(57)【要約】      （修正有）【課題】反射型回折格子、及び、それを用いた分光器及びパルス整形器に関し、光の入射角を変更することで、広い波長域で高い回折効率を実現する反射型の回折格子の提供。【解決手段】反射型回折格子１は、入射光ＩＬを透過型の体積ホログラム層２で回折させ、体積ホログラム層２からの回折光（ＤＬｒ、ＤＬｂ、ＤＬｇ）を体積ホログラム層２と接している反射部材（ミラー３）で反射することによって光の入射角を変更し、広い波長域で高い回折効率を実現する【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を回折させる透過型ホログラム層と、
前記透過型ホログラム層と接触する反射部材と、
前記透過型ホログラム層で生じる回折光を反射する反射面と、
を含むことを特徴とする反射型回折格子。
【請求項２】
請求項１に記載の反射型回折格子において、
前記透過型ホログラム層は、前記入射光を波長毎に異なる方向に回折させることを特徴とする反射型回折格子。
【請求項３】
請求項１に記載の反射型回折格子において、
前記透過型ホログラム層は、前記反射面と平行な方向に、周期的な屈折率の変化を有することを特徴とする反射型回折格子。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の反射型回折格子において、
前記反射面と直交する方向の前記透過型ホログラム層の厚さは、使用波長の１０倍よりも薄いことを特徴とする反射型回折格子。
【請求項５】
請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載の反射型回折格子において、
前記反射部材は、ミラーであり、
前記ミラーは、前記透過型ホログラム層と接触する前記反射面を含み、
前記入射光は、前記反射面と接触する前記ホログラム層の第１面とは異なる面から、前記ホログラム層へ入射することを特徴とする反射型回折格子。
【請求項６】
請求項５に記載の反射型回折格子において、さらに、
前記ホログラム層を保護する保護部材を含み、
前記ホログラム層は、前記ミラーと前記保護部材に挟まれることを特徴とする反射型回折格子。
【請求項７】
請求項６に記載の反射型回折格子において、
前記ミラーの前記反射面は、金属膜であることを特徴とする反射型回折格子。
【請求項８】
請求項６に記載の反射型回折格子において、
前記ミラーの前記反射面は、誘電体多層膜であることを特徴とする反射型回折格子。
【請求項９】
請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載の反射型回折格子において、
前記反射部材は、全反射プリズムであり、
前記透過型ホログラム層は、
前記全反射プリズムと接触する第１面と、
前記反射面と、を含み、
前記入射光は、前記第１面から、前記ホログラム層へ入射することを特徴とする反射型回折格子。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の反射型回折格子を含むことを特徴とする分光器。
【請求項１１】
請求項１０に記載の分光器において、
前記反射型回折格子は、前記回折光を反射する反射面を有し、
前記入射光に対する前記反射面の傾き角が可変であることを特徴とする分光器。
【請求項１２】
請求項１０に記載の分光器において、
前記入射光の光路上に選択的に挿入される、複数の前記反射型回折格子を含み、
前記複数の反射型回折格子の各々は、前記回折光を反射し、且つ、前記入射光に対して傾き角が異なる、反射面を有することを特徴とする分光器。
【請求項１３】
請求項１２に記載の分光器において、
前記複数の反射型回折格子の各々は、同じ波長分散特性を有することを特徴とする分光器。
【請求項１４】
