(57)【要約】【課題】光利用効率をより確実に向上することができるグレーティング素子及びグレーティング素子の設計方法を提供する。【解決手段】透明基板２０１の少なくとも一方の表面に形成された回折構造２００を備えるグレーティング素子において、回折構造２００は、第１の波長λ１のレーザ光を当該第１の波長とは異なる第２の波長λ２のレーザ光より高い回折効率でｋ次（ｋ≠０）へ回折させ、回折構造２００が第１の波長のレーザ光に付与する位相シフト量をφ１（単位は波長λ１）、当該回折構造２００が第２の波長のレーザ光に付与する位相シフト量をφ２（単位は波長λ２）、当該回折構造２００のＤｕｔｙをＸとした場合に、当該回折構造２００を、以下の（１）式乃至（３）式を満たすように形成した。    ０．１＜｜φ１｜＜０．２    ・・・・・（１）    ０．０＜｜φ２｜＜０．１    ・・・・・（２）    ０．２５＜Ｘ＜０．７５    ・・・・・（３）【選択図】図２
2011008186.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板の少なくとも一方の表面に形成された回折構造を備えるグレーティング素子であって、
前記回折構造は、第１の波長λ１のレーザ光を前記第１の波長とは異なる第２の波長λ２のレーザ光より高い回折効率でｋ次（ｋ≠０）へ回折させ、
前記回折構造が前記第１の波長のレーザ光に付与する位相シフト量をφ１（単位は波長λ１）、前記回折構造が前記第２の波長のレーザ光に付与する位相シフト量をφ２（単位は波長λ２）、前記回折構造のＤｕｔｙをＸとした場合に、前記回折構造は、以下の（１）式乃至（３）式を満たすように形成されているグレーティング素子。
０．１＜｜φ１｜＜０．２    ・・・・・（１）
０．０＜｜φ２｜＜０．１    ・・・・・（２）
０．２５＜Ｘ＜０．７５    ・・・・・（３）
【請求項２】
前記回折構造は、以下の（４）式を満たすように形成されている請求項１に記載のグレーティング素子。
０．０１５＜｜φ２｜＜０．１    ・・・・・（４）
【請求項３】
透明基板の少なくとも一方の表面に形成された回折構造を備えるグレーティング素子であって、
前記回折構造は、第１の波長λ１のレーザ光を前記第１の波長とは異なる第２の波長λ２のレーザ光より高い回折効率でｋ次（ｋ≠０）へ回折させ、
前記第１の波長のレーザ光が前記回折構造を透過した場合に発生する０次光の強度、１次光の強度、２次光の強度をそれぞれＩ１０、Ｉ１１、Ｉ１２とし、前記第２の波長のレーザ光が前記回折構造を透過した場合に発生する０次光の強度、１次光の強度をそれぞれＩ２０、Ｉ２１とした場合に、前記回折構造は、以下の（５）式乃至（７）式を満たすように形成されているグレーティング素子。
０．０５＜Ｉ１１／Ｉ１０＜０．１    ・・・・・（５）
０．０＜Ｉ２１／Ｉ２０＜０．０４２７    ・・・・・（６）
０≦Ｉ１２／Ｉ１１＜０．５    ・・・・・（７）
【請求項４】
前記回折構造は、以下の（８）式を満たすように形成されている請求項３に記載のグレーティング素子。
０．０００９＜Ｉ２１／Ｉ２０＜０．０４２７    ・・・・・（８）
【請求項５】
前記回折構造は、前記透明基板の一方の表面に凸部と凹部とが周期的に配置された構造であり、
前記凸部は、少なくとも１層の誘電膜が前記透明基板上に成膜されることにより形成される請求項１乃至４の何れか一項に記載のグレーティング素子。
【請求項６】
前記回折構造は、前記透明基板の一方の表面に凸部と凹部とが周期的に配置された構造であり、
前記凸部は、２種類以上の誘電膜が前記透明基板上に前記透明基板に対して略垂直な方向に積層されてなる誘電体多層膜を備える請求項１乃至４の何れか一項に記載のグレーティング素子。
【請求項７】
前記誘電体多層膜は、高屈折率材料から形成される前記誘電膜と、低屈折率材料から形成される前記誘電膜と、が交互に積層されてなる請求項６に記載のグレーティング素子。
【請求項８】
透明基板の少なくとも一方の表面に形成された回折構造を備えるグレーティング素子の設計方法であって、
前記回折構造が、第１の波長λ１のレーザ光を前記第１の波長とは異なる第２の波長λ２のレーザ光より高い回折効率でｋ次（ｋ≠０）へ回折し、
前記回折構造が前記第１の波長のレーザ光に付与する位相シフト量をφ１（単位は波長λ１）、前記回折構造が前記第２の波長のレーザ光に付与する位相シフト量をφ２（単位は波長λ２）、前記回折構造のＤｕｔｙをＸとした場合に、前記回折構造を、以下の（１）式乃至（３）式を満たすように形成するグレーティング素子の設計方法。
０．１＜｜φ１｜＜０．２    ・・・・・（１）
０．０＜｜φ２｜＜０．１    ・・・・・（２）
０．２５＜Ｘ＜０．７５    ・・・・・（３）
【請求項９】
前記回折構造を、以下の（４）式を満たすように形成する請求項８に記載のグレーティング素子の設計方法。
０．０１５＜｜φ２｜＜０．１    ・・・・・（４）
【請求項１０】
透明基板の少なくとも一方の表面に形成された回折構造を備えるグレーティング素子の設計方法であって、
前記回折構造が、第１の波長λ１のレーザ光を前記第１の波長とは異なる第２の波長λ２のレーザ光より高い回折効率でｋ次（ｋ≠０）へ回折し、
前記第１の波長のレーザ光が前記回折構造を透過した場合に発生する０次光の強度、１次光の強度、２次光の強度をそれぞれＩ１０、Ｉ１１、Ｉ１２とし、前記第２の波長のレーザ光が前記回折構造を透過した場合に発生する０次光の強度、１次光の強度をそれぞれＩ２０、Ｉ２１とした場合に、前記回折構造を、以下の（５）式乃至（７）式を満たすように形成するグレーティング素子の設計方法。
０．０５＜Ｉ１１／Ｉ１０＜０．１    ・・・・・（５）
０．０＜Ｉ２１／Ｉ２０＜０．０４２７    ・・・・・（６）
０≦Ｉ１２／Ｉ１１＜０．５    ・・・・・（７）
【請求項１１】
前記回折構造を、以下の（８）式を満たすように形成する請求項１０に記載のグレーティング素子の設計方法。
０．０００９＜Ｉ２１／Ｉ２０＜０．０４２７    ・・・・・（８）
【請求項１２】
前記回折構造を、前記透明基板の一方の表面に凸部と凹部とが周期的に配置された構造に形成するとともに、
前記凸部を、少なくとも１層の誘電膜を前記透明基板上に成膜することにより形成する請求項８乃至１１の何れか一項に記載のグレーティング素子の設計方法。
【請求項１３】
前記回折構造を、前記透明基板の一方の表面に凸部と凹部とが周期的に配置された構造に形成するとともに、
前記凸部を、２種類以上の誘電膜が前記透明基板上に前記透明基板に対して略垂直な方向に積層されてなる誘電体多層膜から形成する請求項８乃至１１の何れか一項に記載のグレーティング素子の設計方法。
【請求項１４】
前記誘電体多層膜を、高屈折率材料から形成される前記誘電膜と、低屈折率材料から形成される前記誘電膜と、を交互に積層させることにより形成する請求項１３に記載のグレーティング素子の設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、グレーティング素子及びグレーティング素子の設計方法に関し、特に、波長の異なる複数のレーザ光を共通の光路で光ディスクに集光する光ピックアップ光学系に用いられるグレーティング素子及びグレーティング素子の設計方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ）、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）、ＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ）などの光ディスクが広く普及している。これらの光ディスクは、世代が異なり、それぞれの世代において、膨大なコンテンツを蓄積している。また、新しい世代の光ディスクほど、記録密度が高く、半導体レーザの波長が短くなっている。そのため、これらの光ディスクを再生・記録する光ディスクドライブ装置では、一般に、波長の異なる複数の半導体レーザ光源を内蔵している。これにより、一台の光ディスクドライブ装置で、前世代の膨大なコンテンツとともに、次世代のコンテンツを再生・記録することができる。例えば、ＤＶＤドライブでは通常ＣＤの再生が可能である。また、ＢＤドライブでは、通常ＤＶＤとＣＤの再生が可能である。
【０００３】
このように、異なる世代の光ディスクを再生・記録する光ディスクドライブ装置では、波長の異なる複数の半導体レーザ光源を内蔵している。そのため、それぞれの半導体レーザ光源毎に光路を設ける必要が出てくる。これにより、部品点数の増加と光ピックアップ光学系の大型化が生じてしまう。そこで、部品点数の増加と光ピックアップ光学系の大型化を防ぐため、複数の半導体レーザ光源から出射された複数のレーザ光を共通の光路を用いて光ディスクに集光する技術が開発されている。特に、スリムドライブ、ウルトラスリムドライブと呼ばれるノートパソコン等に搭載される薄型の光ディスクドライブでは、光学系の簡素化が必須である。例えば、近年では、ＤＶＤ用の赤色半導体レーザとＣＤ用の赤外半導体レーザが１つのパッケージに一体化されてなる２波長半導体レーザが用いられることが多い。
【０００４】
