JP2004157245A

JP2004157245A - Hologram drawing method and hologram

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Publication number: JP2004157245A
Application number: JP2002321271A
Authority: JP
Inventors: Ikutake Yagi; 生剛八木; Yoshiaki Kurokawa; 義昭黒川; Katsuhiro Endo; 勝博遠藤; Takanari Tanabe; 隆也田辺; Yasuko Ando; 康子安藤; Kaneyuki Imai; 欽之今井; Takashi Kurihara; 栗原　　隆
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 2002-11-05
Filing date: 2002-11-05
Publication date: 2004-06-03
Anticipated expiration: 2022-11-05
Also published as: JP4242138B2

Abstract

【課題】極細線が描けない安価なレーザ描画機で、狭ピッチのグレーティングを描いたのと同等の回折光を実現することができるホログラム描画方法及びホログラムを提供する。
【解決手段】コア層及びクラッド層を有する光導波路に、コア層の厚みを変調させて凹部又は凸部を形成する。このとき、ホログラムの参照光である導波光が導波する導波方向と垂直方向に平行となるように、凸部の最高点を連ねた線分又は凹部の最低点を連ねた線分である稜線を形成する。また、導波路ホログラム上の２つの稜線において、凸部の最高点又は凹部の最低点の垂直方向の位置が等しくなる最高点又は最低点が存在する場合、当稜線間の導波方向の距離を光導波路内における導波光の波長以上となるように稜線を形成する。
【選択図】図１An object of the present invention is to provide a hologram drawing method and a hologram capable of realizing diffracted light equivalent to drawing a narrow-pitch grating with an inexpensive laser drawing machine that cannot draw a fine line.
A concave portion or a convex portion is formed in an optical waveguide having a core layer and a clad layer by modulating the thickness of the core layer. At this time, a line segment connecting the highest points of the convex portions or a line segment connecting the lowest points of the concave portions so that the guided light as the reference light of the hologram is parallel to the direction perpendicular to the waveguide direction in which the light is guided. Form a ridgeline. In addition, in the two ridge lines on the waveguide hologram, when there is a maximum point or a minimum point where the vertical position of the highest point of the convex portion or the lowest point of the concave portion is equal, the distance in the waveguide direction between the ridge lines is determined. The ridge line is formed so as to be equal to or longer than the wavelength of the guided light in the optical waveguide.
[Selection diagram] Fig. 1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に光メモリや立体動画表示パネルとして利用可能な導波路ホログラムを計算機ホログラムの作成手法によって描画するホログラム描画方法及びこの方法によって描画されたホログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
シングルモード平面導波路内に微小な凹凸を形成し、その微小凹凸によって導波光を回折させて任意の波面を導波路外に取り出す技術を導波路ホログラフィーと呼び、目的の波面を作るように、形成された該導波路平面内の微小な凹凸の集合を導波路ホログラムと呼ぶ。
ホログラフィーを体積ホログラフィーと薄膜ホログラフィーに分類すると、導波路ホログラフィーは薄膜ホログラフィーに分類される。しかし、導波路ホログラムが作り込まれた導波路を積層化した積層導波路ホログラフィーは、薄膜ホログラフィーでありながら三次元領域を記録領域として使用できることから、大容量の光メモリ（特許文献１を参照）や、立体動画表示パネル（特許文献２を参照）としての応用が可能である。
【０００３】
図６は、この導波路ホログラムの構造及び光の入出力を説明する図である。図６に示すように、積層導波路は、「クラッド１００−１／コア１００−２／クラッド１００−３／コア１００−４／……／クラッド１００−ｎ」の様な周期層構造となっており、ホログラム１０１は、コアの厚みを変調させることにより形成される。
また、図７は特許文献１に記載された再生専用多重ホログラムカードの構造及び光の入出力方法を説明する図である。図７に示す反射点１１０から導波路に導入されたレーザ光１１１は、導波光１１２となって導波路内の主にコア層中を、反射点（導波光の結合部位）１１０を要として扇状に拡がりながら進行する。
導波光１１２は、コア層もくしはクラッド層に設けられた散乱要因であるホログラム１０１によって部分的に散乱され、導波路外に漏れ出すが、ホログラム１０１が周期構造を持っていると、各散乱要因からの散乱光の位相が合致する方向が存在し、その方向に回折光１１３となって進むために導波路外にも光が進行し、それがホログラム像１１４を形成する。このホログラム像を電荷結合型素子いわゆるＣＣＤ等の２次元光ディテクタで取り込むことにより、情報読み出しが出来る。また、図７のレンズ１１５を動かすことによって光を伝搬させる導波層を変え、それぞれの層に記録された情報を別個に読み出すことが出来る。
【０００４】
積層導波路ホログラムにおいては、各層のホログラムは原盤からの転写によって作られ、大量生産を可能としている。これは、ＣＤやＤＶＤが原盤からの転写によって量産される事と同じである。
ただし、ここで言う原盤とは、必ずしもオリジナルの原盤そのものではなく、原盤からメッキなどで転写した複製版を量産用の転写原盤として用いることが多い。
【０００５】
【特許文献１】
特許第３３２３１４６号公報
【特許文献２】
特願平１１−２６９７８８号公報
【非特許文献１】
八木生剛外７名「積層導波路ホログラムメモリ」
電子情報通信学会論文誌２００１年第Ｊ８４−Ｃ巻第８号
ｐｐ６３５−６４３
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
さて、オリジナルの原盤を作るには、ガラスやシリコン基板上に塗布されたレジストを、電子ビームやレーザビーム露光によって露光現像することが第一ステップである。現像後、エッチングするか、レジストパターンをそのまま使うかによらず、レジストパターンの精細度が、最終製品の凹凸パターンの精細度の限界を決定する。
【０００７】
一方、導波路ホログラフィーにおいて、導波光の進行方向に対して逆方向に回折される場合、即ち、導波光の波数ベクトルと、回折光の波数ベクトルとの内積が負である時、必要とされるグレーティングの周期は、導波光の波長よりも短くなる。
例えば、空気中で波長６６０ｎｍの光は、有効屈折率１．５の導波路内で波長が４４０ｎｍの導波光となるが、導波路の法線に対し、導波光進行方向と逆に２０゜（媒体外で３１゜）傾いた方向に回折するためには、３２８ｎｍ周期で凹凸が形成されなければならない。これを実現するためには、１６４ｎｍより細い線が描画できなければならない。
【０００８】
この問題点について、図８〜図１１を参照して説明する。
図８は極細線描画による長周期のグレーティングであり、導波層の断面を描いている。グレーティング１２０が長周期であるために、回折光１２１は導波光１２２の進行方向に傾いて進行する。
図９は同じく極細線による描画を示す図であるが、グレーティング周期が密であるため、回折光１２３は導波光１２４に対して反射型に回折される。
図１０は太線描画による長周期のグレーティング１２５であり、導波層の断面を描いている。図８の場合と同様に回折光１２６は、導波光１２７の進行方向に傾いて回折される。
図１１に示す太線描画による短周期グレーティングが、問題となるグレーティング描画である。この場合、理想的には図９の場合と同様に、回折光１２３は導波光１２４に対して反射型に回折されるはずである。
しかし、図１１に示すように線同士が重なり凹凸高さが浅くなってしまった場合、回折効率はコアに形成された凹凸高さの２乗に比例することから、回折効率が図９の場合に比べて小さくなってしまうのである。
従って、極細線による描画が不可欠という結論になるが、極細線を描画するためには、電子線もしくは、深紫外線による描画が必要となる。電子線描画システムや深紫外線描画装置は高価であり、原盤描画のための設備投資がかさんでしまう。
これは、積層導波路ホログラムメモリの原盤作製費用を押し上げ、結果的にメモリ単価を上昇させてしまうという欠点があった。
【０００９】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、極細線が描けない安価なレーザ描画機で、狭ピッチのグレーティングを描いたのと同等の回折光を実現することができるホログラム描画方法及びホログラムを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明は上記の課題を解決すべくなされたもので、請求項１に記載の発明は、コア層及びクラッド層を有する光導波路に、該コア層の厚みを変調させて形成される凹部又は凸部が、該光導波路の導波路面上において、ホログラムの参照光である導波光が導波する導波方向と垂直方向に平行となるように、前記凸部の最高点を連ねた線分又は前記凹部の最低点を連ねた線分である稜線を形成してなる導波路ホログラムのホログラム描画方法であって、計算機ホログラムの描画手法によって得られた２つの前記稜線の形成位置が前記垂直方向で等しくかつ前記導波方向で第１の所定距離以下となった場合、当該稜線の形成位置を前記垂直方向に互いに反発する向きに移動し、当該稜線の前記垂直位置が等しくなくすることによって、前記垂直方向の形成位置が等しい全ての前記稜線間の前記導波方向の距離が、前記第１の所定距離より大きくなるように前記稜線を形成することを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記互いに移動する２つの稜線において、該２つの稜線の近接した端点間の前記垂直方向の距離が、第２の所定距離以下となるように前記稜線を形成することを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載に発明において、前記移動する稜線において、前記垂直方向の正方向に移動する稜線と前記垂直方向の負方向に移動する稜線が、前記ホログラム上で均一分布するように前記稜線を形成することを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかの項に記載の発明において、前記第１の所定距離は、前記光導波路内における前記導波光の波長であることを特徴とする。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかの項に記載の発明において、前記第２の所定距離は、前記光導波路内における前記導波光の波長の１／２であることを特徴とする。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、コア層及びクラッド層を有する光導波路に、該コア層の厚みを変調させて形成される凹部又は凸部が、該光導波路の導波路面上において、ホログラムの参照光である導波光が導波する導波方向と垂直方向に平行となるように、前記凸部の最高点を連ねた線分又は前記凹部の最低点を連ねた線分である稜線を形成してなる導波路ホログラムであって、前記垂直方向の位置が等しい全ての前記稜線間の前記導波方向の距離が、第１の所定距離より大きいことを特徴とする。
【００１６】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記垂直方向の位置が異なる隣接した２つの前記稜線において、前記導波方向の距離が前記第１の所定距離以下の場合、該２つの稜線の近接した端点間の前記垂直方向の距離が第２の所定距離以下となる割合が、５／６以上であることを特徴とする。
【００１７】
請求項８に記載の発明は、請求項６または請求項７に記載の発明において、前記第１の所定距離は、前記光導波路内における前記導波光の波長であることを特徴とする。
【００１８】
請求項９に記載の発明は、請求項６ないし請求項８のいずれかの項に記載の発明において、前記第２の所定距離は、前記光導波路内における前記導波光の波長の１／２であることを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
まず本発明のホログラム描画方法における基本的な考え方について説明する。レーザ描画機における描画線の細さは、使用ビームの波長と集光レンズの性能で決定される。したがって、比較的安価で操作性の良いレーザ露光機で細線化を進めることは困難であるから、ホログラムの描画パターンに変更を加えることで問題を解決する。
【００２０】
スラブ型導波路の導波面をｘｙ面（ｚ＝０）とし、導波光の進行方向をｘ、導波光の伝搬定数をβとすると、導波光（Ｗ（ｘ））は、
【数１】