請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の反射型回折格子を含むことを特徴とするパルス整形器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射型回折格子、及び、それを用いた分光器及びパルス整形器に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、さまざまな種類の回折格子がスペクトル分割手段として広く用いられている。主要な回折格子としては、例えば、特許文献１に開示されるような、表面のレリーフ構造を利用して回折光を得る表面レリーフ回折格子や、特許文献２、特許文献３、及び特許文献４に開示されるような、内部の屈折率の周期的な変化を利用して回折光を得る体積ホログラム（ＶＰＨ）回折格子がある。
【０００３】
図１０は、特許文献１で開示されている、パルス光源１０１と、顕微鏡１０２と、プリチャープユニット１０３と、を含む装置の概略図である。図１０では、表面レリーフ回折格子である反射型ブレーズ回折格子（回折格子１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、及び１００ｄ）が、プリチャープユニット１０３内でスペクトル分割手段として用いられている。
【０００４】
図１１は、特許文献２で開示されている、回折格子装置の概念構成斜視説明図である。図１１では、ＶＰＨ回折格子である透過型回折格子２０１が、いわゆるグリズムとして構成された回折格子装置内の直角プリズム２０２と直角プリズム２０３の間に配置されている。
【０００５】
図１２は、特許文献３で開示されている、スペクトル分析器（spectral analyzer）に含まれるスペクトル分散器（spectrum disperser）の光学設計図である。図１２では、平面状の透過型回折格子３０１（ＶＰＨ回折格子）が、検出器アレイ３０２に至る光路中に配置された、レンズ３０３とレンズ群３０４の間に配置されている。
【０００６】
図１３は、特許文献４で開示されている、分光器（spectrograph）の概略図である。図１３では、ＶＰＨ回折格子である体積分散回折格子４０１（体積分散回折格子４０２）が、検出器４０３に至る光路中に配置されたターレット４０４上に、ミラー４０５（ミラー４０６）とともに、配置されている。
【０００７】
一般に、スペクトル分割手段として用いられる回折格子は、さまざまな波長の光を効率良く利用するために、広い波長域で高い回折効率を有することが望ましい。
【０００８】
しかしながら、表面リレーフ回折格子では、十分に高い回折効率を得ることは困難である。これは、表面リレーフ回折格子の１次回折光の回折効率が、一般的に最大でも７０％程度であり、最適波長（例えば、ブレーズ波長）からはずれるとさらに低下するからである。このため、特に、特許文献１で開示されるプリチャープユニット１０３のような複数回の回折が必要な装置で表面レリーフ回折格子を使用すると、装置全体としての透過率が著しく低下してしまう。
【０００９】
一方、ＶＰＨ回折格子は、表面リレーフ回折格子に比べて比較的高い回折効率を実現することが可能であり、１次回折光の回折効率は最大で９０％を上回ることもある。また、表面リレーフ回折格子では、最大の回折効率が得られる波長（以降、最適波長と記す。）は、入射角によってほとんど変化せず略一定であるのに対して、ＶＰＨ回折格子では、最適波長を調整することができる。具体的には、ＶＰＨ回折格子では、入射角と等しい角度で射出される光の波長で最大の回折効率が得られるため、入射角を所望の波長の１次回折光が射出される角度と略等しくなる様に変更することで、最適波長を任意に調整すること
ができる。
【００１０】
従って、ＶＰＨ回折格子を用いて最適波長を調整することで、ほぼすべての波長域で８０％以上の回折効率を実現することが可能であり、広い波長域で高い回折効率を実現することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第５９９５２８１号明細書
【特許文献２】特開２００６−１７８２２３号公報
【特許文献３】米国特許第７３１５３７１号明細書
【特許文献４】米国特許第６５８３８７３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献２、特許文献３、及び特許文献４で開示されるような、透過型のＶＰＨ回折格子を含む装置で最適波長を調整する場合、以下のような構造が必要となる。
【００１３】
