JPH1010306A

JPH1010306A - 人工格子および人工格子の形成方法

Info

Publication number: JPH1010306A
Application number: JP8162647A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Karasawa; 武柄沢; Yoshinao Taketomi; 義尚武富
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-06-24
Filing date: 1996-06-24
Publication date: 1998-01-16

Abstract

(57)【要約】【課題】比較的簡便な方法により基板に対して垂直ま
たはある角度をもって形成されるミクロンスケールの３
次元人工格子構造とその形成方法を提供すること、特に
新規な光機能素子を光アシストプロセスにより形成する
手法を提供することを目的としている。【解決手段】屈折率の異なる領域の屈折率ｎ１領域１
と屈折率ｎ２領域２を交互に繰り返した格子構造を、干
渉性の高いエネルギー線の２分割干渉照射とこれとは波
長の異なるエネルギー線の照射との組み合わせにより形
成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、３次元人工格子構
造とその形成方法に関し、特にレーザー光線による光ア
シストプロセスを利用したミクロな構造形成およびその
機能制御技術を用いた人工格子および人工格子の形成方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】各種のデバイスは材料の利用技術の高度
化にともないますます微細化、複合化が進み、新たな機
能の創出が求められている。ある一つの材料系において
もそれがバルクの混合物としてであるか、薄膜であるか
により物性および利用のされ方が異なることは多々あ
る。さらに微小な繰り返し周期を有する構造、例えば半
導体超格子などは特異な物性や機能の発現に大きな役割
を果たすようになってきている。多層積層構造、人工格
子構造、多重量子井戸など様々な周期構造があり、また
それらを構成する材料も無機材料から有機材料に至るま
で、さらに同一種類のものどうしのものから異種物質の
組み合わせにより構成されるものまでじつに多種多様で
ある。

【０００３】化合物半導体の例では、例えば超高真空装
置を必要とする分子線エピタキシー法や、高純度が要求
されかつ有害性の高い各種の原料ガスを必要とする化学
的気相成長法など高度な技術と大がかりな設備を要して
いる。これらの方法は主として基板面に対して格子面が
平行またはそれに近いものを形成するのに適していた。
したがって基板に対しそれが垂直に近いものまたは完全
に垂直なものを形成するには積層が完了した薄膜を例え
ば収束イオンビームなどを用いて加工する、またはフォ
トリソグラフィー技術を用いてパターン形成を行うなど
の方法を必要としている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、人工的
な周期構造、格子構造により様々な機能を作り出せるこ
とが期待されているが、用いる材料、形成方法などにお
いて多くの可能性が利用されずに残っている。

【０００５】本発明は、比較的簡便な方法により、基板
に対して垂直またはある角度をもって形成されるミクロ
ンスケールの３次元人工格子構造とその形成方法を提供
することを目的とする。また、新規な光機能素子を光ア
シストプロセスにより形成する手法を提供する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明の第一の構成は、領域Ａ１及び領域Ａ２が交互に
繰り返す積層構造において、前記領域Ａ１は所望の屈折
率ｎ１を、また、前記領域Ａ２は前記屈折率ｎ１とは異
なる屈折率ｎ２を有しており、前記積層構造は前記積層
構造の法線方向とは平行ではない法線方向を有する基体
上または基体間に配置される人工格子である。

【０００７】また、本発明の第２の構成は、領域Ａ１及
び領域Ａ２が交互に繰り返す積層構造において、前記領
域Ａ１および領域Ａ２のうち少なくとも一方は前記積層
構造の外部からのエネルギーの作用により屈折率が変化
しうる材料を含有し、前記積層構造は前記積層構造の法
線方向とは平行ではない法線方向を有する基体上または
基体間に配置され、前記基体上には前記領域Ａ１および
領域Ａ２に共通なエネルギー付与機構が設けられ、前記
領域Ａ１の屈折率ｎ１および前記領域Ａ２の屈折率ｎ２
とは相互に異なる値、またはまた等しい値をとるように
設定することが可能である人工格子である。

【０００８】また、本発明の第一の形成方法は、エネル
ギーの異なる複数種類のエネルギー線を用い、前記複数
種類のエネルギー線の内１種類を除いて他は２分割し、
前記２分割されたエネルギー線は人工格子形成位置にお
いて干渉を起こしうるように照射され、前記２分割され
たエネルギー線のエネルギーを吸収しうる物質を含有す
る材料系を用い、前記２分割されたエネルギー線の照射
によって前記材料系の一部分を改変することにより異な
る領域の繰り返し構造を形成した後、前記未分割のエネ
ルギー線を照射することにより形成するものである。

【０００９】また、本発明の第２の形成方法は、エネル
ギーの異なる複数種類のエネルギー線を用い、前記複数
種類のエネルギー線の内１種類を除いて他は２分割し、
前記２分割されたエネルギー線は人工格子形成位置にお
いて干渉を起こしうるように照射され、前記エネルギー
線の特定波長のエネルギーを吸収しうる物質を含有する
材料系を用い、前記２分割されたエネルギー線の照射に
より前記材料系の一部分を改変することにより異なる領
域の繰り返し構造を形成する人工格子の形成方法におい
て、前記２分割されたエネルギー線の照射に先立ち前記
未分割のエネルギー線により被処理物を照射するもので
ある。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明はその適用範囲が広く材料
に関しては金属、半導体、セラミックスなどの無機材料
から高分子化合物など有機材料まで適用が可能である。
また、利用するエネルギー線はその目的に応じて赤外
光、可視光、紫外光、Ｘ線など広範なエネルギー領域、
すなわち波長領域を包含している。しかし格子構造の形
成には良好な干渉性を必要とするため、２分割干渉に用
いるエネルギー線としては各種のレーザーを用いること
が望ましい。ここでは照射光に対して透過率の高い２つ
の基板間に材料系をはさみ込み、光照射により人工格子
を形成する場合についてその詳細を述べるが、１つの基
板上に材料系を塗付し、それに光照射をすることにより
人工格子を形成することはもちろん可能である。

【００１１】実施例は可視光のレーザーを用い、材料系
は各種の有機高分子材料を主体とし、基板はガラス基板
を用いる場合について取り上げるが、例えば可視光にお
いて可能なことは、エネルギー吸収媒体の感度特性の異
なるものを利用すれば赤外光や紫外光などの利用が可能
なことは容易に類推できるであろうし、温度条件などが
適当な範囲であれば基板に透明な合成樹脂を用いること
も可能であり、また、材料系も有機物質に限らず使用す
るレーザー光のエネルギーと化学結合エネルギーとの相
関から金属、半導体、セラミックスなどの無機材料との
組み合わせも多々ありうることは言うまでもない。

【００１２】まず、以下に述べる発明の詳細の共通事項
として形成しようとする人工格子の概略断面、レーザー
光の２分割干渉照射の光学系の概略構成、およびガラス
基板の洗浄方法について述べておくことにする。

