JPH079483B2 - 形態屈折率双変調型位相格子 - Google Patents
形態屈折率双変調型位相格子Info
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- JPH079483B2 JPH079483B2 JP60236751A JP23675185A JPH079483B2 JP H079483 B2 JPH079483 B2 JP H079483B2 JP 60236751 A JP60236751 A JP 60236751A JP 23675185 A JP23675185 A JP 23675185A JP H079483 B2 JPH079483 B2 JP H079483B2
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- grating
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- G02B5/18—Diffraction gratings
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- G—PHYSICS
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- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/18—Diffraction gratings
- G02B5/1866—Transmission gratings characterised by their structure, e.g. step profile, contours of substrate or grooves, pitch variations, materials
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- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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- G02B5/1857—Manufacturing methods using exposure or etching means, e.g. holography, photolithography, exposure to electron or ion beams
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- Manufacturing & Machinery (AREA)
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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せる位相格
子、詳しくは形態変調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双変調型の位相格
子に関する。
子、詳しくは形態変調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双変調型の位相格
子に関する。
［従来の技術］ 一般に、波長λを有する光波が、屈折率ｎを有する光媒
体内で距離Ｄを進行する際に発行する位相変化量Ｐは式 で表わされ、距離Ｄと屈折率ｎの変動によって光媒体か
らの射出面上で位相変化量Ｐに周期的分布が発生する場
合には、上記位相変化量Ｐの異なる光波成分が位相整合
により相互に強めあう方向へ光波は回折することにな
る。
体内で距離Ｄを進行する際に発行する位相変化量Ｐは式 で表わされ、距離Ｄと屈折率ｎの変動によって光媒体か
らの射出面上で位相変化量Ｐに周期的分布が発生する場
合には、上記位相変化量Ｐの異なる光波成分が位相整合
により相互に強めあう方向へ光波は回折することにな
る。
従来の位相格子は、第３図に示すように透明な平板2A上
に形成した周期的な凹凸構造a,bによって位相を制御す
る形態変調型の位相格子1Aと、第４図に示すように透明
な平板2B内に形成した周期的屈折率の変化層ａ′,b′に
よってこれを透過する光波の位相を制御する屈折率変調
型の位相格子1Bとに大別される。
に形成した周期的な凹凸構造a,bによって位相を制御す
る形態変調型の位相格子1Aと、第４図に示すように透明
な平板2B内に形成した周期的屈折率の変化層ａ′,b′に
よってこれを透過する光波の位相を制御する屈折率変調
型の位相格子1Bとに大別される。
第３図に示す形態変調型の位相格子1Aは、光分岐素子，
分波用回折格子およびフレネルレンズなどに最近多用さ
れているが、０次回折光を抑制してこれ以外の回折光を
増強するのにはその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、ピッチの微細化により回折角を大
きくする場合に高度の精密加工技術を必要とし、その製
作が難しいものとなっていた。
分波用回折格子およびフレネルレンズなどに最近多用さ
れているが、０次回折光を抑制してこれ以外の回折光を
増強するのにはその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、ピッチの微細化により回折角を大
きくする場合に高度の精密加工技術を必要とし、その製
作が難しいものとなっていた。
一方、第４図に示す屈折率変調型の位相格子1Bにおいて
０次回折光を抑制してこれ以外の回折光を増強する方法
としては、周期的屈折率の差または格子厚を増加させる
ことになるが、実際上屈折率差を増加できる範囲は比較
的に狭いのが通例であるので、上記形態変調型の位相格
子1Aに比べて格子厚を極度に大きくしなければならなく
なる不都合が存在していた。
０次回折光を抑制してこれ以外の回折光を増強する方法
としては、周期的屈折率の差または格子厚を増加させる
ことになるが、実際上屈折率差を増加できる範囲は比較
的に狭いのが通例であるので、上記形態変調型の位相格
子1Aに比べて格子厚を極度に大きくしなければならなく
なる不都合が存在していた。
［発明が解決しようとする問題点］ この発明は、上記点に鑑みてなされたもので、形態変調
型の位相格子と屈折率変調型の位相格子のいずれよりも
０次回折光が抑制され、これ以外の回折光が増強し易く
するために、両者の特徴を兼ね備えた形態屈折率双変調
型の位相格子を提供することを目的としている。
型の位相格子と屈折率変調型の位相格子のいずれよりも
０次回折光が抑制され、これ以外の回折光が増強し易く
するために、両者の特徴を兼ね備えた形態屈折率双変調