一方、光ピックアップ光学系では、トラッキング制御を行ないながら信号の再生を行う。そのため、グレーティング素子により、半導体レーザ光源から出射されたレーザ光を回折させて、０次回折光と±１次回折光とを生成する。これにより、０次回折光が集光されて、光ディスク上に、信号再生用の光スポット（以下、メインスポットと称する。）が形成される。また、±１次回折光が集光されて、光ディスク上に、トラッキング信号生成用の光スポット（以下、サブスポットと称する。）が形成される。そして、当該サブスポットからトラッキング信号が生成される。このとき、メインスポットとサブスポットとの間隔、強度比、相対位置は、それぞれの世代の光ディスクの案内溝形状やトラックピッチに応じた適切な値であることが望ましい。そのため、グレーティング素子はそれぞれの世代の光ディスク専用のものを用いる必要がある。つまり、レーザ光源毎に複数のグレーティング素子を用いる必要がある。
【０００５】
ところが、上記のように、波長の異なる２つの半導体レーザが１つのパッケージに一体化されてなる２波長半導体レーザを用いる場合、レーザから光ディスクまでの全光路が共通光路となる。そのため、複数のグレーティング素子を当該共通光路に配置することになる。したがって、各グレーティング素子は、回折させるレーザ光の波長と異なる波長のレーザ光に対して影響を及ぼさないことが望ましい。
【０００６】
そこで、特許文献１には、基板の両面に複数の溝を設けたグレーティング素子が記載されている。また、特許文献１のグレーティング素子の表面に設けられた溝の深さは、回折させるレーザ光の波長と異なる波長のレーザ光に、当該レーザ光の波長の整数倍の位相差を発生させる深さとなっている。即ち、当該グレーティング素子の表面は、回折させるレーザ光の波長と異なる波長のレーザ光に位相シフトを発生させない。一方、当該グレーティング素子の表面は、回折させるレーザ光に、当該レーザ光の波長の整数倍ではない位相差を発生させる。そのため、当該グレーティング素子の表面は、回折させるレーザ光に位相シフトを発生させる。そして、当該位相シフト量は、当該位相差から当該回折させるレーザ光の波長の整数倍の位相差を差し引いた大きさとなっている。
【０００７】
そして、特許文献１のグレーティング素子では、溝幅と溝間幅との比率（以下、Ｄｕｔｙ比と称する。）を１：１からずらしている。通常、Ｄｕｔｙ比が１：１のとき光利用効率が最も高くなる。しかし、特許文献１のグレーティング素子では、Ｄｕｔｙ比を１：１からずらすことにより、メインスポットとサブスポットの光量比を好適な値に調節することを図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−２８１４３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載のグレーティング素子では、Ｄｕｔｙ比が１：１からずれているため、光利用効率が低下してしまっている。また、特許文献１に記載のグレーティング素子では、回折させるレーザ光の位相シフト量が、回折させるレーザ光の波長と異なる波長のレーザ光の波長によって制約されるため、任意の大きさとすることができない。具体的には、グレーティング素子の溝の深さは、回折させるレーザ光の波長と異なる波長のレーザ光の波長の略整数倍に制約される。したがって、当該位相シフト量の値も制約されることとなる。そのため、Ｄｕｔｙ比を１：１からずらしたことによる光利用効率の低下を改善することが難しい。
【００１０】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、光利用効率をより確実に向上することができるグレーティング素子及びグレーティング素子の設計方法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】
【００１１】
本発明の第１の態様にかかるグレーティング素子は、透明基板の少なくとも一方の表面に形成された回折構造を備えるグレーティング素子である。また、前記回折構造は、第１の波長λ１のレーザ光を前記第１の波長とは異なる第２の波長λ２のレーザ光より高い回折効率でｋ次（ｋ≠０）へ回折させる。そして、前記回折構造が前記第１の波長のレーザ光に付与する位相シフト量をφ１（単位は波長λ１）、前記回折構造が前記第２の波長のレーザ光に付与する位相シフト量をφ２（単位は波長λ２）、前記回折構造のＤｕｔｙをＸとした場合に、前記回折構造は、以下の（１）式乃至（３）式を満たすように形成されている。
０．１＜｜φ１｜＜０．２    ・・・・・（１）
０．０＜｜φ２｜＜０．１    ・・・・・（２）
０．２５＜Ｘ＜０．７５    ・・・・・（３）
【００１２】
本発明の第１の態様においては、回折構造が第２の波長に付与する位相シフト量φ２を０．０（λ２）より大きく０．１（λ２）より小さくしている。これにより、回折構造が第１の波長のレーザ光に付与する位相シフト量φ１を０．２（λ１）より小さくすることができる。そして、回折構造が第１の波長のレーザ光に付与する位相シフト量φ１が０．２（λ１）より小さいため、良好なトラッキング信号を得るための分光比において、ＤｕｔｙＸを０．７５より小さく（０．２５より大きく）することができる。ＤｕｔｙＸが０．７５以上（０．２５以下）となると、第１の波長のレーザ光の光利用効率が低下してしまう。したがって、第１の波長のレーザ光の光利用効率の低下を防止することができる。さらに、回折構造が第１の波長のレーザ光に付与する位相シフト量φ１が０．１（λ１）より大きいため、Ｄｕｔｙを調節することにより、良好なトラッキング信号を得るための分光比を得ることができる。
【００１３】
また、本発明の第１の態様においては、回折構造が第２の波長に付与する位相シフト量φ２を０．１（λ２）より小さくしている。これにより、第２の波長が回折構造を透過した場合に発生する０次光の強度Ｉ２０を９０％以上とすることができる。また、第２の波長が回折構造を透過した場合に発生する１次光の強度Ｉ２１を５％以下とすることができる。したがって、当該回折構造によって第２の波長のレーザ光は若干回折されるが、この回折の程度を、不具合が生じない程度に抑えることができる。
【００１４】
また、前記回折構造は、以下の（４）式を満たすように形成されていることが好ましい。
０．０１５＜｜φ２｜＜０．１    ・・・・・（４）
すなわち、回折構造が第２の波長に付与する位相シフト量φ２を０．０１５（λ２）より大きくしている。これにより、第１の波長のレーザ光の光利用効率を９０％以上とすることができる。
【００１５】
本発明の第２の態様にかかるグレーティング素子は、透明基板の少なくとも一方の表面に形成された回折構造を備えるグレーティング素子である。また、前記回折構造は、第１の波長λ１のレーザ光を前記第１の波長とは異なる第２の波長λ２のレーザ光より高い回折効率でｋ次（ｋ≠０）へ回折させる。そして、前記第１の波長のレーザ光が前記回折構造を透過した場合に発生する０次光の強度、１次光の強度、２次光の強度をそれぞれＩ１０、Ｉ１１、Ｉ１２とし、前記第２の波長のレーザ光が前記回折構造を透過した場合に発生する０次光の強度、１次光の強度をそれぞれＩ２０、Ｉ２１とした場合に、前記回折構造は、以下の（５）式乃至（７）式を満たすように形成されている。
０．０５＜Ｉ１１／Ｉ１０＜０．１    ・・・・・（５）
０．０＜Ｉ２１／Ｉ２０＜０．０４２７    ・・・・・（６）
０≦Ｉ１２／Ｉ１１＜０．５    ・・・・・（７）
【００１６】
本発明の第２の態様においては、回折構造により第２の波長のレーザ光を若干回折させている。すなわち、第２の波長のレーザ光が回折構造を透過した場合に発生する１次光の強度Ｉ２１を０次光の強度Ｉ２０の０％より大きく、５％より小さくしている。換言すれば、回折構造が第２の波長に付与する位相シフト量φ２を０．０（λ２）より大きく０．１（λ２）より小さくしている。これにより、回折構造が第１の波長のレーザ光に付与する位相シフト量φ１を０．１（λ１）より大きく０．２（λ１）より小さくすることができる。したがって、第１の波長のレーザ光の光利用効率の低下を防止することができる。換言すると、第１の波長のレーザ光の光利用効率を向上させることができる。
【００１７】
また、本発明の第２の態様においては、第１の波長のレーザ光が回折構造を透過した場合に発生する２次光の強度Ｉ１２を１次光の強度Ｉ１１の５０％より小さくすることができる。これにより、回折構造のＤｕｔｙＸを０．２５より大きく、０．７５より小さくすることができる。ＤｕｔｙＸが０．７５以上（０．２５以下）となると、第１の波長のレーザ光の光利用効率が低下してしまう。したがって、第１の波長のレーザ光の光利用効率の低下を防止することができる。
さらに、第２の波長のレーザ光が回折構造を透過した場合に発生する１次光の強度Ｉ２１を０次光の強度Ｉ２０の５％より小さくしている。これにより、当該回折構造によって第２の波長のレーザ光は若干回折されるが、この回折の程度を、不具合が生じない程度に抑えることができる。
【００１８】
また、本発明の第２の態様においては、第１の波長のレーザ光が回折構造を透過した場合に発生する１次光の強度Ｉ１１を０次光の強度Ｉ１０の５％より大きく１０％より小さくしている。これにより、良好なトラッキング信号を得ることができる。
【００１９】
また、前記回折構造は、以下の（８）式を満たすように形成されていることが好ましい。
０．０００９＜Ｉ２１／Ｉ２０＜０．０４２７    ・・・・・（８）
すなわち、第２の波長のレーザ光が回折構造を透過した場合に発生する１次光の強度Ｉ２１を０次光の強度Ｉ２０の０．０９％より大きくしている。これにより、第１の波長のレーザ光の光利用効率を９０％以上とすることができる。
