JPS61193105A - 機能光学素子 - Google Patents
機能光学素子Info
- Publication number
- JPS61193105A JPS61193105A JP3328185A JP3328185A JPS61193105A JP S61193105 A JPS61193105 A JP S61193105A JP 3328185 A JP3328185 A JP 3328185A JP 3328185 A JP3328185 A JP 3328185A JP S61193105 A JPS61193105 A JP S61193105A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical
- materials
- light
- diffraction gratings
- optical axis
- Prior art date
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- Pending
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- Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
(1)技術分野
本発明は、光記録用、光結合用、光通信用。
光演算用等の各種装置のデバイスとして好適な機能光学
素子に関する。
素子に関する。
(2)従来技術
従来1機能光学素子として各種回折格子が応用されてお
り1例えば1分光器や分波・合波器又は反射器として用
いられている。最近は、半導体レーザー及び光集積回路
に於ける応用も加わって、更に重要な光学素子と成って
いる。
り1例えば1分光器や分波・合波器又は反射器として用
いられている。最近は、半導体レーザー及び光集積回路
に於ける応用も加わって、更に重要な光学素子と成って
いる。
上記各種回折素子の内1位相型回折格子は位相変化を与
える手段として表面に凹凸を形成したり、あるいは媒質
内部に屈折率の変化を施す等の方法を一般に用いている
。この様な回折格子に使用する媒質は、通常光学的に等
方性を有する物質により構成されており使用する光の偏
光特性に依存せず本来の機能を発揮する。しかしながら
、近年、回折格子を所定の光学軸を有する結晶等の光学
的異方性物質で構成する機会が増えている。この場合、
使用する光の偏光方向によって回折格子の特性が変化し
てしまう。
える手段として表面に凹凸を形成したり、あるいは媒質
内部に屈折率の変化を施す等の方法を一般に用いている
。この様な回折格子に使用する媒質は、通常光学的に等
方性を有する物質により構成されており使用する光の偏
光特性に依存せず本来の機能を発揮する。しかしながら
、近年、回折格子を所定の光学軸を有する結晶等の光学
的異方性物質で構成する機会が増えている。この場合、
使用する光の偏光方向によって回折格子の特性が変化し
てしまう。
従って、光源にシー2ザー等を用い直線偏光した光を利
用する場合を除いては、偏光板等を介して所定の方向に
直線偏光させる必要があり、この段階で光利用効率が大
きく減少していた。
用する場合を除いては、偏光板等を介して所定の方向に
直線偏光させる必要があり、この段階で光利用効率が大
きく減少していた。
(3)発明の概要
本発明の目的は、従来の欠点を除去し、使用する光の偏
光特性に依存しない新規な機能光学素子を提供する事に
なる。
光特性に依存しない新規な機能光学素子を提供する事に
なる。
上記目的を達成する為に1本発明に係る機能光学素子は
、入射光の進行方向に並んだ複数の回折格子より成り、
該複数の回折格子は透明光学部材と所定の光学軸を有す
る物質とから構成され、且つ該物質の光学軸方向が前記
複数の回折格子の個々によって異なる事を特徴としてい
る。
、入射光の進行方向に並んだ複数の回折格子より成り、
該複数の回折格子は透明光学部材と所定の光学軸を有す
る物質とから構成され、且つ該物質の光学軸方向が前記
複数の回折格子の個々によって異なる事を特徴としてい
る。
上記所定の光学軸を有する物質は所謂光学的異方性物質
に代表される物質であり1例えば、LiNbO3、Li
TaO3,PLZT。
に代表される物質であり1例えば、LiNbO3、Li
TaO3,PLZT。
Gd2 (MOO4)3 、B i aT i 301
