JP3270814B2 - 回折型光学素子の製造方法 - Google Patents
回折型光学素子の製造方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は分光を行いつつ特定
の方向に選択的に光を回折するブレーズ付き或いは凸部
の断面形状が左右非対称の回折型光学素子の製造方法に
関する。
の方向に選択的に光を回折するブレーズ付き或いは凸部
の断面形状が左右非対称の回折型光学素子の製造方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】回折型の光学素子として回折格子やホロ
グラム或いはフォトニッククリスタル等の光学素子が知
られている。これらは光結合器、偏光器、分波器、波長
フィルタ、反射器、高効率導波路型ミラー、複屈折素
子、光散乱体或いはモード変換器等に組み込まれる。
グラム或いはフォトニッククリスタル等の光学素子が知
られている。これらは光結合器、偏光器、分波器、波長
フィルタ、反射器、高効率導波路型ミラー、複屈折素
子、光散乱体或いはモード変換器等に組み込まれる。
【０００３】回折格子等の回折型の光学素子は、基本的
な光学部品であり、光計測分野、光通信分野などで幅広
く使用されている。市販されている回折型の光学素子
は、スタンパ法や干渉露光法により作製される。
な光学部品であり、光計測分野、光通信分野などで幅広
く使用されている。市販されている回折型の光学素子
は、スタンパ法や干渉露光法により作製される。
【０００４】スタンパ法は、元になる型に有機系材料を
流し込み、それを基板上に転写する工程により、回折型
の光学素子を形成する。一方、干渉露光法では、基板上
に感光性を有する有機系材料を塗布し、塗布された感光
性有機材料の膜面と基板面の両側から光を入射させて、
干渉露光することで、回折格子の断面形状を制御した
り、膜面に２本の光を異なる角度で傾けて入射させる方
法が知られている（西原浩、春名正光、栖原敏明、共著
「光集積回路」オーム社、1985年、第７章）。尚、実際
の使用に際しては、素子表面に金属などの高反射材を蒸
着して使用する場合もある。
流し込み、それを基板上に転写する工程により、回折型
の光学素子を形成する。一方、干渉露光法では、基板上
に感光性を有する有機系材料を塗布し、塗布された感光
性有機材料の膜面と基板面の両側から光を入射させて、
干渉露光することで、回折格子の断面形状を制御した
り、膜面に２本の光を異なる角度で傾けて入射させる方
法が知られている（西原浩、春名正光、栖原敏明、共著
「光集積回路」オーム社、1985年、第７章）。尚、実際
の使用に際しては、素子表面に金属などの高反射材を蒸
着して使用する場合もある。
【０００５】また、ガラスは平坦性、加工精度、耐候
性、耐熱性などの特性に優れているので、光通信等に用
いる回折格子として、ガラス基板の表面に直接微細加工
を施したものが知られている。
性、耐熱性などの特性に優れているので、光通信等に用
いる回折格子として、ガラス基板の表面に直接微細加工
を施したものが知られている。
【０００６】そして、ガラス基材に直接微細加工を施す
方法としては、フッ酸等のエッチャントを用いたウェッ
トエッチング（化学エッチング）、或いはリアクティブ
イオンエッチング等のドライエッチング（物理エッチン
グ）による方法が知られている。
方法としては、フッ酸等のエッチャントを用いたウェッ
トエッチング（化学エッチング）、或いはリアクティブ
イオンエッチング等のドライエッチング（物理エッチン
グ）による方法が知られている。
【０００７】
【本発明が解決しようとする課題】ところで、例えば分
光を行いつつ特定の方向に選択的に光を回折するため
に、表面の凸部の断面形状を左右対称な正弦波形状から
左右非対称な曲線を連続した形状、左右非対称な台形を
連続した形状、鋸歯状またはブレーズ（斜面）付きの回
折格子が知られている。
光を行いつつ特定の方向に選択的に光を回折するため
に、表面の凸部の断面形状を左右対称な正弦波形状から
左右非対称な曲線を連続した形状、左右非対称な台形を
連続した形状、鋸歯状またはブレーズ（斜面）付きの回
折格子が知られている。
【０００８】この非対称断面形状の回折型光学素子を、
上記した従来法のうち、スタンパ法にて製造する場合に
は、パターン転写工程や焼成工程など、精密な位置精度
が要求される工程や時間のかかる工程が含まれ、また微
細な形状を制御し得る程度までマスタの加工精度を高め
るのは難しい。また、干渉露光法による場合には、薄膜
が有機高分子からなるため、耐候性、耐熱性に劣る。
上記した従来法のうち、スタンパ法にて製造する場合に
は、パターン転写工程や焼成工程など、精密な位置精度
が要求される工程や時間のかかる工程が含まれ、また微
細な形状を制御し得る程度までマスタの加工精度を高め
るのは難しい。また、干渉露光法による場合には、薄膜
が有機高分子からなるため、耐候性、耐熱性に劣る。
【０００９】また、リアクテブ・イオンエッチング法や
溶液中での化学的なエッチングによる場合には、マスク
を作成するためのリソグラフィー工程が含まれるが、そ
の過程に、有機物塗布、乾燥、露光、ベーキング、現
像、などの多くの工程が含まれている。そして、回折格
子の断面形状を変えるためには、露光過程とエッチング
工程等を数回繰り返し、マスク形状を徐々に変えてゆく
ことでステップ状の断面を有する回折格子を得ることに
なり、多くの工程が必要となる。
溶液中での化学的なエッチングによる場合には、マスク
を作成するためのリソグラフィー工程が含まれるが、そ
の過程に、有機物塗布、乾燥、露光、ベーキング、現
像、などの多くの工程が含まれている。そして、回折格
子の断面形状を変えるためには、露光過程とエッチング
工程等を数回繰り返し、マスク形状を徐々に変えてゆく
ことでステップ状の断面を有する回折格子を得ることに
