JP2000047046A - 屈折率分布型光学成形体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 微細な領域で屈折率を任意に制御でき、従来
と比較して大きい光学成形体にも対応できる屈折率分布
型光学成形体の製造方法を提供すること。 【解決手段】 光学成形体にレーザー光を照射し、照射
した領域に非共鳴多光子励起による光化学反応を誘起す
ることにより屈折率を変化させる方法からなる。照射す
る位置によって照射時間もしくは／及び光強度を連続
的、もしくは不連続的に変化させることにより、ＧＩ型
光ファイバーをはじめ、各種ＧＲＩＮレンズ、光回折格
子、光集積回路などを作製することができる。この方法
は従来の光化学反応による屈折率制御と比較して、光学
成形体に吸収のない波長域の光を照射するため、吸収に
よる光の減衰がない。したがって大口径の屈折率分布型
レンズ等にも応用することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、異なる屈折率領域
から構成される屈折率分布型光学成形体、例えばＳＩ型
及びＧＩ型の光ファイバー、光導波路等の各種光伝送、
光結合、光制御、光変調素子、もしくは複写機、ファク
シミリ、ＬＥＤプリンタ、ＯＨＰ等に使用される等倍
型、拡大型、縮小型読み取りレンズ、あるいは眼鏡用レ
ンズ、コンタクトレンズ等の光集束、光発散型レンズ、
さらに周期的な屈折率変化を有する光回折格子、液晶デ
ィスプレイなどに使用されるマイクロレンズアレイ、微
細な屈折率パターンを有する光集積回路、その他光書き
込み型メモリ、波長選択透過板、視野選択フィルム等の
製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】マルチメディア社会といわれる現在、異
なる屈折率領域から構成される屈折率分布型光学成形体
の需要は極めて大きい。そのような例として情報伝達を
担う光ファイバーは勿論、周期的な屈折率変化を有する
光回折格子、屈折率の異なる部位によって情報が書き込
まれた光メモリ、微細な屈折率パターンを有する光集積
回路等の光結合素子、光制御素子、光変調素子、光伝送
素子が挙げられる。

【０００３】なお、ここで屈折率分布型光学成形体と
は、ＧＩ型光ファイバー等のような成形体中で屈折率が
連続的に分布している場合（以下、ＧＲＩＮ光学成形体
という）と、光回折格子、ＳＩ型光導波路等のように屈
折率の分布形状が不連続的な場合の両方をいう。

【０００４】ＧＲＩＮ光学成形体は、次世代の光学成形
体として注目されている。例えば、光ファイバーのコア
の中心軸から周辺部へ放物線状に屈折率を減少させたＧ
Ｉ型光ファイバーは大容量の情報伝送を可能とし、ま
た、レンズ中で屈折率が連続的に変化したＧＲＩＮレン
ズは、平面でも屈折力を持つことや、球面収差を生じな
い等の特長を生かし、コピー機などに用いる読み取りレ
ンズ、ファイバー同士をつなぐ球状レンズ、あるいはマ
イクロレンズなどに応用される。

【０００５】上述のようなＧＲＩＮ光学成形体の製造方
法としては、従来より数多くの提案がなされている。例
えば低分子あるいはモノマーをポリマー中に分散させ、
その濃度を連続的に分布させることによってＧＩ型光フ
ァイバーを得る方法が特開平９−１３３８１３号、特開
平８−３３６９１１号、特開平８−３３７６０９号、特
開平３−１９２３１０号、特開平５−６０９３１号、Ｗ
Ｏ９３／１９５０５国際公開特許公報、ＷＯ９４／０４
９４９国際公開特許公報に開示されている。また、特開
昭６２−２５７０５号は屈折率及び反応比の異なる２種
類以上のビニルモノマーを光で共重合させることにより
ＧＩ型のロッド状光学成形体あるいは光ファイバーを得
るものである。さらに特開平７−５６０２６号は光反応
性の官能基を有する重合体Ａを形成し、Ａより低屈折率
である化合物ＢをＡの中に拡散させ、Ｂの濃度分布を形
成した後、光でＡとＢを反応させ屈折率分布を得る方法
である。

【０００６】また無機材料についてのＧＲＩＮ光学成形
体の製造方法もいくつか提案されており、例えばケイ素
や鉛などを主成分とするロッド状のガラスに高屈折率の
タリウムを加え、低屈折率のカリウムを含む溶融液に浸
漬し、イオン交換によりカリウムの濃度分布を形成させ
てＧＩ型ロッドとする方法である。

【０００７】ＧＲＩＮレンズは、上述の方法を、短いロ
ッドつまりレンズ状の光学成形体について適用すれば同
様に得ることができる。あるいは上述の方法で作成した
ＧＩ型ロッドを輪切りにしても良い。

【０００８】以上のようなＧＲＩＮ光学成形体の製造方
法は、重合、浸漬等の工程を含むため、分布を付与でき
る大きさに限界があり、特に微細領域での屈折率制御は
困難である。また、重合反応では、反応の制御が難し
く、可塑剤や重合開始剤等の不純物を含むため透明性に
悪影響を及ぼす。さらに共重合により作製したＧＲＩＮ
光学成形体は分子鎖中のブロックコポリマー的な部位に
より光散乱を起こし、やはり透明性が低下して伝送損失
が増大する。その他、連続製造ができない、あるいは高
価である等の問題を有する。

【０００９】一方、前述した光回折格子、光集積回路等
のような屈折率の微細なパターンを有する光学成形体の
製造方法としては、光照射により成形体中に光化学反応
を誘起させ、それに伴う屈折率変化を得るという技術が
知られている。例えば、無機材料の場合、ゲルマニウム
をドープしたガラスに光照射し、屈折率を変化させて光
回折格子を作製する方法などが挙げられる。また、有機
材料においては、フォトクロミック反応、あるいはフォ
トブリーチングとして知られており、光化学反応活性な
低分子をポリマー中に分散させた材料にレーザー光を照
射することによって屈折率変化を誘起し、光回折格子と
する技術が特開平７−９２３１３号などで開示されてい
る。さらに最近では、この技術をＧＲＩＮ光学成形体の
製造に応用することが特開平９−１７８９０１号によっ
て提案されている。この方法は成形体に照射した光が吸
収されて強度が弱くなるのを利用し、照射に対して深さ
方向に連続的な屈折率分布を付与するものである。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来の屈折率分布型光学成形体の製造方法は、一つには重
合や浸漬工程を含むため微細領域での屈折率制御ができ
ない、反応の制御が難しい、不純物等により透明性が低
下する、連続製造ができない等の問題を有する。また一
方、光化学反応により屈折率変化を誘起する技術は、微
細領域での制御が可能で、不純物等の問題がなく、連続
製造も可能であるが、その最大の問題として、成形体に
照射する光が吸収され、ある距離以上には光が到達でき
ないということが挙げられる。これは、光化学反応を誘
起するために照射する光の波長が成形体あるいはそれを
構成する分子の吸収波長域に設定されているために起こ
る。したがって大口径のロッドや眼鏡レンズなどの光学
成形体に対しては応用が困難になる。

【００１１】そこで本発明は、微細な領域で屈折率を制
御でき、照射光が吸収されないため大口径のロッドなど
にも応用でき、不純物等による透明性の低下もない新規
屈折率分布型光学成形体の製造方法を提供するものであ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
めに本発明は、屈折率分布型光学成形体の製造方法とし
て、光学成形体にレーザー光を照射し、非共鳴多光子励
起による光化学反応（以下、非共鳴多光子励起反応とい
う）を誘起することにより屈折率を制御することを特徴
とする。非共鳴多光子励起反応は非線形光学効果の一種
であり、吸収のない領域の波長を照射しても反応を誘起
することができる。

【００１３】本発明に用いるレーザー光は、１光子励起
による光化学反応を誘起するときの波長に対して１．２
〜６倍の波長とすることが有効である。

【００１４】また、上記の非共鳴多光子励起反応の中で
も非共鳴２光子励起による光化学反応（以下、非共鳴２
光子励起反応という）が反応効率が良く特に有効であ
る。

【００１５】レーザー光を照射する対象物である光学成
形体は、非共鳴多光子励起反応を誘起し得る物質又はこ
の物質を含有する材料からなることを特徴とする。

【００１６】さらに上記の光学成形体は、非共鳴多光子
励起反応を誘起し得る物質をポリマーもしくはオリゴマ
ーの主鎖もしくは／及び側鎖に有する材料からなること
を特徴とする。

