JP2832337B2 - 回折格子の製造方法 - Google Patents
回折格子の製造方法Info
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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- Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光照射によるガラ
ス回折格子の製造方法に関する。
ス回折格子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】紫外域から近赤外域の光を透過するシリ
カガラスは、通信用光ファイバーの母材として用いられ
ており、そのコアの部分には通常ＧｅＯ2がドープされ
ている。このファイバーに波長488nmアルゴンイオンレ
ーザー光或いは248nmのエキシマレーザー光を照射する
と、コアの屈折率が変化することが見出されている（K.
O.Hillら、Appi.Phys.Lett. 32（1978）647、或いはR.
M.Atkinsら、Electron.Lett. 29（1993）385）。しかし
ながら、その屈折率変化量は、１×１０-4程度であり、
光ファイバー以外の分野への応用は、困難である。
カガラスは、通信用光ファイバーの母材として用いられ
ており、そのコアの部分には通常ＧｅＯ2がドープされ
ている。このファイバーに波長488nmアルゴンイオンレ
ーザー光或いは248nmのエキシマレーザー光を照射する
と、コアの屈折率が変化することが見出されている（K.
O.Hillら、Appi.Phys.Lett. 32（1978）647、或いはR.
M.Atkinsら、Electron.Lett. 29（1993）385）。しかし
ながら、その屈折率変化量は、１×１０-4程度であり、
光ファイバー以外の分野への応用は、困難である。
【０００３】一方、ゾル−ゲル法により製造されたＧｅ
Ｏ2−ＳｉＯ2ガラスにおいても、光屈折率変化が認めら
れている（K.D.Simmonsら、Opt.Lett. 18（1993）2
5）。しかしながら、その値も、上記の光ファイバーの
場合と同レベルであり、通常の分光器などで使用されて
いる回折格子への応用は、不可能である。
Ｏ2−ＳｉＯ2ガラスにおいても、光屈折率変化が認めら
れている（K.D.Simmonsら、Opt.Lett. 18（1993）2
5）。しかしながら、その値も、上記の光ファイバーの
場合と同レベルであり、通常の分光器などで使用されて
いる回折格子への応用は、不可能である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、回
折格子への応用が可能な程度の屈折率変化量を示すガラ
ス材料を提供することを主な目的とする。
折格子への応用が可能な程度の屈折率変化量を示すガラ
ス材料を提供することを主な目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記のよう
な技術の現状を考慮しつつ、研究を重ねた結果、光照射
によりガラス構造の変化を伴う密度変化を誘起しうるガ
ラス薄膜に回折格子を形成することにより、その目的を
達成しうることを見出した。
な技術の現状を考慮しつつ、研究を重ねた結果、光照射
によりガラス構造の変化を伴う密度変化を誘起しうるガ
ラス薄膜に回折格子を形成することにより、その目的を
達成しうることを見出した。
【０００６】すなわち、本発明は、下記の光照射による
ガラス回折格子の製造方法を提供するものである。
ガラス回折格子の製造方法を提供するものである。
【０００７】１．光照射によりガラス薄膜表面に周期的
凹凸を形成することを特徴とする回折格子の製造方法。
凹凸を形成することを特徴とする回折格子の製造方法。
【０００８】２．凹凸形成のための光源が、エキシマレ
ーザー、Ｎｄ−ＹＡＧレーザーまたは色素レーザーの紫
外高調波である上記項１に記載の回折格子の製造方法。
ーザー、Ｎｄ−ＹＡＧレーザーまたは色素レーザーの紫
外高調波である上記項１に記載の回折格子の製造方法。
【０００９】３．予めガラス薄膜表面にフェーズマスク
を設置し、該フェーズマスクを介して光照射を行う上記
項１または２に記載の回折格子の製造方法。
を設置し、該フェーズマスクを介して光照射を行う上記
項１または２に記載の回折格子の製造方法。
【００１０】４．レーザーの干渉光をガラス薄膜表面に
照射することにより、ガラス薄膜表面にその干渉光の周
期に応じた凹凸を形成させる上記項１または２に記載の
回折格子の製造方法。
照射することにより、ガラス薄膜表面にその干渉光の周
期に応じた凹凸を形成させる上記項１または２に記載の
回折格子の製造方法。
【００１１】５．回折格子を書き込むためのガラス薄膜
をスパッタ蒸着法により作成する上記項１〜４のいずれ
かに記載の回折格子の製造方法。
をスパッタ蒸着法により作成する上記項１〜４のいずれ
かに記載の回折格子の製造方法。
