专利名称：光学元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有沿平面方向将入射光分成5 7出射光的衍射光栅的 光学元件。
背景技术：
在过去，人们知道有在元件的表面上形成衍射光栅的光学元件，该光 学元件可将入射光分成多个出射光。衍射光栅形成为规定间距的槽或突起 呈直线状或同心圆状，构成为多个形成的规定间距的凹凸图案。作为具有 这样的衍射光栅的光学元件包括比如，在专利文献1中列举的类型。在该 光学元件用于比如，光通信装置的场合，在光学元件的一侧，设置l个光 纤，在另一侧，设置多个光纤，可在夹持光学元件的双方的光纤之间，发 送接收光信号。
专利文献l: JP特开2002—341125号公报
发明要解决的课题
过去的具有衍射光栅的光学元件仅仅按照一个方向的不同角度，将出 射光分支，不是不仅沿与入射光相垂直的平面方向，即，横向(x轴方向)， 纵向(y轴方向)中的任意一者，而且沿两者的方向将出射光分支的光学 元件。因此，在用于光通信装置的场合，仅仅呈单直线状设置多个的一侧 的光纤，设备内的空间效率差。
发明内容
本发明是针对上述课题而提出的，本发明的目的在于提供沿与入射光 相垂直的平面方向也能够将出射光分支的光学元件。 用于解决课题的技术方案
为了解决上述课题，本发明的光学元件包括沿与入射光相垂直的平面 方向将入射光分成5 7个出射光的衍射光栅，上述衍射光栅通过在平面
3上排列多个光栅图案而成，该光栅图案在正方形的区域的规定位置，形成 有由顶面为正方形的长方体构成的凸部，上述凸部的顶面一边的长度相对
上述正方形的区域一边的长度的比例在0.5 0.8的范围内。
另外，本发明的光学元件的特征在于上述凸部的顶面一边的长度相对 上述正方形的区域一边的长度的比例为0.6，上述凸部的高度d在元件的 折射率为n，入射光的波长为人时，满足(n—l) d为(0.212±0.125) X
的条件。
另外，本发明的光学元件的特征在于上述凸部的顶面一边的长度相对 上述正方形的区域一边的长度的比例为0.7，上述凸部的高度d在元件的 折射率为n，入射光的波长为X时，满足(n—1) d为(0.260±0.080) X
的条件。
此外，本发明的光学元件的特征在于上述凸部的顶面一边的长度相对 上述正方形的区域一边的长度的比例为0.5，上述凸部的高度d在元件的 折射率为n，入射光的波长为X时，满足(n—l) d为(0.260±0.125)入
的条件。
还有，本发明的光学元件的特征在于上述凸部的顶面一边的长度相对 上述正方形的区域一边的长度的比例为0.8，上述凸部的高度d在元件的 折射率为n，入射光的波长为X时，满足(n—l) d为(0.260±0.125)入
的条件。
发明的效果
按照本发明的光学元件，衍射光栅在正方形的区域的规定位置形成有 由顶面为正方形的长方体构成的凸部的光栅图案在平面上多个排列而成， 凸部的顶面一边的长度相对上述正方形的区域一边的长度的比例在0.5 0.8的范围内，由此，可按照相对与入射光相垂直的平面，沿x轴方向和y 轴方向的两个方向投射的方式将入射光分支，如果用于光通信设备，则光 纤的配置的自由度提高，可使空间效率提高。
另外，按照本发明的光学元件，凸部的顶面一边的长度相对正方形的 区域一边长度的比例为0.6，凸部的高度d在元件的折射率为n，入射光的 波长为人时，满足(n—l) d为(0.212±0.125) X的条件，由此可通过衍 射光栅，将入射光分成5个。还有，按照本发明的光学元件，在凸部的顶面一边的长度相对正方形
的区域一边的长度的比例为0.7，凸部的高度d在元件的折射率为n，入射 光的波长为X时，满足(n—1) d为(0.260±0.080) i的条件，由此，可 通过衍射光栅，将入射光分成6个。