なり、多くの工程が必要となる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明に係る回折型光学素子の製造方法は、表面に形成
される連続する複数の凸部の断面形状が、左右非対称な
曲線形状、左右非対称な台形形状、鋸歯状またはブレー
ズ付き形状の回折型光学素子を製造することを目的と
し、具体的には、複数本のレーザ光の干渉による干渉縞
の強度分布を利用して基材を蒸発あるいはアブレーショ
ンさせてレーザ光の強度に応じて基材表面を除去するに
あたり、干渉縞を形成する複数のレーザ光の平均光軸と
直交する面に対して基材表面を傾斜させるようにした。
本発明に係る回折型光学素子の製造方法は、表面に形成
される連続する複数の凸部の断面形状が、左右非対称な
曲線形状、左右非対称な台形形状、鋸歯状またはブレー
ズ付き形状の回折型光学素子を製造することを目的と
し、具体的には、複数本のレーザ光の干渉による干渉縞
の強度分布を利用して基材を蒸発あるいはアブレーショ
ンさせてレーザ光の強度に応じて基材表面を除去するに
あたり、干渉縞を形成する複数のレーザ光の平均光軸と
直交する面に対して基材表面を傾斜させるようにした。
【００１１】ここで平均光軸とは、複数のレーザ光線の
各レーザ光軸について、複数のレーザ光線が交差する点
（干渉縞が形成される点）からレーザ光源の方向に向か
ってそれぞれ距離が等しくなる点をとり、これら点の重
心位置と前記複数のレーザ光線の交点とを通る線をい
う。例えば、レーザ光が２本の場合には、２本のレーザ
光の光軸が形成する角度の２等分線が平均光軸となる。
各レーザ光軸について、複数のレーザ光線が交差する点
（干渉縞が形成される点）からレーザ光源の方向に向か
ってそれぞれ距離が等しくなる点をとり、これら点の重
心位置と前記複数のレーザ光線の交点とを通る線をい
う。例えば、レーザ光が２本の場合には、２本のレーザ
光の光軸が形成する角度の２等分線が平均光軸となる。
【００１２】前記基材としては、ガラス基材が考えら
れ、基材をガラス基材とした場合には、当該ガラス基材
の加工される面に、Ａg原子、ＡgコロイドまたはＡgイ
オンの形態で予め銀を含有せしめておくことが好まし
い。このようにすることで、レーザ光のエネルギの吸収
効率が高まり、アブレーション等が生じやすくなる。
れ、基材をガラス基材とした場合には、当該ガラス基材
の加工される面に、Ａg原子、ＡgコロイドまたはＡgイ
オンの形態で予め銀を含有せしめておくことが好まし
い。このようにすることで、レーザ光のエネルギの吸収
効率が高まり、アブレーション等が生じやすくなる。
【００１３】また、直接ガラス基材を加工せず、ガラス
基材の表面上にガラス基材よりもレーザ吸収性に優れた
薄膜を形成し、この薄膜に対し強度分布を有するレーザ
光を照射してもよい。薄膜としては無機材料を主体とす
る単層か、誘電体多層膜等が挙げられる。無機材料とし
ては、金属、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、半
導体、ＳiＯ2を主体とするガラス、フッ化物ガラス、カ
ルコゲナイドガラス等が挙げられ、誘電体多層膜として
は、酸化珪素、酸化チタン、酸化セリウム、酸化ゲルマ
ニウム、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、酸化
タンタル等が挙げられる。
基材の表面上にガラス基材よりもレーザ吸収性に優れた
薄膜を形成し、この薄膜に対し強度分布を有するレーザ
光を照射してもよい。薄膜としては無機材料を主体とす
る単層か、誘電体多層膜等が挙げられる。無機材料とし
ては、金属、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、半
導体、ＳiＯ2を主体とするガラス、フッ化物ガラス、カ
ルコゲナイドガラス等が挙げられ、誘電体多層膜として
は、酸化珪素、酸化チタン、酸化セリウム、酸化ゲルマ
ニウム、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、酸化
タンタル等が挙げられる。
【００１４】ところで、アブレーション等を生じさせる
には一定以上の強度のレーザ光を照射しなければならな
いのは、従来から知られているが、基材表面に薄膜を形
成した場合、薄膜を通して基材まで到達するレーザ光の
エネルギーが基材にアブレーション等を生じさせるエネ
ルギー（閾値）よりも大きいと、薄膜に微細な凹凸を形
成するだけでなく、基材自体も加工され、回折型光学素
子としての精度に影響が生じる。そこで、前記薄膜の厚
さまたはレーザ光の吸収係数を、薄膜を透過してガラス
基材表面に到達するレーザ光の強度がガラス基材に溶融
・蒸発若しくはアブレーションを起こさせる閾値以下に
なる値に設定することが好ましい。
には一定以上の強度のレーザ光を照射しなければならな
いのは、従来から知られているが、基材表面に薄膜を形
成した場合、薄膜を通して基材まで到達するレーザ光の
エネルギーが基材にアブレーション等を生じさせるエネ
ルギー（閾値）よりも大きいと、薄膜に微細な凹凸を形
成するだけでなく、基材自体も加工され、回折型光学素
子としての精度に影響が生じる。そこで、前記薄膜の厚
さまたはレーザ光の吸収係数を、薄膜を透過してガラス
基材表面に到達するレーザ光の強度がガラス基材に溶融
・蒸発若しくはアブレーションを起こさせる閾値以下に
なる値に設定することが好ましい。
【００１５】尚、使用するレーザ光源としては、ＫrＦ
などのエキシマレーザーあるいはＮd−ＹＡＧレーザ
ー、Ｔi：Ａl2Ｏ3レーザおよびその高調波、色素レーザ
などであり、ガラスに１光子あるいは多光子吸収により
吸収される。
などのエキシマレーザーあるいはＮd−ＹＡＧレーザ
ー、Ｔi：Ａl2Ｏ3レーザおよびその高調波、色素レーザ
などであり、ガラスに１光子あるいは多光子吸収により
吸収される。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。ここで、図１はレーザ干渉を