と書ける。なお、ｉは虚数単位、Ａは導波光の振幅、ｃ．ｃ．は複素共役を示す。ここで、導波路内の２点
【数２】

【数３】

に凹凸があって、導波光が散乱される状態を考える。
【００２１】
この２点からの散乱光が干渉し、導波路外の点
【数４】

での振幅
【数５】

は、
【数６】

となる。ここで，簡単のために、導波光の振幅や散乱強度，吸収，拡散などの効果は全て、比例係数Ｂに押し込めた。また、ｋは媒体内での波数ベクトルの大きさであり、従って、
【数７】

は媒体内にあることを想定している。しかし、
【数８】

が媒体外にあっても、媒体表面での屈折の効果を考慮すれば良いだけであり、本願発明に関する説明の本質ではなく、説明の簡単化のために（２）式を用いる。
【００２２】
ここで議論する導波路はシングルモードなので、β〜ｋであるから、
【数９】

かつ
【数１０】

の時
【数１１】

【数１２】

【数１３】

【数１４】

【数１５】

として、δｘ及びδｙの１次までの近似で、
【数１６】

と表される。
【００２３】
上述した問題とは、反射型の回折光を得たいとき、即ちδｙが小さいとき、描画するための線が十分細くないと、凹凸同士が重なってしまい、独立した散乱体ではなくなってしまうということにあった。しかし、そこには、導波光を回折するためのグレーティングであるから、暗黙のうちにδｙ＝０なる仮定が入っている。そこで、δｙ≠０として、凹凸同士が重ならないようにし、問題を解決する。ただし、δｙ≠０とすることで、所望の再生像が得られなくなってしまうと新たな問題を生じるので、制約が必要である。
【００２４】
（３）式において、常に
【数１７】

が成立するから、
【数１８】

即ち，
【数１９】

であれば、（３）式におけるコサイン部分
【数２０】

は常に正の値を持ち、再生像劣化は、微小な像強度変化にとどまることが分かる。ここで、ｎは媒体の屈折率、λは空気中の波長である。
【００２５】
（４）式は、
【数２１】

