JP2004271944A - Method for manufacturing three-dimensional photonic crystal - Google Patents

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Akinobu Sato
明伸 佐藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a three-dimensional photonic crystal which manufactures the three-dimensional photonic crystal while adjusting the positions of two-dimensional patterning plates stacked on each other by nano manipulation. <P>SOLUTION: The method for manufacturing the three-dimensional photonic crystal comprises a process of laminating the formed two-dimensional patterning plates 10 and roughly adjusting their positions in a two-dimensional direction by utilizing cylinders, a process of coupling the respective two-dimensional patterning plates 10 to a microactuator and adjusting the intensity of diffracted light by finely adjusting the positions to the two-dimensional direction, and a process of gluing and fixing the laminated two-dimensional patterning plates 10 to each other. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【産業上の利用分野】
この発明は、3次元フォトニック結晶の製造方法に関し、特に、フォトニック結晶の製造工程において、積み重ねた2次元プレートのバンドギャップをナノマニピュレーションにより調整しながら3次元フォトニック結晶を製造する3次元フォトニック結晶の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
インターネットアクセスおよびデータ伝送技術が急速に発展しており、これに対応した光回路素子として、フォトニック結晶より成る光回路素子の研究開発が進められている。フォトニック結晶とは、屈折率が大きく異なる2種類の透明な媒質を光波長程度の周期で規則正しく交互に配置した人工結晶をいう。周期構造、屈折率比が特定の条件を満足するフォトニック結晶においては、或る周波数範囲の光が一切伝播することがないという現象が生起する。この伝播することができない光、即ち、禁止光のスペクトラムバンドをフォトニックバンドギャップという。このフォトニック結晶は、光を屈曲し、方向付けし、そしてサブミリメートルのスケールで取り扱われ、多数の光制御機能が高密度に集積化された複合装置を構成する能力を有している。フォトニック結晶を図5を参照して簡単に説明する。
【0003】
図5(a)は屈折率nの媒質および屈折率nの媒質を交互に1次元周期配列して構成した1次元フォトニック結晶である。図5(b)は屈折率nの媒質および屈折率nの媒質を交互に2次元周期配列して構成したフォトニック結晶である。図5(c)は屈折率nの媒質および屈折率nの媒質を交互に3次元周期で配列構成した3次元フォトニック結晶である。フォトニック結晶はλ/2のオーダーの屈折率周期を有している。ここで、λは光波長である。
3次元フォトニックバンドギャップ構造が最初に開発されて以来、特に、20世紀最後の10年間はフォトニック結晶について熱心に研究開発が行われた。フォトニック結晶は、増幅、トラップ、非閾値レーザおよび光集積回路その他の回路素子を実現することに利用することができると期待されている。1次元および2次元のフォトニック結晶の実用化研究は、3次元のフォトニック結晶の実用化研究と比較してより急速に進められている。これは、1次元および2次元のフォトニック結晶は、製造が比較的に容易であることによる。これに対して、3次元のフォトニック結晶の製造はそれ程容易ではない。
【0004】
図6を参照して3次元のフォトニック結晶の製造法の従来例を説明するに、これにはコロイド結晶のセルフオーガニゼーション方法、3軸方向のドライエッチング方法、2次元周期構造を1層毎に積層多重化する方法の如き方法が組み合わせて採用されている。2次元周期構造を1層毎に積層多重化することにより、図6(a)に示されるウッドパイル構造が形成され、3次元フォトニック結晶が構成される。図6(b)は、図6(a)のウッドパイル構造を上から視たところを示す図である(非特許文献1 参照)。
【0005】
2次元周期構造を1層毎に積層して近赤外領域におけるフォトニックバンドギャップを完成する先の方法とは異なる方法も実施された。第1に報告された技術はシリコンマイクロエレクトロメカニカルシステム(MEMS)および集積回路技術を採用した技術である。この技術はフィレット処理技術を基本としており、原材料の薄膜をステップの表面に析出し、反応性イオンのエッチングを実施し、次いで原材料の薄い細長片をステップの側部に沿って残存せしめるものである(非特許文献2 参照)。
【0006】
第2に報告された技術として、細長片ウェハを積層して相互融着することにより3次元フォトニック結晶を構成することも行われている(非特許文献3 参照)。
そして、積層した細長片に直角に入射したレーザビームの回折スポットの強度変化を観察することにより、ウェハの整列状態を正確に認識する(非特許文献4参照)。
また、第3に報告された技術としてマイクロマニピュレーション技術自体も開発されており、2次元のフォトニック結晶をポリスチレンマイクロスフェアをストッパとして使用して積層することができる(非特許文献4 参照)。
【0007】
【非特許文献1】
SCIENCE VOL 289 28 JULY2000 P.605
【非特許文献2】
OPTICS LETTERS/Vol.24,No.1/January 1,1999/P.50
【非特許文献3】
S.Noda,K.Tomada,N.Yamamoto and A.Chutinan,Science,289(2000)604
