JPH11295524A - 偏光性回折格子の作成方法 - Google Patents
偏光性回折格子の作成方法Info
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- JPH11295524A JPH11295524A JP10095642A JP9564298A JPH11295524A JP H11295524 A JPH11295524 A JP H11295524A JP 10095642 A JP10095642 A JP 10095642A JP 9564298 A JP9564298 A JP 9564298A JP H11295524 A JPH11295524 A JP H11295524A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 光学結晶板に、回折格子とイオン交換領域を
形成し、ファインピッチで、高機能な偏光性回折格子を
得る。 【解決手段】 光学結晶板１に均一なイオン交換領域３
を形成する。そして周期を有するマスクレジスト７によ
り所望の周期形状を形成し、イオン交換領域３の厚さＬ
3より深いＬ4の深さのエッチングを行う。これによりイ
オン交換領域３の形態（深さ、濃度分布）を精度良くで
き、イオン交換領域と非イオン交換領域の境界が明確
な、ファインピッチの偏光性回折格子を実現できる。
形成し、ファインピッチで、高機能な偏光性回折格子を
得る。 【解決手段】 光学結晶板１に均一なイオン交換領域３
を形成する。そして周期を有するマスクレジスト７によ
り所望の周期形状を形成し、イオン交換領域３の厚さＬ
3より深いＬ4の深さのエッチングを行う。これによりイ
オン交換領域３の形態（深さ、濃度分布）を精度良くで
き、イオン交換領域と非イオン交換領域の境界が明確
な、ファインピッチの偏光性回折格子を実現できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ等を利用し
た各種光学装置に使用され、偏光方向によって回折効率
が異なるようにイオン交換領域を光学結晶上に形成する
偏光性回折格子の作成方法に関するものである。
た各種光学装置に使用され、偏光方向によって回折効率
が異なるようにイオン交換領域を光学結晶上に形成する
偏光性回折格子の作成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図３（ａ）、（ｂ）は代表的光学結晶で
あるニオブ酸リチウムを用い、常光光線成分において、
πの位相変化が発生する偏光性回折格子の断面を示して
いる。図３（ａ）はその作成過程を示しており、ニオブ
酸リチウム結晶板１に、周期を有するマスクレジスト７
を形成する。そしてこのニオブ酸リチウム結晶板１を安
息香酸溶液２に浸し、図（ｂ）に示す所定の深さＬ1ま
で、所定の濃度のイオン交換領域３（リチウムイオンと
水素イオンを置換した領域）を形成する。
あるニオブ酸リチウムを用い、常光光線成分において、
πの位相変化が発生する偏光性回折格子の断面を示して
いる。図３（ａ）はその作成過程を示しており、ニオブ
酸リチウム結晶板１に、周期を有するマスクレジスト７
を形成する。そしてこのニオブ酸リチウム結晶板１を安
息香酸溶液２に浸し、図（ｂ）に示す所定の深さＬ1ま
で、所定の濃度のイオン交換領域３（リチウムイオンと
水素イオンを置換した領域）を形成する。
【０００３】これにより常光光線成分に対するニオブ酸
リチウム結晶板１の屈折率Ｎoは、イオン交換部分で△
Ｎo、また異常光光線成分に対するニオブ酸リチウム結
晶板１の屈折率Ｎeもイオン交換部分で△Ｎe変化する。
リチウム結晶板１の屈折率Ｎoは、イオン交換部分で△
Ｎo、また異常光光線成分に対するニオブ酸リチウム結
晶板１の屈折率Ｎeもイオン交換部分で△Ｎe変化する。
【０００４】次いでエッチングを行い、イオン交換領域
３に所定深さＬ2の溝を形成し、マスクレジスト７を除
去すると、図３（ｂ）の偏光性回折格子が形成される。
この際、イオン交換領域３を透過した光学的経路１４
と、他を透過する光学的経路１５との光学的経路長差
が、常光光線成分の位相差φoでπ、異常光光線成分の
位相差φeで０となるようにイオン交換領域の深さＬ1と
エッチング深さＬ2を以下の（数１）及び（数２）で表
される各位相差が上記の条件を満たすようにする。
３に所定深さＬ2の溝を形成し、マスクレジスト７を除
去すると、図３（ｂ）の偏光性回折格子が形成される。
この際、イオン交換領域３を透過した光学的経路１４
と、他を透過する光学的経路１５との光学的経路長差
が、常光光線成分の位相差φoでπ、異常光光線成分の
位相差φeで０となるようにイオン交換領域の深さＬ1と
エッチング深さＬ2を以下の（数１）及び（数２）で表
される各位相差が上記の条件を満たすようにする。
【０００５】
【数１】
【０００６】
【数２】
【０００７】ここで、１０は入射光、１１は０次回折
光、１２は１次回折光、１３は−１次回折光を示す。図
３（ｂ）の構造の回折格子に入射光１０が入射すると異
常光光線成分に関しては、光学的経路１４と光学的経路
１５で位相変化は発生せず、回折格子としては働かな
い。従って、入射光１０は０次回折光１１としてニオブ
酸リチウム結晶板１を直進通過する。一方入射光のうち
常光光線成分は、光学的経路１４と光学的経路１５でπ
の位相変化が発生するため、常光光線成分は光学的回折
格子に入射したことになり、１次回折光１２、及び−１
次回折光１３となってニオブ酸リチウム結晶板１から出
射する。
光、１２は１次回折光、１３は−１次回折光を示す。図
３（ｂ）の構造の回折格子に入射光１０が入射すると異