利用した本発明方法で回折格子を製造する装置の一例の
概略図、図２は基材の配置角度を示す拡大図である。
図面に基づいて説明する。ここで、図１はレーザ干渉を
利用した本発明方法で回折格子を製造する装置の一例の
概略図、図２は基材の配置角度を示す拡大図である。
【００１７】回折格子を製造する装置は、１本のシング
ルモードのレーザビームを２つに分け、その光を再びガ
ラス薄膜上で焦点を結ばせるようにし、その干渉により
強度が周期的に変化するパターンを形成して照射し、一
方、基材の配置角度は、図２に示すように干渉縞を形成
する２本のレーザ光の平均光軸と直交する面に対して傾
斜させて配置した。尚、製造装置としては、図示したも
のとミラーの配置やビームスプリッターの配置において
異なる種々の変形が考えられる。
ルモードのレーザビームを２つに分け、その光を再びガ
ラス薄膜上で焦点を結ばせるようにし、その干渉により
強度が周期的に変化するパターンを形成して照射し、一
方、基材の配置角度は、図２に示すように干渉縞を形成
する２本のレーザ光の平均光軸と直交する面に対して傾
斜させて配置した。尚、製造装置としては、図示したも
のとミラーの配置やビームスプリッターの配置において
異なる種々の変形が考えられる。
【００１８】上記したように、平均光軸と直交する面に
対して基材を傾斜させると、基材から除去される方向
が、基材表面に対して傾くので、断面構造が非対称な回
折格子となる。具体的には、加工の初期段階では、図３
（ａ）に示すように左右非対称な台形な断面構造とな
り、さらに蒸発が進むと、同図（ｂ）に示すように鋸歯
状の断面となる。
対して基材を傾斜させると、基材から除去される方向
が、基材表面に対して傾くので、断面構造が非対称な回
折格子となる。具体的には、加工の初期段階では、図３
（ａ）に示すように左右非対称な台形な断面構造とな
り、さらに蒸発が進むと、同図（ｂ）に示すように鋸歯
状の断面となる。
【００１９】また、表面から徐々にＡg濃度が減少する
ように濃度勾配を持たせた場合には、前記に引き続いて
更にレーザ照射を行うと、同図（ｃ）に示すようにガラ
ス基材内部の方が、Ａgの含有量が減少するので、アブ
レーション閾値（ガラス基材を蒸発させるために必要な
レーザ光のエネルギ密度）が上がり、蒸発が起きにくく
なる。その結果、凹部が曲線状の回折格子となる。
ように濃度勾配を持たせた場合には、前記に引き続いて
更にレーザ照射を行うと、同図（ｃ）に示すようにガラ
ス基材内部の方が、Ａgの含有量が減少するので、アブ
レーション閾値（ガラス基材を蒸発させるために必要な
レーザ光のエネルギ密度）が上がり、蒸発が起きにくく
なる。その結果、凹部が曲線状の回折格子となる。
【００２０】一方、ガラス基材の表面にガラス基材より
もレーザ吸収性に優れた薄膜を形成した場合には、ガラ
ス基材がアブレーション（蒸発）しないエネルギでレー
ザ光を照射している間は基板の蒸発が起こらないので、
同図（ｄ）のように左右非対称な三角形な断面構造を有
する回折格子が形成される。
もレーザ吸収性に優れた薄膜を形成した場合には、ガラ
ス基材がアブレーション（蒸発）しないエネルギでレー
ザ光を照射している間は基板の蒸発が起こらないので、
同図（ｄ）のように左右非対称な三角形な断面構造を有
する回折格子が形成される。
【００２１】また、薄膜として誘電体多層膜を形成し、
この誘電体多層膜にレーザ照射を行うと、同図（ｅ）に
示すように、複屈折素子や光散乱体等として使用される
フォトニッククリスタルが得られる。
この誘電体多層膜にレーザ照射を行うと、同図（ｅ）に
示すように、複屈折素子や光散乱体等として使用される
フォトニッククリスタルが得られる。
【００２２】（実施例１）（ガラス基材に直接回折格子
を形成した例） 加工用ガラス基板として、Ａl2Ｏ3−ＳiＯ2−Ｂ2Ｏ3−
Ｎa2Ｏ−Ｆを主成分として含む、厚さ２ｍｍのガラスに
Ａgイオン交換処理を施したものを使用した。Ａgイオン
交換処理は以下の手順で行った。Ａgイオン交換を行う
溶融塩は、硝酸銀と硝酸ナトリウムを50mol%-50mol%で
混合したものを用い、石英製の反応容器に加工用ガラス
を３０分間浸した。溶融塩の温度は電気炉中で３００℃
に保ち、反応雰囲気は空気であった。この処理を行うこ
とにより、ガラス表面のＮa+イオンが溶出し、塩中に含
まれるＡg+イオンがガラス中に拡散した（いわゆるイオ
ン交換が生じた）。Ａgが拡散した層２の厚さをＸ線マ
イクロアナライザーで測定すると、約７μｍであった。
このようにして作製したガラスは、良好なレーザー加工
性を有する。本実施例で使用したガラス以外にも、Ｎa
を成分として含む様々なガラスにＡgイオン交換処理を
施したもの、たとえば、ＳiＯ2−Ｂ2Ｏ3−Ｎa2Ｏ系のガ
ラスにＡgイオン交換処理を施したものなどもレーザー
加工性を有するので、本発明のガラス表面の加工方法を
実施するための基板として使用できる。
を形成した例） 加工用ガラス基板として、Ａl2Ｏ3−ＳiＯ2−Ｂ2Ｏ3−
Ｎa2Ｏ−Ｆを主成分として含む、厚さ２ｍｍのガラスに
Ａgイオン交換処理を施したものを使用した。Ａgイオン
交換処理は以下の手順で行った。Ａgイオン交換を行う
溶融塩は、硝酸銀と硝酸ナトリウムを50mol%-50mol%で
混合したものを用い、石英製の反応容器に加工用ガラス
を３０分間浸した。溶融塩の温度は電気炉中で３００℃
に保ち、反応雰囲気は空気であった。この処理を行うこ
とにより、ガラス表面のＮa+イオンが溶出し、塩中に含
まれるＡg+イオンがガラス中に拡散した（いわゆるイオ
ン交換が生じた）。Ａgが拡散した層２の厚さをＸ線マ
イクロアナライザーで測定すると、約７μｍであった。
このようにして作製したガラスは、良好なレーザー加工
性を有する。本実施例で使用したガラス以外にも、Ｎa
を成分として含む様々なガラスにＡgイオン交換処理を
施したもの、たとえば、ＳiＯ2−Ｂ2Ｏ3−Ｎa2Ｏ系のガ
ラスにＡgイオン交換処理を施したものなどもレーザー
加工性を有するので、本発明のガラス表面の加工方法を
