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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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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