(57)【要約】【課題】  構造複屈折を用いた位相板において、設計の自由度を高める。【解決手段】  構造複屈折を用いた位相板において、１方向の周期性だけではなく２次元の周期性を用いることで、設計の自由度を高める。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元の直交座標ｘ，ｙ，ｚにおいて屈折率の異なる２種類以上の物質よりなるｚ軸方向の多層構造体であって、各層の形状がｘ軸方向及びｙ軸方向に周期的凹凸を有した領域をもち、かつそれぞれのｘ軸方向、ｙ軸方向ともに異なる周期を持ち、かつそれぞれのｘ軸方向の周期およびｙ方向の周期は使用される光の波長よりも短いことを特徴とした、ほぼｚ方向に進む光に対してｘ方向、およびｙ方向の偏光成分の間に位相差を生じさせることを特徴とした光学波長板
【請求項２】
３次元の直交座標ｘ，ｙ，ｚにおいて屈折率の異なる２種類以上の物質よりなるｚ軸方向の多層構造体であって、各層の形状がｘ軸方向、及びｙ軸方向に周期的凹凸を有した領域を持ち、ｘ軸方向、ｙ軸方向の凹凸の長さが異なることを特徴とし、ｘ軸方向の長さＬｘは使用される波長以下であり、ｙ方向の長さＬｙは使用する光の波長以上の長さであることを特徴とし、ｘ軸方向に隣り合うパターンでは、ｙ軸方向にパターンがＬｙ／ｎ（ｎ：２に等しいかそれより大きい整数）ずつずれ、かつＬｙ／ｎが使用される光の波長よりも短い長さであることを特徴とした、ほぼｚ方向に進むｘ方向、およびｙ方向の偏光成分の間に位相差を生じさせることを特徴とした光学波長板。
【請求項３】
請求項１から２に記載の構造でｘ方向もしくはｙ方向、もしくは両方の周期を変えることで、異なるリタデーションを持つ領域が、ｘ−ｙ面内において複数存在することを特徴とする集積化波長板
【請求項４】
請求項１から２に記載の構造でｘ方向もしくはｙ方向、もしくは両方の周期を変えることで、ある方向の偏光成分に対して、それぞれ異なる位相差を持つ領域が、ｘ−ｙ面内において使用する光の波長以上の長さで複数存在することを特徴とする集積化位相板
【請求項５】
請求項１から２に記載の構造でｘ方向もしくはｙ方向、もしくは両方の周期を変えることでそれぞれ異なる位相差を持つ領域がｘ−ｙ面内において使用する光の波長以上の長さで１次元もしくは２次元の周期性を持って存在することによって、ｘ方向、ｙ方向のそれぞれの偏光に対して異なる回折効率を持つ、偏光依存型回折格子
【請求項６】
請求項５に記載の回折格子において１枚の基板上で、一部の領域のみに回折格子が形成されている、もしくは回折格子の周期性を場所によって変えることで、それぞれの場所で異なる回折機能をもつことを特徴とした偏光依存型回折格子
【請求項７】
請求項１から６に記載の構造において自己クローニング法によって作製されることを特徴とする光学波長板及び集積化位相板及び回折格子
【請求項８】
請求項５から６に記載の構造において基板の方面にそれらの構造が作製され、もう片方の全面もしくは一部に請求項４から５に記載の回折格子もしくは光の波長以上の周期をもつ凹凸形状からなる回折格子が形成されていることを特徴とする回折光学素子
【請求項９】
請求項１から６に記載の素子において、主な材料としてもＳｉＯ２しくはＴａ２Ｏ５もしくはＮｂ２Ｏ５もしくはＴｉＯ２もしくはＨｆＯ２もしくはそのいずれかの混合物を主原料とすることを特徴とする波長板および位相板および回折格子
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は入射した光に対して、直交する偏光間に位相差を与えることのできる波長板および、光ビーム面内で位相差を発生させることのできる位相板に関する。
【背景技術】