2゜B112SiO12,GaAs、Si 、ZnTe
。
2゜B112SiO12,GaAs、Si 、ZnTe
。
As2Se3.Se、AsGe5eS、BaTiO3、
TiO2、KDP、DKDP、ADP、ZnO,MnB
1 、Ba2NaNb5015゜液晶、5i02.Cd
S、CaCO3,Zr02 、 A J1203 、
M g F ′2等が挙げられる。
TiO2、KDP、DKDP、ADP、ZnO,MnB
1 、Ba2NaNb5015゜液晶、5i02.Cd
S、CaCO3,Zr02 、 A J1203 、
M g F ′2等が挙げられる。
又、上記回折格子の形状は、矩形状、三角波状。
正弦波状等各種形状が考えられ、更に各々の格子に於る
光学軸の方向は入射光から見て異なっていれば良く、こ
れらの本素子を構成するパラメータは使用する物質9作
成上の制約、及び本素子の仕様に係る条件等により決定
される。
光学軸の方向は入射光から見て異なっていれば良く、こ
れらの本素子を構成するパラメータは使用する物質9作
成上の制約、及び本素子の仕様に係る条件等により決定
される。
尚、複数の回折格子が入射光の進行方向に並んだ状態と
は、入射光が進行する方向に必ず各回折格子が存在する
という事を示したものであって、入射角度は必ずしも本
素子に対して垂直であるとは限らない。
は、入射光が進行する方向に必ず各回折格子が存在する
という事を示したものであって、入射角度は必ずしも本
素子に対して垂直であるとは限らない。
本素子に於ても透過型9反射型とすることが可能で、透
過型の場合は当然構成部材が利用光に対して透明性を有
していなければならず1反射型の場合は基板もしくは所
定の部材に反射性のものを用いるか反射膜を設ける必要
がある。
過型の場合は当然構成部材が利用光に対して透明性を有
していなければならず1反射型の場合は基板もしくは所
定の部材に反射性のものを用いるか反射膜を設ける必要
がある。
以下、本発明を実施例で詳しく述べる。
(4)実施例
第1図(A)〜(C)は本機能光学素子の基本構成例で
、1及び2は互いに光学軸方向が興なる物質、3は透明
光学部材、4は入射光 。
、1及び2は互いに光学軸方向が興なる物質、3は透明
光学部材、4は入射光 。
5及び5′は入射光4の互いに直交する偏光成分を示す
、又1本実施例に於る素子は全て物質1及び2の光学軸
方向が回折格子配列面内で直交している。
、又1本実施例に於る素子は全て物質1及び2の光学軸
方向が回折格子配列面内で直交している。
第1図(A)に係る素子は物質l及び2が各々透明光学
部材3との界面で三角波状格子を形成しており、物質1
の光学軸は格子溝方向(紙面垂直方向)、物質2の光学
軸は格子の配列方向(紙面左右方向)を向いて互いに直
交している。第2図(B)に係る素子は物質l及び2が
各々透明部材3との界面で矩形状格子を形成しており、
物質l及び2の光学軸方向の関係は第1図(A)の素子
と同様である0以上第1図(A)、(B)に示した素子
は二つの格子が同一素子内に形成されている場合である
。第1図(C)に係る素子は、物質1と透明光学部材3
及び物質2と透明光学部材3によって各々独立に素子を
形成して2段に配列した複合素子であり、物質1と物質
2の光学軸方向の関係は第1図(A)と同様、格子形状
は正弦波状と成っている。
部材3との界面で三角波状格子を形成しており、物質1
の光学軸は格子溝方向(紙面垂直方向)、物質2の光学
軸は格子の配列方向(紙面左右方向)を向いて互いに直
交している。第2図(B)に係る素子は物質l及び2が
各々透明部材3との界面で矩形状格子を形成しており、
物質l及び2の光学軸方向の関係は第1図(A)の素子
と同様である0以上第1図(A)、(B)に示した素子
は二つの格子が同一素子内に形成されている場合である
。第1図(C)に係る素子は、物質1と透明光学部材3
及び物質2と透明光学部材3によって各々独立に素子を
形成して2段に配列した複合素子であり、物質1と物質
2の光学軸方向の関係は第1図(A)と同様、格子形状
は正弦波状と成っている。
本実施例から解るように、本機能光学素子を構成する回
折格子の形状は、三角波状、矩形状、正弦波状等各種形
状を用いる事ができる。
折格子の形状は、三角波状、矩形状、正弦波状等各種形
状を用いる事ができる。
又、複数の格子に於る各物質の光学軸方向の関係は入射
光から見て互いの方向が具なっていれば良く1本実施例
の如く必ずしも直交する必要は無い、更に本実施例では
