專利名稱：衍射元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使入射光衍射的衍射元件，特別涉及到對波長依賴性少的衍射元件。
背景技術(shù)：
光學(xué)元件中存在有使入射光衍射的衍射元件，衍射元件例如可用于光拾波器等之中。光拾波器除能把光源發(fā)出的光用作光信號，還能將其用作聚焦誤差，探測信號與跟蹤誤差探測信號。這樣，衍射元件在入射光之中將信號光作為0階光衍射，而將聚焦誤差探測信號與跟蹤誤差探測信號作為±1階光衍射。為此，衍射元件便采用按微米級于玻璃基片上形成凹凸構(gòu)造的結(jié)構(gòu)。
但是近年來的光拾波器除CD(激光唱盤利用波長780mm的光的光盤)與DVD(數(shù)字多用途光盤利用波長650nm的光的光盤)外，正漸次普及到大容量光盤(利用波長405nm的藍(lán)色激光的光波)。由于對上述三個波段的光分別設(shè)置各自獨立的光拾波器時會使裝置總體大型化，故企圖使光拾波器的結(jié)構(gòu)部件與三個波長相對應(yīng)以使光拾波器小型化。伴隨著這種企圖，光拾波器中所用的衍射元件也需要采用與這三個波長相對應(yīng)的。
近來，用于光拾波器中的光學(xué)部件多為在各個特定波長下能發(fā)揮其光學(xué)特性的部件。因而用于光拾波器的衍射元件也設(shè)計成能在CD、DVD或大容量光盤之中使其衍射效率最優(yōu)化。為此，當(dāng)使用與這三個波長中的某個相對應(yīng)的衍射元件時，就會有對一個波長范圍的光雖可求得預(yù)定的衍射效率而對其他波長范圍的光則會使衍射效率劣化的問題。使衍射效率劣化的波長范圍的光不僅會降低其光功率，還會帶來惡化0階光與±1階光之間功率分配比的問題。這樣就不能供給穩(wěn)定的信號光與提供聚焦誤差探測信號以及跟蹤誤差信號。
作為解決這種問題的技術(shù)方案已公開于特許文獻(xiàn)1中。按照特許文獻(xiàn)1，將具有雙折射的光學(xué)各向異性媒體與光學(xué)各向同性媒體作周期性地交錯排列，讓光學(xué)異性媒體在與光透過的光軸方向垂直的面內(nèi)或與之接近的面內(nèi)使折射率橢圓的主軸方向繞平行光軸方向的軸的周圍扭轉(zhuǎn)。然后通過旋轉(zhuǎn)偏振方向以相對于各偏振方向進(jìn)行亮度調(diào)制。
特開平2005-141033公報但在特許文獻(xiàn)1中，為了在各個格柵子形區(qū)域中旋轉(zhuǎn)偏振方向而采用了光學(xué)各向異性媒體。作為光學(xué)異性媒體，可以采用將扭轉(zhuǎn)取向的低分子液晶聚合成的高分子液晶來旋轉(zhuǎn)偏振方向。因而需要調(diào)整布儒斯特角和扭轉(zhuǎn)角以調(diào)整光學(xué)各向異性的取向。但此時必須微調(diào)充填了光學(xué)各向異性媒體的凹部的溝的角度。此外，在光學(xué)各向異性媒體中，為了控制偏振方向的旋轉(zhuǎn)角度，還需要調(diào)整布儒斯特角、扭轉(zhuǎn)角、高分子液晶材料與格柵部分的高度，等等。
這樣，采用將低分子液晶聚合成的特殊高分子液晶來旋轉(zhuǎn)偏振方向就需要進(jìn)行上述種種微調(diào)。在光拾波器等之中所利用的波長是納米級的極短的波長，因而在上述各項調(diào)整內(nèi)容中都有極嚴(yán)格的要求。這就是說，若不完全進(jìn)行這種種調(diào)整項目，衍射效率就會產(chǎn)生波動。相反，若是去追求種種調(diào)整項目的嚴(yán)格性，則衍射元件的制作就會極度困難，制作成本便成為大的問題。

