专利名称：相位板及相位板制造方法
技术领域：
本发明涉及一种相位板及相位板制造方法。
背景技术：
在专利文献1中公开了一种发明，其利用相位板将在多模光纤中传输的高阶模光变换为具有高斯状分布的光。该专利文献1中使用的相位板，在石英玻璃板的主表面上以同心圆状形成深度1.2μπι的凹部，利用石英玻璃及凹部内的空气各自折射率的差异，产生相位差。在专利文献1中虽然没有记载相位板的制造方法，但可以考虑利用蚀刻而在石英玻璃板的一个面上形成同心圆状的凹下图案，从而制造相位板。在专利文献2中公开了一种发明，其通过利用相位板降低从窄频光源输出的光的相干性，从而抑制干涉纹的产生。另外，还公开了制造该相位板的方法。在该专利文献2所公开的相位板的制造方法中，通过向晶体材料照射聚光后的激光而制造相位板。即，通过利用激光照射而在晶体材料中形成大量使折射率局部发生变化的折射率变化位置，从而得到相位板。专利文献1 美国专利申请公开第2008/0219620号说明书专利文献2 日本特开平11-Μ6298号公报
发明内容
发明人对现有的相位板进行详细研究，其结果发现下述课题。即，专利文献1及 2各自记述的相位板，难以制造为具有期望的特性。例如如专利文献1的图IOa及IOc所图示，专利文献1所记述的相位板的性能(从高阶模光变换为高斯状分布光的功率变换效率)，很大程度上依赖于形成在石英玻璃上的同心圆状凹下图案的位置精度及深度精度。由此，专利文献1所记述的相位板难以制造为具有期望的特性。另外，专利文献2所记述的相位板，由于使晶体材料中的大量位置产生局部的折射率变化，所以需要对该晶体材料逐次照射聚光后的激光。因此，专利文献2所记述的相位板在制造时需要较长时间，无法容易地制造。本发明就是为了解决上述课题而提出的，其目的在于，提供一种可以容易地制造为具有期望的特性的相位板、以及这种相位板的制造方法。本发明所涉及的相位板具有彼此相对的光入射面和光出射面，在沿与上述光入射面和光出射面这两者相交的规定轴的方向上，折射率是恒定的。另外，该相位板在与规定轴垂直的剖面上，具有根据折射率的不同而区分彼此边界的多个区域。此外，在本发明所涉及的相位板中，优选多个区域分别为在沿规定轴的方向及剖面上折射率都恒定的多个子区域的集合。优选多个区域各自的至少一部分由石英玻璃构成。另外，优选多个区域中的彼此相邻的区域之间的折射率差根据有无石英玻璃、石英玻璃中有无添加物、或者石英玻璃中的添加物的浓度差而进行设定。本发明所涉及的相位板制造方法至少具有集束工序、延伸工序和切断工序。在集束工序中，捆束各自具有棒或管形状且沿其长度方向折射率恒定的多根部件。在延伸工序中，通过使集束工序中被捆束的多根部件在加热软化的状态下沿长度方向延伸，从而形成延伸体。在切断工序中，通过对延伸工序中形成的延伸体在与长度方向垂直的面上切断，从而得到具有上述构造的相位板(本发明所涉及的相位板)。发明的效果根据本发明，可以提供一种易于制造为具有期望特性的相位板。
图1是表示本发明所涉及的相位板的第1实施方式的结构的图。图2是用于说明第1实施方式所涉及的相位板的制造方法的流程图。图3是用于分别说明第1实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及切断工序S3的图。图4是表示本发明所涉及的相位板的第2实施方式的结构的斜视图。图5是说明第2实施方式所涉及的相位板的制造方法中的集束工序Sl的图。标号的说明10、20…相位板，11 18、21、22…区域。