2個の格子により素子が構成されているが、3(11以
上の格子を用いて素子を構成しても構わない0本実施例
に係る素子に於ては、各格子の溝方向を一致させて図示
しているが、実際上、この溝方向は異なっていても何ら
さしつかえないし、機能に支障を及ぼさない限りは格子
面が傾いても構わない、当然の事ではあるが、使用光の
入射角度には依存せず本素子は機能を果たす、以下1図
面を用いて本機能光学素子の機能の一例を示す。
光から見て互いの方向が具なっていれば良く1本実施例
の如く必ずしも直交する必要は無い、更に本実施例では
2個の格子により素子が構成されているが、3(11以
上の格子を用いて素子を構成しても構わない0本実施例
に係る素子に於ては、各格子の溝方向を一致させて図示
しているが、実際上、この溝方向は異なっていても何ら
さしつかえないし、機能に支障を及ぼさない限りは格子
面が傾いても構わない、当然の事ではあるが、使用光の
入射角度には依存せず本素子は機能を果たす、以下1図
面を用いて本機能光学素子の機能の一例を示す。
第2図は本機能光学素子の機能説明図で、素子の構成は
第1図(B)と同様であり、6.6′は高次回折光、他
の番号は第1図と同様の部材、記号を示す。
第1図(B)と同様であり、6.6′は高次回折光、他
の番号は第1図と同様の部材、記号を示す。
一般にランダムな偏光方向を有する光、換言すれば任意
の偏光特性を有する光は、その成分を互いに直交する偏
光成分5.5′に分けて考えるI事が可能である。第2
図に於て、入射光4の偏光成分5は物質1の光学軸方向
と平行になり物質1の異常屈折率neを感じる。更に入
射光4の偏光成分5′は物質1の光学軸方向と直交し物
質lの常屈折率noを感じる。又、入射光4の偏光成分
5は物質2の常屈折率n’o、偏光成分5′は物質2の
異常屈折率rI′eを感じる。逃足の値ngである。
の偏光特性を有する光は、その成分を互いに直交する偏
光成分5.5′に分けて考えるI事が可能である。第2
図に於て、入射光4の偏光成分5は物質1の光学軸方向
と平行になり物質1の異常屈折率neを感じる。更に入
射光4の偏光成分5′は物質1の光学軸方向と直交し物
質lの常屈折率noを感じる。又、入射光4の偏光成分
5は物質2の常屈折率n’o、偏光成分5′は物質2の
異常屈折率rI′eを感じる。逃足の値ngである。
従って、第1段目に於て、入射光4の偏光成分5は屈折
率neとngから成る回折格子を。
率neとngから成る回折格子を。
偏光成分5′は屈折率noとngから成る回折格子を感
じる。又、第2段目に於ては偏光成分5がn’oとri
g、偏光成分5′が「eとngから成る回折格子を感じ
ることになる。この時、例えif n o = n’
o = n g 、且つne=fYe(物質1と物質2
を同じ物質とする。)と予め設定していれば、第1段目
に於ては、入射光4の偏光成分5は所定の条件に従って
回折され、偏光成分5′は素通りする。又、第2段目に
於ては、偏光成分5から成る零次及び高次回折光6.6
′は素通りして、偏光成分5′は所定の条件に従って回
折されて零次及び高次回折光6.6′として出射する。
じる。又、第2段目に於ては偏光成分5がn’oとri
g、偏光成分5′が「eとngから成る回折格子を感じ
ることになる。この時、例えif n o = n’
o = n g 、且つne=fYe(物質1と物質2
を同じ物質とする。)と予め設定していれば、第1段目
に於ては、入射光4の偏光成分5は所定の条件に従って
回折され、偏光成分5′は素通りする。又、第2段目に
於ては、偏光成分5から成る零次及び高次回折光6.6
′は素通りして、偏光成分5′は所定の条件に従って回
折されて零次及び高次回折光6.6′として出射する。
即ち上記所定の条件として零次回折光の回折効率が零に
なる様に設定すれば、図に示すように任意の偏光特性を
有する光は本素子により高次回折光6,6′のみと成っ
て出射するのである。以下、第2図に係る素子の作成例
と性能評価の結果を示す。
なる様に設定すれば、図に示すように任意の偏光特性を
有する光は本素子により高次回折光6,6′のみと成っ
て出射するのである。以下、第2図に係る素子の作成例
と性能評価の結果を示す。
CaCO3を結晶軸に沿って50X50X1mm3にス
ライスして、両面研磨及び洗浄を行なった透明基板を2
枚用意した。この2枚の基板面上にRD−200ON
(Ell製製作所製ネガレジスト)をスピナー塗布し、
