JPH0558522B2 - - Google Patents
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- JPH0558522B2 JPH0558522B2 JP19137386A JP19137386A JPH0558522B2 JP H0558522 B2 JPH0558522 B2 JP H0558522B2 JP 19137386 A JP19137386 A JP 19137386A JP 19137386 A JP19137386 A JP 19137386A JP H0558522 B2 JPH0558522 B2 JP H0558522B2
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- diffraction grating
- mirror
- phase conjugate
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
- G02B6/124—Geodesic lenses or integrated gratings
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- General Physics & Mathematics (AREA)
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- Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は、回折格子の製造方法に関し、特に半
導体基板上への回折格子の製造方法に関する。
導体基板上への回折格子の製造方法に関する。
(従来の技術)
半導体基板に凹凸を形成した素子は種々の分野
で利用されるが、その中でも半導体レーザは特に
重要な素子である。以下、半導体レーザを具体例
にして説明する。
で利用されるが、その中でも半導体レーザは特に
重要な素子である。以下、半導体レーザを具体例
にして説明する。
近年、長距離大容量光伝送システムの光源とし
て単一軸モード半導体レーザの研究開発が活発に
行なわれている。その中で、分布帰還形(DFB)
半導体レーザは、その単一軸モードの制御性およ
び動作温度範囲の広さなどの安定性の面と、他の
単一軸モード半導体レーザに比べて製作が容易で
あるという面から実用化に向けて急速に開発が進
められている。
て単一軸モード半導体レーザの研究開発が活発に
行なわれている。その中で、分布帰還形(DFB)
半導体レーザは、その単一軸モードの制御性およ
び動作温度範囲の広さなどの安定性の面と、他の
単一軸モード半導体レーザに比べて製作が容易で
あるという面から実用化に向けて急速に開発が進
められている。
DFBレーザは、素子内に均一な回折格子を有
する構造をとつており、この回折格子の周期で定
まるブラツク波長近傍で単一波長で発振する。し
かしながら、両端面の端面反射率が小さく均一な
回折格子を有するDFBレーザでは、ブラツグ波
長を挟んで発振し易い2本の発振可能なモードが
存在する。このことは、2軸モード動作し易いこ
とを意味し、単一軸モードレーザとしては好まし
くない。通常DFBレーザでは、光を取り出すた
めに一端はへきかい面を用い、もう一端はフアブ
リ・ペローモードを抑制するために、端面反射を
抑えた無反射コーテイングを施した構造がとられ
る。このように端面反射率が非対称である構造の
DFBレーザの反射鏡損失特性はブラツグ波長に
対して非対象になり、1つの縦モードが選択され
る傾向にある。ところが、反射鏡損失特性は、回
折格子が端面反射鏡の位置においてどのような位
相で終わるかにより著しく変化する。そのため、
主モードと次のモードとの間の反射鏡損失差が小
さい場合も多く2本のモードで発振する素子も多
数あつた。そこでこのような不安定性を除去する
ためにDFBレーザの内部に回折格子の周期を
λg/4(λgは素子内を伝播する光の波長)だけず
らした構造のDFBレーザが試作された。これに
関する文献の例として宇高他著の1984年11月22日
発光のエレクトロニクス・レターズ誌
(Electronics Letters)第20巻4号1008〜1010頁
記載の論文をあげることができる。このような構
造のDFBレーザをλ/4シフト型DFBレーザと
呼んでいる。
する構造をとつており、この回折格子の周期で定
まるブラツク波長近傍で単一波長で発振する。し
かしながら、両端面の端面反射率が小さく均一な
回折格子を有するDFBレーザでは、ブラツグ波
長を挟んで発振し易い2本の発振可能なモードが
存在する。このことは、2軸モード動作し易いこ
とを意味し、単一軸モードレーザとしては好まし
