(57)【要約】【課題】広帯域の波長において略均一な回折効率が得られる回折格子を提供する。【解決手段】透明基板上に、第１の格子材料により断面が凸状に形成された第１の格子材料層と、第２の格子材料により前記第１の格子材料層を覆うように形成された第２の格子材料層を有して、光を透過し回折する回折格子であって、所定の波長範囲内の任意の波長λの光における前記第１の格子材料の屈折率ｎ１（λ）と、前記第２の格子材料の屈折率ｎ２（λ）との差をΔｎ（λ）、前記回折格子のピッチをＰとした場合に、Ｐ／λ＝０．６１×Δｎ（λ）−０．５９の関係を満たし、凸状に形成された前記第１の格子材料層の高さをｄとした場合に、０．７≦ｄ×Δｎ（λ）／λ≦１．２５であって、凸状に形成された前記第１の格子材料層の幅をＷとした場合に、０．２５≦Ｗ／Ｐ≦０．６５である回折格子を提供することにより上記課題を解決する。【選択図】  図１
2012068406.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板上に、第１の格子材料により断面が凸状に形成された第１の格子材料層と、第２の格子材料により前記第１の格子材料層を覆うように形成された第２の格子材料層を有して、光を透過し回折する回折格子であって、
所定の波長範囲内の任意の波長λの光における前記第１の格子材料の屈折率ｎ１（λ）と、前記第２の格子材料の屈折率ｎ２（λ）との差をΔｎ（λ）、前記回折格子のピッチをＰとした場合に、Ｐ／λ＝０．６１×Δｎ（λ）−０．５９の関係を満たし、
凸状に形成された前記第１の格子材料層の高さをｄとした場合に、０．７≦ｄ×Δｎ（λ）／λ≦１．２５であって、
凸状に形成された前記第１の格子材料層の幅をＷとした場合に、０．２５≦Ｗ／Ｐ≦０．６５である回折格子。
【請求項２】
前記回折格子の光が入射する側には透明基板が形成されており、
前記光の前記回折格子に対し垂直方向であって、前記第１の格子材料層が延びる方向を含む面を基準とした光の入射角度をθとした場合に、
前記波長範囲内の波長λＡの光において、ｄ×Δｎ（λＡ）／λＡ＝１であって、
前記波長範囲内の波長λＢの光において、θ＝０．５×ｓｉｎ−１（Ｐ／λＢ）であって、
前記波長λＡと前記波長λＢとは異なる波長である請求項１に記載の回折格子。
【請求項３】
前記波長範囲内の波長λＣの光において、ｄ×Δｎ（λＣ）／λＣ≧１であって、
前記波長λＢの光と前記波長λＣの光とは、λＣ＜λＢの関係にある請求項２に記載の回折格子。
【請求項４】
光を反射する基板上に、第１の格子材料により断面が凸状に形成された第１の格子材料層と、第２の格子材料により前記第１の格子材料層を覆うように形成された第２の格子材料層を有して、光を反射し回折する回折格子であって、
所定の波長範囲内の任意の波長λの光における前記第１の格子材料の屈折率ｎ１（λ）と、前記第２の格子材料の屈折率ｎ２（λ）との差をΔｎ（λ）、前記回折格子のピッチをＰとした場合に、Ｐ／λ＝０．６１×Δｎ（λ）−０．５９の関係を満たし、
凸状に形成された前記第１の格子材料層の高さをｄｈとした場合に、
０．３５≦ｄｈ×Δｎ（λ）／λ≦０．６２５であって、
凸状に形成された前記第１の格子材料層の幅をＷとした場合に、
０．２５≦Ｗ／Ｐ≦０．６５である回折格子。
【請求項５】
前記回折格子の光が入射する側には透明基板が形成されており、
前記光の前記回折格子に対し垂直方向であって、前記第１の格子材料層が延びる方向を含む面を基準とした光の入射角度をθとした場合に、
前記波長範囲内の波長λＡの光において、ｄｈ×Δｎ（λＡ）／λＡ＝０．５であって、
前記波長範囲内の波長λＢの光において、θ＝０．５×ｓｉｎ−１（Ｐ／λＢ）であって、
前記波長λＡと前記波長λＢとは異なる波長である請求項４に記載の回折格子。
【請求項６】
前記波長範囲内の波長λＣの光において、ｄｈ×Δｎ（λＣ）／λＣ≧０．５であって、
前記波長λＢの光と前記波長λＣの光とは、λＣ＜λＢの関係にある請求項５に記載の回折格子。
【請求項７】
前記回折格子の光が入射する側には透明基板が形成されており、
前記光の前記回折格子に対し垂直方向であって、前記第１の格子材料層が延びる方向を含む面を基準とした光の入射角度をθとした場合に、
０．５×ｓｉｎ−１（Ｐ／λ）−２．５＜θ＜０．５×ｓｉｎ−１（Ｐ／λ）＋１．５
である請求項１から６のいずれかに記載の回折格子。
【請求項８】
前記ピッチＰが０．８〜３μｍの範囲にある請求項１から７いずれかに記載の回折格子。
【請求項９】
前記回折格子に入射する光は、前記第１の格子材料層の延びる方向に対し、３０°から１５０°の角度で入射する請求項１から８のいずれかに記載の回折格子。
【請求項１０】
前記回折格子に入射させる光の下限の波長をλ１とし、上限の波長をλ２とした場合に、
前記ピッチＰは、１．６８×λ１≦Ｐであり、また、０．８４×λ２≦Ｐである請求項１から９のいずれかに記載の回折格子。
【請求項１１】
前記所定の波長範囲は可視光である請求項１から１０のいずれかに記載の回折格子。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれかに記載の回折格子を有することを特徴とする分光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回折格子及び分光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
回折格子は、光を分光するための素子として、分光分析機器等における分光装置の光スペクトルの解析等において広く用いられている。このような回折格子としては、断面が鋸波形状であるブレーズ回折格子、矩形形状の凹凸を形成した矩形形状の回折格子等が知られている。ブレーズ回折格子では、金型等を用いてブレーズ形状を正確に作製することが困難であることから、鋸波断面の凹部または凸部において形状だれが生じやすく、設計通りの回折格子を作製することは困難である。一方、矩形形状の凹凸を形成した矩形形状の回折格子では、フォトリソグラフィとドライエッチングにより、略設計通りの形状の回折格子を作製することができ、所望の良好な特性の回折格子を容易に得ることができる。そして、このような回折格子としては、光を透過し回折する透過型回折格子と、光を反射して回折する反射型回折格子とがあり、各々の回折格子は用途等に応じて使い分けられている。
【０００３】
また、分光装置に用いられる回折格子は、広い波長帯域の光に対して一定でかつ、特定の次数で回折する光の回折効率が高く安定な値であるほど、ノイズが少なく高感度の分析が可能となる。さらに、入射する光の偏光に対する回折効率の依存性が少ない方が、より安定に分析でき、好ましい。特許文献１に係る分光光学素子は、ガラス基板に、光学多層膜などの光学位相制御素子を積層し、さらにその上にラミナー型周期構造体などの（透過型）回折光学素子を積層した構造を有し、光学多層膜に用いる材料（屈折率）や膜厚を調整することによって、特定の波長帯域の光に対して、偏光モード（ＴＥ／ＴＭ）に依存せず、安定した回折効率が得られると報告されている。