發(fā)明內(nèi)容
為此，本發(fā)明的目的在于提供不用特殊的液晶，衍射效率對波長依賴性少的衍射元件。
本發(fā)明的衍射元件的特征在于，在透明基片上將用于使入射光衍射的第一相位差區(qū)域與第二相位差區(qū)域交錯地排列著多個，形成衍射圖案；在上述第一相位差區(qū)域與第二相位差區(qū)域中，為使上述入射光中多個波長的相位差一致，以比上述多個波長中最短波長還短的節(jié)距排列許多微小的凹凸結(jié)構(gòu)；且使上述第一相位差區(qū)域的微小凹凸結(jié)構(gòu)與上述第二相位差區(qū)域的微小凹凸結(jié)構(gòu)正交。
發(fā)明效果本發(fā)明可不用特殊的液晶來實現(xiàn)衍射效率對波長依賴性少且不依賴入射光偏振方向的衍射元件。


圖1是衍射元件的平面圖。
圖2是衍射元件的側(cè)視圖。
圖3是衍射元件的一部分的放大圖。
圖4是示明相對于波長/微小節(jié)距比的有效折射率特性的曲線圖。
圖5是根據(jù)入射光的偏振方向示明衍射作用的說明圖。
圖6是將第一相位差區(qū)域與第二相位差區(qū)域的圖案按斜向形成時衍射元件的平面圖。
圖7是示明相對于波長的相位差特性的曲線圖。
圖8是示明相對于波長的衍射效率特性的曲線圖。
圖9是取環(huán)帶狀的衍射元件的平面圖。
圖中各標(biāo)號的意義如下1 衍射元件10 第一相位差區(qū)域11 凹部12 凸部20 第二相位差區(qū)域30 透明基片Pd 微小節(jié)距Pg 衍射節(jié)距λ 波長具體實施方式
A.本發(fā)明的衍射元件的說明下面根據(jù)

本發(fā)明的實施形式。如圖1與2所示，本發(fā)明的衍射元件1中其第一相位差區(qū)域10與第二相位差區(qū)域20是形成于玻璃基片等透明基片30的一側(cè)面上。如圖1所示，采用第一相位差區(qū)域10與第二相位差區(qū)域20取交錯排列的周期結(jié)構(gòu)。在第一相位差區(qū)域10與第二相位差區(qū)域20中，如圖3所示形成微小節(jié)距的凹凸結(jié)構(gòu)。這種微小節(jié)距的凹凸結(jié)構(gòu)是通過將該凹凸結(jié)構(gòu)復(fù)制到樹脂等之上或通過于透明基片30自身上刻挖溝槽形成。據(jù)此，凹凸結(jié)構(gòu)的凹部(以下設(shè)為凹部11)為空氣層，凸部(以下設(shè)為凸部12)則為樹脂或玻璃元件等媒體層，于是在空氣層凹部11與媒體層凸部12兩者的折射率不同，且凹部11的折射率比凸部12的折射率低，從而沿凹部11行進(jìn)的光的傳播速度比沿凸部12行進(jìn)的光的傳播速度要快。
第一相位差區(qū)域10的凹凸結(jié)構(gòu)與第二相位差區(qū)域20的凹凸結(jié)構(gòu)成相互正交的關(guān)系。第一相位差區(qū)域10與第二相位差區(qū)域20的微小節(jié)距由具有納米級的取亞波長周期的微小結(jié)構(gòu)組成。另一方面，第一相位差區(qū)域10與第二相位差區(qū)域20交錯排列成的圖案設(shè)定為微米級組成的周期結(jié)構(gòu)。因此衍射元件1便具有了兩種圖案(1)由第一相位差區(qū)域10與第二相位差區(qū)域20的凹凸結(jié)構(gòu)組成的微小節(jié)距圖案；(2)第一相位差區(qū)域10與第二相位差區(qū)域20交錯排列成的圖案。上述的(1)具有使所用的波長(成為入射到衍射元件1上的靶波長)的相位差一致的功能，上述的(2)則能發(fā)揮衍射功能。借助于上述(1)與(2)這兩種功能，衍射元件1便能夠起到衍射效率對波長依賴性小的折射元件的作用。下面對此作詳細(xì)說明。