【００１７】また上記の光学成形体は、非共鳴多光子励
起反応を誘起し得る物質をポリマーまたはオリゴマーに
分散させた材料からなることとしても良い。

【００１８】本発明の非共鳴多光子励起反応を誘起し得
る物質としては、ニトロン誘導体、桂皮酸誘導体、スチ
ルベン誘導体、2,5 −ジスチリルピラジン誘導体、アン
トラキノン誘導体、ビフェニル誘導体、ノルボルナジエ
ン誘導体、アゾ化合物、ジアゾ化合物、オレフィン誘導
体から選ばれる一つもしくはそれらの組み合わせとする
ことが有効である。

【００１９】本発明に用いるレーザー光は、単一のレー
ザーを用いて照射することを特徴とする。

【００２０】また、レーザー光は、複数のレーザーを用
いて、同一方向に、または交差させて照射することを特
徴とする。

【００２１】さらに、複数のレーザーは同一波長または
異なる波長を有し、同時または逐次に照射することもで
きる。

【００２２】具体的な屈折率分布型光学成形体の製造方
法としては、光学成形体をロッド状に成形し、これを中
心軸に沿って回転させながらレーザーの集束光の焦点位
置を、ロッドの半径方向に沿って移動させるとともに、
焦点位置によって照射時間を連続的に変化させることを
特徴とする。

【００２３】さらに上記の方法に加えて、レーザーの集
束光の焦点位置をロッドの長手方向に移動させることに
よってロッドの中心軸から周辺部にかけて連続した屈折
率分布を有するロッドとすることができる。

【００２４】本発明の別の製造方法としては、光学成形
体をロッド状に成形し、これを中心軸に沿って回転させ
ながらレーザーの集束光の焦点を、ロッドの円周面上に
位置させロッドの長手方向に移動させることを特徴とす
る。

【００２５】さらに本発明の別の製造方法としては、光
学成形体をロッド状に成形し、これを中心軸に沿って回
転させながら、レーザーの平行光をロッドの中心軸に平
行に照射するとともに半径方向に移動させ、照射位置に
よって照射時間を連続的に変化させることを特徴とす
る。

【００２６】また本発明は上述の方法で作製したロッド
状の屈折率分布型光学成形体を長手方向に延伸すること
を特徴とする。これによってＧＩ型光ファイバーとする
ことができる。

【００２７】さらに本発明の製造方法としては、光学成
形体をファイバー状に成形し、これを中心軸に沿って回
転させながらレーザーの集束光の焦点位置を、ファイバ
ーの半径方向に沿って移動させるとともに、焦点位置に
よって照射時間を連続的に変化させることを特徴とす
る。

【００２８】また上記の方法に加えて、レーザーの集束
光の焦点位置をファイバーの長手方向に移動させること
によってＧＩ型光ファイバーを作製することができる。

【００２９】さらに本発明の別の製造方法としては、光
学成形体をファイバー状に成形し、これを中心軸に沿っ
て回転させながらレーザーの集束光の焦点を、ファイバ
ーの表面上に位置させファイバーの長手方向に移動させ
ることを特徴とする。

【００３０】あるいは、光学成形体をファイバー状に成
形し、レーザー光を照射することによって導波させ、フ
ァイバー内部の導波モードに基づいて半径方向に光強度
分布を形成させ、それによって半径方向に屈折率分布を
付与することによってもＧＩ型光ファイバーとすること
ができる。

【００３１】本発明の製造方法は、光学成形体にレーザ
ー光を照射し、照射する領域によって照射時間もしくは
／及び光強度を連続的に変化させることを特徴とする。

【００３２】あるいは、光学成形体にレーザー光を照射
し、照射する領域によって照射時間もしくは／及び光強
度を不連続的に変化させても良い。

【００３３】レーザー光を照射する際には、レーザー光
を光学成形体に対して走査させることを特徴とする。

【００３４】また、照射するレーザー光はレーザーの集
束光であることを特徴とする。

【００３５】さらに本発明の製造方法は、光学成形体に
レーザー光をマスクを通して照射し、光学成形体に屈折
率の変化パターンを与えることを特徴とする。

【００３６】本発明によって製造される屈折率分布型光
学成形体はＧＲＩＮレンズであることを特徴とする。

【００３７】別の屈折率分布型光学成形体はマイクロレ
ンズアレイであることを特徴とする。

【００３８】さらに別の屈折率分布型光学成形体は成形
体中に屈折率の異なる部位を形成させた２次元あるいは
３次元光メモリであることを特徴とする。

【００３９】さらに別の屈折率分布型光学成形体はＧＩ
型光導波路であることを特徴とする。

【００４０】さらに別の屈折率分布型光学成形体はＳＩ
型光導波路であることを特徴とする。

【００４１】さらに別の屈折率分布型光学成形体は光集
積回路であることを特徴とする。

【００４２】さらには別の屈折率分布型光学成形体とし
て、光回折格子であることを特徴とする。

【００４３】本発明の別の製造方法として、光学成形体
に、レーザー光より形成させる干渉パターンを照射する
ことを特徴とする。

【００４４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を詳細
に説明する。

【００４５】本発明では、光学成形体の屈折率を制御す
るために、光学成形体にレーザー光を照射し、照射した
領域に非共鳴多光子励起反応を誘起することを特徴とす
る。

【００４６】多光子励起とは非線形光学効果の一種であ
って、分子に複数個の光子エネルギーを同時に吸収させ
ることによって特定の励起状態に到達させることをい
う。これをα−ジメチルアミノフェニル−Ｎ−フェニル
ニトロン（ＤＭＡＰＮ）の例で説明する。ＤＭＡＰＮの
紫外可視吸収スペクトルを図１に示す。図１からわかる
ように分子の最大吸収波長は３８０ｎｍ付近に観測され
るため、この波長の紫外光を照射するとＤＭＡＰＮは光
化学反応を起こす。このような通常の光化学反応は、Ｄ
ＭＡＰＮが１個の光子を吸収して励起されるいわゆる１
光子励起反応である。それに対して本発明では３８０ｎ
ｍの例えば２倍の波長である７６０ｎｍのレーザー光を
照射する。するとＤＭＡＰＮは非線形光学効果のため図
２に示すように同時に複数個（この場合は２個）の光子
を吸収して励起状態になる。そして同様に光化学反応を
起こすが、ＤＭＡＰＮの場合は、図３に示すようにニト
ロンの２重結合が切断され、オキサジリジンを生成する
か、あるいはプロトン−酸素原子の換位に伴ってアミド
が生成する。これらの光化学反応に伴っていずれもその
共役系が破壊されるため分子の分極率が小さくなり屈折
率の減少が観測される。なお、多光子励起反応は１光子
励起反応に比べ反応の選択性が良く、したがって屈折率
を制御しやすい利点もある。

【００４７】そして本発明の多光子励起反応は非共鳴の
多光子励起反応であることが重要である。非共鳴とは吸
収がない波長域で励起することを意味する。前述のＤＭ
ＡＰＮの場合では７６０ｎｍに吸収がないにもかかわら
ず、励起させることができる。したがって同じ多光子励
起であっても吸収の存在する波長域で照射する場合、す
なわち共鳴多光子励起（Ｊ．Ａｌｂｅｒｔ、Ｂ．Ｍａｌ
ｏ、Ｋ．Ｏ．Ｈｉｌｌ、Ｆ．Ｂｉｌｏｄｅａｕ、Ｄ．
Ｃ．Ｊｏｈｎｓｏｎ、Ｓ．Ｔｈｅｒｉａｕｌｔ、Ａｐｐ
ｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、６７（２４）、３５２９−
３１（１９９５）．他) とは異なるものである。吸収の
ない波長域を照射することによって成形体中で光強度が
減衰することがなくなるため、従来の方法では対応でき
なかった大口径のロッドやレンズなどに屈折率分布を付
与することが可能となる。