【０００４】
また、特許文献１のように多層化させない構造として、特許文献２は、基板の１つの面に、互いに異なるブレーズ角を有する回折格子を複数の領域に設け、それぞれの領域において、異なる波長帯域の回折効率を高める構成とすることで、相補的に広い波長帯域の光に対して一様に安定した回折効率が得られると報告されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２０８３３１号公報
【特許文献２】特開２００７−４７６９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載の分光光学素子は、所望の特性を得るために多層膜の設計に合わせた構造となるように制御しなければならず、製造時に高い精度が要求される、という問題があった。さらに、特許文献１に記載の分光光学素子は、４０％以上もの高い１次回折効率を、入射光の波長依存性や偏光依存性の影響を少なくして得ることが困難であるという問題があった。また、特許文献２に記載の回折格子は、入射光に対する回折効率の偏光依存性は小さいが、例えば２００ｎｍ〜８００ｎｍの波長帯域において、これら複数の領域を合わせた全体の領域において、平均した（１次）回折効率は３５％程度であり、広帯域において高い回折効率が得られないという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の回折格子は、透明基板上に、第１の格子材料により断面が凸状に形成された第１の格子材料層と、第２の格子材料により前記第１の格子材料層を覆うように形成された第２の格子材料層を有して、光を透過し回折する回折格子であって、所定の波長範囲内の任意の波長λの光における前記第１の格子材料の屈折率ｎ１（λ）と、前記第２の格子材料の屈折率ｎ２（λ）との差をΔｎ（λ）、前記回折格子のピッチをＰとした場合に、Ｐ／λ＝０．６１×Δｎ（λ）−０．５９の関係を満たし、凸状に形成された前記第１の格子材料層の高さをｄとした場合に、０．７≦ｄ×Δｎ（λ）／λ≦１．２５であって、凸状に形成された前記第１の格子材料層の幅をＷとした場合に、０．２５≦Ｗ／Ｐ≦０．６５である。
【０００８】
また、本発明の回折格子は、前記回折格子の光が入射する側には透明基板が形成されており、前記光の前記回折格子に対し垂直方向であって、前記第１の格子材料層が延びる方向を含む面を基準とした光の入射角度をθとした場合に、前記波長範囲内の波長λＡの光において、ｄ×Δｎ（λＡ）／λＡ＝１であって、前記波長範囲内の波長λＢの光において、θ＝０．５×ｓｉｎ−１（Ｐ／λＢ）であって、前記波長λＡと前記波長λＢとは異なる波長である。
【０００９】
また、本発明の回折格子は、前記波長範囲内の波長λＣの光において、ｄ×Δｎ（λＣ）／λＣ≧１であって、前記波長λＢの光と前記波長λＣの光とは、λＣ＜λＢの関係にある。
【００１０】
また、本発明の回折格子は、光を反射する基板上に、第１の格子材料により断面が凸状に形成された第１の格子材料層と、第２の格子材料により前記第１の格子材料層を覆うように形成された第２の格子材料層を有して、光を反射し回折する回折格子であって、所定の波長範囲内の任意の波長λの光における前記第１の格子材料の屈折率ｎ１（λ）と、前記第２の格子材料の屈折率ｎ２（λ）との差をΔｎ（λ）、前記回折格子のピッチをＰとした場合に、Ｐ／λ＝０．６１×Δｎ（λ）−０．５９の関係を満たし、凸状に形成された前記第１の格子材料層の高さをｄｈとした場合に、０．３５≦ｄｈ×Δｎ（λ）／λ≦０．６２５であって、凸状に形成された前記第１の格子材料層の幅をＷとした場合に、０．２５≦Ｗ／Ｐ≦０．６５である。
【００１１】
また、本発明の回折格子は、前記回折格子の光が入射する側には透明基板が形成されており、前記光の前記回折格子に対し垂直方向であって、前記第１の格子材料層が延びる方向を含む面を基準とした光の入射角度をθとした場合に、前記波長範囲内の波長λＡの光において、ｄｈ×Δｎ（λＡ）／λＡ＝０．５であって、前記波長範囲内の波長λＢの光において、θ＝０．５×ｓｉｎ−１（Ｐ／λＢ）であって、前記波長λＡと前記波長λＢとは異なる波長である。
【００１２】
また、本発明の回折格子は、前記波長範囲内の波長λＣの光において、ｄｈ×Δｎ（λＣ）／λＣ≧０．５であって、前記波長λＢの光と前記波長λＣの光とは、λＣ＜λＢの関係にある。
【００１３】
また、本発明の回折格子は、前記回折格子の光が入射する側には透明基板が形成されており、前記光の前記回折格子に対し垂直方向であって、前記第１の格子材料層が延びる方向を含む面を基準とした光の入射角度をθとした場合に、０．５×ｓｉｎ−１（Ｐ／λ）−２．５＜θ＜０．５×ｓｉｎ−１（Ｐ／λ）＋１．５である。
【００１４】
また、本発明の回折格子は、前記ピッチＰが０．８〜３μｍの範囲にある。
【００１５】
また、本発明の回折格子は、前記回折格子に入射する光は、前記第１の格子材料層の延びる方向に対し、３０°から１５０°の角度で入射する。
【００１６】
また、本発明の回折格子は、前記回折格子に入射させる光の下限の波長をλ１とし、上限の波長をλ２とした場合に、前記ピッチＰは、１．６８×λ１≦Ｐであり、また、０．８４×λ２≦Ｐである。
【００１７】
また、本発明の回折格子は、前記所定の波長範囲は可視光である。
【００１８】
さらに、本発明の分光装置は、前記記載の回折格子を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、広い波長帯域において、偏光依存性が小さくかつ、高い１次回折効率を得ることのできる回折格子及び分光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１の実施の形態における回折格子の構成図
【図２】第１の実施の形態における回折格子の回折効率特性図（１）
【図３】図２において用いられた回折格子の屈折率差ΔｎとＰ／λとの相関図
【図４】第１の実施の形態における回折格子の回折効率特性図（２）
【図５】図２において用いられた回折格子のピッチＰと回折格子の高さｄとの相関図
【図６】第１の実施の形態における回折格子の回折効率特性図（３）
【図７】第１の実施の形態における回折格子の回折効率特性図（４）
【図８】第１の実施の形態における回折格子の回折効率特性図（５）
【図９】第１の実施の形態における回折格子の回折効率特性図（６）
【図１０】第１の実施の形態における回折格子の回折効率特性図（７）
【図１１】第２の実施の形態における回折格子の回折効率特性図（１）
【図１２】第２の実施の形態における回折格子の回折効率特性図（２）