という条件下で求めたものであるが、実際にはｚ_３の絶対値は
【数２２】

や
【数２３】

の最大値と同等か、それより大きい場合が一般的なので、通常は
【数２４】

であり、実際の制限は（４）式よりも緩くなって、
【数２５】

に示す条件が、より妥当な条件である。
【００２６】
つまり、（４）式の条件に従う場合には、ホログラムを形成する凹凸は、ｙ方向にλ／２ｎの長さを単位とする線分で構成するが、ｘ方向に隣接する線分間の距離が近い場合には、隣接する線分を一方は＋ｙ方向に、もう片方は−ｙ方向にλ／４ｎずつシフトさせる。
（５）式の条件に従う場合には、線分の長さをλ／ｎとし、±ｙ方向へのシフトはλ／２ｎとすればよい。こうすることで、描画に必要な線幅の太さ制限は、大きく緩和される。
【００２７】
実際にホログラムを描画する際は、凹凸によって導波路面上に生成される波面を表現する。計算機上では、例えば図２に示すように、実際に作られる線分の中央によって波面を表現するが、これは凹凸の中央の峰に対応している。特許請求の範囲ではこれを稜線と表現している。
ここで、一つの凹凸で任意の位相を表現するためには、計算機ホログラムのｘ方向のメッシュはλ／ｎピッチが最短となる。この場合、個々の凹凸が表現すべき位相によっては、ｘ方向に隣接する凹凸の距離は、無限小ということもありうる。
しかし、ここで述べたｘ方向に隣接する線分の±ｙ方向へのシフトのルールを適用すると、ｘ方向に隣接する凹凸の平均距離は２λ／ｎとなり、最短距離はλ／ｎを下回ることはなくなる。
すなわち、２つの稜線において、凸部の最高点又は凹部の最低点のｙ座標の位置が等しくなる最高点又は最低点が存在する場合、図１に示すように、稜線間のｘ方向の距離を光導波路内における導波光の波長以上となるように稜線を形成することにより、ホログラムを描画すればよい。
ここで、図１は本実施形態におけるホログラム描画方法を適用したホログラムの稜線を示している。
【００２８】
また、鋭角回折を実現するためにｘ方向にλ／ｎ以下離れた位置に凹凸が必要となるが、この場合、図１に示すように稜線をｙ方向にシフトした位置に配置する必要がある。
すなわち、ｘ方向の位置が異なる隣接した２つの稜線において、ｘ方向の距離が上述の波長以下である場合、図１に示すように、２つの稜線の近接した端点間のｙ方向の距離が、波長の半分以下となるように稜線を形成すればよい。
【００２９】
また、ｙ方向へのシフトの方向に関し、どちらの方向にシフトさせるかは、請求項の制限範囲内で任意性を持っている。そこで、シフトの方向、即ち、ｘ方向に前後する線分のシフトを、（＋ｙ，−ｙ）とするか（−ｙ，＋ｙ）とするかの選択をランダムに行うか、正方向（＝＋ｙ方向）にシフトする稜線と負方向（＝−ｙ方向）にシフトする稜線を、ホログラム上で均一に分布させることが必要となる。こうすることで、一方向のみへシフトした場合に生成される新たな回折を回避することができる。
【００３０】
ここで、本発明が対象とする積層導波路ホログラムメモリにおいて、ホログラムを形成する最小単位である凹凸は、理想的には波長程度の長さを持つ線分であるが、実際には凹凸は数学的に理想な線分ではなく広がりを持つため、互いに重なることがある。つまり、本発明の目的はその重なりによって作製した凹凸が凹凸とみなせなくなることを防ぐことにある。
導波光を回折させるためには、特に導波方向（ｘ方向）の凹凸の間隔が重要であって、ｘ方向に近接した凹凸がある場合、導波方向に垂直な方向（ｙ方向）に互いに反発する向きに凹凸の位置を微小距離ずらすことでｘ方向の凹凸を確保する。このとき、本発明では、ホログラム再生像の画質を劣化させないため、互いに反発する向きにずらした凹凸の各稜線の近接した側の端点間の距離のｙ方向成分の大きさは、導波光の導波路内の波長の半分以下となるようにする。
【００３１】
ここで、ｘ方向に波長以下、ｙ方向に波長の半分以下の距離の線分がある確率を求めるために、図３に示す一辺が波長の長さを持つ正方形を単位面積とし、この単位面積に線分（凹凸）を配分する場合を考える。
このとき、配分される線分の数は２個（図３のＤで表現する）、１個（図３のＳ１、Ｓ２で表現する）、０個（図３のＮで表現する）の場合がある。
この場合において、無作為に選んだ線分が単位面積に２線分を含むものと１線分を含むものとの比率は、２：１である。単位面積に２線分を含むもの（＝Ｄ）においては、必ずｘ方向に波長以下の距離内に、ｙ方向に波長半分以下の距離の線分がある。
【００３２】
また、単位面積に１線分を含むもの（＝Ｓ１又はＳ２）においては、例えば、Ｓ１を選ぶ場合、上側には隣接成分がなく、下に線分があるのはＤ又はＳ２の場合であり、この確率は１／３の確率でＤがあり、１／６の確率でＳ２があるので、１／２となる。
したがって、無作為に線分を選んだ場合には、
（１／３）×２＋２×（１／６）×（１／２）＝５／６
の確率でｘ方向に波長以下、ｙ方向に波長の半分以下の距離の線分があることになる。つまり、この仮定の下では、５／６の確率でｙ方向に隣接する位置に別の凹凸がある。この場合の凹凸の密度は、最高に密に配置した場合の１／４倍となる。これは回折効率にして１／１６倍である。
一方、通常の場合、本発明のホログラムにおいて実現される回折効率の値は、凹凸を最高に密に配置した場合の０．１倍程度であるから、実際の凹凸の密度は、上記仮定より高いことが分かる。
【００３３】
従って、本実施形態のホログラム描画方法においては、ｘ方向の位置が異なる隣接した２つの凹凸の稜線のｘ方向成分の距離が導波光の導波路内の波長以下であり、かつ、その２つの凹凸の稜線の近接した端点間の距離のｙ方向成分の大きさが導波光の導波路内の波長の半分以下である確率は５／６以上である。
ただし、この５／６という確率は最良値であって、実施段階においては、所定の幅を持たせることも考えられる。なお、この幅の最適な値は実機等を用いた実験により設定される。
【００３４】
以上の考え方に基づいて、本発明の一実施形態であるホログラム描画方法について説明する。本実施形態においては、波長６６０ｎｍの半導体レーザを光源とし、屈折率１．５２のコア、屈折率１．５１のクラッド、コアの厚み１．５μｍを仮定する。また、ホログラム凹凸を図４に示すような形状で描画できるものとする。
図４は、独立した一本の描画線の断面図の例を示したものである。コア・クラッド境界面（４−１）に対して、厚み１００ｎｍをもち、上面１００ｎｍ、下面４５０ｎｍの台形状断面を持つものとする。
この描画線を使って、周期３５０ｎｍのグレーティングを描くと，図１１の断面に示したように線同士が重なり、重なった部分ではレジストが二重露光されるので、高さが半分程度に減じてしまう。その結果、回折効率は長周期のグレーティングからのものに対し、４分の１程度に減じてしまう。
【００３５】
そこで、ホログラムの配置を図５に示すような配置にする。
まず、図２に示す本発明によらない従来法でのグレーティング描画による直線を長さ２２０ｎｍ（λ／２ｎ）の線分と、任意の長さの空隙からなる破線に変更する。導波方向に隣接する線分は、ｙ方向に互いに逆方向に１１０ｎｍ（λ／４ｎ）ずつシフトさせ，合計のｙ方向シフト量は２２０ｎｍ（λ／２ｎ）となる。
【００３６】
図２に示す直線と比較して、直線を間引いて線分の集合にしてあるので絶対的な回折効率は小さくなる。しかし、回折方向によらず一定の回折効率が得られるために所望の回折像が得られるという利点がある。
線分は互いにｘ方向に隣り合うことはなく，ｘ方向間隔は４４０ｎｍ（λ／ｎ）以上になる。また、シフト方向にランダム性を導入することで、余分な回折の発生を抑えている。
一方、図５は線分が幅を持つことを考慮して、より実際の描画イメージに近づけた様子を示している。線分は描画可能な最小の点で作られる。底面は直径４５０ｎｍ、上面は直径１００ｎｍの円形で台地状である。この台地状の裾部を台地裾部と呼ぶ．図５は台地を重ね合わせて導波路を鉛直上方から見た図を示してある。
【００３７】
ｙ方向に連続な台地が存在すると、図５で太い線分で表される稜線は、必ずしも最短のものばかりではなく、長い稜線も存在することになる。ここで、稜線とは、実効的にはホログラムを描画する際に、原盤上を動いたレーザスポットの中心の軌跡である。なお，稜線の両側が端点である。
二つの稜線の近接したの端点間距離のｘ成分が導波光の導波路内の波長（λ／ｎ）以下である場合、端点間距離のｙ成分の多くを導波路内の波長の半分（λ／２ｎ）以下にすることで，再生像劣化を微小な像強度変化に抑えることが出来る。
【００３８】
また、隣接する線分（台地）の台地裾部は、互いに重なり合うが、稜線のｘ方向の距離は一様なグレーティングを描いた場合に比べて遠ざかっているので、回折光を生じるために必要な凹凸の高低差は、大きく保たれる。従って、回折方向による回折効率の変化は小さく抑えられることになる。
なお、図４、図５は，ひとつの例として描画線の断面寸法を示したものであり、本発明のホログラム描画方法及びホログラムはこの形状、寸法に限定されるものではない。
【００３９】
なお、上述のホログラム描画方法は、例えば、コンピュータ等の計算機により実行される。この場合、上述のホログラム描画に関する一連の処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明は、コア層及びクラッド層を有する光導波路に、コア層の厚みを変調させて形成される凹部又は凸部が、光導波路の導波路面上において、ホログラムの参照光である導波光が導波する導波方向と垂直方向に平行となるように、凸部の最高点を連ねた線分又は凹部の最低点を連ねた線分である稜線を形成してなる導波路ホログラムのホログラム描画方法であって、計算機ホログラムの描画手法によって得られた２つの稜線の形成位置が垂直方向で等しくかつ導波方向で第１の所定距離以下となった場合、当該稜線の形成位置を垂直方向に互いに反発する向きに移動し、当該稜線の垂直位置が等しくなくすることによって、垂直方向の形成位置が等しい全ての稜線間の導波方向の距離が、第１の所定距離より大きくなるように稜線を形成するので、極細線が描けない安価なレーザ描画機で、狭ピッチのグレーティングを描いたのと同等の回折光を実現することができる効果が得られる。具体的には、積層導波路ホログラムＲＯＭにおいて、安価なレーザ描画システムを用いた原盤作製でも、反射型のグレーティングを描画可能となり、安価な製造技術が確保される。
【００４１】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、互いに移動する２つの稜線の近接した端点間の垂直方向の距離が、第２の所定距離以下となるように稜線を形成するので、再生像劣化を微小な像強度変化に抑えることが出来る効果が得られる。
【００４２】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、移動する稜線において、垂直方向の正方向に移動する稜線と垂直方向の負方向に移動する稜線が、ホログラム上で均一に分布するように稜線を形成するので、一方向のみへシフトした場合に生成される新たな回折を回避することができる効果が得られる。
【００４３】
また、請求項６に記載の発明は、請求項７に記載の発明において、垂直方向の位置が異なる隣接した２つの稜線において、導波方向の距離が第１の所定距離以下の場合、２つの稜線の近接した端点間の垂直方向の距離が第２の所定距離以下となる割合が、５／６以上であるので、回折方向による回折効率の変化を小さく抑えることができる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態におけるホログラム描画方法を適用したホログラムの稜線を示す説明図である。
【図２】ホログラムを上から見た場合に計算機上で表示される稜線を示す説明図である。
【図３】ｘ方向に波長以下、ｙ方向に波長の半分以下の距離の線分がある確率を求める場合に、一辺が波長の長さを持つ単位面積に配分される線分（凹凸）の数の場合分けを示す説明図である。
【図４】独立した一本の描画線の断面図である。
【図５】線分が幅を持つことを考慮して、より実際の描画イメージに近づけたホログラムの様子を示す説明図である。
【図６】導波路ホログラムの構造及び光の入出力を説明する図である。
【図７】特許文献１に記載された導波路ホログラムの構造及び光の入出力を説明する図である。
【図８】極細線描画による長周期のグレーティングであり、導波層の断面示す断面図である。
【図９】図８において、グレーティング周期が密である場合の導波層の断面を示す断面図である。
【図１０】太線描画による長周期のグレーティングであり、導波層の断面を示す断面図である。
【図１１】図１０において、グレーティング周期が密である場合の導波層の断面を示す断面図であって、従来技術における描画線のツブレと、回折方向・グレーティングピッチの関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１００―１，３，５…クラッド
１００−２、４…コア
１０１…ホログラム
１１０…反射点
１１１…レーザ光
１１２、１２２、１２４、１２７、１２８…導波光