【００４８】また本発明によって製造する屈折率分布型
光学成形体は、その屈折率変化が固定され、維持されて
なるものである。したがって同じ多光子励起であっても
レーザー照射時にのみ一時的に屈折率変化が誘起され
る、いわゆる３次の非線形光学効果を利用した場合
（Ｇ．Ｓ．Ｈｅ、Ｍ．Ｙｏｓｈｉｄａ、Ｊ．Ｄ．Ｂｈａ
ｗａｌｋａｒ、ａｎｄ Ｐ．Ｎ．Ｐｒａｓａｄ、Ａｐｐ
ｌ．Ｏｐｔ．、３６、６、１１５５（１９９７）．他)
とは異なるものである。

【００４９】したがって、本発明に用いるレーザー光
は、光学成形体中に非共鳴多光子励起反応を起こし得る
波長であって、具体的には、成形体あるいはそれを構成
する物質の吸収波長、つまり１光子励起による光化学反
応が起こる波長に対して１．２〜６倍のものを用いるこ
とができる。

【００５０】上述の波長を有するレーザー光を照射する
ことにより、非共鳴多光子励起反応を誘起することがで
きるが、特に２個の光子で励起する非共鳴２光子励起反
応が、反応の効率が良く好適に用いられる。その場合の
レーザー光の波長は１光子励起反応が起こる波長に対し
て１．８〜２．２倍とすることが好ましい。

【００５１】本発明に用いるレーザーの種類としては、
前述の波長を出すことができるレーザーであればＣＷレ
ーザー、パルスレーザー共に用いることができ、特に限
定されるものではないが、パルスレーザーの方がより好
ましい。非共鳴多光子励起反応は非線形光学効果の一種
であるため、例えば２光子励起の場合、反応はレーザー
光強度の２乗に比例する。従ってピーク強度の高いパル
スレーザーであれば反応が進行しやすく、効率的に屈折
率を制御できる。パルスレーザーの例としてはモードロ
ックチタンサファイヤレーザー、パラメトリック発振レ
ーザー、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー、Ｎｄ：ＹＬＦレーザー
等を挙げることができる。操作の容易なナノ秒パルスレ
ーザーも用いることができる。

【００５２】次に光学成形体について述べる。光学成形
体は、非共鳴多光子励起反応を誘起し得る物質又はこの
物質を含有する材料からなる。非共鳴多光子励起反応を
誘起し得る物質としては無機物質、有機物質ともに用い
ることができる。

【００５３】無機物質としてはゲルマニウムドープ石
英、ユーロピウムドープ石英などが挙げられる。

【００５４】有機物質としては、非共鳴多光子励起によ
って分子内電子遷移（ｎ→π^* 、π→π^* ）などを起こ
し、立体構造の変化や、２重結合の切断、環化反応、分
子間の架橋反応などを起こす物質であれば用いることが
できる。また本発明でいう光化学反応には分子構造、立
体構造の変化だけでなく、例えば液晶におけるコレステ
リック相からネマチック相への相変化、分子の凝集状態
の変化、配向度の変化なども含む。

【００５５】非共鳴多光子励起反応を起こすことができ
る有機物質としては、電子吸引性及び電子供与性基を分
子構造の対照的な位置に有し、反応後の分子構造、凝集
状態などが安定であるものが好適に用いられる。また光
学成形体の用途によっては、できる限り短波長領域に吸
収極大を有し、無色であることが好ましい。そのような
有機物質としてニトロン誘導体、桂皮酸誘導体、スチル
ベン誘導体、２，５−ジスチリルピラジン誘導体、アン
トラキノン誘導体、ビフェニル誘導体、ノルボルナジエ
ン誘導体、アゾ系化合物、ジアゾ化合物、オレフィン誘
導体を挙げることができる。

【００５６】上記に挙げた物質の中から一つを選択して
用いることができ、また複数を組み合わせて用いること
もできる。

【００５７】ニトロン誘導体としてはα−ジメチルアミ
ノフェニル−Ｎ−フェニルニトロン、α−フェニル−Ｎ
−フェニルニトロン等を挙げることができるがこれに限
定されるものではない。

【００５８】オレフィン誘導体としては、１，５−シク
ロヘキサジエン、１，５−シクロオクタジエン、１，
５，５−トリメチルジエノン、１，４−ジフェニルブタ
ジエン、１，６−ジフェニルヘキサトリエン、１，２，
３，４，５−ペンタフェニルシクロヘキサジエン等の複
数の２重結合を有する物質が好適に用いられる。

【００５９】以上述べたような物質を結晶状、あるいは
ガラス状としてそのまま用いても良いし、あるいは他の
材料に含有させて用いても良い。そのような材料として
はセラミック、金属、ポリマー、オリゴマーなどの無機
材料、有機材料を用いることができる。特にポリマー、
オリゴマーは各種形状に成形しやすく、安価なため好適
に用いられる。

【００６０】無機材料としては、シリカガラス等を挙げ
ることができる。

【００６１】ポリマーもしくはオリゴマーは光学材料と
して通常用いられるものが使用可能である。具体的にモ
ノマー単位で示すとスチレン、塩化スチレン、酢酸ビニ
ル、α−メチルスチレン、ｐ−クロロスチレン、アクリ
ロニトリル、フェニル酢酸ビニル、安息香酸ビニル、ビ
ニルナフタレン、塩化ビニリデン、アクリル酸エチル、
アクリル酸ブチル、アクリル酸シクロヘキシル、アクリ
ル酸フェニル、アクリル酸ベンジル、アクリル酸アダマ
ンチル、アクリル酸カルボニル、アクリル酸ヒドロキシ
アルキル、アクリル酸パーフルオロアルキル、ジグリセ
リンテトラ（メタ）アクリレートなどのアクリレート系
ポリマーもしくはオリゴマー、またはメタクリル酸アダ
マンチル、メタクリル酸ヒドロキシアルキル、メタクリ
ル酸カルボニル、メタクリル酸ナフチル、メタクリル酸
シクロヘキシル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸フ
ェニル、メタクリル酸ブチル、メタクリロニトリル、メ
タクリル酸メチル、２，２，２−トリフルオロエチルメ
タクリレート、４−メチルシクロヘキシルメタクリレー
ト、フルフリルメタクリレート、１−フェニルエチルメ
タクリレート、１−フェニルシクロヘキシルメタクリレ
ート、ベンジルメタクリレート等のメタクリレート系ポ
リマーもしくはオリゴマー、またはそれらの誘導体、あ
るいはポリエステル樹脂、エポキシ樹脂等を挙げること
ができるがこれらに限定されるものではない。

【００６２】以上のようなポリマーもしくはオリゴマー
に前述の非共鳴多光子励起反応を誘起し得る物質を含有
させる場合には、ポリマーもしくはオリゴマー中に分散
させたホストゲスト系として用いても良いし、あるいは
ポリマーもしくはオリゴマーの主鎖もしくは側鎖に導入
して主鎖型もしくは側鎖型のポリマーもしくはオリゴマ
ーとすることもできる。あるいは主鎖と側鎖の両方に有
していても良い。

【００６３】分散させる方法としては通常の方法を用い
ることができ、特に限定されるものではない。例えば有
機溶媒とともに分散させても良いし、直接ポリマーもし
くはオリゴマーに練り込むこともできる。結果としてポ
リマーもしくはオリゴマーに分散できれば良い。

【００６４】非共鳴多光子励起反応を誘起し得る物質の
ポリマーもしくはオリゴマーに対する濃度は、物質の種
類、得ようとする屈折率変化量等によって適宜決定され
るが、通常は１０〜６０ｗｔ％程度とすることが好まし
い。

【００６５】ポリマーもしくはオリゴマーの主鎖、側鎖
に非共鳴多光子励起反応を誘起し得る物質を導入する方
法としては、最初に非共鳴多光子励起反応を誘起し得る
物質を有するモノマーを合成し、それを単独で重合する
こともできるし、他のモノマーと共重合させることもで
きる。またベースとなるモノマーを重合してポリマーも
しくはオリゴマーとした後、高分子反応で非共鳴多光子
励起反応を誘起し得る物質を主鎖、側鎖に導入すること
もできる。その他、結果として非共鳴多光子励起反応を
誘起し得る物質をポリマーもしくはオリゴマーの主鎖、
側鎖に導入できる方法であれば用いることができる。