実施するための基板として使用できる。
【００２３】レーザ光源としては、Ｎd：ＹＡＧパルス
レーザーの第３高調波（波長：３５５ｎｍ、パルス幅：
約５ｎｓｅｃ、繰り返し周波数：５Ｈｚ）を使用した。
レーザ光の１パルスあたりのエネルギーは、レーザーの
Ｑスイッチのタイミングを変えることで調整が可能であ
る。本実施例で用いたレーザーの場合、最大のパルスエ
ネルギーは約３５０ｍＪであり、ビーム直径は約７ｍｍ
であった。
レーザーの第３高調波（波長：３５５ｎｍ、パルス幅：
約５ｎｓｅｃ、繰り返し周波数：５Ｈｚ）を使用した。
レーザ光の１パルスあたりのエネルギーは、レーザーの
Ｑスイッチのタイミングを変えることで調整が可能であ
る。本実施例で用いたレーザーの場合、最大のパルスエ
ネルギーは約３５０ｍＪであり、ビーム直径は約７ｍｍ
であった。
【００２４】このレーザ光を図１に示すように、ビーム
スプリッターで２本に分け、それぞれ異なる光路を通っ
てガラス基材上で再び重ね合わされるように調整する。
明瞭な干渉縞をガラス基材上に形成するためには、２本
のビームの光路長がほとんど等しいこと、ならびにそれ
ぞれのビームのエネルギーがほぼ等しいことが必要であ
る。本実施例の場合、２本のビームの光路長の差は、２
ｃｍ以下であり、これは、レーザ光のパルスの空間的な
長さ、１５０cmに比べて十分に小さく、明瞭な干渉縞を
形成することができた。また、本実施例の場合、２本の
ビームのエネルギーは、それぞれの光路のミラー損失の
違いなどから、１：２程度の比となったが、この程度の
エネルギーの違いがあっても干渉縞の明瞭さは失われな
い。
スプリッターで２本に分け、それぞれ異なる光路を通っ
てガラス基材上で再び重ね合わされるように調整する。
明瞭な干渉縞をガラス基材上に形成するためには、２本
のビームの光路長がほとんど等しいこと、ならびにそれ
ぞれのビームのエネルギーがほぼ等しいことが必要であ
る。本実施例の場合、２本のビームの光路長の差は、２
ｃｍ以下であり、これは、レーザ光のパルスの空間的な
長さ、１５０cmに比べて十分に小さく、明瞭な干渉縞を
形成することができた。また、本実施例の場合、２本の
ビームのエネルギーは、それぞれの光路のミラー損失の
違いなどから、１：２程度の比となったが、この程度の
エネルギーの違いがあっても干渉縞の明瞭さは失われな
い。
【００２５】レーザ光による蒸発あるいはアブレーショ
ンは、一般に非線形現象であり、ある強度以上になった
とき、はじめて材料の蒸発が起きる。本実施例で使用し
たガラス基材の場合、３５５ｎｍの波長の光だと、３〜
４Ｊ／ｃｍ2／ｐｕｌｓｅ以上のエネルギー密度になら
なければ、アブレーションは起きない。そこで、エネル
ギー密度を増大させるため、レーザ光を焦点距離２００
ｍｍのレンズで絞り込んでガラス基材上でのビームサイ
ズが約２ｍｍになるようにした。尚、本実施例は、大気
中でレーザー照射を行ったので、レンズ焦点位置に空気
放電によるプラズマが発生する。このプラズマの影響を
除去するために、ガラス基材の位置は、レンズの焦点位
置よりもレンズよりになるように調整した。したがっ
て、図１では、レンズ前の２本のビームを理解を容易に
するため平行に描いてあるが、実際はわずかに角度をも
たせてレンズに入射させている。
ンは、一般に非線形現象であり、ある強度以上になった
とき、はじめて材料の蒸発が起きる。本実施例で使用し
たガラス基材の場合、３５５ｎｍの波長の光だと、３〜
４Ｊ／ｃｍ2／ｐｕｌｓｅ以上のエネルギー密度になら
なければ、アブレーションは起きない。そこで、エネル
ギー密度を増大させるため、レーザ光を焦点距離２００
ｍｍのレンズで絞り込んでガラス基材上でのビームサイ
ズが約２ｍｍになるようにした。尚、本実施例は、大気
中でレーザー照射を行ったので、レンズ焦点位置に空気
放電によるプラズマが発生する。このプラズマの影響を
除去するために、ガラス基材の位置は、レンズの焦点位
置よりもレンズよりになるように調整した。したがっ
て、図１では、レンズ前の２本のビームを理解を容易に
するため平行に描いてあるが、実際はわずかに角度をも
たせてレンズに入射させている。
【００２６】このようなレーザー照射系を用い、ガラス
基材の照射面を２本のレーザビームの平均光軸と直交す
る面に対して、２０°、３０°、４５°、６０°の角度
を持たせてガラス基材を設置し、レーザ光を照射したと
ころ、図４（ａ）〜（ｄ）に示す断面形状の回折格子が
形成された。尚、それぞれの角度でのレーザ光の照射数
（パルス数）は、１０ショットであり、いずれの角度に
おいても、鋸歯に近い断面をもつ回折格子となった。そ
れぞれの回折格子の、周期、非対称性を以下の（表１）
に示す。
基材の照射面を２本のレーザビームの平均光軸と直交す
る面に対して、２０°、３０°、４５°、６０°の角度
を持たせてガラス基材を設置し、レーザ光を照射したと
ころ、図４（ａ）〜（ｄ）に示す断面形状の回折格子が
形成された。尚、それぞれの角度でのレーザ光の照射数
（パルス数）は、１０ショットであり、いずれの角度に
おいても、鋸歯に近い断面をもつ回折格子となった。そ
れぞれの回折格子の、周期、非対称性を以下の（表１）
に示す。
【００２７】
【表１】
【００２８】図４では、断面形状がいずれも鋸歯状にな
ったが、これは、レーザ光のエネルギー、ショット数共
に十分大きいためで、レーザ光のエネルギーを小さくし
たり、ショット数小さくすると、図４とは異なる断面形
状となる。
ったが、これは、レーザ光のエネルギー、ショット数共
に十分大きいためで、レーザ光のエネルギーを小さくし
たり、ショット数小さくすると、図４とは異なる断面形
状となる。
【００２９】図５は、基板の角度を４５°に固定してお
き、ショット数を２ショット、４ショット、１０ショッ
トおよび２０ショットと変化させたときの、断面形状の
違いを調べた結果である。断面形状は、図３で説明した
ように、非対称な台形状から鋸歯状へと変化してゆく。
