專利名稱：相位板及相位板制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種相位板及相位板制造方法。
背景技術(shù)：
在專利文獻1中公開了一種發(fā)明，其利用相位板將在多模光纖中傳輸?shù)母唠A模光變換為具有高斯?fàn)罘植嫉墓?。該專利文獻1中使用的相位板，在石英玻璃板的主表面上以同心圓狀形成深度1.2μπι的凹部，利用石英玻璃及凹部內(nèi)的空氣各自折射率的差異，產(chǎn)生相位差。在專利文獻1中雖然沒有記載相位板的制造方法，但可以考慮利用蝕刻而在石英玻璃板的一個面上形成同心圓狀的凹下圖案，從而制造相位板。在專利文獻2中公開了一種發(fā)明，其通過利用相位板降低從窄頻光源輸出的光的相干性，從而抑制干涉紋的產(chǎn)生。另外，還公開了制造該相位板的方法。在該專利文獻2所公開的相位板的制造方法中，通過向晶體材料照射聚光后的激光而制造相位板。即，通過利用激光照射而在晶體材料中形成大量使折射率局部發(fā)生變化的折射率變化位置，從而得到相位板。專利文獻1 美國專利申請公開第2008/0219620號說明書專利文獻2 日本特開平11-Μ6298號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明人對現(xiàn)有的相位板進行詳細研究，其結(jié)果發(fā)現(xiàn)下述課題。即，專利文獻1及 2各自記述的相位板，難以制造為具有期望的特性。例如如專利文獻1的圖IOa及IOc所圖示，專利文獻1所記述的相位板的性能(從高階模光變換為高斯?fàn)罘植脊獾墓β首儞Q效率)，很大程度上依賴于形成在石英玻璃上的同心圓狀凹下圖案的位置精度及深度精度。由此，專利文獻1所記述的相位板難以制造為具有期望的特性。另外，專利文獻2所記述的相位板，由于使晶體材料中的大量位置產(chǎn)生局部的折射率變化，所以需要對該晶體材料逐次照射聚光后的激光。因此，專利文獻2所記述的相位板在制造時需要較長時間，無法容易地制造。本發(fā)明就是為了解決上述課題而提出的，其目的在于，提供一種可以容易地制造為具有期望的特性的相位板、以及這種相位板的制造方法。本發(fā)明所涉及的相位板具有彼此相對的光入射面和光出射面，在沿與上述光入射面和光出射面這兩者相交的規(guī)定軸的方向上，折射率是恒定的。另外，該相位板在與規(guī)定軸垂直的剖面上，具有根據(jù)折射率的不同而區(qū)分彼此邊界的多個區(qū)域。此外，在本發(fā)明所涉及的相位板中，優(yōu)選多個區(qū)域分別為在沿規(guī)定軸的方向及剖面上折射率都恒定的多個子區(qū)域的集合。優(yōu)選多個區(qū)域各自的至少一部分由石英玻璃構(gòu)成。另外，優(yōu)選多個區(qū)域中的彼此相鄰的區(qū)域之間的折射率差根據(jù)有無石英玻璃、石英玻璃中有無添加物、或者石英玻璃中的添加物的濃度差而進行設(shè)定。本發(fā)明所涉及的相位板制造方法至少具有集束工序、延伸工序和切斷工序。在集束工序中，捆束各自具有棒或管形狀且沿其長度方向折射率恒定的多根部件。在延伸工序中，通過使集束工序中被捆束的多根部件在加熱軟化的狀態(tài)下沿長度方向延伸，從而形成延伸體。在切斷工序中，通過對延伸工序中形成的延伸體在與長度方向垂直的面上切斷，從而得到具有上述構(gòu)造的相位板(本發(fā)明所涉及的相位板)。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種易于制造為具有期望特性的相位板。


圖1是表示本發(fā)明所涉及的相位板的第1實施方式的結(jié)構(gòu)的圖。圖2是用于說明第1實施方式所涉及的相位板的制造方法的流程圖。圖3是用于分別說明第1實施方式所涉及的相位板的制造方法中的集束工序Si、 延伸工序S2及切斷工序S3的圖。圖4是表示本發(fā)明所涉及的相位板的第2實施方式的結(jié)構(gòu)的斜視圖。圖5是說明第2實施方式所涉及的相位板的制造方法中的集束工序Sl的圖。標(biāo)號的說明10、20…相位板，11 18、21、22…區(qū)域。