【００１２】６．回折格子を書き込むためのガラス薄膜
の組成が、ＧｅＯ2含有量20〜95モル％のＧｅＯ2−Ｓｉ
Ｏ2系ガラスである上記項１〜５のいずれかに記載の回
折格子の製造方法。
の組成が、ＧｅＯ2含有量20〜95モル％のＧｅＯ2−Ｓｉ
Ｏ2系ガラスである上記項１〜５のいずれかに記載の回
折格子の製造方法。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明において回折格子の形成に
使用するガラス薄膜は、高周波スパッタ蒸着法により、
シリコン単結晶などの基板上に作製することが好まし
い。高周波スパッタ蒸着は、常法に従って行うことがで
き、その条件などは特に限定されるものではないが、通
常アルゴンまたはアルゴン−酸素混合ガス（酸素の体積
含有率50％程度まで）の雰囲気中で行う。アルゴン−酸
素混合ガス中の酸素の体積含有率が50％を上回る場合に
も、屈折率変化が認められるガラス薄膜が得られるが、
ガラス薄膜の生成速度が極めて遅くなり、実用性に欠け
る。ガラス薄膜の厚さは、通常0.1〜10μｍ（100〜1000
00Å）程度である。得られたガラス薄膜は、対レーザー
耐性を改善するために、常法に従って、300〜800℃程度
で熱処理することが好ましい。
使用するガラス薄膜は、高周波スパッタ蒸着法により、
シリコン単結晶などの基板上に作製することが好まし
い。高周波スパッタ蒸着は、常法に従って行うことがで
き、その条件などは特に限定されるものではないが、通
常アルゴンまたはアルゴン−酸素混合ガス（酸素の体積
含有率50％程度まで）の雰囲気中で行う。アルゴン−酸
素混合ガス中の酸素の体積含有率が50％を上回る場合に
も、屈折率変化が認められるガラス薄膜が得られるが、
ガラス薄膜の生成速度が極めて遅くなり、実用性に欠け
る。ガラス薄膜の厚さは、通常0.1〜10μｍ（100〜1000
00Å）程度である。得られたガラス薄膜は、対レーザー
耐性を改善するために、常法に従って、300〜800℃程度
で熱処理することが好ましい。
【００１４】使用するガラスとしては、ＧｅＯ2含有量
が20〜95モル％、より好ましくは25〜55モル％であるＧ
ｅＯ2−ＳｉＯ2系ガラスが特に好適である。ＧｅＯ2−
ＳｉＯ2系ガラス薄膜において、ＧｅＯ2含有量が少なす
ぎる場合には、光照射を行っても大きな体積変化が認め
られず、凹凸が形成されにくいのに対し、多すぎる場合
には、ガラスが黄色く着色したり、或いはガラスの耐水
性が低下したりする。
が20〜95モル％、より好ましくは25〜55モル％であるＧ
ｅＯ2−ＳｉＯ2系ガラスが特に好適である。ＧｅＯ2−
ＳｉＯ2系ガラス薄膜において、ＧｅＯ2含有量が少なす
ぎる場合には、光照射を行っても大きな体積変化が認め
られず、凹凸が形成されにくいのに対し、多すぎる場合
には、ガラスが黄色く着色したり、或いはガラスの耐水
性が低下したりする。
【００１５】回折格子を形成する方法としては、（１）
ガラス薄膜表面に予めフェーズマスクを設置し、該フェ
ーズマスクを介して光照射を行うことにより、周期的凹
凸を形成する方法、および（２）ガラス薄膜表面にレー
ザーの干渉光を照射することにより、ガラス表面にその
干渉波の周期に応じた凹凸を形成する方法が挙げられ
る。凹凸を形成するための光源としては、ＡｒＦ、Ｋｒ
Ｆなどのエキシマレーザー、Ｎｄ−ＹＡＧレーザー、Ａ
ｒイオンレーザーまたは色素レーザーの紫外高調波など
が例示される。
ガラス薄膜表面に予めフェーズマスクを設置し、該フェ
ーズマスクを介して光照射を行うことにより、周期的凹
凸を形成する方法、および（２）ガラス薄膜表面にレー
ザーの干渉光を照射することにより、ガラス表面にその
干渉波の周期に応じた凹凸を形成する方法が挙げられ
る。凹凸を形成するための光源としては、ＡｒＦ、Ｋｒ
Ｆなどのエキシマレーザー、Ｎｄ−ＹＡＧレーザー、Ａ
ｒイオンレーザーまたは色素レーザーの紫外高調波など
が例示される。
【００１６】
【発明の効果】本発明によれば、スパッタ蒸着法により
作製したガラス薄膜表面に光照射を行って光の波長レベ
ルの周期的凹凸を形成させることにより、高い耐熱性、
機械的強度などを有する回折格子を容易に得ることがで
きる。
作製したガラス薄膜表面に光照射を行って光の波長レベ
ルの周期的凹凸を形成させることにより、高い耐熱性、
機械的強度などを有する回折格子を容易に得ることがで
きる。
【００１７】
【実施例】以下に実施例および比較例を示し、本発明の
特徴とするところをより一層明確にする。
特徴とするところをより一層明確にする。
【００１８】実施例１ 雰囲気ガス組成が80％Ａｒ−20％Ｏ2であり、その流量
が3cc/分、チャンバー内圧力が約１０-2torrという条件
下に、シリコン単結晶基板上にＧｅＯ225モル％−Ｓｉ
Ｏ275モル％のガラス薄膜を約8nm/分の速度で約300分間
堆積させた。薄膜の組成が目的通りに調整されているこ
とは、XPSにより確認された。また、薄膜のＸ線回折を
測定したところ、ＧｅＯ2またはＳｉＯ2の結晶による鋭