【００１３】図１は形成しようとする人工格子の１例を
示す断面概略図である。被処理物は基体４の上に材料系
３があり、後述の光照射により物性の異なる領域、例え
ば屈折率が互いに異なる屈折率ｎ１領域１および屈折率
ｎ２領域２（ｎ１≠ｎ２）が形成される。

【００１４】図２は光照射用の光学系の構成図である。
光の干渉、特に位相を利用するには光路長、光束の均一
性が重要である。レーザー２１から出射したレーザー光
はコリメート用レンズ系２２によって均一な平行光束と
なり、ハーフミラー２３によって２分される。２分され
たレーザー光のそれぞれはミラー２４により被処理物２
５上にて干渉を生ずるように照射される。

【００１５】ガラス基板（例えば通常のスライドグラス
やコーニング７０５９、旭硝子ＡＮ６３５など）を界面
活性剤と超音波および純水と超音波による洗浄の後、Ｉ
ＰＡ蒸気乾燥させる。乾燥ベーク炉にて１１０℃３０分
乾燥させた後、形成時の温度に設定したホットプレート
上におき温度が安定したことを確認する。ミクロなごみ
や付着物、不純物を取り除き、かつ残留水分が無いよう
にするものである。

【００１６】また、いずれの材料系も各種の光照射によ
るプロセスを使用するのでガラスの洗浄の後はすべての
作業を暗い赤色光源のもとで行い、終了まで通常の外光
や白色光源にはさらさない。以下、具体例について詳細
に述べる。

【００１７】（実施の形態１）基板として各種のガラス
を用い、材料系としてオリゴマーおよび液晶に増感剤お
よび色素を添加したものを主体とするものを用い、この
材料をガラス基板間にはさみ込み、レーザー光の２分割
干渉照射を行うことによりフォトリソグラフィーや電子
線描画などの技術を用いずに人工格子構造を形成した。
レーザー光は干渉性が高く、光路長を正確に調整するこ
とにより２分割した光を同一面上に照射することにより
干渉による強度分布を作り出せる。この強度分布に対応
して異なる領域を作るために光重合反応を利用する。

【００１８】これはあらゆる材料系において可能なわけ
ではなく、ある種の材料の組み合わせを必要とするが形
成されるポリマーと液晶の相性に問題がなくかつ重合開
始剤系が効率の高いものであれば適用範囲は広い。

【００１９】（実施例１）ガラス基板として通常のスラ
イドグラスを用い、材料系はネマティック液晶（チッソ
社）を約０．５ｇ、オリゴマーはアクリル末端のウレタ
ンオリゴマーを約０．５ｇ、増感剤はＮーフェニルグリ
シンを約２×１０^-3ｇ、色素はローダミンＢを約１×１
０^-3ｇ、スペーサーとして直径１０ミクロンのグラスビ
ーズを約１×１０^-4ｇ（この分量は値そのものに重要性
はなく、ガラス基板にはさみ込んだ時に均一なスペース
を維持できればよい）使用する。

【００２０】洗浄したスライドグラス２枚をおよそ７５
℃に加熱し、また、材料系も同じ温度にしておく。温度
が安定したのを確認し、材料系を少量（スパチュラーの
先端につけるかミクロスポイトを利用する）一方のガラ
ス基板上に滴下する。気泡などが入らないように注意し
ながら他方のガラス基板をのせ、適度な加重（数十〜数
百ｇ程度：材料がすみやかに均一にガラス基板間に行き
渡るのを助けるためのもので、適当な重さでよい）をか
けて数分間放置する。素早く基板ホルダーに装着し、レ
ーザー光を照射する。

【００２１】基板ホルダーは光の通過窓を有するものが
必要なのはもちろんである。同時に、温度制御のための
加熱機構を備えたものが望ましい。およそ１ミクロン周
期の格子を形成するためにＡｒレーザーの５１４．５nm
の発振線を使い、２分割した光は光路が正確に同じにな
るように調整し、基板への入射角度は１５°に設定す
る。レーザー出力１５０mW（レーザー電源に付随のメー
ター値）で約１５秒間照射する。その後直ちに高圧水銀
ランプを用い、およそ３０mWで２分間照射する。これで
人工格子の形成は終了だが、室温に戻るまでの間はわず
かに変化が進行するので、暗室のままで放置する。

【００２２】形成した人工格子を偏光顕微鏡下で観察す
るとステージの回転に伴い全体の明るさが変化するが、
これは材料系に含まれる液晶がある方向性をもって配向
しているためである。また１０００倍程度の高倍率で観
察すると細かな格子縞が見られる。さらに、単色のスポ
ット光、例えばＨｅ−Ｎｅレーザーの赤色光を試料に入
射させると直射光のほかに回折スポットが見られ、回折
格子が形成されていることが確認できる。

【００２３】（実施の形態２）基板として各種のガラス
を用い、材料系としてオリゴマーおよび液晶に増感剤お
よび色素を添加したものを主体とするものを用い、この
材料をガラス基板間にはさみ込み、レーザー光の２分割
干渉照射を行うことによりフォトリソグラフィーや電子
線描画などの技術を用いずに人工格子構造の形成を可能
にする手法を用い、基板としてガラス上に透明導電膜を
形成したものを使うことにより電気的に光の回折方向を
制御可能な光機能素子を形成した。

【００２４】レーザー光は干渉性が高く、光路長を正確
に調整することにより２分割した光を同一面上に照射す
ることにより干渉による強度分布を作り出せることか
ら、この強度分布に対応して異なる領域を作るために光
重合反応を利用するプロセスであることは前実施例と共
通である。

【００２５】（実施例２）透明導電性薄膜（ここではＩ
ＴＯを用いたが、その他にも使用可能な金属や金属酸化
物、例えばＳｎＯ₂,Ｉｎ₂Ｏ₃,ＺｎＯなどがある）をつ
けたガラス基板（コーニング７０５９）を用い、材料系
はネマティック液晶（チッソ社）を約０．５ｇ、オリゴ
マーはアクリル末端のウレタンオリゴマーを約０．５
ｇ、増感剤はＮーフェニルグリシンを約２×１０^-3ｇ、
色素はローダミンＢを約１×１０^-3ｇ、スペーサーとし
て直径１０ミクロンのグラスビーズを約１×１０^-4ｇ
（この分量は値そのものに重要性はなく、ガラス基板に
はさみ込んだ時に均一なスペースを維持できればよい）
使用する。洗浄したＩＴＯ付きガラス基板２枚を７５℃
に加熱し、また、材料系も同じ温度にしておく。温度が
安定したのを確認し、材料系を少量（スパチュラーの先
端につけるかミクロスポイトを利用する）一方のガラス
基板のＩＴＯが付いた面上に滴下する。