具体实施例方式下面，参照图1 5，详细说明本发明所涉及的相位板及其制造方法的各实施方式。此外，在附图的说明中，对相同部位、相同要素标注相同标号，省略重复的说明。(第1实施方式)首先，说明第1实施方式。图1是表示本发明所涉及的相位板的第1实施方式的结构的图。特别地，图1(a)是表示第1实施方式所涉及的相位板10的结构的斜视图，图 1(b)是该相位板10在与中心轴AX垂直的剖面中的沿线L的折射率分布，另外，图1(c)是该相位板10沿中心轴AX的方向上的折射率分布。该图1 (a)所示的相位板10具有彼此相对的光入射面IOa和光出射面10b，并且具有厚度为D的大致圆柱形状。在该相位板10中， 在沿其圆柱的中心轴AX的方向上折射率恒定，在与中心轴AX垂直的剖面(即，与光入射面 10a、光出射面IOb平行的面)上，设置有从中心开始顺次配置的区域11 18。区域11 18中的相邻的2个区域的边界是以中心轴AX为中心的同心圆。如上所述，区域11、13、15、 17分别具有折射率Ii1，区域12、14、16、18分别具有折射率 (兴H1)。由此，光入射面IOa上的沿线L的折射率分布如图1(b)所示，形成折射率Ii1和折射率n2周期性重复的形状。另一方面，沿中心轴AX的方向上的折射率分布如图1(c)所示具有如下形状，即，无论是在中心轴AX贯穿折射率Ii1的区域的情况，还是在中心轴AX贯穿折射率 的区域的情况的哪一个构造中，在沿中心轴AX的方向上折射率都是恒定的。在具有上述构造(图1)的相位板10中，优选区域11 18各自的至少一部分由石英玻璃构成。另外，优选区域11 18中的相邻的2个区域之间(例如区域11和区域12 之间、区域12和区域13之间等)的折射率差是通过有无石英玻璃、石英玻璃中有无添加物、或者石英玻璃中的添加物的浓度差而设定的。优选区域11 18分别是在沿中心轴AX的方向及剖面这两者上折射率均恒定的多个子区域的集合。例如，区域11 18也可以分别是由石英玻璃构成的子区域和由该子区域的间隙中的空气等气体构成的子区域的集合。另外，在使用中空管制造该相位板10的情况下，区域11 18也可以分别是由该中空管的材料部分构成的子区域、和由该中空管内部的空气等气体构成的子区域(中空管的内部空间)的集合。图2是说明第1实施方式所涉及的相位板10的制造方法的流程图。本第1实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、切断工序S3及研磨工序S4, 通过顺次执行上述工序Sl S4而制造相位板10。图3是用于分别说明第1实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及切断工序S3的图。特别地， 图3 (a)是与通过集束工序Sl而形成的集束体110的长度方向(与中心轴AX—致)垂直的剖面图，图3(b)是表示通过将集束体110延伸而得到的延伸体IlOa的图，另外，图3(c) 是表示通过将延伸体IlOa在与其长度方向垂直的面上切断而得到厚度为D的该相位板10 的切断工序S3的图。在集束工序Sl中，如图3(a)所示，将在长度方向上具有相同折射率Ii1的多根棒材111和在长度方向上具有相同折射率n2的多根棒材112进行捆束。即，通过将多根棒材 111、112进行捆束，并使得与长度方向垂直的剖面中的折射率分布成为与相位板10的剖面中的折射率分布(图1(b))大致相似的形状，由此形成集束体110。具体地说，(1)将多根棒材111捆束而形成与区域11对应的第1集束层，(2)在第1集束层的周围捆束多根棒材 112而形成与区域12对应的第2集束层，( 在第2集束层的周围捆束多根棒材111而形成与区域13对应的第3集束层，(4)在第3集束层的周围捆束多根棒材112而形成与区域 14对应的第4集束层，(5)在第4集束层的周围捆束多根棒材111而形成与区域15对应的第5集束层，(6)在第5集束层的周围捆束多根棒材112而形成与区域16对应的第6集束层，(7)在第6集束层的周围捆束多根棒材111而形成与区域17对应的第7集束层，(8)在第7集束层的周围捆束多根棒材112而形成与区域18对应的第8集束层，由此得到图3 (a) 所示的集束体110。