【非特許文献4】
K.Aoki,H.Hirayama and Y.Aoyagi,RIKEN Review,33(2001)24〜27
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
3次元フォトニック結晶を製造するに適合した再現性のある製造プロセスの開発の必要性が高まっている。光通信技術分野において研究の対象とされている波長の光、即ち、1310nmないし1550nmの波長の光について、フォトニックバンドギャップは、格子間隔が約400nmの場合に得られる。格子間隔が約400nmの周期性を空間的に保持した3次元フォトニック結晶を製造することは容易ではなく、厚さの大きい3次元フォトニック結晶を実際に製造することは更に困難である。8層の誘電体薄膜層より成る厚さは当該特許出願の発明者の知る限りにおいて3次元フォトニック結晶として最も厚いものであるが、従来の製造方法はこれ以上の厚さの3次元フォトニック結晶を容易に製造することが困難であることを示している。
【0009】
この発明は、積み重ねた2次元パターニングプレートの位置をナノマニピュレーションにより微調整しながら3次元フォトニック結晶を製造する3次元フォトニック結晶の製造方法を提供するものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
形成された2次元パターニングプレートを積層し、シリンダを利用して2次元方向に位置を粗調整する工程、各2次元パターニングプレートをマイクロアクチュエータに連結し、2次元方向に位置を微調整する工程、積層された2次元パターニングプレート相互間を接着固定する工程、より成る3次元フォトニック結晶の製造方法を構成した。
ここで、各2次元パターニングプレートを2次元方向に位置を微調整するに際して、積層された2次元パターニングプレートに相異なる複数の入射角の光を照射し、透過光を検出しながらマイクロアクチュエータを制御する3次元フォトニック結晶の製造方法を構成した。
【0011】
【発明の実施の形態】
この発明の主とする長所は、誘電体薄膜を一層毎に積層する方法を含む積層方法を採用し、少なくとも8層以上の誘電体薄膜をパターニングしたプレート層を基にして3次元フォトニック結晶を高精度に製造することができる点にある。誘電体薄膜の2次元パターニングプレートの積層および位置の調整は各別の2工程により実施される。2次元パターニングプレートの積層工程は極めて容易な工程である。次いで、プレート間の位置の調整工程は従来例においては極めて困難な工程であったが、この発明によれば必要な位置の調整は容易にリアルタイムで実施することができる。異なる形式のホールに形成された2次元パターニングプレートも簡単に位置を調整することができるので、従来例の如くにウッドパイル構造を採用することができる。
【0012】
【実施例】
この発明の実施例を図1を参照して説明する。
3次元フォトニック結晶は、先ず、2次元パターニングプレート10を積層することにより製造することができる。2次元パターニングプレート10は、シリコン、インジウム燐、ガリウム砒素の如き誘電体の半導体材料を原材料として製造される。2次元パターニングプレート10は、数mmないし数cm の程度のオーダ−の表面積と、数100nmの厚さを有している。2次元パターニングプレート10は、主要な4部、即ち、格子部11、中心丸孔12、突起部13、角孔14より成る。格子部11は、先の半導体材料を原材料とする薄板をエッチングして形成された、断面が角型のロッドとロッド間に形成されたスリットとが交互に配列した構造より成る。このエッチングに際して、周囲に枠部を残存せしめると共に中心部を残存して原材料薄板をエッチングする。格子部11のロッドの幅およびロッド間のスリットの寸法は数100nmのオーダーであり、光通信波長において機能する寸法に形成される。中心丸孔12は中心部に形成され、2次元パターニングプレート10を積層マニピュレーションしてフォトニック結晶を構成するに際して、2次元パターニングプレート10の微小変位を容易にする孔である。中心丸孔12の直径は数100μmないし数mmに形成される。突起部13は、マニピュレーション中の2次元パターニングプレート10の位置決めをナノスケールで実施する手掛かりとするところである。この突起部13はおよそ数100nmの幅と数mmないしcmのオーダーの長さを有し、先端は後で説明される3アームマイクロアクチュエータ4のU型アーム41の内側間隔にほぼ等しい幅のアーム係合部131とされている。角孔14は枠部の角にエッチングにより形成され、後で説明されるフォトニック結晶の組み立て後に、積層2次元パターニングプレート10相互間を一体に結合固定するに利用される。角孔14は数mm の大きさに形成される。
【0013】
3次元フォトニック結晶の組み立て製造手順を図2をも参照して説明する。
(第1のステップ)
第1のステップとして、2次元パターニングプレート10を順次に積み重ねて行く。2次元パターニングプレート10は、中心丸孔12に合成樹脂材料より成る長尺のシリンダ2を挿通しながら積み重ね、これにより、2次元パターニングプレート10は安定に2次元フォトニック結晶1に近づけられることになる。シリンダ2の直径は、2次元パターニングプレート10の中心丸孔12の直径と比較して、格子部11の格子の1周期分程度は小さい。以上の積み重ねに際して使用される2次元パターニングプレート10は、格子の向きが図1に示される向きの2次元パターニングプレートAと、格子の向きがプレートAの向きと直角である以外は2次元パターニングプレートAと同様の2次元パターニングプレートBの2種類であり、これらを交互に積み重ねて行き、結局、2次元パターニングプレートA中の格子部11と2次元パターニングプレートB中の格子部11が交差した積み重ねが構成される。
【0014】
(第2のステップ)
次いで、図3を参照して、第2のステップを説明の都合上2次元パターニングプレート10を16枚使用して説明する。ここで、2次元パターニングプレート10の枚数は16枚より多数とすることができる。図3はナノマニピュレーションを実行する3アームマイクロアクチュエータを示す図であり、図3(a)はその上から視たところを示す図、図3(b)はその側方から視たところを示す図である。
【0015】
図3の3アームマイクロアクチュエータ4はナノスケールの操作をすることができる。3アームマイクロアクチュエータ4のアームはU型アーム41であり、2次元パターニングプレート10の厚さより小さい直径を有している。3アームマイクロアクチュエータ4はナノスケールの操作位置決めを実行する精度で駆動される。ナノスケールの操作には圧電アクチュエータおよび電動機を使用することができる。高解像度のグラススケールエンコーダを具備することにより、ナノスケールの変位と繰り返される位置決めの制御性能を向上することができる。