【図１３】第３の実施の形態における回折格子の構成図
【図１４】実施例１における回折格子の回折効率特性図
【図１５】実施例２における回折格子の回折効率特性図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明を実施するための形態について、以下に説明する。
【００２２】
〔第１の実施の形態〕
（回折格子）
第１の実施の形態における回折格子について説明する。本実施の形態における回折格子は、透過型回折格子である。図１（ａ）に基づき、本実施の形態における回折格子について説明する。
【００２３】
本実施の形態における回折格子は、第１の透明基板１１上に、第１の格子材料層１２、第２の格子材料層１３、第２の透明基板１４が形成されている。第１の透明基板１１及び、第２の透明基板１４は、第１の格子材料層１２及び第２の格子材料層１３により形成される回折格子部１５を担持することを目的とするものであり、第１の透明基板１１または第２の透明基板１４のどちらか一方のみを形成したものであってもよい。尚、回折格子部１５は、第１の透明基板１１上にＺ軸方向に延びるストライプ状に形成された凸状の第１の格子材料層１２がＸ軸方向に周期的にピッチＰで配置され、凸状の第１の格子材料層１２の全面を覆うように形成された第２の格子材料層１３により形成される。凸状の第１の格子材料層１２の断面形状は、矩形や両壁面の傾斜が略等しい台形であってもよい。とくに、図１（ａ）において、第１の格子材料層１２の壁面と第１の透明基板１１面の法線と、がなす角度をテーパー角とすると、テーパー角は０度より大きい場合であってもよい。尚、以下、とくに説明が無い場合、テーパー角は０度として考える。
【００２４】
第１の透明基板１１および第２の透明基板１４は、分光する光を透過する材料であればガラス、石英基板等の無機材料または、ポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ：Poly Methyl Methacrylate）等の有機材料のいずれであってもよい。また、第１の透明基板１１および第２の透明基板１４の表面、即ち、回折格子部１５が形成される面とは反対側の面には、第１の透明基板１１および第２の透明基板１４の表面における反射を防止するため、不図示の反射防止膜が形成されていることが好ましい。
【００２５】
回折格子部１５を構成する第１の格子材料層１２及び第２の格子材料層１３は、異なる屈折率の材料の組み合わせにより形成されている。そして、１次回折効率を０．４以上とする対象である、任意の波長λを与え、波長λの光に対する、第１の格子材料層１２の屈折率と第２の格子材料層１３の屈折率との差を、Δｎ（λ）とする。このとき、
０．６１×Δｎ（λ）−０．５９＝Ｐ／λ                    ・・・  （１）
が成り立つように設計するとよい。尚、Δｎ（λ）は、正の値であって、上記の式（１）が成立することの有効性については、以降の回折効率特性、において詳しく述べる。
【００２６】
また、Δｎ（λ）の波長分散特性、つまり、入射する光の波長が変化したときのΔｎ（λ）の変化量は、対象とする光の波長範囲において、大きく変化しないことが好ましい。ここで、波長λと、波長λとは異なる波長λ´と、を与えるとき、
｜Δｎ（λ）−Δｎ（λ´）｜≦０．５×Δｎ（λ）        ・・・  （２）
が成立するように設計するとよい。尚、上記の式（２）が成立することの有効性についても、以降の回折効率特性、において詳しく述べる。
【００２７】
上記のような関係にするには、波長λの光における、第１の格子材料層１２の屈折率をｎ１（λ）、第２の格子材料層１３の屈折率をｎ２（λ）とし、さらに、ｎ１（λ）＜ｎ２（λ）を満足する、以下のような材料の組み合わせとすることが好ましい。まず、第１の格子材料層１２には、分子内に、二重結合または三重結合、シリコン原子、フッ素原子等を含む透明性の樹脂材料、または、酸化チタン、酸化二オブ、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の透明性の無機材料、もしくは、これらを含む複合材料が好ましい。その理由として、これらの材料は、アッベ数を低く、かつ、屈折率を低くすることができるからである。
【００２８】
一方、第２の格子材料層１３には、分子内にアルカン系の構造、硫黄、ダイアモンド構造に近い構造等を含む透明性の樹脂材料を用いることが好ましい。また、透明性の無機材料の場合、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化ジルコニア、酸化イットリウム、ＳｉＯＮ等を含む材料が好ましく、これらを含む複合材料であってもよい。
【００２９】
尚、回折格子部１５は、断面が凸状の第１の格子材料層１２が形成されており、この第１の格子材料層１２は高さがｄであり、幅がＷであり、形成される回折格子のピッチ（第１の格子材料層１２のピッチ）がＰで形成されている。また、入射光は、本実施の形態における透明基板１１、１４の面に対し垂直方向であって、第１の格子材料層１２が延びる方向を含む面を基準とし、入射角度θで光を入射させる。即ち、入射角度θは、回折格子においてＹＺ面を基準として光を入射させる角度である。
【００３０】
また、本実施の形態における回折格子に入射する光は、第１の格子材料層１２の延びる方向に対し、３０°から１５０°の角度で入射するとよく、４５°から１３５°の角度で入射すると好ましく、６０°から１２０°の角度で入射するとより好ましい。即ち、図１（ｂ）は、本実施の形態における回折格子を、第１の格子材料層１２の長手方向に沿った断面を示した図であり、光は、ＸＺ平面を基準として、図１（ｂ）のΨの角度が３０°から１５０°で入射されるとよい。このように本実施の形態における回折格子としての機能が有効に発揮されるためには、所定の角度で光を入射させる必要がある。尚、上記の角度で入射させることの有効性については、以降の回折効率特性、において詳しく述べる。
【００３１】
（製造方法）
次に、本実施の形態における回折格子の製造方法について説明する。
【００３２】
最初に、第１の透明基板１１上に、第１の格子材料層１２を形成する。具体的には、第１の透明基板１１上に第１の格子材料層１２を構成する格子材料膜を形成する。この格子材料膜は、真空蒸着、スパッタリング、化学気相成長（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）、スピンコート等により形成される。この後、フォトレジストを塗布し、プリベーク、露光装置による露光及び現像を行うことによりレジストパターンを形成し、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）により、レジストパターンの形成されていない領域の格子材料膜を除去することにより、凸状の第１の格子材料層１２を形成する。この後、第１の格子材料層１２の全面を覆うように、第２の格子材料層１３を塗布、蒸着、スパッタ成膜等により形成する。これにより、第１の格子材料層１２の間の凹状の部分は第２の格子材料層１３を構成する材料により埋め込まれる。更に、第２の格子材料層１３を平坦化し、この上に、第２の透明基板１４を形成することにより、本実施の形態における回折格子が形成される。