【００２６】気泡などが入らないように注意しながら他
方のガラス基板のＩＴＯが付いた面を材料側に向けての
せ、適度な加重（数十〜数百ｇ程度：材料がすみやかに
均一にガラス基板間に行き渡るのを助けるためのもの
で、適当な重さでよい）をかけて数分間放置する。素早
く基板ホルダーに装着し、レーザー光を照射する。基板
ホルダーは光の通過窓を有するものが必要なのはもちろ
んである。同時に、温度制御のための加熱機構を備えた
ものが望ましい。およそ１ミクロン周期の格子を形成す
るためにＡｒレーザーの５１４．５nmの発振線を使い、
２分割した光は光路が正確に同じになるように調整し、
基板への入射角度は１５°に設定する。レーザー出力１
５０mW（レーザー電源に付随のメーター値）で約１５秒
間照射する。その後直ちに高圧水銀ランプを用い、およ
そ３０mWで２分間照射する。これで人工格子の形成は終
了だが、室温に戻るまでの間はわずかに変化が進行する
ので、暗室のままで放置する。

【００２７】形成した人工格子を偏光顕微鏡下で観察す
るとステージの回転にともない全体の明るさが変化する
が、これは材料系に含まれる液晶がある方向性をもって
配向しているためである。また１０００倍程度の高倍率
で観察すると細かな格子縞が見られる。さらに、単色の
スポット光、例えばＨｅ−Ｎｅレーザーの赤色光を試料
に入射させると直射光のほかに回折スポットが見られ、
回折格子が形成されていることが確認できる。

【００２８】電圧の印加により偏向を制御できることを
確認する。液晶材料を含有しているので交流パルス駆動
（１ＫHz、５０％デューティーサイクル）を行う。前述
のＨｅ−Ｎｅレーザーの赤色光を試料に入射させ、直射
光および回折スポットそれぞれの強度をパワーメーター
で連続にモニターしながら印加電圧を次第に上げてい
く。電圧上昇とともに回折スポット強度が弱くなり、あ
る値に達するとほぼ直射光のみになるのが観察される。
この動作は個々の試料の出来具合によりその様子にばら
つきが見られるが、Ｈｅ−Ｎｅレーザー光のおよそ５０
％が回折されている状態から４０〜５０Ｖ付近で回折光
が弱くなり始め、１００〜１３０Ｖ程度でほぼ回折光は
無くなる。

【００２９】この動作は形成した３次元格子構造との関
連において、次のように説明される。格子構造はオリゴ
マーと液晶を主体とした材料系に３次元的強度分布を有
する干渉レーザー光の照射による重合反応の結果形成さ
れるが、形成過程において液晶は均一に分布せずに光強
度の弱い領域に多く存在するようになる。その後の紫外
線照射によりこの状態が固定化され、液晶が多く存在す
る領域とそうではない領域とが形成されている。一方外
部からの電圧印加に対して応答するのは樹脂部分ではな
く液晶部分のみであるから電圧印加により液晶分子の向
きが変化し、実効的に液晶の多い領域の屈折率が変化す
るため回折格子としての働きが外部電圧により制御でき
る。

【００３０】（実施の形態３）基板として各種のガラス
またはその上に透明導電膜を形成したものを用い、材料
系としてオリゴマーおよび液晶に増感剤および色素を添
加したものを主体とするものを用い、この材料をガラス
基板間にはさみ込み、レーザー光の２分割干渉照射によ
り回折格子を形成する方法において、回折効率の向上ま
たは液晶の偏析などに起因する各種不良の対策手法を開
発した。レーザー光２分割干渉照射に先立ち高圧水銀ラ
ンプを用い比較的短時間の光照射を行う。ここでは高圧
水銀ランプを用いるが、光源としてはこれに限定される
ものではなく、類似の波長領域にスペクトル分布を有す
る光源であれば使用可能である。なお、現在のところそ
のメカニズムについて原子、分子レベルでの理解は得ら
れていない。以下に代表的な具体例を示す。

【００３１】（実施例３）ガラス基板として通常のスラ
イドグラスを用い、材料系はネマティック液晶（チッソ
社）を約０．６ｇ、オリゴマーはアクリル末端のウレタ
ンオリゴマーを約０．４ｇ、増感剤はＮーフェニルグリ
シンを約２×１０^-3ｇ、色素はフルオレッセインを約１
×１０^-3ｇ、スペーサーとして直径１０ミクロンのグラ
スビーズを約１×１０^-4ｇ（この分量は値そのものに重
要性はなく、ガラス基板にはさみ込んだ時に均一なスペ
ースを維持できればよい）使用する。洗浄したスライド
グラス２枚をおよそ７８℃に加熱し、また、材料系も同
じ温度にしておく。

【００３２】温度が安定したのを確認し、材料系を少量
（スパチュラーの先端につけるかミクロスポイトを利用
する）一方のガラス基板上に滴下する。気泡などが入ら
ないように注意しながら他方のガラス基板をのせ、適度
な加重（数十〜数百ｇ程度：材料がすみやかに均一にガ
ラス基板間に行き渡るのを助けるためのもので、適当な
重さでよい）をかけて数分間放置する。この後レーザー
照射をするものとレーザー照射に先立って光照射を行う
ものとを比較し、後者がレーザー照射時間の短縮および
回折効率の向上に有効であることを示す。ここでは高圧
水銀ランプを用いるが、光源としてはこれに限定される
ものではなく、類似の波長領域にスペクトル分布を有す
る光源であれば使用可能である。

【００３３】同様に準備した２つの試料のうち一方はガ
ラス基板間に材料をはさみ込んだ後、基板ホルダーに装
着し、レーザー光を照射する。基板ホルダーは光の通過
窓を有するものが必要なのはもちろんである。同時に、
温度制御のための加熱機構を備えたものが望ましい。お
よそ１ミクロン周期の格子を形成するためにＡｒレーザ
ーの５１４．５nmの発振線を使い、２分割した光は光路
が正確に同じになるように調整し、基板への入射角度は
１５°に設定する。レーザー出力１００mW（レーザー電
源に付随のメーター値）で格子の形成におよそ３０秒間
の照射を必要とする。

【００３４】他方は、まず高圧水銀ランプを用い、およ
そ９mWで４秒間照射する。そして先と同様の条件でレー
ザー光を照射する。しかし、格子形成に要する時間は５
〜６秒程度である。両者ともにレーザー光照射後、直ち
に高圧水銀ランプを用い、およそ３０mWで２分間照射す
る。これで人工格子の形成は終了だが、室温に戻るまで
の間はわずかに変化が進行するので、暗室のままで放置
する。