【0016】
3アームマイクロアクチュエータ4の3本のU型アーム41を、2次元パターニングプレート10の突起部13の先端のアーム係合部131に挿入位置決めする。この場合、カメラを有するマシンビジョン装置、フレームグラバーその他のマシンビジョンハードウェアが使用される。2次元パターニングプレート10のアーム係合部131と3アームマイクロアクチュエータ4のU型アーム41との間の間隔は少なくとも±3nmの精度になければならない。
【0017】
ここで、以下の操作を実行する。第1および第3の2次元パターニングプレート10Aを、3アームマイクロアクチュエータ4のU型アーム41に突起部13のアーム係合部131が挿入した状態として位置決め固定し、第2の2次元パターニングプレート10BをU型アーム41に突起部13のアーム係合部131が挿入した状態としてU型アーム41によりアーム係合部131を介して変位する。即ち、第2の2次元パターニングプレート10BをU型アーム41により数100nmだけy方向に関して変位してウッドパイル構造を形成する。そして、第2の2次元パターニングプレート10BをU型アーム41によりx方向に変位してシリンダ2に押しつけ、次いで、U型アーム41をy方向に微小変位して第2の2次元パターニングプレート10Bを僅かに回動して格子を相互に90°に近い直交条件を満足せしめるバンドギャップを数nmの感度の精密さで最大化する操作をし、ここで、第2の2次元パターニングプレート10Bを位置決めする。
【0018】
図4を参照して更に具体的に説明するに、製造工程は、ソフトウェアを格納したコンピュータを有する調整制御部により制御される。第1ないし第3の2次元パターニングプレート10A、10B、10Aに光を照射しておき、プレート間位置の最適化が達成されたとき、透過光は光検知素子51に検知されて回折光強度はリアルタイムでスペクトル検出装置5に読みとられ、2次元パターニングプレート10のナノ変位調整は終了する。ナノ変位調整は、所定の回折光強度が確認された時に終了する。
【0019】
引き続いて、第4の2次元パターニングプレート10Bを積み重ねて、第2、第3、第4の2次元パターニングプレート10について、同様に第3の2次元パターニングプレート10Aを調整して回折光強度の調整操作をするが、これは先の調整操作と比較して容易である。原材料である半導体材料基板を薄くする加工工程において完全な平面化が達成されていれば、z方向の変位調整は必要としない。
更に、第5の2次元パターニングプレート10Aを積み重ねて、第3、第4、第5の2次元パターニングプレート10について、同様に第4の2次元パターニングプレート10Bを調整して回折光強度の調整操作をする。以下同様の操作を続行する。最終的に、3次元フォトニック結晶の結晶配置の最適化を達成する。
【0020】
(第3のステップ)
すべての2次元パターニングプレート10の位置調整をして入射光の回折強度の最大化を達成したところで、大きな角孔14に光硬化性合成樹脂を注入する第3のステップを実施する。この場合、積層体の最下面の2次元パターニングプレート10の角孔14は厚さの半分程度エッチングして貫通していない。角孔14に注入された光硬化性合成樹脂を硬化することにより、3次元パターニングプレート10の積層体は4本の合成樹脂棒状体により固定され、3次元フォトニック結晶の製造が終了する。
【0021】
【発明の効果】
上述した通りであって、この発明によれば、従来製造が容易ではなかった3次元フォトニック結晶を容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】2次元パターニングプレートを説明する図。
【図2】2次元パターニングプレートの組み立て方を説明する斜視図。
【図3】3アームマイクロアクチュエータを説明する図。
【図4】2次元パターニングプレートの組み立てに使用する調整制御部を説明する図。
【図5】フォトニック結晶を説明する図。
【図6】3次元フォトニック結晶の従来例を説明する図。
【符号の説明】
1 2次元フォトニック結晶 10 2次元パターニングプレート
11 格子部 12 中心丸孔
13 突起部 131 アーム係合部
14 角孔 2 シリンダ
4 3アームマイクロアクチュエータ 41 U型アーム
5 スペクトル検出装置 51 光検知素子
6 調整制御部
[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a method for manufacturing a three-dimensional photonic crystal, and more particularly, to a method for manufacturing a three-dimensional photonic crystal by adjusting the band gap of a stacked two-dimensional plate by nanomanipulation in a photonic crystal manufacturing process. The present invention relates to a method for producing a nick crystal.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Internet access and data transmission technologies are rapidly developing, and research and development of optical circuit elements made of photonic crystals are proceeding as optical circuit elements corresponding to this technology. The photonic crystal refers to an artificial crystal in which two types of transparent media having significantly different refractive indexes are regularly and alternately arranged at a cycle of a light wavelength. In a photonic crystal having a periodic structure and a refractive index ratio satisfying specific conditions, a phenomenon occurs in which light in a certain frequency range does not propagate at all. The spectrum band of the light that cannot propagate, that is, the forbidden light, is called a photonic band gap. This photonic crystal bends, directs, and handles light on a sub-millimeter scale, and has the ability to constitute a composite device with a large number of integrated light control functions. The photonic crystal will be briefly described with reference to FIG.