常光光線成分に関しては、光学的経路１４と光学的経路
１５で位相変化は発生せず、回折格子としては働かな
い。従って、入射光１０は０次回折光１１としてニオブ
酸リチウム結晶板１を直進通過する。一方入射光のうち
常光光線成分は、光学的経路１４と光学的経路１５でπ
の位相変化が発生するため、常光光線成分は光学的回折
格子に入射したことになり、１次回折光１２、及び−１
次回折光１３となってニオブ酸リチウム結晶板１から出
射する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】このような偏光性回折
格子を用いた各種光学装置においては、光学装置及び構
成部品を小型化するために、より大きな回折角を有する
偏光性回折格子を実現することが求められている。例え
ば分割された受光素子上に、偏光性回折格子を用いて、
光を各々に分割し導く場合に、より大きな回折角を実現
することにより、偏光性回折格子と受光素子間の距離を
小さくすることが出来る。これにより、光学装置全体を
小さくする、あるいは、偏光性回折格子と受光素子を一
体で形成することが出来る等のメリットが生じる。
格子を用いた各種光学装置においては、光学装置及び構
成部品を小型化するために、より大きな回折角を有する
偏光性回折格子を実現することが求められている。例え
ば分割された受光素子上に、偏光性回折格子を用いて、
光を各々に分割し導く場合に、より大きな回折角を実現
することにより、偏光性回折格子と受光素子間の距離を
小さくすることが出来る。これにより、光学装置全体を
小さくする、あるいは、偏光性回折格子と受光素子を一
体で形成することが出来る等のメリットが生じる。
【０００９】この回折角度を大きくすることは、偏光性
回折格子のピッチを小さくすることで達成される。しか
し、従来の偏光性回折格子の作成方法では、所望の形状
を得るためにマスクレジストを形成した後、安息香酸等
を用いた浸漬処理によりイオン交換を行っており、浸漬
処理は等方的な浸透となるため、図３（ａ）に示すよう
にマスクレジスト７の裏側にも浸透してイオン交換が発
生する。このためイオン交換領域３と非イオン交換領域
の境界が不鮮明となる。
回折格子のピッチを小さくすることで達成される。しか
し、従来の偏光性回折格子の作成方法では、所望の形状
を得るためにマスクレジストを形成した後、安息香酸等
を用いた浸漬処理によりイオン交換を行っており、浸漬
処理は等方的な浸透となるため、図３（ａ）に示すよう
にマスクレジスト７の裏側にも浸透してイオン交換が発
生する。このためイオン交換領域３と非イオン交換領域
の境界が不鮮明となる。
【００１０】偏光性回折格子に所望される形状寸法が、
不鮮明となる境界領域に比して十分に大きい場合には問
題とならない。しかし、偏光性回折格子に所望される形
状寸法が不鮮明となる境界領域幅と同程度となるピッチ
の小さな場合では、光学的性能の低下が問題となり、実
用的なピッチの小さい偏光性回折格子を作成することは
難しかった。
不鮮明となる境界領域に比して十分に大きい場合には問
題とならない。しかし、偏光性回折格子に所望される形
状寸法が不鮮明となる境界領域幅と同程度となるピッチ
の小さな場合では、光学的性能の低下が問題となり、実
用的なピッチの小さい偏光性回折格子を作成することは
難しかった。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の偏光性回折格子の作成方法では、まず、イ
オン交換領域を光学結晶板の一表面全面に形成する。こ
の手法として、浸漬処理もしくは、イオン注入法を用い
る。この際に、光学的経路長を調整するための膜をイオ
ン交換領域上に成膜しても良い。
に、本発明の偏光性回折格子の作成方法では、まず、イ
オン交換領域を光学結晶板の一表面全面に形成する。こ
の手法として、浸漬処理もしくは、イオン注入法を用い
る。この際に、光学的経路長を調整するための膜をイオ
ン交換領域上に成膜しても良い。
【００１２】その後、イオン交換を行った面にファイン
ピッチの周期を有するマスクレジストを形成し、イオン
交換層より深くエッチングを行う。この際エッチング
は、イオン交換領域を透過する光学的経路長と非イオン
交換領域を透過する光学的経路長の差が、常光光線成分
では、用いる単色光の半波長の奇数倍、かつ、異常光光
線成分では、用いる単色光の波長の整数倍となる、ある
いは、常光光線成分では、用いる単色光の波長の整数
倍、かつ、異常光光線成分では、用いる単色光の半波長
の奇数倍となるように、イオン交換層、及びエッチング
の深さを決定する。これにより、イオン交換層の均一性
を良好かつ、イオン交換領域と非イオン交換領域の境界
を明確とすることができ、ピッチの小さな高機能な偏光
性回折素子を形成することが可能である。
ピッチの周期を有するマスクレジストを形成し、イオン
交換層より深くエッチングを行う。この際エッチング
は、イオン交換領域を透過する光学的経路長と非イオン
交換領域を透過する光学的経路長の差が、常光光線成分
では、用いる単色光の半波長の奇数倍、かつ、異常光光
線成分では、用いる単色光の波長の整数倍となる、ある
いは、常光光線成分では、用いる単色光の波長の整数
倍、かつ、異常光光線成分では、用いる単色光の半波長
の奇数倍となるように、イオン交換層、及びエッチング
の深さを決定する。これにより、イオン交換層の均一性
を良好かつ、イオン交換領域と非イオン交換領域の境界
を明確とすることができ、ピッチの小さな高機能な偏光
性回折素子を形成することが可能である。
【００１３】更に、エッチング後の溝に、光学的経路長
を調整するための膜を、また回折格子の上に保護膜また
は反射防止膜を形成する事により、偏光性回折格子を実