【００２０】
さらに、前記回折構造は、前記透明基板の一方の表面に凸部と凹部とが周期的に配置された構造であり、前記凸部は、少なくとも１層の誘電膜が前記透明基板上に成膜されることにより形成されていてもよい。
また、前記凸部は、２種類以上の誘電膜が前記透明基板上に前記透明基板に対して略垂直な方向に積層されてなる誘電体多層膜を備えていてもよい。
さらに、前記誘電体多層膜は、高屈折率材料から形成される前記誘電膜と、低屈折率材料から形成される前記誘電膜と、が交互に積層されたものであってもよい。
【００２１】
本発明の第３の態様にかかるグレーティング素子の設計方法は、透明基板の少なくとも一方の表面に形成された回折構造を備えるグレーティング素子の設計方法である。また、前記回折構造は、第１の波長λ１のレーザ光を前記第１の波長とは異なる第２の波長λ２のレーザ光より高い回折効率でｋ次（ｋ≠０）へ回折する。そして、前記回折構造が前記第１の波長のレーザ光に付与する位相シフト量をφ１（単位は波長λ１）、前記回折構造が前記第２の波長のレーザ光に付与する位相シフト量をφ２（単位は波長λ２）、前記回折構造のＤｕｔｙをＸとした場合に、前記回折構造を、以下の（１）式乃至（３）式を満たすように形成する。
０．１＜｜φ１｜＜０．２    ・・・・・（１）
０．０＜｜φ２｜＜０．１    ・・・・・（２）
０．２５＜Ｘ＜０．７５    ・・・・・（３）
【００２２】
本発明の第３の態様においては、回折構造が第２の波長に付与する位相シフト量φ２を０．０（λ２）より大きく０．１（λ２）より小さくしている。これにより、回折構造が第１の波長のレーザ光に付与する位相シフト量φ１を０．２（λ１）より小さくすることができる。そして、回折構造が第１の波長のレーザ光に付与する位相シフト量φ１が０．２（λ１）より小さいため、良好なトラッキング信号を得るための分光比において、ＤｕｔｙＸを０．７５より小さく（０．２５より大きく）することができる。ＤｕｔｙＸが０．７５以上（０．２５以下）となると、第１の波長のレーザ光の光利用効率が低下してしまう。したがって、第１の波長のレーザ光の光利用効率の低下を防止することができる。さらに、回折構造が第１の波長のレーザ光に付与する位相シフト量φ１が０．１（λ１）より大きいため、Ｄｕｔｙを調節することにより、良好なトラッキング信号を得るための分光比を得ることができる。
【００２３】
また、本発明の第３の態様においては、回折構造が第２の波長に付与する位相シフト量φ２を０．１（λ２）より小さくしている。これにより、第２の波長が回折構造を透過した場合に発生する０次光の強度Ｉ２０を９０％以上とすることができる。また、第２の波長が回折構造を透過した場合に発生する１次光の強度Ｉ２１を５％以下とすることができる。したがって、当該回折構造によって第２の波長のレーザ光は若干回折されるが、この回折の程度を、不具合が生じない程度に抑えることができる。
【００２４】
また、前記回折構造を、以下の（４）式を満たすように形成することが好ましい。
０．０１５＜｜φ２｜＜０．１    ・・・・・（４）
すなわち、回折構造が第２の波長に付与する位相シフト量φ２を０．０１５（λ２）より大きくする。これにより、第１の波長のレーザ光の光利用効率を９０％以上とすることができる。
【００２５】
本発明の第４の態様にかかるグレーティング素子の設計方法は、透明基板の少なくとも一方の表面に形成された回折構造を備えるグレーティング素子の設計方法である。また、前記回折構造は、第１の波長λ１のレーザ光を前記第１の波長とは異なる第２の波長λ２のレーザ光より高い回折効率でｋ次（ｋ≠０）へ回折する。そして、前記第１の波長のレーザ光が前記回折構造を透過した場合に発生する０次光の強度、１次光の強度、２次光の強度をそれぞれＩ１０、Ｉ１１、Ｉ１２とし、前記第２の波長のレーザ光が前記回折構造を透過した場合に発生する０次光の強度、１次光の強度をそれぞれＩ２０、Ｉ２１とした場合に、前記回折構造を、以下の（５）式乃至（７）式を満たすように形成する。
０．０５＜Ｉ１１／Ｉ１０＜０．１    ・・・・・（５）
０．０＜Ｉ２１／Ｉ２０＜０．０４２７    ・・・・・（６）
０≦Ｉ１２／Ｉ１１＜０．５    ・・・・・（７）
【００２６】
本発明の第４の態様においては、回折構造により第２の波長のレーザ光を若干回折させている。すなわち、第２の波長のレーザ光が回折構造を透過した場合に発生する１次光の強度Ｉ２１を０次光の強度Ｉ２０の０％より大きく、５％より小さくしている。換言すれば、回折構造が第２の波長に付与する位相シフト量φ２を０．０（λ２）より大きく０．１（λ２）より小さくしている。これにより、回折構造が第１の波長のレーザ光に付与する位相シフト量φ１を０．１（λ１）より大きく０．２（λ１）より小さくすることができる。したがって、第１の波長のレーザ光の光利用効率の低下を防止することができる。換言すると、第１の波長のレーザ光の光利用効率を向上させることができる。
【００２７】
また、本発明の第４の態様においては、第１の波長のレーザ光が回折構造を透過した場合に発生する２次光の強度Ｉ１２を１次光の強度Ｉ１１の５０％より小さくすることができる。これにより、回折構造のＤｕｔｙＸを０．２５より大きく、０．７５より小さくすることができる。ＤｕｔｙＸが０．７５以上（０．２５以下）となると、第１の波長のレーザ光の光利用効率が低下してしまう。したがって、第１の波長のレーザ光の光利用効率の低下を防止することができる。
さらに、第２の波長のレーザ光が回折構造を透過した場合に発生する１次光の強度Ｉ２１を０次光の強度Ｉ２０の５％より小さくしている。これにより、当該回折構造によって第２の波長のレーザ光は若干回折されるが、この回折の程度を、不具合が生じない程度に抑えることができる。
【００２８】
また、本発明の第４の態様においては、第１の波長のレーザ光が回折構造を透過した場合に発生する１次光の強度Ｉ１１を０次光の強度Ｉ１０の５％より大きく１０％より小さくしている。これにより、良好なトラッキング信号を得ることができる。
【００２９】
また、前記回折構造を、以下の（８）式を満たすように形成することが好ましい。
０．０００９＜Ｉ２１／Ｉ２０＜０．０４２７    ・・・・・（８）
すなわち、第２の波長のレーザ光が回折構造を透過した場合に発生する１次光の強度Ｉ２１を０次光の強度Ｉ２０の０．９％より大きくする。これにより、第１の波長のレーザ光の光利用効率を９０％以上とすることができる。
【００３０】
さらに、前記回折構造を、前記透明基板の一方の表面に凸部と凹部とが周期的に配置された構造に形成するとともに、前記凸部を、少なくとも１層の誘電膜を前記透明基板上に成膜することにより形成してもよい。
また、前記凸部を、２種類以上の誘電膜が前記透明基板上に前記透明基板に対して略垂直な方向に積層されてなる誘電体多層膜から形成してもよい。
さらに、前記誘電体多層膜を、高屈折率材料から形成される前記誘電膜と、低屈折率材料から形成される前記誘電膜と、を交互に積層させることにより形成してもよい。
【発明の効果】
【００３１】
本発明により、光利用効率をより確実に向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の形態にかかるグレーティング素子の一例を模式的に示す側面図である。
【図２】本発明の実施の形態にかかる回折構造の一例を模式的に示す側面図である。
【図３】本発明の実施の形態にかかる回折構造の一例を模式的に示す側面図である。
【図４】従来の一般的なグレーティング素子が多層膜格子の回折構造を有する場合に、回折させるレーザ光に付与する位相シフト量を示すグラフである。
【図５】従来の一般的なグレーティング素子が多層膜格子の回折構造を有する場合に、回折させるレーザ光に付与する位相シフト量を示すグラフである。
【図６】回折させるレーザ光に発生させる位相差とＤｕｔｙとの関係を示すグラフである。
【図７】Ｄｕｔｙと回折させるレーザ光の光利用効率との関係を示すグラフである。
【図８】回折させるレーザ光の０次光強度Ｉ０、及び回折させるレーザ光の０次光強度Ｉ（０）に対する＋１次光の分光比（Ｉ（＋１）／Ｉ（０））と、Ｄｕｔｙとの関係を示すグラフである。
【図９】回折させるレーザ光の０次光強度Ｉ０、及び回折させるレーザ光の０次光強度Ｉ（０）に対する＋１次光の分光比（Ｉ（＋１）／Ｉ（０））と、Ｄｕｔｙとの関係を示すグラフである。
【図１０】本発明の実施の形態にかかるグレーティング素子が多層膜格子の回折構造を有する場合に、本来回折させるべきレーザ光に付与する位相シフト量を示すグラフである。
【図１１】位相シフト量φ１とＤｕｔｙＸとの関係を示すグラフである。
【図１２】位相シフト量φ２と０次光の強度Ｉ２０との関係を示すグラフである。
【図１３】位相シフト量φ２と１次光の強度Ｉ２１との関係を示すグラフである。
【図１４】本来回折させるべきレーザ光の光利用効率と、本来回折させるべきでないレーザ光に発生させる位相差との関係を示すグラフである。
【図１５】波長６６０ｎｍの分光比Ｉ１１／Ｉ１０が０．０６である場合に、実施例１にかかるグレーティング素子及び比較例１にかかるグレーティング素子を波長６６０ｎｍのレーザ光が透過した場合に発生する各回折光の強度を示すグラフである。
【図１６】波長６６０ｎｍの分光比Ｉ１１／Ｉ１０が０．０６である場合に、実施例１にかかるグレーティング素子及び比較例１にかかるグレーティング素子を波長７８５ｎｍのレーザ光が透過した場合に発生する各回折光の強度を示すグラフである。
