光学素子

【課題】出射光を入射光と直交する平面方向にも分岐できる光学素子を提供する。
【解決手段】入射光を該入射光と直交する平面方向に５〜７つの出射光に分岐する回折格子１を有し、回折格子１は正方形の領域の所定位置に上面が正方形である直方体からなる凸部１２が形成された格子パターン１０が平面上に多数配列されてなり、正方形の領域一辺の長さに対する凸部１２の上面一辺の長さ比率を０．５〜０．８としてなる。また、正方形の領域一辺の長さに対する凸部１２の上面一辺の長さ比率が０．６である場合には、凸部１２の高さｄは、素子の屈折率をｎとし入射光の波長をλとしたときに、（ｎ−１）ｄが（０．２１２±０．１２５）λの条件を満たす。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射光を平面方向に５〜７つの出射光に分岐する回折格子を有した光学素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、素子の表面に回折格子が形成されてなる光学素子が知られており、この光学素子は入射光を複数の出射光に分岐することができる。回折格子は所定ピッチの溝あるいは突起が直線状あるいは同心円状に形成されて、所定ピッチの凹凸パターンが多数形成されて構成される。このような回折格子を有する光学素子としては、例えば特許文献１に挙げるようなものがある。この光学素子を例えば光通信装置に用いた場合、光学素子の一方側には１本の光ファイバを、他方側には複数本の光ファイバを配置し、光学素子を挟んだ双方の光ファイバ間で光信号を送受信することができる。
【特許文献１】特開２００２−３４１１２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の回折格子を有する光学素子は、出射光を一方向の異なる角度にのみ分岐するものであり、出射光を入射光と直交する平面方向、すなわち横方向（ｘ軸方向）か縦方向（ｙ軸方向）のいずれか一方だけでなく両方の方向に分岐するものではなかった。このため、光通信装置に用いた場合、複数本を配置する側の光ファイバを一直線状にしか配置できず、機器内におけるスペース効率が悪かった。
【０００４】
本発明は前記課題を鑑みてなされたものであり、出射光を入射光と直交する平面方向にも分岐できる光学素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するため、本発明に係る光学素子は、入射光を該入射光と直交する平面方向に５〜７つの出射光に分岐する回折格子を有した光学素子であって、
前記回折格子は正方形の領域の所定位置に上面が正方形である直方体からなる凸部が形成された格子パターンが平面上に多数配列されてなり、前記正方形の領域一辺の長さに対する前記凸部の上面一辺の長さ比率が０．５〜０．８であることを特徴として構成されている。
【０００６】
また、本発明に係る光学素子は、前記正方形の領域一辺の長さに対する前記凸部の上面一辺の長さ比率が０．６であり、前記凸部の高さｄは、素子の屈折率をｎとし入射光の波長をλとしたときに、（ｎ−１）ｄが（０．２１２±０．１２５）λの条件を満たすことを特徴として構成されている。
【０００７】
さらに、本発明に係る光学素子は、前記正方形の領域一辺の長さに対する前記凸部の上面一辺の長さ比率が０．７であり、前記凸部の高さｄは、素子の屈折率をｎとし入射光の波長をλとしたときに、（ｎ−１）ｄが（０．２６０±０．０８０）λの条件を満たすことを特徴として構成されている。
【０００８】
さらにまた、本発明に係る光学素子は、前記正方形の領域一辺の長さに対する前記凸部の上面一辺の長さ比率が０．５であり、前記凸部の高さｄは、素子の屈折率をｎとし入射光の波長をλとしたときに、（ｎ−１）ｄが（０．２６０±０．１２５）λの条件を満たすことを特徴として構成されている。
【０００９】
そして、本発明に係る光学素子は、前記正方形の領域一辺の長さに対する前記凸部の上面一辺の長さ比率が０．８であり、前記凸部の高さｄは、素子の屈折率をｎとし入射光の波長をλとしたときに、（ｎ−１）ｄが（０．２６０±０．１２５）λの条件を満たすことを特徴として構成されている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る光学素子によれば、回折格子は正方形の領域の所定位置に上面が正方形である直方体からなる凸部が形成された格子パターンが平面上に多数配列されてなり、正方形の領域一辺の長さに対する凸部の上面一辺の長さ比率が０．５〜０．８であることにより、入射光を該入射光と直交する平面に対しｘ軸方向とｙ軸方向の両方に投影するように分岐することができ、光通信機器に用いれば光ファイバの配置の自由度が上がってスペース効率を向上させることができる。