【０００２】  まず本特許で用いる「波長板」と「位相板」の意味について説明する。波長板は素子の複屈折性を利用し、入射光の状態を変換する素子を示す。たとえば１／４波長板であれば、直線偏光を円偏光に変換する作用を持つ。【０００３】  一方で位相板は光の位相を制御する素子を示す。例えば入射する光ビームの面内で場所によって厚さの異なるガラス板が存在した場合、薄い部分を透過した光と厚い部分を透過した光との間では位相差が生じる。例えばその厚さの違う領域を光の波長以上の長さで周期的に配置することで、回折格子として機能させることができる。【０００４】  このように本特許では「波長板」は入射する光のビーム内では一様な構造を持ち、入射偏光を変換する作用を持つ素子として扱う。一方で「位相板」は入射する光のビーム内で一様でない構造をもち、ビーム面内での位相分布を制御する素子として扱う。【０００５】  一般的に波長板は複屈折を持った光学材料を加工することで実現される。例えば水晶を所望の厚さに加工することで、必要な位相差を実現し、１／４波長板や１／２波長板が実現される。こうした波長板は液晶ディスプレイなどの液晶デバイスや、光ピックアップなど偏光を制御するデバイスで広く用いられている。【０００６】  一般的な波長板は、上記のように複屈折性を持つ材料を研磨することで実現されることが多い。したがって、例えば１枚の素子上の任意の場所に任意の位相差を持たせることは、原理的に困難である。【０００７】  そのような任意の場所に任意の位相差を生じさせる技術として、特許文献１に周期構造を用いて構造異方性を発現し、その面内の周期を場所ごとに変えることで異なる光学特性を実現する技術が記載されている。特許文献１には位相差を厚さで任意に制御できることが記載されている。また特許文献１には構造の溝の周期を変えることで場所ごとに異なる位相差を持たせる技術が記載されている。しかし溝に直交する方向に関して、光学特性にどう影響を与えるかについては特に記載されていない。
【特許文献１】  特開２００１−５１１２２号公報
【０００８】  また上記のような周期構造を用いて、層を構成する凹凸が空間的に変化することで光学特性を変化させる構造が特許文献２に記載されているが、具体的に構造異方性への適用に関しては一切記載されていない。
【特許文献２】  特許第３７６６８４４号
【０００９】  また上記のような構造を用いて、隣接する領域に異なる偏光依存性を持たせる構造が特許文献３に記載されているが、やはり溝の周期および向きについて言及されているのみで、溝に直交する方向の周期については一切記載されていない。
【特許文献３】  特開２００３−３１５５５２号公報  一般的な位相板は例えばプレス加工などの機械加工やドライエッチングなどにより、透明な板に周期的な凹凸を形成し作製される。凹凸の高さの精度がそのまま素子の特性に影響を与え、厳密に特性を制御するためには光の波長以下の精度が要求される。しかし機械加工では高い精度を実現するのは困難である。一方でドライエッチングでは波長オーダの高さの凹凸を正確に作成することは可能であるが、連続的に高さを変えることは不得意である。【００１０】  任意の場所に任意の位相板を作製する技術としては、特許文献１に２次元周期構造の１方向の周期を変化させることで、面内の位相を制御する技術が開示されている。しかしそれ以外の方向の構造パラメータについては一切記載されていない。
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】  本発明は、周期構造を用いた波長板および位相板において、従来、面内の一方向のみの周期を用いて設計が行われ、設計の範囲が限定されていたものを、より設計パラメータを増やし自由度の高い素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】  本発明では、周期構造を用いた波長板および位相板において、基板面内の２次元の周期性を活用することで、設計の自由度を拡大できるという知見に基づくものである。