い回折ピークは、全く観測されなかった。
が3cc/分、チャンバー内圧力が約１０-2torrという条件
下に、シリコン単結晶基板上にＧｅＯ225モル％−Ｓｉ
Ｏ275モル％のガラス薄膜を約8nm/分の速度で約300分間
堆積させた。薄膜の組成が目的通りに調整されているこ
とは、XPSにより確認された。また、薄膜のＸ線回折を
測定したところ、ＧｅＯ2またはＳｉＯ2の結晶による鋭
い回折ピークは、全く観測されなかった。
【００１９】得られたガラス薄膜を真空中500℃で１時
間熱処理した後、薄膜上に１μｍ間隔の溝が5×10mmの
範囲に彫られたシリカガラス製のフェーズマスクをおい
て、真上から波長１９３nmで、パワー密度30mJ/cm2のＡ
ｒＦエキシマレーザーパルスを1200パルス照射した。
間熱処理した後、薄膜上に１μｍ間隔の溝が5×10mmの
範囲に彫られたシリカガラス製のフェーズマスクをおい
て、真上から波長１９３nmで、パワー密度30mJ/cm2のＡ
ｒＦエキシマレーザーパルスを1200パルス照射した。
【００２０】得られた材料の表面を電子顕微鏡で観察し
たところ、振幅0.2μｍの凹凸が形成されていることが
確認された。
たところ、振幅0.2μｍの凹凸が形成されていることが
確認された。
【００２１】また、得られた材料の凹凸部分にＨｅ−Ｎ
ｅレーザーを入射したところ、１次の回折効率が約7％
であることが確認された。
ｅレーザーを入射したところ、１次の回折効率が約7％
であることが確認された。
【００２２】実施例２ 実施例１と同様の方法により作成したガラス薄膜に対
し、1mJ/mm2のＮｅ−ＹＡＧレーザー光（波長266nm）を
法線角45°で双方向から1000ショット照射したところ、
その干渉波に応じた凹凸がガラス表面に形成され、実施
例１による回折格子に類似したＮｅ−Ｈｅレーザー光の
回折が確認された。
し、1mJ/mm2のＮｅ−ＹＡＧレーザー光（波長266nm）を
法線角45°で双方向から1000ショット照射したところ、
その干渉波に応じた凹凸がガラス表面に形成され、実施
例１による回折格子に類似したＮｅ−Ｈｅレーザー光の
回折が確認された。
【００２３】実施例３〜６ 表１に示す組成のガラスを用いて実施例１と同様にして
作製した薄膜を真空中500℃で1時間熱処理した後、実施
例１と同様なフェーズマスクを介してＡｒＦエキシマレ
ーザーパルスを1200パルス照射したところ、表１に示す
様な振幅の凹凸が形成されていることが電子顕微鏡観察
により確認された。
作製した薄膜を真空中500℃で1時間熱処理した後、実施
例１と同様なフェーズマスクを介してＡｒＦエキシマレ
ーザーパルスを1200パルス照射したところ、表１に示す
様な振幅の凹凸が形成されていることが電子顕微鏡観察
により確認された。
【００２４】
【表１】
【００２５】なお、表１には、実施例１〜２の結果をも
併せて示す。
併せて示す。
【００２６】比較例１ 雰囲気ガス組成が80％Ａｒ−20％Ｏ2であり、その流量
が3cc/分、チャンバー内圧力が約１０-2torrという条件
下に、シリコン単結晶基板上にＧｅＯ210モル％−Ｓｉ
Ｏ290モル％のガラス薄膜を約8nm/分の速度で約300分間
堆積させた。
が3cc/分、チャンバー内圧力が約１０-2torrという条件
下に、シリコン単結晶基板上にＧｅＯ210モル％−Ｓｉ
Ｏ290モル％のガラス薄膜を約8nm/分の速度で約300分間
堆積させた。
【００２７】得られた薄膜を使用して実施例１と同様な
方法により、回折格子の形成を試みたが、電子顕微鏡観
察によれば、表面に凹凸は形成されていなかった。
方法により、回折格子の形成を試みたが、電子顕微鏡観
察によれば、表面に凹凸は形成されていなかった。
【００２８】比較例２ 比較例１と同様な条件下にＧｅＯ2ガラスをシリコン基
板上に析出させた後、１週間空気中に放置したところ、
ガラス表面に白い濁りが観察された。
板上に析出させた後、１週間空気中に放置したところ、
ガラス表面に白い濁りが観察された。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−258509（ＪＰ，Ａ) Ｏｐｔｉｃａｌ Ｍａｔｅｒｉａｌ ｓ，ｖｏｌ．４（Ｊａｎｕａｒｙ 1995），ｐ．404−409 Ｏｐｔｉｃａｌ Ｍａｔｅｒｉａｌ ｓ，ｖｏｌ．４（Ｍｒｃｈ 1995）, ｐ．441−449 Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，ｖ ｏｌ．64（３）（17 Ｊａｎｕａｒｙ 1994），ｐ．282−28 Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，ｖ ｏｌ．62（10）（８ Ｍａｒｃｈ 1993），ｐ．1035−1037 Ｏｐｔｉｃｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔ ｉｏｎｓ，ｖｏｌ．111（１ Ｏｃｔｏ ｂｅｒ 1994），ｐ．269−275 ＯＰＴＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ，Ｖｏ ｌ．21（17）（１ Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ 1996），ｐ．1360−1362 ＩＥＥＥ ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ Ｑ ＵＡＮＴＵＭ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ Ｓ，ＶＯＬ．ＱＥ−22（８）（ＡＵＧＵ ＳＴ 1986），ｐ．1384−1403