【００３５】形成した人工格子を偏光顕微鏡下で観察す
るとステージの回転にともない全体の明るさが変化する
が、これは材料系に含まれる液晶がある方向性をもって
配向しているためである。また１０００倍程度の高倍率
で観察すると細かな格子縞が見られる。さらに、単色の
スポット光、例えばＨｅ−Ｎｅレーザーの赤色光を試料
に入射させると直射光のほかに回折スポットが見られ、
回折格子が形成されていることが確認できる。回折光の
強度を比較すると紫外線照射無しにレーザー光を照射し
たものは回折される光が４０％に満たないが、レーザー
光照射前に紫外線照射を行ったほうは９０％近くあり、
明らかに前段の紫外線照射が特性の向上をもたらしてい
る。

【００３６】（実施例４）基板として通常のスライドグ
ラス及び透明導電性薄膜（ここではＩＴＯを用いたが、
その他にも使用可能な金属や金属酸化物、例えばＳｎＯ
₂,Ｉｎ₂Ｏ₃,ＺｎＯ，などがある）をつけたガラス基板
（コーニング７０５９）を用い、材料系はネマティック
液晶（チッソ社）を約０．６ｇ、オリゴマーはアクリル
末端のウレタンオリゴマーを約０．４ｇ、増感剤はＮー
フェニルグリシンを約２×１０^-3ｇ、色素はフルオレッ
セインを約１×１０^-3ｇ、スペーサーとして直径１０ミ
クロンのグラスビーズを約１×１０^-4ｇ（この分量は値
そのものに重要性はなく、ガラス基板にはさみ込んだ時
に均一なスペースを維持できればよい）使用する。洗浄
したスライドグラスおよびＩＴＯ付きガラス基板各々２
枚を７８℃に加熱し、また、材料系も同じ温度にしてお
く。

【００３７】温度が安定したのを確認し、材料系を少量
（スパチュラーの先端につけるかミクロスポイトを利用
する）一方のスライドグラスおよびガラス基板のＩＴＯ
が付いた面上に滴下する。気泡などが入らないように注
意しながら他方のスライドグラスおよびガラス基板のＩ
ＴＯが付いた面を材料側に向けてのせ、適度な加重（数
十〜数百ｇ程度：材料がすみやかに均一にガラス基板間
に行き渡るのを助けるためのもので、適当な重さでよ
い）をかけて数分間放置する。次に高圧水銀ランプを用
い、およそ９mWで４秒間照射する。ここでは高圧水銀ラ
ンプを用いるが、光源としてはこれに限定されるもので
はなく、類似の波長領域にスペクトル分布を有する光源
であれば使用可能である。

【００３８】そして素早く基板ホルダーに装着し、レー
ザー光を照射する。基板ホルダーは光の通過窓を有する
ものが必要なのはもちろんである。同時に、温度制御の
ための加熱機構を備えたものが望ましい。およそ１ミク
ロン周期の格子を形成するためにＡｒレーザーの５１
４．５nmの発振線を使い、２分割した光は光路が正確に
同じになるように調整し、基板への入射角度は１５°に
設定する。レーザー出力１００mW（レーザー電源に付随
のメーター値）で５〜２０秒間照射する。その後直ちに
高圧水銀ランプを用い、およそ３０mWで２分間照射す
る。これで人工格子の形成は終了だが、室温に戻るまで
の間はわずかに変化が進行するので、暗室のままで放置
する。

【００３９】形成した人工格子を偏光顕微鏡下で観察す
るとステージの回転にともない全体の明るさが変化する
が、これは材料系に含まれる液晶がある方向性をもって
配向しているためである。また１０００倍程度の高倍率
で観察すると細かな格子縞が見られる。さらに、単色の
スポット光、例えばＨｅ−Ｎｅレーザーの赤色光を試料
に入射させると直射光のほかに回折スポットが見られ、
回折格子が形成されていることが確認できる。

【００４０】ＩＴＯ付きガラス基板を用いて形成した試
料は、電圧の印加により偏向を制御できることを確認す
る。液晶材料を含有しているので交流パルス駆動（１Ｋ
Hz、５０％デューティーサイクル）を行う。前述のＨｅ
−Ｎｅレーザーの赤色光を試料に入射させ、直射光と回
折スポットそれぞれの強度をパワーメーターで連続にモ
ニターしながら印加電圧を次第に上げていく。電圧上昇
とともに回折スポット強度が弱くなり、ある値に達する
とほぼ直射光のみになるのが観察される。この動作は個
々の試料の出来具合によりその様子にばらつきが見られ
るが、Ｈｅ−Ｎｅレーザー光のおよそ９０％が回折され
ている状態から４０〜５０Ｖ付近で回折光が弱くなり始
め、１００〜１３０Ｖ程度でほぼ回折光は無くなる。レ
ーザー光の２分割干渉照射に先立ち光を照射しない場合
とした場合とを比較すると明らかに後者の方が回折効率
が高い、すなわち電圧を印加して動作させたときのｏｎ
−ｏｆｆ比が大きくとれると言う優れた特性を示す。

【００４１】（実施例５）ガラス基板として通常のスラ
イドグラスを用い、材料系はネマティック液晶（チッソ
社）を約０．６ｇ、オリゴマーはアクリル末端のウレタ
ンオリゴマーを約０．４ｇ、増感剤はＮーフェニルグリ
シンを約２×１０^-3ｇ、色素はフルオレッセインを約１
×１０^-3ｇ、スペーサーとして直径１０ミクロンのグラ
スビーズを約１×１０^-4ｇ（この分量は値そのものに重
要性はなく、ガラス基板にはさみ込んだ時に均一なスペ
ースを維持できればよい）使用する。洗浄したスライド
グラス２枚をおよそ７８℃に加熱し、また、材料系も同
じ温度にしておく。温度が安定したのを確認し、材料系
を少量（スパチュラーの先端につけるかミクロスポイト
を利用する）一方のガラス基板上に滴下する。

【００４２】気泡などが入らないように注意しながら他
方のガラス基板をのせ、適度な加重（数十〜数百ｇ程
度：材料がすみやかに均一にガラス基板間に行き渡るの
を助けるためのもので、適当な重さでよい）をかけて数
分間放置する。この後レーザー照射をするものとレーザ
ー照射に先立って高圧水銀ランプによる光照射を行うも
のとを比較し、回折スポット強度が同程度のものを形成
するに際し、後者が格子形成に要するレーザー光パワー
の低減、液晶材料の偏析など回折特性の劣化防止、透明
度の向上に有効であることを示す。ここでは高圧水銀ラ
ンプを用いるが、光源としてはこれに限定されるもので
はなく、類似の波長領域にスペクトル分布を有する光源
であれば使用可能である。

【００４３】一方はガラス基板間に材料をはさみ込んだ
後基板ホルダーに装着し、２分割干渉レーザー光を照射
する。基板ホルダーは光の通過窓を有するものが必要な
のはもちろんである。同時に、温度制御のための加熱機
構を備えたものが望ましい。およそ１ミクロン周期の格
子を形成するためにＡｒレーザーの５１４．５nmの発振
線を使い、２分割した光は光路が正確に同じになるよう
に調整し、基板への入射角度は１５°に設定する。レー
ザー出力１００mW（レーザー電源に付随のメーター値）
で格子の形成におよそ３０秒間の照射をする。