【００６６】光学成形体はレーザー光を照射するにあた
り、用途を考慮した上で各種形状に成形されている。例
えばロッド状、ファイバー状、長板状、球状、フィルム
状、レンズ状などが挙げられるがこれに限定されるもの
ではない。その成形方法についても通常用いられる方法
を用いることができ、例えば射出成形、圧縮成形、ブロ
ー成形、押し出し、箱枠内重合法、削り出し法、引き延
ばし法、加熱冷却法、ＣＶＤ蒸着法、焼結法、、スキャ
ン法などが挙げられる。また光学成形体の用途によって
はスピンコート法、溶媒キャスト法、ＬＢ法、スプレー
法、ロールコート法、凸版印刷法、スクリーン印刷法等
も用いることができる。

【００６７】レーザーの照射は単一のレーザーを用いて
行うことができる。レーザー光の強度は照射波長などに
もよるが、１００ＭＷ／ｃｍ² 〜２ＧＷ／ｃｍ² とする
ことが最も反応効率が良く好ましい。

【００６８】照射した領域で非共鳴多光子励起反応が誘
起され屈折率が変化するわけであるが、反応させる物質
の種類、照射波長によって屈折率は減少する場合と増加
する場合がありどちらでも用いることができる。また屈
折率変化量は通常、照射時間あるいは光強度が大きいほ
ど大きい。例えば前述したように２光子励起反応の場合
には光強度の２乗に比例して反応が進行する。したがっ
て図４に示すように凸レンズなどで集光したレーザーの
集束光２ａを照射することにより、焦点位置で最も大き
い屈折率変化量を得ることができ、焦点位置から離れる
に連れて連続的に屈折率変化量を減少させることができ
る。集光させずに照射した場合には図５に示すようにレ
ーザーの平行光２ｂの通過した領域に一定の屈折率変化
を与えることができる。さらにスペイシャルフィルタ
ー、コリメーションレンズなどを介して、照射断面積の
大きい平行光として照射することもできる。また、照射
断面積の大きい平行光をスリット、ピンホールなどを通
すことによって径を調節して照射することもできる。さ
らにレーザー光は偏光解消版を介して照射することによ
り、光学成形体に等方的な屈折率変化を誘起することが
できる。

【００６９】また、複数のレーザーを用いて照射するこ
ともできる。これら複数のレーザーは逐次に用いて照射
しても良いし、同時に照射しても良い。そしてそれぞれ
のレーザーの波長は同一であってもまた異なっていても
良い。特に異なる波長を持つ複数のレーザーを同時に照
射することにより、例えば２つのレーザーを用いた場合
には、非共鳴の２波長多光子励起反応を誘起することが
できる。

【００７０】複数のレーザーを照射する場合は、同一の
方向へ照射することもできるし、互いに交差させて照射
することもできる。交差させることによりその交差点の
みで反応を起こすことも可能であり、例えば３次元光メ
モリなどの用途には好適に用いられる。

【００７１】次に具体的な例として、ロッド状の光学成
形体に応用する場合について述べる。まず第一の方法と
しては、図６に示すように、光学成形体１をロッド状に
成形し、中心軸に沿って回転させながらレーザーの集束
光２ａを照射し、その焦点位置をロッド状の光学成形体
１の半径方向に移動させると共に、焦点位置によって照
射時間を連続的に変化させることによって、照射した領
域の屈折率を中心から周辺にかけて連続的に変化させる
ことができる。

【００７２】照射時間は所望の屈折率分布形状に対応さ
せて変化させる。例えば中心から周囲にかけて放物線状
に屈折率が減少するＧＩ型の屈折率分布を得たいとき
は、光照射によって屈折率は減少する場合、中心部近辺
では焦点を速く移動させて屈折率が減少しないように
し、周辺部では遅く移動させて屈折率を大きく減少させ
れば良い。また移動速度で制御しても良いが、焦点を半
径上で複数回往復させて、徐々にその往復範囲を狭く
（広く）させることによっても結果的に照射時間を変え
ることができ、屈折率分布を得ることができる。

【００７３】ロッドの径、回転速度等は照射条件により
適宜決めることができ、特に限定されるものではない。
焦点の移動はロッド、レーザー、集光レンズなどを移動
させることにより行うことができ、その移動機構はモー
ターなど通常用いられるものを使用することができる。

【００７４】さらに上記の方法でロッドの断面に屈折率
分布を付与すると共に、焦点をロッドの長手方向にも移
動させることによって、ロッドの中心軸から周辺部にか
けて屈折率を分布させることができる。長手方向と半径
方向の移動はどちらが先でも良いし、また同時に行って
も良い。

【００７５】またロッド状の光学成形体に屈折率分布を
付与する別の方法としては、図７に示すようにロッド状
の光学成形体１を、中心軸に沿って回転させながらレー
ザーの集束光２ａの焦点を、ロッド状の光学成形体１の
円周面上に位置させ、そのまま焦点位置を光学成形体１
の長手方向に移動させる方法を用いることができる。前
述したように、レーザー光を集光させた場合、焦点から
の距離により連続的に屈折率は変化するので、この場合
は円周面上で最も屈折率変化量が大きく、中心へ向かう
につれて変化量を小さくすることができる。その際、適
切な照射時間、照射強度、あるいは照射する角度などを
設定することにより所望の屈折率分布形状を得ることが
できる。

【００７６】さらに別の方法としては、図８に示すよう
にロッド状の光学成形体1 を中心軸に沿って回転させな
がら、レーザーの平行光２ｂを中心軸に平行に照射し、
レーザー光束、すなわち照射する領域を半径方向に移動
させる方法を用いることができる。移動させる際には、
屈折率分布を考慮に入れ、照射時間を変化させながら行
う。この方法は、非共鳴多光子励起反応で光が吸収され
ないため、レーザーの通過した領域に一定の屈折率変化
量を与えることができるため用いることができる。

【００７７】以上述べた方法で製造したＧＩ型ロッドを
長手方向に延伸すると、延伸過程で成形体中の屈折率分
布形状は維持されるため、例えばＧＩ型光ファイバーと
することができる。延伸方法は通常用いられる加熱延
伸、レーザー照射延伸、押し出し等を用いることができ
る。このような方法で作られた光ファイバーは、重合や
浸漬工程を含まないため重合開始剤、可塑剤などの不純
物を成形体中に含まず、透明性に優れる。

【００７８】また、光学成形体を予めファイバー状に成
形しておいてから、ロッド状の光学成形体に用いたのと
同様の方法でＧＩ型光ファイバーとすることもできる。
すなわち、一つは、ファイバー状の光学成形体を、中心
軸に沿って回転させながらレーザーの集束光の焦点位置
を、ファイバーの半径方向に沿って移動させ、焦点位置
によって照射時間を連続的に変化させる方法である。

【００７９】それに加えて、焦点をファイバーの長手方
向にも移動させれば、ファイバーの中心軸から周囲にか
けて屈折率が連続的に変化したＧＩ型光ファイバーとす
ることができる。

【００８０】または、ファイバー状の光学成形体を、中
心軸に沿って回転させながらレーザーの集束光の焦点
を、ファイバーの表面上に位置させ、そのまま焦点をフ
ァイバーの長手方向に移動させることによってもＧＩ型
光ファイバーを作製することができる。

【００８１】以上述べた、ロッドあるいはファイバーの
成形機、レーザー照射装置、延伸装置は連続した工程と
することができる。これにより連続してＧＩ型光ファイ
バーなどを製造することが可能である。

【００８２】さらにＧＩ型光ファイバーの別の製造方法
としては、まず光学成形体をファイバー状に成形し、レ
ーザー光を照射することによってファイバー中にレーザ
ー光を導波させる。すると波動光学から導かれるよう
に、ファイバーの半径方向には、導波モードに基づく光
強度分布が生じる。通常ファイバーの中心軸が高光強度
で、周辺部では弱くなる。ここで光学成形体が光照射に
よって屈折率が大きくなる場合であれば、ファイバーの
中心では屈折率が高く、周辺部では低い屈折率分布が得
られ、ＧＩ型光ファイバーとなる。

【００８３】その他、各種形状の光学成形体に対して、
レーザー光を照射することにより、照射した領域の屈折
率が変化した屈折率分布型光学成形体とすることができ
る。その際、照射する領域によって照射時間もしくは光
強度が連続的に変化するように照射すれば、それに対応
して連続的な屈折率変化を与えることができる。あるい
は照射時間と光強度が両方変化しても良い。

