(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
屈折率のより低い部分にそれぞれ挟まれて光を導波する複数のコア層と、前記コア層と前記屈折率のより低い部分との境界もしくは前記コア層内に設けた複数の回折格子層とが積層された構造を有し、前記回折格子層により発生する回折光が所望の強度を有するように、前記複数の回折格子層の回折効率が積層方向に所定の分布を有する光導波路と、
ホログラム記録または再生用の参照光が、前記複数のコア層のいずれかに入射されたときに、当該コア層の境界もしくは当該コア層内の前記回折格子層により発生する回折光として入射可能なように前記光導波路の外側に配置される記録層と
を有するホログラム媒体。
【請求項２】
前記複数の回折格子層の回折効率が、回折光の一出射方向に漸次低くなるような分布を有する請求項１記載のホログラム媒体。
【請求項３】
前記複数の回折格子層の回折効率は、前記コア層を伝搬する光の伝搬方向に回折効率が漸次高くなるような分布を有する請求項１記載のホログラム媒体。
【請求項４】
前記光導波路と前記記録層とが空間的に離れて配置される請求項１ないし３のいずれかに記載のホログラム媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、屈折率のより低い部分にそれぞれ挟まれて光を導波するコア層と、回折格子層を有する光導波路（積層導波路とも言う）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
積層導波路とも言われる光導波路の例として、図９に示すグレーティング光結合器として使用される光導波路がある（小瀬  他編、「光工学ハンドブック」、pp. 226〜227、朝倉書店、1986）。光結合器は、導波路内の光と自由空間の光とを結合させる部品として使用される。
基板１０１０の上にコア層１が配置され、コア層１の上に回折格子層１０２が配置されるという構造を成す。コア層１の端面から入射光１０３（参照光）を入射すると、コア層１を伝搬する伝搬光１０４が回折格子層１０２に回折され、回折光１０５が回折格子層１０２に依存した角度で自由空間に出射する。一方、自由空間から光を回折格子層１０２に依存した角度で回折格子層１０２に入射すると、コア層１内に伝搬光１０４（すなわち導波路内の光）を伝搬させることができる。
【０００３】
図９に示すように、光導波路のコア層１の左端から入射した伝搬光１０４がコア層１を左から右へ伝搬する場合、コア層１内の伝搬光１０４の強度は、コア層１での吸収および回折格子層１０２での回折により、徐々に減衰する。回折光１０５の強度は、伝搬光１０４の強度と回折効率との積で表される。
従来の光導波路では、回折格子層１０２の回折効率が層内方向で分布を持たず一様であるため、回折光１０５の強度プロファイルは、伝搬光１０４の強度プロファイルに比例し、図１０に示すように、左端で大きく右へ行くほど小さくなる形状となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本構成の従来技術では、通常、自由空間での光としては、できるだけ一様な強度プロファイルを持つ光が望まれる。しかしながら、従来の光導波路では、自由空間での光、すなわち各回折格子層１０２からの回折光１０５の強度プロファイルが層内方向で一様でないため、光学部品として扱い難いという問題があった。
【０００５】
この発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、各回折格子層からの回折光の強度プロファイルが層内方向で一様かあるいは同程度とすることができ、またいずれの回折格子層から光導波路の外に出てくる回折光の強度も等しいかあるいは同程度とすることができ、光学部品として扱いやすくすることができる光導波路を提供することを目的とする。
また、このような光導波路と記録層とを隣接配置させたホログラム媒体を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