【図１７】波長６６０ｎｍの分光比Ｉ１１／Ｉ１０が０．０７である場合に、実施例１にかかるグレーティング素子及び比較例１にかかるグレーティング素子を波長６６０ｎｍのレーザ光が透過した場合に発生する各回折光の強度を示すグラフである。
【図１８】波長６６０ｎｍの分光比Ｉ１１／Ｉ１０が０．０７である場合に、実施例１にかかるグレーティング素子及び比較例１にかかるグレーティング素子を波長７８５ｎｍのレーザ光が透過した場合に発生する各回折光の強度を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。
本発明の実施の形態にかかるグレーティング素子１００の一例を示す側面図を図１に示す。
図１に示すように、グレーティング素子１００は、透明基板１０１、透明基板１０２などを備えている。透明基板１０１の一方の表面には第１の回折構造１０３が形成されている。また、透明基板１０２の一方の表面には第２の回折構造１０４が形成されている。そして、透明基板１０１の第１の回折構造１０３が形成された表面と反対側の表面と、透明基板１０２の第２の回折構造１０４が形成された表面と反対側の表面とが、対向するように貼り合わされている。換言すれば、透明基板１０１と透明基板１０２とは、透明基板１０１の当該表面と透明基板１０２の当該表面とに略垂直な方向に積層されている。なお、第１の回折構造１０３が透明基板の一方の表面に形成され、第２の回折構造１０４が当該透明基板の他方の表面に形成されることにより、グレーティング素子１００が形成されていてもよい。
【００３４】
第１の回折構造１０３は、透明基板１０１の一方の表面に凸部１０５と凹部１０６とが周期的に配置された構造となっている。換言すれば、透明基板１０１の一方の表面に凸部１０５と凹部１０６とが交互に配置されている。
第２の回折構造１０４は、透明基板１０２の一方の表面に凸部１０７と凹部１０８とが周期的に配置された構造となっている。換言すれば、透明基板１０２の一方の表面に凸部１０７と凹部１０８とが交互に配置されている。
【００３５】
そして、図１に示すように、第１の回折構造１０３が主に回折させるレーザ光の波長と、第２の回折構造１０４が主に回折させるレーザ光の波長は異なっている。
具体的には、第１の回折構造１０３は、レーザ光Ｌ１を主に回折させる。また、図示しないが、第１の回折構造１０３は、レーザ光Ｌ１の波長とは異なる波長のレーザ光Ｌ２を若干回折させる。換言すれば、第１の回折構造１０３は、レーザ光Ｌ１をレーザ光Ｌ２よりも高い回折効率でｋ次（ｋ≠０）へ回折させる。さらに、第１の回折構造１０３は、レーザ光Ｌ２をほとんど回折させない。
また、第２の回折構造１０４は、レーザ光Ｌ２を主に回折させる。また、図示しないが、第２の回折構造１０４は、レーザ光Ｌ１を若干回折させる。換言すれば、第２の回折構造１０４は、レーザ光Ｌ２をレーザ光Ｌ１よりも高い回折効率でｋ次（ｋ≠０）へ回折させる。さらに、第２の回折構造１０４は、レーザ光Ｌ１をほとんど回折させない。
ここで、例えば、レーザ光Ｌ１の波長は、ＤＶＤ用のレーザ光の波長である６６０ｎｍであってもよい。また、レーザ光Ｌ２の波長は、ＣＤ用のレーザ光の波長である７８５ｎｍであってもよい。この場合、第１の回折構造１０３によりＤＶＤ用のレーザ光Ｌ１を回折させることができ、第２の回折構造１０４によりＣＤ用のレーザ光Ｌ２を回折させることができる。そのため、グレーティング素子１００を用いることにより、ＤＶＤ用のレーザ光Ｌ１とＣＤ用のレーザ光Ｌ２とを共通光路を用いて光ディスク（図示省略）に導くことが可能となる。
【００３６】
そして、第１の回折構造１０３は、レーザ光Ｌ１を回折して、主に、０次回折光と＋１次回折光と−１次回折光とを発生させる。また、第２の回折構造１０４は、レーザ光Ｌ２を回折して、主に、０次回折光と＋１次回折光と−１次回折光とを発生させる。
【００３７】
また、第１の回折構造１０３及び第２の回折構造１０４から出射されたレーザ光は、ピックアップレンズ（図示省略）によって、光ディスク（図示省略）の情報記録面に回折限界近くまで集光される。具体的には、ピックアップレンズは、グレーティング素子１００において生成された０次回折光、＋１次回折光、−１次回折光をそれぞれ光ディスクに集光する。そして、０次回折光は光ディスク上に信号再生用の光スポット（以下、メインスポットと称する。）を形成する。また、±１次回折光は光ディスク上にトラッキング信号生成用の光スポット（以下、サブスポットと称する。）を形成する。
【００３８】
そして、光ディスクの情報記録面で反射された０次回折光、＋１次回折光、−１次回折光は、ピックアップレンズを介して検出系（図示省略）に入射し、検出される。検出系は、当該０次回折光、＋１次回折光、−１次回折光を検出し、光電変換することによって、再生信号、フォーカスサーボ信号、トラックサーボ信号などを生成する。
【００３９】
次に、本発明の実施の形態にかかる第１の回折構造１０３及び第２の回折構造１０４について詳細に説明する。なお、以下の説明において、第１の回折構造１０３と第２の回折構造１０４とを特に区別せずに、単に回折構造と称して説明する。
図２及び図３は、本発明の実施の形態にかかる回折構造の一例を模式的に示す側面図である。
【００４０】
図２に示す回折構造２００は、透明基板２０１の一方の表面に、凸部２０２と凹部２０３とが周期的に配置された構造となっている。
同様に、図３に示す回折構造３００は、透明基板３０１の一方の表面に、凸部３０２と凹部３０３とが周期的に配置された構造となっている。
ここで、透明基板２０１、３０１としては、ガラス、石英、樹脂などにより形成された基板を使用することができる。
【００４１】
また、図２に示すように、凸部２０２は、１層の誘電膜が透明基板２０１上に成膜されることにより形成されている。凸部２０２を形成する誘電膜の材料としては、ＳｉＯ２、ＭｇＦ２、ＣａＦ２、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＺｒＯ２、Ｎｂ２Ｏ５などを用いることができる。なお、真空蒸着法やスパッタリング法を用いて、誘電膜を透明基板上に成膜することができる。特に、光学多層膜でよく用いられるイオンアシスト蒸着法やイオンビームスパッタリング法は、膜の平坦性及び膜厚を好適に制御できる。そのため、イオンアシスト蒸着法やイオンビームスパッタリング法を用いて、誘電膜を成膜することがより好ましい。
【００４２】
そして、透明基板２０１上に誘電膜を形成した後、フォトリソグラフィー法やドライエッチング法、イオンミリング法を用いて、凸部２０２及び凹部２０３を形成する。或いは、透明基板２０１上にフォトリソグラフィー法を用いてレジスト部を作成した後、誘電膜を成膜する。その後、レジストを取り除くことにより、凸部２０２及び凹部２０３を形成してもよい。
【００４３】
また、透明基板２０１の表面に紫外線硬化樹脂により凸部２０２を成形してもよい。或いは、透明基板２０１の表面に、ドライエッチング法などを用いて凸部２０２及び凹部２０３を形成してもよい。また、透明基板２０１の表面が凸部２０２及び凹部２０３を有する凹凸形状となるように、当該透明基板２００を射出成形してもよい。
【００４４】
また、図３に示すように、凸部３０２は、透明基板３０１上に成膜された誘電体多層膜を備えている。誘電体多層膜は、透明基板３０１上に２種類以上の誘電膜が当該透明基板３０１に略垂直な方向に積層されてなる。図３に示す回折構造３００では、１．８〜２．３程度の屈折率を有する誘電膜（高屈折率材料）と、１．３〜１．６程度の屈折率を有する誘電膜（低屈折率材料）とが交互に積層されて、誘電体多層膜が形成されている。高屈折率材料としては、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＺｒＯ２、Ｎｂ２Ｏ５などを使用することができる。低屈折率材料としては、ＳｉＯ２、ＭｇＦ２、ＣａＦ２などを使用することができる。
また、凸部２０２と同様の方法を用いて、透明基板３０１上に誘電体多層膜を成膜して、凸部３０２及び凹部３０３を形成することができる。
【００４５】
なお、以下の説明において、図２に示すような、凸部２０２が１層の誘電膜から形成される回折構造２００を単純矩形格子と称する。また、図３に示すような、凸部３０２が誘電体多層膜から形成される回折構造３００を多層膜格子と称する。
本発明の実施の形態にかかる回折構造は、単純矩形格子と多層膜格子の何れの構造であっても、光利用効率をより確実に向上することができる。
【００４６】
次に、従来、一般的に用いられているグレーティング素子の回折構造及びその問題点について説明する。
従来、一般的に用いられているグレーティング素子の回折構造では、回折させないレーザ光に付与する位相差が、当該レーザ光の波長の整数倍となっている。具体的には、一般的に用いられているグレーティング素子の回折構造では、通常、回折させないレーザ光に発生させる位相差は、１λ（λは、レーザ光の波長）となっている。これにより、回折させるレーザ光に付与する位相シフト量がある決まった値となってしまう。以下に具体例を示す。
【００４７】
表１に、従来の一般的なグレーティング素子が単純矩形格子の回折構造を有する場合に、回折させるレーザ光に付与する位相シフト量を示す。なお、表１において、回折させるレーザ光の波長は６６０ｎｍであり、回折させないレーザ光の波長は７８５ｎｍである。