【００４４】他方は、まず高圧水銀ランプを用い、厚さ
１０mmのガラス（ＢＳＬー７、ＯＨＡＲＡＩｎｃ．、
図３の光透過特性を有する）を通して、およそ９mWで４
秒間紫外線照射を行う。そして先の光学系を用い、レー
ザー出力２５mWでおよそ２０秒間照射する。両者ともに
レーザー光照射後、直ちに高圧水銀ランプを用い、およ
そ３０mWで２分間照射する。これで人工格子の形成は終
了だが、室温に戻るまでの間はわずかに変化が進行する
ので、暗室のままで放置する。

【００４５】形成した人工格子を偏光顕微鏡下で観察す
ると、ステージの回転にともない全体の明るさが変化す
るが、これは材料系に含まれる液晶がある方向性をもっ
て配向しているためである。また１０００倍程度の高倍
率で観察すると細かな格子縞が見られる。

【００４６】単色のスポット光としてＨｅ−Ｎｅレーザ
ーの赤色光を試料に入射させると直射光のほかに回折ス
ポットが見られ、回折格子が形成されていることが確認
できる。形成に際しレーザー光照射に先立って紫外光照
射を行わなかった試料は、回折スポット光とともにぼん
やりと散乱した光の広がり、またはスポットを貫くよう
にして光る輝線が見られる。こうした傾向は前述の形成
条件、例えば光照射時間、照射光パワーなどの条件を変
化させてもその程度に差異が見られるものの解消はでき
ない。一方、レーザー照射に先立ち紫外光照射を行った
試料は、Ｈｅ−Ｎｅレーザーを用いた回折光評価で明る
いスポットが観察されるのみである。

【００４７】散乱光や輝線の見られる試料を顕微鏡によ
り観察したところ、液晶が格子間に均一に存在せずに偏
析を起こしているもの、重合した樹脂部分に不均一な模
様が見られるものなどなんらかのミクロな不良を生じて
いることが見い出された。すなわち前段の紫外光照射に
よりこれらの不良が回避されるわけである。また、回折
光の強度を比較すると紫外線照射無しにレーザー光を照
射したものよりもレーザー光照射前に紫外線照射を行っ
た方が明らかに回折効率は高く、前段の紫外線照射が特
性の向上をもたらしている。

【００４８】（実施の形態４）基板として各種のガラス
を用い、材料系としてオリゴマーおよび液晶に増感剤お
よび色素を添加したものを主体とするものを用い、この
材料をガラス基板間にはさみ込み、レーザー光の２分割
干渉照射により回折格子を形成する方法において、偏光
性の制御を可能にする手法を開発した。これはあらゆる
材料系におて可能なわけではなく、ある種の材料と特殊
な光照射方法との相互作用により初めて可能となったも
のである。液晶材料の最適化、材料系に１種類または複
数種類のモノマーを添加すること、及びレーザー光照射
に先立って行う紫外線を主体とする光照射により回折格
子の偏光特性を制御するわけであるが、液晶材料および
モノマーの種類はきわめて多数有り、また新たなものも
次々と開発されつつあるため、すべてを網羅する検証は
不可能である。しかし、発明者らが行った検討結果から
ある種の傾向が得られた。

【００４９】まず、望ましいと考えられる液晶材料はＭ
ｅｒｃｋＪａｐａｎが販売しているもののうちＴＬシ
リーズである。物質名、分子構造などは明らかではない
が、いずれも複屈折性が大きく、低電圧で動作させやす
いなどいくつかの際立った特徴を有する一連の液晶材料
群である。

【００５０】また、添加するモノマーについては単官能
であるか多官能であるかの相異ではなく、ベンゼン環を
有するもの、例えばフェノキシエチルアクリレート、フ
ェノキシポリエチレングリコールアクリレート、ノニル
フェノールＥＯ付加物アクリレート、ヒドロキシフェノ
キシプロピルアクリレート、ビスフェノールＡのＥＯ付
加物ジアクリレート、ネオペチルグリコールアクリル酸
安息香酸エステル、フェノキシエチルメタクリレート、
ベンジルメタクリレート、ビスフェノールＡのＥＯ付加
物ジメタクリレートなどが有効である。

【００５１】さらにオリゴマー、重合開始剤系との組み
合わせが影響することはもちろんであり、これらについ
ても各種の材料が可能であることは言うまでもないこと
であるが、Ａｒレーザーの緑色発振線（５１４．５nm）
を用いる場合にはアミン類、例えばＮーフェニルグリシ
ンを利用すると色素としてはローダミンＢ、フルオレッ
セイン、ローズベンガル、エオシンＹ、エリスロシンな
どが感度もあり、良い組み合わせを提供する。

【００５２】レーザー光２分割干渉照射に先立ち高圧水
銀ランプを用い比較的短時間の光照射を行うが、その際
の照射時間およびスペクトル分布の制御が重要である。
光源としては高圧水銀ランプを用いるが、これに限定さ
れるものではなく、類似の波長領域にスペクトル分布を
有する光源であれば使用可能である。ランプの光を直接
被処理物に照射するのではなく、材料に応じ１種類また
は複数種類のフィルターを利用する。

【００５３】具体例は後述するが、これらはある特定波
長領域の光を吸収または透過させるもので、組み合わせ
によりランプ自体の波長、すなわちエネルギー分布とは
異なったエネルギー分布を作り出し、３次元格子構造の
形成過程および液晶分子の優先配向方向を制御するもの
である。尚、現在のところそのメカニズムについて原
子、分子レベルでの理解は得られていない。以下に代表
的な具体例を示す。

【００５４】（実施例６）基板として通常のスライドグ
ラスおよび透明導電性薄膜（ここではＩＴＯを用いた
が、そのほかにも使用可能な金属や金属酸化物、例えば
ＳｎＯ₂，Ｉｎ₂Ｏ₃,ＺｎＯなどがある）をつけたガラス
基板（コーニング７０５９および旭硝子ＡＮ６３５）を
用い、材料系はネマティック液晶（Ｍｅｒｃｋ社ＴＬー
２１６）を約０．３ｇ、オリゴマーはフェニルグリシジ
ルエーテルアクリレートヘキサメチレンジイソシアネー
トウレタンオリゴマーを約０．７ｇ、モノマーはビスフ
ェノールＡのＥＯ付加物ジアクリレートを約０．１ｇ
（これは必須ではないが、オリゴマーの粘性を下げ、重
合を早める効果があり、また、偏光特性の制御に一部寄
与している）、増感剤はＮーフェニルグリシンを約２×
１０^-3ｇ、色素はフルオレッセインを約１×１０^-3ｇ、
スペーサーとして直径１０ミクロンのグラスビーズを約
３×１０^-4ｇ（この分量は値そのものに重要性はなく、
ガラス基板にはさみ込んだ時に均一なスペースを維持で
きればよい）使用する。