具體實施例方式下面，參照圖1 5，詳細說明本發(fā)明所涉及的相位板及其制造方法的各實施方式。此外，在附圖的說明中，對相同部位、相同要素標(biāo)注相同標(biāo)號，省略重復(fù)的說明。(第1實施方式)首先，說明第1實施方式。圖1是表示本發(fā)明所涉及的相位板的第1實施方式的結(jié)構(gòu)的圖。特別地，圖1(a)是表示第1實施方式所涉及的相位板10的結(jié)構(gòu)的斜視圖，圖 1(b)是該相位板10在與中心軸AX垂直的剖面中的沿線L的折射率分布，另外，圖1(c)是該相位板10沿中心軸AX的方向上的折射率分布。該圖1 (a)所示的相位板10具有彼此相對的光入射面IOa和光出射面10b，并且具有厚度為D的大致圓柱形狀。在該相位板10中， 在沿其圓柱的中心軸AX的方向上折射率恒定，在與中心軸AX垂直的剖面(即，與光入射面 10a、光出射面IOb平行的面)上，設(shè)置有從中心開始順次配置的區(qū)域11 18。區(qū)域11 18中的相鄰的2個區(qū)域的邊界是以中心軸AX為中心的同心圓。如上所述，區(qū)域11、13、15、 17分別具有折射率Ii1，區(qū)域12、14、16、18分別具有折射率 (興H1)。由此，光入射面IOa上的沿線L的折射率分布如圖1(b)所示，形成折射率Ii1和折射率n2周期性重復(fù)的形狀。另一方面，沿中心軸AX的方向上的折射率分布如圖1(c)所示具有如下形狀，即，無論是在中心軸AX貫穿折射率Ii1的區(qū)域的情況，還是在中心軸AX貫穿折射率 的區(qū)域的情況的哪一個構(gòu)造中，在沿中心軸AX的方向上折射率都是恒定的。在具有上述構(gòu)造(圖1)的相位板10中，優(yōu)選區(qū)域11 18各自的至少一部分由石英玻璃構(gòu)成。另外，優(yōu)選區(qū)域11 18中的相鄰的2個區(qū)域之間(例如區(qū)域11和區(qū)域12 之間、區(qū)域12和區(qū)域13之間等)的折射率差是通過有無石英玻璃、石英玻璃中有無添加物、或者石英玻璃中的添加物的濃度差而設(shè)定的。優(yōu)選區(qū)域11 18分別是在沿中心軸AX的方向及剖面這兩者上折射率均恒定的多個子區(qū)域的集合。例如，區(qū)域11 18也可以分別是由石英玻璃構(gòu)成的子區(qū)域和由該子區(qū)域的間隙中的空氣等氣體構(gòu)成的子區(qū)域的集合。另外，在使用中空管制造該相位板10的情況下，區(qū)域11 18也可以分別是由該中空管的材料部分構(gòu)成的子區(qū)域、和由該中空管內(nèi)部的空氣等氣體構(gòu)成的子區(qū)域(中空管的內(nèi)部空間)的集合。圖2是說明第1實施方式所涉及的相位板10的制造方法的流程圖。本第1實施方式所涉及的相位板制造方法具有集束工序Si、延伸工序S2、切斷工序S3及研磨工序S4, 通過順次執(zhí)行上述工序Sl S4而制造相位板10。圖3是用于分別說明第1實施方式所涉及的相位板10的制造方法中的集束工序Si、延伸工序S2及切斷工序S3的圖。特別地， 圖3 (a)是與通過集束工序Sl而形成的集束體110的長度方向(與中心軸AX—致)垂直的剖面圖，圖3(b)是表示通過將集束體110延伸而得到的延伸體IlOa的圖，另外，圖3(c) 是表示通過將延伸體IlOa在與其長度方向垂直的面上切斷而得到厚度為D的該相位板10 的切斷工序S3的圖。在集束工序Sl中，如圖3(a)所示，將在長度方向上具有相同折射率Ii1的多根棒材111和在長度方向上具有相同折射率n2的多根棒材112進行捆束。即，通過將多根棒材 111、112進行捆束，并使得與長度方向垂直的剖面中的折射率分布成為與相位板10的剖面中的折射率分布(圖1(b))大致相似的形狀，由此形成集束體110。具體地說，(1)將多根棒材111捆束而形成與區(qū)域11對應(yīng)的第1集束層，(2)在第1集束層的周圍捆束多根棒材 112而形成與區(qū)域12對應(yīng)的第2集束層，( 在第2集束層的周圍捆束多根棒材111而形成與區(qū)域13對應(yīng)的第3集束層，(4)在第3集束層的周圍捆束多根棒材112而形成與區(qū)域 14對應(yīng)的第4集束層，(5)在第4集束層的周圍捆束多根棒材111而形成與區(qū)域15對應(yīng)的第5集束層，(6)在第5集束層的周圍捆束多根棒材112而形成與區(qū)域16對應(yīng)的第6集束層，(7)在第6集束層的周圍捆束多根棒材111而形成與區(qū)域17對應(yīng)的第7集束層，(8)在第7集束層的周圍捆束多根棒材112而形成與區(qū)域18對應(yīng)的第8集束層，由此得到圖3 (a) 所示的集束體110。