１１３、１２１、１２３、１２６…回折光
１１４…ホログラム像
１１５…レンズ
グレーティング…１２０、１２５[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a hologram drawing method for drawing a waveguide hologram usable as an optical memory or a stereoscopic moving image display panel by a computer hologram creation method, and a hologram drawn by the method.
[0002]
[Prior art]
A technique in which minute irregularities are formed in a single-mode planar waveguide, and the guided light is diffracted by the minute irregularities to extract an arbitrary wavefront out of the waveguide is called waveguide holography. A set of minute irregularities in the plane of the waveguide is referred to as a waveguide hologram.
When holography is classified into volume holography and thin film holography, waveguide holography is classified into thin film holography. However, the laminated waveguide holography in which the waveguides in which the waveguide holograms are formed is laminated is capable of using a three-dimensional area as a recording area while being a thin-film holography, so that a large-capacity optical memory (see Patent Document 1) It can be applied as a three-dimensional moving image display panel (see Patent Document 2).
[0003]
FIG. 6 is a diagram for explaining the structure of the waveguide hologram and the input and output of light. As shown in FIG. 6, the laminated waveguide has a periodic layer structure such as “cladding 100-1 / core 100-2 / cladding 100-3 / core 100-4 /.../ cladding 100-n”. The hologram 101 is formed by modulating the thickness of the core.
FIG. 7 is a view for explaining the structure of a read-only multiplexed hologram card and a light input / output method described in Patent Document 1. The laser beam 111 introduced into the waveguide from the reflection point 110 shown in FIG. 7 becomes a guided light 112 and travels mainly in the core layer in the waveguide, with the reflection point (coupling portion of the guided light) 110 as a fan. It progresses while spreading.
The guided light 112 is partially scattered by the hologram 101, which is a scattering factor provided on the core layer or the cladding layer, and leaks out of the waveguide. However, when the hologram 101 has a periodic structure, There is a direction in which the phase of the scattered light from the factor matches, and the light travels outside the waveguide because it travels as diffracted light 113 in that direction, which forms a hologram image 114. By reading this hologram image with a two-dimensional photodetector such as a charge-coupled device (so-called CCD), information can be read. In addition, by moving the lens 115 in FIG. 7, the waveguide layers through which light propagates can be changed, and the information recorded in each layer can be read separately.
[0004]
In the laminated waveguide hologram, the hologram of each layer is created by transfer from a master, which enables mass production. This is the same as mass production of CDs and DVDs by transfer from a master.
However, the master used here is not necessarily the original master itself, but a duplicate master transferred from the master by plating or the like is often used as a transfer master for mass production.
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 3323146 [Patent Document 2]
Japanese Patent Application No. 11-269788 [Non-Patent Document 1]
Itsuki Tsuyoshi Yagi and 7 others "Laminated waveguide hologram memory"
Transactions of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, 2001, J84-C, Vol. 8, pp. 635-643
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The first step in producing an original master is to expose and develop a resist applied on a glass or silicon substrate by electron beam or laser beam exposure. After development, whether etching or using the resist pattern as it is, the definition of the resist pattern determines the limit of the definition of the concavo-convex pattern of the final product.
[0007]
On the other hand, in the waveguide holography, it is required when the guided light is diffracted in a direction opposite to the traveling direction of the guided light, that is, when the inner product of the wave vector of the guided light and the wave vector of the diffracted light is negative. The period of the grating is shorter than the wavelength of the guided light.
For example, light having a wavelength of 660 nm in air becomes guided light having a wavelength of 440 nm in a waveguide having an effective refractive index of 1.5. In order to diffract in an inclined direction 31 ° outside the medium, irregularities must be formed at a period of 328 nm. In order to realize this, a line smaller than 164 nm must be drawn.
[0008]
This problem will be described with reference to FIGS.
FIG. 8 shows a long-period grating formed by drawing a fine line, and illustrates a cross section of a waveguide layer. Since the grating 120 has a long period, the diffracted light 121 travels while being inclined in the traveling direction of the guided light 122.
FIG. 9 is also a drawing showing drawing with extra fine lines, but since the grating period is dense, the diffracted light 123 is diffracted in a reflection type with respect to the guided light 124.
FIG. 10 shows a long-period grating 125 drawn by a thick line, and illustrates a cross section of a waveguide layer. As in the case of FIG. 8, the diffracted light 126 is diffracted while being inclined in the traveling direction of the guided light 127.
The short-period grating shown by the thick line drawing shown in FIG. 11 is a problematic grating drawing. In this case, ideally, as in the case of FIG. 9, the diffracted light 123 should be diffracted in a reflective manner with respect to the guided light 124.