【００３３】
（回折効率特性）
次に、本実施の形態における回折格子における特性について説明する。以下、回折格子を設計する条件として、入射光の偏光状態、回折格子を構成する２つの材料の屈折率差Δｎ（λ）および波長分散特性、回折格子のピッチＰと高さｄとの関係、デューティ比Ｗ／Ｐ、入射光の入射角度、第１の格子材料層１２のテーパー角について考える。
【００３４】
図２は、第１の格子材料層１２を形成する材料の屈折率ｎ１（λ）と、第２の格子材料層１３を形成する材料の屈折率ｎ２（λ）との屈折率差Δｎ（λ）を変えた場合において、可視光領域である０．４μｍから０．８μｍの波長範囲における光の１次回折効率の特性を示すものである。このうち、図２（ａ）は、透明基板１４の表面に相当する反射面と直交する入射面、に垂直なＴＥ波における１次回折効率の特性、図２（ｂ）は、その入射面に平行なＴＭ波における１次回折効率の特性を示す。また、１次回折効率は以下、単に「回折効率」と表現する。尚、図２（ａ）、図２（ｂ）の括弧内は、後述するように最適化された回折格子の１周期分の長さであるピッチＰを示す。
【００３５】
また、このとき、デューティ比（第１の格子材料層１２の幅Ｗ／第１の格子材料層１２のピッチＰ）Ｗ／Ｐは、０．５としている。そして、この場合、屈折率差Δｎ（λ）を与える基準となる光の波長は、Ｄ線であり、第１の回折格子層１２を形成する材料のＤ線における屈折率（ｎＤ１）を１．４６とし、第２の回折格子層１３を形成する材料のＤ線における屈折率（ｎＤ２）を、１．７６、１．７１、１．６６、１．５６、１．４９、１．４７５、１．４６７５をそれぞれ与えることで、Ｄ線における屈折率差Δｎ（λ）をそれぞれ、０．３〜０．００７５を与え、さらに、Δｎ（λ）は所定の波長範囲となる０．４〜０．８μｍの間で略等しい値として設定している。
【００３６】
図２（ａ）、図２（ｂ）の特性より、このときの回折効率は、入射光の偏光依存性が小さいことがわかる。偏光依存性としては、所定の波長範囲の光に対する回折効率の差が、ＴＥ波とＴＭ波と、で０．２以内であることが好ましく、０．１以内であればより好ましい。尚、Δｎ（λ）は、λに依存しない場合、単にΔｎと表現することもある。そして、Ｄ線は、５８９．２ｎｍの波長とした。
【００３７】
また、形成される第１の格子材料層１２の高さｄ、回折格子のピッチＰ、光の入射角度θは、表１に示すように各々の屈折率差Δｎに対応して最適化されている。尚、このとき、図１（ｂ）に基づく光の入射角度ψは９０°とする。
【００３８】
【表１】
2012068406.tif 000003
ここで、屈折率差Δｎと、Ｐ／λとの関係を考え、横軸にΔｎ、縦軸にＰ／λを与えたときの関係を図３に示す。表１における７点は、図３における白丸の各点に相当する。そして、図３の実線は、上記の式（１）の左辺のΔｎ（λ）を０．００５〜０．３の範囲で与えてλ／Ｐを計算した結果である。これより、上記の７点は、いずれも式（１）の特性をほぼ満足することがわかる。また、上記７点は、いずれもλをＤ線として与えたものであるが、式（１）のΔｎ（λ）のλは、高い回折効率を得る所定の波長範囲内の任意の波長であるので、例えば、この場合、少なくともＤ線付近の波長の光において、式（１）を満足する条件が与えられる。また、この場合、波長範囲を、可視光領域を含む０．４〜０．８μｍとしたが、これに限らず、波長範囲を適宜設定することができる。そして、その場合でも、式（１）のΔｎ（λ）のλは、少なくとも０．４以上の回折効率を得る波長を設定するとよい。
【００３９】
次に、所定の波長範囲において高い回折効率を得るために、回折格子部１５を構成する２つの材料の、屈折率の波長分散特性について考える。図４は、回折格子に入射する光の波長と回折効率との関係を、Δｎ（λ）を変えて計算したものである。具体的に、回折格子は、ピッチＰを１．２μｍ、第１の格子材料層１２の高さｄを３．７μｍ、入射角度θを１２．５°、入射角度ψを９０°とし、入射する光の波長が６４２．５ｎｍのときのΔｎ（λ）が０．１５のときに回折効率が最大となるように設計したものである。尚、図４を含め、以下、回折効率に関する特性を示すグラフは、とくに説明がない場合、ＴＥ波の光とＴＭ波の光の成分が略同じ光として入射した場合の、回折効率を示すものとする。言い換えると、ＴＥ波の光に対する回折効率と、ＴＭ波の光に対する回折効率と、が異なる偏光依存性を有する場合、その平均した回折効率を表すものとする。
【００４０】
ここで、仮に、０．４〜０．８μｍの波長範囲で、Δｎ（λ）が０．１５と一定である場合は、いずれの波長の光に対しても、０．６以上の高い回折効率を示す。そして、Δｎ（λ）を０．１５から変化させたとき、図４に示すようにΔｎ（λ）が０．１５のときに比べると概ね、回折効率は低く推移する。実際には、回折格子部１５を構成する２つの材料の組み合わせや、高い回折効率を得る波長範囲の設定により、Δｎ（λ）が一定とならない場合がある。ここで、０．４〜０．８μｍの波長範囲のうち、Δｎ（λ）が０．０７５〜０．２２５の範囲であれば、連続する特定の波長範囲における回折効率を０．４以上とすることが可能である。つまり、ここでは、例として、特定の値である設計波長を６４２．５ｎｍとしたが、設計波長におけるΔｎ（λ）に対し、回折効率０．４以上を与えるための、設計波長と異なる波長λ´、における屈折率差Δｎ（λ´）は、上記の式（１）を満足するとともに、上記の式（２）を満足するようにするとよい。
【００４１】
次に、回折格子の高さｄと、ピッチＰとの関係について考える。図５は、表１に基づき、０．４〜０．８μｍの波長範囲において、ピッチＰに対して、回折効率が高くなるように回折格子の高さｄを与えたものである。そして、図５に示すように、最適化された回折格子の高さｄと回折格子のピッチＰとの間には、相関関係を有しており、回折格子のピッチＰが広がると回折格子の高さｄが高くなる傾向にある。そして、回折格子の幅Ｗと高さｄと、の比ｄ／Ｗを、アスペクト比とすると、ピッチＰが広がるとアスペクト比も大きくなる傾向にある。ここで、回折格子を形成する場合のアスペクト比、第１の格子材料層１２が格子として、製造上の理由も含め、高い精度の光学特性を得ることが可能な高さ等の観点からは、ピッチＰは１０μｍ以下であることが好ましく、更には、６μｍ以下であることが好ましい。また、アスペクト比としては、２０以下が好ましく、１０以下であればより好ましい。
【００４２】