【００１３】  本発明は、３次元直交座標系ｘ，ｙ，ｚにおいて、屈折率の異なる２種類以上の物質よりなるｚ軸方向の多層構造体であって、各層の形状がｘ軸方向及びｙ軸方向に周期的凹凸を有した領域を持ち、かつそれぞれのｘ軸方向およびｙ軸方向の周期が異なり、かつそれぞれの周期が光の波長より短いことを特徴とする、ｘ方向とｙ方向にそれぞれ偏光した光の間に位相差を生じさせることを特徴とした、高い設計自由度をもつ波長板を提供することができる。
【００１４】  またこの波長板を用いることにより、１枚の基板上に異なる周期のパターンを形成し、異なるリタデーションを持つ波長板を１枚の基板上に集積することができる。
【００１５】  例えばｘ軸方向の周期を変化させ、ｙ軸方向の周期を固定することで、一つの制御パラメータで１枚の基板上で異なる位相差を持つ領域を集積することができる。またｘ軸方向の周期を固定し、ｙ軸方向の周期を変化させることでも同様に１枚の基板上に異なる位相差を持つ領域を集積することができる。またｘ軸方向、ｙ軸方向の周期を両方とも変化させても良い。
【００１６】  また本発明により、各層の形状がｘ軸方向、及びｙ軸方向に周期的凹凸を有した領域を持ち、ｘ軸方向、ｙ軸方向の周期が異なることを特徴とし、ｘ軸方向の周期Ｌｘは使用される波長以下であり、ｙ方向の周期Ｌｙは使用する光の波長以上の長さであることを特徴とし、ｘ軸方向にＬｘずれたときｙ軸方向にパターンがλより短い長さでずれることを特徴とした、ほぼｚ方向に進むｘ方向、およびｙ方向の偏光成分の間に位相差を生じさせることを特徴とした面内の周期性により、リタデーションに高い自由度をもつ波長板を提供できる。
【００１７】  この波長板を用いることにより、１枚の基板上に隣接して異なる周期のパターンを形成し、異なるリタデーションを持つ波長板を１枚の基板上に集積することができる。
【００１８】  また請求項１に記載の構造では、周期を光の波長以上に設定すると、回折光が発生し、不要な損失が生じてしまう。しかし請求項２の構造では、面内の周期を光の波長以上にしても、不要な回折損失のない位相板を提供することができる。周期を光の波長以上にできることで設計自由度は高まり、より層数が少なく低コストで、かつ損失のない高効率な素子を提供することができる。
【００１９】  例えばｘ軸方向の周期を変化させ、ｙ軸方向の周期を固定することで、一つの制御パラメータで１枚の基板上で異なる位相差を持つ領域を集積することができる。またｘ軸方向の周期を固定し、ｙ軸方向の周期を変化させることでも同様に１枚の基板上に異なる位相差を持つ領域を集積することができる。またｘ軸方向、ｙ軸方向の周期を両方とも変化させても良い。
【００２０】  このように、面内で高い自由度で制御された集積化波長板を提供することができ、従来の光学結晶を用いた波長板では困難な集積化、低コストを実現することができ、かつ従来の周期構造を用いた集積化波長板に比べても高い設計自由度を持つことができる。
【００２１】  また上記の構造をビーム内で変化させることで、各領域を透過する波面が異なる位相をもつ、位相板を提供することができる。
【００２２】  さらに上記の位相板のそれぞれの領域を光の波長以上の長さで、１次元もしくは２次元的に周期的に存在させることで、回折格子を提供することができる。
【００２３】  さらに上記回折格子においてｘ方向の周期Ｌｘもしくはｙ方向の周期Ｌｙを適切に選ぶことによって、ｘ方向、ｙ方向のそれぞれの偏光に対しては回折効率に偏光依存性を持つことを特徴とした回折格子を提供できる。
【００２４】  さらに上記回折格子において、１枚の基板上で、一部の領域のみに回折格子が形成されている、もしくは回折格子の周期を場所によって変えることで、それぞれの場所で異なる回折機能を持つ回折格子を提供できる。