ただし、ショット数を増やしすぎると、光学系の振動、
ガラス基材の位置ずれなどにより、回折格子が不明瞭に
なる。
き、ショット数を２ショット、４ショット、１０ショッ
トおよび２０ショットと変化させたときの、断面形状の
違いを調べた結果である。断面形状は、図３で説明した
ように、非対称な台形状から鋸歯状へと変化してゆく。
ただし、ショット数を増やしすぎると、光学系の振動、
ガラス基材の位置ずれなどにより、回折格子が不明瞭に
なる。
【００３０】尚、実施例では、２本のレーザ光の干渉縞
の利用についてのみ述べたが、３本あるいはそれ以上の
ビームの干渉縞も利用できる。この場合形成される回折
格子は、２次元的な（面内の）周期性をもつものとな
る。すなわち、図６に示すような、２次元的に規則正し
く並んだ傾斜した突起となる。
の利用についてのみ述べたが、３本あるいはそれ以上の
ビームの干渉縞も利用できる。この場合形成される回折
格子は、２次元的な（面内の）周期性をもつものとな
る。すなわち、図６に示すような、２次元的に規則正し
く並んだ傾斜した突起となる。
【００３１】（実施例２）（ガラス基材上の薄膜の例） 実施例１と同じ光学系を用い、回折格子を形成しようと
する材料をガラス基材上に形成した薄膜としたときの実
施例について説明する。レーザーを照射する材料とし
て、ガラス基材（実施例１のものとは異なる）の上に、
スパッタ法により、銀を含むガラス薄膜を形成したもの
を使用した。以下に、このガラス上薄膜の作製法を説明
する。
する材料をガラス基材上に形成した薄膜としたときの実
施例について説明する。レーザーを照射する材料とし
て、ガラス基材（実施例１のものとは異なる）の上に、
スパッタ法により、銀を含むガラス薄膜を形成したもの
を使用した。以下に、このガラス上薄膜の作製法を説明
する。
【００３２】ソーダライムガラス上に、Ａgコロイドが
分散したＳiＯ2薄膜を形成した。形成方法は、スパッタ
法で、ＳiＯ2ターゲットと銀金属のチップをターゲット
上に置き、同時にスパッタした。スパッタ条件を以下の
ように設定し成膜した。また、ターゲットは下置きで、
５インチ×２０インチの石英ターゲットを用い、その上
に銀の円盤状のチップ（直径約４ｍｍ）を３２個、分散
させて置いた。 スパッタ条件 ガス流量：酸素３ｓｃｃｍ，アルゴン９７ｓｃｃｍ スパッタ時圧力：２.８×１０-3Torr 入射電力：３．０ｋＷ 得られた薄膜は、茶色に着色しているが、表面は平滑で
付着力も強く、クリアな膜が得られた。５分間の成膜時
間で膜厚は３１５ｎｍであった。また、膜中の銀の濃度
をＸＰＳ（Ｘ線電子分光法）で測定したところ、０.９
４原子％であった。薄膜の吸収スペクトルを測定する
と、３９０ｎｍ付近に吸収ピークが存在し、これは銀の
超微粒子（コロイド）のプラズモン吸収と考えられ、ガ
ラス中に銀の超微粒子が成膜時に生成したものと考えら
れる。
分散したＳiＯ2薄膜を形成した。形成方法は、スパッタ
法で、ＳiＯ2ターゲットと銀金属のチップをターゲット
上に置き、同時にスパッタした。スパッタ条件を以下の
ように設定し成膜した。また、ターゲットは下置きで、
５インチ×２０インチの石英ターゲットを用い、その上
に銀の円盤状のチップ（直径約４ｍｍ）を３２個、分散
させて置いた。 スパッタ条件 ガス流量：酸素３ｓｃｃｍ，アルゴン９７ｓｃｃｍ スパッタ時圧力：２.８×１０-3Torr 入射電力：３．０ｋＷ 得られた薄膜は、茶色に着色しているが、表面は平滑で
付着力も強く、クリアな膜が得られた。５分間の成膜時
間で膜厚は３１５ｎｍであった。また、膜中の銀の濃度
をＸＰＳ（Ｘ線電子分光法）で測定したところ、０.９
４原子％であった。薄膜の吸収スペクトルを測定する
と、３９０ｎｍ付近に吸収ピークが存在し、これは銀の
超微粒子（コロイド）のプラズモン吸収と考えられ、ガ
ラス中に銀の超微粒子が成膜時に生成したものと考えら
れる。
【００３３】このガラス上の薄膜を、実施例１と同じ干
渉光学系を用いて、ガラス基材とレーザ光の干渉縞との
角度を変えながら、レーザ光を照射し、薄膜のみをアブ
レーションさせたところ、図３（ａ）に示す断面形状を
有する回折格子が形成された。
渉光学系を用いて、ガラス基材とレーザ光の干渉縞との
角度を変えながら、レーザ光を照射し、薄膜のみをアブ
レーションさせたところ、図３（ａ）に示す断面形状を
有する回折格子が形成された。
【００３４】尚、薄膜のアブレーションを行う前に、ガ
ラス基材のみを加工位置に設置し、ガラス基材がレーザ
光により蒸発しないことを確かめた上で、薄膜のアブレ
ーションを行った。したがって、レーザ光照射により蒸
発したのは薄膜のみである。その結果、回折格子の断面
形状は、実施例１と異なり、非対称な台形あるいは三角
形となった。なお、レーザ光源は実施例１と同じものを
使用した。このように、ガラス上に形成した薄膜につい
ても、本発明の回折格子の作製方法が適用できることが
確かめられた。
ラス基材のみを加工位置に設置し、ガラス基材がレーザ
光により蒸発しないことを確かめた上で、薄膜のアブレ
ーションを行った。したがって、レーザ光照射により蒸
発したのは薄膜のみである。その結果、回折格子の断面
形状は、実施例１と異なり、非対称な台形あるいは三角
形となった。なお、レーザ光源は実施例１と同じものを
使用した。このように、ガラス上に形成した薄膜につい
ても、本発明の回折格子の作製方法が適用できることが
確かめられた。
【００３５】なお、実施例では、レーザ光源としてすべ
て同一のものを使用したが、これ以外にも様々なレーザ
光源が本発明を実施する上で使用できる。たとえば、Ｎ
d：ＹＡＧパルスレーザーの第２高調波（波長：５３２
ｎｍ、パルス幅：約１０ｎｓｅｃ、繰り返し周波数：５
Ｈｚ）については、ほぼ同様な結果が得られることを確
かめている。また、たとえば、ＡrＦ、ＫrＦ等のエキシ
マレーザー、あるいはＮd−ＹＡＧレーザー、Ｔi：Ａl2
Ｏ3レーザおよびその高調波、色素レーザなど、１光子
あるいは多光子吸収によりガラスに吸収されるレーザ光