特許文献２で開示される装置では、最適波長によらず光軸を一定に維持するためにＶＰＨ回折格子の前後に、プリズム（直角プリズム２０２、直角プリズム２０３）が必要である。また、最適波長を調整するために前後のプリズムを同時に回転させる構造が必要である
特許文献３で開示される装置では、ＶＰＨ回折格子の前後の光学系を傾けて光軸方向を変更する構造が必要である。
【００１４】
特許文献４で開示される装置では、検出波長毎に入射角が異なるＶＰＨ回折格子とミラーとからなるアセンブリを用意し、それらのアセンブリをターレットの回転により切り換える構造が必要である。
【００１５】
このように、透過型のＶＰＨ回折格子を用いる場合、最適波長毎にＶＰＨ回折格子への入射方向に対する射出方向が変化するため、その変化を許容するための構造が必要となり、装置の構成が複雑化する。
【００１６】
また、ＶＰＨ回折格子には、反射型のＶＰＨ回折格子も存在する。反射型のＶＰＨ回折格子では、入射光と同じ方向に反射される１次回折光で最大の回折効率が実現されるため、所望の波長に応じて反射型のＶＰＨ回折格子を回転させて入射角を変更した場合でも、入射方向に対する最適波長の射出方向は変化しない。このため、回折格子自体を回転させる構造など比較的簡単な構造を用いるだけで、最適波長を調整することができる。
【００１７】
しかしながら、従来の反射型のＶＰＨ回折格子は、ブラッグ回折のみを用いて反射光（回折光）を得るため、高い回折効率を得るためにホログラム層の厚さが回折させる光の波長の数十倍以上必要となり、したがってブラッグ条件を精度良く満たす必要がある。このため、透過型のＶＰＨ回折格子と比べて、極狭い波長域でしか高い回折効率が得られない。
【００１８】
従って、従来の反射型のＶＰＨ回折格子は、狭帯域ノッチフィルタなどでは利用されているが、一度に得られる回折光の波長域が狭すぎるため、最適波長を調整することで広い波長域で高い回折効率を実現するといった用途への利用は難しい。
以上のような実情を踏まえ、本発明では、光の入射角を変更することで広い波長域で高
い回折効率を実現する反射型の回折格子を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の第１の態様は、入射光を回折させる透過型ホログラム層と、透過型ホログラム層と接触する反射部材と、透過型ホログラム層で生じる回折光を反射する反射面と、を含む反射型回折格子を提供する。
【００２０】
本発明の第２の態様は、第１の態様に記載の反射型回折格子において、透過型ホログラム層は、入射光を波長毎に異なる方向に回折させる反射型回折格子を提供する。
【００２１】
本発明の第３の態様は、第１の態様に記載の反射型回折格子において、透過型ホログラム層は、反射面と平行な方向に、周期的な屈折率の変化を有する反射型回折格子を提供する。
【００２２】
本発明の第４の態様は、第２の態様または第３の態様に記載の反射型回折格子において、反射面と直交する方向の透過型ホログラム層の厚さは、使用波長の１０倍よりも薄い反射型回折格子を提供する。
【００２３】
本発明の第５の態様は、第２の態様乃至第４の態様のいずれか１つに記載の反射型回折格子において、反射部材は、ミラーであり、ミラーは、透過型ホログラム層と接触する反射面を含み、入射光は、反射面と接触するホログラム層の第１面とは異なる面から、ホログラム層へ入射する反射型回折格子を提供する。
【００２４】
本発明の第６の態様は、第５の態様に記載の反射型回折格子において、さらに、ホログラム層を保護する保護部材を含み、ホログラム層は、ミラーと保護部材に挟まれる反射型回折格子を提供する。
【００２５】
本発明の第７の態様は、第６の態様に記載の反射型回折格子において、ミラーの反射面は、金属膜である反射型回折格子を提供する。
【００２６】
本発明の第８の態様は、第６の態様に記載の反射型回折格子において、ミラーの反射面は、誘電体多層膜である反射型回折格子を提供する。
【００２７】
本発明の第９の態様は、第２の態様乃至第４の態様のいずれか１つに記載の反射型回折格子において、反射部材は、全反射プリズムであり、透過型ホログラムは、全反射プリズムと接触する第１面と、反射面と、を含み、入射光は、第１面から、ホログラム層へ入射する反射型回折格子を提供する。
【００２８】