【００８４】例えば図９に示すように、円板状の光学成
形体１に開閉自在な絞り３を介してレーザーの平行光２
ｂを照射する。絞り３の開閉速度を適切に制御すること
により、中心と周辺で照射時間が異なるため屈折率を分
布させることができる。絞りの形状を工夫することによ
って遠近両用眼鏡レンズ、またはレンズが板状成形体や
フィルム上で配列しているマイクロレンズアレイなども
作製可能である。

【００８５】あるいは、光学成形体にレーザーの集束光
を照射すれば、焦点からの光強度が連続的に変化してい
るため、焦点から球状に屈折率が連続分布する球状レン
ズを得ることができる。

【００８６】あるいは、絞りなどを介さず、光学成形体
に対してレーザー光を走査しながら照射しても良い。こ
のとき走査するためにレーザーと光学成形体のどちらを
移動させても良い。また間にレンズ、プリズム等を置き
それを移動させても良い。そして照射する領域によって
照射時間、光強度を連続的に変化させる。

【００８７】例えば、図１０に示すように回転する円板
状の光学成形体１上にレーザーの平行光２ｂを半径方向
に沿って移動させながら照射する。その際、レーザーの
移動速度などを連続的に変化させれば、中心から周辺部
へ屈折率が変化するＧＲＩＮレンズとすることができ
る。中心と周辺部の屈折率差を大きくすれば、平面で屈
折力を有するレンズができる。また、中心部から周辺部
への屈折率分布が一方的に減少もしくは増加する場合だ
けでなくレーザー光の移動速度を複雑に変化させること
により遠近両用レンズ、乱視用レンズなどにも対応でき
るものである。さらにレーザー光の走査は微細な領域
で、かつ精密に制御できるため眼鏡用などの大口径レン
ズは勿論、コンタクトレンズやマイクロレンズ等にも用
いることができる。なお、屈折率分布を付与するととも
に周辺部を削ったレンズはより屈折力が大きく、つまり
焦点距離の短いレンズとなり、従来のレンズに比べ大幅
に厚さを軽減することができる。

【００８８】またＧＲＩＮレンズは前述の屈折率分布型
ロッドまたは光ファイバーを切断することによっても得
ることができる。

【００８９】さらに、屈折率分布型ロッドまたは光ファ
イバーを切断してＧＲＩＮレンズにすると共に、それを
アレイ化することによりマイクロレンズアレイとするこ
とができる。この場合、一つ一つのレンズがＧＲＩＮレ
ンズのため鮮明な像が得られ、読み取りレンズや液晶デ
ィスプレイに用いられる。

【００９０】光学成形体にレーザー光を走査しながら照
射することにより光導波路を作製することもできる。例
えば長板状の光学成形体にレーザー光を走査しながら照
射すると共に、位置によって照射時間を連続的に変え
る。例えば光照射で屈折率が減少する場合、導波部分の
中心部では照射時間を短く、中心から離れるにつれて長
くすればＧＩ型光導波路を作製することができる。ま
た、平行光ではなく集束光を用いれば、焦点位置を３次
元的に走査することにより３次元的に光を閉じ込めうる
ＧＩ型導波路とすることができる。

【００９１】照射時間、光強度は不連続に変化させなが
ら照射することもできる。前述したとおりレーザーの集
束光を光学成形体に照射すると、焦点位置において最も
屈折率を変化させることができる。これを利用し、例え
ば光学成形体中で焦点を３次元的に走査しながら不連続
的に照射時間を長くしたり光強度を高くしたり、あるい
は屈折率を変化させたい部位に焦点を合わせてそこだけ
に照射することにより、レーザー光で書き込み可能な光
メモリとすることができる。この光メモリは情報を多層
に書き込むことができるため、情報の密度は非常に高い
ものである。

【００９２】またＳＩ型導波路を作るには、光学成形体
上に照射時間や光強度を変化させず例えば一定の速度で
レーザーの平行光を走査しながら照射すれば良い。

【００９３】さらに走査するかわりにパターンニングの
技術を応用し、マスクを介してレーザー光を照射するこ
とにより、光学成形体に様々な屈折率変化パターンを付
与することができる。光導波路の場合は導波路の形状を
持つマスクを通して照射すれば良い。また図１１に示す
ようにマスク４のパターンをより複雑にすることにより
光集積回路を作製することができる。さらに非共鳴多光
子励起反応により物質が不溶化等する場合は、フォトレ
ジストに応用することもできる。マスクパターンを縞状
とすれば周期的な屈折率変化を有する光回折格子とする
こともできる。

【００９４】光回折格子の作製においては、光学成形体
にレーザーを走査しながら照射しても良い。位置によっ
て照射時間あるいは光強度を周期的に変化させながら照
射することにより、周期的な屈折率変化を付与すること
ができる。

【００９５】さらに光回折格子を作製する際には、レー
ザー光により形成した干渉パターンを照射することによ
り、緻密な屈折率分布を与えることができる。干渉パタ
ーンを形成させる方法としては、光学成形体に対して複
数のレーザーを異なる方向から照射し干渉させる方法
や、スリットを介してレーザー光を照射し干渉パターン
を形成する方法、あるいはレーザー光の一部を鏡に反射
させ、反射光と直接照射されるレーザー光との干渉を利
用する方法などを用いることができる。いずれの方法も
レーザー光の照射角度や鏡の角度を変化させることによ
り、様々な周期を有する光回折格子を作製できる。

【００９６】さらにレーザー光より形成した干渉パター
ンを光学成形体に照射することにより、ホログラフィー
技術における記録媒体（ホログラム）とすることができ
る。すなわち記録したい物体を透過させた信号光と、同
じ光源から直接得られた参照光を干渉させて光学成形体
に照射し屈折率を変化させることにより物体の像を光学
成形体に記録できる。

【００９７】

【実施例】以下、実施例によりさらに具体的に本発明を
説明する。

【００９８】（実施例１）ＧＩ型光ファイバーの作製
（１） まず、ポリマーの側鎖に非共鳴多光子励起反応を起こし
得るニトロン誘導体を導入した側鎖型ポリマーを合成し
た。以下にその合成手順を示す。 〈フェニルヒドロキシアミンの合成〉ニトロベンゼン１
００ｇ（０．８２ｍｏｌ）、塩化アンモニア５０ｇ
（０．９４ｍｏｌ）を１．６ｌの純水に加えて強く攪拌
しながら、１２４ｇ（１．６２ｍｏｌ）の亜鉛粉末を添
加した。続いて約２０分攪拌した後、濾過し、生成物を
析出させた。 〈メタクリレートモノマーＡの合成〉ヒドロキシベンズ
アルデヒド２５ｇ（０．２０５ｍｏｌ）、トリエチルア
ミン２１ｇ（０．２０５ｍｏｌ）を、３０ｍｌのＴＨＦ
に溶かして、メチルメタクリル酸クロリル１７ｇ（０．
１６４ｍｏｌ）を添加した。生成物をエーテルで抽出し
カラムによって精製した。 〈ポリマー１の重合〉合成したモノマーＡを、さらに蒸
留、再結晶により精製した後、重合させた。重合の際の
Ａとメチルメタクリレート（ＭＭＡ）の組成比はモル比
で５／９５〜３０／７０とした。ここで、モノマーＡ１
０ｇ（５２．５ｍｍｏｌ）、ＭＭＡ２１ｇ（２１０ｍｍ
ｏｌ）及び重合開始剤ＡＩＢＮ０．１ｇを、封管用ガラ
スアンプルに入れて窒素置換してから液体窒素で冷凍
し、減圧下で脱気操作を３回繰り返してから、ガスバー
ナーで溶封して、７０℃にて２４時間重合させた。その
後重合体を取出し、ＴＨＦに溶かしてメタノールに投入
し白いポリマーを得た。 〈ポリマー２の合成〉ポリマー１をＴＨＦに溶かし、ナ
スフラスコに入れて室温で攪拌しながら、フェニルヒド
ロキシアミンを加えた。加えた量はポリマー１を重合す
るときに決めた共重合比と同じにする。その後、十分攪
拌してから反応系を濃縮しメタノールに導入して沈殿さ
せた。続いて、エーテルで数回洗浄し減圧乾燥を施して
目的のα−フェニル−Ｎ−フェニルニトロンを側鎖に持
つポリマーを得た。図１２に合成手順を示す。なお以上
の操作はすべて遮光下で行った。このようにして合成し
たポリマー２をガラスチューブに入れ不活性ガスで十分
置換して減圧しながら２００℃まで加熱しポリマーを溶
融して冷却させ、直径１０ｍｍ、長さ５ｃｍのロッド状
の光学成形体１を作製した。次に、図１３に示すように
これを架台５に固定し４５０ｒｐｍ／ｍｉｎの速度で回
転させ、Ｓｐｅｃｔｒａ Ｐｈｙｓｉｃｓ ＭＯＰＯ−
７３０ ＯＰＯ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐａｒａｍｅｔｒｉ
ｃ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒｓ）レーザー２ｂをロッド状
の光学成形体１の軸方向に平行に照射した。レーザーの
光強度は１．５ＧＷ／ｃｍ² 、波長は７６０ｎｍの平行
光とした。光束はピンホール６を通して０．５ｍｍ×
０．５ｍｍに調整した。ビーム先から光学成形体１まで
の距離は１５ｃｍとした。またレーザーと光学成形体の
間には偏光解消板を用いた。これは以下の実施例でも同
様に用いた。レーザー２ｂの光束をロッド状の光学成形
体１の半径方向に移動させ、且つその移動速度を連続的
に変化させながら照射することにより、ロッド状の光学
成形体１の中心軸から周囲にかけて放物線状に屈折率が
減少する分布を形成させた。その後このロッドを２２０
℃に加熱し延伸することによって直径２ｍｍのＧＩ型光
ファイバーを作製した。干渉屈折計で測定したところ、
中心部と周囲の最大屈折率差Δｎが０．０１５であり、
実用的な値が得られた。

