[发明专利]透射式衍射光栅以及检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及透射式衍射光栅以及检测装置等。

背景技术

在现有技术中，用于拉曼（Raman）光谱仪等分光装置的衍射光栅多为反射型。作为反射型衍射光栅，包括例如形成锯齿状断面的闪耀（blazed）光栅（例如专利文献1所记载的衍射光栅）。

但是，反射型衍射光栅存在难以兼顾提高波长分辨率和拓宽可获得高衍射效率的波长区域的课题。例如，闪耀衍射光栅中通过断面形状锯齿化，从而提高衍射效率。但是，闪耀衍射光栅中如果为了提高波长分辨率而缩短光栅周期，则导致可获得高衍射效率的波长区域变得极为狭窄。

作为本实施方式的比较例，图12示出闪耀衍射光栅的示例。如图12所示，闪耀衍射光栅的光栅周期设定为Pa，入射光波长设定为λa，入射光的入射角设定为αa，一次衍射光的衍射角设定为βa。

首先考虑波长分辨率。衍射光栅的波长分辨率Δβ/Δλ由下式（1）表示。通过下式（1）知晓，为了提高波长分辨率Δβ/Δλ，可以减小光栅周期Pa、增大衍射角βa。

Δβ/Δλ＝1/(Pa·cosβa)            （1）

图13是示出上式（1）中在设波长为λa＝633nm、光栅周期为Pa＝333nm的情况下，相对于衍射角βa的波长分辨率Δβa/Δλa的特性例。此例中，波长和光栅周期的比为λa/Pa＝1.9。此时，衍射角βa为72度，波长分辨率Δβa/Δλa大约提高到0.01。

接着考虑一次衍射光的衍射效率。在反射型衍射光栅的情况中，通过将其断面形状锯齿化而可以提高衍射效率。但是，如果为了提高波长分辨率Δβa/Δλa而缩短光栅周期Pa，则即使断面形状锯齿化也难以获得高衍射效率（《最新衍射光学元件技术全集》技术信息协会，p.107-p.120（2004））。这样，导致闪耀衍射光栅等反射型衍射光栅难以同时实现高波长分辨率和高衍射效率。

例如，拉曼光谱仪等分光装置要求使用在宽波长区域中同时满足高波长分辨率和高衍射效率的衍射光栅。拉曼分光中，来自试样的散射光主要是瑞利（Rayleigh）散射光和拉曼散射光（以下关注具有长于瑞利散射波长λray的拉曼散射波长λray+Δλ的斯托克斯（stokes）分量）。上述拉曼分光在实用方面存在若干课题。首先，拉曼散射光强度与瑞利散射光强度相比极为微弱。其次，通过拉曼分光确定物质时，需要以0.5nm左右的波长分辨率将由试样散射的拉曼散射光分光。并且，有时要求瑞利散射光和拉曼散射光的波长差扩大到100nm左右。考虑到这些方面，要求拉曼分光所使用的衍射光栅在从可见到近红外（波长400nm～1100nm）区域中，能够获得0.5nm左右的高波长分辨率。并且还要求在100nm左右的宽波长区域中能够获得高衍射效率。

而且，在衍射光栅的光学特性很大程度依赖于入射光的偏振状态的情况下，在偏振方向无偏移的散射光中只有极少一部分进入检测器，并且由于信号相对于噪音的比也降低，因此对检测器有过高的规格要求。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：特开2004-354176号公报

发明内容

发明要解决的课题

根据本发明的若干实施方式，能够提供一种透射式衍射光栅以及使用该衍射光栅的检测装置，其中该衍射光栅在在入射光的偏振方向无偏移且衍射层的偏振依赖性大的情况下，能够获得高衍射效率。

解决课题的手段

（1）本发明的一个实施方式涉及一种透射式衍射光栅，包括：偏振转换层；第一衍射层，配置于上述偏振转换层的一个表面侧；以及第二衍射层，配置于上述偏振转换层的另一表面侧；上述第一衍射层以及上述第二衍射层都具有沿第一方向以周期P排列的折射率调制结构，并且对TE偏振光分量的一次衍射效率比对TM偏振光分量的一次衍射效率高。

在此，将折射率调制结构中的相同折射率结构与第一方向交叉延伸的方向设定为第二方向。偏振方向与第二方向平行的直线偏振光为TE偏振光，偏振方向与第二方向垂直的直线偏振光为TM偏振光。

根据本发明的一个实施方式，如果在偏振方向无偏移的入射光例如射入第一衍射层，由于对TE偏振光分量的衍射效率高因此多数TE偏振光分量被衍射，另一方面，由于对TM偏振光分量的衍射效率低因此多数TM偏振光分量透过。其次，在偏振转换层进行将TE偏振光分量转换成TM偏振光分量、将TM偏振光分量转换成TE偏振光分量的偏振转换。并且，由于第二衍射层也对TE偏振光分量的衍射效率高而对TM偏振光分量的衍射效率低，因此多数TE偏振光分量被衍射而多数TM偏振光分量透过。