此外，捆束多根棒材的顺序是任意的，例如可以从中心朝向外周顺次捆束棒材，也可以从下方朝向上方顺次捆束棒材。此时，优选捆束棒材111的区域和捆束棒材112的区域如图1(a)所示，配置为在延伸后形成同心圆状。另外，在集束体110中，优选将所捆束的多根棒材111、112收容在集束用管的内部。优选多根棒材111、112各自的外径相同，另外，优选多根棒材111、112进行最紧密排列。 上述多根棒材111、112例如由石英玻璃等透明材料构成。此外，多根棒材111、112各自的外径越小，S卩，在集束工序Sl中捆束的棒材111、 112的根数越多，集束体110在剖面上的沿规定线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(图1(b))。在延伸工序S2中，如图3(b)所示，将在集束工序Sl中捆束多根棒材111、112而得到的集束体110，在使其加热软化的状态下沿长度方向(与中心轴AX—致)延伸。艮口， 通过将集束体110的两端分别沿箭头H1、H2的方向延伸，从而形成延伸体110a。在切断工序S3中，如图3(c)所示，将在延伸工序S2中形成的延伸体110a，在与长度方向(与中心轴 AX—致)垂直的面上切断。由此，得到具有彼此相对的将要成为光入射面IOa及光出射面 IOb的表面、且厚度为Dl ( > D)的相位板要素110b。此时，考虑到之后的研磨工序S4时的
5厚度减少量，切出厚度Dl的相位板要素110b，以在研磨后成为期望的厚度D。在研磨工序 S4中，对在切断工序S3中切出的相位板要素IlOb的切断面(分别将要成为光入射面IOa 及光出射面IOb的面)进行光学研磨。即，经由研磨工序S4而最终得到的相位板10中的光入射面IOa及光出射面IOb均为平坦的表面。例如，如果考虑利用第1实施方式所涉及的相位板10(图1(a))实现具有与专利文献1所记载的相位板相同功能的相位板的情况，则如下所示。即，使区域11、13、15、17分别或者说是使构成这些区域11、13、15、17的棒材111(子区域)分别为添加了的石英玻璃，使得波长1. 08 μ m下的区域11、13、15、17的折射率Ii1为1.4785。另外，使区域12、 14、16、18分别或者说是使构成这些区域12、14、16、18的棒材112(子区域)分别为纯石英玻璃，使得波长1. 08 μ m下的区域12、14、16、18的折射率n2为1. 4495。此时，为了使在沿中心轴AX的方向上分别从区域11、13、15、17透过的光的相位，与在沿中心轴AX的方向上分别从区域12、14、16、18透过的光的相位之差相当于半个波长，只要将相位板10的厚度 D (该相位板10沿中心轴AX的方向上的长度)设为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具有与专利文献1所记载的相位板相同的功能，另一方面，与专利文献1所记载的相位板不同，可以容易地制造为具有期望的特性。本第1实施方式所涉及的相位板10无需在石英玻璃板的主表面(相当于光入射面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分别成为平坦面。因此，可以容易地制造该相位板10，另外，处理也比较容易。另外，第1实施方式所涉及的相位板10与专利文献1所记载的相位板相比具有大于或等于10倍的厚度，但对于实际应用来说充分薄，另外， 可以使得与相位精度有直接关系的厚度的控制精度缓和大于或等于10倍。此外，如果使用折射率nl为1. 