本发明专利技术提供一种衍射光栅元件及其制造方法和设计方法。在衍射光栅元件（１０）中，在第１介质（１１）和第４介质（１４）之间，交互设置第２介质（１２）和第３介质（１３）形成衍射光栅。从第１介质（１１）入射到衍射光栅的光被衍射光栅部衍射，出射到第４介质（１４）。或者，从第４介质（１４）入射到衍射光栅的光被衍射光栅部衍射出射到第１介质（１１）。各介质的折射率ｎ↓［１］～ｎ↓［４］满足ｎ↓［３］＜ｎ↓［１］＜ｎ↓［２］，ｎ↓［３］≤ｎ↓［４］≤ｎ↓［２］或者ｎ↓［３］≤ｎ↓［１］≤ｎ↓［２］，ｎ↓［３］＜ｎ↓［４］＜ｎ↓［２］这样的关系式。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及透过型衍射光栅元件、衍射光栅元件制造方法及衍射光栅元件的设计方法。
技术介绍
衍射光栅元件一般是在具有相互平行的第1面以及第2面的透明平板中在第1面形成了衍射光栅的元件(参照如小馆香椎子“衍射光学的发展和新进展”，日本女子大学纪要、理学部第10号pp7-24(2002))。在该衍射光栅元件中，例如，如果光以一定入射角从与第1面相接的介质入射到该第1面，则该光将被形成在第1面的衍射光栅衍射，通过透明平板的内部出射到与第2面相接的介质。从透明平板的第2面出射时的光的衍射角因波长而异。 这样，该衍射光栅元件可以作为分波入射的光并出射的光分波器使用。此外，该衍射光栅元件在与上述情况相反的方向引导光线时，还可以作为合波入射的光并出射的光合波器使用。进而，通过组合衍射光栅元件和其他的光学元件，也可以构成对应波长调整光的群延迟时间的分散调整器。因而，衍射光栅元件在多重化传送多波长的信号光的波分复用(WDMWavelength Division Multiplexing)光通信系统中已成为重要的光学器件之一。 这样的衍射光栅元件要求有高的衍射效率。因而，有人先后提出了若干种用于提高衍射效率的构造上的考虑，报告了95％左右的衍射效率(参照如美国特许公开专利2002/0135876号说明书、或者Hendrick J.Gerritsen，et al.，“Rectangular surface-relief transmissiongeatings with a very large first-order diffraction efficiency(～95％)for unpolarized light”，Applied Optics，Vol.37，No.25，pp.5823-5829(1998))。 但是，入射到衍射光栅元件的入射光的入射角以及被衍射光栅元件衍射出射的衍射光的衍射角并不是0度(垂直于形成了衍射光栅元件的透明平板的第1面以及第2面)，而是产生由反射导致的偏波依存性。另外，由于衍射光栅是只在一个方向周期地变化折射率的构造，故在光栅周期特别短(例如2λ以下)时，如果周期方向和偏波方向的角度变化则衍射效率变化。这样，一般情况下，衍射光栅元件具有偏波依存性，TE偏波光以及TM偏波光各自的衍射效率相互不同。特别是衍射角的角分散大(合分波的波长分解能力高)时，因为周期变短，故偏波依存性将变得显著。 为了降低TE偏波光以及TM偏波光各自的衍射效率之差，可以通过适当地设计衍射光栅的断面形状(光栅的高度或宽度等)来消除反射导致的偏波依存性和构造造成的偏波依存性。但是，即便是如此进行了设计的场合也不能在宽波长区域实现衍射效率的提高以及衍射效率的偏波依存性的降低。
技术实现思路
本专利技术是为解决上述问题点而进行的专利技术，目的在于提供可以通过个别地消除反射导致的偏波依存性和由构造造成的偏波依存性，实现在宽波长区域提高衍射效率以及降低衍射效率的偏波依存性的衍射光栅元件。此外，提供制造和设计这样的衍射光栅元件的方法也是本专利技术目的之一。 第1涉及本专利技术的衍射光栅元件具有(1)在假定了相互平行的第1平面以及第2平面时，在第1平面的外侧相接第1平面设置的第1介质(折射率n1)；(2)在第1平面和第2平面之间相接于第1平面以及第2平面并在平行于第1平面的规定方向交互设置形成了衍射光栅的第2介质(折射率n2)以及第3介质(折射率n3，且n3＜n2；(3)在第2平面的外侧相接第2平面设置的第4介质(折射率n4)。并且其以第1介质、第2介质、第3介质以及第4介质各自的折射率n1～n4满足“n3＜n1＜n2、n3≤n4≤n2”以及“n3≤n1≤n2、n3＜n4＜n2”这样的关系式为特征。进而，第2介质以及第3介质两者是固体，或者第1介质以及第4介质由各向同性材料构成也是特征之一。 在该第1涉及本专利技术的衍射光栅元件中，在第1介质和第4介质之间，交互设置第2介质和第3介质形成衍射光栅。