現することも可能である。
を調整するための膜を、また回折格子の上に保護膜また
は反射防止膜を形成する事により、偏光性回折格子を実
現することも可能である。
【００１４】ただし、これら成膜される膜の光学的特性
を加味した光学設計を行う必要がある。すなわち、イオ
ン交換領域を透過する光学的経路長と非イオン交換領域
を透過する光学的経路長の差が、常光光線成分では、用
いる単色光の半波長の奇数倍、かつ、異常光光線成分で
は、用いる単色光の波長の整数倍となる、あるいは、常
光光線成分では、用いる単色光の波長の整数倍、かつ、
異常光光線成分では、用いる単色光の半波長の奇数倍と
なるように、イオン交換領域深さ、及びエッチング深
さ、膜厚を決定する必要がある。
を加味した光学設計を行う必要がある。すなわち、イオ
ン交換領域を透過する光学的経路長と非イオン交換領域
を透過する光学的経路長の差が、常光光線成分では、用
いる単色光の半波長の奇数倍、かつ、異常光光線成分で
は、用いる単色光の波長の整数倍となる、あるいは、常
光光線成分では、用いる単色光の波長の整数倍、かつ、
異常光光線成分では、用いる単色光の半波長の奇数倍と
なるように、イオン交換領域深さ、及びエッチング深
さ、膜厚を決定する必要がある。
【００１５】また、上記エッチング、成膜工程におい
て、イオン交換領域が拡散しにくい温度に、光学結晶板
を制御することにより、イオン交換領域の拡散を抑え、
イオン交換領域と非イオン交換領域の境界をより明確と
することが出来、ピッチの小さな高機能な偏光性回折素
子を形成することが可能である。
て、イオン交換領域が拡散しにくい温度に、光学結晶板
を制御することにより、イオン交換領域の拡散を抑え、
イオン交換領域と非イオン交換領域の境界をより明確と
することが出来、ピッチの小さな高機能な偏光性回折素
子を形成することが可能である。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、光学結晶板に形成したイオン交換領域を透過する光
経路と、前記光学結晶板の非イオン交換領域を透過する
光経路との間で、異常光光線成分もしくは常光光線成分
の一方が位相変化を発生する偏光性回折格子の作成方法
において、前記光学結晶板の一表面に均一な深さのイオ
ン交換領域を形成し、所望の回折格子のパターンを有す
るマスクレジストを用いて、イオン交換領域を透過する
光学的経路長と、非イオン交換領域を透過する光学的経
路長との差が、常光光線成分では、用いる単色光の半波
長の奇数倍、かつ、異常光光線成分では、用いる単色光
の波長の整数倍となる、あるいは、常光光線成分では、
用いる単色光の波長の整数倍、かつ、異常光光線成分で
は、用いる単色光の半波長の奇数倍となるように、前記
イオン交換領域より深くエッチングして凹部を形成した
ことを特徴とするものである。
は、光学結晶板に形成したイオン交換領域を透過する光
経路と、前記光学結晶板の非イオン交換領域を透過する
光経路との間で、異常光光線成分もしくは常光光線成分
の一方が位相変化を発生する偏光性回折格子の作成方法
において、前記光学結晶板の一表面に均一な深さのイオ
ン交換領域を形成し、所望の回折格子のパターンを有す
るマスクレジストを用いて、イオン交換領域を透過する
光学的経路長と、非イオン交換領域を透過する光学的経
路長との差が、常光光線成分では、用いる単色光の半波
長の奇数倍、かつ、異常光光線成分では、用いる単色光
の波長の整数倍となる、あるいは、常光光線成分では、
用いる単色光の波長の整数倍、かつ、異常光光線成分で
は、用いる単色光の半波長の奇数倍となるように、前記
イオン交換領域より深くエッチングして凹部を形成した
ことを特徴とするものである。
【００１７】これにより、イオン交換層の均一性を良好
とし、かつイオン交換領域と非イオン交換領域の境界を
明確とすることで、ファインピッチで、高機能な偏光性
回折格子を形成することが可能となる。
とし、かつイオン交換領域と非イオン交換領域の境界を
明確とすることで、ファインピッチで、高機能な偏光性
回折格子を形成することが可能となる。
【００１８】請求項２に記載の発明は、請求項１のエッ
チング部分に、光学的経路長を調整するための膜を形成
することにより、位相変化の調整を可能とすることを特
徴とするものであり、これにより、イオン交換層、また
はエッチング深さ、あるいはその両方を浅くすることが
でき、生産性の良い偏光性回折格子を提供することが出
来る。
チング部分に、光学的経路長を調整するための膜を形成
することにより、位相変化の調整を可能とすることを特
徴とするものであり、これにより、イオン交換層、また
はエッチング深さ、あるいはその両方を浅くすることが
でき、生産性の良い偏光性回折格子を提供することが出
来る。
【００１９】請求項３に記載の発明は、請求項１または
２において、イオン交換領域上に光学的経路長を調整す
るための膜を形成することにより、位相変化の調整を可
能とすることを特徴とするものであり、これにより、イ
オン交換層、及びエッチング深さ、あるいはその両方を
浅くすることが出来、生産性の良い光学素子を提供する
ことが出来る。
２において、イオン交換領域上に光学的経路長を調整す
るための膜を形成することにより、位相変化の調整を可
能とすることを特徴とするものであり、これにより、イ
オン交換層、及びエッチング深さ、あるいはその両方を
浅くすることが出来、生産性の良い光学素子を提供する
ことが出来る。
【００２０】請求項４に記載の発明は、請求項１〜３に
記載の作成方法において、イオン交換領域形成後の工程
で、光学結晶板の温度を制御することを特徴とするもの
であり、温度を制御することにより、イオン交換領域の