も本発明の回折格子の製造に使用できる。
て同一のものを使用したが、これ以外にも様々なレーザ
光源が本発明を実施する上で使用できる。たとえば、Ｎ
d：ＹＡＧパルスレーザーの第２高調波（波長：５３２
ｎｍ、パルス幅：約１０ｎｓｅｃ、繰り返し周波数：５
Ｈｚ）については、ほぼ同様な結果が得られることを確
かめている。また、たとえば、ＡrＦ、ＫrＦ等のエキシ
マレーザー、あるいはＮd−ＹＡＧレーザー、Ｔi：Ａl2
Ｏ3レーザおよびその高調波、色素レーザなど、１光子
あるいは多光子吸収によりガラスに吸収されるレーザ光
も本発明の回折格子の製造に使用できる。
【００３６】実施例では、ガラス基材のみについて説明
を行ったが、これに限ることなく、金属や有機薄膜など
の各種基材に対して本発明の回折格子の製造方法は適用
できる。ただし、その基材にレーザ光を照射したときの
蒸発量あるいはアブレーション量がレーザ光のエネルギ
ーに対して変化することが必須となる。つまり、レーザ
光の強度に応じて基材の除去される量が変化しなけれ
ば、本発明の回折格子の作製方法は適用できない。
を行ったが、これに限ることなく、金属や有機薄膜など
の各種基材に対して本発明の回折格子の製造方法は適用
できる。ただし、その基材にレーザ光を照射したときの
蒸発量あるいはアブレーション量がレーザ光のエネルギ
ーに対して変化することが必須となる。つまり、レーザ
光の強度に応じて基材の除去される量が変化しなけれ
ば、本発明の回折格子の作製方法は適用できない。
【００３７】
【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、
簡単な操作によって、ガラス基材表面に直接或いは基材
に設けた薄膜に、任意の断面形状を有する回折型光学素
子を形成することができる。したがって、例えば０次光
に対して回折される光の強度が非対称となる。即ち、あ
る方向に選択的に光を回折させ、尚且つ分光を行う用途
に有効な回折格子を簡単に得ることができる。
簡単な操作によって、ガラス基材表面に直接或いは基材
に設けた薄膜に、任意の断面形状を有する回折型光学素
子を形成することができる。したがって、例えば０次光
に対して回折される光の強度が非対称となる。即ち、あ
る方向に選択的に光を回折させ、尚且つ分光を行う用途
に有効な回折格子を簡単に得ることができる。
【００３８】また、基材をガラス基材とした場合に、加
工される面に予め銀を含有せしめておくか、ガラス基材
表面にガラス基材よりもレーザ吸収性に優れた薄膜を形
成し、この薄膜に対し強度分布を有するレーザ光を照射
し、前記銀の濃度が高い部分または薄膜にレーザ光のエ
ネルギーを吸収させるようにすれば、溶融・蒸発若しく
はアブレーションにて容易に必要部分を除去することが
できる。
工される面に予め銀を含有せしめておくか、ガラス基材
表面にガラス基材よりもレーザ吸収性に優れた薄膜を形
成し、この薄膜に対し強度分布を有するレーザ光を照射
し、前記銀の濃度が高い部分または薄膜にレーザ光のエ
ネルギーを吸収させるようにすれば、溶融・蒸発若しく
はアブレーションにて容易に必要部分を除去することが
できる。
【００３９】更に、薄膜を形成する場合に、当該薄膜を
ガラス基材よりもレーザ吸収性に優れたものとすること
で、分光及び回折精度に優れた回折型光学素子を得るこ
とができる。
ガラス基材よりもレーザ吸収性に優れたものとすること
で、分光及び回折精度に優れた回折型光学素子を得るこ
とができる。
【図１】レーザ干渉を利用した本発明方法で回折格子を
製造する装置の概略図
製造する装置の概略図
【図２】基材の配置角度を示す拡大図
【図３】（ａ）〜（ｅ）は本発明方法によって得られる
回折型光学素子の模式的断面図
回折型光学素子の模式的断面図
【図４】（ａ）〜（ｄ）は基板の傾斜角度を異ならせて
加工した場合の回折格子の断面図
加工した場合の回折格子の断面図
【図５】基板の角度を固定しておき、レーザ光のショッ
ト数を変化させたときの回折格子の断面図
ト数を変化させたときの回折格子の断面図
【図６】３本或いはそれ以上のレーザ光の干渉縞によっ
て形成される回折格子の平面図
て形成される回折格子の平面図
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−213599（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−271265（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−281805（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−13414（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−324401（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−145907（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 5/18
Claims (5)
- 【請求項１】 表面に形成される連続する複数の凸部の
断面形状が、左右非対称な曲線形状、左右非対称な台形
形状、鋸歯状またはブレーズ付き形状の回折型光学素子
の製造方法において、この製造方法は、複数本のレーザ
光の干渉による干渉縞の強度分布を利用して基材を溶融
・蒸発あるいはアブレーションさせてレーザ光の強度に
応じて基材表面を除去するにあたり、干渉縞を形成する
複数のレーザ光の平均光軸と直交する面に対して基材表
面を傾斜させるようにしたことを特徴とする回折型光学
素子の製造方法。 - 【請求項２】 請求項１に記載の回折型光学素子の製造
方法において、前記基材はガラス基材であり、このガラ
ス基材の加工される面には、Ａg原子、Ａgコロイドまた
はＡgイオンの形態で予め銀を含有せしめておき、この