本発明の第１０の態様は、第１の態様乃至第９の態様のいずれか１つに記載の反射型回折格子を含む分光器を提供する。
本発明の第１１の態様は、第１０の態様に記載の分光器において、反射型回折格子は、回折光を反射する反射面を有し、入射光に対する反射面の傾き角が可変である分光器を提供する。
本発明の第１２の態様は、第１０の態様に記載の分光器において、入射光の光路上に選択的に挿入される、複数の反射型回折格子を含み、複数の反射型回折格子の各々は、回折光を反射し、且つ、入射光に対して傾き角が異なる、反射面を有する分光器を提供する。
本発明の第１３の態様は、第１２の態様に記載の分光器において、複数の反射型回折格子の各々は、同じ波長分散特性を有する分光器を提供する。
本発明の第１４の態様は、第１の態様乃至第９の態様のいずれか１つに記載の反射型回折格子を含むパルス整形器を提供する。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、光の入射角を変更することで広い波長域で高い回折効率を実現する反射型の回折格子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】各実施例で用いられる反射型回折格子の構成を説明する図である。
【図２】各実施例で用いられる反射型回折格子の変形例の構成を説明する図である。
【図３】図１に例示される反射型回折格子の製造方法を説明するための図である。
【図４】図１に例示される反射型回折格子の他の製造方法を説明するための図である。
【図５】図１に例示される反射型回折格子のさらに他の製造方法を説明するための図である。
【図６】図２に例示される反射型回折格子の製造方法を説明するための図である。
【図７Ａ】実施例１に係る分光器の上面図である。
【図７Ｂ】実施例１に係る分光器の側面図である。
【図７Ｃ】実施例１に係る分光器の側面図である。
【図７Ｄ】実施例１に係る分光器の側面図である。
【図８Ａ】実施例２に係る分光器の上面図である。
【図８Ｂ】実施例２に係る分光器の側面図である。
【図９Ａ】実施例３に係るパルス整形器の上面概略図である。
【図９Ｂ】実施例３に係るパルス整形器の側面概略図である。
【図１０】従来技術に係るプリチャープユニットを含む装置の概略図である。
【図１１】従来技術に係る回折格子装置の概念構成斜視説明図である。
【図１２】従来技術に係るスペクトル分析器に含まれるスペクトル分散器の光学設計図である。
【図１３】従来技術に係る分光器の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
まず、はじめに、各実施例で用いられる反射型回折格子の構成について説明する。図１は、各実施例で用いられる反射型回折格子の構成を説明する図である。
【００３２】
図１に例示される反射型回折格子１は、入射光ＩＬを回折させる透過型の体積ホログラム層２と、体積ホログラム層２と接触して配置される反射部材であるミラー３と、体積ホログラム層２を保護する保護部材である保護ガラス４と、を含んでいる。また、ミラー３は、体積ホログラム層２で生じる回折光を反射する反射面ＲＰを含んでいる。
【００３３】
体積ホログラム層２とミラー３は接触し、境界面ＩＦを形成する。境界面ＩＦは、体積ホログラム層２の第１面と、ミラー３の反射面ＲＰと、で構成されている。つまり、ミラー３の反射面ＲＰは、体積ホログラム層２と接触している。
【００３４】
体積ホログラム層２は、ミラー３と保護ガラス４に挟まれていて、ミラー３の反射面ＲＰと平行な方向に周期的な屈折率の変化を有している。その結果、体積ホログラム層２は、特定の波長分散特性を有し、入射光ＩＬを波長毎に異なる方向に回折させることができる。
【００３５】
なお、体積ホログラム層２は、従来技術に係る透過型のＶＰＨ回折格子の体積ホログラム層と同様のものである。従って、体積ホログラム層２は、表面リレーフ回折格子に比べて比較的高い回折効率を有し、且つ、入射角と等しい角度で射出される波長の光で最大の回折効率を示す。
【００３６】