所定のプリベーク後マスク露光、現像処理によりピッチ
1.6pm厚さ4000人のレジストから成る格子を各
々形成した。但し2枚の基板に於る格子の配列方向は、
一方が結晶軸方向、他方が結晶板を深さ1.54pmに
食刻した後、レジストリムーバによりレジストを除去し
て、互い゛に光学軸方向が直交する格子を備えたCaC
O3基板2枚を作成した。
ライスして、両面研磨及び洗浄を行なった透明基板を2
枚用意した。この2枚の基板面上にRD−200ON
(Ell製製作所製ネガレジスト)をスピナー塗布し、
所定のプリベーク後マスク露光、現像処理によりピッチ
1.6pm厚さ4000人のレジストから成る格子を各
々形成した。但し2枚の基板に於る格子の配列方向は、
一方が結晶軸方向、他方が結晶板を深さ1.54pmに
食刻した後、レジストリムーバによりレジストを除去し
て、互い゛に光学軸方向が直交する格子を備えたCaC
O3基板2枚を作成した。
上記2枚の基板を格子が形成された面を向かい合わせ、
透明光学部材として屈折率n g = 1.48の熱硬
化性樹脂を間に挟み込み、90℃1時間の熱処理を行な
ってpiIJ2図に示す機能光学素子を作成した。尚、
波長8300人の光に対して、CaCO3ノ常Jmfl
n Oハ1.64、M 常M、 !fr ’11 n
eは1.48である。従って屈折率差はΔnはΔn/=
O,16となる。
透明光学部材として屈折率n g = 1.48の熱硬
化性樹脂を間に挟み込み、90℃1時間の熱処理を行な
ってpiIJ2図に示す機能光学素子を作成した。尚、
波長8300人の光に対して、CaCO3ノ常Jmfl
n Oハ1.64、M 常M、 !fr ’11 n
eは1.48である。従って屈折率差はΔnはΔn/=
O,16となる。
さて、本機能光学素子を構成する回折格子に於て、透過
回折光が存在する次数は以下の式で表わす事ができる。
回折光が存在する次数は以下の式で表わす事ができる。
2π 2π
□≧I m l−(m= O、±1.±2 、−−−−
)入o A ここで、入Oは入射光の波長、Aは回折格子のピッチ、
mは透過回折光の次数を表わす0本機能光学素子の性能
評価に用いた光はランダムな偏光方向を有する光(入0
=aaoo人)であり、各条件を上式に代入すると上下
に形成された回折格♀の両方共、存在しうる回折光の次
数mは装置0.1となる。又1本素子のような矩形状つ
回折格子に於る零次透過回折光り回折効率ηOは次の(
1)式で表わせる。
)入o A ここで、入Oは入射光の波長、Aは回折格子のピッチ、
mは透過回折光の次数を表わす0本機能光学素子の性能
評価に用いた光はランダムな偏光方向を有する光(入0
=aaoo人)であり、各条件を上式に代入すると上下
に形成された回折格♀の両方共、存在しうる回折光の次
数mは装置0.1となる。又1本素子のような矩形状つ
回折格子に於る零次透過回折光り回折効率ηOは次の(
1)式で表わせる。
l ΔnIIT
”O=]「(l+co−3(2π 入0 )) −
−−m=−−−(1)(1)式に於て Δn * T = (++ m)入0 ’(m=0.l
、2,3.−−−−)−−−−(2)を満足する場合、
ηo=0となり零次透過回折光は存在しなくなる。
−−m=−−−(1)(1)式に於て Δn * T = (++ m)入0 ’(m=0.l
、2,3.−−−−)−−−−(2)を満足する場合、
ηo=0となり零次透過回折光は存在しなくなる。
本素子にランダムな偏光方向を有する光4せ
(入0=a3oo人)を垂直入射さlた時、1段目の回
折格子に於て偏光成分5は(2)式を満足しr±1次の
回折光6.6′と成り、更に2段目の回折格子を素通り
した。又、1段目の回折格子に於て偏光成分5′は素通
りし、2段目の回折格子では(2)式を満足して±1次
の回I光6.6′と成り出射した。従って、零次方向へ
の光は現われず、入射光4は全て±1次の回折光となり
、更に格子形状が対称である為に+1次回折光6と一1
次回折光6′のエネルギー配分は等しくなり、全体の光
利用効率は80%以上S/N比は100:1以上であっ
た。
折格子に於て偏光成分5は(2)式を満足しr±1次の
回折光6.6′と成り、更に2段目の回折格子を素通り
した。又、1段目の回折格子に於て偏光成分5′は素通
りし、2段目の回折格子では(2)式を満足して±1次
の回I光6.6′と成り出射した。従って、零次方向へ
の光は現われず、入射光4は全て±1次の回折光となり