如上所述，在第一相位差區(qū)域10與第二相位差區(qū)域20中形成了相互正交的微小節(jié)距(以下作為微小節(jié)距Pd)的凹凸結(jié)構(gòu)。現(xiàn)在說明第一相位差區(qū)域10與第二相位差區(qū)域20中各自的凹凸結(jié)構(gòu)的微小節(jié)距Pd，。各相位差區(qū)域的微小節(jié)距Pd，是由比入射到衍射元件1上的入射光衍射時所用光的波長范圍中最短波長還要短的(以下稱為不到最短波長的)節(jié)距形成。第一相位差區(qū)域10與第二相位差區(qū)域20的凹凸結(jié)構(gòu)由于起到使成為靶的波長的相位差一致的作用，作為這些單個的凹凸結(jié)構(gòu)就不應(yīng)發(fā)生衍射現(xiàn)象。在此，設(shè)入射光的波長為λ，設(shè)m階光的衍射角為θ，則與微小間距Pd之間有Pd×Sinθ＝m×λ的式子成立。于是，為了不使發(fā)生衍射現(xiàn)象，微小節(jié)距Pd需滿足Pd＜λ。因此，微小節(jié)距Pd設(shè)定為不到最短波長。
此外，再如圖2中所示，第一相位差區(qū)域10的間隔與第二相位差區(qū)域20的間隔合并到一起的間隔(以下作為衍射節(jié)距Pg)，它與微小節(jié)距Pd的關(guān)系為Pg＞Pd。
微小節(jié)距Pd作為凸部12的間隔L1與凹部11的間隔L2時，Pd＝L1+L2。在此，若是L1＝L2，亦即設(shè)第一相位差區(qū)域10與第二相位差區(qū)域20的微小節(jié)距Pd各自相等。但顯然，第一相位差區(qū)域的微小節(jié)距與第二相位差區(qū)域的微小距也可不相等，但兩者的微小節(jié)距應(yīng)滿足不到入射光的波長范圍中最短波長的條件。此外，凸部12的間隔L1與凹部11的間隔L2也可以不相等。也就是說，凸部12(以及凹部11)相對于微小節(jié)距Pd的占有率(充填系數(shù))可以不達(dá)一半。
在此，當(dāng)光入射到具有亞波長級的凹凸結(jié)構(gòu)的第一相位差區(qū)域時，此區(qū)域起到使相位差一致的作用。具體地說，當(dāng)光入射到亞波長級的凹凸結(jié)構(gòu)上時，具有周期性的方向與不具有周期性的方向有不同的有效折射率。這樣，因入射光的偏振方向不同而有不同的折射率值，給入射光帶來了雙折射性。雙折射性作用的結(jié)構(gòu)，折射率大的部分光的傳播速度慢，折射率小的部分光的傳播速度快。于是因雙折射的作用而產(chǎn)生相位差。
此時，因亞波長級的微小凹凸結(jié)構(gòu)而給予入射光的相位差R，在將作用于與凹凸結(jié)構(gòu)平行方向的偏振光的折射率設(shè)為nTE、作用于與凹凸結(jié)構(gòu)垂直方向的偏振光的折射率設(shè)為nTM、凸部12的高度設(shè)為d、入射光的波長設(shè)為λ時，則有R＝(nTE-nTM)d/λ。此時波長λ對微小節(jié)距Pd之比與相位差R的關(guān)系如圖4中曲線所示。在圖4中，橫軸λ/Pd的值為1處即入射光的波長λ與凹凸結(jié)構(gòu)的微小節(jié)距Pd相等之處。在該處前后，隨著波長λ的變長，折射率nTE與折射率nTM之差加大。折射率nTE與折射率nTM之差即上述有關(guān)R一式中的括號內(nèi)的部分，亦即此式分子中的一部分。另一方面，波長λ在上式中為分母。因此，隨著波長變長，在折射率nTE與折射率nTM之差越大時，由于此式中的分母變大，分子與應(yīng)增大。于是在橫軸λ/Pd的值為1處，相位差R基本一定。這樣就可使相位差R不依賴于波長而為一定。