拡散を抑え、イオン交換領域と非イオン交換領域の境界
を、請求項１〜３より明確とすることで、よりファイン
ピッチで、高機能な偏光性回折格子を形成することが可
能となる。
記載の作成方法において、イオン交換領域形成後の工程
で、光学結晶板の温度を制御することを特徴とするもの
であり、温度を制御することにより、イオン交換領域の
拡散を抑え、イオン交換領域と非イオン交換領域の境界
を、請求項１〜３より明確とすることで、よりファイン
ピッチで、高機能な偏光性回折格子を形成することが可
能となる。
【００２１】請求項５に記載の発明は、請求項１〜４に
記載の作成方法において、偏光性回折格子の表面に、保
護膜または反射防止膜を形成することを特徴とするもの
であり、これにより偏光性回折格子を保護したり、光学
特性を向上させたりすることができる。
記載の作成方法において、偏光性回折格子の表面に、保
護膜または反射防止膜を形成することを特徴とするもの
であり、これにより偏光性回折格子を保護したり、光学
特性を向上させたりすることができる。
【００２２】請求項６に記載の発明は、光学結晶板とし
てニオブ酸リチウムを用いることを特徴とするものであ
り、これは光学結晶の安定性、光学特性、特に非線形光
学特性が比較的大きい等の特性を持つ、あるいは汎用的
な材質であるため、目的の光学特性、あるいは低価格な
素子を得られ易いものである。
てニオブ酸リチウムを用いることを特徴とするものであ
り、これは光学結晶の安定性、光学特性、特に非線形光
学特性が比較的大きい等の特性を持つ、あるいは汎用的
な材質であるため、目的の光学特性、あるいは低価格な
素子を得られ易いものである。
【００２３】（実施の形態１）本発明の実施の形態につ
いて図面を参照して詳細に説明する。ただし、本実施の
形態では、従来例と同様に、光学結晶基板としてニオブ
酸リチウムを用い常光光線成分にπの奇数倍の位相差を
発生させる例で示す。
いて図面を参照して詳細に説明する。ただし、本実施の
形態では、従来例と同様に、光学結晶基板としてニオブ
酸リチウムを用い常光光線成分にπの奇数倍の位相差を
発生させる例で示す。
【００２４】図１は本発明の一実施の形態において、偏
光性回折格子の作成方法を段階的に示したものであっ
て、１はニオブ酸リチウム結晶板、２は安息香酸溶液、
３はイオン交換領域、４はフォトレジスト膜、５はマス
ク、６はフォトレジストを露光するための光、７はマス
クレジスト、８は膜である。
光性回折格子の作成方法を段階的に示したものであっ
て、１はニオブ酸リチウム結晶板、２は安息香酸溶液、
３はイオン交換領域、４はフォトレジスト膜、５はマス
ク、６はフォトレジストを露光するための光、７はマス
クレジスト、８は膜である。
【００２５】まず図１（ａ）において、偏光性回折格子
を形成しようとするニオブ酸リチウム結晶板１を安息香
酸溶液２中に浸し、その片面全体に所望の深さまで均一
な厚みのイオン交換領域３を形成する。
を形成しようとするニオブ酸リチウム結晶板１を安息香
酸溶液２中に浸し、その片面全体に所望の深さまで均一
な厚みのイオン交換領域３を形成する。
【００２６】また、本実施の形態では、イオン交換に安
息香酸溶液を用いた浸漬処理としたが、他のピロ燐酸等
の浸漬溶液もしくは、イオン注入によるイオン交換でも
良い。なおイオン注入の際には、結晶板温度は所定の温
度に制御することで、イオンの深さ方向の均一な拡散を
促すようにする。ニオブ酸リチウム結晶板の場合は、１
５０℃以上の温度に維持して行うとよい。
息香酸溶液を用いた浸漬処理としたが、他のピロ燐酸等
の浸漬溶液もしくは、イオン注入によるイオン交換でも
良い。なおイオン注入の際には、結晶板温度は所定の温
度に制御することで、イオンの深さ方向の均一な拡散を
促すようにする。ニオブ酸リチウム結晶板の場合は、１
５０℃以上の温度に維持して行うとよい。
【００２７】次に図１（ｂ）において、フォトレジスト
膜４をニオブ酸リチウム結晶板１のイオン交換を行った
面に塗布し、フォトレジスト膜４を露光するための光６
とマスク５を用いて、フォトレジスト膜４を所望の周期
的パターンで露光する。
膜４をニオブ酸リチウム結晶板１のイオン交換を行った
面に塗布し、フォトレジスト膜４を露光するための光６
とマスク５を用いて、フォトレジスト膜４を所望の周期
的パターンで露光する。
【００２８】そして、図１（ｃ）において、フォトレジ
スト膜４を現像し、マスクレジスト７を形成する。図１
（ｄ）において、エッチングを行い、偏光性回折格子の
周期的パターンのイオン交換領域３を形成する。この
際、イオン交換領域３の深さＬ３より深くエッチングを
行う。マスクレジスト７は、エッチングに対してもマス
ク効果があるため、ニオブ酸リチウム結晶板１の表面に
凹凸格子を形成することができ、エッチング終了後、マ
スクレジスト７を除去することにより、図１（ｅ）の偏
光性回折格子が形成される。
スト膜４を現像し、マスクレジスト７を形成する。図１
（ｄ）において、エッチングを行い、偏光性回折格子の
周期的パターンのイオン交換領域３を形成する。この
際、イオン交換領域３の深さＬ３より深くエッチングを
行う。マスクレジスト７は、エッチングに対してもマス
ク効果があるため、ニオブ酸リチウム結晶板１の表面に
凹凸格子を形成することができ、エッチング終了後、マ
スクレジスト７を除去することにより、図１（ｅ）の偏
光性回折格子が形成される。
【００２９】ここでイオン交換領域の深さＬ3、及びエ
ッチング深さＬ4は、凸部のイオン交換領域３を透過す
る光学的経路長と、非イオン交換領域を透過する光学的
経路長との差から生じる位相差が、常光光線成分の位相
差φoでπの奇数倍かつ、異常光光線成分の位相差φeで