【００２５】  さらに上記回折格子を片面に形成し、その裏面にも上記回折格子もしくは通常の凹凸形状からなる回折格子を形成することで、片面で回折した光をさらに回折させ、所望のビームを作り出す素子を提供することができる。
【００２６】  さらに上記の構造を自己クローニング法によって作製することで、工業性よく実現することができる。その時の材料としては、ＳｉＯ２，もしくはＴａ２Ｏ５もしくはＮｂ２Ｏ５もしくはそのうちのいずれかの混合物を主原料とすることで可視光帯および紫外領域において、損失の少ない素子を提供することができる。
【発明の効果】
【００２７】  すなわち本発明に寄れば、周期構造の周期を制御することで任意のリタデーションを持つ波長板及びそれらが集積された波長板を提供することができる。また異なる周期を持つ複数の領域が２次元面内で配置されることで、場所ごとの位相をより高い精度で制御した位相板及び回折格子を提供することがでる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】  図１は本発明の基本構成を示す概念図である。図１に示す構造ではｙ方向にも周期を持ち、ｘ方向、ｙ方向の周期をそれぞれＬｘ，ＬｙとしＬｘ＜Ｌｙとなる方向をｘ方向とすると、Ｌｘ，、Ｌｙともに使用する波長以下であることが好ましく、それ以上であると、不要な方向に光ビームが回折し、損失となる。特許文献１では、Ｌｙについては「Ｌｘよりも大きい、もしくは非周期的」ということのみで特にＬｙの効果については言及されていなかった。しかしＬｙを光の波長以下の範囲で変化させることで積層周期１周期あたりの位相差を制御することができる。Ｌｘのみの制御ではＬｘを小さくしていくと、発生する位相差は理論上小さくなるが、実際には数十ｎｍ以下のＬｘを持つ構造を制御性よく作製することは困難である。つまり位相差の下限は作製技術の限界で決まってしまう。しかし図１のＬｙを制御しＬｘに値を近づけていくことで、発生する位相差を小さくすることができ、例えばＬｘ，Ｌｙともに１００ｎｍとすると、発生する位相差はゼロになる。１００ｎｍという値は十分実現可能な値であり、小さい位相差から制御性よく作成することができる。【００２９】  なお、波長板の周期構造の基板との境界、もしくは上部物質（例えば空気）との境界に厚さの異なる層を１層ないし複数挿入することで、反射損失を低減することが可能である。また基板の裏面にも同様な手法で反射損失を低減することが可能である。【００３０】  また図１の構造は基板面内方向において、複数の領域を設け、それぞれの領域でＬｘおよびＬｙを制御することができる。例えばＬｘを固定し、各領域ごとにＬｙを変化させることもできるし、Ｌｙを固定し、Ｌｘを変化させることもできる。またＬｘ，Ｌｙともに変化させた領域を複数設けることもできる。それぞれの領域はＬｘ，Ｌｙによって位相差が決まるため、１枚の基板上に異なる位相差を持つ領域を複数同時に作ることが可能であり、水晶などを用いた一般的な波長板では実現困難な素子を、高い制御性で容易に作製することができる。  なおこれらの領域の境界は必ずしもｘ軸、もしくはｙ軸に平行である必要はない。【００３１】  図２は請求項６に記載する構造を説明する図である。凹凸のパターンがｘ方向に一つずれるたびに、ｙ方向に構造がずれていく構造である。凹凸のｘ方向の長さをＬｘ，ｙ方向の長さをＬｙとする。図１の構造ではＬｘ，Ｌｙともに光の波長以下にすることで回折による損失を防ぐことが可能であると００２４に記載したが、図２のような構造では、光の波長をλとするとＬｘずれたときにλよりも短い周期で構造がずれる場合、Ｌｙを波長以上にしても回折は生じない。【００３２】  回折波とは素子表面の各点が波源となり、そこから発生する波の重ねあわせで表現される。