特別從圖4中可以看到，當(dāng)橫軸λ/Pd的值大致在1.0-2.0之間時，折射率nTE的曲線斜度平緩而nTM的斜度則陡急。于是當(dāng)微小節(jié)距Pd在入射光波長λ的約1.0-0.5倍的范圍中時，隨著波長的變長折射率差加大，因此在該范圍能使相位差R一定。
上述的相位差R在此是隨凸部12的高度d的變化而變化。然后，上述折射率nTE與nTM則由凸部12媒體層的折射率、凹部11空氣層的、折射率以及填充系數(shù)決定。于是，微小節(jié)距Pd凸部12的高度d、折射率的選擇、填充系數(shù)的設(shè)定等，這種種因素可決定相位差R。在本發(fā)明中，為了能良好地使入射到衍射元件1上的光波長的相位差R一致，可以通過決定前述種種因素的值來使成為靶的波長的相位差R一致。例如在采用利用藍(lán)色激光的大容量光盤，DVD與CD的三種波長時，由于成為靶的波長是405nm、650nm與780nm，就可以確定前述的各種值而使對這三個波長的相位差R一致。亦即可以在成為靶的多個波長中使相位差一致。
為了使第二相位差區(qū)域20的相位差R也能一致，可采用與第一相位差區(qū)域10相同的結(jié)構(gòu)，但是為了使凹凸結(jié)構(gòu)與第一相位差區(qū)域正交，相對于入射光的偏振方向的折射率作用與第一相位差區(qū)域10的正相反。
如上所述，第一相位差區(qū)域10與第二相位差區(qū)域20起到了對于多個波長(成為靶的多個波長)使相位差R一致的作用，而在采用第一相位差區(qū)域10與第二相位差區(qū)域20交錯排列的衍射圖案時，則可求得衍射效率對波長依賴性小的衍射元件。下面說明其理由。
第一相位差區(qū)域10與第二相位差區(qū)域20由于具有相互正交的凹凸結(jié)構(gòu)，因而能對依各入射光的偏振方向而異的折射率起作用。此外，在第一相位差區(qū)域10與第二相位差區(qū)域20中形成有許多凹凸結(jié)構(gòu)。因此在第一相位差區(qū)域10與第二相位差區(qū)域的交錯排列組成的衍射圖案中，若是第一相位差區(qū)域10與第二相位差區(qū)域20的折射率不同，就能產(chǎn)生衍射現(xiàn)象。這就是說可把第一相位差區(qū)域10與第二相位差區(qū)域20視作為同于一般的衍射元件的凹凸圖案。于是能通過衍射現(xiàn)象相對于入射光起到產(chǎn)生衍射功能的作用。此時，一般的衍射元件為使入射光衍射需要借助凹凸設(shè)置高低差。另一方面，本發(fā)明的衍射元件1則不需在第一相位差區(qū)域10與第二相位差區(qū)域20之間設(shè)置高低差，亦即借助第一相位差區(qū)域10與第二相位差區(qū)域20，可以起到一般衍射元件的凹凸形狀的作用。
再者，由于第一相位差區(qū)域10與第二相位差區(qū)域20的衍射節(jié)距形成了許多個按納米級間隔形成的格柵，因而第一相位差區(qū)域10與第二相位差區(qū)域20可以當(dāng)作依微米級間隔形成的。但這并不限定于微米級的。為了產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，衍射節(jié)距Pg至少要大于或等于入射光的波長。由于滿足Pg≥λ成為發(fā)生衍射現(xiàn)象的條件，只要能滿足此條件，衍射節(jié)距Pg可以由任意的間隔形成。此外，這里的第一相位差區(qū)域10與第二相位差區(qū)域20的間隔雖然相等，但它們也可以不相等。