此外，按照本发明的光学元件，凸部的顶面一边的长度相对上述正方 形的区域一边的长度的比例为0.5，凸部的高度d在元件的折射率为n，入 射光的波长为X时，满足(n—l) d为(0.260±0.125) X的条件，由此， 可通过衍射光栅，将入射光分成5个。
还有，按照本发明的光学元件，凸部的顶面一边的长度相对正方形的 区域一边的长度的比例为0.8，凸部的高度d在元件的折射率为n，入射光 的波长为X时，满足(n—l) d为(0.260±0.125)入的条件，由此，可通 过衍射光栅，将入射光分成7个。
图1为本实施方式的光学元件的部分放大主视图2为沿图1中的A—A线的剖视图3为取出一个第1例的光栅图案的俯视图和侧视图4为投影第1例的出射光的图5为表示第1例中的各坐标点的衍射光强度的图6为取出1个第2例的光栅图案的俯视图和侧视图7为投影第2例的出射光的图8为表示第2例的各坐标点的衍射光强度的图9为取出1个第3例的光栅图案的俯视图和侧视图10为投影第3例的出射光的图11为表示第3例的各坐标点的衍射光强度的图12为取出l个第4例的光栅图案的俯视图和侧视图13为投影第4例的出射光的图14为表示第4例的各坐标点的衍射光强度的图。
标号的说明
标号1表示衍射光栅；
5标号IO表示光栅图案； 标号ll表示凹部； 标号12表示凸部。
具体实施例方式
根据附图，对本发明的实施方式迸行具体说明。图l表示本实施方式
的光学元件的部分放大主视图，图2表示沿图1中的A—A线的剖视图。 在本实施方式的光学元件中，在表面上形成有衍射光栅l，衍射光栅l按 照凹凸状的光栅图案10呈平面状多个排列的方式构成。
在光栅图案10中，像图1所示的那样，在正方形的区域内，形成1 个凸部12，凸部12由顶面为正方形的长方体形成。在没有形成凸部12 的区域，形成与凸部12相比较，下凹的凹部ll。该光栅图案10按照沿左 右和上下方向分别构成列的方式排列，形成衍射光栅1。
图3表示取出1个第1例的光栅图案10的俯视图和侧视图。在本例 中，按照凸部12的顶面一边的长度A相对构成作为光栅图案10的正方形 的区域一边的长度即间距P的比例为0.6的方式形成凸部12。在这里，间 距P为20nm，于是，凸部12的顶面一边的长度A为12pm。另外，光学 元件的材料的折射率n为1.5，通过光学元件分支的光的波长人为1.3pm。
在这样的光栅图案10中，在凸部12的相对凹部11的高度，S卩，光 栅高度d为1.15pm的场合，射入衍射光栅1中的光在与该入射光相垂直 的平面方向被分支成多个而出射。图4表示投影本例的出射光的图。该图 表示与入射光相垂直的平面上的出射光的投影位置，(0， 0)的原点位置 为入射光的入射位置。
像图4所示的那样，第l例中的入射光通过衍射光栅l，分成5个出 射光。具体来说，按照与入射光同轴的O次衍射光投影到(0， 0)的位置， 相对入射光，沿x方向和y方向出射的1次衍射光分别被投影到(1， 0)、 (一l， 0) 、 (0， 1) 、 (0， 一1)的位置的方式分支。
图5表示给出本例的各坐标点的衍射光强度的图。图5 (a)表示x^ 0的线的各坐标点的衍射光强度，图5 (b)表示x二l的线的各坐标点的 衍射光强度，图5 (c)为表示x二2的线的各坐标点的衍射光强度。针对x= — l、 x二一2的线，分别呈现与x二l， x二2的线相同的特性，故省略。
另外，纵轴的衍射光强度按照出射光强度相对入射光的比例给出，其为在
表示0.05以上的强度的场合分支的光，在小于0.05的强度的场合，不沿 该方向分支。