したがって回折波が生じるためには、素子の表面に光の波長以上の長さの周期的な構造をもち、かつそれらが波源として機能したときに平面波を形成できなくてはいけない。図２の構造で上記の条件で構造を作製した場合、波長以上の長さを持つＬｙに起因して発生した波は、隣のずれた凹凸から発生する波との重ね合わせになる。例えば波長の半分ずれていた場合、隣同士の凹凸から発生する０次よりも大きい次数の回折波は互いに逆位��になり打ち消しあう。その結果、平面波を形成することができず、０次光以外の回折波は生じない。このずれが１波長以下であれば、打ち消しあう波源が面内に必ず存在し、０次光以外の回折波は生じない。【００３３】  この発明により、Ｌｙの制御範囲を使用波長以上に拡大することも可能となり、その分、制御できる範囲も拡大できる。【００３４】  また図２の構造は基板面内方向において、複数の領域を設け、それぞれの領域でＬｘおよびＬｙを制御することができる。例えばＬｘを固定し、各領域ごとにＬｙを変化させることもできるし、Ｌｙを固定し、Ｌｘを変化させることもできる。またＬｘ，Ｌｙ共に変化させた領域を複数設けることもできる。それぞれの領域はＬｘ，Ｌｙによって位相差が決まるため、１枚の基板上に異なる位相差を持つ領域を複数同時に作ることが可能である。なおこれらの領域の境界は必ずしもｘ軸、もしくはｙ軸に平行である必要はない。【００３５】  また面内で周期構造が形成された領域だけではなく、周期的凹凸のない領域は位相差ゼロの領域であるので、構造の一部に周期的な凹凸のない部分があっても構わない。【００３６】  請求項１もしくは請求項２に記載の基板面内に周期的凹凸のある領域が光の波長以上の周期で周期的に並んだ構造において、ある方向の偏光について、それぞれの領域を透過した光は異なる位相の波面をもつため、透過型回折格子と同様の機能を持たせることができる。その並び方は１方向に周期的であっても良く、２方向に対して周期的であっても良い。その並び方を制御することで，並び方に応じた回折光のパターンが得られる。また透過光の移送の異なる領域の種類も２種類以上であってもよく、複数の位相を持つ領域を組み合わせることで、通常の回折格子と同様に、回折次数ごとの回折効率を制御することができる。【００３７】  また各領域の構造はＬｘとＬｙが等しくなければ、透過光の位相に偏光依存性を持つため回折現象は偏光依存性を持つ。ＬｘとＬｙを等しくすれば、偏光依存性のない回折格子も実現できる。【００３８】  またこれらの回折格子の領域は基板全面である必要はなく、一部でも可能で、入射する光ビーム内の一部のみ形成されていても良い。もしくは入射する光のビーム内で異なる回折現象を生じる回折格子の領域が複数形成されていても良い。【００３９】  図１、図２に示す構造を作製する上では、特許文献４に記載された自己クローニング法を用いることが好ましい。透明基板に凹凸を形成し、その上に２種類以上の異なる屈折率を持つ材料を交互に積層することで、各層の凹凸形状を自動的に保存しながら積層構造を作成することができる。したがって工業的により簡便、低コストに多次元周期構造を作製することが可能であり、本発明を作製する上では好ましい作製方法である。
【特許文献４】  特開平１０−３３５７５８号公報
【００４０】  また基板の裏面にも本発明の波長板もしくは位相板を形成することも可能であり、もしくは通常の回折格子を形成することも可能である。そうすることで、表面もしくは裏面で回折させた光を、さらにもう片方の面で別の機能を持つ領域を透過させることで、１枚の素子でより高い機能を実現することができる。【００４１】  本発明の素子では近赤外波長、もしくは可視光波長。もしくは紫外波長領域で用いる素子を作製する上では、材料としてはＳｉＯ２，Ｔａ２Ｏ５，Ｎｂ２Ｏ５，ＴｉＯ２，ＨｆＯ２がのぞましく、例えばＳｉＯ２とそれ以外の材料の組み合わせで、より強い異方性を発現することができる。