くない。通常DFBレーザでは、光を取り出すた
めに一端はへきかい面を用い、もう一端はフアブ
リ・ペローモードを抑制するために、端面反射を
抑えた無反射コーテイングを施した構造がとられ
る。このように端面反射率が非対称である構造の
DFBレーザの反射鏡損失特性はブラツグ波長に
対して非対象になり、1つの縦モードが選択され
る傾向にある。ところが、反射鏡損失特性は、回
折格子が端面反射鏡の位置においてどのような位
相で終わるかにより著しく変化する。そのため、
主モードと次のモードとの間の反射鏡損失差が小
さい場合も多く2本のモードで発振する素子も多
数あつた。そこでこのような不安定性を除去する
ためにDFBレーザの内部に回折格子の周期を
λg/4(λgは素子内を伝播する光の波長)だけず
らした構造のDFBレーザが試作された。これに
関する文献の例として宇高他著の1984年11月22日
発光のエレクトロニクス・レターズ誌
(Electronics Letters)第20巻4号1008〜1010頁
記載の論文をあげることができる。このような構
造のDFBレーザをλ/4シフト型DFBレーザと
呼んでいる。
λ/4シフト型DFBレーザは、ブロツグ波長
に完全に一致した1本の軸モードで発振すること
を特徴としている。このため、従来の素子でみら
れた2軸モードで発振するような素子は極めて少
なくなり、歩留り向上の点で非常に有望である。
ところで、DFBレーザの回折格子の周期Λは、
発振波長λと次のような関係にある。
に完全に一致した1本の軸モードで発振すること
を特徴としている。このため、従来の素子でみら
れた2軸モードで発振するような素子は極めて少
なくなり、歩留り向上の点で非常に有望である。
ところで、DFBレーザの回折格子の周期Λは、
発振波長λと次のような関係にある。
Λ=mλ/2ne=mλg/2
ここで、neは素子内の等価屈折率、mは回折格
子の次数、λgは素子内を伝播する光の波長であ
る。従つて、1次の回折格子(m=1)の周期
は、 Λ=λg/2 で与えられる。このことから、1次の回折格子を
使つたλ/4シフト型の回折格子は、シフト領域
を境にして左右の回折格子の凹凸を反転させれば
よいことがわかる。
子の次数、λgは素子内を伝播する光の波長であ
る。従つて、1次の回折格子(m=1)の周期
は、 Λ=λg/2 で与えられる。このことから、1次の回折格子を
使つたλ/4シフト型の回折格子は、シフト領域
を境にして左右の回折格子の凹凸を反転させれば
よいことがわかる。
λ/4シフト型回折格子の製法としては、代表
的なものとして以下の4方法があげられる。
的なものとして以下の4方法があげられる。
第1の方法として、ノボラツク系ポジ型フオト
レジストと環化ゴム系ネガ型フオトレジストを重
ね塗りして干渉露光を行ない、ポジ型フオトレジ
ストとネガ型フオトレジストとの逆感光性を利用
した方法がある。この方法の文献としては、宇高
他著の1984年11月22日発光のエレクトロニクス・
レターズ誌(Electronics Letters)第20巻第4
号1008〜1010頁記載の論文をあげることができ
る。
レジストと環化ゴム系ネガ型フオトレジストを重
ね塗りして干渉露光を行ない、ポジ型フオトレジ
ストとネガ型フオトレジストとの逆感光性を利用
した方法がある。この方法の文献としては、宇高
他著の1984年11月22日発光のエレクトロニクス・
レターズ誌(Electronics Letters)第20巻第4
号1008〜1010頁記載の論文をあげることができ
る。
第2の方法としては、ノボラツク系のネガ型フ
オトレジストとノボラツク系のポジ型フオトレジ
ストとの間に中間層をはさんで干渉露光を行なう
方法があり、この方法の文献としては、昭和60年
秋季応用物理学会学術講演会予稿集202頁記載の
2a−N−9「ノボラツク系ネガ・ポジレジストに
よるλ/4シフト回折格子」をあげることができ
る。
オトレジストとノボラツク系のポジ型フオトレジ
ストとの間に中間層をはさんで干渉露光を行なう
方法があり、この方法の文献としては、昭和60年
秋季応用物理学会学術講演会予稿集202頁記載の
2a−N−9「ノボラツク系ネガ・ポジレジストに
よるλ/4シフト回折格子」をあげることができ
る。
第3の方法としては、位相シフトに相当する段
差を有する石英板をフオトレジストを塗布した基
板を密着させて干渉露光を行なう方法があり、こ
の方法の文献としては、白崎他著の電子通信学会
技術報告OQE85−60巻57〜64頁記載の論文をあ
げることができる。
差を有する石英板をフオトレジストを塗布した基
板を密着させて干渉露光を行なう方法があり、こ
の方法の文献としては、白崎他著の電子通信学会
技術報告OQE85−60巻57〜64頁記載の論文をあ
げることができる。
第4の方法としては、位相シフトに相当する段