【００１１】
また、本発明に係る光学素子によれば、正方形の領域一辺の長さに対する凸部の上面一辺の長さ比率が０．６であり、凸部の高さｄは、素子の屈折率をｎとし入射光の波長をλとしたときに、（ｎ−１）ｄが（０．２１２±０．１２５）λの条件を満たすことにより、回折格子によって入射光を５分岐させることができる。
【００１２】
さらに、本発明に係る光学素子によれば、正方形の領域一辺の長さに対する凸部の上面一辺の長さ比率が０．７であり、凸部の高さｄは、素子の屈折率をｎとし入射光の波長をλとしたときに、（ｎ−１）ｄが（０．２６０±０．０８０）λの条件を満たすことにより、回折格子によって入射光を６分岐させることができる。
【００１３】
さらにまた、本発明に係る光学素子によれば、正方形の領域一辺の長さに対する凸部の上面一辺の長さ比率が０．５であり、凸部の高さｄは、素子の屈折率をｎとし入射光の波長をλとしたときに、（ｎ−１）ｄが（０．２６０±０．１２５）λの条件を満たすことにより、回折格子によって入射光を５分岐させることができる。
【００１４】
そして、本発明に係る光学素子によれば、正方形の領域一辺の長さに対する凸部の上面一辺の長さ比率が０．８であり、凸部の高さｄは、素子の屈折率をｎとし入射光の波長をλとしたときに、（ｎ−１）ｄが（０．２６０±０．１２５）λの条件を満たすことにより、回折格子によって入射光を７分岐させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の実施形態について図面に沿って詳細に説明する。図１には本実施形態における光学素子の部分的な拡大正面図を、図２には図１のＡ−Ａ断面図を、それぞれ示している。本実施形態の光学素子は、表面に回折格子１が形成されてなり、回折格子１は凹凸状の格子パターン１０が平面状に多数配列され構成されている。
【００１６】
格子パターン１０は、図１に示すように正方形の領域内に１つの凸部１２が形成されてなり、凸部１２は上面が正方形である直方体からなっている。凸部１２が形成されていない領域は、凸部１２に比べると凹んだ凹部１１を構成している。この格子パターン１０が左右及び上下方向にそれぞれ列をなすように配列されて回折格子１が形成されている。
【００１７】
図３には、第１の例の格子パターン１０を１つ取り出した平面図及び側面図を示している。本例では、格子パターン１０を構成する正方形の領域一辺の長さであるピッチＰに対する凸部１２の上面一辺の長さＡの比率は、０．６となるように凸部１２が形成されている。ここで、ピッチＰは２０μｍであり、したがって凸部１２の上面一辺の長さＡは１２μｍとなる。なお、光学素子の素材は屈折率ｎが１．５であり、この光学素子により分岐される光の波長λは１．３μｍとする。
【００１８】
このような格子パターン１０において、凸部１２の凹部１１に対する高さ、すなわち格子高さｄを１．１５μｍとした場合、回折格子１に入射する光は、この入射光と直交する平面方向に複数分岐されて出射される。図４には、本例における出射光を投影した図を示している。この図は、入射光と直交する平面上における出射光の投影位置を表しており、（０，０）の原点位置が入射光の入射位置である。
【００１９】
図４に示すように、第１の例において入射光は、回折格子１によって５つの出射光に分岐される。具体的には、入射光と同軸の０次回折光が（０，０）の位置に、入射光に対してｘ方向及びｙ方向に出射される１次回折光が（１，０）、（−１，０）、（０，１）、（０，−１）の位置に、それぞれ投影されるように分岐されている。
【００２０】
図５には、本例における各座標点での回折光強度を表した図を示している。図５（ａ）はｘ＝０のラインにおける各座標点の回折光強度を、図５（ｂ）はｘ＝１のラインにおける各座標点の回折光強度を、図５（ｃ）はｘ＝２のラインにおける各座標点の回折光強度を、それぞれ表している。ｘ＝−１、ｘ＝−２のラインについては、それぞれｘ＝１、ｘ＝２のラインと同じ特性を示すので、省略する。なお、縦軸の回折光強度は、入射光強度に対する出射光強度の割合で示されており、これが０．０５以上の強度を示す場合に分岐された光とし、０．０５より小さい強度の場合には、当該方向には分岐されていないものとする。
【００２１】