表１に示すように、凸部がＳｉＯ２から形成される場合、格子深さ（凸部の高さ）を、回折させないレーザ光に付与する位相シフト量の絶対値を０（λ）となるような深さにした場合（すなわち、回折させないレーザ光に発生させる位相差を１λとなるような深さにした場合）、回折させるレーザ光に付与する位相シフト量の絶対値は、０．１９４（λ）となる。
また、凸部がＴａ２Ｏ５から形成される場合、格子深さ（凸部の高さ）を、回折させないレーザ光に付与する位相シフト量の絶対値を０（λ）となるような深さにした場合（すなわち、回折させないレーザ光に発生させる位相差を１λとなるような深さにした場合）、回折させるレーザ光に付与する位相シフト量の絶対値は、０．２０５（λ）となる。
【表１】
2011008186.tif 000003
【００４８】
また、図４に示すグラフに、従来の一般的なグレーティング素子が多層膜格子の回折構造を有する場合に、回折させるレーザ光に付与する位相シフト量を示す。当該回折構造では、高屈折率材料であるＴａ２Ｏ５から形成される誘電膜と、低屈折率材料であるＳｉＯ２から形成される誘電膜とが積層されている。なお、図４において、回折させるレーザ光の波長は６６０ｎｍであり、回折させないレーザ光の波長は７８５ｎｍである。
図４に示すグラフにおいて、紙面向かって左側の縦軸に各誘電膜の膜厚を示し、紙面向かって右側の縦軸に回折させるレーザ光に付与される位相シフト量を示し、横軸に凸部を形成する誘電体多層膜の全膜厚を示す。また、図４において、四角印はＳｉＯ２から形成される誘電膜の膜厚を示し、ひし形印はＴａ２Ｏ５から形成される誘電膜の膜厚を示し、三角印は回折させるレーザ光に付与される位相シフト量を示す。
図４に示すように、多層膜格子の回折構造を有するグレーティング素子においても、低屈折率材料から形成される誘電膜と高屈折率材料から形成される誘電膜との膜厚比に関係なく、回折させるレーザ光に付与される位相シフト量の絶対値は、おおよそ０．１９（λ）〜０．２（λ）程度の値となる。
【００４９】
また、表２に、従来の一般的なグレーティング素子が単純矩形格子の回折構造を有する場合に、回折させるレーザ光に付与する位相シフト量を示す。なお、表２において、回折させるレーザ光の波長は７８５ｎｍであり、回折させないレーザ光の波長は６６０ｎｍである。
表２に示すように、凸部がＳｉＯ２から形成される場合、格子深さ（凸部の高さ）を、回折させないレーザ光に付与する位相シフト量の絶対値を０（λ）となるような深さにした場合（すなわち、回折させないレーザ光に発生させる位相差を１λとなるような深さにした場合）、回折させるレーザ光に付与する位相シフト量の絶対値は、０．１６３（λ）となる。
また、凸部がＴａ２Ｏ５から形成される場合、格子深さ（凸部の高さ）を、回折させないレーザ光に付与する位相シフト量の絶対値を０（λ）となるような深さにした場合（すなわち、回折させないレーザ光に発生させる位相差を１λとなるような深さにした場合）、回折させるレーザ光に付与する位相シフト量の絶対値は、０．１７１（λ）となる。
【表２】
2011008186.tif 000004
【００５０】
また、図５に示すグラフに、従来の一般的なグレーティング素子が多層膜格子の回折構造を有する場合に、回折させるレーザ光に付与する位相シフト量を示す。当該回折構造では、高屈折率材料であるＴａ２Ｏ５から形成される誘電膜と、低屈折率材料であるＳｉＯ２から形成される誘電膜とが積層されている。なお、図５において、回折させるレーザ光の波長は７８５ｎｍであり、回折させないレーザ光の波長は６６０ｎｍである。
図５に示すグラフにおいて、紙面向かって左側の縦軸に各誘電膜の膜厚を示し、紙面向かって右側の縦軸に回折させるレーザ光に付与される位相シフト量を示し、横軸に凸部を形成する誘電体多層膜の全膜厚を示す。また、図５において、四角印はＳｉＯ２から形成される誘電膜の膜厚を示し、ひし形印はＴａ２Ｏ５から形成される誘電膜の膜厚を示し、三角印は回折させるレーザ光に付与される位相シフト量を示す。
図５に示すように、多層膜格子の回折構造を有するグレーティング素子においても、低屈折率材料から形成される誘電膜と高屈折率材料から形成される誘電膜との膜厚比に関係なく、回折させるレーザ光に付与される位相シフト量の絶対値は、おおよそ０．１６（λ）〜０．１７（λ）程度の値となる。
【００５１】
すなわち、表１並びに図４及び表２並びに図５に示すように、単純矩形格子の回折構造を有する場合、多層膜格子の回折構造を有する場合の何れの場合においても、回折させないレーザ光に付与する位相シフト量を０（λ）に固定してしまうと、回折させるレーザ光に付与する位相シフト量がある決まった値となってしまう。
【００５２】
そして、回折させないレーザ光に付与する位相シフト量が０（λ）に固定されている場合、回折させるレーザ光の１次光Ｉ１と０次光Ｉ０との分光比（Ｉ１／Ｉ０）と、回折させるレーザ光に発生させる位相差とが決定されると、回折構造のＤｕｔｙもある決まった値となってしまう。さらに、回折させるレーザ光の分光比Ｉ１／Ｉ０の値及びＤｕｔｙの値が決まると、回折構造の光利用効率もある決まった値となってしまう。以下に具体例を示す。
ここで、Ｄｕｔｙとは、図２及び図３に示すように、凸部２０２、３０２の幅をＷ、凸部２０２、３０２と凹部２０３、３０３との幅（ピッチ）をＰとした場合に、Ｗ／Ｐで表される値である。
【００５３】
図６に示すグラフに、回折させるレーザ光に発生させる位相差とＤｕｔｙとの関係を示す。図６において、回折させないレーザ光に発生させる位相差は１λである。すなわち、回折させないレーザ光に付与する位相シフト量は０（λ）である。また、図６に示すグラフにおいて、縦軸に回折させるレーザ光に付与される位相シフト量を示し、横軸にＤｕｔｙを示す。また、図６において、ひし形印は回折させるレーザ光の分光比Ｉ１／Ｉ０＝０．０６の場合を示し、四角印は回折させるレーザ光の分光比Ｉ１／Ｉ０＝０．０７の場合を示し、三角印は回折させるレーザ光の分光比Ｉ１／Ｉ０＝０．０８の場合を示す。また、一般に、良好なトラッキング信号を得るためには、分光比Ｉ１／Ｉ０の値は０．０５より大きく０．１より小さければよい。
図６に示すように、回折させないレーザ光に付与する位相シフト量が０（λ）に固定されている場合、回折させるレーザ光の分光比Ｉ１／Ｉ０と、回折させるレーザ光に発生させる位相差とが決定されると、回折構造のＤｕｔｙもある決まった値となってしまう。
【００５４】
また、図７に示すグラフに、Ｄｕｔｙと回折させるレーザ光の光利用効率との関係を示す。図７に示すグラフにおいて、縦軸に光利用効率を示し、横軸にＤｕｔｙを示す。また、図７において、ひし形印は回折させるレーザ光の分光比Ｉ１／Ｉ０＝０．０６の場合を示し、四角印は回折させるレーザ光の分光比Ｉ１／Ｉ０＝０．０７の場合を示し、三角印は回折させるレーザ光の分光比Ｉ１／Ｉ０＝０．０８の場合を示す。
図７に示すように、回折させるレーザ光の分光比Ｉ１／Ｉ０の値及びＤｕｔｙの値が決まると、回折構造の光利用効率もある決まった値となってしまう。また、Ｄｕｔｙが０．７５を超えると、所望の分光比において９０％以上の光利用効率が得られない場合がある。
【００５５】
表３に、回折させないレーザ光に発生させる位相差が１λであり（すなわち、回折させないレーザ光に付与する位相シフト量が０（λ）であり）、回折させるレーザ光の分光比Ｉ１／Ｉ０が０．０７である場合における、回折させるレーザ光に付与する位相シフト量、Ｄｕｔｙ、光利用効率を示す。また、表３では、回折させるレーザ光の波長が６６０ｎｍであり、回折させないレーザ光の波長が７８５ｎｍである場合と、回折させるレーザ光の波長が７８５ｎｍであり、回折させないレーザ光の波長が６６０ｎｍである場合とを例に挙げて示す。
表３に示すように、回折させるレーザ光の波長が６６０ｎｍであり、回折させないレーザ光の波長が７８５ｎｍであるとき、回折させないレーザ光に付与する位相シフト量が０（λ）に固定されると、回折させるレーザ光に付与する位相シフト量はおおよそ０．１９（λ）〜０．２（λ）という値に決まる。そして、回折させるレーザ光の分光比Ｉ１／Ｉ０が０．０７であるため、Ｄｕｔｙの値も０．７６〜０．８という値に決まる。これにより、光利用効率も０．８５〜０．９に決まってしまう。
また、回折させるレーザ光の波長が７８５ｎｍであり、回折させないレーザ光の波長が６６０ｎｍであるとき、回折させないレーザ光に付与する位相シフト量が０（λ）に固定されると、回折させるレーザ光に付与する位相シフト量はおおよそ０．１６（λ）〜０．１７（λ）という値に決まる。そして、回折させるレーザ光の分光比Ｉ１／Ｉ０が０．０７であるため、Ｄｕｔｙの値も０．７４〜０．７６という値に決まる。これにより、光利用効率も０．８９〜０．９１に決まってしまう。
【表３】
2011008186.tif 000005
【００５６】
したがって、回折させないレーザ光に付与する位相シフト量が０（λ）に固定した場合、回折させるレーザ光の分光比Ｉ１／Ｉ０を所望する値に決定すると、光利用効率の値もある値に決まってしまう。すなわち、光利用効率の向上を図ることが難しくなる。
【００５７】