また、ホログラム層２へ入射した光は、反射面ＲＰを介してホログラム層を往復することになるため、体積ホログラム層２の厚さ、つまり、反射面ＲＰ（境界面ＩＦ）と直交する方向の幅は、従来の透過型のＶＰＨ回折格子のホログラム層の厚さの半分程度でよい。より具体的には、体積ホログラム層２の厚さは、スペクトル分割後に検出対象とする波長（以降、使用波長と記す。）の１０倍よりも薄い。また、ホログラム層の厚さが薄いほど、回折光は広い波長域を有する。このため、反射型回折格子１は、従来の反射型のＶＰＨ回折格子と比べて、回折する光の波長域が幅広く取れると同時に、回折格子自体を小型化することができる。
【００３７】
ミラー３の反射面ＲＰは、反射率の優れた材料により構成される。反射面ＲＰは、例えば、銀やアルミニウムなどの金属膜であってもよく、広い波長域で高い反射率を有するような高反射コーティングとして構成された誘電体多層膜であってもよい。また、ミラー３は、反射面ＲＰが特定の波長域で高い反射率を有する誘電体多層膜であるダイクロイックミラーであってもよい。
保護ガラス４は、体積ホログラム層２を保護する保護部材であるが、その表面に反射防止膜が形成されていてもよい。
【００３８】
入射光ＩＬは、ミラー３、体積ホログラム層２、保護ガラス４が積層された反射型回折格子１の保護ガラス４側から、反射型回折格子１に入射する。反射型回折格子１に入射した入射光ＩＬは、保護ガラス４との接触面、つまり、第１面（境界面ＩＦ）とは異なる面、から体積ホログラム層２に入射し、回折される。
【００３９】
体積ホログラム層２で回折された回折光は、体積ホログラム層２の第１面（境界面ＩＦ）からミラーに向けて射出され、ミラー３で反射される。このため、反射型回折格子１により得られる回折光は、体積ホログラム層２の波長分散特性によって定まる回折光の射出方向とは、境界面ＩＦを基準として対称な方向に射出される。つまり、図１に例示されるように、体積ホログラム層２が、赤の波長をＲ方向に、緑の波長をＧ方向に、青の波長をＢ方向に回折させる特性を有する場合であれば、赤、緑、青の波長の回折光ＤＬｒ、回折光ＤＬｇ、回折光ＤＬｂの各々は、境界面ＩＦを基準としてＲ方向、Ｇ方向、Ｂ方向と対称な方向に射出される。
【００４０】
なお、体積ホログラム層２の回折効率は、すでに上述したように、入射角と等しい角度で射出される波長の回折光で最大となるが、これはミラー３による反射後の回折光でも同様である。このため、図１に例示される反射型回折格子１では、入射光ＩＬの入射角に最も近い角度で射出される回折光ＤＬｇが最も回折効率が高く、以降、回折光ＤＬｒ、回折光ＤＬｂの順に回折効率が高い。
【００４１】
図１に例示される反射型回折格子１によれば、従来の透過型のＶＰＨ回折格子と同様に、光の入射角を変更することで広い波長域で高い回折効率を実現することができる。また、従来の反射型のＶＰＨ回折格子と同様に、最大の回折効率を実現する回折光を、常に入射光と同じ方向で且つ反対向きに射出することができる。このため、例えば、反射型回折格子１自体を反射型回折格子の面と平行で屈折率分布の周期的な変動方向と直交する回転軸で回転させる構造など、比較的簡単な構造を用いるだけで、最適波長を調整することができる。
図２は、各実施例で用いられる反射型回折格子の変形例の構成を説明する図である。
【００４２】
図２に例示される反射型回折格子５は、反射部材としてミラー３の代わりに全反射プリズム６を含んでいる点が、図１に例示される反射型回折格子１と異なっている。また、体積ホログラム層２が、体積ホログラム層２で生じる回折光を反射する反射面ＲＰを含んでいる点も異なっている。反射面ＲＰは、体積ホログラム層２の全反射プリズム６と接触す
る第１面（境界面ＩＦ）とは異なる面であり、且つ、第１面と平行な面である。なお、図２では、体積ホログラム層２を保護する保護部材は省略されているが、反射型回折格子５は保護部材を有してもよく、体積ホログラム層２は全反射プリズム６と保護部材に挟まれていてもよい。
【００４３】
体積ホログラム層２と全反射プリズム６は接触し、境界面ＩＦを形成する。境界面ＩＦは、体積ホログラム層２の第１面と、全反射プリズム６の斜面と、で構成されている。
【００４４】