此外，捆束多根棒材的順序是任意的，例如可以從中心朝向外周順次捆束棒材，也可以從下方朝向上方順次捆束棒材。此時，優(yōu)選捆束棒材111的區(qū)域和捆束棒材112的區(qū)域如圖1(a)所示，配置為在延伸后形成同心圓狀。另外，在集束體110中，優(yōu)選將所捆束的多根棒材111、112收容在集束用管的內(nèi)部。優(yōu)選多根棒材111、112各自的外徑相同，另外，優(yōu)選多根棒材111、112進行最緊密排列。 上述多根棒材111、112例如由石英玻璃等透明材料構(gòu)成。此外，多根棒材111、112各自的外徑越小，S卩，在集束工序Sl中捆束的棒材111、 112的根數(shù)越多，集束體110在剖面上的沿規(guī)定線的折射率分布就越接近于相位板10的剖面中的折射率分布(圖1(b))。在延伸工序S2中，如圖3(b)所示，將在集束工序Sl中捆束多根棒材111、112而得到的集束體110，在使其加熱軟化的狀態(tài)下沿長度方向(與中心軸AX—致)延伸。艮口， 通過將集束體110的兩端分別沿箭頭H1、H2的方向延伸，從而形成延伸體110a。在切斷工序S3中，如圖3(c)所示，將在延伸工序S2中形成的延伸體110a，在與長度方向(與中心軸 AX—致)垂直的面上切斷。由此，得到具有彼此相對的將要成為光入射面IOa及光出射面 IOb的表面、且厚度為Dl ( > D)的相位板要素110b。此時，考慮到之后的研磨工序S4時的
5厚度減少量，切出厚度Dl的相位板要素110b，以在研磨后成為期望的厚度D。在研磨工序 S4中，對在切斷工序S3中切出的相位板要素IlOb的切斷面(分別將要成為光入射面IOa 及光出射面IOb的面)進行光學(xué)研磨。即，經(jīng)由研磨工序S4而最終得到的相位板10中的光入射面IOa及光出射面IOb均為平坦的表面。例如，如果考慮利用第1實施方式所涉及的相位板10(圖1(a))實現(xiàn)具有與專利文獻1所記載的相位板相同功能的相位板的情況，則如下所示。即，使區(qū)域11、13、15、17分別或者說是使構(gòu)成這些區(qū)域11、13、15、17的棒材111(子區(qū)域)分別為添加了的石英玻璃，使得波長1. 08 μ m下的區(qū)域11、13、15、17的折射率Ii1為1.4785。另外，使區(qū)域12、 14、16、18分別或者說是使構(gòu)成這些區(qū)域12、14、16、18的棒材112(子區(qū)域)分別為純石英玻璃，使得波長1. 08 μ m下的區(qū)域12、14、16、18的折射率n2為1. 4495。此時，為了使在沿中心軸AX的方向上分別從區(qū)域11、13、15、17透過的光的相位，與在沿中心軸AX的方向上分別從區(qū)域12、14、16、18透過的光的相位之差相當(dāng)于半個波長，只要將相位板10的厚度 D (該相位板10沿中心軸AX的方向上的長度)設(shè)為18. 6 μ m( = 1. 08/2/ (1. 4785-1. 4495)) 即可。如上述所示制造的相位板10具有與專利文獻1所記載的相位板相同的功能，另一方面，與專利文獻1所記載的相位板不同，可以容易地制造為具有期望的特性。本第1實施方式所涉及的相位板10無需在石英玻璃板的主表面(相當(dāng)于光入射面IOa或光出射面 IOb)上具有凹部，可以使光入射面IOa及光出射面IOb分別成為平坦面。因此，可以容易地制造該相位板10，另外，處理也比較容易。另外，第1實施方式所涉及的相位板10與專利文獻1所記載的相位板相比具有大于或等于10倍的厚度，但對于實際應(yīng)用來說充分薄，另外， 可以使得與相位精度有直接關(guān)系的厚度的控制精度緩和大于或等于10倍。此外，如果使用折射率nl為1. 4524的由添加了的玻璃構(gòu)成的石英棒111、和折射率 為1.4495的由純石英玻璃構(gòu)成的棒材112，則相位板10的厚度D (沿中心軸AX 的方向上的長度)成為186.2( = 1.08/2/(1.4524-1.4495)) μ m，與上述例子相比增厚至 10倍。但是，由于厚度D的控制精度可以進一步緩和10倍，所以如果厚度D的控制精度相同，則反而使相位精度提高10倍。