4524的由添加了的玻璃构成的石英棒111、和折射率 为1.4495的由纯石英玻璃构成的棒材112，则相位板10的厚度D (沿中心轴AX 的方向上的长度)成为186.2( = 1.08/2/(1.4524-1.4495)) μ m，与上述例子相比增厚至 10倍。但是，由于厚度D的控制精度可以进一步缓和10倍，所以如果厚度D的控制精度相同，则反而使相位精度提高10倍。另外，在本第1实施方式所涉及的相位板10中，在想要实现与专利文献1所记载的相位板相同厚度的情况下，只要取代纯石英玻璃构成的棒材而使用中空石英玻璃管，取代添加了 Geh的石英玻璃构成的棒而使用纯石英玻璃构成的棒材即可。(第2实施方式)下面，说明第2实施方式。图4是表示本发明所涉及的相位板的第2实施方式的结构的图。特别地，图4(a)是表示第2实施方式所涉及的相位板20的结构的斜视图，图 4(b)是该相位板20在与中心轴AX垂直的剖面中的沿着线L的折射率分布，另外，图4(c) 是该相位板20在沿中心轴AX的方向上的折射率分布。该图4(a)所示的相位板20具有彼此相对的光入射面20a和光出射面20b，并且具有厚度为D的大致圆柱形状。在该相位板 10中，在沿该圆柱的中心轴AX的方向上折射率恒定，在与中心轴AX垂直的剖面(即，与光入射面20a、光出射面20b平行的面)中，从中心开始顺次配置的多个区域21被区域22包围且随机存在。区域21具有折射率Ii1,区域22具有折射率n2 (兴Ii1)。由此，光入射面20a上的沿着线L的折射率分布如图4(b)所示形成为如下形状，即，在表示区域22的折射率 的区域中，表示区域21的折射率 的区域随机出现。另一方面，在沿中心轴AX的方向上的折射率分布如图4(c)所示具有如下形状，即，无论是在中心轴AX贯穿折射率Ii1的区域的情况、还是中心轴AX贯穿折射率n2的区域的情况的哪一种构造中，在沿中心轴AX的方向上折射率都是恒定的。优选区域21、22各自的至少一部分由石英玻璃构成。另外，优选区域21、22之间的折射率差是通过有无石英玻璃、石英玻璃中有无添加物、或者石英玻璃中的添加物的浓度差而设定的。优选区域21、22分别是在沿中心轴AX的方向及剖面这两者上折射率都恒定的多个子区域的集合。例如，区域21、22也可以分别是由石英玻璃构成的子区域和由该子区域的间隙中的空气等气体构成的子区域的集合。另外，在使用中空管进行制造的情况下，区域 21,22也可以分别是由该中空管的材料部分构成的子区域、和由该中空管内部的空气等气体构成的子区域(中空管的内部空间)的集合。本第2实施方式所涉及的相位板20可以按照图2所示的流程图进行制造。图5 是说明第2实施方式所涉及的相位板20的制造方法中的集束工序Sl的图，示出通过集束工序Sl形成的集束体120的与长度方向垂直的剖面的图。此外，在其它制造工序中得到的延伸体及相位板的构造与图3(b)及图3(c)所示的构造相同。在集束工序Sl中，将在长度方向(与中心轴AX—致)上具有相同折射率Ii1的多根棒材121、和在长度方向上具有相同折射率n2的多根棒材122捆束。S卩，通过将多根棒材 121、122捆束，并使得在与长度方向垂直的剖面中的折射率分布成为与相位板20的剖面中的折射率分布(图4(b))大致相似的形状，由此形成集束体120。此外，在集束体120中，优选被捆束的多根棒材121、122收容在集束用管的内部。 优选多根棒材121、122各自的外径相同，另外，优选多根棒材121、122最紧密排列。上述多根棒材121、122由例如石英玻璃等透明材料构成。在延伸工序S2中，与图3(b)所示的集束体110相同地，将在集束工序Sl中使多根棒材121、122集束而形成的集束体120，在使其加热软化的状态下沿长度方向(与中心轴 AX—致)延伸。即，通过将集束体120的两端分别向相反方向延伸，从而形成延伸体。在切断工序S3中，将在延伸工序S2中形成的延伸体在与长度方向垂直的面上切断(参照图 3(c))。