型の位相格子を提供することを目的としている。
［問題点を解決するための手段および作用］ この発明の位相格子は、従来の二元格子要素から成り、
周期的に厚さが変化している形態変調型の位相格子に、
二元格子要素を構成する材料の屈折率が周期的に異なる
いわゆる屈折率変調型の位相格子を付加して構成するこ
とにより、上記いずれの位相格子よりも０次回折光が抑
制され、０次以外の回折光が増強される位相格子とする
ものである。
周期的に厚さが変化している形態変調型の位相格子に、
二元格子要素を構成する材料の屈折率が周期的に異なる
いわゆる屈折率変調型の位相格子を付加して構成するこ
とにより、上記いずれの位相格子よりも０次回折光が抑
制され、０次以外の回折光が増強される位相格子とする
ものである。
また、この二元格子要素を二次元的に配列することによ
り、０次回折光とこれに最も近い複数の回折光が得られ
る光学素子を得ることもできる。
り、０次回折光とこれに最も近い複数の回折光が得られ
る光学素子を得ることもできる。
［実 施 例］ 以下、図面に基づいてこの発明の構成を説明する。第１
図において、この発明の形態屈折率双変調型の位相格子
１は、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３に垂直になって
おり、格子要素ａは屈折率na,格子要素ｂは屈折率nbの
材料から構成されている。
図において、この発明の形態屈折率双変調型の位相格子
１は、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３に垂直になって
おり、格子要素ａは屈折率na,格子要素ｂは屈折率nbの
材料から構成されている。
ここで、格子の厚さをda,格子要素ａおよびｂの幅をそ
れぞれla,lb,ピッチ（単位格子の幅）をｌ＝la＋lb,格
子要素ａおよびｂの断面分率をそれぞれαａ＝la/l＝α
およびαｂ＝lb/l＝１−α，射出面の外側すなわち空気
の屈折率をn0,射出光の回折角を またはcosθの逆数を と表記する。
れぞれla,lb,ピッチ（単位格子の幅）をｌ＝la＋lb,格
子要素ａおよびｂの断面分率をそれぞれαａ＝la/l＝α
およびαｂ＝lb/l＝１−α，射出面の外側すなわち空気
の屈折率をn0,射出光の回折角を またはcosθの逆数を 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η０とｍ（ｍは０以外の整数）次
の回折効率ηｍ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。
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η０とｍ（ｍは０以外の整数）次
の回折効率ηｍ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。
上記式（１）および（２）において、格子要素ａおよび
ｂの屈折率をnaおよびnb,段差をd,またδ＝δ＊とおく
と、 である。
ｂの屈折率をnaおよびnb,段差をd,またδ＝δ＊とおく
と、 である。
第３図に示す形態変調型の位相格子1Aでは、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na＝nbと変更すると共に、δ＝δｓとおく
と、 となる。
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na＝nbと変更すると共に、δ＝δｓ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1B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＝δｒと
おくと、 である。
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＝δｒと
おくと、 である。
現実的な制約条件として、 ０＜μn0＜nb＜naおよび０ｄda の関係が成立する場合には、 であるので、 δr,δｓ＜δ＊ 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次の回
折効率とｍ次の回折効率をそれぞれ▲η＊ ０▼および▲
η＊ ｍ▼，同様に形態変調型の位相格子1Aおよび屈折率
変調型の位相格子1Bの０次の回折効率とｍ次の回折効率
をそれぞれ▲ηs 0▼，▲ηs m▼および▲ηr 0▼，▲ηr m
▼とおくと、 ▲η＊ ０▼＜▲ηs 0▼，▲ηr 0▼および▲η＊ ｍ▼＞▲
ηs m▼，▲ηr m▼の関係が成立する。
折効率とｍ次の回折効率をそれぞれ▲η＊ ０▼および▲
η＊ ｍ▼，同様に形態変調型の位相格子1Aおよび屈折率
変調型の位相格子1Bの０次の回折効率とｍ次の回折効率
をそれぞれ▲ηs 0▼，▲ηs m▼および▲ηr 0▼，▲ηr m
▼とおくと、 ▲η＊ ０▼＜▲ηs 0▼，▲ηr 0▼および▲η＊ ｍ▼＞▲
ηs m▼，▲ηr m▼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1Aと屈折率変調型位相格子1B
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。
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1Aと屈折率変調型位相格子1B
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naを有する素材から成り、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1A
によって得られるｍ次の回折効率の値は、格子要素ａお
よびｂの屈折率がそれぞれnaおよびnbの素材（nb＜na）
から成る形態屈折率双変調型の位相格子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。
有する第３図に示されるような形態変調型の位相格子1A
によって得られるｍ次の回折効率の値は、格子要素ａお
よびｂの屈折率がそれぞれnaおよびnbの素材（nb＜na）
から成る形態屈折率双変調型の位相格子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。
本発明者は、この点に着目し、光感応性の官能基を有す
る有機高分子に、この官能基と選択的に光反応する化合
物を混合して調製した溶液を用いて、スピンコートなど
の手法により透明基板上に平滑な透明層を形成し、さら
にフォトマスクを介して光反応を進行させた後で未反応
の光反応性化合物を除く方法によって、所望の段差と屈