【００９９】（実施例２）ＧＩ型光ファイバーの作製
（２） 図１４に示すように実施例１と同様にポリマー２からな
る直径８ｍｍ、長さ３ｃｍのロッド状の光学成形体１を
作製し、架台５に固定した。これを中心軸に沿って５０
０ｒｐｍ／ｍｉｎの速度で回転させながら、レーザーの
集束光２ａを光学成形体１の軸方向に０．０２ｍｍ／ｍ
ｉｎという一定速度で移動させた。一方、レーザーの入
射方向に沿ってレーザーと光学成形体１の相対位置を変
えながら照射する。つまり光学成形体１の半径方向に焦
点が移動するように照射する。本実施例では、レーザー
の出力強度は１．５ＧＷ／ｃｍ² 、波長７６０ｎｍの集
束光を用いた。またレーザーを集光するために焦点距離
１ｍの長焦点レンズを用いた。焦点位置による照射時間
をロッド状の光学成形体１の中心部から外側へ行くほど
長くすることによって、ＧＩ型のロッドを得た。その後
このロッドを２２０℃まで加熱し延伸して直径１．５ｍ
ｍのＧＩ型光ファイバーを作製した。干渉屈折計で測定
したところ屈折率の差Δｎが０．０１２で十分な値が得
られた。

【０１００】（実施例３）ＧＩ型光ファイバーの作製
（３） 実施例２と同様にポリマー２からなる直径８ｍｍ、長さ
３ｃｍのロッド状の光学成形体を作製し、架台に固定し
た。これを中心軸に沿って５００ｒｐｍ／ｍｉｎの速度
で回転させながら、レーザーの集束光をロッドの半径方
向に照射した。その際レーザー光の焦点は円周面上に固
定し、かつ光学成形体の長手方向に０．０１ｍｍ／ｍｉ
ｎの一定速度で移動させた。レーザー光の強度は０．５
ＧＷ／ｃｍ² 波長は７６０ｎｍのものを用いた。レーザ
ーを集光するために焦点距離１ｍの長焦点レンズを用い
た。結果としてＧＩ型のロッドを得ることができ、その
後このロッドを２２０℃まで加熱し延伸して直径１．０
ｍｍのＧＩ型光ファイバーを作製した。干渉屈折計で測
定したところ屈折率の差Δｎが０．０１５で十分な値が
得られた。

【０１０１】（実施例４）ＧＩ型光導波路の作製 ポリマー２をＤＭＦに溶かして、キャスト法により厚さ
１μｍ、長さ１ｃｍ×幅０．５ｃｍの薄膜を作製し光導
波路用光学成形体１とした。ＧＩ型光導波路の作製は図
１５に示すようにレーザーの集束光２ａを用いた。ＭＯ
ＰＯ−７３０ＯＰＯレーザーを０．０２ｍｍ×０．０２
ｍｍの集束光にし、走査速度を連続的に変化させて照射
した。反応速度を上げるために、光学成形体１を１００
℃に加熱して行った。レーザーから光学成形体１までの
距離は５ｃｍとした。出力光強度を１．５ＧＷ／ｃｍ²
であって、波長は７６０ｎｍのものを用いた。作製した
ＧＩ型光導波路はコア部の最大屈折率差が０．００２で
あり、導波性能も良好であった。

【０１０２】（実施例５）ＳＩ型光導波路の作製 実施例４における光導波路用光学成形体にレーザーの平
行光を０．１ｍｍ／ｍｉｎの一定速度で走査しながら照
射することにより、図１６に示したようなＳＩ型光導波
路が作製できた。この試料は光照射により屈折率が減少
するものであるので、レーザー光の走査範囲は、コア部
以外の領域を照射した。

【０１０３】（実施例６）球状レンズの作製（１） 球状レンズの製作装置は実施例４と同じ装置を用いた。
まず、４ｇＰＭＭＡと１ｇＤＭＡＰＮとを４５ｇのＤＭ
Ｆに溶かした溶液をガラス製のシャーレにキャストし
て、厚さ２ｍｍ、直径０．５ｃｍの円形プレートを作製
し、試料とした。レーザー（ＯＰＯ７３０）を０．００
５ｍｍ×０．００５ｍｍの集束光にし、その焦点を試料
の裏面に当たるように固定して１時間照射した。レーザ
ーの出力強度は１．５ＧＷ／ｃｍ² 、出力波長は７６０
ｎｍであった。作製した球状レンズは干渉屈折計で測定
したところ屈折率分布のゆらぎがなく、十分な屈折力を
有していた。

【０１０４】（実施例７）球状レンズの作製（２） 実施例６でＰＭＭＡとＤＭＡＰＮの混合物に代わり、Ｄ
ＭＡＰＮをＰＭＭＡの側鎖に３０ｍｏｌ％導入したポリ
マーを合成して用いた他は、実施例６と同様にして球状
レンズの作製を行った。作製した球状レンズは干渉屈折
計で測定したところ屈折率分布のゆらぎがなく、十分な
屈折力を有していた。

【０１０５】（実施例８）ＧＲＩＮレンズの作製（１） 実施例１〜３で作製したＧＩ型光ファイバーを、短く切
断することにより中心から周囲にかけて屈折率が連続的
に分布したＧＲＩＮレンズが得られた。

【０１０６】（実施例９）ＧＲＩＮレンズの作製（２） ＤＭＡＰＮをＰＭＭＡに対して１０ｗｔ％加え、ホット
プレスにより直径２ｃｍ、厚さ５ｍｍの円板状の光学成
形体とし試料とした。照射装置は、図１７に示すように
円板状の光学成形体１の前に開閉自在な絞り３を取り付
け、照射するＯＰＯレーザー光２ｂはスペイシャルフィ
ルター７及びコリメーションレンズ８を使って平行光に
し、絞り３を閉めた状態から徐々に開きながら照射す
る。レーザーと円板状の光学成形体１との距離は５ｃｍ
とした。またレーザー光強度は１．５ＧＷ／ｃｍ² 、波
長は７６０ｎｍのものを用いた。これによって中心部か
ら周辺部へ屈折率が連続的に高くなる円板状の光学成形
体が得られた。その屈折率差は０．０２５であり、近視
用眼鏡用レンズとしての可能性を示した。

【０１０７】（実施例１０）ＧＲＩＮレンズの作製
（３） 照射する試料は実施例９と同様の円板状の光学成形体を
用いた。照射装置を図１８に示す。円板状の光学成形体
１を取り付けた架台５は０．１ｒｐｍ／ｍｉｎ〜５００
ｒｐｍ／ｍｉｎの角速度で回転できるようになってい
る。ここでは回転速度を３００ｒｐｍ／ｍｉｎに設定
し、レーザー光２ｂを円板状の光学成形体１の中心から
周囲に向かって移動させながら照射した。照射時間は周
囲に向かうにつれて長くなるようにした。これによって
凸レンズ能を有するＧＲＩＮレンズを得た。なお、レー
ザー光を移動する際に照射時間を短くするように照射し
たところ、逆に凹レンズ能を持つＧＲＩＮレンズとなっ
た。