由此，得到具有彼此相对的光入射面20a及光出射面20b、且厚度为Dl (>D)的相位板要素(相当于图3(c)的相位板要素110b)。此时，考虑到之后的研磨工序S4时的厚度减少量，切出具有厚度Dl的相位板要素，以在研磨后成为期望的厚度D。在研磨工序S4 中，对在切断工序S3中切出的相位板要素的切断面(分别将要成为光入射面20a及光出射面20b的面)进行光学研磨。即，经由研磨工序S4而最终得到的相位板20中的光入射面 20a及光出射面20b均为平坦的面。例如，如果考虑利用第2实施方式所涉及的相位板20实现具有与专利文献2所记载的相位板相同功能的相位板的情况，则如下所述。区域21或构成区域21的棒材121 (子区域)为添加了氟元素的石英玻璃，使得在波长200nm下的区域21的折射率Ii1为1. 4350。 另外，区域22或构成区域22的棒材122 (子区域)为添加了氟元素的石英玻璃，使得在波长200nm下的区域22的折射率叫为1.4452。此时，成为下述长度(相当于该相位板20的厚度D)，即，使得在沿中心轴AX的方向上分别从区域21、22透过时的光的光程差大于光源
7的相干长度。如上述所示制造的相位板20具有与专利文献2所记载的相位板相同的功能，另一方面，与专利文献2所记载的相位板不同，可以容易地制造为具有期望的特性。本第2实施方式所涉及的相位板20并不是通过利用激光照射导致折射率变化而进行制造的，而是通过对一个延伸体切割为适当的厚度而可以一次性地大量制造，所以制造性优异。此外，在制造各个第1及第2实施方式所涉及的相位板10、20时，也可以使用经由集束工序Sl及延伸工序S2形成的延伸体(棒材或管)而再次进行集束工序Sl及延伸工序S2，然后进行切断工序S3 (以及根据必要进行研磨工序S4)。如上所述，通过重复大于或等于2次集束工序Sl及延伸工序S2，可以高精度地实现具有复杂的剖面内折射率分布的相位板。
权利要求
1.一种相位板，其在沿规定轴的方向上折射率恒定，其中，该相位板在与所述规定轴垂直的剖面中具有多个区域，它们的边界是根据折射率的不同而区分的。
2.根据权利要求1所述的相位板，其中，所述多个区域分别为多个子区域的集合，该多个子区域在沿所述规定轴的方向及所述剖面上折射率都是恒定的。
3.根据权利要求1所述的相位板，其中，所述多个区域各自的至少一部分由石英玻璃构成。
4.根据权利要求3所述的相位板，其中，所述多个区域中的彼此相邻的区域之间的折射率差是通过有无石英玻璃、石英玻璃中有无添加物、或者石英玻璃中的添加物的浓度差而设定的。
5.一种相位板制造方法，其具有下述工序集束工序，在该工序中，将分别具有棒或管形状且在长度方向上折射率恒定的多根部件进行捆束；延伸工序，在该工序中，通过将在所述集束工序中捆束的所述多根部件在加热软化的同时沿其长度方向延伸，从而形成延伸体；以及切断工序，在该工序中，通过将在所述延伸工序中形成的所述延伸体在与所述长度方向垂直的面上切断，从而制造权利要求1至4中任意一项所述的相位板。
全文摘要
本发明涉及一种相位板等，其可以容易地制造为具有期望的特性。该相位板(10)具有大致圆柱形状，沿该圆柱的中心轴(AX)的方向上折射率恒定。另外，该相位板(10)在与中心轴(AX)垂直的剖面中，具有从中心开始顺次配置在同心圆上的多个区域(11～18)。区域(11～18)中的相邻的2个区域的边界可以根据折射率的不同而进行区分，区域(11、13、15、17)分别具有折射率n1，区域(12、14、16、18)分别具有折射率n2(≠n1)。
文档编号G02B6/08GK102216820SQ20098014629
公开日2011年10月12日 申请日期2009年11月17日 优先权日2008年11月19日
发明者屉冈英资 申请人:住友电气工业株式会社