現(xiàn)用圖5具體說明衍射圖案的作用。圖5中的衍射元件1的入射側(cè)作為圖中的“in”側(cè)，而以其出射側(cè)作為圖中的“out”側(cè)。在圖5(a)中，具有與第一相位差區(qū)域10的凹凸結(jié)構(gòu)平行的偏振方向的偏振光(下面稱為Y偏振光)入射到衍射元件1上。此時，入射光的偏振方向雖然平行第一相位差區(qū)域10的凹凸結(jié)構(gòu)，但與第二相位差曲域20的凹凸結(jié)構(gòu)正交，在此將與凹凸結(jié)構(gòu)平行方向的偏振光入射時起作用的折射率設(shè)為n1(對應(yīng)于與凹凸結(jié)構(gòu)平行的編振光的折射率)，將沿正交方向的偏振光入射時起作用的折射率設(shè)為n2(對應(yīng)于與凹凸結(jié)構(gòu)正交的偏振光的入射率)，于是在折射率n1與折射率n2之間成立n1＞n2的關(guān)系式。這樣，在第一相位差區(qū)域10與第二相位差區(qū)域20之間便產(chǎn)生了折射率差。于是在入射衍射元件1之上的入射光中生成衍射現(xiàn)象。
在此如以上所述，設(shè)m階光的衍射角為θ時，式Pg×Sinθ＝m×λ成立。因而±1階光衍射時的衍射角θ＝Sin-1(λ/Pg)。于是，用作聚焦誤差信號與跟蹤誤差信號的1階光的衍射角θ可據(jù)所用的波長λ與衍射節(jié)距Pg任意決定。通常，為了能發(fā)揮衍射作用作為衍射節(jié)距Pg可按數(shù)微米乃至數(shù)百微米間隔形成。
根據(jù)透過第一相位差區(qū)域10的光和透過第二相位差區(qū)域20的光兩者間的相位差來確定0階光與±1階光的能量分配比。此時透過第一相位差區(qū)域10的光和透過第二相位差區(qū)域20的光兩者間的相位差則由凸部12的高度d確定。于是通過適當(dāng)?shù)乜刂仆共?2的高度d，就可任意地控制能量分配比。
再如圖5(b)所示，說明具有與第二相位差區(qū)域20的凹凸結(jié)構(gòu)平行的偏振方向的偏振光(下面稱為X偏振光)入射的情形。此時，入射光的偏振方向雖平行于第二相位差區(qū)域20但與第一相位差區(qū)域10正交。因此光在透過第一相位差區(qū)域10時的折射率n2高于其透過第二相位差區(qū)域20時的折射率。這樣就在第一相位差區(qū)域10與第二相位差區(qū)域20之間產(chǎn)生折射率差。于是入射到衍射元件1上的入射光中生成衍射現(xiàn)象。
圖5(c)說明入射光的偏振方向相對于第一相位差區(qū)域10的凹凸結(jié)構(gòu)與第二相位差區(qū)域20的凹凸結(jié)構(gòu)都為傾斜時的情形，也即說明入射光的偏振光相對于X偏振光與Y偏振光都為傾斜時的情形。此時，入射光由于具有X偏振光與Y偏振光兩種偏振分量，可將入射光分解為X偏振光與Y偏振光。于是在入射到第一相位差區(qū)域10的入射光之中，相對于Y偏振光折射率低(折射率n1)，相對于X偏振光折射率高(折射率n2)。另一方面，入射到第二相位差區(qū)域20的入射光之中，相對于X偏振光折射率低(折射率n1)，相對于Y偏振光的折射率高(折射率n2)。于是相對于各X偏振光與Y偏振光，折射率差起作用，在X偏振光與Y偏振光之間產(chǎn)生傳播速度差，作為整體便產(chǎn)生衍射現(xiàn)象。
于是不論入射光的偏振方向是哪種偏振方向、衍射元件1都產(chǎn)生衍射現(xiàn)象。換言之，衍射元件1不依賴于偏振方向。