差を有する石英板を光学系の中に組込んで、干渉
露光を行なう方法があり、この方法の文献として
は辻他著の昭和60年秋季第46回応用物理学会学術
講演会予稿集202頁記載の2a−N−10「位相面投
影型干渉露光法によるπシフト回折格子の作製」
をあげることができる。
差を有する石英板を光学系の中に組込んで、干渉
露光を行なう方法があり、この方法の文献として
は辻他著の昭和60年秋季第46回応用物理学会学術
講演会予稿集202頁記載の2a−N−10「位相面投
影型干渉露光法によるπシフト回折格子の作製」
をあげることができる。
(発明が解決しようとする問題点)
上述した回折格子の製造方法には、次のような
欠点が存在する。
欠点が存在する。
第1の方法では、環化ゴム系ネガ型フオトレジ
ストの解像度が悪いため形状が良好な回折格子を
得ることが難しい。
ストの解像度が悪いため形状が良好な回折格子を
得ることが難しい。
第2の方法では、第1の方法とは異なり形状が
良好な回折格子を得ることができるが、現像条件
の制御が難しく、またプロセス・ステツプ数も多
く複雑なため歩留りが悪い。
良好な回折格子を得ることができるが、現像条件
の制御が難しく、またプロセス・ステツプ数も多
く複雑なため歩留りが悪い。
第3の方法では、位相シフトに相当する段差を
有する石英板とフオトレジストのついた基板を密
着させる際に干渉縞ができてしまい、基板全面に
回折格子を形成することができないという欠点が
ある。
有する石英板とフオトレジストのついた基板を密
着させる際に干渉縞ができてしまい、基板全面に
回折格子を形成することができないという欠点が
ある。
第4の方法では、位相シフト板の段差の部分か
らの回折光の影響で収差が大きくなるが、この収
差をレンズ差で補正している。しかしながら、そ
れでも充分に収差の影響を打ち消すことができ
ず、回折格子形成面積が〜7mm2(半径1.5mmの円)
と極端に小さくなるという欠点があつた。
らの回折光の影響で収差が大きくなるが、この収
差をレンズ差で補正している。しかしながら、そ
れでも充分に収差の影響を打ち消すことができ
ず、回折格子形成面積が〜7mm2(半径1.5mmの円)
と極端に小さくなるという欠点があつた。
本発明の目的は、λ/4シフトDFBレーザに
用いるための回折格子の製造方法として、形状が
良好な1次のλ/4シフト型回折格子を再現性よ
く製造する方法を提供することにある。
用いるための回折格子の製造方法として、形状が
良好な1次のλ/4シフト型回折格子を再現性よ
く製造する方法を提供することにある。
(問題点を解決するための手段)
本発明による回折格子の製造方法は、所望の位
相シフトを生じさせる機能をもつ鏡を平行光で照
射し、前記鏡から第1の反射光を位相共役鏡に照
射し、前記位相共役鏡から反射した第2の反射波
面と参照光束とを干渉させる露光工程を少なくと
も含んで構成される。
相シフトを生じさせる機能をもつ鏡を平行光で照
射し、前記鏡から第1の反射光を位相共役鏡に照
射し、前記位相共役鏡から反射した第2の反射波
面と参照光束とを干渉させる露光工程を少なくと
も含んで構成される。
(作用)
本発明の原理を説明する。形状が良好な回折格
子を形成するためには、解像度のよいフオトレジ
ストを使えばよい。本発明の方法では、解像度の
よいフオトレジストを1種類だけ用いているの
で、形状の良好な回折格子を製作することができ
るばかりでなく、現像・エツチング工程も各1回
とプロセス・ステツプ数が少ないため歩留りがよ
い。従つて、本発明の方法では前記第1、第2の
方法における欠点を克服している。
子を形成するためには、解像度のよいフオトレジ
ストを使えばよい。本発明の方法では、解像度の
よいフオトレジストを1種類だけ用いているの
で、形状の良好な回折格子を製作することができ
るばかりでなく、現像・エツチング工程も各1回
とプロセス・ステツプ数が少ないため歩留りがよ
い。従つて、本発明の方法では前記第1、第2の
方法における欠点を克服している。
また、本発明の方法では、2光束干渉露光を行
なう際に基板と石英板を密着させる必要がなく、
前記第3の方法のようにモアレ縞のために回折格
子形成面積が小さくなるといつたような欠点は存
在しない。
なう際に基板と石英板を密着させる必要がなく、
前記第3の方法のようにモアレ縞のために回折格
子形成面積が小さくなるといつたような欠点は存
在しない。
前記第4の方法では、収差の影響で回折格子の
形状面積が極めて小さくなつてしまうが、本発明
の方法のように位相シフトを生じさせる機能をも
つ鏡(以下、位相シフト鏡と称す)からの反射光
をいつたん位相共役鏡に入射させ、位相共役鏡か
らの反射光束と参照光束とを干渉させれば収差は
補正され、基板全面に回折格子を形成することが
できる。