２πの整数倍となるように決定し、各位相差は以下の
（数３）及び（数４）で表される。
ッチング深さＬ4は、凸部のイオン交換領域３を透過す
る光学的経路長と、非イオン交換領域を透過する光学的
経路長との差から生じる位相差が、常光光線成分の位相
差φoでπの奇数倍かつ、異常光光線成分の位相差φeで
２πの整数倍となるように決定し、各位相差は以下の
（数３）及び（数４）で表される。
【００３０】
【数３】
【００３１】
【数４】
【００３２】さらに、図１（ｆ）に示すように、ニオブ
酸リチウム結晶板１表面の凹凸格子を、光学的経路長を
調整するための膜、例えばＮｂ2Ｏ3、あるいは反射防止
膜、たとえばＭｇＦ2膜、または保護膜たとえばＳｉＯ
等の膜、もしくはこれらを併用した多層積層膜により被
覆し平坦化することも可能である。しかしこのとき、平
坦化に用いる素材の屈折率を考慮して、平坦化後の光学
特性が所望のものになるように、予めエッチング深さ、
イオン交換領域の深さを調整する必要がある。
酸リチウム結晶板１表面の凹凸格子を、光学的経路長を
調整するための膜、例えばＮｂ2Ｏ3、あるいは反射防止
膜、たとえばＭｇＦ2膜、または保護膜たとえばＳｉＯ
等の膜、もしくはこれらを併用した多層積層膜により被
覆し平坦化することも可能である。しかしこのとき、平
坦化に用いる素材の屈折率を考慮して、平坦化後の光学
特性が所望のものになるように、予めエッチング深さ、
イオン交換領域の深さを調整する必要がある。
【００３３】以下計算例として膜８を付けた場合の条件
を示す。膜８の常光光線成分及び異常光光線成分に対す
る屈折率をそれぞれＮoc1、Ｎec1とすると、凸部のイオ
ン交換領域３を透過する光学的経路長とエッチングで形
成する凹部底面を透過する光学的経路長の差から生じる
常光光線、及び異常光光線それぞれの位相差φo、φ
eが、常光光線成分では、用いる単色光の半波長の奇数
倍、かつ、異常光光線成分では、用いる単色光の波長の
整数倍となるようにイオン交換領域の深さＬ3、エッチ
ング深さＬ4を決定する。各位相差は以下の（数５）及
び（数６）で表すことができる。
を示す。膜８の常光光線成分及び異常光光線成分に対す
る屈折率をそれぞれＮoc1、Ｎec1とすると、凸部のイオ
ン交換領域３を透過する光学的経路長とエッチングで形
成する凹部底面を透過する光学的経路長の差から生じる
常光光線、及び異常光光線それぞれの位相差φo、φ
eが、常光光線成分では、用いる単色光の半波長の奇数
倍、かつ、異常光光線成分では、用いる単色光の波長の
整数倍となるようにイオン交換領域の深さＬ3、エッチ
ング深さＬ4を決定する。各位相差は以下の（数５）及
び（数６）で表すことができる。
【００３４】
【数５】
【００３５】
【数６】
【００３６】そして、最終的な表面平坦化として、成膜
後に研磨する工程を加えても良い。また、イオン交換領
域形成後の工程（エッチング、膜形成）において、ニオ
ブ酸リチウム結晶板１を所定の温度１５０℃以下に制御
することで、水素イオンの拡散を抑制し、イオン交換領
域と非イオン交換領域の境界をより明確にすることが出
来る。
後に研磨する工程を加えても良い。また、イオン交換領
域形成後の工程（エッチング、膜形成）において、ニオ
ブ酸リチウム結晶板１を所定の温度１５０℃以下に制御
することで、水素イオンの拡散を抑制し、イオン交換領
域と非イオン交換領域の境界をより明確にすることが出
来る。
【００３７】（実施の形態２）図２は本発明の他の実施
の形態において、偏光性回折格子の作成方法を段階的に
示したものであって、１はニオブ酸リチウム結晶板、３
はイオン交換領域、４はフォトレジスト膜、５はマス
ク、６はフォトレジストを露光するための光、７はマス
クレジスト、８，９は膜である。本実施の形態では、実
施の形態１と同様に光学結晶板としてニオブ酸リチウム
を用い、常光光線成分にπの奇数倍の位相差を発生させ
る例で示す。
の形態において、偏光性回折格子の作成方法を段階的に
示したものであって、１はニオブ酸リチウム結晶板、３
はイオン交換領域、４はフォトレジスト膜、５はマス
ク、６はフォトレジストを露光するための光、７はマス
クレジスト、８，９は膜である。本実施の形態では、実
施の形態１と同様に光学結晶板としてニオブ酸リチウム
を用い、常光光線成分にπの奇数倍の位相差を発生させ
る例で示す。
【００３８】まず図２（ａ）において、偏光性回折格子
を形成しようとするニオブ酸リチウム結晶板１を安息香
酸溶液中に浸し、片面にイオン交換領域３を形成する。
本実施の形態では、イオン交換に安息香酸溶液を用いた
浸漬処理としたが、他のピロ燐酸等の浸漬溶液もしく
は、イオン注入によるイオン交換でも良い。なおイオン
注入の際には、結晶板温度は所定の温度に制御すること
で、イオンの深さ方向の均一な拡散を促すようにする。
ニオブ酸リチウム結晶板の場合は、１５０℃以上の温度
に維持して行うとよい。
を形成しようとするニオブ酸リチウム結晶板１を安息香
酸溶液中に浸し、片面にイオン交換領域３を形成する。
本実施の形態では、イオン交換に安息香酸溶液を用いた
浸漬処理としたが、他のピロ燐酸等の浸漬溶液もしく
は、イオン注入によるイオン交換でも良い。なおイオン
注入の際には、結晶板温度は所定の温度に制御すること
で、イオンの深さ方向の均一な拡散を促すようにする。
ニオブ酸リチウム結晶板の場合は、１５０℃以上の温度
に維持して行うとよい。
【００３９】次に図２（ｂ）において、光学的経路長を
調整するための膜９を成膜する。光学的経路長を調整す
るための膜としては、例えばＮｂ2Ｏ3等が用いられる。
膜９を成膜することで、イオン交換領域３を透過する光
は膜９も透過することとなり、その膜厚を調整すること