However, as shown in FIG. 11, when the lines overlap and the height of the unevenness becomes shallow, the diffraction efficiency is proportional to the square of the height of the unevenness formed on the core. It becomes smaller than.
Therefore, it is concluded that drawing with a fine line is indispensable, but drawing with a fine line requires drawing with an electron beam or deep ultraviolet rays. An electron beam lithography system and a deep-ultraviolet lithography system are expensive, and the capital investment for lithography of a master is increased.
This has the disadvantage of increasing the cost of producing the master of the laminated waveguide hologram memory and consequently increasing the unit cost of the memory.
[0009]
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an inexpensive laser drawing machine that cannot draw a very fine line, and realize diffracted light equivalent to drawing a narrow-pitch grating. It is an object of the present invention to provide a hologram drawing method and a hologram that can be used.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and the invention according to claim 1 has a concave or convex portion formed by modulating the thickness of the core layer in an optical waveguide having a core layer and a cladding layer. On the waveguide surface of the optical waveguide, a line segment connecting the highest points of the projections, or so as to be parallel to the direction perpendicular to the waveguide direction in which the guided light, which is the reference light of the hologram, is guided. A hologram drawing method for a waveguide hologram formed by forming a ridge line which is a line segment connecting the lowest points of the concave portions, wherein the formation positions of the two ridge lines obtained by a computer hologram drawing method are aligned in the vertical direction. When the distance is equal to or less than the first predetermined distance in the waveguide direction, the formation position of the ridge is moved in the direction to repel each other in the vertical direction, and the vertical positions of the ridge are made unequal, whereby Vertical The distance of waveguide direction between the ridge line of all the formation position of the equal of, and forming the ridge to be larger than the first predetermined distance.
[0011]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the distance in the vertical direction between the adjacent end points of the two ridge lines is less than or equal to a second predetermined distance. The ridge line is formed such that
[0012]
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, in the moving ridge line, the ridge line moving in the positive direction in the vertical direction and the ridge line moving in the negative direction in the vertical direction are provided. And forming the ridge lines so as to be uniformly distributed on the hologram.
[0013]
According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the first predetermined distance is a wavelength of the guided light in the optical waveguide. And
[0014]
According to a fifth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the second predetermined distance is a half of a wavelength of the guided light in the optical waveguide. There is a feature.
[0015]
According to a sixth aspect of the present invention, in the optical waveguide having the core layer and the cladding layer, a concave portion or a convex portion formed by modulating the thickness of the core layer has a hologram on the waveguide surface of the optical waveguide. Form a ridge line that is a line segment connecting the highest points of the convex portions or a line segment connecting the lowest points of the concave portions so that the guided light that is the reference light is parallel to the waveguide direction in which the guided light is guided. Wherein the distance in the waveguide direction between all the ridge lines having the same vertical position is greater than a first predetermined distance.
[0016]
In the invention according to claim 7, in the invention according to claim 6, when the distance in the waveguide direction is equal to or less than the first predetermined distance, in the two adjacent ridge lines having different positions in the vertical direction, The ratio in which the vertical distance between the adjacent end points of the two ridge lines is equal to or less than a second predetermined distance is 5/6 or more.
[0017]
According to an eighth aspect of the present invention, in the sixth or seventh aspect, the first predetermined distance is a wavelength of the guided light in the optical waveguide.
[0018]
According to a ninth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the sixth to eighth aspects, the second predetermined distance is a half of a wavelength of the guided light in the optical waveguide. There is a feature.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
First, the basic concept of the hologram drawing method of the present invention will be described. The fineness of a drawing line in a laser drawing machine is determined by the wavelength of a used beam and the performance of a condenser lens. Therefore, it is difficult to reduce the thickness of the line with a laser exposure device that is relatively inexpensive and has good operability. Therefore, the problem is solved by changing the drawing pattern of the hologram.
[0020]
Assuming that the waveguide surface of the slab waveguide is an xy plane (z = 0), the traveling direction of the guided light is x, and the propagation constant of the guided light is β, the guided light (W (x)) is
(Equation 1)