従って、本発明は、屈折率のより低い部分にそれぞれ挟まれて光を導波する複数のコア層と、前記コア層と前記屈折率のより低い部分との境界もしくは前記コア層内に設けた複数の回折格子層とが積層された構造を有し、前記回折格子層により発生する回折光が所望の強度を有するように、該回折格子層の回折効率が層内方向に所定の分布を有する光導波路と、ホログラム記録または再生用の参照光が、前記複数のコア層のいずれかに入射されたときに、当該コア層の境界もしくは当該コア層内の前記回折格子層により発生する回折光として入射可能なように前記光導波路の外側に配置される記録層とを有するホログラム媒体を提供する。
【０００８】
好適例として、前記複数の回折格子層の回折効率が、回折光の一出射方向に漸次低くなるような分布を有する。更に、前記複数の回折格子層の回折効率は、前記コア層を伝搬する光の伝搬方向に回折効率が漸次高くなるような分布を有するようにしても良い。
【０００９】
本発明はまた、前記光導波路と前記記録層とが、空間的に離れて配置されても良い。
【００１０】
上記構成によれば、前記回折格子層の回折効率を、例えば前記コア層を伝搬する光の伝搬方向に回折効率が漸次高くなるような分布を有するようにすることにより、回折光の層内方向の強度プロファイルを一様とすることができる。即ち、回折格子層の回折効率を、伝搬光の強度プロファイルをちょうど打ち消すよう、入射端側で小さく出射端へ行くほど大きくするようにする。
更に、多層光導波路の場合には、例えば、回折光の一出射方向に漸次低くなるような分布を有するようにする。
このようにすれば、いずれの回折格子層から光導波路の外に出てくる回折光の強度も等しいかあるいは同程度とすることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の各実施の形態を説明する。各実施形態の図面間において、対応する部分には同一の参照番号を付し、その説明を省略もしくは簡略化するものとする。
【００１２】
＜第１参考例＞図１は、本発明の第１参考例としての、光導波路の構造を示す断面図である。図１（Ａ）において、コア層１上部とクラッド層２との境界に設けられた回折格子層３の回折効率は、層内方向に所定の分布を持っている。すなわち、回折格子層３は、伝搬光の伝搬方向に、回折効率が漸次高くなるような分布を有している。
【００１３】
回折格子層３は、一般的に、例えば、図２に示すようなコア層１上部とクラッド層２との境界に形成された矩形波状の形状（凹部と凸部とを交互に配列した形状）を有する。コア層１の左端から参照光５（入射光）を入射する場合、コア層１での吸収および回折格子層３での回折により（図１（Ａ）の矢印に示すような回折光９が得られる）、コア層１内の伝搬光５００の強度は、左端で大きく右へ行くほど小さくなり、図１０に示したような形状のプロファイルとなる。
【００１４】
図１０において、横軸（伝播光の伝搬方向）をZ、縦軸（回折光の強度）をＡとすると、コア層、クラッド層、回折格子層、回折格子などが均一の場合にＡ∝exp（−Z）で近似される（ここで「∝」は比例関係にあることを意味するものとする）。すなわち、コア層内の伝搬方向の光強度及び回折光の強度は指数関数的に減衰する。
【００１５】
前述したように、回折光９の強度は、伝搬光５００の強度と回折効率との積で表される。したがって、回折光９の層内方向の強度プロファイルを一様とするためには、回折格子層３の回折効率を伝搬光５００の強度プロファイルをちょうど打ち消すよう、左端で小さく右へ行くほど大きくする、すなわち回折効率が伝搬光の伝搬方向に、漸次高くなるように設定することが有効である。例えば、矩形波状の形状の高さを高くすることにより回折効率を大きくすることができる。
【００１６】
図１（Ａ）に示す第１参考例では、回折格子層３の回折効率は、層内方向の左端で小さく右端へ行くほど大きくなり、伝搬光５００の強度プロファイルをちょうど打ち消すよう分布している。すなわち、図３に示すように、矩形波状の形状の高さを、層内方向の左端で低く、右端へ行くほど高くすることにより、伝搬光５００の強度プロファイルをちょうど打ち消すよう回折効率を分布させている。
【００１７】
図３に示す形状の回折格子の場合、回折格子の高さをｈ、回折効率をＲとすると、ｈが小さい領域ではＲ∝ｈ２（∝は比例関係にあることを示す）で近似される。この関係を考慮して回折効率の分布を算出することが必要である。これにより、回折光９の層内方向の強度プロファイルが一様となる。
【００１８】