【００５５】洗浄したスライドグラス及びＩＴＯ付きガ
ラス基板各々２枚をおよそ５５℃に加熱し、また、材料
系も同じ温度にしておく。温度が安定したのを確認し、
材料系を少量（スパチュラーの先端につけるかミクロス
ポイトを利用する）一方のスライドグラスおよびガラス
基板のＩＴＯが付いた面上に滴下する。気泡などが入ら
ないように注意しながら他方のスライドグラスおよびガ
ラス基板のＩＴＯが付いた面を材料側に向けてのせ、適
度な加重（数十〜数百ｇ程度：材料がすみやかに均一に
ガラス基板間に行き渡るのを助けるためのもので、適当
な重さでよい）をかけて数分間放置する。この後レーザ
ー照射をするものとレーザー照射に先立って高圧水銀ラ
ンプを用いた光照射を行うものとを比較し、偏光特性の
制御手法を示す。

【００５６】光は偏光性を有し、振動面によりＰ波とＳ
波とがある。回折格子により回折される光の偏光性を制
御するために本例の液晶を含む材料系を用い、レーザー
光の２分割干渉照射によって回折格子を形成するプロセ
スによりＰ波またはＳ波いずれかが優先的に回折される
格子を以下のように形成する。

【００５７】Ｐ波優先の回折格子の形成：高圧水銀ラン
プを用いる光照射において、直射であればおよそ９mwの
条件に加え、フィルターとしてＢＳＭ１８（ＯＨＡＲＡ
Ｉｎｃ．、光透過特性を示す図４）およびＵ３３０
（Ｈｏｙａガラス製、光透過特性を示す図５）を用い、
およそ１２秒間照射する。

【００５８】Ｓ波優先の回折格子の形成：高圧水銀ラン
プを用いる光照射において、直射であればおよそ９mwの
条件に加え、フィルターとしてＢＳＭ１８（ＯＨＡＲＡ
Ｉｎｃ．）及びＵ３３０（Ｈｏｙａガラス製）を用
い、０〜６秒間程度照射する。

【００５９】その後、素早く基板ホルダーに装着し、レ
ーザー光を照射する。基板ホルダーは光の通過窓を有す
るものが必要なのはもちろんである。同時に、温度制御
のための加熱機構を備えたものが望ましい。およそ１ミ
クロン周期の格子を形成するためにＡｒレーザーの５１
４．５nmの発振線を使い、２分割した光は光路が正確に
同じになるように調整し、基板への入射角度は１５°に
設定する。レーザー出力５０mW（レーザー電源に付随の
メーター値）で５〜１５秒間照射する。その後直ちに高
圧水銀ランプを用い、およそ１９mWで２分間照射する。
これで人工格子の形成は終了だが、室温に戻るまでの間
はわずかに変化が進行するので、暗室のままで放置す
る。

【００６０】形成した人工格子を偏光顕微鏡下で観察す
るとステージの回転にともない全体の明るさが変化する
が、これは材料系に含まれる液晶がある方向性をもって
配向しているためである。また１０００倍程度の高倍率
で観察すると細かな格子縞が見られる。さらに、単色の
スポット光、例えばＨｅ−Ｎｅレーザーの赤色光を試料
に入射させると直射光のほかに回折スポットが見られ、
回折格子が形成されていることが確認できる。

【００６１】ＩＴＯ付きガラス基板を用いて形成した試
料は、電圧の印加により偏向を制御できることを確認す
る。液晶材料を含有しているので交流パルス駆動（１Ｋ
Hz、５０％デューティーサイクル）を行う。前述のＨｅ
−Ｎｅレーザーの赤色光を試料に入射させ、直射光およ
び回折スポットそれぞれの強度をパワーメーターで連続
にモニターしながら印加電圧を次第に上げていく。電圧
上昇とともに回折スポット強度が弱くなり、ある値に達
するとほぼ直射光のみになるのが観察される。ここで直
射光の回折光に対する比率を回折効率の目安とし、その
電圧印加に伴う変化の様子をプロットしたものを図６に
Ｓ偏光優先、図７にＰ偏光優先の回折格子について示
す。

【００６２】この動作は個々の試料の出来具合によりそ
の様子にばらつきが見られるが、Ｈｅ−Ｎｅレーザー光
の回折スポット強度は、電圧の印加とともに弱くなり始
め、２０Ｖ程度でほぼ回折光は無くなる。

【００６３】この動作は、形成した３次元格子構造との
関連において次のように説明される。格子構造はオリゴ
マーと液晶を主体とした材料系に３次元的強度分布を有
する干渉レーザー光の照射による重合反応の結果形成さ
れるが、形成過程において液晶は均一に分布せずに光強
度の弱い領域に多く存在するようになる。その後の紫外
線照射によりこの状態が固定化され、液晶が多く存在す
る領域とそうではない領域とが形成されている。一方外
部からの電圧印加に対して応答するのは樹脂部分ではな
く液晶部分のみであるから電圧印加により液晶分子の向
きが変化し、実効的に液晶の多い領域の屈折率が変化す
るため回折格子としての働きが外部電圧により制御でき
る。

【００６４】（実施例７）基板として通常のスライドグ
ラスおよび透明導電性薄膜（ここではＩＴＯを用いた
が、そのほかにも使用可能な金属や金属酸化物、例えば
ＳｎＯ₂，Ｉｎ₂Ｏ₃,ＺｎＯなどがある）をつけたガラス
基板（旭硝子ＡＮ６３５）を用い、材料系はネマティッ
ク液晶（Ｍｅｒｃｋ社ＴＬー２０３）を約０．３ｇ、オ
リゴマーはフェニルグリシジルエーテルアクリレートヘ
キサメチレンジイソシアネートウレタンオリゴマーを約
０．８ｇ、モノマーはフェノキシポリエチレングリコー
ルアクリレートを約０．０９ｇ（これは必須ではない
が、オリゴマーの粘性を下げ、重合を早める効果があ
り、また、偏光特性の制御に一部寄与している）、増感
剤はＮーフェニルグリシンを約２×１０^-3ｇ、色素はフ
ルオレッセインを約１×１０ ^-3ｇ、スペーサーとして直
径１０ミクロンのグラスビーズを約４×１０^-4ｇ（この
分量は値そのものに重要性はなく、ガラス基板にはさみ
込んだ時に均一なスペースを維持できればよい）使用す
る。