折率差を容易に形成できる素材と作成方法を発明して、
この発明の形態屈折率層変調型の位相格子の実現を可能
にしたものである。
る有機高分子に、この官能基と選択的に光反応する化合
物を混合して調製した溶液を用いて、スピンコートなど
の手法により透明基板上に平滑な透明層を形成し、さら
にフォトマスクを介して光反応を進行させた後で未反応
の光反応性化合物を除く方法によって、所望の段差と屈
折率差を容易に形成できる素材と作成方法を発明して、
この発明の形態屈折率層変調型の位相格子の実現を可能
にしたものである。
第１図に示す形態屈折率双変調型の位相格子１は最も単
純な構成を有しており、入射面３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次回折光のスポットを中心として一
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率双変調型の位相格子にのみ限
定されるものではない。
純な構成を有しており、入射面３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次回折光のスポットを中心として一
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率双変調型の位相格子にのみ限
定されるものではない。
例えば、第２図に示すように、高屈折率の凸部６と低屈
折率の凹部７とを市松模様状に構成した形態屈折率双変
調型の位相格子８の入射面に垂直にレーザ光を入射させ
ると、スクリーン９上には０次回折光のスポットを中心
として二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８は、例えば０次回折光とこれに最も
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。
折率の凹部７とを市松模様状に構成した形態屈折率双変
調型の位相格子８の入射面に垂直にレーザ光を入射させ
ると、スクリーン９上には０次回折光のスポットを中心
として二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８は、例えば０次回折光とこれに最も
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。
次に、前記式（１）および（２）を用いて、この発明の
効果を検証してみる。波長λ＝0.780μm,la＝10.0μm,l
b＝10.0μm,da＝1.00μm,na＝1.00の条件で、na＝1.51
およびnb＝1.50の場合と、na＝1.55およびnb＝1.45の場
合の回折効率をそれぞれ次の第１表，第２表に示す。こ
こで、第４図に示す屈折率変調型の位相格子1Bの回折効
率は、この発明の形態屈折率双変調型の位相格子１にお
いてｄ＝０のときの回折効率と一致する。これらの表か
ら、０次回折光の抑制とこれ以外の回折光の増強に関す
る形態屈折率双変調型の位相格子の優位性が具体的に検
証される。
効果を検証してみる。波長λ＝0.780μm,la＝10.0μm,l
b＝10.0μm,da＝1.00μm,na＝1.00の条件で、na＝1.51
およびnb＝1.50の場合と、na＝1.55およびnb＝1.45の場
合の回折効率をそれぞれ次の第１表，第２表に示す。こ
こで、第４図に示す屈折率変調型の位相格子1Bの回折効
率は、この発明の形態屈折率双変調型の位相格子１にお
いてｄ＝０のときの回折効率と一致する。これらの表か
ら、０次回折光の抑制とこれ以外の回折光の増強に関す
る形態屈折率双変調型の位相格子の優位性が具体的に検
証される。
なお、第１表，第２表では簡略化のためにｍ＝±１の場
合のみを示している。
合のみを示している。
上記の実施例では、位相格子の表面形状の凸部または凹
部が四角形状のものについて説明したが、これ以外に三
角形状，台形状または正弦波形状に変化させることもで
きることは勿論である。また、この発明の形態屈折率双
変調型の位相格子はその他種々多様な構成が可能であ
り、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ものが得られる。
部が四角形状のものについて説明したが、これ以外に三
角形状，台形状または正弦波形状に変化させることもで
きることは勿論である。また、この発明の形態屈折率双
変調型の位相格子はその他種々多様な構成が可能であ
り、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ものが得られる。
［発明の効果］ 上述のように、位相格子を構成している周期的に厚さが
変化している薄膜層の凸部および凹部からなる二元格子
要素の各々を、屈折率の違う材料で構成することによっ
て、従来の位相格子のいずれよりも０次回折光が抑制さ
れ、０次以外の回折光が増強された位相格子が得られ
る。
変化している薄膜層の凸部および凹部からなる二元格子
要素の各々を、屈折率の違う材料で構成することによっ
て、従来の位相格子のいずれよりも０次回折光が抑制さ
れ、０次以外の回折光が増強された位相格子が得られ
る。
第１図は、本発明の一実施例を示す形態屈折率双変調型
の位相格子の拡大断面図、 第２図は、本発明の他の実施例を示す形態屈折率双変調
型の位相格子の斜視図、 第３図は、従来の形態変調型の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
を示す。 ２……薄膜層 a,b……二元格子要素
の位相格子の拡大断面図、 第２図は、本発明の他の実施例を示す形態屈折率双変調
型の位相格子の斜視図、 第３図は、従来の形態変調型の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
を示す。 ２……薄膜層 a,b……二元格子要素
Claims (2)
- 【請求項１】周期的に厚さが変化している凹凸構造をも
つ薄膜層の凸部および凹部からなる二元格子要素の各々
を、屈折率の異なる材料で構成し、該屈折率に差をもた
せたことを特徴とする形態屈折率双変調型の位相格子。 - 【請求項２】二元格子要素の凸部を形成する材料の屈折
率が凹部を形成する材料の屈折率よりも高いことを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の形態屈折率双変調型
の位相格子。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60236751A JPH079483B2 (ja) | 1985-10-22 | 1985-10-22 | 形態屈折率双変調型位相格子 |