形状面積が極めて小さくなつてしまうが、本発明
の方法のように位相シフトを生じさせる機能をも
つ鏡(以下、位相シフト鏡と称す)からの反射光
をいつたん位相共役鏡に入射させ、位相共役鏡か
らの反射光束と参照光束とを干渉させれば収差は
補正され、基板全面に回折格子を形成することが
できる。
位相共役鏡とは、位相共役波を発生させる媒質
である。第3図は位相共役鏡30と通常の鏡33
との違いを示す図である。第3図は位相共役鏡3
0における入射波31と反射波32との関係を示
す図であり、第3図bは、通常の鏡33における
入射波34と反射波35との関係を示す図であ
る。通常の鏡33では反射波35を発散させてし
まうが位相共役鏡30では反射波32を発散させ
ずに、入射波31が入射してきた光路に沿つて戻
すことができる。すなわち、位相共役鏡を用いる
と、光路の途中で位相揺らぎや収差の時間変化が
光の往復に比べてゆつくりしていれば、往復でち
ようど位相収差が打ち消されることになる。この
ため、光路中のじよう乱の影響を受けない反射光
を得ることができるのである。
である。第3図は位相共役鏡30と通常の鏡33
との違いを示す図である。第3図は位相共役鏡3
0における入射波31と反射波32との関係を示
す図であり、第3図bは、通常の鏡33における
入射波34と反射波35との関係を示す図であ
る。通常の鏡33では反射波35を発散させてし
まうが位相共役鏡30では反射波32を発散させ
ずに、入射波31が入射してきた光路に沿つて戻
すことができる。すなわち、位相共役鏡を用いる
と、光路の途中で位相揺らぎや収差の時間変化が
光の往復に比べてゆつくりしていれば、往復でち
ようど位相収差が打ち消されることになる。この
ため、光路中のじよう乱の影響を受けない反射光
を得ることができるのである。
(実施例)
以下に、本発明の一実施例を図面を用いて詳細
に説明する。第1図は、λ/4シフト型回折格子
を製作するための光学系を示す図である。第2図
は位相シフトを生じさせるための段差を有する位
相シフト鏡への入射光束と反射光束を示す図であ
る。
に説明する。第1図は、λ/4シフト型回折格子
を製作するための光学系を示す図である。第2図
は位相シフトを生じさせるための段差を有する位
相シフト鏡への入射光束と反射光束を示す図であ
る。
第1図において、光束10と参照光束17は1
台のHe−Cdレーザから出射したレーザ光をビー
ム・スプリツタで2本に分けた後、それぞれビー
ム・エクスパンダで通したものである。なお、こ
こで用いたHe−Cdレーザ光の波長は3250Åであ
る。所望の位相シフトを生じさせる機能をもつ位
相シフト鏡1を斜入射の平行光10で照射し、位
相シフト鏡1からの反射光11を半透明鏡2に入
射させる。次に半透明鏡2からの透過波12をレ
ンズ3を通して位相共役鏡4に集光する。これ
は、位相共役鏡4として用いたCS2混合結晶の大
きさが小さいためである。本実施例では、位相共
役鏡4としてCS2混合結晶を四光波混合という方
法を用いて励起したものを使つている。位相共役
鏡4からの反射光14を再びレンズ3に入射さ
せ、レンズ3からの透過波15を半透明鏡2に入
射させる。透過光15の一部が半透明鏡2によつ
て平行光束16となる。この平行光束16と参照
光束17とを水平面に対する入射角42.6度で半導
体基板5に照射する。半導体基板には、リボラツ
ク系ポジ型フオトレジストであるAZ1350(ヘキス
ト社製)を膜厚500Åとなるように塗布しておく。
露光後、AZ現像液(ヘキスト社製)を用いて現
像し、臭化水素系のエツチヤントを用いて半導体
基板に転写したところ不整や架橋のない周期2400
Å、深さ1000Åのλ/4シフト回折格子を形成す
ることができた。
台のHe−Cdレーザから出射したレーザ光をビー
ム・スプリツタで2本に分けた後、それぞれビー
ム・エクスパンダで通したものである。なお、こ
こで用いたHe−Cdレーザ光の波長は3250Åであ
る。所望の位相シフトを生じさせる機能をもつ位
相シフト鏡1を斜入射の平行光10で照射し、位
相シフト鏡1からの反射光11を半透明鏡2に入
射させる。次に半透明鏡2からの透過波12をレ
ンズ3を通して位相共役鏡4に集光する。これ
は、位相共役鏡4として用いたCS2混合結晶の大
きさが小さいためである。本実施例では、位相共
役鏡4としてCS2混合結晶を四光波混合という方
法を用いて励起したものを使つている。位相共役
鏡4からの反射光14を再びレンズ3に入射さ
せ、レンズ3からの透過波15を半透明鏡2に入
射させる。透過光15の一部が半透明鏡2によつ
て平行光束16となる。この平行光束16と参照
光束17とを水平面に対する入射角42.6度で半導
体基板5に照射する。半導体基板には、リボラツ
ク系ポジ型フオトレジストであるAZ1350(ヘキス