でイオン交換領域３を透過する光学的経路長を調整する
ことが可能となる。
調整するための膜９を成膜する。光学的経路長を調整す
るための膜としては、例えばＮｂ2Ｏ3等が用いられる。
膜９を成膜することで、イオン交換領域３を透過する光
は膜９も透過することとなり、その膜厚を調整すること
でイオン交換領域３を透過する光学的経路長を調整する
ことが可能となる。
【００４０】次に図２（ｃ）において、フォトレジスト
膜４を膜９上に塗布し、フォトレジスト膜４を露光する
ための光６とマスク５を用いて、フォトレジスト膜４を
所望の周期的パターンで露光する。図２（ｄ）におい
て、フォトレジスト膜４を現像し、マスクレジスト７を
形成する。
膜４を膜９上に塗布し、フォトレジスト膜４を露光する
ための光６とマスク５を用いて、フォトレジスト膜４を
所望の周期的パターンで露光する。図２（ｄ）におい
て、フォトレジスト膜４を現像し、マスクレジスト７を
形成する。
【００４１】次に図２（ｅ）において、エッチングを行
い、偏光性回折格子の周期的パターンのイオン交換領域
３を形成する。この際、イオン交換領域３の深さＬ3よ
り深くエッチングを行う。マスクレジスト７は、エッチ
ングに対してもマスク効果があるため、ニオブ酸リチウ
ム結晶板１の表面に凹凸格子を形成することができ、エ
ッチング終了後、マスクレジスト７を除去することによ
り、図２（ｆ）の偏光性回折格子が形成される。
い、偏光性回折格子の周期的パターンのイオン交換領域
３を形成する。この際、イオン交換領域３の深さＬ3よ
り深くエッチングを行う。マスクレジスト７は、エッチ
ングに対してもマスク効果があるため、ニオブ酸リチウ
ム結晶板１の表面に凹凸格子を形成することができ、エ
ッチング終了後、マスクレジスト７を除去することによ
り、図２（ｆ）の偏光性回折格子が形成される。
【００４２】ここでイオン交換層の深さＬ3、膜９の厚
さＬ5、及びイオン交換層からのエッチングの深さＬ
4は、膜９の常光光線成分及び異常光光線成分に対する
屈折率をそれぞれＮoc2、Ｎec2とすると、凸部のイオン
交換領域３を透過する光学的経路長と、非イオン交換領
域を透過する光学的経路長との差から生じる位相差が、
異常光光線成分の位相差φeで２πの整数倍、かつ常光
光線成分の位相差φoでπの奇数倍となるように決定
し、各位相差は以下の（数７）及び（数８）で表され
る。ここで膜９の膜厚を調整することで、エッチング深
さ、あるいはイオン交換層の深さ、あるいはその両方を
小さくすることが可能である。
さＬ5、及びイオン交換層からのエッチングの深さＬ
4は、膜９の常光光線成分及び異常光光線成分に対する
屈折率をそれぞれＮoc2、Ｎec2とすると、凸部のイオン
交換領域３を透過する光学的経路長と、非イオン交換領
域を透過する光学的経路長との差から生じる位相差が、
異常光光線成分の位相差φeで２πの整数倍、かつ常光
光線成分の位相差φoでπの奇数倍となるように決定
し、各位相差は以下の（数７）及び（数８）で表され
る。ここで膜９の膜厚を調整することで、エッチング深
さ、あるいはイオン交換層の深さ、あるいはその両方を
小さくすることが可能である。
【００４３】
【数７】
【００４４】
【数８】
【００４５】更に、図２（ｇ）で示した様に、ニオブ酸
リチウム結晶板１表面に反射防止膜、保護膜もしくはこ
れらを併用した膜により被覆することで平坦化すること
も可能である。ただし、この場合は、平坦化に用いる素
材の屈折率を考慮して、平坦化後の光学特性が所望のも
のとなるように、予めエッチング深さ、イオン交換領域
３の深さ、膜９の厚さを算出しておく必要がある。
リチウム結晶板１表面に反射防止膜、保護膜もしくはこ
れらを併用した膜により被覆することで平坦化すること
も可能である。ただし、この場合は、平坦化に用いる素
材の屈折率を考慮して、平坦化後の光学特性が所望のも
のとなるように、予めエッチング深さ、イオン交換領域
３の深さ、膜９の厚さを算出しておく必要がある。
【００４６】以下計算例として膜８を付けた場合の条件
を示す。膜８の常光光線成分及び異常光光線成分に対す
る屈折率を、それぞれＮoc1、Ｎec1とすると、凸部のイ
オン交換領域３を透過する光学的経路長と、非イオン交
換領域を透過する光学的経路長との差から生じる位相差
が、異常光光線成分の位相差φeで２πの整数倍、か
つ、常光光線成分の位相差φoでπの奇数倍となるよう
に決定し、各位相差は以下の（数９）及び（数１０）で
表わされる。
を示す。膜８の常光光線成分及び異常光光線成分に対す
る屈折率を、それぞれＮoc1、Ｎec1とすると、凸部のイ
オン交換領域３を透過する光学的経路長と、非イオン交
換領域を透過する光学的経路長との差から生じる位相差
が、異常光光線成分の位相差φeで２πの整数倍、か
つ、常光光線成分の位相差φoでπの奇数倍となるよう
に決定し、各位相差は以下の（数９）及び（数１０）で
表わされる。
【００４７】
【数９】
【００４８】
【数１０】
【００４９】更に、最終的な表面の平坦化として、成膜
後に研磨する工程を加えても良い。また、イオン交換領
域形成後の工程（エッチング、膜形成）において、ニオ
ブ酸リチウム結晶板１を所定の温度１５０℃以下に制御
することで、水素イオンの拡散を抑制し、イオン交換領
域と非イオン交換領域の境界をより明確にすることが出
来る。
後に研磨する工程を加えても良い。また、イオン交換領
域形成後の工程（エッチング、膜形成）において、ニオ
ブ酸リチウム結晶板１を所定の温度１５０℃以下に制御
することで、水素イオンの拡散を抑制し、イオン交換領
域と非イオン交換領域の境界をより明確にすることが出
来る。
【００５０】本発明の以上の実施形態では、結晶板とし