次に、回折効率の波長依存性について考える。図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、屈折率差Δｎ（λ）が、０．２以下の場合では、波長０．４〜０．８μｍの光において回折効率が０．６５以上で略平坦な特性を示し、この波長範囲における回折効率の上限と下限との差が、約０．２以下である。また、屈折率差Δｎ（λ）が、０．２５以上の場合では、波長０．４〜０．８μｍの光において回折効率の上限と下限との差が、０．３以上となる。
【００４３】
このような広帯域の波長の光に対応する回折格子としては、高い光利用効率を得るため、回折効率が低くなりすぎることなく、また、使用する波長帯域において安定した光強度を得るために回折効率の上限と下限との差が小さい方が好ましい。例えば、回折効率は、０．４以上であることが好ましく、更に高い値であることがより好ましい。また、回折効率の上限と下限との差は、小さいほうが、広帯域にわたって安定した回折効率の特性が得られるので好ましい。従って、本実施の形態における回折格子では、第１の格子材料層１２を形成する材料の屈折率ｎ１（λ）と、第２の格子材料層１３を形成する材料の屈折率ｎ２（λ）との屈折率差Δｎ（λ）については、Δｎ（λ）≦０．３であると好ましく、Δｎ（λ）≦０．２であるとより好ましい。
【００４４】
尚、回折格子として機能させるため、上記のように、第１の格子材料層１２を形成する材料の屈折率ｎ１（λ）と、第２の格子材料層１３を形成する材料の屈折率ｎ２（λ）とは異なる屈折率となる。即ち、０＜Δｎ（λ）である。尚、Δｎ（λ）≦０．０１５の場合、格子の高さｄが４０μｍ程度必要となり、エッチングプロセスをともなう作製が困難となるので、０．０１５＜Δｎ（λ）であることが好ましい。ただし、干渉露光等により、同一材料から屈折率分布を与えて回折格子を作製する方法を用いると、格子の高さｄが４０μｍより大きくても作製が可能となるので、この場合は、Δｎ（λ）≦０．０１５であってもよい。また、この場合、第１の格子材料層１２を形成する材料の屈折率ｎ１（λ）と、第２の格子材料層１３を形成する材料の屈折率ｎ２（λ）とは、Ｄ線において一方がｎＤ１、他方がｎＤ２に対応するものである。
【００４５】
また、別の考え方として、図２（ａ）、図２（ｂ）については、回折格子のピッチＰを変えた場合において、可視光領域である０．４μｍから０．８μｍの範囲における波長の光に対する回折効率という観点から捉えることも可能である（上述のとおり、図２（ａ）、図２（ｂ）において、回折格子のピッチＰは括弧内に記載）。
【００４６】
つまり、可視光領域において、ピッチＰが０．６７５μｍ以上の場合では、回折効率の上限と下限の差が、０．４以下である。また、ピッチＰが１．０μｍの場合では、回折効率の上限と下限との差が、約０．２以下である。また、ピッチＰが１．５μｍの場合では、回折効率の上限と下限との差が、約０．１以下である。更に、ピッチＰが３．０μｍ以上の場合では、回折効率が、０．１以下である。従って、ピッチＰは、０．６７５μｍ≦Ｐであることが好ましく、より好ましくは、１．５μｍ≦Ｐである。更には、３μｍ≦Ｐであることが好ましい。ピッチＰを広くするにともない、回折効率の均一性はより向上する傾向にある。
【００４７】
また、一般に、回折格子においては、入射する光の波長とピッチＰに相関があるものと考えられる。そして、図２（ａ）、図２（ｂ）に示す場合では、本実施の形態における回折格子において対応可能な下限の波長をλ１とし、上限の波長をλ２とした場合、λ１＜λ２≦２×λ１に定める範囲で適用可能である。
【００４８】
また、本実施の形態における回折格子に入射する光の下限の波長λ１は０．４μｍであり、上限の波長λ２は０．８μｍであるので、以下のように考えることもできる。つまり、ピッチＰは、下限の波長λ１に対し、１．６８×λ１≦Ｐであることが好ましく、より好ましくは、３．７５×λ１≦Ｐである。更には、７．５×λ１≦Ｐであることが好ましい。また、ピッチＰは、上限の波長λ２に対し、０．８４×λ２≦Ｐであることが好ましく、より好ましくは、１．８７５×λ２≦Ｐである。更には、３．７５×λ２≦Ｐであることが好ましい。
【００４９】
次に、所定の波長範囲において、第１の格子材料層１２の材料と、第２の格子材料層１３の材料との屈折率差Δｎ（λ）を略一定にし、回折格子の高さを変えた場合について考える。図６は、形成される回折格子の高さ、即ち、第１の格子材料層１２の高さをｄとして、ｄ×Δｎ（λ）を変えた場合において、可視光領域である０．４μｍから０．８μｍの範囲における波長の光に対する回折効率を示すものである。尚、光の入射角度θは、９．５°、入射角度ψは９０°、回折格子のピッチＰは、１．５μｍ、デューティ比Ｗ／Ｐは、０．５である。また、第１の格子材料層１２を形成する材料のアッベ数は４０、Ｆ線における屈折率（ｎＦ１）は１．４７３、Ｄ線における屈折率（ｎＤ１）は１．４６４、Ｃ線における屈折率（ｎＣ１）は１．４６１であって、第２の格子材料層１３を形成する材料のアッベ数は５５、Ｆ線における屈折率（ｎＦ２）は１．５７３、Ｄ線における屈折率（ｎＤ２）は１．５６６、Ｃ線における屈折率（ｎＣ２）は１．５６３である。図６では、Δｎ（λ）を、波長λに依存しない略一定の値とし、第１の格子材料層１２の高さｄの値を変化させることにより、ｄ×Δｎ（λ）の値を変化させたものである（高さｄの値については、図６における括弧内に記載）。
【００５０】
ここで、Ｄ線の波長をλＤとするとき、図６において、ｄ×Δｎ（λ）の値が、０．４２λＤでは、全体的に回折効率は、０．４以下であり、また、０．５８λＤでは、回折効率の上限と下限との差が、０．３以上である。これに対し、ｄ×Δｎ（λ）の値が、０．７５λＤ以上、１．０８λＤ以下では、回折効率は全体的に、約０．４以上であって、回折効率の上限と下限の差が、０．３以下である。また、ｄ×Δｎ（λ）の値が、１．２５λＤでは、回折効率の上限と下限の差が、０．３以上であり、ｄ×Δｎ（λ）の値が、１．４２λＤでは、全体的に回折効率は、０．４以下である。
【００５１】
従って、上記結果を踏まえると、ｄ×Δｎ（λ）の値は、０．７５λＤ≦ｄ×Δｎ（λ）≦１．２５λＤであることが好ましく、更には、０．７５λＤ≦ｄ×Δｎ（λ）≦１．０８λＤであることが好ましい。また、より一層好ましくは、０．９２λＤ≦ｄ×Δｎ（λ）≦１．０８λＤである。
【００５２】
次に、回折格子のデューティ比を変化させた場合について考える。図７は、形成される回折格子のデューティ比Ｗ／Ｐを変化させた場合において、可視光領域である０．４μｍから０．８μｍの範囲における波長の光に対する回折効率を示すものである。尚、光の入射角度θは、９．４°、入射角度ψは９０°、回折格子のピッチＰは、１．５μｍである。また、第１の格子材料層１２を形成する材料のアッベ数は４０、Ｆ線における屈折率（ｎＦ１）は１．４７３、Ｄ線における屈折率（ｎＤ１）は１．４６４、Ｃ線における屈折率（ｎＣ１）は１．４６１であって、第２の格子材料層１３を形成する材料のアッベ数は５５、Ｆ線における屈折率（ｎＦ２）は１．５７３、Ｄ線における屈折率（ｎＤ２）は１．５６６、Ｃ線における屈折率（ｎＣ２）は１．５６３である。