【実施例】（実施例１）【００４２】  図３には図１の構造においてｘ方向の周期１０５とｙ方向の周期１０４を変化させたときの、ｚ方向に伝搬する光がｚ方向に１周期分伝搬した場合、位相がどれだけ進むかを、ＦＤＴＤ法（時間領域有限差分法）を用いて数値シミュレーションした結果を示す。また比較のため１０４が無限大、つまり無限に長い溝の場合の計算結果もあわせて示す。横軸がｘ方向の周期１０５であり、縦軸はｚ方向に１周期進んだ場合の位相の進み具合をラジアンで示す。計算で用いたパラメータとしては、材料をＴａ２Ｏ５、ＳｉＯ２を想定し、屈折率はそれぞれ２．２４、１．４９。各材質の層の厚さはそれぞれ４０ｎｍ。波長は４０５ｎｍを想定している。
１０５と１０４が等しい場合を「１：１」とし、１０４が１０５の２倍の場合の計算結果を「２：１」、１０４が１０５の３倍の場合の計算結果を「３：１」として示す。偏光方向はｘ方向に偏光した光をＴＥ偏光とし、ｙ方向に偏光した光をＴＭ偏光とする。二つの偏光間の差が大きいほど、異方性が強いといえる。例えば２：１に構造で基板ピッチ２００ｎｍでの位相差は図中３０１で示され、１周期あたりで生じる位相差が０．００９πラジアンである。１：１の構造ではｘ方向ｙ方向ともに同じ構造となるため、異方性が生じず偏光により違いは現われない。一方で１０４が無限に長い構造では一番強い異方性が現われる。図３のグラフに示すようにｙ方向の周期を変化させることで異方性の強さを制御できることがわかる。なおこの計算結果は０次光の位相差のみを見ており、例えば１０５が２００ｎｍで１０４がその３倍の６００ｎｍである場合、波長４０５ｎｍの光では回折が生じるが、図３の計算結果では現われてこない。
（実施例２）【００４３】  厚さ０．５ｍｍの溶融石英基板上に図４に示すように４０２の領域には図２の構造において２０５が２００ｎｍ，２０４が４００ｎｍ、２０６が１００ｎｍの凹凸パターンが形成され、４０３の領域には２０５が２００ｎｍ，２０４が６００ｎｍ、２０６が３００ｎｍの凹凸パターンが形成され、４０４の領域には２０５が２００ｎｍ，２０４が８００ｎｍ、２０６が４００ｎｍの凹凸パターンが形成された基板を、電子ビーム露光とドライエッチングで形成した。パターンの形成は上記方法でなくてもよく、たとえばナノインプリントによるモールドの転写によってもパターン形成は可能で、より安価に大量に作成することも可能である。また基板の材質は石英でもよいが、ガラスでもよく、その場合より低コストに作製できる。そのあと、ＳｉＯ２の成膜とエッチングにより、表面形状を三角波状に成形した。基盤とＳｉＯ２の屈折率はほぼ等しいため、その境界での光の反射は起こらず、三角波状の周期構造のみを光は感じることになる。その上に自己クローニング法により、Ｎｂ２Ｏ５とＳｉＯ２の交互多層膜を形成した。自己クローニング法の条件としてはＳｉＯ２成膜時のターゲット電力８００Ｗ，基盤側にかける電力は１００Ｗとした。ガスはＡｒ８０ｓｃｃｍ，Ｏ２１０ｓｃｃｍとし、コンダクタンスバルブの調整により圧力を２Ｐａとした。またＮｂ２Ｏ５成膜時のターゲット電力８００Ｗ、基盤側にかける電力は１００Ｗとした。ガスはＡｒ４０ｓｃｃｍ，Ｏ２１０ｓｃｃｍを流し、圧力０．５Ｐａとなるようにコンダクタンスバルブを調整した。層の厚さを４０ｎｍずつ、交互に８０層積層した。最後の２層の厚さを調整し、空気との屈折率の整合をとり、不要な反射損失を低減する。作製した構造の領域６０２の表面を電子顕微鏡で観察した結果を図５に示す。斜めから観察しているため、若干縦横比がずれて見えるが、ほぼ狙い通りの構造ができている。【００４４】  透過率を測定したところ不要な回折損失なく、どの領域もほぼ同じ高い透過率が得られた。構造中には波長以上の周期が存在する。それぞれの構造がずれて並ぶことで、回折波がそれぞれ打ち消しあい、０次の回折光のみ発生しているため、透過率に差が生じない。このことから、本発明の効果が明確に現れていることがわかる。波長５２０ｎｍの光を用いて位相差を測定したところ、領域４０２で位相差８３ｎｍ、領域４０３で位相差１０５ｎｍ、領域４０４で位相差１２０ｎｍが得られた。パターンによって位相差を制御できていることがわかる。