Can be written. Where i is an imaginary unit, A is the amplitude of the guided light, c. c. Represents a complex conjugate. Here, two points in the waveguide

[Equation 3]

Consider a state in which there is unevenness and the guided light is scattered.
[0021]
The scattered light from these two points interferes, and a point outside the waveguide

The amplitude at

Is
(Equation 6)

It becomes. Here, for the sake of simplicity, all effects such as the amplitude, scattering intensity, absorption, and diffusion of the guided light were pushed into the proportional coefficient B. Also, k is the magnitude of the wave vector in the medium, and
(Equation 7)

Is assumed to be in the medium. But,
(Equation 8)

Is outside the medium, it is only necessary to consider the effect of refraction on the medium surface, and the expression (2) is used for simplification of the description, not the essence of the description of the present invention.
[0022]
Since the waveguides discussed here are single mode, β-k
(Equation 9)

And [Equation 10]

At the time [Equation 11]

(Equation 12)

(Equation 13)

[Equation 14]

[Equation 15]

As an approximation of δx and δy to the first order,
(Equation 16)

It is expressed as
[0023]
The problem described above is that, when it is desired to obtain a reflection type diffracted light, that is, when δy is small, if the line for drawing is not sufficiently thin, the unevenness will overlap, and it will not be an independent scatterer. Was in However, since it is a grating for diffracting guided light, it implicitly assumes that δy = 0. Therefore, the problem is solved by setting δy ≠ 0 so that the irregularities do not overlap each other. However, if δy ≠ 0, it becomes impossible to obtain a desired reproduced image, which causes a new problem, so that a restriction is required.
[0024]
In equation (3), always

Holds, so
(Equation 18)

That is,
[Equation 19]

Then, the cosine part in equation (3)

Has a positive value at all times, and it can be seen that the reproduced image degradation is only a small change in image intensity. Here, n is the refractive index of the medium, and λ is the wavelength in air.
[0025]
Equation (4) is
(Equation 21)

, But the absolute value of z ₃ is actually

And [Equation 23]

Since it is common to be equal to or greater than the maximum value of

And the actual limit is less strict than equation (4),
(Equation 25)