、更に格子形状が対称である為に+1次回折光6と一1
次回折光6′のエネルギー配分は等しくなり、全体の光
利用効率は80%以上S/N比は100:1以上であっ
た。
第2図に示した本機能光学素子の機能は1本素子が持つ
機能の一例に過ぎず、各回折格子の形状、光学軸を有す
る物質の光学軸方向等を変える事により様々な機能を持
たせることが可能である。又、応用としてフレネルレン
ズ、曲線言うまでもない。
機能の一例に過ぎず、各回折格子の形状、光学軸を有す
る物質の光学軸方向等を変える事により様々な機能を持
たせることが可能である。又、応用としてフレネルレン
ズ、曲線言うまでもない。
(5)発明の効果
らす、任意の偏光特性を有する光に対し有効に機能し、
且つ多機能を有する光学素子である。
且つ多機能を有する光学素子である。
第1図は本発明に係る機能光学素子の構成例を示す図。
第2図は本発明に係る機能光学素子の機能説明図。
1 、2−−−一所定の光学軸を有する物質3−−−−
=−一透明光学部材 4−−−−−−−一人射光
=−一透明光学部材 4−−−−−−−一人射光
Claims (1)
- (1)入射光の進行方向に並んだ複数の回折格子より成
り、該複数の回折格子は透明光学部材と所定の光学軸を
有する物質とから構成され、且つ該物質の光学軸方向が
前記複数の回折格子の個々によって異なる事を特徴とす
る機能光学素子。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3328185A JPS61193105A (ja) | 1985-02-21 | 1985-02-21 | 機能光学素子 |
DE19863605516 DE3605516A1 (de) | 1985-02-21 | 1986-02-20 | Optisches funktionselement sowie optische funktionsvorrichtung |
FR8602406A FR2577694B1 (fr) | 1985-02-21 | 1986-02-21 | Elements et dispositifs optiques fonctionnels |
GB8604310A GB2173605B (en) | 1985-02-21 | 1986-02-21 | Diffractive light modulating devices |
US07/391,621 US5013141A (en) | 1985-02-21 | 1989-08-01 | Liquid crystal light modulation device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3328185A JPS61193105A (ja) | 1985-02-21 | 1985-02-21 | 機能光学素子 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61193105A true JPS61193105A (ja) | 1986-08-27 |
Family
ID=12382143
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3328185A Pending JPS61193105A (ja) | 1985-02-21 | 1985-02-21 | 機能光学素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS61193105A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6461726A (en) * | 1987-09-01 | 1989-03-08 | Canon Kk | Optical modulation device |
-
1985
- 1985-02-21 JP JP3328185A patent/JPS61193105A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6461726A (en) * | 1987-09-01 | 1989-03-08 | Canon Kk | Optical modulation device |
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