另外，在本第1實施方式所涉及的相位板10中，在想要實現(xiàn)與專利文獻1所記載的相位板相同厚度的情況下，只要取代純石英玻璃構(gòu)成的棒材而使用中空石英玻璃管，取代添加了 Geh的石英玻璃構(gòu)成的棒而使用純石英玻璃構(gòu)成的棒材即可。(第2實施方式)下面，說明第2實施方式。圖4是表示本發(fā)明所涉及的相位板的第2實施方式的結(jié)構(gòu)的圖。特別地，圖4(a)是表示第2實施方式所涉及的相位板20的結(jié)構(gòu)的斜視圖，圖 4(b)是該相位板20在與中心軸AX垂直的剖面中的沿著線L的折射率分布，另外，圖4(c) 是該相位板20在沿中心軸AX的方向上的折射率分布。該圖4(a)所示的相位板20具有彼此相對的光入射面20a和光出射面20b，并且具有厚度為D的大致圓柱形狀。在該相位板 10中，在沿該圓柱的中心軸AX的方向上折射率恒定，在與中心軸AX垂直的剖面(即，與光入射面20a、光出射面20b平行的面)中，從中心開始順次配置的多個區(qū)域21被區(qū)域22包圍且隨機存在。區(qū)域21具有折射率Ii1,區(qū)域22具有折射率n2 (興Ii1)。由此，光入射面20a上的沿著線L的折射率分布如圖4(b)所示形成為如下形狀，即，在表示區(qū)域22的折射率 的區(qū)域中，表示區(qū)域21的折射率 的區(qū)域隨機出現(xiàn)。另一方面，在沿中心軸AX的方向上的折射率分布如圖4(c)所示具有如下形狀，即，無論是在中心軸AX貫穿折射率Ii1的區(qū)域的情況、還是中心軸AX貫穿折射率n2的區(qū)域的情況的哪一種構(gòu)造中，在沿中心軸AX的方向上折射率都是恒定的。優(yōu)選區(qū)域21、22各自的至少一部分由石英玻璃構(gòu)成。另外，優(yōu)選區(qū)域21、22之間的折射率差是通過有無石英玻璃、石英玻璃中有無添加物、或者石英玻璃中的添加物的濃度差而設(shè)定的。優(yōu)選區(qū)域21、22分別是在沿中心軸AX的方向及剖面這兩者上折射率都恒定的多個子區(qū)域的集合。例如，區(qū)域21、22也可以分別是由石英玻璃構(gòu)成的子區(qū)域和由該子區(qū)域的間隙中的空氣等氣體構(gòu)成的子區(qū)域的集合。另外，在使用中空管進行制造的情況下，區(qū)域 21,22也可以分別是由該中空管的材料部分構(gòu)成的子區(qū)域、和由該中空管內(nèi)部的空氣等氣體構(gòu)成的子區(qū)域(中空管的內(nèi)部空間)的集合。本第2實施方式所涉及的相位板20可以按照圖2所示的流程圖進行制造。圖5 是說明第2實施方式所涉及的相位板20的制造方法中的集束工序Sl的圖，示出通過集束工序Sl形成的集束體120的與長度方向垂直的剖面的圖。此外，在其它制造工序中得到的延伸體及相位板的構(gòu)造與圖3(b)及圖3(c)所示的構(gòu)造相同。在集束工序Sl中，將在長度方向(與中心軸AX—致)上具有相同折射率Ii1的多根棒材121、和在長度方向上具有相同折射率n2的多根棒材122捆束。S卩，通過將多根棒材 121、122捆束，并使得在與長度方向垂直的剖面中的折射率分布成為與相位板20的剖面中的折射率分布(圖4(b))大致相似的形狀，由此形成集束體120。此外，在集束體120中，優(yōu)選被捆束的多根棒材121、122收容在集束用管的內(nèi)部。 優(yōu)選多根棒材121、122各自的外徑相同，另外，優(yōu)選多根棒材121、122最緊密排列。上述多根棒材121、122由例如石英玻璃等透明材料構(gòu)成。在延伸工序S2中，與圖3(b)所示的集束體110相同地，將在集束工序Sl中使多根棒材121、122集束而形成的集束體120，在使其加熱軟化的狀態(tài)下沿長度方向(與中心軸 AX—致)延伸。即，通過將集束體120的兩端分別向相反方向延伸，從而形成延伸體。在切斷工序S3中，將在延伸工序S2中形成的延伸體在與長度方向垂直的面上切斷(參照圖 3(c))。由此，得到具有彼此相對的光入射面20a及光出射面20b、且厚度為Dl (>D)的相位板要素(相當(dāng)于圖3(c)的相位板要素110b)。此時，考慮到之后的研磨工序S4時的厚度減少量，切出具有厚度Dl的相位板要素，以在研磨后成為期望的厚度D。在研磨工序S4 中，對在切斷工序S3中切出的相位板要素的切斷面(分別將要成為光入射面20a及光出射面20b的面)進行光學(xué)研磨。