なお、図４に示すように、光導波路が、２つ以上のコア層１，１，１…１と、各コア層１，１，１…１を挟むように配置された３つ以上のクラッド層２，２，２…２と、各コア層１，１，１…１の上部とクラッド層２，２，２…２との境界に設けられた２つ以上の回折格子層３，３，３…３とから構成される場合でも、回折格子層３，３，３…３の回折効率が層内方向で、左端で小さく右へ行くほど大きくなるように、矩形波状の形状の高さを変えればよい。
これにより、回折格子層３，３，３…３の回折効率が、層内方向で、コア層１，１，１…１内の伝搬光５００の強度プロファイルがちょうど打ち消され、回折光９の層内方向の強度プロファイルが一様となる。
【００１９】
＜第２参考例＞図５は、本発明の第２参考例としての、光導波路の構造を示す断面図である。図５において、光導波路は、５つのコア層１，１，１，１，１と、各コア層１，１，１，１，１を挟むように配置した６つのクラッド層２，２，２，２，２，２と、各コア層１，１，１，１，１の上部とクラッド層２，２，２，２，２，２との境界に設けた５つの回折格子層３１、３２、３３、３４、３５とから構成されている。
【００２０】
回折格子層３１、３２、３３、３４、３５の回折効率は、層厚方向に所定の分布を持っている。すなわち、回折光の一出射方向に、回折効率が漸次低くなるような分布を有している。回折格子層３１、３２、３３、３４、３５は、例えば図２に示す形態と同様に、コア層１，１，１，１，１上部とクラッド層２，２，２，２，２，２との境界に形成された矩形波状の形状から成る。
コア層１の左端から参照光５を入射する場合、コア層１内の伝搬光５００が回折格子層に回折され、光導波路の上方に回折光９が出射する。光導波路内を横切る際の吸収により、下の方に位置する回折格子層からの（上方に向かう）回折光ほど、大きな吸収を受け減衰する。
【００２１】
いずれの回折格子層から光導波路の外へ出てくる回折光の強度も等しくするためには、この吸収をちょうど打ち消すよう、上方に位置する回折格子層の回折効率ほど小さく、下方に位置する回折格子層の回折効率ほど大きくすることが有効である。例えば、矩形波状の形状の高さを高くすることにより回折効率を大きくすることができる。図５に示す第２参考例では、このように回折格子層の回折効率を分布させている。
【００２２】
即ち、図６に示すように、下方に位置する矩形波状の形状の高さを高く、上方に行くほど低くするように矩形波状の形状の高さを変えることにより、上向きのの回折光が光導波路内を横切る際の吸収をちょうど打ち消すように回折格子層３１、３２、３３、３４、３５の回折効率を分布させている。図６は、図５の回折格子層３１、３２、３３、３４、３５の内、図５のＡ−Ｂ線近傍に位置する回折格子層部についてのみ図示している。
【００２３】
同様に、前掲図４に示すような積層構造が任意の数積み重ねられた場合でも、光導波路内を横切る際の吸収をちょうど打ち消すよう各回折格子層３の回折効率を層厚方向で分布させる（即ち、回折光の出射方向に回折効率が漸次低くなるような分布を持たせる）ことにより、回折光９の層厚方向の強度プロファイルが一様となる。
【００２４】
更に、図６に示す構造に加えて、図３に示すような各回折格子層の回折効率が層内方向で、コア層１内の伝搬光５００の強度プロファイルをちょうど打ち消すような分布を持たせるような構造をとることにより、回折光９の層内方向の強度プロファイルを一様にすることができる。
すなわち、各回折格子層の回折効率を、層内方向でコア層１内の伝搬光５００の強度プロファイルをちょうど打ち消すように、かつ光導波路内を上下方向に横切る際の吸収をちょうど打ち消すように分布させることにより、各回折格子層からの回折光の強度プロファイルが層内方向に一様で、またいずれの回折格子層から光導波路の外に出てくる回折光の強度も等しくすることができる。
【００２５】
なお、上述した第１、２参考例では、回折格子層３として、コア層１とクラッド層２との境界に形成された矩形波状の形状から成る例を示したが、この他に図７（Ａ）のように鋸歯状の形状をした溝から成るもの、図７（Ｂ）のように正弦波状の形状をした溝から成るもの、および図７（Ｃ）のように屈折率の変化により形成されるもの（図は、屈折率の異なる部分が交互に配置されている構成を示す）が挙げられ、いずれ場合においても、その形状の高さあるいは屈折率を変えることにより回折効率を変えることができ、同様の効果を奏する。
【００２６】