Are more appropriate conditions.
[0026]
In other words, when the condition of the expression (4) is followed, the unevenness forming the hologram is constituted by a line segment having a length of λ / 2n in the y direction, but the distance between adjacent line segments in the x direction is If they are close, one of the adjacent line segments is shifted in the + y direction and the other is shifted in the −y direction by λ / 4n.
In the case where the condition of the expression (5) is followed, the length of the line segment may be set to λ / n, and the shift in the ± y direction may be set to λ / 2n. By doing so, the restriction on the line width required for drawing is greatly relaxed.
[0027]
When actually drawing a hologram, the wavefront generated on the waveguide surface is expressed by the unevenness. On a computer, for example, as shown in FIG. 2, the wavefront is represented by the center of the actually created line segment, which corresponds to the central peak of the unevenness. In the claims, this is expressed as a ridgeline.
Here, in order to represent an arbitrary phase with one unevenness, the mesh in the x direction of the computer generated hologram has the shortest λ / n pitch. In this case, the distance between the concavities and convexities adjacent in the x direction may be infinitesimal depending on the phase to be expressed by each concavity and convexity.
However, when the rule of shifting in the ± y direction of the line segment adjacent in the x direction described here is applied, the average distance of the unevenness adjacent in the x direction is 2λ / n, and the shortest distance is less than λ / n. Is gone.
That is, in the two ridge lines, when there is a highest point or a lowest point at which the y-coordinate position of the highest point of the convex portion or the lowest point of the concave portion is equal, as shown in FIG. The hologram may be drawn by forming a ridge line so as to have a wavelength equal to or longer than the wavelength of the guided light in the optical waveguide.
Here, FIG. 1 shows ridge lines of a hologram to which the hologram drawing method according to the present embodiment is applied.
[0028]
Further, in order to realize acute angle diffraction, irregularities are required at positions separated by λ / n or less in the x direction. In this case, it is necessary to arrange the ridge lines at positions shifted in the y direction as shown in FIG. .
That is, when the distance in the x direction is equal to or less than the above-described wavelength in two adjacent ridge lines having different positions in the x direction, as illustrated in FIG. 1, the distance in the y direction between adjacent end points of the two ridge lines is The ridge may be formed so as to be half or less of the wavelength.
[0029]
Further, with respect to the direction of the shift in the y direction, which direction to shift is arbitrary within the scope of the claims. Therefore, the direction of the shift, that is, the shift of the line segment before and after in the x direction is randomly selected to be (+ y, -y) or (-y, + y), or the positive direction (= + y Direction) and the ridge line shifting in the negative direction (= -y direction) must be uniformly distributed on the hologram. By doing so, it is possible to avoid a new diffraction generated when the light is shifted in only one direction.
[0030]
Here, in the laminated waveguide hologram memory targeted by the present invention, the unevenness, which is the minimum unit for forming a hologram, is ideally a line segment having a length on the order of a wavelength. Since they are not ideally ideal line segments but have a spread, they may overlap each other. That is, an object of the present invention is to prevent unevenness produced due to the overlap from being regarded as unevenness.
In order to diffract the guided light, the interval between the concavities and convexities in the guiding direction (x direction) is particularly important. When there are concavities and convexities close to the x direction, they are mutually perpendicular to the guiding direction (y direction). The unevenness in the x direction is secured by shifting the position of the unevenness by a small distance in the direction of repulsion. At this time, in the present invention, the magnitude of the y-direction component of the distance between the end points on the adjacent sides of the ridges of the irregularities shifted in the direction of repulsion in order to avoid deteriorating the image quality of the hologram reconstructed image is determined by the guided light. It should be less than half the wavelength in the wave path.
[0031]
Here, in order to obtain the probability that there is a line segment having a distance of less than or equal to the wavelength in the x direction and less than or equal to half of the wavelength in the y direction, a square having one side having the length of the wavelength shown in FIG. Consider a case where a line segment (concavo-convex) is distributed to the.
At this time, the number of allocated line segments is 2 (expressed by D in FIG. 3), 1 (expressed by S1 and S2 in FIG. 3), and 0 (expressed by N in FIG. 3) There is.
In this case, the ratio of randomly selected line segments including two line segments to unit area including one line segment is 2: 1. In the case where the unit area includes two line segments (= D), there is always a line segment with a distance of half a wavelength or less in the y direction within a distance of a wavelength or less in the x direction.
[0032]
Further, in the case where a unit area includes one line segment (= S1 or S2), for example, when S1 is selected, there is no adjacent component on the upper side and there is a line segment on the lower side in D or S2. This probability is 1/2 since there is D at 1/3 probability and S2 at 1/6 probability.
Therefore, if you choose a line segment at random,
(1/3) x 2 + 2 x (1/6) x (1/2) = 5/6
With the probability, there is a line segment with a distance of less than the wavelength in the x direction and less than half the wavelength in the y direction. That is, under this assumption, there is another unevenness at a position adjacent to the y direction with a probability of 5/6. In this case, the density of the irregularities is 1/4 that of the case of the densest arrangement. This is 1/16 times the diffraction efficiency.
On the other hand, in the normal case, the value of the diffraction efficiency realized in the hologram of the present invention is about 0.1 times that when the unevenness is arranged most densely, so that the actual density of the unevenness is higher than the above assumption. You can see that.
[0033]
Therefore, in the hologram drawing method according to the present embodiment, the distance between the ridge lines of two adjacent concavities and convexities having different positions in the x direction is equal to or smaller than the wavelength of the guided light in the waveguide, and the two concavities and convexities are different. The probability that the magnitude of the component in the y-direction of the distance between the adjacent end points of the ridge line is equal to or less than half the wavelength of the guided light in the waveguide is 5/6 or more.
However, this probability of 5/6 is the best value, and it is conceivable to have a predetermined width in the implementation stage. Note that the optimum value of the width is set by an experiment using an actual machine or the like.
[0034]
A hologram drawing method according to an embodiment of the present invention will be described based on the above concept. In this embodiment, it is assumed that a semiconductor laser having a wavelength of 660 nm is used as a light source, a core having a refractive index of 1.52, a clad having a refractive index of 1.51, and a core having a thickness of 1.5 μm. Further, it is assumed that the hologram unevenness can be drawn in a shape as shown in FIG.
FIG. 4 shows an example of a cross-sectional view of one independent drawing line. It has a thickness of 100 nm with respect to the core-cladding interface (4-1), and has a trapezoidal cross section of 100 nm on the upper surface and 450 nm on the lower surface.
When a grating having a period of 350 nm is drawn using these drawing lines, the lines overlap as shown in the cross section of FIG. 11, and the resist is double-exposed in the overlapping portion, so that the height is reduced to about half. I will. As a result, the diffraction efficiency is reduced to about one-fourth that of a grating having a long period.
[0035]
Therefore, the hologram is arranged as shown in FIG.
First, the straight line drawn by the grating method according to the conventional method, which is not based on the present invention, shown in FIG. Line segments adjacent in the waveguide direction are shifted in the y direction by 110 nm (λ / 4n) in opposite directions, and the total shift amount in the y direction is 220 nm (λ / 2n).
[0036]
As compared with the straight line shown in FIG. 2, since the straight line is thinned to form a set of line segments, the absolute diffraction efficiency is reduced. However, there is an advantage that a desired diffraction image can be obtained because a constant diffraction efficiency is obtained regardless of the diffraction direction.
The line segments are not adjacent to each other in the x direction, and the interval in the x direction is 440 nm (λ / n) or more. Further, by introducing randomness in the shift direction, the occurrence of extra diffraction is suppressed.
On the other hand, FIG. 5 shows a state closer to the actual drawn image in consideration of the fact that the line segment has a width. Line segments are created with the smallest points that can be drawn. The bottom surface is 450 nm in diameter, and the top surface is a circular plateau having a diameter of 100 nm. This plateau-shaped skirt is called the plateau skirt. FIG. 5 shows a view in which the plateaus are overlapped and the waveguide is viewed from vertically above.
[0037]
If there is a continuous plateau in the y-direction, the ridge line represented by the thick line segment in FIG. 5 is not necessarily the shortest ridge line but also has a long ridge line. Here, the ridge line is the locus of the center of the laser spot that has moved on the master when effectively drawing a hologram. Note that both ends of the ridge are end points.
If the x component of the distance between the end points of the two adjacent ridge lines is less than or equal to the wavelength (λ / n) of the guided light in the waveguide, most of the y component of the distance between the end points is reduced to half (λ) of the wavelength in the waveguide. / 2n) or less, it is possible to suppress reproduction image deterioration to a minute change in image intensity.
[0038]
Further, plateau skirts of adjacent line segments (plateaus) overlap each other, but the distance in the x direction of the ridge line is farther than in the case where a uniform grating is drawn, so that it is necessary to generate diffracted light. The height difference between the irregularities is kept large. Therefore, the change in the diffraction efficiency depending on the diffraction direction can be kept small.
FIGS. 4 and 5 show cross-sectional dimensions of drawing lines as one example, and the hologram drawing method and hologram of the present invention are not limited to these shapes and dimensions.
[0039]
The above-described hologram drawing method is executed by a computer such as a computer, for example. In this case, a series of processes of the above-described hologram drawing is stored in a computer-readable recording medium in the form of a program, and the computer reads and executes the program to perform the process. Here, the computer-readable recording medium refers to a magnetic disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a DVD-ROM, a semiconductor memory, or the like. Alternatively, the computer program may be distributed to a computer via a communication line, and the computer that has received the distribution may execute the program.
[0040]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, in the optical waveguide having the core layer and the cladding layer, the concave portion or the convex portion formed by modulating the thickness of the core layer is formed on the waveguide surface of the optical waveguide. In, a ridge line that is a line segment connecting the highest points of the convex portions or a line segment connecting the lowest points of the concave portions so that the guided light that is the reference light of the hologram is parallel to the direction in which the guided light is guided. In which the two ridge lines formed by the computer hologram drawing method are equal in the vertical direction and less than or equal to the first predetermined distance in the waveguide direction. In the case, by moving the formation position of the ridge line in the direction of repelling each other in the vertical direction, and by making the vertical position of the ridge line unequal, the distance in the waveguide direction between all the ridge lines having the same vertical formation position, First predetermined distance Because it forms a ridge so that larger, inexpensive laser drawing machine hairline is not drawn, the effect capable of realizing the same diffracted light and drew the grating pitch can be obtained. Specifically, in a laminated waveguide hologram ROM, even when a master is manufactured using an inexpensive laser drawing system, a reflection type grating can be drawn, and an inexpensive manufacturing technique is secured.
[0041]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the ridge lines are moved such that a vertical distance between adjacent end points of the two ridge lines moving relative to each other is equal to or less than a second predetermined distance. As a result, the effect of suppressing deterioration of the reproduced image to a minute change in image intensity can be obtained.
[0042]
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, in the moving ridge line, the ridge line moving in the vertical positive direction and the ridge line moving in the vertical negative direction are: Since the ridge lines are formed so as to be uniformly distributed on the hologram, an effect that new diffraction generated when shifting in only one direction can be avoided can be obtained.
[0043]
According to a sixth aspect of the present invention, in the invention of the seventh aspect, when two adjacent ridge lines having different vertical positions have a distance in the waveguide direction equal to or less than a first predetermined distance, two ridge lines are provided. Since the ratio of the vertical distance between the adjacent end points of the ridge line being equal to or less than the second predetermined distance is equal to or greater than 5/6, the effect that the change in the diffraction efficiency depending on the diffraction direction can be suppressed is obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing ridge lines of a hologram to which a hologram drawing method according to an embodiment is applied.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing ridge lines displayed on a computer when a hologram is viewed from above.
FIG. 3 is a graph showing the probability that a line segment having a distance of less than half the wavelength in the x direction and less than half the wavelength in the y direction is obtained. It is explanatory drawing which shows division | segmentation of a number.
FIG. 4 is a cross-sectional view of one independent drawing line.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a state of a hologram closer to an actual drawn image in consideration of the fact that a line segment has a width.
FIG. 6 is a diagram illustrating the structure of a waveguide hologram and light input / output.
FIG. 7 is a diagram illustrating the structure of a waveguide hologram described in Patent Document 1 and light input / output.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a long-period grating formed by drawing a fine line and showing a cross section of a waveguide layer.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a cross section of the waveguide layer when the grating period is dense in FIG.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a long-period grating drawn by a thick line and showing a cross section of a waveguide layer.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a cross section of the waveguide layer in a case where the grating period is dense in FIG. 10, and is an explanatory diagram showing a relationship between a deviation of a drawing line and a diffraction direction / grating pitch in the related art. is there.
[Explanation of symbols]
100-1, 3, 5 ... clad 100-2, 4 ... core 101 ... hologram 110 ... reflection point 111 ...