また、図８及び図９に示すグラフに、回折させるレーザ光の０次光強度Ｉ０、及び回折させるレーザ光の０次光強度Ｉ（０）に対する＋１次光の分光比（Ｉ（＋１）／Ｉ（０））と、Ｄｕｔｙとの関係を示す。図８は、回折させるレーザ光に付与する位相シフト量φが０．２０（λ）である場合を示し、図９は、回折させるレーザ光に付与する位相シフト量φが０．１５（λ）である場合を示す。また、図８及び図９において、紙面向かって左側の縦軸に回折させるレーザ光の０次光の強度Ｉ（０）を示し、紙面向かって右側の縦軸に回折させるレーザ光の分光比（Ｉ（＋１）／Ｉ（０））を示し、横軸にＤｕｔｙを示す。また、図８及び図９において、四角印は回折させるレーザ光の０次光の強度Ｉ（０）を示し、丸印は回折させるレーザ光の分光比（Ｉ（＋１）／Ｉ（０））を示す。
図８と図９との比較から、回折させるレーザ光に付与する位相シフト量が小さいほど、Ｄｕｔｙの変動に伴う、回折させるレーザ光の０次光の強度Ｉ（０）及び分光比（Ｉ（＋１）／Ｉ（０））の変動を小さくすることができることがわかる。すなわち、回折させるレーザ光に付与する位相シフト量を小さくすることにより、Ｄｕｔｙの製造マージンを大きくすることができる。
【００５８】
また、図７に示すグラフから、Ｄｕｔｙが０．５に近いほど光利用効率が高くなることが分かる。また、図６に示すグラフから、回折させるレーザ光に付与する位相シフト量が小さいほど、Ｄｕｔｙを０．５に近い値とすることができることが分かる。すなわち、回折させるレーザ光に付与する位相シフト量を小さくすることにより、光利用効率も向上することができる。
しかし、表１並びに図４及び表２並びに図５に示すように、回折させないレーザ光に付与する位相シフト量を０（λ）に固定すると、回折させるレーザ光に付与される位相シフト量の値もおおよそ決まった値となってしまう。
【００５９】
そこで、本発明では、回折させたくないレーザ光に若干の位相シフト量を付与することにより、回折させるレーザ光に付与する位相シフト量を低減している。すなわち、回折させたくないレーザ光を若干回折させることにより、回折させるレーザ光に付与する位相シフト量を低減している。これにより、光利用効率の向上と、Ｄｕｔｙの製造マージンの向上を図っている。
【００６０】
具体的には、本発明の実施の形態にかかるグレーティング素子の回折構造は、第１の波長（λ１）のレーザ光を第１の波長とは異なる第２の波長（λ２）のレーザ光より高い回折効率でｋ次（ｋ≠０）へ回折させる。換言すれば、本発明の実施の形態にかかる回折構造は、本来回折させるべきレーザ光（第１の波長のレーザ光）を、本来回折させたくないレーザ光（第２の波長のレーザ光）よりも高い回折効率でｋ次（ｋ≠０）へ回折させる。
そして、本発明の実施の形態にかかる回折構造は、本来回折させるべきレーザ光に付与する位相シフト量をφ１（単位は波長λ１）、本来回折させたくないレーザ光（第２の波長のレーザ光）に付与する位相シフト量をφ２（単位は波長λ２）、当該回折構造のＤｕｔｙをＸとした場合に、以下の（１）式乃至（３）式を満たすように形成されている。
０．１＜｜φ１｜＜０．２    ・・・・・（１）
０．０＜｜φ２｜＜０．１    ・・・・・（２）
０．２５＜Ｘ＜０．７５    ・・・・・（３）
さらに、本実施形態にかかる回折構造は、以下の（４）式を満たすように形成されていることがより好ましい。
０．０１５＜｜φ２｜＜０．１    ・・・・・（４）
【００６１】
また、本発明の実施の形態にかかるグレーティング素子の回折構造は、本来回折させるべきレーザ光（第１の波長（λ１）のレーザ光）が当該回折構造を透過した場合に発生する０次光の強度、１次光の強度、２次光の強度をそれぞれＩ１０、Ｉ１１、Ｉ１２とし、本来回折させたくないレーザ光（第２の波長（λ２）のレーザ光）が当該回折構造を透過した場合に発生する０次光の強度、１次光の強度をそれぞれＩ２０、Ｉ２１とした場合に、以下の（５）式乃至（７）式を満たすように形成されている。
０．０５＜Ｉ１１／Ｉ１０＜０．１    ・・・・・（５）
０．０＜Ｉ２１／Ｉ２０＜０．０４２７    ・・・・・（６）
０≦Ｉ１２／Ｉ１１＜０．５    ・・・・・（７）
さらに、本実施形態にかかる回折構造は、以下の（８）式を満たすように形成されていることがより好ましい。
０．０００９＜Ｉ２１／Ｉ２０＜０．０４２７    ・・・・・（８）
【００６２】
ここで、（１）式乃至（３）式を満たすように回折構造を形成することは、（５）式乃至（７）式を満たすように回折構造を形成することとほぼ等価である。また、さらに（４）式を満たすように回折構造を形成することは、さらに（８）式を満たすように形成することとほぼ等価である。これについて、以下、説明する。
まず、本来回折させるべきレーザ光（第１の波長のレーザ光）に付与する位相シフト量をφ１（単位は波長λ１）と、ＤｕｔｙＸと、本来回折させるべきレーザ光が当該回折構造を透過した場合に発生する０次光の強度Ｉ１０及び１次光の強度Ｉ１１との間には、スカラー回折理論により、以下の（９）式が成り立つ。
2011008186.tif 000006
同様に、本来回折させたくないレーザ光（第２の波長のレーザ光）に付与する位相シフト量をφ２（単位は波長λ２）と、ＤｕｔｙＸと、本来回折させたくないレーザ光が当該回折構造を透過した場合に発生する０次光の強度Ｉ２０及び１次光の強度Ｉ２１との間には、スカラー回折理論により、以下の（１０）式が成り立つ。
2011008186.tif 000007
また、本来回折させるべきレーザ光（第１の波長のレーザ光）が当該回折構造を透過した場合に発生する１次光の強度Ｉ１１及び２次光の強度Ｉ１２と、ＤｕｔｙＸとの間には、スカラー回折理論により、以下の（１１）式が成り立つ。
2011008186.tif 000008
【００６３】
そして、（１）式及び（３）式を満たす位相シフト量φ１及びＤｕｔｙＸを（９）式に代入すると、（５）式を満たす分光比Ｉ１１／Ｉ１０が得られる。
また、（２）式及び（３）式を満たす位相シフト量φ２及びＤｕｔｙＸを（１０）式に代入すると、（６）式を満たす分光比Ｉ２１／Ｉ２０が得られる。
また、（３）式を満たすＤｕｔｙＸを（１１）式に代入すると、（７）式を満たす分光比Ｉ１２／Ｉ１１が得られる。
同様に、（４）式及び（３）式を満たす位相シフト量φ２及びＤｕｔｙＸを（１０）式に代入すると、（８）式を満たす分光比Ｉ２１／Ｉ２０が得られる。
【００６４】
そして、本発明の実施の形態にかかるグレーティング素子の回折構造２００、３００を設計する１つの方法では、まず、（５）式乃至（７）式を満たす分光比Ｉ１１／Ｉ１０、Ｉ２１／Ｉ２０、Ｉ１２／Ｉ１１を（９）式乃至（１１）式に代入することにより、ＤｕｔｙＸ、位相シフト量φ１、位相シフト量φ２を求める。ここで、求められたＤｕｔｙＸ、位相シフト量φ１、位相シフト量φ２は、（１）式乃至（３）式をほぼ満たす値となっている。そして、当該ＤｕｔｙＸが得られるように凸部の幅Ｗ及びピッチＰを決定する。また、当該位相シフト量φ１、位相シフト量φ２が得られるように、凸部の高さ（格子の深さ）を決定する。
【００６５】
また、本発明の実施の形態にかかるグレーティング素子の回折構造２００、３００を設計する他の方法では、まず、グレーティング素子の回折構造を（１）式乃至（３）式を満たすように設計する。次いで、当該回折構造のＤｕｔｙＸ、位相シフト量φ１、位相シフト量φ２を（９）式乃至（１１）式に代入することにより、分光比Ｉ１１／Ｉ１０、Ｉ２１／Ｉ２０、Ｉ１２／Ｉ１１を求める。そして、求めた分光比Ｉ１１／Ｉ１０、Ｉ２１／Ｉ２０、Ｉ１２／Ｉ１１が（５）式乃至（７）式を満たすか確認する。このように、（５）式乃至（７）式を満たすような回折構造を検索することにより、グレーティング素子を設計してもよい。
【００６６】
そして、（１）式乃至（３）式又は（５）式乃至（７）式を満たすように形成された回折構造２００、３００を有するグレーティング素子では、光利用効率をより確実に向上することができるとともに、Ｄｕｔｙの製造マージンを向上することができる。
【００６７】
例えば、表４に、本発明の実施の形態にかかるグレーティング素子が単純矩形格子の回折構造２００を有する場合に、本来回折させるべきレーザ光に付与する位相シフト量を示す。なお、表４において、本来回折させるべきレーザ光の波長（λ１）は６６０ｎｍであり、本来回折させたくないレーザ光の波長（λ２）は７８５ｎｍである。
表４に示すように、凸部２０２がＳｉＯ２から形成される場合、格子深さ（凸部２０２の高さ）を、本来回折させたくないレーザ光に付与する位相シフト量φ２の絶対値を０．０６（λ２）となるような深さにした場合（すなわち、本来回折させたくないレーザ光に発生させる位相差を０．９４λ２となるような深さにした場合）、本来回折させるべきレーザ光に付与する位相シフト量φ１の絶対値は、０．１２３（λ１）となる。
また、凸部２０２がＴａ２Ｏ５から形成される場合、格子深さ（凸部２０２の高さ）を、本来回折させたくないレーザ光に付与する位相シフト量φ２の絶対値を０．０６（λ２）となるような深さにした場合（すなわち、本来回折させたくないレーザ光に発生させる位相差を０．９４λ２となるような深さにした場合）、本来回折させるべきレーザ光に付与する位相シフト量φ１の絶対値は、０．１３３（λ１）となる。
【表４】
2011008186.tif 000009
【００６８】
また、図１０に示すグラフに、本発明の実施の形態にかかるグレーティング素子が多層膜格子の回折構造３００を有する場合に、本来回折させるべきレーザ光に付与する位相シフト量を示す。当該回折構造３００では、高屈折率材料であるＴａ２Ｏ５から形成される誘電膜と、低屈折率材料であるＳｉＯ２から形成される誘電膜とが積層されている。なお、図１０において、本来回折させるべきレーザ光の波長（λ１）は６６０ｎｍであり、本来回折させたくないレーザ光の波長（λ２）は７８５ｎｍである。