【００６５】洗浄したスライドグラスおよびＩＴＯ付き
ガラス基板各々２枚をおよそ５０℃に加熱し、また材料
系も同じ温度にしておく。温度が安定したのを確認し、
材料系を少量（スパチュラーの先端につけるかミクロス
ポイトを利用する）一方のスライドグラスおよびガラス
基板のＩＴＯが付いた面上に滴下する。気泡などが入ら
ないように注意しながら他方のスライドグラスおよびガ
ラス基板のＩＴＯが付いた面を材料側に向けてのせ、適
度な加重（数十〜数百ｇ程度：材料がすみやかに均一に
ガラス基板間に行き渡るのを助けるためのもので、適当
な重さでよい）をかけて数分間放置する。この後レーザ
ー照射をするものとレーザー照射に先立って高圧水銀ラ
ンプを用いた光照射を行うものとを比較し、偏光特性の
制御手法を示す。

【００６６】光は偏光性を有し、振動面によりＰ波とＳ
波とがある。回折格子により回折される光の偏光性を制
御するために本例の液晶を含む材料系を用い、レーザー
光の２分割干渉照射によって回折格子を形成するプロセ
スによりＰ波またはＳ波いずれかが優先的に回折される
格子を以下のように形成する。

【００６７】Ｐ波優先の回折格子の形成：高圧水銀ラン
プを用いる光照射において、直射であればおよそ９mwの
条件に加え、フィルターとしてＢＳＭ１８（ＯＨＡＲＡ
Ｉｎｃ．、光透過特性を示す図４）およびＵ３３０
（Ｈｏｙａガラス製、光透過特性を示す図５）を用い、
８〜１２秒間照射する。

【００６８】Ｓ波優先の回折格子の形成：高圧水銀ラン
プを用いる光照射において、直射であればおよそ９mwの
条件に加え、フィルターとしてＢＳＭ１８（ＯＨＡＲＡ
Ｉｎｃ．）及びＵ３３０（Ｈｏｙａガラス製）を用
い、０〜４秒間程度照射する。

【００６９】その後、素早く基板ホルダーに装着し、レ
ーザー光を照射する。基板ホルダーは光の通過窓を有す
るものが必要なのはもちろんである。同時に、温度制御
のための加熱機構を備えたものが望ましい。およそ１ミ
クロン周期の格子を形成するためにＡｒレーザーの５１
４．５nmの発振線を使い、２分割した光は光路が正確に
同じになるように調整し、基板への入射角度は１５°に
設定する。レーザー出力５０mW（レーザー電源に付随の
メーター値）で５〜２０秒間照射する。その後直ちに高
圧水銀ランプを用い、およそ１９mWで２分間照射する。
これで人工格子の形成は終了だが、室温に戻るまでの間
はわずかに変化が進行するので、暗室のままで放置す
る。

【００７０】形成した人工格子を偏光顕微鏡下で観察す
るとステージの回転にともない全体の明るさが変化する
が、これは材料系に含まれる液晶がある方向性をもって
配向しているためである。また１０００倍程度の高倍率
で観察すると細かな格子縞が見られる。さらに、単色の
スポット光、例えばＨｅ−Ｎｅレーザーの赤色光を試料
に入射させると直射光のほかに回折スポットが見られ、
回折格子が形成されていることが確認できる。

【００７１】ＩＴＯ付きガラス基板を用いて形成した試
料は、電圧の印加により偏向を制御できることを確認す
る。液晶材料を含有しているので交流パルス駆動（１Ｋ
Hz、５０％デューティーサイクル）を行う。前述のＨｅ
−Ｎｅレーザーの赤色光を試料に入射させ、直射光と回
折スポットそれぞれの強度をパワーメーターで連続にモ
ニターしながら印加電圧を次第に上げていく。電圧上昇
とともに回折スポット強度が弱くなり、ある値に達する
とほぼ直射光のみになるのが観察される。ここで直射光
の回折光に対する比率を回折効率の目安とし、その電圧
印加に伴う変化の様子をプロットしたものを図８にＳ偏
光優先、図９にＰ偏光優先の回折格子について示す。

【００７２】この動作は個々の試料の出来具合によりそ
の様子にばらつきが見られるが、Ｈｅ−Ｎｅレーザー光
の回折スポット強度は、電圧の印加とともに弱くなり始
め、１５〜２０Ｖ程度でほぼ回折光は無くなる。

【００７３】（実施例８）基板として通常のスライドグ
ラスおよび透明導電性薄膜（ここではＩＴＯを用いた
が、そのほかにも使用可能な金属や金属酸化物、例えば
ＳｎＯ₂，Ｉｎ₂Ｏ₃,ＺｎＯなどがある）をつけたガラス
基板（旭硝子ＡＮ６３５）を用い、材料系はネマティッ
ク液晶（Ｍｅｒｃｋ社ＴＬー２１６）を約０．３ｇ、オ
リゴマーはフェニルグリシジルエーテルアクリレートヘ
キサメチレンジイソシアネートウレタンオリゴマーを約
０．８ｇ、モノマーはフェノキシポリエチレングリコー
ルアクリレートを約０．０５ｇ及びビスフェノールＡの
ＥＯ付加物ジアクリレートを約０．４ｇ（これは必須で
はないが、オリゴマーの粘性を下げ、重合を早める効果
があり、また、偏光特性の制御に一部寄与している）、
増感剤はＮーフェニルグリシンを約２×１０^-3ｇ、色素
はフルオレッセインを約１×１０^-3ｇ、スペーサーとし
て直径１０ミクロンのグラスビーズを約４×１０^-4ｇ
（この分量は値そのものに重要性はなく、ガラス基板に
はさみ込んだ時に均一なスペースを維持できればよい）
使用する。

【００７４】洗浄したスライドグラス及びＩＴＯ付きガ
ラス基板各々２枚をおよそ５５℃に加熱し、また、材料
系も同じ温度にしておく。温度が安定したのを確認し、
材料系を少量（スパチュラーの先端につけるかミクロス
ポイトを利用する）一方のスライドグラスおよびガラス
基板のＩＴＯが付いた面上に滴下する。気泡などが入ら
ないように注意しながら他方のスライドグラスおよびガ
ラス基板のＩＴＯが付いた面を材料側に向けてのせ、適
度な加重（数十〜数百ｇ程度：材料がすみやかに均一に
ガラス基板間に行き渡るのを助けるためのもので、適当
な重さでよい）をかけて数分間放置する。この後レーザ
ー照射をするものとレーザー照射に先立って高圧水銀ラ
ンプを用いた光照射を行うものとを比較し、偏光特性の
制御手法を示す。

【００７５】光は偏光性を有し、振動面によりＰ波とＳ
波とがある。回折格子により回折される光の偏光性を制
御するために本例の液晶を含む材料系を用い、レーザー
光の２分割干渉照射によって回折格子を形成するプロセ
スによりＰ波またはＳ波いずれかが優先的に回折される
格子を以下のように形成する。

