする 光学構造の使用法。 １８．請求の範囲６から１１のいずれかまたは１５から１６のいずれかに記載の 光学構造の使用法であって、前記構造は、波長マルチプレクサに配列され、前記 波長マルチプレクサは、光信号をひとつまたは幾つかの光源から前記構造を経由 して光受信装置、好適には、光ファイバに送信すること、および／または、前記 構造は、波長デマルチプレクサに配列され、前記波長デマルチプレクサは光信号 を前記構造を経由して光受信装置から受信することを特徴とする光学構造の使用 法。 １９．請求の範囲６から１１のいずれかまたは１５から１６のいずれかに記載の 光学構造の使用法であって、前記構造は、タップパワー分割器に配列され、前記 タップパワー分割器は、光信号を光受信装置、好適には、光ファイバから前記構 造を経由して光導波路に送信し、また前記信号を異なる方向に分割することを特 徴とする光学構造の使用法。 ２０．請求の範囲６から１１のいずれかまたは１５から１６のいずれかに記載の 光学構造の使用法であって、前記構造は、偏光解析機に配列され、前記偏光解析 機は、光信号を任意の偏光と結合し前記構造を経由して光導波路に送り、同時に 異なる偏光成分を異なる方向に向けることを特徴とする光学構造。 ２１．請求の範囲６から１１のいずれかまたは１５から１６のいずれかに記載の 光学構造の使用法であって、前記構造は、偏光と無関係の光受信装置に配列され 、前記光受信装置は、光受信装置、好適には、光ファイバからの任意の偏光を有 する光信号を前記構造を経由して検出することを特徴とする光学構造。 ２２．請求の範囲１から２１のいずれかに記載の光学構造であって、前記格子は 回折格子であることを特徴とする光学構造。 ２３．請求の範囲２２に記載の光学構造であって、前記回折格子は反射格子であ り、および／または、前記光媒体は反射性であることを特徴とする光学構造。 ２４．請求の範囲１から２２のいずれかに記載の光学構造であって、前記光媒体 は透明であり、および／または、前記格子は透過格子であることを特徴とする光 学構造。 ２５．請求の範囲１から２４のいずれかに記載の光学構造であって、前記パター ン構造は２レベルであることを特徴とする光学構造。 ２６．複数のセル（２０、２１）を備える光学要素を使用して光波を処理する方 法であって、前記セルはその中に形成されるパターン構造を備え、前記各セル（ ２０、２１）内の前記パターン構造が、互いに平行で格子に形成された多数の溝 （３０）によりなる、方法であって、 前記格子（４０）は、前記溝の長さ方向に対して実質的に垂直方向に互いに所 定間隔（Δ）で変位した少なくとも２つのセクション（４０ａ、４０ｂ）を形成 し、前記溝（３０）の位置は前記セル間において変位され、および／または、前 記格子（４０）のデューティサイクルは変更されて、前記セルが入射光波（５０ ）を受け取るときに、前記光波（５０）の位相および／または振幅が前記要素に よって結果として制御されることを特徴とする方法。 ２７．請求の範囲２６に記載の方法であって、前記パターン構造は、屈折率変調 を引き起こすことを特徴とする方法。 ２８．請求の範囲２６または２７に記載の方法であって、前記溝は周期パターン を形成し、前記周期パターンは前記セル間において変位され（Δ）、格子周期（ Λ）を有し、位相変調δθの場合は、条件δθ＝２πｍΔ／Λを満足し、ｍは回 折の次数であることを特徴とする方法。 ２９．請求の範囲２６から２８のいずれかに記載の方法であって、前記セルは、 任意の断面を持つ表面構造を有することを特徴とする方法。 ３０．請求の範囲２６から２９のいずれかに記載の方法であって、前記格子を有 する第１面および第２面は、重ね合わされて、前記両面は二次元格子を形成する ことを特徴とする方法。 ３１．請求の範囲３０に記載の方法であって、前記両面は、また別の面と重ね合 わされることを特徴とする方法。 ３２．