像这些图所示的那样，在坐标(0, 0) 、 (0， 1) 、 (0， 一l) 、 (1， 0)的各位置，与图中未示出的(一l， 0)的位置，衍射光强度在0.05以 上，沿图4所示的5个方向，将出射光分支。针对该光栅图案IO，为了沿 5个方向使出射光分支而必需的条件为相位差(n—l) d在(0.212±0.125) X的范围，必须按照符合该条件的方式设定光栅高度d。该条件是通过将 光栅高度d作为参数，模拟表示与图5相同的特性的范围而求得的。
下面对第2例的光栅图案进行说明。图6表示取出l个第2例的光栅 图案10的俯视图和侧视图。在本例中，按照凸部12的顶面一边的长度A 相对作为构成光栅图案10的正方形的区域一边的长度即间距P的比例为 0.7的方式形成凸部12。另外，间距P，入射光的波长X与第l例相同。
在于本例的光栅图案10中，光栅高度d为1.35pm的场合，入射到衍 射光栅l中的光沿与该入射光相垂直的平面方向被分支为多个而出射。图 7表示投影本例的出射光的图。像该图所示的那样，在第2例中的入射光 通过衍射光栅1而被分成6个出射光。具体来说，按照相对入射光，沿x 方向和y方向出射的1次衍射光投影在(1， 0) 、 (一l， 0) 、 (0， 1)、 (0， 一l)的位置的方式分支，按照相对入射光，沿y方向出射的2次衍 射光投影到(0， 2) 、 (0， 一2)的位置的方式分支。
图8表示示出本例的各坐标点的衍射光强度的图。像这些图所示的那 样，在(0， 1) 、 (0， 2) 、 (0， 一l) 、 (0， 一2) 、 (1， 0)的各位 置，与在图中未示出的(一l， 0)的位置，衍射光强度在0.05以上，沿图 7所示的6个方向，出射光被分支。针对该衍射图案IO，沿6个方向将出 射光分支而必需的条件指相位差(n—l) d在(0.260±0.080) X的范围， 必须按照符合该条件的方式设定光栅高度d。
下面对第3例的光栅图案进行说明。图9表示取出l个第3例的光栅 图案10的俯视图和侧视图。在本例中，按照凸部12的顶面一边的长度A 相对作为构成光栅图案10的正方形的区域一边的长度的间距P的比例为0.5的方式形成凸部12。另外，间距P,入射光的波长X与第1例相同。
在本例的光栅图案10中，光栅高度d为1.4pm。图IO表示投影本例 的出射光的图。像该图所示的那样，第3例中的入射光通过衍射光栅1而 分为5个出射光。具体来说，按照与入射光同轴的O次衍射光投影到(0， 0)的位置，相对入射光，沿x方向和y方向出射的1次衍射光投影到(1， 0) ， (一l， 0) 、 (0， 1) 、 (0， 一l)的位置的方式分支。
图11表示给出本例的各坐标点的衍射光强度的图。像这些图所示的 那样，在坐标(0， 0) 、 (0， 1) 、 (0， 一1) 、 (1， 0)的各位置，与 图中未示出的(一l， 0)的位置，衍射光强度在0.05以上，出射光沿图 10所示的5个方向分支。针对该光栅图案IO，为了沿5个方向将出射光 分支而必需的条件为相位差(n—l) d在(0.260土0.125)人的范围，必须 按照符合该条件的方式设定光栅高度d。
下面对该第4例的光栅图案进行说明。图12给出取出1个第4例的 光栅图案IO的俯视图和侧视图。在本例中，凸部12的顶面一边的长度A 相对作为构成光栅图案10的正方形的区域一边的长度的间距P的比例为 0.8的方式形成凸部12。另外，间距P，入射光的波长X与第1例相同。
本例的光栅图案10的光栅高度d为1.35pm。图13表示投影本例的出 射光的图。像该图所示的那样，第4例中的入射光通过衍射光栅1，分成 7个出射光。具体来说，按照与入射光同轴的O次衍射光投影到(0， 0) 的位置，相对入射光，沿x方向和y方向出射的1次衍射光投影到(l， 0)， (一l， 0) ， (0， 1) ， (0， 一l)的位置，相对入射光，沿x方向出射 的2次衍射光投影到(2， 0) ，(一2， 0)的位置的方式分支。