| EP86114526A EP0219845B1 (en) | 1985-10-22 | 1986-10-20 | Phase grating of a combination pattern-refraction modification type |
| KR1019860008817A KR900007555B1 (ko) | 1985-10-22 | 1986-10-20 | 조합문양-굴절 수정형 위상격자 |
| DE86114526T DE3689438T2 (de) | 1985-10-22 | 1986-10-20 | Phasengitter des zusammengesetzten Muster-Refraktionstyps. |
| US06/921,588 US4759607A (en) | 1985-10-22 | 1986-10-21 | Phase gratings of a combination pattern-refraction modification type |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60236751A JPH079483B2 (ja) | 1985-10-22 | 1985-10-22 | 形態屈折率双変調型位相格子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62111203A JPS62111203A (ja) | 1987-05-22 |
| JPH079483B2 true JPH079483B2 (ja) | 1995-02-01 |
Family
ID=17005249
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60236751A Expired - Fee Related JPH079483B2 (ja) | 1985-10-22 | 1985-10-22 | 形態屈折率双変調型位相格子 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4759607A (ja) |
| EP (1) | EP0219845B1 (ja) |
| JP (1) | JPH079483B2 (ja) |
| KR (1) | KR900007555B1 (ja) |
| DE (1) | DE3689438T2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07101246B2 (ja) * | 1987-03-07 | 1995-11-01 | 株式会社クラレ | 形態屈折率双変調型導波路レンズ |
| JPH0833527B2 (ja) * | 1988-07-18 | 1996-03-29 | キヤノン株式会社 | 光学的ローパスフィルターを有した撮影系 |
| US5367588A (en) * | 1992-10-29 | 1994-11-22 | Her Majesty The Queen In Right Of Canada, As Represented By The Minister Of Communications | Method of fabricating Bragg gratings using a silica glass phase grating mask and mask used by same |
| JPH07234309A (ja) * | 1993-12-23 | 1995-09-05 | Xerox Corp | バイナリ回折光学素子ビーム分割器 |
| KR102770485B1 (ko) * | 2016-09-19 | 2025-02-20 | 삼성전자주식회사 | 평면형 가변 초점 렌즈 |
| CN112731577B (zh) * | 2020-12-26 | 2022-05-10 | 华中光电技术研究所（中国船舶重工集团公司第七一七研究所） | 用于振幅/相位双重调制的四区域光栅及其制作方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5222209B2 (ja) * | 1972-06-23 | 1977-06-16 | ||
| JPS5139864B2 (ja) * | 1972-12-04 | 1976-10-30 | ||
| JPS5741621A (en) * | 1980-08-26 | 1982-03-08 | Minolta Camera Co Ltd | Bilevel phase grating type focal plane |
| US4568147A (en) * | 1983-11-17 | 1986-02-04 | Gte Laboratories Incorporated | Flat profile grating coupler |
-
1985
- 1985-10-22 JP JP60236751A patent/JPH079483B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1986
- 1986-10-20 EP EP86114526A patent/EP0219845B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1986-10-20 KR KR1019860008817A patent/KR900007555B1/ko not_active Expired
- 1986-10-20 DE DE86114526T patent/DE3689438T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1986-10-21 US US06/921,588 patent/US4759607A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3689438D1 (de) | 1994-02-03 |
| US4759607A (en) | 1988-07-26 |
| KR900007555B1 (ko) | 1990-10-15 |
| EP0219845A2 (en) | 1987-04-29 |
| EP0219845A3 (en) | 1989-03-01 |
| EP0219845B1 (en) | 1993-12-22 |
| KR870004318A (ko) | 1987-05-08 |
| DE3689438T2 (de) | 1994-04-14 |
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