【００５３】
これより、デューティ比Ｗ／Ｐが、０．２では、０．４〜０．８μｍの波長帯域の光のうち、半分以上の波長帯域の光に対して、回折効率は、０．４以下である。これに対し、デューティ比Ｗ／Ｐが、０．３以上、０．５以下では、回折効率は全体的に０．４以上であり、回折効率の上限と下限の差が、０．３以下である。また、デューティ比Ｗ／Ｐが、０．６では、回折効率は全体的に、０．３５以上であり、回折効率の上限と下限の差が、０．４前後である。更に、デューティ比Ｗ／Ｐが、０．７では、回折効率の上限と下限の差が、０．８以上である。従って、上記結果を踏まえると、デューティ比Ｗ／Ｐは、０．２５≦Ｗ／Ｐ≦０．６５であることが好ましく、更には、０．３≦Ｗ／Ｐ≦０．６であることが好ましい。また、より一層好ましくは、０．３≦Ｗ／Ｐ≦０．５である。
【００５４】
次に、入射角度θを変化させた場合について考える。尚、このとき、入射角度ψは９０°である。図８は、図１（ａ）に示す入射角度θを与え、回折格子に対する光の入射角度θを変化させた場合において、可視光領域である０．４〜０．８μｍの範囲における波長の光に対する回折効率を示すものである。回折格子のピッチＰは、１．５μｍ、デューティ比Ｗ／Ｐは、０．５である。また、第１の格子材料層１２を形成する材料のアッベ数は４０、Ｆ線における屈折率（ｎＦ１）は１．４７３、Ｄ線における屈折率（ｎＤ１）は１．４６４、Ｃ線における屈折率（ｎＣ１）は１．４６１であって、第２の材料格子層１３を形成する材料のアッベ数は５５、Ｆ線における屈折率（ｎＦ２）は１．５７３、Ｄ線における屈折率（ｎＤ２）は１．５６６、Ｃ線における屈折率（ｎＣ２）は１．５６３である。
【００５５】
そして、回折格子に対する光の入射角度θが、７°の場合では、０．４〜０．８μｍの範囲の波長の光において、回折効率は全体的に、０．４以上であり、回折効率の上限と下限の差が、０．４程度である。また、回折格子に対する光の入射角度θが、７．８°以上、９．４°以下の場合では、回折効率が０．５以上であって、回折効率の上限と下限の差が、０．３以下である。また、回折格子に対する光の入射角度θが、１２．５°以上の場合では、例えば０．４μｍでは回折効率が０．３以下となり、回折効率の上限と下限の差が、０．６以上となる。従って、本実施の形態における回折格子に入射する光の入射角度θは、７°以上であって、１１．７°以下が好ましく、更には、７．４°以上、１０．２°以下が好ましい。尚、最適入射角度は９．５°である。
【００５６】
これより、入射する光の波長をλとした場合、
０．５×ｓｉｎ−１（Ｐ／λ）−２．５＜θ＜０．５×ｓｉｎ−１（Ｐ／λ）＋１．５  ・・・  （３）
であることが好ましく、更には、
０．５×ｓｉｎ−１（Ｐ／λ）−１．７≦θ≦０．５×ｓｉｎ−１（Ｐ／λ）    ・・・  （４）
であることがより好ましい。また、このときの波長λはＤ線、つまりλＤに限らず、任意の波長を与えて設定することができる。
【００５７】
次に、図１（ｂ）に基づく入射角度ψを変化させた場合について考える。図９は、回折格子に入射する光の波長と回折効率との関係を、Δｎ（λ）を変えて計算したものである。具体的に、回折格子は、ピッチＰを１．２μｍ、第１の格子材料層１２の高さｄを３．７μｍ、入射角度θを１２．５°とし、入射する光の波長が６４２．５ｎｍのときのΔｎ（λ）が０．１５のときに回折効率が最大となるように設計したものである。さらに、０．４〜０．８μｍの波長範囲において、Δｎ（λ）が０．１５一定であるものとして考える。
【００５８】
図９に示すように、入射角度ψが９０°に近づくにしたがって、０．４〜０．８μｍの波長範囲において高い回折効率を安定して得ることができる。また、入射角度ψが９０°から離れると回折効率が低くなるが、ψ＝３０°であっても、０．４〜０．８μｍの波長範囲において０．４以上の高い回折効率を得ることができる。尚、回折角度ψと回折効率との関係は、ψ＝９０°を基準として対称的な特性を得ることができ、そのため、ψの取り得る範囲としては、３０°から１５０°の角度で入射するとよく、４５°から１３５°の角度で入射すると好ましく、６０°から１２０°の角度で入射するとより好ましい。
【００５９】
次に、第１の格子材料層１２および第２の格子材料層１３の組み合わせを変えず、回折格子のピッチＰを変える場合について考える。図１０は、具体的に、回折格子のピッチＰを変化させた場合において、可視光領域である０．４〜０．８μｍの範囲における波長の回折効率を示すものである。ここでは、まず、回折格子のピッチＰが１．５μｍ、デューティ比Ｗ／Ｐが０．５の条件において優先的に回折効率が高くなるように最適化したものであり、このときのｄは５．５μｍ、入射角度θは９．５°、入射角度ψは９０°である。
【００６０】
第１の格子材料層１２を形成する材料のアッベ数は４０、Ｆ線における屈折率（ｎＦ１）は１．４７３、Ｄ線における屈折率（ｎＤ１）は１．４６４、Ｃ線における屈折率（ｎＣ１）は１．４６１であって、第２の格子材料層１３を形成する材料のアッベ数は５５、Ｆ線における屈折率（ｎＦ２）は１．５７３、Ｄ線における屈折率（ｎＤ２）は１．５６６、Ｃ線における屈折率（ｎＣ２）は１．５６３である。屈折率の条件は同一のものとして、回折格子に対する光の入射角度θ及び第１の格子材料層１２の高さｄは、各々の回折格子のピッチＰに適した値に設定されている。具体的には、Ｐが０．８μｍの場合、ｄは５．５μｍ、θは２２°であり、Ｐが１．０μｍの場合、ｄは４μｍ、θは１６．４°であり、Ｐが２．０μｍの場合、ｄは６．５μｍ、θは８．２°であり、さらに、Ｐが３．０μｍの場合、ｄは６．５μｍ、θは５．６°である。尚、この場合、いずれも入射角度ψは９０°とする。
【００６１】
そして、可視光領域である０．４〜０．８μｍの範囲における光に対して、ピッチＰが０．８μｍの場合では、回折効率の上限と下限の差が、０．９以上である。また、ピッチＰが１．０μｍの場合では、回折効率は全体的に、約０．５以上であり、回折効率の上限と下限の差が、０．４以下である。一方、ピッチＰが１．５から２．０μｍの場合では、回折効率は全体的に、約０．６以上であり、回折効率の上限と下限の差が、０．２以下である。また、ピッチＰが３．０μｍの場合では、回折効率は全体的に、０．３以下であり、回折効率が、０．３以下である。従って、上記結果を踏まえると、この場合、ピッチＰは、１．０μｍ≦Ｐ≦２．０μｍであることが好ましい。上記のように、図１０に示す回折格子は、ピッチＰが１．５μｍで最適となるよう設計されたものであるが、この結果より、最適となるように設計されたピッチをＰｍとすると、