銀を含有した表層部に対し強度分布を有するレーザ光を
照射し、レーザ光のエネルギーを吸収させることで溶融
・蒸発若しくはアブレーションを起こさせて前記基材表
層部をレーザ光の強度に応じて除去するようにしたこと
を特徴とする回折型光学素子の製造方法。 - 【請求項３】 請求項１に記載の回折型光学素子の製造
方法において、前記基材はガラス基材であり、このガラ
ス基材の表面上にガラス基材よりもレーザ吸収性に優れ
た薄膜を形成し、この薄膜に対し強度分布を有するレー
ザ光を照射し、前記薄膜にレーザ光のエネルギーを吸収
させることで溶融・蒸発若しくはアブレーションを起こ
させて前記薄膜をレーザ光の強度に応じて除去するよう
にしたことを特徴とする回折型光学素子の製造方法。 - 【請求項４】 請求項３に記載の回折型光学素子の製造
方法において、前記薄膜は無機材料を主体とする単層
か、誘電体多層膜からなることを特徴とする回折型光学
素子の製造方法。 - 【請求項５】 請求項３または請求項４に記載の回折型
光学素子の製造方法において、前記薄膜の厚さまたはレ
ーザ光の吸収係数を、薄膜を透過してガラス基材表面に
到達するレーザ光の強度がガラス基材に溶融・蒸発若し
くはアブレーションを起こさせる閾値以下になる値に設
定したことを特徴とする回折型光学素子の製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22493696A JP3270814B2 (ja) | 1996-08-27 | 1996-08-27 | 回折型光学素子の製造方法 |
| US08/910,365 US5910256A (en) | 1996-08-27 | 1997-08-13 | Method for manufacturing a diffraction type optical element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22493696A JP3270814B2 (ja) | 1996-08-27 | 1996-08-27 | 回折型光学素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1068807A JPH1068807A (ja) | 1998-03-10 |
| JP3270814B2 true JP3270814B2 (ja) | 2002-04-02 |
Family
ID=16821515
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22493696A Expired - Fee Related JP3270814B2 (ja) | 1996-08-27 | 1996-08-27 | 回折型光学素子の製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5910256A (ja) |
| JP (1) | JP3270814B2 (ja) |
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| DE69722673T2 (de) | 1996-03-25 | 2004-02-05 | Nippon Sheet Glass Co., Ltd. | Laserherstellungsverfahren für Glassubstrate und so hergestellte Mikrolinsenmatrizen |
| US6291797B1 (en) * | 1996-08-13 | 2001-09-18 | Nippon Sheet Glass Co., Ltd. | Laser machining method for glass substrate, diffraction type optical device fabricated by the machining method, and method of manufacturing optical device |
| JP3957010B2 (ja) * | 1997-06-04 | 2007-08-08 | 日本板硝子株式会社 | 微細孔を有するガラス基材 |
| US6549309B1 (en) * | 1998-02-10 | 2003-04-15 | Illinois Tool Works Inc. | Holography apparatus, method and product |
| US6363096B1 (en) * | 1999-08-30 | 2002-03-26 | Lucent Technologies Inc. | Article comprising a plastic laser |
| GB0003260D0 (en) * | 2000-02-11 | 2000-04-05 | Weston Medical Ltd | A method of forming a drug capsule for a needlefree injector |
| WO2001096959A2 (en) * | 2000-06-15 | 2001-12-20 | 3M Innovative Properties Company | Multidirectional photoreactive absorption method |
| US6542654B1 (en) | 2001-07-10 | 2003-04-01 | Optical Switch Corporation | Reconfigurable optical switch and method |
| JP3859473B2 (ja) | 2001-08-30 | 2006-12-20 | シャープ株式会社 | スタンパの製造方法 |
| JP4267240B2 (ja) * | 2002-02-22 | 2009-05-27 | 日本板硝子株式会社 | ガラス構造物の製造方法 |