依以上所述，本發(fā)明的衍射元件通過于第一相位差區(qū)域與第二相位差區(qū)域中各形成亞波長級的凹凸結(jié)構(gòu)，對于涉及到的多種波長發(fā)揮使相位差一致的功能，利用第一相位差區(qū)域的凹凸結(jié)構(gòu)與第二相位差區(qū)域的凹凸結(jié)構(gòu)正交，整體地發(fā)揮出作為衍射元件的功能。于是可不用特殊的液晶來實現(xiàn)衍射效率不依賴于波長的衍射元件。此外，由于能通過使第一相位差區(qū)域的凹凸結(jié)構(gòu)與第二相位差區(qū)域的凹凸結(jié)構(gòu)正交分解出各偏振分量，就可實現(xiàn)與入射光偏振方向無關(guān)的衍射元件。
圖1中所示第一相位差區(qū)域10的凹凸結(jié)構(gòu)是形成于透明基片30的橫向，而第二相位差區(qū)域20的凹凸結(jié)構(gòu)則形成于透明基片30的縱向，但例如也可如圖6所示，相對于透明基片30的橫向與縱向的傾斜方向形成。但第一相位差區(qū)域10的凹凸結(jié)構(gòu)與第二相位差區(qū)域20的凹凸結(jié)構(gòu)兩者必須滿足相互正交的條件。
B.采用本發(fā)明的衍射元件時衍射效率的說明下面說明上述衍射元件1的衍射效率的特性。圖7示明第一相位差區(qū)域10與第二相位差區(qū)域20中各波長范圍的相位差。在以下說明中設(shè)第一相位差區(qū)域10與第二相位差區(qū)域20的凹凸結(jié)構(gòu)的微小節(jié)距Pd為400nm、凹部11的間隔L2為125mm，凸部12的間隔L1為275nm。此外，用作成為靶的波長設(shè)定為包括CD的波長(780nm)、DVD的波長(650nm)以及采用藍(lán)色激光的大容量光盤(405nm)的波長范圍，此范圍約為395～815nm，此外，格柵的高度d設(shè)為2400nm。在此雖然是把395～815nm的波長范圍作為靶波長進(jìn)行說明，但顯然不限于此。再者，采用藍(lán)色激光的大容量光盤、DVD與CD的波長嚴(yán)格地說并非中心波長為405nm、650nm與780nm的波長的光，而分別多少有所偏移。CD的波長有中心波長為785nm或790nm兩種。這里設(shè)中心波長為785或790nm而有約25nm左右的偏移，因而波段范圍約為760～815nm。作為DVD的波長設(shè)中心波長為660nm而有約20nm的左右偏移，因而波段范圍約為640～680nm。最后，采用藍(lán)色激光的大容量光盤的波長有以405nm或408nm為中心波長的兩種。由于以405nm或408nm為中心波長時分別有約10nm或8nm的左右偏移，故波段范圍約為395～415nm。
在此由于第一相位差區(qū)域10與第二相位差區(qū)域20的凹凸結(jié)構(gòu)的微小節(jié)距Pd為400nm，比入射光的最短波長405nm短，因而滿足微小節(jié)距間隔必須小于最短波長的條件。參看圖7，借助第一相位差區(qū)域10與第二相位差區(qū)域20中各自形成的取亞波長周期結(jié)構(gòu)的凹凸結(jié)構(gòu)，在采用藍(lán)色激光的大容量光盤的波長405nm、DVD的波長650nm以及CD的波長780nm下，相位差接近0.25。在此由于1個波長部分相當(dāng)于360°，于是相位差為0.25便成為90°。從而在整個波長范圍上能使相位差接近90°。