これら各図に示すように、座標（０，０）、（０，１）、（０，−１）、（１，０）の各位置と、図示しない（−１，０）の位置において、回折光強度が０．０５以上となり、図４にも示す５つの方向に出射光が分岐されることとなる。この格子パターン１０について、出射光を５つの方向に分岐するために必要な条件は、位相差（ｎ−１）ｄが（０．２１２±０．１２５）λの範囲となることであり、この条件に合致するように格子高さｄを設定する必要がある。この条件は、格子高さｄをパラメータとして図５と同様の特性を示す範囲をシミュレーションにより求めたものである。
【００２２】
次に、第２の例の格子パターンについて説明する。図６には、第２の例の格子パターン１０を１つ取り出した平面図及び側面図を示している。本例では、格子パターン１０を構成する正方形の領域一辺の長さであるピッチＰに対する凸部１２の上面一辺の長さＡの比率は、０．７となるように凸部１２が形成されている。なお、ピッチＰや入射光の波長λは、第１の例と同様である。
【００２３】
本例の格子パターン１０において格子高さｄを１．３５μｍとした場合、回折格子１に入射する光は、この入射光と直交する平面方向に複数分岐されて出射される。図７には、本例における出射光を投影した図を示している。この図に示すように、第２の例において入射光は、回折格子１によって６つの出射光に分岐される。具体的には、入射光に対してｘ方向及びｙ方向に出射される１次回折光が（１，０）、（−１，０）、（０，１）、（０，−１）の位置に、入射光に対してｙ方向に出射される２次回折光が（０，２）、（０，−２）の位置に、それぞれ投影されるように分岐されている。
【００２４】
図８には、本例における各座標点での回折光強度を表した図を示している。これら各図に示すように、座標（０，１）、（０，２）、（０，−１）、（０，−２）、（１，０）の各位置と、図示しない（−１，０）の位置において、回折光強度が０．０５以上となり、図７にも示す６つの方向に出射光が分岐されることとなる。この格子パターン１０について、出射光を６つの方向に分岐するために必要な条件は、位相差（ｎ−１）ｄが（０．２６０±０．０８０）λの範囲となることであり、この条件に合致するように格子高さｄを設定する必要がある。
【００２５】
次に、第３の例の格子パターンについて説明する。図９には、第３の例の格子パターン１０を１つ取り出した平面図及び側面図を示している。本例では、格子パターン１０を構成する正方形の領域一辺の長さであるピッチＰに対する凸部１２の上面一辺の長さＡの比率は、０．５となるように凸部１２が形成されている。なお、ピッチＰや入射光の波長λは、第１の例と同様である。
【００２６】
本例の格子パターン１０は格子高さｄを１．４μｍとしている。図１０には、本例における出射光を投影した図を示している。この図に示すように、第３の例において入射光は、回折格子１によって５つの出射光に分岐される。具体的には、入射光と同軸の０次回折光が（０，０）の位置に、入射光に対してｘ方向及びｙ方向に出射される１次回折光が（１，０）、（−１，０）、（０，１）、（０，−１）の位置に、それぞれ投影されるように分岐されている。
【００２７】
図１１には、本例における各座標点での回折光強度を表した図を示している。これら各図に示すように、座標（０，０）、（０，１）、（０，−１）、（１，０）の各位置と、図示しない（−１，０）の位置において、回折光強度が０．０５以上となり、図１０にも示す５つの方向に出射光が分岐されることとなる。この格子パターン１０について、出射光を５つの方向に分岐するために必要な条件は、位相差（ｎ−１）ｄが（０．２６０±０．１２５）λの範囲となることであり、この条件に合致するように格子高さｄを設定する必要がある。
【００２８】
次に、第４の例の格子パターンについて説明する。図１２には、第４の例の格子パターン１０を１つ取り出した平面図及び側面図を示している。本例では、格子パターン１０を構成する正方形の領域一辺の長さであるピッチＰに対する凸部１２の上面一辺の長さＡの比率は、０．８となるように凸部１２が形成されている。なお、ピッチＰや入射光の波長λは、第１の例と同様である。
【００２９】
本例の格子パターン１０は格子高さｄを１．３５μｍとしている。図１３には、本例における出射光を投影した図を示している。この図に示すように、第４の例において入射光は、回折格子１によって７つの出射光に分岐される。具体的には、入射光と同軸の０次回折光が（０，０）の位置に、入射光に対してｘ方向及びｙ方向に出射される１次回折光が（１，０）、（−１，０）、（０，１）、（０，−１）の位置に、入射光に対してｘ方向に出射される２次回折光が（２，０）、（−２，０）の位置に、それぞれ投影されるように分岐されている。