ト社製)を膜厚500Åとなるように塗布しておく。
露光後、AZ現像液(ヘキスト社製)を用いて現
像し、臭化水素系のエツチヤントを用いて半導体
基板に転写したところ不整や架橋のない周期2400
Å、深さ1000Åのλ/4シフト回折格子を形成す
ることができた。
(発明の効果)
本発明の回折格子の製造方法は、位相共役鏡を
用いることにより、光学系の収差を打ち消すこと
に特徴がある。本発明の方法により、不整や架橋
のない周期2400Å、深さ〜1000Åのλ/4シフト
回折格子を半導体基板全面に再現性よく形成する
ことができた。この回折格子を用いて半導体レー
ザを製作したところ、従来の方法で形成された回
折格子に比べてしきい値電流が数mA低下し、ま
た歩留りが98%と向上し、本発明の方法が有効で
あることがわかつた。
用いることにより、光学系の収差を打ち消すこと
に特徴がある。本発明の方法により、不整や架橋
のない周期2400Å、深さ〜1000Åのλ/4シフト
回折格子を半導体基板全面に再現性よく形成する
ことができた。この回折格子を用いて半導体レー
ザを製作したところ、従来の方法で形成された回
折格子に比べてしきい値電流が数mA低下し、ま
た歩留りが98%と向上し、本発明の方法が有効で
あることがわかつた。
第1図は本発明の一実施例の光学系を示す図で
ある。1は位相シフト板、2は半透明鏡、3はレ
ンズ、4は位相共役鏡、5は半導体基板、10は
入射光束、11は位相シフト鏡1からの反射光、
12は半透明鏡2からの透過光、13はレンズ3
からの透過光、14は位相共役鏡4からの反射
光、15はレンズ3からの透過光、16は半透明
鏡2からの反射光、17は参照光束である。 第2図は位相シフト鏡と入射光束、反射光束を
示す断面図である。20は位相シフト鏡の段差部
である。 第3図は、位相共役鏡と通常の鏡との違いを説
明する図であり、30は位相共役鏡、33は通常
の鏡、31,34は入射光、32,35は反射光
である。
ある。1は位相シフト板、2は半透明鏡、3はレ
ンズ、4は位相共役鏡、5は半導体基板、10は
入射光束、11は位相シフト鏡1からの反射光、
12は半透明鏡2からの透過光、13はレンズ3
からの透過光、14は位相共役鏡4からの反射
光、15はレンズ3からの透過光、16は半透明
鏡2からの反射光、17は参照光束である。 第2図は位相シフト鏡と入射光束、反射光束を
示す断面図である。20は位相シフト鏡の段差部
である。 第3図は、位相共役鏡と通常の鏡との違いを説
明する図であり、30は位相共役鏡、33は通常
の鏡、31,34は入射光、32,35は反射光
である。
Claims (1)
- 1 塗布・露光・現像工程により基板上にパター
ン状のフオトレジストを形成した後、当該パター
ンを基板に転写する回折格子の製造方法におい
て、所望の位相シフトを生じさせる機能をもつ鏡
を平行光を照射し、前記鏡からの第1の反射光を
位相共役鏡に照射し、前記位相共役鏡から反射し
た第2の反射波面と参照光束とを干渉させて露光
する露光工程を含むことを特徴とする回折格子の
製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19137386A JPS6347707A (ja) | 1986-08-15 | 1986-08-15 | 回折格子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19137386A JPS6347707A (ja) | 1986-08-15 | 1986-08-15 | 回折格子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6347707A JPS6347707A (ja) | 1988-02-29 |
| JPH0558522B2 true JPH0558522B2 (ja) | 1993-08-26 |
Family
ID=16273508
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19137386A Granted JPS6347707A (ja) | 1986-08-15 | 1986-08-15 | 回折格子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6347707A (ja) |
-
1986
- 1986-08-15 JP JP19137386A patent/JPS6347707A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6347707A (ja) | 1988-02-29 |
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