入射光ＩＬは、体積ホログラム層２、全反射プリズム６が積層された反射型回折格子５の全反射プリズム６側から反射型回折格子５に入射する。反射型回折格子５に入射した入射光ＩＬは、全反射プリズム６の斜面と接触する体積ホログラム層２の第１面（境界面ＩＦ）から体積ホログラム層２に入射する。なお、全反射プリズムの屈折率は、体積ホログラム層２の屈折率に近い。このため、入射光ＩＬは、境界面ＩＦでほとんど反射することなく、体積ホログラム層２に入射し、回折される。
【００４５】
体積ホログラム層２で回折された回折光は、体積ホログラム層の反射面ＲＰ（体積ホログラム層の空気接触面であり、全反射面である。）で全反射される。このため、反射型回折格子５により得られる回折光も、体積ホログラム層２の波長分散特性によって定まる回折光の射出方向とは、反射面ＲＰを基準として対称な方向に射出される。
従って、図２に例示される反射型回折格子５によっても、反射型回折格子１と同様の効果を得ることができる。
図３は、図１に例示される反射型回折格子の製造方法を説明するための図である。
【００４６】
まず、図３（ａ）に例示されるように、後に体積ホログラム層２となる、ゼラチンなどのホログラム材料の両側面に保護ガラス４を配置する。そして、ホログラム材料に２方向からレーザ光である露光光ＥＬを照射する。なお、露光光ＥＬは、ホログラム材料の一方の側面に設けられた保護ガラス４を介して、ホログラム材料の法線に対して対称な２方向から入射することが望ましい。露光光ＥＬの照射よりホログラム材料上に干渉縞を生じる。その結果、図３（ｂ）に例示されるように、ホログラム材料の屈折率が周期的に変化し、体積ホログラム層２が形成される。最後に、図３（ｃ）に例示されるように、ホログラム材料の一方の側面に設けられた保護ガラス４を除去し、代わりに、ミラー３を配置することで、図３（ｄ）に例示される反射型回折格子１となる。
【００４７】
図４は、図１に例示される反射型回折格子の他の製造方法を説明するための図である。図５は、図１に例示される反射型回折格子のさらに他の製造方法を説明するための図である。
【００４８】
図４（ａ）に例示されるように、ホログラム材料をミラー３と保護ガラス４で挟んでから露光光ＥＬを照射して、体積ホログラム層２を形成してもよい。また、その場合、ミラー３の反射面での露光光ＥＬの反射を避けるために、図４（ｂ）に例示されるように、露光光ＥＬをミラー３の反射面と平行な２方向からホログラム材料に照射してもよい。
【００４９】
また、図５に例示されるように、ホログラム材料をダイクロイックミラー７と保護ガラス４で挟んでから露光光ＥＬを照射して、体積ホログラム層２を形成してもよい。広い波長域で高い反射率を有するミラー３の代わりに、露光光ＥＬを透過させる特性を有するダイクロイックミラー７を用いることで、ダイクロイックミラー７の反射面での露光光ＥＬの反射を避けることができる。
【００５０】
図２に例示される反射型回折格子５も図１に例示される反射型回折格子１とほぼ同様の方法により製造することができる。図６は、図２に例示される反射型回折格子の製造方法
を説明するための図である。
【００５１】
図６（ａ）に例示されるように、ホログラム材料と全反射プリズム６の積層後、全反射プリズム６側から露光光を照射し、体積ホログラム層２を形成してもよい。また、その場合、全反射プリズム６と体積ホログラム層２の境界面での露光光ＥＬの反射を避けるために、図６（ｂ）に例示されるように、露光光ＥＬを全反射プリズム６の全反射面と平行な２方向からホログラム材料に照射してもよい。
なお、図１に例示される反射型回折格子１及び反射型回折格子５の製造方法は、図３、図４、図５及び図６で例示される方法に限られない。
以下、図面を参照しながら、各実施例について説明する。
【実施例１】
【００５２】
図７Ａは、本実施例に係る分光器の上面図である。また、図７Ｂ、図７Ｃ、図７Ｄは、それぞれ異なる傾き角に変更された本実施例に係る分光器の側面図である。なお、図７Ａ、図７Ｂ、図７Ｃ、及び図７ＤのＸＹＺ座標系は、方向参照の便宜のために設けた右手直交座標系である。
【００５３】
図７Ａに例示される分光器１０は、体積ホログラム層２とミラー３と保護ガラス４を含む反射型回折格子１と、入射光ＩＬが通過する入射スリット１１と、入射光ＩＬを平行光に変換し回折光ＤＬを集光させるレンズ１２と、回折光を検出する検出器１３とを含んでいる。
【００５４】