从第1介质入射到衍射光栅的光在衍射光栅部衍射出射到第4介质。或者从第4介质入射到衍射光栅的光在衍射光栅部衍射出射到第1介质。由于该衍射光栅元件各介质的折射率满足上述关系式，故可以在宽波长区域实现衍射效率的提高以及衍射效率的偏波依存性的降低。 在设第1涉及本专利技术的衍射光栅元件在第1平面和第2平面之间的平均折射率为nav时，第1介质的折射率n1最好满足“nav-0.2≤n1≤nav+0.2”这样的关系式，进而，第4介质的折射率n4最好满足“nav-0.2≤n4≤nav+0.2”这样的关系式。此外，有关垂直于第1平面的方向的第1介质的厚度最好是5μm以上，有关垂直于第1平面的方向的第4介质的厚度最好是5μm以上。在这些情况下，可以更好地在宽波长区域实现衍射效率的提高以及衍射效率的偏波依存性的降低。 第2涉及本专利技术的衍射光栅元件具有(1)在假定了相互平行并顺序地排列了第1平面～第4平面时，在第1平面的外侧相接第1平面设置的第1介质(折射率n1)；(2)在第2平面和第3平面之间相接于第2平面以及第3平面并在平行于第1平面的规定方向交互设置形成了衍射光栅的第2介质(折射率n2)以及第3介质(折射率n3，且n3＜n2；(3)在第4平面的外侧相接第4平面设置的第4介质(折射率n4)；(4)在第1平面和第2平面之间相接于第1平面以及第2平面设置的第5介质(平均折射率n5)；(5)在第3平面和第4平面之间相接于第3平面以及第4平面设置的第6介质(平均折射率n6)。其特征是在取在第2平面和第3平面之间的平均折射率为nav时，第5介质的平均折射率n5满足“n1＜n5＜nav”或者“nav＜n5＜n1”这样的关系式，第6介质的平均折射率n6满足“n4＜n6＜nav”或者“nav＜n6＜n4”这样的关系式。 在该第2涉及本专利技术的衍射光栅元件中，在第5介质和第6介质之间，交互设置第2介质和第3介质形成衍射光栅。从第1介质入射到衍射光栅的光经由第5介质被衍射光栅部衍射，经由第6介质出射到第4介质。或者从第4介质入射到衍射光栅的光经由第6介质被衍射光栅部衍射，经由第5介质出射到第1介质。由于该衍射光栅元件各介质的折射率满足上述关系式，故可以在宽波长区域实现衍射效率的提高以及衍射效率的偏波依存性的降低。 第2涉及本专利技术的衍射光栅元件其第5介质的平均折射率n5最好满足“(n1nav)1/2-0.2＜n5＜(n1nav)1/2+0.2”这样的关系式，进而，第6介质的平均折射率n6最好满足“(n4nav)1/2-0.2≤n6≤(n4nav)1/2+0.2”这样的关系式。此外，在设衍射光栅的周期为Λ，有关垂直于第1平面的方向的第5介质的厚度为h5，波长λ的光入射到衍射光栅时，满足“λΛ/4(4 n52Λ2-λ2)1/2＜h5＜3λΛ/4(4 n52Λ2-λ2)1/2”这样的关系式的光的波长λ最好存在于波长区域1.26μm～1.675μm内，进而，在设衍射光栅的周期为Λ，有关垂直于第1平面的方向的第6介质的厚度为h6，波长λ的光入射到衍射光栅时，满足“λΛ/4(4 n62Λ2-λ2)1/2＜h6＜3λΛ/4(4 n62Λ2-λ2)1/2”这样的关系式的光的波长λ最好存在于波长区域1.本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种衍射光栅元件，其特征在于：在假定了相互平行并顺序地排列了第１平面～第３平面时，具有：在上述第１平面的外侧相接于上述第１平面设置的折射率为ｎ↓［１］的第１介质；在上述第２平面和上述第３平面之间相接于上述第２平面以及 上述第３平面在平行于上述第１平面的预定方向交互设置从而形成了衍射光栅的折射率为ｎ↓［２］的第２介质以及折射率为ｎ↓［３］的第３介质，其中ｎ↓［３］＜ｎ↓［２］；在上述第３平面的外侧相接于上述第３平面设置的折射率为ｎ↓［４］的第４介质 ；和在上述第１平面和上述第２平面之间相接于上述第１平面以及上述第２平面设置的平均折射率为ｎ↓［５］的第５介质，当设上述第２平面和上述第３平面之间的平均折射率为ｎ↓［ａｖ］时，上述第５介质的平均折射率ｎ↓［５］满足关系式ｎ↓［ １］＜ｎ↓［５］＜ｎ↓［ａｖ］或者ｎ↓［ａｖ］＜ｎ↓［５］＜ｎ↓［１］。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：盐崎学，茂原政一，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]
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