【０１０８】（実施例１１）３次元光メモリの作製 ３次元光メモリの書き込み装置を図１９に示す。レーザ
ー２ａは光学成形体１の平面を自由に走査できるように
なっている。レーザーが水平方向に一度に移動できる間
隔は０．０２５μｍ〜０．２μｍの範囲内で自由に設定
できる。移動時間間隔は０．００１ｓｅｃ〜１ｈｒまで
自由に制御可能である。また、レーザービームと光学成
形体１平面との間隔は０．００１ｍｍずつ調整可能であ
ってレンズ９で集光したレーザー光の焦点を試料の深さ
方向にも走査できるようになっている。この装置を用い
実施例９と同じ材料からなる２ｃｍ×２ｃｍ×２ｍｍの
試料に対してレーザーの集束光を照射した。レーザーの
出力強度は１．０ＧＷ／ｃｍ²とし、波長は７６０ｎｍ
のものを用いた。まず試料の同一平面内でレーザーの焦
点を０．５ｓｅｃ毎に０．０２５μｍ移動させながら照
射した。続いてレーザーと試料平面の距離を０．５ｍｍ
移動して、同様に走査した。このようにして、試料に３
層の情報を書き込むことができた。レーザーを照射した
部位と周辺部との屈折率差は０．０００８であり、メモ
リとして十分に読み取り可能であった。

【０１０９】（実施例１２）光集積回路の作製 α−フェニル−Ｎ−フェニルニトロン（ＰＰＮ）をＰＭ
ＭＡの側鎖に２０ｍｏｌ％の割合で有するポリマーを合
成し、これをトルエンに溶かして１０％の溶液を調整
し、溶媒キャスト法で厚さ５μｍの膜を作製して試料と
した。この試料に対して、１００μｍ幅のマスクを通し
て、ＯＰＯレーザーをスペイシャルフィルター及びコリ
メーションレンズで平行光にしたものを照射した。出力
強度は１．５ＧＷ／ｃｍ² 、波長は６６０ｎｍとした。
結果、１００μｍの屈折率パターンを有する光集積回路
を得ることができた。なお、この反応により、ニトロン
結合からオキサジリジン結合に変化した部位がトルエン
に不溶化するため、トルエンによりエッチングすること
によってフォトレジストとしても利用できた。

【０１１０】（実施例１３）光回折格子の作製 ポリマー２を用いて、２ｃｍ×１ｃｍ×１０μｍのフィ
ルムを作製し、試料とした。この試料にＯＰＯレーザー
を照射した。出力強度は０．８ＧＷ／ｃｍ² 、波長は７
２０ｎｍとした。照射の方法としては、図２０に示すよ
うにレーザーの平行光２ｂを、４５°に置いた反射板１
０で反射させてフィルム状の光学成形体１に照射する。
光学成形体１には反射光と直接照射された光から形成さ
れる干渉パターンが照射される。照射とともに図の矢印
方向に０．００１ｍｍ／ｍｉｎの速度で試料を移動さ
せ、結果として０．５μｍの周期を持つ光回折格子を得
た。

【０１１１】（実施例１４）ホログラムの作製 波長７６０ｎｍ、１ＧＷ／ｃｍ² のレーザーの平行光を
ハーフミラーで２つの光路に分け、ひとつは透明な物体
を通過させ信号光とし、もうひとつの参照光と干渉さ
せ、その干渉パターンを実施例１２と同じ光学成形体に
照射した。得られた光学成形体に再生照明光をあてるこ
とにより、高い分解能で記録された物体像が確認でき
た。

【０１１２】（実施例１５）屈折率変化したフィルムの
作製 非共鳴２光子励起反応を起こし得るニトロン誘導体をＰ
ＭＭＡに対して１０％ドープし、スピンコート法により
フィルムを作製した。次にこのフィルムにＱ−スイッチ
付きＮｄ：ＹＡＧレーザー（波長１０６４ｎｍ）の光第
２高調波である５３２ｎｍを照射し、その時の照射時間
に伴うフィルムの屈折率変化をｍ−ｌｉｎｅ法によって
測定した。その結果、照射時間とともに屈折率が減少す
るのが観測され、屈折率が減少したフィルムを作製する
ことができた。

【０１１３】

【発明の効果】以上、本発明の屈折率分布型光学成形体
の製造方法は、非共鳴多光子励起反応を用いているた
め、光吸収のない波長域を照射して屈折率を制御でき
る。そのため従来の光化学反応による屈折率制御では対
応できなかった比較的大きい光学成形体にも応用が可能
である。またレーザー光で屈折率を制御するため、微細
な領域での制御が可能であり、光メモリや光集積回路な
どに応用できる。さらには従来のＧＩ型光ファイバーの
製造にみられるような重合や浸漬の工程が存在しないた
め、屈折率分布形状の制御が容易で、不純物等による透
明性の低下もみられない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 ＤＭＡＰＮの紫外可視吸収スペクトルの図で
ある。

【図２】 ＤＭＡＰＮの励起過程を示す説明図である。

【図３】 ＤＭＡＰＮの光化学反応を示す図である。

【図４】 光学成形体にレーザーの集束光を照射した場
合の屈折率変化を示す模式図である。

【図５】 光学成形体にレーザーの平行光を照射した場
合の屈折率変化を示す模式図である。

【図６】 ロッド状の光学成形体にレーザーの集束光を
照射する方法を示す模式図である。

【図７】 ロッド状の光学成形体にレーザーの集束光を
照射する方法を示す模式図である。

【図８】 ロッド状の光学成形体にレーザーの平行光を
照射する方法を示す模式図である。

【図９】 光学成形体に絞りを介してレーザー光を照射
しＧＲＩＮレンズにする方法を示す模式図である。

【図１０】 光学成形体にレーザー光を照射しＧＲＩＮ
レンズにする方法を示す模式図である。

【図１１】 光学成形体にマスクを介してレーザー光を
照射し、光集積回路にする方法を示す模式図である。

【図１２】 α−フェニル−Ｎ−フェニルニトロンを側
鎖に有するポリマーの合成手順を示す図である。

【図１３】 実施例１におけるレーザー光の照射工程を
示す模式図である。

【図１４】 実施例２におけるレーザー光の照射工程を
示す模式図である。

【図１５】 実施例４におけるレーザー光の照射工程を
示す模式図である。

【図１６】 実施例５で作製したＳＩ型光導波路を示す
図である。

【図１７】 実施例８におけるレーザー光の照射工程を
示す模式図である。

【図１８】 実施例９におけるレーザー光の照射工程を
示す模式図である。

【図１９】 実施例１０におけるレーザー光の照射工程
を示す模式図である。

【図２０】 実施例１２におけるレーザー光の照射工程
を示す模式図である。

【符号の説明】

１ 光学成形体 ２ａ レーザーの集束光 ２ｂ レーザーの平行光 ３ 絞り ４ マスク ５ 架台 ６ ピンホール ７ スペイシャルフィルター ８ コリメーションレンズ ９ 凸レンズ １０ 反射板 １１ 偏光解消板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 梁 傳信 山梨県北都留郡上野原町上野原8154−217 株式会社トリケミカル研究所内 (72)発明者 町田 英明 山梨県北都留郡上野原町上野原8154−217 株式会社トリケミカル研究所内 (72)発明者 木曽 幸一 山梨県北都留郡上野原町上野原8154−217 株式会社トリケミカル研究所内 (72)発明者 加田 武史 山梨県北都留郡上野原町上野原8154−217 株式会社トリケミカル研究所内 (72)発明者 宮田 清蔵 東京都保谷市下保谷３丁目18番26号 (72)発明者 小原 淳史 東京都杉並区和泉４−33−12−102 Ｆターム(参考） 2H047 AA04 AA08 BB00 BB03 BB12 EE01 EE02 EE11 EE15 EE17 EE21 EE24 EE30 GG04 GG05 2H050 AA11 AA20 AB05Z AB43Z AC06