てニオブ酸リチウムを用いて示した。しかし他の好適な
光学結晶に対しても、上記の作成方法が適用可能である
ことは言うまでもない。また、実施の形態１，２では常
光光線成分の位相差がπの奇数倍となる例を示したが、
常光光線成分と異常光光線成分のどちらかの位相差がπ
の奇数倍、かつ、他の光線成分の位相差が２πの整数倍
となる条件を満たしても同様の偏光性回折格子が得られ
る。
てニオブ酸リチウムを用いて示した。しかし他の好適な
光学結晶に対しても、上記の作成方法が適用可能である
ことは言うまでもない。また、実施の形態１，２では常
光光線成分の位相差がπの奇数倍となる例を示したが、
常光光線成分と異常光光線成分のどちらかの位相差がπ
の奇数倍、かつ、他の光線成分の位相差が２πの整数倍
となる条件を満たしても同様の偏光性回折格子が得られ
る。
【００５１】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、イ
オン交換領域と非イオン交換領域の境界領域を明確と
し、イオン交換領域を精度よく、所定の形状に形成する
ことができ、ファインピッチで、高機能な偏光性回折格
子を形成できる。
オン交換領域と非イオン交換領域の境界領域を明確と
し、イオン交換領域を精度よく、所定の形状に形成する
ことができ、ファインピッチで、高機能な偏光性回折格
子を形成できる。
【図１】本発明の一実施の形態における偏光性回折格子
の作成方法を示す断面図
の作成方法を示す断面図
【図２】本発明の他の実施の形態における偏光性回折格
子の作成方法を示す断面図
子の作成方法を示す断面図
【図３】従来の回折格子型偏光素子の断面図
１ ニオブ酸リチウム結晶板 ２ 安息香酸溶液 ３ イオン交換領域 ４ フォトレジスト膜 ５ マスク ６ フォトレジストを露光するための光 ７ マスクレジスト ８，９ 膜 １０ 入射光 １１ ０次回折光 １２ １次回折光 １３ −１次回折光 １４，１５ 光学的経路
Claims (6)
- 【請求項１】光学結晶板に形成したイオン交換領域を透
過する光経路と、前記光学結晶板の非イオン交換領域を
透過する光経路との間で、異常光光線成分もしくは常光
光線成分の一方が、位相変化を発生する偏光性回折格子
の作成方法において、前記光学結晶板の一表面に均一な
深さのイオン交換領域を形成し、所望の回折格子のパタ
ーンを有するマスクレジストを用いて、イオン交換領域
を透過する光学的経路長と、非イオン交換領域を透過す
る光学的経路長との差が、常光光線成分では、用いる単
色光の半波長の奇数倍、かつ、異常光光線成分では、用
いる単色光の波長の整数倍となる、あるいは、常光光線
成分では、用いる単色光の波長の整数倍、かつ、異常光
光線成分では、用いる単色光の半波長の奇数倍となるよ
うに、前記イオン交換領域より深くエッチングして凹部
を形成したことを特徴とする偏光性回折格子の作成方
法。 - 【請求項２】エッチングにより形成された凹部分に、光
学的経路長を調整するための膜を形成することを特徴と
する請求項１記載の偏光性回折格子の作成方法。 - 【請求項３】イオン交換領域上に光学的経路長を調整す
るための膜を形成することを特徴とする請求項１または
２記載の偏光性回折格子の作成方法。 - 【請求項４】イオン交換領域形成後の工程で、光学結晶
板の温度を制御することを特徴とした請求項１〜３に記
載の偏光性回折格子の作成方法。 - 【請求項５】偏光性回折格子の表面に、保護膜または反
射防止膜を形成することを特徴とする請求項１〜４記載
の偏光性回折格子の作成方法。 - 【請求項６】光学結晶板として、ニオブ酸リチウムを用
いることを特徴とする請求項１〜５記載の偏光性回折格
子の作成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09564298A JP4164895B2 (ja) | 1998-04-08 | 1998-04-08 | 偏光性回折格子の作成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09564298A JP4164895B2 (ja) | 1998-04-08 | 1998-04-08 | 偏光性回折格子の作成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11295524A true JPH11295524A (ja) | 1999-10-29 |
| JP4164895B2 JP4164895B2 (ja) | 2008-10-15 |
Family
ID=14143173
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09564298A Expired - Fee Related JP4164895B2 (ja) | 1998-04-08 | 1998-04-08 | 偏光性回折格子の作成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4164895B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008044686A1 (en) * | 2006-10-10 | 2008-04-17 | Asahi Glass Co., Ltd. | Diffraction element and optical head device equipped therewith |
| JP2019531508A (ja) * | 2016-10-05 | 2019-10-31 | マジック リープ， インコーポレイテッドＭａｇｉｃ Ｌｅａｐ，Ｉｎｃ． | 不均一回折格子の加工 |