即，經(jīng)由研磨工序S4而最終得到的相位板20中的光入射面 20a及光出射面20b均為平坦的面。例如，如果考慮利用第2實施方式所涉及的相位板20實現(xiàn)具有與專利文獻2所記載的相位板相同功能的相位板的情況，則如下所述。區(qū)域21或構(gòu)成區(qū)域21的棒材121 (子區(qū)域)為添加了氟元素的石英玻璃，使得在波長200nm下的區(qū)域21的折射率Ii1為1. 4350。 另外，區(qū)域22或構(gòu)成區(qū)域22的棒材122 (子區(qū)域)為添加了氟元素的石英玻璃，使得在波長200nm下的區(qū)域22的折射率叫為1.4452。此時，成為下述長度(相當(dāng)于該相位板20的厚度D)，即，使得在沿中心軸AX的方向上分別從區(qū)域21、22透過時的光的光程差大于光源
7的相干長度。如上述所示制造的相位板20具有與專利文獻2所記載的相位板相同的功能，另一方面，與專利文獻2所記載的相位板不同，可以容易地制造為具有期望的特性。本第2實施方式所涉及的相位板20并不是通過利用激光照射導(dǎo)致折射率變化而進行制造的，而是通過對一個延伸體切割為適當(dāng)?shù)暮穸榷梢砸淮涡缘卮罅恐圃?，所以制造性?yōu)異。此外，在制造各個第1及第2實施方式所涉及的相位板10、20時，也可以使用經(jīng)由集束工序Sl及延伸工序S2形成的延伸體(棒材或管)而再次進行集束工序Sl及延伸工序S2，然后進行切斷工序S3 (以及根據(jù)必要進行研磨工序S4)。如上所述，通過重復(fù)大于或等于2次集束工序Sl及延伸工序S2，可以高精度地實現(xiàn)具有復(fù)雜的剖面內(nèi)折射率分布的相位板。
權(quán)利要求
1.一種相位板，其在沿規(guī)定軸的方向上折射率恒定，其中，該相位板在與所述規(guī)定軸垂直的剖面中具有多個區(qū)域，它們的邊界是根據(jù)折射率的不同而區(qū)分的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相位板，其中，所述多個區(qū)域分別為多個子區(qū)域的集合，該多個子區(qū)域在沿所述規(guī)定軸的方向及所述剖面上折射率都是恒定的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相位板，其中，所述多個區(qū)域各自的至少一部分由石英玻璃構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的相位板，其中，所述多個區(qū)域中的彼此相鄰的區(qū)域之間的折射率差是通過有無石英玻璃、石英玻璃中有無添加物、或者石英玻璃中的添加物的濃度差而設(shè)定的。
5.一種相位板制造方法，其具有下述工序集束工序，在該工序中，將分別具有棒或管形狀且在長度方向上折射率恒定的多根部件進行捆束；延伸工序，在該工序中，通過將在所述集束工序中捆束的所述多根部件在加熱軟化的同時沿其長度方向延伸，從而形成延伸體；以及切斷工序，在該工序中，通過將在所述延伸工序中形成的所述延伸體在與所述長度方向垂直的面上切斷，從而制造權(quán)利要求1至4中任意一項所述的相位板。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種相位板等，其可以容易地制造為具有期望的特性。該相位板(10)具有大致圓柱形狀，沿該圓柱的中心軸(AX)的方向上折射率恒定。另外，該相位板(10)在與中心軸(AX)垂直的剖面中，具有從中心開始順次配置在同心圓上的多個區(qū)域(11～18)。區(qū)域(11～18)中的相鄰的2個區(qū)域的邊界可以根據(jù)折射率的不同而進行區(qū)分，區(qū)域(11、13、15、17)分別具有折射率n1，區(qū)域(12、14、16、18)分別具有折射率n2(≠n1)。
文檔編號G02B6/08GK102216820SQ20098014629
公開日2011年10月12日 申請日期2009年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月19日
發(fā)明者屜岡英資 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社