請求の範囲３０又は３１に記載の方法であって、前記第１面および前記第 ２面の両者における複数の溝（３０、３２）は周期パターンを形成し、前記周期 パターンは格子周期（ｒ、ｓ）を有し、および、 各セルは、前記格子周期（ｒ、ｓ）と実質的に同じ寸法の幅（Ｓ）および／ま たは長さ（Ｒ）を有し、または前記前記第１面および前記第２面の格子周期（ｒ 、ｓ）は非常に小さいことから、非ゼロ次回折が光導波路内に形成されないこと を特徴とする方法。 ３３．請求の範囲３０から３２のいずれかに記載の方法であって、ひとつのセル （２２、２３）内の溝（３２）の方位は、隣接するセル（２２、２３）内の溝（ ３０）の方位との関係において任意であることを特徴とする方法。 ３４．請求の範囲２６から２９のいずれかに記載の方法であって、前記セル（２ ０、２１）はサブセル（２４）に分割され、前記サブセルはホログラム（Ａ、Ｂ ）の別々の部分を形成し、前記ホログラムの関連する部分は別のセル（２０、２ １）のサブセル内に位置することを特徴とする方法。 ３５．請求の範囲３４に記載の方法であって、ひとつのサブセル（２０、２１、 ２４）内の溝（３０）の方位は、隣接するサブセル（２０、２１、２４）内の溝 （３０）の方位との関係において任意に選択されることを特徴とする方法。 ３６．請求の範囲２６から３５のいずれかに記載の方法であって、前記セルは長 方形または正方形に形成されることを特徴とする方法。 ３７．請求の範囲２６から３６のいずれかに記載の方法であって、前記光学要素 は光導波路装置を備え、前記光導波路装置は光軸を有する光導波路を有し、前記 光波を前記光導波路を通して誘導することを特徴とする方法。 ３８．請求の範囲３７に記載の方法であって、前記格子は導波路回折格子結合器 を形成し、前記光導波路内を移動する誘導光波を外部光波と結合することを特徴 とする方法。 ３９．請求の範囲２６から２９のいずれかに記載の方法であって、前記光媒体内 のセル（２０、２１、２５）の二次元アレイは、セル（２５）の第１アレイおよ び第２アレイによって提供され、前記第１アレイ内の溝は、前記第２アレイ内の 溝にまたはその上方に配置されて、一つのセルが一つまたは幾つかのブロック（ ７０）の分布を形成することを特徴とする方法。 ４０．請求の範囲３９に記載の方法であって、前記二次元アレイは周期パターン を有し、前記周期パターンはブロック周期を形成し、各セルは、前記ブロック周 期と実質的に同じ寸法の長さおよび／または幅を有することを特徴とする方法。 ４１．請求の範囲３０から３５のいずれかまたは３９から４０のいずれかに記載 の方法であって、前記光波は、光源、好適には、レーザによって放射され、前記 光波は光導波路から前記格子によって放射され、前記光波は外部光波と結合する ことを特徴とする方法。 ４２．請求の範囲４１に記載の方法であって、前記外部光波は、前記格子によっ て前記光導波路に結合され、前記光波を生成し、前記光波は、前記光波を電気信 号に変換する光検出器によって検出されることを特徴とする方法。 ４３．請求の範囲３０から３５のいずれかまたは３９から４０のいずれかに記載 の方法であって、第１および第２光波は、実質的に互いに直交する方向に伝搬し 、前記第１光波は、光源、好適には、レーザによって放射され、出力外部信号を 生成する前記格子によって光導波路から離れて結合され、また入射外部光波は、 前記格子によって前記光導波路中に結合され前記第２光波を生成し、さらに、前 記第２光波は、光波を電気信号に変換する光検出器によって捕捉されることを特 徴とする方法。 ４４．請求の範囲２６から４３のいずれかに記載の方法であって、前記光学要素 は自由空間において光波を受け取り、前記光波を自由空間に転送することを特徴 とする方法。 ４５．請求の範囲２６から４３のいずれかに記載の方法であって、前記光学要素 は一つの面において誘導光波を受け取り、前記誘導光波を同じ面に転送すること を特徴とする方法。 ４６．請求の範囲２６から４３のいずれかに記載の方法であって、前記光学要素 は、一つの面において誘導光波を受け取り、前記光波を前記面から自由空間に転 送し、または一つの面に対する自由空間から光波を受け取り、前記光波を同じ面 に転送することを特徴とする方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 リ ミン カナダ オンタリオ州 オタワ ガルフ プレイス 981 アパートメント 907 (72)発明者 ラルソン アンダース スウェーデン ビルダル クヴァルンリカ ン 14

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．光媒体の上に、光媒体の中にまたは部分的に光媒体の中に配列される多数の セル（２１、２２）を含む光学構造であって、前記セルはその中に形成されるパ ターン構造を有し、 前記各セルの前記パターン構造は多数の溝（３０）を含み、 少なくとも一つの前記セル内の前記溝（３０）は互いに平行であり、 前記溝には格子（４０）が形成され、 前記セルは、少なくとも前記溝（３０）の位置が前記セル間において変位され るか又は前記格子（４０）のデューティサイクルが変更されるように、配列され 、それによって、前記セルが入射光波（５０）を受け取るときに、一つまたは幾 つかの光波の位相および／または振幅が制御されること、 を特徴とする光学構造。 ２．請求の範囲１に記載の光学構造であって、前記セルはＭ＊Ｎアレイに配列さ れることを特徴とする光学構造。 ３．請求の範囲１または２に記載の光学構造であって、前記溝は周期パターンを 形成し、前記周期パターンは前記セル間の変位（Δ）および格子周期（Λ）を有 し、位相変調δθの場合は、条件δθ＝２πｍΔ／Λを満足し、ｍは回折の次数 であることを特徴とする光学構造。 ４．請求の範囲１から３のいずれかに記載の光学構造であって、少なくとも一つ の前記セル内の前記溝の数は、ゼロより大きいことを特徴とする光学構造。 ５．請求の範囲３または４に記載の光学構造であって、前記溝は、前記周期パタ ーンの一周期以下の幅を有することを特徴とする光学構造。 ６．請求の範囲１から５のいずれかに記載の光学構造であって、前記溝は任意の 断面を有することを特徴とする光学構造。 ７．請求の範囲１から６のいずれかに記載の光学構造であって、前記格子（４０ 、４２）を有する第１面および第２面は前記両面の重ね合わせによって配列され 、二次元格子（４２）を形成することを特徴とする光学構造。 ８．請求の範囲７に記載の光学構造であって、前記両面は、さらに面によって重 ね合わせられることを特徴とする光学構造。 ９．請求の範囲７または８に記載の光学構造であって、前記第１面および前記第 ２面の両者において、前記複数の溝（３０、３２）は周期パターンを形成し、前 記周期パターンは格子周期（ｒ、ｓ）を有すること、および各セルは、前記格子 周期と同じ寸法の幅（Ｓ）および／または長さ（Ｒ）を有すること、または前記 第１面および前記第２面において格子周期（ｒ、ｓ）は非常に小さいことから、 光導波路内に非ゼロ次回折は存在しないことを特徴とする光学構造。 １０．請求の範囲７、８または９のいずれかに記載の光学構造であって、前記セ ル（２２、２３）内の前記溝（３２）の方位は、隣接するセル（２２、２３）内 の溝（３０）の方位に関して任意であることを特徴とする光学構造。 １１．請求の範囲１から６のいずれかに記載の光学構造であって、前記セル（２ ０、２１）は、サブセル（２４）に分割され、その場合、各前記サブセルは、ホ ログラム（Ａ、Ｂ）の別々の部分を含み、前記ホログラムの関連する部分は別の セル（２０、２１）のサブセルに位置することを特徴とする光学構造。 １２．