[发明专利]衍射光栅元件及其制造方法和设计方法

说明书

本申请是申请号为200480000120.6、申请日为2004年10月12日、发明名称为“衍射光栅元件及其制造方法和设计方法”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明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。

背景技术

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(WDM：Wavelength 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。

发明内容

本发明是为解决上述问题点而进行的发明，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发明目的之一。