２×Ｐｍ／３≦Ｐ≦４×Ｐｍ／３    ・・・  （５）
の範囲において所望の特性を得ることができる。また、このピッチＰｍは、１．５μｍに限らず、他の値であっても上記の式（５）を満足すればよく、このように、本実施の形態における回折格子は、所定の回折効率を得るためのピッチＰは広いマージンを有していると考えることができる。
【００６２】
また、本実施の形態における回折格子では、ｄ×Δｎ（λＡ）／λＡ＝１とし、θ＝０．５×ｓｉｎ−１（Ｐ／λＢ）とした場合に、波長λＡと波長λＢとは異なる波長となる。これは、波長λＢにおいて、高い回折効率を得るための入射角度θの最適条件を与えたとき、波長λＢと異なる波長λＡについてのみ、ｄ×Δｎ（λＡ）／λＡ＝１が成立することを意味する。例えば、波長λＢにおいて、ｄ×Δｎ（λＢ）／λＢ＝１が成立するように設定すると、波長λＢにおける回折効率を高くすることはできるが、回折効率の波長依存性、つまり波長λＡにおける回折効率は小さくなる。そのため、広帯域における波長の光に対して安定した高い回折効率を得るためには、上記のような条件を満足することが好ましい。
【００６３】
また、同様の理由に基づき、本実施の形態における回折格子では、波長λＢよりも短い波長λＣにおいて、ｄ×Δｎ（λＣ）／λＣ≦１を満たす波長λＣが存在していることが好ましい。
【００６４】
本実施の形態における回折格子を用いることにより、広帯域な波長において高い回折効率が得られる分光装置を得ることができる。
【００６５】
〔第２の実施の形態〕
第１の実施の形態に係る回折格子は、所定の波長範囲を０．４〜０．８μｍとして、少なくともこの波長範囲における回折効率を０．４以上とする設計について説明した。高い回折効率を得るための波長範囲は、０．４〜０．８μｍに限らず、任意の波長範囲について同様に設計することができる。本実施形態に係る回折格子は、回折効率が最も高くなるピーク波長を、中心波長と定義し、中心波長を１．０μｍ、１．４μｍに設定した場合について説明するものである。
【００６６】
具体的な条件としては、第１の格子材料層１２および第２の格子材料層１３の屈折率、第１の格子材料層１２の高さｄ、回折格子のピッチＰ、光の入射角度θは、表２に示すように各々の屈折率差Δｎに対応して最適化する。尚、デューティ比Ｗ／Ｐはいずれも０．５とし、Ｄ線における屈折率差をΔｎとし、さらに、Δｎは所定の波長範囲となる０．４〜０．８μｍの間で略等しい値として設定している。尚、この場合、いずれも入射角度ψは９０°とする。
【００６７】
【表２】
2012068406.tif 000004
表２の条件に基づいて設計した回折格子について、回折効率の波長依存性を図１１に示す。尚、図１１には、中心波長０．６μｍの設計における回折効率の特性も併せて表示する。この結果より、少なくとも、第１の実施形態に係る回折格子のように、回折効率が０．４以上となる連続した波長範囲が得られ、中心波長１．０μｍの設計では０．７μｍ以上の連続する波長範囲となる。また、中心波長１．４μｍの設計では１．２μｍ以上の連続する波長範囲となる。このように、本実施形態に係る回折格子は、任意の波長の光を中心として広い波長範囲において高い回折効率を得ることができる。そして、回折格子のピッチＰとしては０．８〜３μｍの範囲で調整するとよく、中心波長が０．６〜１．０μｍ程度であれば、０．８〜２μｍの範囲が好ましく、１〜２μｍの範囲であればより好ましい。
【００６８】
また、これまで、とくに第１の格子材料層１２のテーパー角を０度として考えてきたが、第１の格子材料層１２は、テーパー角が０度より大きい値となる断面形状を有するものであってもよい。例えば、表２において、中心波長が０．６μｍの条件において、テーパー角を変化させる場合を考える。図１２は、テーパー角が０度、４．５度、９度であるときの回折効率の特性を示すものである。尚、テーパー角が４．５度、９度のとき、両壁面はいずれも略同じテーパー角とする。この結果より、テーパー角が９度であっても、は０．４〜０．８μｍの波長範囲で回折効率は０．４より大きいことがわかる。また、テーパー角については、中心波長を他の値に設定した場合でも、１０度以内であればよく、７度以内であれば好ましく、５度以内であればより好ましい。そして、第１の格子材料層１２が矩形となるテーパー角が略０度の形状であれば、さらに好ましい。
【００６９】
〔第３の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態における回折格子について説明する。本実施の形態における回折格子は、反射型回折格子である。図１３に基づき、本実施の形態における回折格子について説明する。
【００７０】
本実施の形態における回折格子は、基板２１上に、第１の格子材料層２２、第２の格子材料層２３、透明基板２４が形成されている。透明基板２４は、第１の格子材料層２２及び第２の格子材料層２３により形成される回折格子部２５を担持することを目的とするものであり、基板２１のみを形成したものであってもよい。尚、回折格子部２５は、第１の透明基板２１上にＺ軸方向に延びるストライプ状に形成された凸状の第１の格子材料層２２がＸ軸方向に周期的に配置され、凸状の第１の格子材料層２２の全面を覆うように形成された第２の格子材料層２３により形成される。
【００７１】
第１の格子材料層２２、第２の格子材料層２３及び透明基板２４については、第１の実施の形態における第１の格子材料層、第２の格子材料層及び第１の透明基板等と同様である。
【００７２】
また、基板２１は、光を反射する金属材料、平坦化されたガラス等の表面に金属膜を成膜したもの、誘電体多層膜を形成したもの等により構成される。この際用いられる金属材料または金属膜を構成する材料としては、アルミニウムや銀等の反射率の高い材料が好ましく用いられる。また、誘電体多層膜により形成する場合では、屈折率差のことなる２種類の材料を交互に積層形成することにより形成される。尚、本実施の形態における回折格子においては、透明基板２４が形成されている側より光を入射させる。また、本実施の形態における回折格子は反射型回折格子であるため、本実施の形態における回折格子の第１の格子材料層２２の高さｄｈは、第１の実施の形態における回折格子の第１の格子材料層１２の高さｄの半分の値となる。また、上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。
【００７３】
つまり、本実施の形態における回折格子では、ｄ×Δｎ（λＡ）／λＡ＝０．５とし、θ＝０．５×ｓｉｎ−１（Ｐ／λＢ）とした場合に、波長λＡと波長λＢとは異なる波長となる。これは、波長λＢにおいて、高い回折効率を得るための入射角度θの最適条件を与えたとき、波長λＢと異なる波長λＡについてのみ、ｄ×Δｎ（λＡ）／λＡ＝０．５が成立することを意味する。例えば、波長λＢにおいて、ｄ×Δｎ（λＢ）／λＢ＝０．５が成立するように設定すると、波長λＢにおける回折効率を高くすることはできるが、回折効率の波長依存性、つまり波長λＡにおける回折効率は小さくなる。そのため、広帯域における波長の光に対して安定した高い回折効率を得るためには、上記のような条件を満足することが好ましい。