（実施例３）【００４５】  厚さ０．５ｍｍの溶融石英基板上に図６に示すように６０２の領域には図２の構造において２０５が１５０ｎｍ，２０４が２００ｎｍ、２０６が６６ｎｍの凹凸パターンが形成され、６０３の領域には２０５が１５０ｎｍ，２０４が４００ｎｍ、２０６が１３３ｎｍの凹凸パターンが形成され、６０４の領域には２０５が１５０ｎｍ，２０４が８００ｎｍ、２０６が２６６ｎｍの凹凸パターンが形成され，６０５の領域には６０５が１５０ｎｍ，２０４が１２００ｎｍ、２０６が４００ｎｍの凹凸パターンが形成された基板を、電子ビーム露光とドライエッチングで形成した。パターンの形成は上記方法でなくてもよく、たとえばナノインプリントによるモールドの転写によってもパターン形成は可能で、より安価に大量に作成することも可能である。また基板の材質は石英でもよいが、ガラスでもよく、その場合より低コストに作製できる。そのあと、ＳｉＯ２の成膜とエッチングにより、表面形状を三角波状に成形した。基盤とＳｉＯ２の屈折率はほぼ等しいため、その境界での光の反射は起こらず、三角波状の周期構造のみを光は感じることになる。その上に自己クローニング法により、Ｎｂ２Ｏ５とＳｉＯ２の交互多層膜を形成した。自己クローニング法の条件としてはＳｉＯ２成膜時のターゲット電力８００Ｗ，基盤側にかける電力は１００Ｗとした。ガスはＡｒ８０ｓｃｃｍ，Ｏ２１０ｓｃｃｍとし、コンダクタンスバルブの調整により圧力を２Ｐａとした。またＮｂ２Ｏ５成膜時のターゲット電力８００Ｗ、基盤側にかける電力は１００Ｗとした。ガスはＡｒ４０ｓｃｃｍ，Ｏ２１０ｓｃｃｍを流し、圧力０．５Ｐａとなるようにコンダクタンスバルブを調整した。層の厚さを４０ｎｍずつ、交互に８０層積層した。最後の２層の厚さを調整し、空気との屈折率の整合をとり、不要な反射損失を低減する。【００４６】  透過率を測定したところ不要な回折損失なく、高い透過率が得られた。構造中には波長以上の周期が存在する。それぞれの構造がずれて並ぶことで、回折波がそれぞれ打ち消しあい、０次の回折光のみ発生していることがわかり、本発明の効果が明確に現れていることがわかる。波長５２０ｎｍの光を用いて位相差を測定したところ、領域６０２で位相差３１ｎｍ、領域６０３で位相差８７ｎｍ、領域６０４で位相差１２０ｎｍ、領域６０５で位相差１５０ｎｍが得られた。パターンによって位相差を制御できていることがわかる。さらに００４４に比べて広い幅で制御できていることがわかる。
（実施例４）【００４７】  実施例２において作製した、位相差の異なる領域４０２と同じ構造を図７の７０２の領域に形成し、４０４と同じ構造を７０３の領域に形成し、１枚の基板上に幅５ミクロンごとに周期的に配置した回折格子を作製した。各層の厚さは４０ｎｍで積層数は８０層である。そこに波長５３２ｎｍのレーザ光を入射し、透過光を観察したところ、回折光が明瞭に観察された。各領域で生じる位相差が異なるため、回折格子として機能していることがわかる。また入射する偏光を直交させたところ、回折効率が変化した。偏光依存型の回折格子が実現された。【００４８】  たとえば光ビームの半分だけをこの領域に入射することで、ビームの半分は回折し、ビームの半分はそのまま透過することもできる。領域の形状は任意であるため、光ビーム内で必要な箇所に必要なパターンを形成することで、任意の回折パターンが得られる。【００４９】  またパターンの周期を徐々に変化させることによって、面内で位相差を連続的に制御することが可能であり、ブレーズ回折格子も実現可能である。