其次，當(dāng)把第一相位差區(qū)域10與第二相位差區(qū)域20形成的凹凸圖案相互正交時，則在第一相位差區(qū)域10與第二相位差區(qū)域20中因入射光的偏振方向不同而有不同的折射率。因此，雖然產(chǎn)生了衍射現(xiàn)象，但如以下所述，第一相位差區(qū)域10與第二相位差區(qū)域20中在波長405、650與780nm的所有波長范圍其相位差都接近90°，于是如圖8所示，衍射元件1的衍射效率在采用藍(lán)色激光的大容量光盤，DVD以及CD的所有波長范圍中都能成為一定。上圖中對于0階光與±1階光的合計值可得到依賴于波長的，大致平均的約90％的衍射效率。從同一圖中還可看到，0階光在各波長范圍可得到大致50％的平均的衍射效率，而±1階光在各波長范圍則能求得大約為20％的平均的衍射效率。
這樣，能用作信號光的0階光或是能用作聚焦誤差探測信號與跟蹤誤差探測信號的±1階光，都可求得沒有波長依賴性的穩(wěn)定的衍射效率。于是能在所有的波長范圍穩(wěn)定地提供信號光、聚焦誤差探測信號與跟蹤誤差探測信號，得以實現(xiàn)衍射效率與波長無關(guān)的衍射元件1。
此外，通過對成為靶的多種波長中選擇最優(yōu)的微小節(jié)距Pd、凸部12的高度d、充填系數(shù)等種種因素，能在成為靶的多種波長(波長405nm、650nm、780nm)下使相位差完全一致。此時可以得到衍射效率完全不依賴波長的衍射元件1。顯然能夠?qū)ι鲜龇N種因素作適當(dāng)?shù)卦O(shè)定以使第一相位差區(qū)域10與第二相位差區(qū)域20起作用，由此即使不能全面地使相位差一致，但也能在成為靶的波長中使相位差一致。
上面是對波長405、650、780nm即采用藍(lán)色激光的大容量光盤、DVD、CD的波長范圍進(jìn)行了說明，但顯然不僅是對于3種波長也能同樣地對應(yīng)于兩種波長。例如對應(yīng)于CD與DVD兩種波長的衍射元件1的情形，通過將微小節(jié)距Pd形成為比最短波長650nm更短，便可獲得衍射效率不依賴于波長的衍射元件1。
再如以前所述，應(yīng)用藍(lán)色激光的大容量光盤有中心波長為405nm或408nm兩種，中心波長為405nm時有約10nm的左右偏移，中心波長為408nm時有約8nm左右的偏移。在此可將它們之中的最短波長視作為395nm，但對于應(yīng)用波長395nm藍(lán)色激光的大容量光盤時，則需使節(jié)距間隔Pd比395nm短。在此以節(jié)距間隔Pd為394nm一例進(jìn)行說明，當(dāng)設(shè)定凹部11的間隔L2為123nm而凸部12的間隔L1為271nm時，可得到良好的衍射效率。
C.本發(fā)明的衍射元件的制造方法說明下面說明制造本發(fā)明的衍射元件的方法。衍射元件1的第一相位差區(qū)域10以及第二相位差區(qū)域20的凹凸結(jié)構(gòu)具有亞波長的周期結(jié)構(gòu)。因此，由于必須形成納米級的凹凸結(jié)構(gòu)，需要采用能以極微小節(jié)距來形成凹凸結(jié)構(gòu)的方法。作為這種方法例如有蝕刻法與蒸鍍法等，現(xiàn)在用具有高生產(chǎn)率的納米刻印法作為微小結(jié)構(gòu)的圖案化方法，由此來說明衍射元件1的制造方法。
納米刻印法是利用模具復(fù)制微小結(jié)構(gòu)備案的方法。納米刻印法中主要有加熱式納米刻印與光固化式納米刻印兩種，加熱式納米刻印法使用熱塑性樹脂進(jìn)行圖案復(fù)制；光固化式納米刻印法應(yīng)用UV(紫外)固化樹脂進(jìn)行圖案復(fù)制。這里從能使用廣大一類樹脂材料的觀點考慮，采用的是加熱式納米刻印法。