【００３０】
図１４には、本例における各座標点での回折光強度を表した図を示している。これら各図に示すように、座標（０，０）、（０，１）、（０，−１）、（１，０）、（２，０）の各位置と、図示しない（−１，０）、（−２，０）の位置において、回折光強度が０．０５以上となり、図１３にも示す７つの方向に出射光が分岐されることとなる。この格子パターン１０について、出射光を７つの方向に分岐するために必要な条件は、位相差（ｎ−１）ｄが（０．２６０±０．１２５）λの範囲となることであり、この条件に合致するように格子高さｄを設定する必要がある。
【００３１】
このように、ピッチＰに対する長さＡの比率を変えることで、入射光を分岐させる数及び方向を様々に設定することができる。本実施形態では、Ａ／Ｐを０．５〜０．８の範囲とし、格子高さｄを適切に設定することにより、入射光を平面方向に５〜７分岐させることができる。この光学素子を光通信機器に用いることで、例えば発光部からの光を複数本の光ファイバに入射させる際に、光ファイバを二次元的に配置することができ、機器内におけるスペース効率を向上させることができる。
【００３２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の適用は本実施形態には限られず、その技術的思想の範囲内において様々に適用されうるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本実施形態における光学素子の部分的な拡大正面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】第１の例の格子パターンを１つ取り出した平面図及び側面図である。
【図４】第１の例における出射光を投影した図である。
【図５】第１の例における各座標点での回折光強度を表した図である。
【図６】第２の例の格子パターンを１つ取り出した平面図及び側面図である。
【図７】第２の例における出射光を投影した図である。
【図８】第２の例における各座標点での回折光強度を表した図である。
【図９】第３の例の格子パターンを１つ取り出した平面図及び側面図である。
【図１０】第３の例における出射光を投影した図である。
【図１１】第３の例における各座標点での回折光強度を表した図である。
【図１２】第４の例の格子パターンを１つ取り出した平面図及び側面図である。
【図１３】第４の例における出射光を投影した図である。
【図１４】第４の例における各座標点での回折光強度を表した図である。
【符号の説明】
【００３４】
１回折格子
１０格子パターン
１１凹部
１２凸部

【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を該入射光と直交する平面方向に５〜７つの出射光に分岐する回折格子を有した光学素子であって、
前記回折格子は正方形の領域の所定位置に上面が正方形である直方体からなる凸部が形成された格子パターンが平面上に多数配列されてなり、前記正方形の領域一辺の長さに対する前記凸部の上面一辺の長さ比率が０．５〜０．８であることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記正方形の領域一辺の長さに対する前記凸部の上面一辺の長さ比率が０．６であり、前記凸部の高さｄは、素子の屈折率をｎとし入射光の波長をλとしたときに、（ｎ−１）ｄが（０．２１２±０．１２５）λの条件を満たすことを特徴とする請求項１記載の光学素子。
【請求項３】
前記正方形の領域一辺の長さに対する前記凸部の上面一辺の長さ比率が０．７であり、前記凸部の高さｄは、素子の屈折率をｎとし入射光の波長をλとしたときに、（ｎ−１）ｄが（０．２６０±０．０８０）λの条件を満たすことを特徴とする請求項１記載の光学素子。
【請求項４】
前記正方形の領域一辺の長さに対する前記凸部の上面一辺の長さ比率が０．５であり、前記凸部の高さｄは、素子の屈折率をｎとし入射光の波長をλとしたときに、（ｎ−１）ｄが（０．２６０±０．１２５）λの条件を満たすことを特徴とする請求項１記載の光学素子。
【請求項５】
前記正方形の領域一辺の長さに対する前記凸部の上面一辺の長さ比率が０．８であり、前記凸部の高さｄは、素子の屈折率をｎとし入射光の波長をλとしたときに、（ｎ−１）ｄが（０．２６０±０．１２５）λの条件を満たすことを特徴とする請求項１記載の光学素子。

【図１】