【００７４】
また、同様の理由に基づき、本実施の形態における回折格子では、波長λＢよりも短い波長λＣにおいて、ｄ×Δｎ（λＣ）／λＣ≦０．５を満たす波長λＣが存在していることが好ましい。このように、本実施の形態における回折格子を用いることにより、広帯域な波長において高い回折効率が得られる分光装置を得ることができる。
【実施例】
【００７５】
（実施例１）
実施例１について説明する。実施例１は、第１の実施の形態に対応し、図１に基づき説明する。透明基板１１として、厚さ０．５ｍｍの石英ガラス基板を用い、スピンコーターによりアクリルモノマー材料を塗布し、紫外光を照射してアクリルモノマー材料を硬化させて、膜厚５．５μｍを得る。この硬化させたアクリルモノマー材料、即ち、第１の回折格子層１２を構成する材料について、アッベ数とＤ線における屈折率ｎＤ１を測定すると、アッベ数は４０、屈折率ｎＤ１は１．４６４である。
【００７６】
この後、硬化させたアクリルモノマー材料の表面にフォトレジストを塗布し、プリベーク、露光装置による露光、現像を行うことにより、レジストパターンを形成し、この後、ドライエッチングを行うことにより、ピッチＰが１．５μｍの第１の格子材料層１２を形成する。この後、レジストパターンを除去し、第２の格子材料層１３を構成する材料をスピンコーターにより塗布し、厚さ０．５ｍｍの石英ガラス基板からなる第２の透明基板１４を重ね、紫外光を照射して、第２の格子材料層１３を構成する材料を硬化させて、第２の格子材料層１３を形成する。第２の格子材料層１３について、アッベ数とＤ線における屈折率ｎＤ２を測定すると、アッベ数は５５、屈折率ｎＤ２は１．５６６である。更に、第１の透明基板１１及び第２の透明基板１４の露出している面に反射防止膜を形成し、両面における表面の反射率を０．５％以下とする。
【００７７】
この後、このように形成されたものをダイシングソーにより１０ｍｍ×１０ｍｍに切断して、実施例１の回折格子を得る。この回折格子について、入射角度θ、ψをそれぞれ、９．５°、９０°で可視光を入射させると、図１４に示す回折効率特性を得ることができる。図２に示すように、０．４μｍから０．８μｍにおける可視光領域全体にわたり、回折効率の上限と下限との差が約０．１であり、均一性の良い回折効率を得ることができる。更に、互いに直交するＴＥ偏光とＴＭ偏光の光を入射させると、偏光方向における依存性も極めて低く、シミュレーションにおける計算結果と同様に約０．７以上の高い回折効率を得ることのできる回折格子を得ることができる。
【００７８】
（実施例２）
実施例２について説明する。実施例２は、第３の実施の形態に対応する実施例であり、図１３に基づき説明する。基板２１として、厚さ０．５ｍｍの石英ガラス基板の表面に、スパッタリングにより銀膜を１００ｎｍ成膜する。この後、基板２１の銀膜の形成されている面上に、スピンコーターによりアクリルモノマー材料を塗布し、紫外光を照射してアクリルモノマー材料を硬化させて、膜厚２．７μｍとする。この硬化させたアクリルモノマー材料、即ち、第１の格子材料層２２を構成する材料について、アッベ数とＤ線における屈折率ｎＤ１を測定すると、アッベ数は４０、屈折率ｎＤ１は１．４６４である。
【００７９】
この後、硬化させたアクリルモノマー材料の表面にフォトレジストを塗布し、プリベーク、露光装置による露光、現像を行うことにより、レジストパターンを形成し、この後、ドライエッチングを行うことにより、ピッチＰが１．５μｍの第１の格子材料層２２を形成する。この後、レジストパターンを除去し、第２の格子材料層２３を構成する材料をスピンコーターにより塗布し、厚さ０．５ｍｍの石英ガラス基板からなる透明基板２４を重ね、紫外光を照射して、第２の格子材料層２３を構成する材料を硬化させて、第２の格子材料層２３を形成する。第２の格子材料層２３について、アッベ数とＤ線における屈折率ｎＤ２を測定すると、アッベ数は５５、屈折率ｎＤ２は１．５６６である。更に、透明基板２４の露出している面に反射防止膜を形成し、表面の反射率を０．５％以下とする。
【００８０】
この後、このように形成されたものをダイシングソーにより１０ｍｍ×１０ｍｍに切断して、実施例２の回折格子を得る。この回折格子について、入射角度θ、ψをそれぞれ、９．５°、９０°で可視光を入射させたると、図１５に示す回折効率特性を得ることができる。図に示すように、０．４μｍから０．８μｍにおける可視光領域全体にわたり、回折効率の上限と下限との差が約０．１であり、略均一の回折効率を得ることができる。更に、互いに直交するＴＥ偏向とＴＭ偏向の光を入射させた場合、偏光方向における依存性も極めて低く、シミュレーションにおける計算結果と同様に約０．７以上の高い回折効率を得ることのできる回折格子を得ることができる。
【００８１】
以上、本発明の実施に係る形態について説明したが、上記内容は、発明の内容を限定するものではない。
【符号の説明】
【００８２】
１１        第１の透明基板
１２        第１の格子材料層
１３        第２の格子材料層
１４        第２の透明基板
１５        回折格子部
Ｐ          回折格子のピッチ
ｄ          回折格子の高さ
θ          光の入射角度
【図１】
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【図２】
2012068406.tif 000006
【図３】
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【図４】
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【図５】
2012068406.tif 000009
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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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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【図１４】
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【図１５】
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