Claims (32)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光学成形体にレーザー光を照射して非共
   鳴多光子励起による光化学反応を誘起することにより屈
   折率を制御することを特徴とする屈折率分布型光学成形
   体の製造方法。
2. 【請求項２】 レーザー光は、１光子励起による光化学
   反応を誘起するときの波長に対して１．２〜６倍の波長
   とすることを特徴とする請求項１記載の屈折率分布型光
   学成形体の製造方法。
3. 【請求項３】 非共鳴多光子励起による光化学反応は非
   共鳴２光子励起による光化学反応であることを特徴とす
   る請求項１又は２記載の屈折率分布型光学成形体の製造
   方法。
4. 【請求項４】 光学成形体は、非共鳴多光子励起による
   光化学反応を誘起し得る物質又はこの物質を含有する材
   料からなることを特徴とする請求項１〜３記載のいずれ
   かの屈折率分布型光学成形体の製造方法。
5. 【請求項５】 光学成形体は、非共鳴多光子励起による
   光化学反応を誘起し得る物質をポリマーもしくはオリゴ
   マーの主鎖もしくは／及び側鎖に有する材料からなるこ
   とを特徴とする請求項１〜４記載のいずれかの屈折率分
   布型光学成形体の製造方法。
6. 【請求項６】 光学成形体は、非共鳴多光子励起による
   光化学反応を誘起し得る物質をポリマーもしくはオリゴ
   マーに分散させた材料からなることを特徴とする請求項
   １〜４記載のいずれかの屈折率分布型光学成形体の製造
   方法。
7. 【請求項７】 非共鳴多光子励起による光化学反応を誘
   起し得る物質は、ニトロン誘導体、桂皮酸誘導体、スチ
   ルベン誘導体、２，５−ジスチリルピラジン誘導体、ア
   ントラキノン誘導体、ビフェニル誘導体、ノルボルナジ
   エン誘導体、アゾ化合物、ジアゾ化合物、オレフィン誘
   導体から選ばれる一つもしくはそれらの組み合わせであ
   ることを特徴とする請求項４〜６記載のいずれかの屈折
   率分布型光学成形体の製造方法。
8. 【請求項８】 レーザー光は、単一のレーザーを用いて
   照射することを特徴とする請求項１〜７記載のいずれか
   の屈折率分布型光学成形体の製造方法。
9. 【請求項９】 レーザー光は、複数のレーザーを用い
   て、同一方向に、または交差させて照射することを特徴
   とする請求項１〜７記載のいずれかの屈折率分布型光学
   成形体の製造方法。
10. 【請求項１０】 複数のレーザーは同一波長もしくは異
    なる波長を有し、同時もしくは逐次に照射することを特
    徴とする請求項９記載の屈折率分布型光学成形体の製造
    方法。
11. 【請求項１１】 光学成形体をロッド状に成形し、これ
    を中心軸に沿って回転させながらレーザーの集束光の焦
    点位置を、ロッドの半径方向に沿って移動させるととも
    に、焦点位置によって照射時間を連続的に変化させるこ
    とを特徴とする請求項１〜１０記載のいずれかの屈折率
    分布型光学成形体の製造方法。
12. 【請求項１２】 レーザーの集束光の焦点位置をロッド
    の長手方向に移動させることを特徴とする請求項１１記
    載の屈折率分布型光学成形体の製造方法。
13. 【請求項１３】 光学成形体をロッド状に成形し、これ
    を中心軸に沿って回転させながらレーザーの集束光の焦
    点を、ロッドの円周面上に位置させロッドの長手方向に
    移動させることを特徴とする請求項１〜１０記載のいず
    れかの屈折率分布型光学成形体の製造方法。
14. 【請求項１４】 光学成形体をロッド状に成形し、これ
    を中心軸に沿って回転させながら、レーザーの平行光を
    ロッドの中心軸に平行に照射するとともに半径方向に移
    動させ、照射位置によって照射時間を連続的に変化させ
    ることを特徴とする請求項１〜１０記載のいずれかの屈
    折率分布型光学成形体の製造方法。
15. 【請求項１５】 請求項１１〜１４記載の屈折率分布型
    光学成形体を長手方向に延伸することを特徴とする屈折
    率分布型光学成形体の製造方法。
16. 【請求項１６】 光学成形体をファイバー状に成形し、
    これを中心軸に沿って回転させながらレーザーの集束光
    の焦点位置を、ファイバーの半径方向に沿って移動させ
    るとともに、焦点位置によって照射時間を連続的に変化
    させることを特徴とする請求項１〜１０記載のいずれか
    の屈折率分布型光学成形体の製造方法。
17. 【請求項１７】 レーザーの集束光の焦点位置をファイ
    バーの長手方向に移動させることを特徴とする請求項１
    ６記載の屈折率分布型光学成形体の製造方法。
18. 【請求項１８】 光学成形体をファイバー状に成形し、
    これを中心軸に沿って回転させながらレーザーの集束光
    の焦点を、ファイバーの表面上に位置させファイバーの
    長手方向に移動させることを特徴とする請求項１〜１０
    記載のいずれかの屈折率分布型光学成形体の製造方法。
19. 【請求項１９】 光学成形体をファイバー状に成形し、
    レーザー光を照射することによって導波させ、ファイバ
    ー内部の導波モードに基づく半径方向の光強度分布を形
    成させ、それによって半径方向に屈折率分布を付与する
    ことを特徴とする請求項１〜１０記載のいずれかの屈折
    率分布型光学成形体の製造方法。
20. 【請求項２０】 光学成形体にレーザー光を照射し、照
    射する領域によって照射時間もしくは／及び光強度を連
    続的に変化させることを特徴とする請求項１〜１０記載
    のいずれかの屈折率分布型光学成形体の製造方法。
21. 【請求項２１】 光学成形体にレーザー光を照射し、照
    射する領域によって照射時間もしくは／及び光強度を不
    連続的に変化させることを特徴とする請求項１〜１０記
    載のいずれかの屈折率分布型光学成形体の製造方法。
22. 【請求項２２】 レーザー光は、光学成形体に対して走
    査させることを特徴とする請求項２０又は２１記載のい
    ずれかの屈折率分布型光学成形体の製造方法。
23. 【請求項２３】 レーザー光はレーザーの集束光である
    ことを特徴とする請求項２０〜２２記載のいずれかの屈
    折率分布型光学成形体の製造方法。
24. 【請求項２４】 光学成形体にレーザー光をマスクを通
    して照射し、光学成形体に屈折率の変化パターンを与え
    ることを特徴とする請求項１〜１０記載のいずれかの屈
    折率分布型光学成形体の製造方法。
25. 【請求項２５】 屈折率分布型光学成形体はＧＲＩＮレ
    ンズであることを特徴とする請求項２０〜２４記載のい
    ずれかの屈折率分布型光学成形体の製造方法。
26. 【請求項２６】 屈折率分布型光学成形体はマイクロレ
    ンズアレイであることを特徴とする請求項２０〜２４記
    載のいずれかの屈折率分布型光学成形体の製造方法。
27. 【請求項２７】 屈折率分布型光学成形体は成形体中に
    屈折率の異なる部位を形成させた2 次元あるいは3 次元
    光メモリであることを特徴とする請求項２０〜２４記載
    のいずれかの屈折率分布型光学成形体の製造方法。
28. 【請求項２８】 屈折率分布型光学成形体はＧＩ型光導
    波路であることを特徴とする請求項２０〜２４記載のい
    ずれかの屈折率分布型光学成形体の製造方法。
29. 【請求項２９】 屈折率分布型光学成形体はＳＩ型光導
    波路であることを特徴とする請求項２１〜２４記載のい
    ずれかの屈折率分布型光学成形体の製造方法。
30. 【請求項３０】 屈折率分布型光学成形体は光集積回路
    であることを特徴とする請求項２０〜２４記載のいずれ
    かの屈折率分布型光学成形体の製造方法。
31. 【請求項３１】 屈折率分布型光学成形体は光回折格子
    であることを特徴とする請求項２０〜２４記載のいずれ
    かの屈折率分布型光学成形体の製造方法。
32. 【請求項３２】 光学成形体に、レーザー光より形成さ
    せる干渉パターンを照射することを特徴とする請求項１
    〜１０記載のいずれかの屈折率分布型光学成形体の製造
    方法。