| US7143609B2 (en) * | 2002-10-29 | 2006-12-05 | Corning Incorporated | Low-temperature fabrication of glass optical components |
| JP4791745B2 (ja) * | 2005-03-28 | 2011-10-12 | パナソニック電工株式会社 | 光学媒質の光入出射部処理方法 |
| JP2007212485A (ja) * | 2006-02-07 | 2007-08-23 | Ricoh Co Ltd | 光学素子、マルチビーム光源ユニット、光走査装置及び画像形成装置 |
| JP2007225394A (ja) * | 2006-02-22 | 2007-09-06 | Tokyo Metropolitan Univ | レーザー脱離イオン化法 |
| ES2325894B1 (es) | 2006-02-24 | 2010-10-28 | Universidad De Cadiz | Metodo y aparato para la fabricacion de elementos opticos difractivos. |
| JP2010513973A (ja) * | 2006-12-19 | 2010-04-30 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | レンズ構造体及び製造方法並びに成形ポリマー品の製造 |
| US8168265B2 (en) | 2008-06-06 | 2012-05-01 | Applied Materials, Inc. | Method for manufacturing electrochromic devices |
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| DE102017205889B4 (de) * | 2017-04-06 | 2020-07-09 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Optische Anordnung und Verfahren zur Laserinterferenzstrukturierung einer Probe |
| DE102020100848B4 (de) * | 2019-01-29 | 2023-07-27 | Lpkf Laser & Electronics Aktiengesellschaft | Verfahren zur Mikrostrukturierung eines Glassubstrats mittels Laserstrahlung |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US4125405A (en) * | 1976-11-05 | 1978-11-14 | Corning Glass Works | Colored, dichroic, birefringent glass articles produced by optical alteration of additively-colored glasses containing silver and silver halides |
| EP0007108B1 (en) * | 1978-07-18 | 1983-04-13 | Nippon Telegraph and Telephone Public Corporation | A method of manufacturing a diffraction grating structure |
| US4296479A (en) * | 1979-11-15 | 1981-10-20 | Corning Glass Works | Method for optical recording in photo-dichroic glass surfaces |
| DE3145278C2 (de) * | 1981-11-14 | 1985-02-14 | Schott-Zwiesel-Glaswerke Ag, 8372 Zwiesel | Verfahren zum berührungslosen Abtragen von Material von der Oberfläche eines Glasgegenstandes und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens |
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| JP3589486B2 (ja) * | 1994-06-29 | 2004-11-17 | 株式会社町田製作所 | マイクロレンズの製造方法 |
| US5768022A (en) * | 1995-03-08 | 1998-06-16 | Brown University Research Foundation | Laser diode having in-situ fabricated lens element |
-
1996
- 1996-08-27 JP JP22493696A patent/JP3270814B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1997
- 1997-08-13 US US08/910,365 patent/US5910256A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5910256A (en) | 1999-06-08 |
| JPH1068807A (ja) | 1998-03-10 |
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