（実施例５）【００５０】  実施例３において作製した位相差の異なる領域６０２と同じ構造を図８の８０２の領域に形成し、７０５と同じ構造を８０３の領域に形成し、１枚の基板上に幅５ミクロンごとに周期的に配置した回折格子を作製した。各層の厚さは４０ｎｍで積層数は８０層である。そこに波長５３２ｎｍのレーザ光を入射し、透過光を観察したところ、回折光が明瞭に観察された。各領域で生じる位相差が異なるため、回折格子として機能していることがわかる。また入射する偏光を直交させたところ、回折効率が変化した。偏光依存型の回折格子が実現されていることがわかる。【００５１】  またたとえば光ビームの半分だけをこの領域に入射することで、ビームの半分は回折し、ビームの半分はそのまま透過することもできる。領域の形状は任意であるため、光ビーム内で必要な箇所に必要なパターンを形成することで、任意の回折パターンが得られる。【００５２】  透過率を測定したところ不要な回折損失なく、高い透過率が得られた。構造中には波長以上の周期が存在する。回折が起こりそうであるが、それぞれの構造が交互に並ぶことで、回折波がそれぞれ打ち消しあい。０次の回折光のみ発生していることがわかり、本発明の効果が明確に現れていることがわかる。【００５３】  またパターンの周期を徐々に変化させることで面内で位相差を連続的に制御することが可能であり、ブレーズ回折格子も実現可能である。【００５４】  さらに実施例２、実施例３、実施例４、実施例５ともに材料、積層条件、層数は同じである。したがってすべてのパターンを１枚の基板上に作製し成膜を行うことで、すべての機能を一度に作製することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５５】本発明は光の位相差を高い自由度で制御する素子を提供することで例えば光ピックアップなどの光学システムにおいて利用されうる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１の構造の一例を示す概念図である。
【図２】請求項２の構造の一例を示す概念図である。
【図３】図１の構造でパターンの縦横比無限大、３：１、２：１、１：１においてパターンのピッチを変化させた場合において、ｚ方向に光が１周期進む際の移送の進みを計算した結果の図である。
【図４】実施例２の構造を示す概念図である。
【図５】実施例２で作製した構造の表面図に変わる電子顕微鏡写真である。
【図６】実施例３の構造を示す概念図である。
【図７】実施例５の構造を示す概念図である。
【図８】実施例６の構造を示す概念図である。
【符号の簡単な説明】
１０１      低高屈折率媒質
１０２      高屈折率媒質
１０３      ｙ方向の周期
１０４      ｘ方向の周期
２０１      低高屈折率媒質
２０２      高屈折率媒質
２０３      凹凸のｙ方向の長さ
２０４      ｘ方向の周期
２０５      パターンがｘ方向に１周期ずれたときのｙ方向のずれ
３０１      凹凸の縦横比が２：１に構造１周期を光が進む際に生じる偏光間の位相差
４０１      実施例２で用いたパターン
４０２      波長板形成領域
４０３      波長板形成領域
４０４      波長板形成領域
６０１      基板
６０２      波長板形成領域
６０３      波長板形成領域
６０４      波長板形成領域
７０１      基板
７０２      位相板形成領域
７０３      位相板形成領域
８０１      基板
８０２      位相板形成領域
８０３      位相板形成領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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