図１０に示すグラフにおいて、紙面向かって左側の縦軸に各誘電膜の膜厚を示し、紙面向かって右側の縦軸に回折させるレーザ光に付与される位相シフト量φ１を示し、横軸に凸部３０２を形成する誘電体多層膜の全膜厚を示す。また、図１０において、四角印はＳｉＯ２から形成される誘電膜の膜厚を示し、ひし形印はＴａ２Ｏ５から形成される誘電膜の膜厚を示し、三角印は回折させるレーザ光に付与される位相シフト量φ１を示す。
図１０に示すように、多層膜格子の回折構造３００を有するグレーティング素子においても、低屈折率材料から形成される誘電膜と高屈折率材料から形成される誘電膜との膜厚比に関係なく、本来回折させるべきレーザ光に付与される位相シフト量φ１の絶対値は、おおよそ０．１３（λ１）〜０．１３４（λ１）程度の値となる。
【００６９】
したがって、表１及び図４の場合と比べて、本来回折させたくないレーザ光に（２）式又は（４）式を満たす位相シフト量φ２を付与することにより、本来回折させるべきレーザ光に付与される位相シフト量φ１を低減することができる。これにより、光利用効率をより確実に向上することができるとともに、Ｄｕｔｙの製造マージンを向上することができる。
【００７０】
具体的には、位相シフト量φ２を０．０（λ２）より大きく０．１（λ２）より小さくすることにより、位相シフト量φ１を０．１（λ１）より大きく０．２（λ１）より小さくすることができる。
ここで、図１１に示すグラフに、位相シフト量φ１とＤｕｔｙＸとの関係を示す。図１１に示すグラフおいて、縦軸に位相シフト量φ１を示し、横軸にＤｕｔｙＸを示す。また、図１１において、ひし形印は本来回折させるべきレーザ光の分光比Ｉ１１／Ｉ１０＝０．０６の場合を示し、四角印は本来回折させるべきレーザ光の分光比Ｉ１１／Ｉ１０＝０．０７の場合を示し、三角印は本来回折させるべきレーザ光の分光比Ｉ１１／Ｉ１０＝０．０８の場合を示す。なお、一般に、良好なトラッキング信号を得るためには、分光比Ｉ１１／Ｉ１０の値は０．０５より大きく０．１より小さければよい。
【００７１】
図１１に示すように、位相シフト量φ１が０．２（λ１）以上となる場合、ＤｕｔｙＸが０．７５以上となってしまう。そのため、光利用効率が低下してしまう。しかし、本実施形態にかかるグレーティング素子では、位相シフト量φ１を０．２（λ１）より小さくすることができる。そのため、良好なトラッキング信号を得るための分光比において、光利用効率の低下を防止することができる。
さらに、図１１に示すように、位相シフト量φ１が０．１（λ１）以下となる場合、ＤｕｔｙＸをどのような値に設定しても、所望とする分光比を得ることができない。しかし、本実施形態にかかるグレーティング素子では、位相シフト量φ１が０．１（λ１）より大きくすることができる。そのため、Ｄｕｔｙを調節することにより、良好なトラッキング信号を得るための分光比を得ることができる。
【００７２】
また、図１２に示すグラフに、位相シフト量φ２と０次光の強度Ｉ２０との関係を示す。図１２に示すグラフおいて、縦軸に０次光の強度Ｉ２０を示し、横軸に位相シフト量φ２を示す。また、図１２において、ひし形印はＤｕｔｙが０．７である場合を示し、四角印はＤｕｔｙが０．７５である場合を示し、三角印はＤｕｔｙが０．８である場合を示す。
【００７３】
図１２に示すように、位相シフト量φ２が０．１（λ２）以上となると、本来回折させるべきでないレーザ光の０次光の強度Ｉ２０が９０％より小さくなってしまう。しかし、本発明の実施の形態にかかるグレーティング素子では、位相シフト量φ２を０．１（λ２）より小さくしている。これにより、本来回折させるべきでないレーザ光の０次光の強度Ｉ２０を９０％以上とすることができる。
【００７４】
また、図１３に示すグラフに、位相シフト量φ２と１次光の強度Ｉ２１との関係を示す。図１３に示すグラフにおいて、縦軸に１次光の強度Ｉ２１を示し、横軸に位相シフト量φ２を示す。また、図１３において、ひし形印はＤｕｔｙが０．７である場合を示し、四角印はＤｕｔｙが０．７５である場合を示し、三角印はＤｕｔｙが０．８である場合を示す。
【００７５】
図１３に示すように、位相シフト量φ２が０．１（λ２）以上となると、本来回折させるべきでないレーザ光の１次光の強度Ｉ２１を５％以下とすることが難しくなる。しかし、本発明の実施の形態にかかるグレーティング素子では、位相シフト量φ２を０．１（λ２）より小さくしている。これにより、本来回折させるべきでないレーザ光の１次光の強度Ｉ２１を５％以下とすることができる。
したがって、当該グレーティング素子の回折構造によって、本来回折させるべきでないレーザ光は若干回折されるが、この回折の程度を、不具合が生じない程度に抑えることができる。
【００７６】
また、図１４に示すグラフに、本来回折させるべきレーザ光の光利用効率と、本来回折させるべきでないレーザ光に発生させる位相差との関係を示す。図１４に示すグラフにおいて、縦軸に本来回折させるべきレーザ光の光利用効率を示し、横軸に本来回折させるべきでないレーザ光に発生させる位相差（単位は波長λ２）を示す。また、図１４において、三角印は本来回折させるべきレーザ光の分光比Ｉ１１／Ｉ１０＝０．０５の場合を示し、ひし形印は本来回折させるべきレーザ光の分光比Ｉ１１／Ｉ１０＝０．０６の場合を示し、四角印は本来回折させるべきレーザ光の分光比Ｉ１１／Ｉ１０＝０．０７の場合を示す。なお、図１４においては、グレーティング素子の回折構造は、凸部の構造が単一の硝材から構成される単純矩形格子であるとし、回折格子を構成する硝材の屈折率は波長により変わらないとした。
【００７７】
図１４に示すように、本来回折させるべきでないレーザ光に発生させる位相差が０．９８５（λ２）以上となると、本来回折させるべきレーザ光の光利用効率が９０％以下となってしまう。換言すれば、本来回折させるべきでないレーザ光に付与する位相シフト量φ２が０．０１５（λ２）以下となると、光利用効率が９０％以下になってしまう。
そのため、本発明にかかるグレーティング素子では、位相シフト量φ２を０．０１５（λ２）より大きくすることがより好ましい。
これにより、本来回折するべきレーザ光の光利用効率を９０％以上とすることができる。
【００７８】
［実施例１］
次に、本発明を適用した実施例１について説明する。実施例１にかかるグレーティング素子の回折構造により、波長６６０ｎｍのレーザ光（第１の波長（λ１）のレーザ光）が、波長７８５ｎｍのレーザ光（第２の波長（λ２）のレーザ光）より高い回折効率でｋ次（ｋ≠０）へ回折される。換言すれば、実施例１にかかるグレーティング素子により、本来回折されるべきレーザ光は波長６６０ｎｍのレーザ光であり、本来回折させたくないレーザ光は波長７８５ｎｍのレーザ光である。
実施例１にかかるグレーティング素子の透明基板はガラスから形成されており、回折構造の凸部はＳｉＯ２から形成されている。また、実施例１にかかるグレーティング素子の回折構造の凸部の高さ（格子深さ）は１．４９２μｍである。また、回折構造のピッチＰは、３０μｍである。
【００７９】
表５に、実施例１にかかるグレーティング素子の特性を示す。表５に示すように、レーザ光の波長が６６０ｎｍであるとき、凸部（格子部）の屈折率は１．５であり、透明基板の屈折率は１．５１１４である。また、レーザ光の波長が７８５ｎｍであるとき、凸部（格子部）の屈折率は１．４９７であり、透明基板の屈折率は１．５１１である。
また、表５に示すように、実施例１にかかるグレーティング素子の回折構造により、波長６６０ｎｍのレーザ光に付与される位相シフト量φ１は、０．１２３（λ１）である。また、実施例１にかかるグレーティング素子の回折構造により、波長７８５ｎｍのレーザ光に付与される位相シフト量φ２は、０．０５６（λ２）である。したがって、実施例１にかかるグレーティング素子の回折構造は、（１）式及び（２）式を満たしている。また、実施例１にかかるグレーティング素子の回折構造は、（４）式をさらに満たしている。
【表５】
2011008186.tif 000010
【００８０】
［比較例１］
次に、比較例１について説明する。比較例１にかかるグレーティング素子の回折構造により、波長６６０ｎｍのレーザ光（第１の波長（λ１）のレーザ光）が、波長７８５ｎｍのレーザ光（第２の波長（λ２）のレーザ光）より高い回折効率でｋ次（ｋ≠０）へ回折される。換言すれば、比較例１にかかるグレーティング素子により、本来回折されるべきレーザ光は波長６６０ｎｍのレーザ光であり、本来回折させたくないレーザ光は波長７８５ｎｍのレーザ光である。
比較例１にかかるグレーティング素子の透明基板はガラスから形成されており、回折構造の凸部はＳｉＯ２から形成されている。また、比較例１にかかるグレーティング素子の回折構造の凸部の高さ（格子深さ）は１．５７μｍである。また、回折構造のピッチＰは、３０μｍである。
【００８１】
表６に、比較例１にかかるグレーティング素子の特性を示す。表６に示すように、レーザ光の波長が６６０ｎｍであるとき、凸部（格子部）の屈折率は１．５であり、透明基板の屈折率は１．５１１４である。また、レーザ光の波長が７８５ｎｍであるとき、凸部（格子部）の屈折率は１．４９７であり、透明基板の屈折率は１．５１１である。