入射スリット１１を通過した入射光ＩＬは、レンズ１２で平行光に変換されて反射型回折格子１に入射する。反射型回折格子１内部では、入射光ＩＬは体積ホログラム層２で回折され、体積ホログラム層２からの回折光ＤＬがミラー３の反射面で反射される。反射面を反射した回折光ＤＬは反射型回折格子１から射出され、レンズ１２により検出器１３に集光される。従って、波長毎に異なる方向に回折され反射された回折光は、検出器１３の受光面上のそれぞれ異なる領域に集光する。
【００５５】
なお、異なる領域に集光する複数の波長の回折光を同時に検出する場合には、検出器１３は、複数の受光素子が格子状またはライン状に並べられたエリアセンサ（２次元センサ）またはラインセンサ（１次元センサ）であることが望ましい。
【００５６】
また、分光器１０は、Ｙ軸と平行な回転軸を中心に反射型回折格子１を回転させる構造を有している。このため、分光器１０は、入射光ＩＬに対するミラー３の反射面の傾き角を任意に変更することができる。なお、回転軸は、レンズ１２の光軸と反射型回折格子１との交点を含むことが望ましい。
【００５７】
図７Ｂは、反射型回折格子１が回転し、入射光ＩＬの方向が緑の波長の回折光ＤＬｇの方向と一致した状態を示している。より厳密には、回転軸と直交するＸＺ平面上で入射光ＩＬの方向が緑の波長の回折光ＤＬｇの方向と一致した状態を示している。この場合、緑の波長が最大の回折効率が得られる最適波長であり、分光器１０は、回折光ＤＬｇを最も高い回折効率で検出することができる。
【００５８】
図７Ｃは、反射型回折格子１が回転し、入射光ＩＬの方向が赤の波長の回折光ＤＬｒの方向と一致した状態を示している。この場合、赤の波長が最大の回折効率が得られる最適波長であり、分光器１０は、回折光ＤＬｒを最も高い回折効率で検出することができる。
【００５９】
図７Ｄは、反射型回折格子１を、入射光ＩＬの方向が青の波長の回折光ＤＬｂの方向と一致する状態に回転した例を示している。この場合、青の波長が最大の回折効率が得られ
る最適波長であり、分光器１０は、回折光ＤＬｂを最も高い回折効率で検出することができる。
【００６０】
以上、本実施例に係る分光器１０によれば、光の入射角、つまり、反射型回折格子１へ入射する入射光ＩＬの反射面に対する角度、を変更することで、最適波長を任意に調整することができる。これにより、広い波長域で高い回折効率を実現することができる。また、本実施例に係る分光器１０では、反射型回折格子自身を回転させることで最適波長を調整することができるので、構成の複雑化や装置の大型化を抑制することができる。
【００６１】
なお、本実施例では、最適波長を赤、緑、青の３つに調整する例を示したが、特にこれに限られない。また、本実施例では、図１に例示される反射型回折格子１を含む分光器１０を例示したが特にこれに限られない。図２に例示される反射型回折格子５を含んでもよい。
【実施例２】
【００６２】
図８Ａは、本実施例に係る分光器の上面図である。図８Ｂは、本実施例に係る分光器の側面図である。なお、図８Ａ及び図８ＢのＸＹＺ座標系は、方向参照の便宜のために設けた右手直交座標系である。
【００６３】
図８Ａ及び図８Ｂに例示される分光器２０は、入射光ＩＬの光路上に選択的に挿入される３つの反射型回折格子（反射型回折格子１ａ、反射型回折格子１ｂ、反射型回折格子１ｃ）と、入射光ＩＬが通過する入射スリット１１と、入射光ＩＬを平行光に変換するレンズ２１と、回折光ＤＬを集光させるレンズ２２と、回折光を検出する検出器１３とを含んでいる。
【００６４】
本実施例に係る分光器２０は、反射型回折格子を回転させる構造の代わりに、３つの反射型回折格子のうちの１つを入射光ＩＬの光路上に選択的に挿入する構造を有する点が、実施例１に係る分光器１０と異なっている。
【００６５】
また、反射型回折格子１ａ、反射型回折格子１ｂ、及び反射型回折格子１ｃは、それぞれ、体積ホログラム層とミラーと保護ガラスを含む点は、実施例１に係る反射型回折格子１と同様である。ただし、反射型回折格子１ａ、反射型回折格子１ｂ、及び反射型回折格子１ｃは、同じ波長分散特性を有しているが、入射光ＩＬに対して傾き角が異なる反射面を有している。このため、それぞれ異なる最適波長を示す。
【００６６】