laser light

112, 122, 124, 127, 128 ... guided light 113, 121, 123, 126 ... diffracted light 114 Hologram image 115 lens grating 120, 125

Claims

In an optical waveguide having a core layer and a cladding layer, a concave portion or a convex portion formed by modulating the thickness of the core layer is used to guide the hologram reference light on the waveguide surface of the optical waveguide. Hologram drawing of a waveguide hologram formed by forming a ridge line that is a line segment connecting the highest points of the convex portions or a line segment connecting the lowest points of the concave portions so as to be parallel to the vertical direction of the waveguide. The method,
When the formation positions of the two ridge lines obtained by the computer hologram drawing method are equal in the vertical direction and are equal to or less than a first predetermined distance in the waveguide direction, the formation positions of the ridge lines are mutually set in the vertical direction. By moving in the direction of repulsion and making the vertical positions of the ridges unequal, the distance in the waveguide direction between all the ridges having the same vertical formation position is larger than the first predetermined distance. A hologram drawing method, wherein the ridge line is formed such that

In the two ridges moving to each other,
2. The hologram drawing method according to claim 1, wherein the ridge line is formed such that a distance in the vertical direction between adjacent end points of the two ridge lines is equal to or less than a second predetermined distance. 3.

In the moving ridgeline,
The ridge line moving in the positive direction in the vertical direction and the ridge line moving in the negative direction in the vertical direction form the ridge lines such that the ridge lines are uniformly distributed on the hologram. The hologram drawing method according to the above.

The first predetermined distance is:
4. The hologram drawing method according to claim 1, wherein the wavelength is the wavelength of the guided light in the optical waveguide.

The second predetermined distance is:
The hologram drawing method according to claim 1, wherein the wavelength of the hologram is の of the wavelength of the guided light in the optical waveguide.

A concave portion or a convex portion formed by modulating the thickness of the core layer is formed on the optical waveguide having the core layer and the cladding layer. On the waveguide surface of the optical waveguide, the guided light, which is the reference light of the hologram, is guided. A waveguide hologram formed by forming a ridge line which is a line segment connecting the highest points of the convex portions or a line segment connecting the lowest points of the concave portions so as to be parallel to the vertical direction of the waveguide. ,
A hologram, wherein a distance in the waveguide direction between all the ridge lines having the same vertical position is larger than a first predetermined distance.

In the two adjacent ridge lines different in the vertical position,
When the distance in the waveguide direction is equal to or less than the first predetermined distance,
7. The hologram according to claim 6, wherein a ratio of the vertical distance between adjacent end points of the two ridge lines to be equal to or less than a second predetermined distance is 5/6 or more.

The first predetermined distance is:
The hologram according to claim 6, wherein the hologram is a wavelength of the guided light in the optical waveguide.

The second predetermined distance is:
The hologram according to any one of claims 6 to 8, wherein the hologram is half the wavelength of the guided light in the optical waveguide.