| JP2020507112A (ja) * | 2017-01-27 | 2020-03-05 | マジック リープ， インコーポレイテッドＭａｇｉｃ Ｌｅａｐ，Ｉｎｃ． | メタ表面のための反射防止コーティング |
| US11789198B2 (en) | 2015-11-06 | 2023-10-17 | Magic Leap, Inc. | Metasurfaces for redirecting light and methods for fabricating |
| US11796818B2 (en) | 2016-05-06 | 2023-10-24 | Magic Leap, Inc. | Metasurfaces with asymetric gratings for redirecting light and methods for fabricating |
| US12429636B2 (en) | 2017-01-27 | 2025-09-30 | Magic Leap, Inc. | Diffraction gratings formed by metasurfaces having differently oriented nanobeams |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4185483B2 (ja) | 2004-10-22 | 2008-11-26 | シャープ株式会社 | プラズマ処理装置 |
-
1998
- 1998-04-08 JP JP09564298A patent/JP4164895B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101523489B (zh) | 2006-10-10 | 2011-05-18 | 旭硝子株式会社 | 衍射元件和装有该衍射元件的光学头装置 |
| US8040778B2 (en) | 2006-10-10 | 2011-10-18 | Asahi Glass Company, Limited | Diffraction element and optical head device equipped therewith |
| JP5146317B2 (ja) * | 2006-10-10 | 2013-02-20 | 旭硝子株式会社 | 回折素子およびこれを備えた光ヘッド装置 |
| WO2008044686A1 (en) * | 2006-10-10 | 2008-04-17 | Asahi Glass Co., Ltd. | Diffraction element and optical head device equipped therewith |
| US11789198B2 (en) | 2015-11-06 | 2023-10-17 | Magic Leap, Inc. | Metasurfaces for redirecting light and methods for fabricating |
| US12248166B2 (en) | 2015-11-06 | 2025-03-11 | Magic Leap, Inc. | Metasurfaces for redirecting light and methods for fabricating |
| US11796818B2 (en) | 2016-05-06 | 2023-10-24 | Magic Leap, Inc. | Metasurfaces with asymetric gratings for redirecting light and methods for fabricating |
| US11609365B2 (en) | 2016-10-05 | 2023-03-21 | Magic Leap, Inc. | Fabricating non-uniform diffraction gratings |
| JP2019531508A (ja) * | 2016-10-05 | 2019-10-31 | マジック リープ， インコーポレイテッドＭａｇｉｃ Ｌｅａｐ，Ｉｎｃ． | 不均一回折格子の加工 |
| US11681153B2 (en) | 2017-01-27 | 2023-06-20 | Magic Leap, Inc. | Antireflection coatings for metasurfaces |
| JP2020507112A (ja) * | 2017-01-27 | 2020-03-05 | マジック リープ， インコーポレイテッドＭａｇｉｃ Ｌｅａｐ，Ｉｎｃ． | メタ表面のための反射防止コーティング |
| US12429636B2 (en) | 2017-01-27 | 2025-09-30 | Magic Leap, Inc. | Diffraction gratings formed by metasurfaces having differently oriented nanobeams |
| US12461380B2 (en) | 2017-01-27 | 2025-11-04 | Magic Leap, Inc. | Antireflection coatings for metasurfaces |
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|---|---|
| JP4164895B2 (ja) | 2008-10-15 |
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