また、上述した第１、２参考例では、回折格子層３の位置として、コア層１上部に設けた例を示したが、コア層１の下部や、コア層１の上部および下部両方、あるいはコア層内に設けても良く、いずれも同様の効果を奏する。
【００２７】
ところで、コア層１を伝搬光５００が伝搬するためには、コア層１をコア層１の屈折率より低い屈折率を持つ媒質で挟めばよい。第１、２参考例では、クラッド層２の屈折率はコア層１の屈折率より低く設定されている。クラッド層２は、光導波路の形状を維持、支持する働きのため、上記のような全部のコア層１を挟む位置に配置したが、コア層１内を光が伝搬されるようにコア層１が屈折率のより低い部分にそれぞれ挟まれていれば良い。
【００２８】
例えば自由空間の屈折率がコア層１の屈折率より低い場合（即ち、屈折率のより低い部分が空気、真空など）には、例えば最上層のクラッド層２、最下層のクラッド層２のいずれか一方あるいは両方がなくても、空気などにはさまれたコア層１を光が導波されるので、同様の効果を奏する（第１参考例に対応する図１（Ｂ）参照、この図では上側のクラッド層２が省略されている）。これは一般に、コア層が複数ある場合、あるいは後述のように光導波路が記録層とともにホログラム媒体として用いられる場合においても、各コア層に関して同様である。即ち、記録層の屈折率がコア層の屈折率より低い場合は、記録層が、上記屈折率のより低い部分の働きをすることができる。
【００２９】
また、上述した第１、２参考例では、回折光の強度を層内方向、層厚方向で正確に一様あるいは等しくする例を示したが、部品仕様や用途により必ずしも正確に一様あるいは等しくなくても問題ないことも多く、同程度とすれば支障がない場合が多い。本発明によれば、回折格子層の回折効率を層内方向、層厚方向で適切に分布させることにより、回折光の強度を層内方向、層厚方向で同程度とすることも可能である。
【００３０】
また、以上では、回折光の強度を層内方向、層厚方向で一様あるいは等しくする点に着眼して記述したが、応用分野によっては、意図的に回折光の強度に分布を持たせると都合が良い場合も有り得る。本発明によれば、回折格子層の回折効率を層内方向、層厚方向で適切に分布させることにより、回折光の強度を所望の分布とすることも可能である。
【００３１】
また、回折格子層の面積をコア層の面積と同一にする必要はなく、回折格子層を部分的に設けたり、（導波面内で）複数に分散配置させても良い。更に、全てのコア層に対応させて回折格子層を設けなくても良く、回折格子層が設けられていないコア層があっても良い。
【００３２】
更に、第１、２参考例のような光導波路と、記録層とを自由に組み合わせ、ホログラム記録などの光記録用基板として使用可能なホログラム媒体を作成することが可能である。一例として、図１（Ａ）に示した光導波路の上側に記録層４を設けた例を図８に示す。図において、６は記録層４に入射される物体光であり、物体光６と回折光９とが記録層４において干渉することにより、ホログラム記録が可能である。
【００３３】
記録層４は、一般的なホログラム記録で用いられる光学的記録材料で有れば良い。例えば、光照射により環状構造の変化に伴う光重合を生じるフォトポリマー等の光重合性材料、重クロム酸アンモニウム−ポリビニルアルコール系材料に代表されるような光架橋性材料、フォトクロミック材料、アゾ色素をＰＭＭＡ(ポリメチルメタアクリレート)にドープした材料に代表されるような光異性化材料、あるいはＬｉＮｂＯ３，ＢａＴｉＯ３，Ｂａ１２ＳｉＯ２０（ＢＳＯ）などの無機誘電体結晶に代表されるフォトリフラクティブ材料もしくはポリマー系フォトリフラクティブ材料などがあげられる。
【００３４】
また、媒体の具体的な形状としては、カード型、チップ型、ディスク型、テープ型、ドラム型等が考えられるが、いずれも本発明の手法が適用でき、いずれも同様の効果を奏する。
また、光導波路の導波面と記録層の面積が同一である必要は必ずしもなく、導波面の面積の方が大きくても小さくても良い。導波面の面積の方が小さい場合には、光導波路を一次元、二次元、三次元駆動することにより、より大きな記録層全面に対応させることができる。
【００３５】
即ち、記録層４は、光導波路の上下いずれの片面に配置されていても、あるいは両面に配置されていても同様の効果を奏し、あるいは、１つの記録層をはさむように光導波路を両側に配置しても良い。あるいは、光導波路と記録層とを交互に積層させても良い。即ち、少なくとも１つの記録層と少なくとも１つの光導波路とが隣接配置されれば良い。