图14表示示出本例的各坐标点的衍射光强度的图。像这些图所示的 那样，在坐标(0， 0) ， (0， 1) ， (0， 一1) ， (1， 0) ， (2， 0)的 各位置，与图中未示出的(一l， 0) ， (一2， 0)的位置，衍射光强度在 0.05以上，出射光也沿图13所示的7个方向分支。针对该光栅图案10， 为了沿7个方向使出射光分支所必需的条件指相位差(n—l) d在 (0.260±0.125)人的范围，必须按照符合该条件的方式设定光栅高度d。
像这样，通过改变长度A相对间距P的比例，可按照各种方式设定分 支入射光的数量和方向。在本实施方式中，A/P在0.5 0.8的范围内，适
8当地设定光栅高度d，由此，可沿平面方向使入射光分成5 7个。通过将 该光学元件用于光通信设备，比如，在将来自发光部的光射入到多根光纤 时，能够以二维方式设置光纤，可提高设备内的空间效率。
以上对本发明的实施方式进行了说明，本发明并不限于本实施方式， 按照各种方式适用于技术构思的范围内。
9
权利要求
1.一种光学元件，包括沿与入射光相垂直的平面方向将该入射光分成5～7个出射光的衍射光栅，上述衍射光栅通过在平面上排列多个光栅图案而成，该光栅图案在正方形的区域的规定位置形成有由顶面为正方形的长方体构成的凸部，上述凸部的顶面一边的长度相对上述正方形的区域一边的长度的比例是0.5～0.8。
2. 根据权利要求1所述的光学元件，其特征在于， 上述凸部的顶面一边的长度相对上述正方形的区域一边的长度的比例为0.6，上述凸部的高度d在元件的折射率为n、入射光的波长为人时， 满足(n—l) d为(0.212±0.125) X的条件。
3. 根据权利要求1所述的光学元件，其特征在于， 上述凸部的顶面一边的长度相对上述正方形的区域一边的长度的比例为0.7，上述凸部的高度d在元件的折射率为n、入射光的波长为人时， 满足(n_l) d为(0.260±0.080) i的条件。
4. 根据权利要求1所述的光学元件，其特征在于， 上述凸部的顶面一边的长度相对上述正方形的区域一边的长度的比例为0.5，上述凸部的高度d在元件的折射率为n、入射光的波长为入时， 满足(n—1) d为(0.260士0.125)入的条件。
5. 根据权利要求1所述的光学元件，其特征在于， 上述凸部的顶面一边的长度相对上述正方形的区域一边的长度的比例为0.8，上述凸部的高度d在元件的折射率为n、入射光的波长为X时， 满足(n—1) d为(0.260±0.125)、的条件。
全文摘要
本发明提供一种光学元件，其沿与入射光相垂直的平面方向也能将入射光分支。包括衍射光栅(1)，其沿与入射光相垂直的平面方向，将入射光分成5～7个出射光，衍射光栅(1)在正方形的区域的规定位置形成有由顶面为正方形的长方体构成的凸部(12)的光栅图案(10)在平面上多个排列而成，凸部(12)的顶面一边的长度相对正方形的区域一边的长度的比例是0.5～0.8。另外，在凸部(12)的顶面一边的长度相对正方形的区域一边的长度的比例为0.6的场合，凸部(12)的高度(d)在元件的折射率为n，入射光的波长为λ时，满足(n-1)d为(0.212±0.125)λ的条件。
文档编号G02B5/18GK101493537SQ20081019105
公开日2009年7月29日 申请日期2008年12月4日 优先权日2007年12月5日
发明者京谷升一, 武田浩幸 申请人:阿尔卑斯电气株式会社