本実施例に係る分光器２０によれば、光路上に挿入される反射型回折格子を切り換えて入射光ＩＬの反射面に対する角度を変更することで、最適波長を任意に調整することができる。これにより、実施例１に係る分光器１０と同様に、広い波長域で高い回折効率を実現することができる。また、本実施例に係る分光器２０では、反射面の傾き角が予め調整され固定されているため、所望の波長を高精度に最適波長に一致させることができる。
【００６７】
なお、本実施例でも、図１に例示される反射型回折格子１を含む分光器１０を例示したが特にこれに限られない。図２に例示される反射型回折格子５を含んでもよい。また、本実施例では、３つの反射型回折格子を含む分光器２０を示したが、特にこれに限られない。反射型回折格子の数は複数であればよい。
【実施例３】
【００６８】
図９Ａは、本実施例に係るパルス整形器の上面概略図である。図９Ｂは、本実施例に係るパルス整形器の側面概略図である。なお、図９Ａ及び図９ＢのＸＹＺ座標系は、方向参照の便宜のために設けた右手直交座標系である。
【００６９】
本実施例に係るパルス整形器３０は、パルス光源３１と、顕微鏡３２と、プリチャープユニット３３と、を含んでいる。また、プリチャープユニット３３は、反射型回折格子３３ａ、反射型回折格子３３ｂ、反射型回折格子３３ｃと、反射型回折格子３３ｄを含んでいる。なお、反射型回折格子３３ａから反射型回折格子３３ｄは、上述した反射型回折格子１と同様の構成を有する。また、反射型回折格子３３ａから反射型回折格子３３ｄは、上述した反射型回折格子５と同様の構成を有してもよい。
【００７０】
本実施例に係るプリチャープユニット３３の回折方向は、図１０に例示される従来のプリチャープユニット１０３の回折方向に対して直交している。従って、図９Ｂに例示されるように、側面からプリチャープユニット３３を見ると、反射型回折格子の回折される最適波長（中心波長）の光は、プリチャープユニット３３へ入射する光と重なることになる。なお、図９Ａ及び図９Ｂでは、回折光の最長波長の光と最短波長の光のみが記載されていて、中心波長の光は省略されている。
【００７１】
本実施例によれば、プリチャープユニット３３が、従来の表面レリーフ回折格子の代わりに、上述した反射型回折格子１または反射型回折格子５を含むことで、プリチャープユニット３３の回折効率を改善することが可能である。その結果、本実施例に係るパルス整形器３０は、装置全体としての透過率の低下を抑制することができる。
【符号の説明】
【００７２】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ、５、３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ・・・反射型回折格子、２・・・体積ホログラム層、３・・・ミラー、４・・・保護ガラス、６・・・全反射プリズム、７・・・ダイクロイックミラー、１０、２０・・・分光器、１１・・・入射スリット、１２、２１、２２・・・レンズ、１３・・・検出器、３０・・・パルス整形器、ＩＬ・・・入射光、ＤＬ、ＤＬｒ、ＤＬｇ、ＤＬｂ・・・回折光、ＥＬ・・・露光光、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ・・・回折格子、３１、１０１・・・パルス光源、３２、１０２・・・顕微鏡、３３、１０３・・・プリチャープユニット、２０１、３０１・・・透過型回折格子、２０２、２０３・・・直角プリズム、３０２・・・検出器アレイ、３０３・・・レンズ、３０４・・・レンズ群、４０１、４０２・・・体積分散回折格子、４０３・・・検出器、４０４・・・ターレット、４０５、４０６・・・ミラー、ＩＦ・・・境界面、ＲＰ・・・反射面
【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７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図８Ａ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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