また、表６に示すように、比較例１にかかるグレーティング素子の回折構造により、波長６６０ｎｍのレーザ光に付与される位相シフト量φ１は、０．１８９（λ１）である。また、比較例１にかかるグレーティング素子の回折構造により、波長７８５ｎｍのレーザ光に付与される位相シフト量φ２は、０．００６（λ２）である。したがって、比較例１にかかるグレーティング素子の回折構造は、（１）式及び（２）式を満たしている。しかし、比較例１にかかるグレーティング素子の回折構造は、（４）式を満たしていない。
【表６】
2011008186.tif 000011
【００８２】
図１５に示すグラフに、波長６６０ｎｍの分光比Ｉ１１／Ｉ１０が０．０６である場合に、実施例１にかかるグレーティング素子及び比較例１にかかるグレーティング素子を波長６６０ｎｍのレーザ光が透過した場合に発生する各回折光の強度を示す。また、図１６に示すグラフに、波長６６０ｎｍの分光比Ｉ１１／Ｉ１０が０．０６である場合に、実施例１にかかるグレーティング素子及び比較例１にかかるグレーティング素子を波長７８５ｎｍのレーザ光が透過した場合に発生する各回折光の強度を示す。図１５及び図１６に示すグラフにおいて、縦軸に各回折光の強度を示し、横軸に回折次数を示す。また、図１５及び図１６において、白色の棒グラフは実施例を示し、黒色の棒グラフは比較例を示す。また、図１５及び図１６において、入射光の強度を１００％とし、各回折光の強度を入射光の強度に対する割合で示す。
【００８３】
図１５に示すように、実施例１にかかるグレーティング素子では、比較例１にかかるグレーティング素子に比べて、波長６６０ｎｍの０次光及び±１次光の強度が強くなっている。そのため、実施例１にかかるグレーティング素子の光利用効率は、比較例１にかかるグレーティング素子よりも向上している。なお、ここでは、光利用効率を、波長６６０ｎｍの入射光の強度に対する０次光及び±１次光の強度の割合とする。
また、図１６に示すように、実施例１にかかるグレーティング素子では、比較例１にかかるグレーティング素子に比べて、波長７８５ｎｍの０次光の強度が弱くなっている。また、実施例１にかかるグレーティング素子では、比較例１にかかるグレーティング素子に比べて、波長７８５ｎｍの±１次光の強度が強くなっている。しかしながら、実施例１にかかるグレーティング素子では、波長７８５ｎｍの０次光の強度は、入射光の強度の９０％以上となっている。また、波長７８５ｎｍの±１次光の強度は、入射光の強度の５％以下となっている。したがって、実施例１にかかるグレーティング素子の回折構造によって、本来回折させるべきでない波長７８５ｎｍレーザ光は若干回折されるが、この回折の程度は、不具合が生じない程度に抑えられている。
【００８４】
表７に、波長６６０ｎｍの分光比Ｉ１１／Ｉ１０が０．０６である場合に、実施例１にかかるグレーティング素子及び比較例１にかかるグレーティング素子で発生する各回折光の分光比を示す。表７に示すように、波長６６０ｎｍの分光比Ｉ１１／Ｉ１０が０．０６である場合、実施例１にかかるグレーティング素子のＤｕｔｙは約０．６８３であり、比較例１にかかるグレーティング素子のＤｕｔｙは約０．８０５である。したがって、実施例１にかかるグレーティング素子の回折構造は（３）式を満たしているが、比較例１にかかるグレーティング素子の回折構造は（３）式を満たしていない。
そして、表７に示すように、実施例１にかかるグレーティング素子では、波長６６０ｎｍの分光比Ｉ１１／Ｉ１０は（５）式を満たしている。また、実施例１にかかるグレーティング素子では、波長６６０ｎｍの分光比Ｉ１２／Ｉ１１は（７）式を満たしている。また、実施例１にかかるグレーティング素子では、波長７８５ｎｍの分光比Ｉ２１／Ｉ２０は（８）式を満たしている。
これに対し、比較例１にかかるグレーティング素子では、波長６６０ｎｍの分光比Ｉ１１／Ｉ１０は（５）式を満たしているが、波長６６０ｎｍの分光比Ｉ１２／Ｉ１１は（７）式を満たしていない。また、比較例１にかかるグレーティング素子では、波長７８５ｎｍの分光比Ｉ２１／Ｉ２０は（８）式を満たしていない。
【表７】
2011008186.tif 000012
【００８５】
また、図１７に示すグラフに、波長６６０ｎｍの分光比Ｉ１１／Ｉ１０が０．０７である場合に、実施例１にかかるグレーティング素子及び比較例１にかかるグレーティング素子を波長６６０ｎｍのレーザ光が透過した場合に発生する各回折光の強度を示す。また、図１８に示すグラフに、波長６６０ｎｍの分光比Ｉ１１／Ｉ１０が０．０７である場合に、実施例１にかかるグレーティング素子及び比較例１にかかるグレーティング素子を波長７８５ｎｍのレーザ光が透過した場合に発生する各回折光の強度を示す。図１７及び図１８に示すグラフにおいて、縦軸に各回折光の強度を示し、横軸に回折次数を示す。また、図１７及び図１８において、白色の棒グラフは実施例を示し、黒色の棒グラフは比較例を示す。また、図１７及び図１８において、入射光の強度を１００％とし、各回折光の強度を入射光の強度に対する割合で示す。
【００８６】
図１７に示すように、実施例１にかかるグレーティング素子では、比較例１にかかるグレーティング素子に比べて、波長６６０ｎｍの０次光及び±１次光の強度が強くなっている。そのため、実施例１にかかるグレーティング素子の光利用効率は、比較例１にかかるグレーティング素子よりも向上している。なお、ここでは、光利用効率を、波長６６０ｎｍの入射光の強度に対する０次光及び±１次光の強度の割合とする。
また、図１８に示すように、実施例１にかかるグレーティング素子では、比較例１にかかるグレーティング素子に比べて、波長７８５ｎｍの０次光の強度が弱くなっている。また、実施例１にかかるグレーティング素子では、比較例１にかかるグレーティング素子に比べて、波長７８５ｎｍの±１次光の強度が強くなっている。しかしながら、実施例１にかかるグレーティング素子では、波長７８５ｎｍの０次光の強度は、入射光の強度の９０％以上となっている。また、波長７８５ｎｍの±１次光の強度は、入射光の強度の５％以下となっている。したがって、実施例１にかかるグレーティング素子の回折構造によって、本来回折させるべきでない波長７８５ｎｍレーザ光は若干回折されるが、この回折の程度は、不具合が生じない程度に抑えられている。
【００８７】
表８に、波長６６０ｎｍの分光比Ｉ１１／Ｉ１０が０．０７である場合に、実施例１にかかるグレーティング素子及び比較例１にかかるグレーティング素子で発生する各回折光の分光比を示す。表８に示すように、波長６６０ｎｍの分光比Ｉ１１／Ｉ１０が０．０７である場合、実施例１にかかるグレーティング素子のＤｕｔｙは約０．６３であり、比較例１にかかるグレーティング素子のＤｕｔｙは約０．７９である。したがって、実施例１にかかるグレーティング素子の回折構造は（３）式を満たしているが、比較例１にかかるグレーティング素子の回折構造は（３）式を満たしていない。
そして、表８に示すように、実施例１にかかるグレーティング素子では、波長６６０ｎｍの分光比Ｉ１１／Ｉ１０は（５）式を満たしている。また、実施例１にかかるグレーティング素子では、波長６６０ｎｍの分光比Ｉ１２／Ｉ１１は（７）式を満たしている。また、実施例１にかかるグレーティング素子では、波長７８５ｎｍの分光比Ｉ２１／Ｉ２０は（８）式を満たしている。
これに対し、比較例１にかかるグレーティング素子では、波長６６０ｎｍの分光比Ｉ１１／Ｉ１０は（５）式を満たしているが、波長６６０ｎｍの分光比Ｉ１２／Ｉ１１は（７）式を満たしていない。また、比較例１にかかるグレーティング素子では、波長７８５ｎｍの分光比Ｉ２１／Ｉ２０は（８）式を満たしていない。
【表８】
2011008186.tif 000013
【００８８】
したがって、実施例１にかかるグレーティング素子では、（１）式乃至（３）式を満たすように回折構造が形成されている。これにより、実施例１にかかるグレーティング素子は、（５）式乃至（８）式を満たしている。そして、実施例１では、比較例１に比べて、波長６６０ｎｍのレーザ光の光利用効率をより向上することができている。
【符号の説明】
【００８９】
１００  グレーティング素子（光学素子）
１０１、１０２、２０１、３０１  透明基板
１０３  第１の回折構造（回折構造）
１０４  第２の回折構造（回折構造）
２００、３００  回折構造
１０５、１０７、２０２、３０２  凸部
１０６、１０８、２０３、３０３  凹部
【図１】
2011008186.tif 000014
【図２】
2011008186.tif 000015
【図３】
2011008186.tif 000016
【図４】
2011008186.tif 000017
【図５】
2011008186.tif 000018
【図６】
2011008186.tif 000019
【図７】
2011008186.tif 000020
【図８】
2011008186.tif 000021
【図９】
2011008186.tif 000022
【図１０】
2011008186.tif 000023
【図１１】
2011008186.tif 000024
【図１２】
2011008186.tif 000025
【図１３】
2011008186.tif 000026
【図１４】
2011008186.tif 000027
【図１５】
2011008186.tif 000028
【図１６】
2011008186.tif 000029
【図１７】
2011008186.tif 000030
【図１８】
2011008186.tif 000031