【００３６】
また記録層と光導波路とが空間的に離れて配置されていても同様の効果を奏する。即ち、ホログラム記録／再生の動作例として、
（１）記録層と光導波路とが一体構成されており、これを記録／再生装置に装荷する。
（２）記録層と光導波路とが離れて構成されており、これらを重ねた後に記録／再生装置に装荷する。
（３）記録層と光導波路とが離れて構成されており、光導波路は記録／再生装置に前もって装備し、動作時に記録層部分を装荷することにより、両者が重なる。
のいずれの形態も可能である。なお、記録／再生の動作時に、両者の間が空間的に離れていても良い。
【００３７】
さらに、記録層は、光導波路と接着剤により接着されていても、接着剤なしで固定されていても同様の効果を奏する。また、記録層、光導波路は、上下いずれかの片面、あるいは両面を保護膜により挟まれていても、あるいは保護膜などにより周囲を覆われていても同様の効果を奏する。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、屈折率のより低い部分にそれぞれ挟まれて光を導波する少なくとも１つのコア層と、前記コア層と前記屈折率のより低い部分との境界もしくは前記コア層内に設けた少なくとも１つの回折格子層とを有する光導波路において、前記回折格子層により発生する回折光が所望の強度を有するように、該回折格子層の回折効率が層内方向に所定の分布を有するようにした。
【００３９】
従って、前記回折格子層の回折効率を、前記コア層を伝搬する光の伝搬方向に回折効率が漸次高くなるような分布を有するようにすれば、回折光の層内方向の強度プロファイルを一様とすることができる。即ち、回折格子層の回折効率を伝搬光の強度プロファイルをちょうど打ち消すよう、入射端側で小さく出射端へ行くほど大きくすることができる。
更に、多層光導波路の場合には、複数の回折格子層の回折効率が積層方向に所定の分布を有するようにする。例えば、回折光の一出射方向に漸次低くなるような分布を有するようにすることができる。
このようにすれば、いずれの回折格子層から光導波路の外に出てくる回折光の強度も等しいかあるいは同程度とすることができ、光学部品として非常に扱いやすくなるという利点が得られる。
【００４０】
更に、このような光導波路と記録層とを自由に組み合わせられるホログラム媒体を提供した。即ち、光導波路と記録層とは接着されていても、空間的に離れて配置されても良い。このように、非常に自由にホログラム媒体を設計することができるため、ホログラム記録／再生動作において非常に扱いやすい媒体を得ることができ、多様な使用形態が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１参考例による光導波路の構造を示す断面図である。
【図２】  回折格子層の構造例を示す断面図である。
【図３】  第１参考例による回折格子層部分の一構造例を示す断面図である。
【図４】  第１参考例における多層光導波路の例を示す断面図である。
【図５】  本発明の第２参考例による光導波路の構造を示す断面図である。
【図６】  第２参考例による回折格子層部分（Ａ−Ｂ線上）の構造例を示す断面図である。
【図７】  回折格子層の他の構造例を示す断面図である。
【図８】  光導波路に記録層を加えたホログラム媒体の例を示す図である。
【図９】  従来の光導波路の構造を示す断面図である。
【図１０】  従来の光導波路における回折光の層内方向の強度プロファイルを示す概念図である。
【符号の説明】
１…コア層
２…クラッド層
３、３１〜３５…回折格子層
４…記録層
５…参照光（入射光）
５００…伝搬光
６…物体光
９…回折光
【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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【図９】
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【図１０】
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