應(yīng)用加熱式納米刻印法時，將熱塑性樹脂涂布到玻璃基片等透明基片上，對形成有微小結(jié)構(gòu)圖案的模具加壓、加熱，由此將圖案復(fù)制到熱塑性樹脂中。在圖案已復(fù)制到熱塑性樹脂中后，冷卻模具，使模具脫離熱塑性樹脂。這樣就能復(fù)制下模具中形成的微小結(jié)構(gòu)圖案。在此，預(yù)先于模具中形成衍射元件1的圖案，即預(yù)先形成具有相互正交的微小凹凸結(jié)構(gòu)的第一相位差區(qū)域10與第二相位差區(qū)域20交替地取周期性排列成的衍射圖案，而用這樣的模具將衍射元件1的圖案復(fù)制到涂布于透明基片上的熱塑性樹脂中。據(jù)此便可制成衍射元件1。
以上是就加熱式納米刻印衍射元件的制造方法進(jìn)行說明，但也可應(yīng)用于光固化式的納米刻印法中。此外也可采用蝕刻法與蒸鍍法等。重要的是，只要是能形成衍射元件1的微小結(jié)構(gòu)的圖案的方法都可采用。
D.衍射元件的其他形狀圖9中例示了具有與圖1和圖6所示形狀不同形狀的衍射元件的形狀。在圖9的衍射元件中采用了環(huán)帶狀結(jié)構(gòu)。具體地說，將第一相位差區(qū)域與第二相位差區(qū)域作交錯排列的方式與圖1和圖6的并無不同，但在圖1與圖6中是將直線狀的第一相位差區(qū)域與第二相位差區(qū)域作交錯排列，而圖9中的衍射元件則是將環(huán)帶狀的第一相位差區(qū)域91與第二相位差區(qū)域92兩者作交錯排列，其交錯排列的形態(tài)雖與圖1和圖6中的不同，但各個相位差區(qū)域的凹凸結(jié)構(gòu)保持相互正交。
這樣，通過于第一相位差區(qū)域91與第二相位差區(qū)域92中形成亞波長級的凹凸結(jié)構(gòu)，就能在整個這多種波長范圍上發(fā)揮使相位差一致的功能，借助于使此第一相位差區(qū)域的凹凸結(jié)構(gòu)與第二相位差區(qū)域92的凹凸結(jié)構(gòu)正交，可以實現(xiàn)無波長依賴性的衍射元件。
權(quán)利要求
1.一種衍射元件，其特征在于在透明基片上將用于使入射光衍射的第一相位差區(qū)域與第二相位差區(qū)域交錯地排列著多個，形成衍射圖案；在上述第一相位差區(qū)域與第二相位差區(qū)域中，為使上述入射光中多個波長的相位差一致，以比上述多個波長中最短波長還短的節(jié)距排列許多微小的凹凸結(jié)構(gòu)；且使上述第一相位差區(qū)域的微小凹凸結(jié)構(gòu)與上述第二相位差區(qū)域的微小凹凸結(jié)構(gòu)正交。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的衍射元件，其特征在于入射到上述衍射元件上的光是波長為395nm～415nm、640nm～680nm或是760nm～815nm中至少兩個以上波長范圍的光。
全文摘要
實現(xiàn)毋需用特殊液晶、無波長依賴性的衍射元件。在使入射光衍射的衍射元件(1)中，在透明基片(30)上交錯地排列著使入射光發(fā)生衍射的多個第一相位差區(qū)域(10)與第二相位差區(qū)域(20)，形成衍射圖案。在此第一與第二相位差區(qū)域中為使入射光中的多種波長的相位差一致，按照比多個波長中最短波長還短的節(jié)距間隔納米級地排列許多微小凹凸結(jié)構(gòu)，且使此第一與第二相位差區(qū)域中的微小凹凸結(jié)構(gòu)正交。通過納米級的微小凹凸結(jié)構(gòu)使相位差一致，通過衍射圖案可發(fā)揮衍射效率對波長依賴性小的衍射功能。
文檔編號G02B5/18GK101046523SQ20071009147
公開日2007年10月3日 申請日期2007年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月30日
發(fā)明者川村宜司, 倉橋肇 申請人:富士能佐野株式會社