【００７６】Ｐ波優先の回折格子の形成：高圧水銀ラン
プを用いる光照射において、直射であればおよそ９mwの
条件に加え、フィルターとしてＢＳＭ１８（ＯＨＡＲＡ
Ｉｎｃ．、光透過特性を示す図４）およびＵ３３０
（Ｈｏｙａガラス製、光透過特性を示す図５）を用い、
４〜１２秒間照射する。

【００７７】Ｓ波優先の回折格子の形成：高圧水銀ラン
プを用いる光照射において直射であれば、およそ９mwの
条件に加え、フィルターとしてＢＳＭ１８（ＯＨＡＲＡ
Ｉｎｃ．）及びＵ３３０（Ｈｏｙａガラス製）を用
い、０〜２秒間程度照射する。

【００７８】その後、素早く基板ホルダーに装着し、レ
ーザー光を照射する。基板ホルダーは光の通過窓を有す
るものが必要なのはもちろんである。同時に、温度制御
のための加熱機構を備えたものが望ましい。およそ１ミ
クロン周期の格子を形成するためにＡｒレーザーの５１
４．５nmの発振線を使い、２分割した光は光路が正確に
同じになるように調整し、基板への入射角度は１５°に
設定する。レーザー出力５０mW（レーザー電源に付随の
メーター値）で３〜２０秒間照射する。その後直ちに高
圧水銀ランプを用い、およそ１９mWで２分間照射する。
これで人工格子の形成は終了だが、室温に戻るまでの間
はわずかに変化が進行するので、暗室のままで放置す
る。

【００７９】形成した人工格子を偏光顕微鏡下で観察す
るとステージの回転にともない全体の明るさが変化する
が、これは材料系に含まれる液晶がある方向性をもって
配向しているためである。また１０００倍程度の高倍率
で観察すると細かな格子縞が見られる。さらに、単色の
スポット光、例えばＨｅ−Ｎｅレーザーの赤色光を試料
に入射させると直射光のほかに回折スポットが見られ、
回折格子が形成されていることが確認できる。

【００８０】ＩＴＯ付きガラス基板を用いて形成した試
料は、電圧の印加により偏向を制御できることを確認す
る。液晶材料を含有しているので交流パルス駆動（１Ｋ
Hz、５０％デューティーサイクル）を行う。前述のＨｅ
−Ｎｅレーザーの赤色光を試料に入射させ、直射光及び
回折スポットそれぞれの強度をパワーメーターで連続に
モニターしながら印加電圧を次第に上げていく。電圧上
昇とともに回折スポット強度が弱くなり、ある値に達す
るとほぼ直射光のみになるのが観察される。ここで直射
光の回折光に対する比率を回折効率の目安とし、その電
圧印加にともなう変化の様子をプロットしたものを図１
０にＳ偏光優先、図１１にＰ偏光優先の回折格子につい
て示す。

【００８１】この動作は個々の試料の出来具合によりそ
の様子にばらつきが見られるが、Ｈｅ−Ｎｅレーザー光
の回折スポット強度は、電圧の印加とともに弱くなり始
め、１５〜２０Ｖ程度でほぼ回折光は無くなる。

【００８２】

【発明の効果】以上のように本発明は、人工格子構造の
形成を異なる薄膜の繰り返し積層ではなく、ある材料系
に対するエネルギー線の作用により可能にする。さら
に、格子構造形成のための２分割されたエネルギー線照
射に先立つ他のエネルギー線の照射を応用することによ
り、作用時間の短縮、屈折率が変化しうる材料の変質、
偏析、劣化の防止、回折格子を形成した場合の回折効率
向上、偏光性の制御などを可能にする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明により形成する人工格子の断面を示す概
略図

【図２】光照射に用いる光学系の構成図

【図３】ガラス（BSL７）の透過特性図

【図４】ガラス（BSM１８）の透過特性図

【図５】ガラス（Ｕ３３０）の透過特性図

【図６】Ｓ偏光優先の回折格子の電気的動作特性図

【図７】Ｐ偏光優先の回折格子の電気的動作特性図

【図８】Ｓ偏光優先の回折格子の電気的動作特性図

【図９】Ｐ偏光優先の回折格子の電気的動作特性図

【図１０】Ｓ偏光優先の回折格子の電気的動作特性図

【図１１】Ｐ偏光優先の回折格子の電気的動作特性図

【符号の説明】

１屈折率ｎ１領域２屈折率ｎ２領域３材料系４基体２１レーザー２２コリメート用レンズ系２３ハーフミラー２４ミラー２５被処理物

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】領域Ａ１および領域Ａ２が交互に繰り返す
積層構造において、前記領域Ａ１は所望の屈折率ｎ１を
有しており、前記領域Ａ２は前記屈折率ｎ１とは異なる
屈折率ｎ２を有しており、前記積層構造は前記積層構造
の法線方向とは平行ではない法線方向を有する基体上ま
たは基体間に配置される人工格子。
【請求項２】領域Ａ１および領域Ａ２が交互に繰り返す
積層構造において、前記領域Ａ１および領域Ａ２のうち
少なくとも一方は前記積層構造の外部からのエネルギー
の作用により屈折率が変化しうる材料を含有し、前記積
層構造は前記積層構造の法線方向とは平行ではない法線
方向を有する基体上または基体間に配置され、前記基体
にはエネルギー付与機構が設けられ、前記領域Ａ１の屈
折率ｎ１および前記領域Ａ２の屈折率ｎ２とは相互に異
なる値、またはまた等しい値をとるように設定すること
が可能である人工格子。
【請求項３】エネルギーの異なる複数種類のエネルギー
線を用い、前記複数種類のエネルギー線のうち１種類を
除いて他は２分割し、前記２分割されたエネルギー線は
請求項１ないし請求項２に記載の人工格子形成位置にお
いて干渉を起こしうるように照射され、前記２分割され
たエネルギー線のエネルギーを吸収しうる物質を含有す
る材料系を用い、前記２分割されたエネルギー線の照射
により前記材料系の一部分を改変することにより異なる
領域の繰り返し構造を形成した後、前記未分割のエネル
ギー線を照射することによる人工格子の形成方法。
【請求項４】エネルギーの異なる複数種類のエネルギー
線を用い、前記複数種類のエネルギー線のうち１種類を
除いて他は２分割し、前記２分割されたエネルギー線は
請求項１ないし請求項２に記載の人工格子形成位置にお
いて干渉を起こしうるように照射され、前記エネルギー
線の特定波長のエネルギーを吸収しうる物質を含有する
材料系を用い、前記２分割されたエネルギー線の照射に
より前記材料系の一部分を改変することにより異なる領
域の繰り返し構造を形成した後、前記未分割のエネルギ
ー線を照射することによる人工格子の形成方法におい
て、前記２分割されたエネルギー線の照射に先立ち前記
未分割のエネルギー線により被処理物を照射することを
特徴とする人工格子の形成方法。