Claims (6)
- 【請求項１】Ｇｅ０２含有量が２０〜９５モル％であ
り、厚さが０．１〜１０μｍであるＧｅ０２−Ｓｉ０２
ガラス薄膜に対し光を照射することにより、ガラス薄膜
表面に周期的凹凸を形成することを特徴とする反射型回
折格子の製造方法。 - 【請求項２】薄膜ガラスのＧｅ０２含有量が２５〜５５
モル％である請求項１に記載の反射型回折格子の製造方
法。 - 【請求項３】凹凸形成のための光源が、エキシマレーザ
ー、Ｎｄ−ＹＡＧレーザーまたは色素レーザーの紫外高
調波である請求項１または２に記載の反射型回折格子の
製造方法。 - 【請求項４】予めガラス表面にフェーズマスクを設置
し、該フェーズマスクを介して光照射を行う請求項１〜
３のいずれかに記載の反射型回折格子の製造方法。 - 【請求項５】レーザーの干渉光をガラス薄膜に照射する
ことにより、ガラス薄膜表面にその干渉波の周期に応じ
た凹凸を形成させる請求項１または２に記載の反射型回
折格子の製造方法。 - 【請求項６】回折格子を書き込むためのガラス薄膜をス
パッタ蒸着法により形成する請求項１〜５のいずれかに
記載の反射型回折格子の製造方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7323825A JP2832337B2 (ja) | 1995-11-17 | 1995-11-17 | 回折格子の製造方法 |
| EP96308047A EP0774675B1 (en) | 1995-11-17 | 1996-11-06 | Production method of diffraction grating |
| DE69628263T DE69628263T2 (de) | 1995-11-17 | 1996-11-06 | Verfahren zur Herstellung eines Beugungsgitters |
| US08/744,325 US5716762A (en) | 1995-11-17 | 1996-11-07 | Production method of diffraction grating |
| CA002190239A CA2190239C (en) | 1995-11-17 | 1996-11-13 | Production method of diffraction grating |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7323825A JP2832337B2 (ja) | 1995-11-17 | 1995-11-17 | 回折格子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09145907A JPH09145907A (ja) | 1997-06-06 |
| JP2832337B2 true JP2832337B2 (ja) | 1998-12-09 |
Family
ID=18159023
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7323825A Expired - Lifetime JP2832337B2 (ja) | 1995-11-17 | 1995-11-17 | 回折格子の製造方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5716762A (ja) |
| EP (1) | EP0774675B1 (ja) |
| JP (1) | JP2832337B2 (ja) |
| CA (1) | CA2190239C (ja) |
| DE (1) | DE69628263T2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6023545A (en) * | 1998-02-20 | 2000-02-08 | Alliedsignal Inc. | Fabrication of difraction gratings for optical signal devices and optical signal devices containing the same |
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