請求の範囲１１に記載の光学構造であって、ひとつのサブセル（２０、２ １、２４）内の溝の方位は、隣接するサブセル（２０、２１、２４）内の溝（３ ０）の方位に関して任意であることを特徴とする光学構造。 １３．請求の範囲１から１２のいずれかに記載の光学構造であって、各前記セル （２０〜２４）は、長方形または正方形の形状を有することを特徴とする光学構 造。 １４．請求の範囲１から１３のいずれかに記載の光学構造であって、前記光媒体 は、光導波路装置を有し光波を光導波路装置を通して誘導し、前記導波路装置は 光軸を有する光導波路を備えることを特徴とする光学構造。 １５．請求の範囲１４に記載の光学構造であって、前記格子は導波路回折格子結 合器であり、前記光導波路内を移動する誘導光波を外部光波と結合することを特 徴とする光学構造。 １６．請求の範囲１から６のいずれかに記載の光学構造であって、前記光媒体内 のセル（２０、２１、２５）の二次元アレイは、セル（２５）の第１アレイおよ び第２アレイによって提供され、前記第１アレイの溝は、前記第２アレイの溝の 上または上方に配列され、その結果、ひとつのセルはひとつまたは幾つかのブロ ック（７０）の分布を形成することを特徴とする光学構造。 １７．請求の範囲１６に記載の光学構造であって、前記二次元アレイはブロック の周期パターンを有し、各セルは、前記ブロック周期と同じ寸法の長さおよび／ または幅を有することを特徴とする光学構造。 １８．請求の範囲７から１２のいずれかまたは１６から１７のいずれかに記載の 光学構造であって、前記構造（２００）は、送信回路／受信回路（２３０／２４ ０）チップ（２１０）に配列され、前記チップは、光信号を光源から前記構造を 経由して光受信装置（２２０）、好適には、光ファイバに送信し、同時に、光信 号を前記構造を経由して前記光受信装置（２２０）から受信することを特徴とす る光学構造。 １９．請求の範囲７から１２のいずれかまたは１６から１７のいずれかに記載の 光学構造であって、前記構造は、波長マルチプレクサに配列され、前記波長マル チプレクサは、光信号をひとつまたは幾つかの光源から前記構造を経由して光受 信装置、好適には、光ファイバに送信すること、および／または、前記構造は、 波長デマルチプレクサに配列され、前記波長デマルチプレクサは光信号を前記構 造を経由して光受信装置から受信することを特徴とする光学構造。 ２０．請求の範囲７から１２のいずれかまたは１６から１７のいずれかに記載の 光学構造であって、前記構造は、タップパワー分割器に配列され、前記タップパ ワー分割器は、光信号を光受信装置、好適には、光ファイバから、前記構造を経 由して光導波路に送信し、また前記信号を異なる方向に分割することを特徴とす る光学構造。 ２１．請求の範囲７から１２のいずれかまたは１６から１７のいずれかに記載の 光学構造であって、前記構造は、偏光解析機に配列され、前記偏光解析機は、光 信号を任意の偏光と結合し前記構造を経由して光導波路に送り、同時に、異なる 偏光成分を異なる方向に向けることを特徴とする光学構造。 ２２．請求の範囲７から１２のいずれかまたは１６から１７のいずれかに記載の 光学構造であって、前記構造は、偏光と無関係の光受信装置に配列され、前記光 受信装置は、光受信装置、好適には、光ファイバからの任意の偏光を有する光信 号を前記構造を経由して検出することを特徴とする光学構造。 ２３．請求の範囲１から２２のいずれかに記載の光学構造であって、前記格子は 回折格子であることを特徴とする光学構造。 ２４．請求の範囲２３に記載の光学構造であって、前記回折格子は反射格子であ ること、および／または、前記光媒体は反射性であることを特徴とする光学構造 。 ２５．請求の範囲１から２３のいずれかに記載の光学構造であって、前記光媒体 は透明であること、および／または、前記格子は透過格子であることを特徴とす る光学構造。 ２６．請求の範囲１から２５のいずれかに記載の光学構造であって、前記パター ン構造は２レベルであることを特徴とする光学構造。 ２７．複数のセル（２０、２１）を備える光学要素を使用して光波を処理する方 法であって、前記セルはその中に形成されるパターン構造を備え、 各前記セル（２０、２１）内の前記パターン構造は多数の溝（３０）を備え、 少なくともひとつの前記セル（２０、２１）内の前記溝（３０）は互いに平行 であり、 前記溝（３０）は格子（４０）を形成し、 前記溝（３０）の位置は前記セル間において変位され、および／または、前記 格子（４０）のデューティサイクルは変更されて、前記セルが入射光波（５０） を受け取るときに、前記光波（５０）の位相および／または振幅が前記要素によ って結果として制御されることを特徴とする方法。 ２８．請求の範囲２７に記載の方法であって、前記パターン構造は、屈折率変調 を引き起こすことを特徴とする方法。 ２９．請求の範囲２７または２８に記載の方法であって、前記溝は周期パターン を形成し、前記周期パターンは前記セル間において変位され（Δ）、格子周期（ Λ）を有し、位相変調δθの場合は、条件δθ＝２πｍΔ／Λを満足し、ｍは回 折の次数であることを特徴とする方法。 ３０．請求の範囲２７から２９のいずれかに記載の方法であって、前記セルは、 任意の断面を持つ表面構造を有することを特徴とする方法。 ３１．請求の範囲２７から３０のいずれかに記載の方法であって、前記格子を有 する第１面および第２面は前記両面の重ね合わせによって提供され、前記両面は 二次元格子（４２）を形成することを特徴とする方法。 ３２．請求の範囲３１に記載の方法であって、前記両面は、また別の面によって 重ね合わされることを特徴とする方法。 ３３．請求の範囲３１、３２のいずれかに記載の方法であって、 前記第１面および前記第２面の両者内の複数の溝（３０、３２）は周期パター ンを形成し、 前記周期パターンは格子周期（ｒ、ｓ）を有し、および 各セルは、前記格子周期（ｒ、ｓ）と事実上同じ寸法の幅（Ｓ）および／また は長さ（Ｒ）を有すること、または前記前記第１面および前記第２面の格子周期 （ｒ、ｓ）は非常に小さいので、非ゼロ次回折は光導波路内に存在しないことこ とを特徴とする方法。 ３４．請求の範囲３１から３３のいずれかに記載の方法であって、ひとつのセル （２２、２３）内の溝（３２）の方位は、隣接するセル（２２、２３）内の溝（ ３０）の方位に関して任意であることを特徴とする方法。 ３５．請求の範囲２７から３０のいずれかに記載の方法であって、前記セル（２ ０、２１）はサブセル（２４）に分割され、前記サブセルはホログラム（Ａ、Ｂ ）の別々の部分を形成し、前記ホログラムの関連する部分は別のセル（２０、２ １）のサブセル内に位置することを特徴とする方法。 ３６．請求の範囲３５に記載の方法であって、一のサブセル（２０、２１、２４ ）内の溝（３０）の方位は、隣接するサブセル（２０、２１、２４）内の溝（３ ０）の方位に関して任意に選択されることを特徴とする方法。 ３７．請求の範囲２７から３６のいずれかに記載の方法であって、前記セルは長 方形または正方形に形成されることを特徴とする方法。 ３８．請求の範囲２７から３７のいずれかに記載の方法であって、前記光学要素 は光導波路装置を備え、前記光導波路装置は光軸を有する光導波路を有し、前記 光波を前記光導波路を通して誘導することを特徴とする方法。 ３９．請求の範囲３８に記載の方法であって、前記格子は導波路回折格子結合器 を形成し、前記光導波路内を移動する誘導光波を外部光波と結合することを特徴 とする方法。 ４０．請求の範囲２７から３０のいずれかに記載の方法であって、前記光媒体内 のセル（２０、２１、２５）の二次元アレイは、セル（２５）の第１アレイおよ び第２アレイによって提供され、前記第１アレイ内の溝は、前記第２アレイ内の 溝の上、または上方に配置され、その結果、ひとつのセルはひとつまたは幾つか のブロック（７０）の分布を形成することを特徴とする方法。 ４１．請求の範囲４０に記載の方法であって、前記二次元アレイは周期パターン を有し、前記周期パターンはブロック周期を形成し、各セルは、前記ブロック周 期と事実上同じ寸法の長さおよび／または幅を有することを特徴とする方法。 ４２．請求の範囲３１から３６のいずれかまたは４０から４１のいずれかに記載 の方法であって、前記要素（２００）は、送信回路／受信回路（２３０、２４０ ）チップ（２１０）に配置され、前記チップ（２１０）は、光波をひとつまたは 幾つかの光源から前記要素を経由して光受信装置（２２０）、好適には、光ファ イバに送信し、同時に、光波を前記要素（２００）を経由して前記光受信装置（ ２２０）から受け取ることを特徴とする方法。 ４３．請求の範囲３１から３６のいずれかまたは４０から４１のいずれかに記載 の方法であって、前記要素は波長マルチプレクサに配置され、前記波長マルチプ レクサは、光波を光源から前記要素を経由して光受信装置、好適には、光ファイ バに送信すること、および／または、前記要素は波長デマルチプレクサに備えら れ、前記波長デマルチプレクサは、光波を前記要素を経由して光受信装置から受 け取ることを特徴とする方法。 ４４．請求の範囲３１から３６のいずれかまたは４０から４１のいずれかに記載 の方法であって、前記要素はタップパワー分割器に配置され、前記タップパワー 分割器は、光受信装置、好適には、光ファイバからの光波を、前記要素を経由し て光導波路に結合し、前記信号を異なる方向に分割することを特徴とする方法。 ４５．請求の範囲３１から３６のいずれかまたは４０から４１のいずれかに記載 の方法であって、前記要素は偏光解析機に配置され、前記偏光解析機は、光波を 任意の偏光と結合し前記要素を経由して光導波路に送り、同時に、異なる偏光成 分を異なる方向に向けることを特徴とする方法。 ４６．請求の範囲３１から３６のいずれかまたは４０から４１のいずれかに記載 の方法であって、前記要素は偏光に無関係の光受信装置に配置され、前記光受信 装置は光受信装置、好適には、光ファイバからの任意の偏光を有する光波を、前 記要素を経由して検出することを特徴とする方法。 ４７．請求の範囲３１から３６のいずれかまたは４０から４１のいずれかに記載 の方法であって、前記光波は、光源、好適には、レーザによって放射され、前記 光波は光導波路から前記格子によって放射され、前記光波は外部光波と結合する ことを特徴とする方法。 ４８．請求の範囲４７に記載の方法であって、前記外部光波は、前記格子によっ て前記光導波路に結合され、前記光波を生成し、前記光波は、前記光波を電気信 号に変換する光検出器によって検出されることを特徴とする方法。 ４９．請求の範囲３１から３６のいずれかまたは４０から４１のいずれかに記載 の方法であって、第１および第２光波は、事実上互いに直交する方向に伝搬し、 前記第１光波は、光源、好適には、レーザによって放射され、出力外部信号を生 成する前記格子によって光導波路から離れて結合され、また入射外部光波は、前 記格子によって前記光導波路中に結合され前記第２光波を生成し、さらに、前記 第２光波は、光波を電気信号に変換する光検出器によって捕捉されることを特徴 とする方法。 ５０．請求の範囲２７から４９のいずれかに記載の方法であって、前記光学要素 は自由空間において光波を受け取り、前記光波を自由空間に転送することを特徴 とする方法。 ５１．請求の範囲２７から４９のいずれかに記載の方法であって、前記光学要素 はひとつの面において誘導光波を受け取り、前記誘導光波を同じ面に転送するこ とを特徴とする方法。 ５２．請求の範囲２７から４９のいずれかに記載の方法であって、前記光学要素 は、ひとつの面において誘導光波を受け取り、前記光波を前記面から自由空間に 転送し、またはひとつの面に対する自由空間から光波を受け取り、前記光波を同 じ面に転送することを特徴とする方法。