[0003]
5 (a) is a one-dimensional photonic crystals constituted by one-dimensional periodic array medium and medium of index n 2 of the refractive index n 1 alternately. 5 (b) is a photonic crystal constituted by two-dimensional periodic array medium and medium of index n 2 of the refractive index n 1 alternately. Figure 5 (c) is a three-dimensional photonic crystal arranged constituted by three-dimensional periodic the medium and the medium of refractive index n 2 of the refractive index n 1 alternately. Photonic crystals have a refractive index period on the order of λ / 2. Here, λ is the light wavelength.
Since the first development of the three-dimensional photonic bandgap structure, especially in the last decade of the twentieth century, research and development have been enthusiastically performed on photonic crystals. It is expected that photonic crystals can be used to realize amplification, traps, non-threshold lasers, optical integrated circuits, and other circuit elements. Practical research on one-dimensional and two-dimensional photonic crystals is proceeding more rapidly than research on practical use of three-dimensional photonic crystals. This is because one-dimensional and two-dimensional photonic crystals are relatively easy to manufacture. On the other hand, manufacturing a three-dimensional photonic crystal is not so easy.
[0004]
Referring to FIG. 6, a conventional example of a method of manufacturing a three-dimensional photonic crystal will be described. This method includes a self-organization method of a colloid crystal, a three-axis dry etching method, and a two-dimensional periodic structure for each layer. Methods such as a method of stacking and multiplexing are employed in combination. By stacking and multiplexing the two-dimensional periodic structure for each layer, a woodpile structure shown in FIG. 6A is formed, and a three-dimensional photonic crystal is formed. FIG. 6B is a diagram showing the woodpile structure of FIG. 6A viewed from above (see Non-Patent Document 1).
[0005]
A method different from the previous method of completing a photonic band gap in the near-infrared region by laminating a two-dimensional periodic structure layer by layer has also been implemented. The first reported technology is a technology employing silicon micro-electromechanical system (MEMS) and integrated circuit technology. This technique is based on filleting technology, which deposits a thin film of raw material on the surface of the step, performs reactive ion etching, and then leaves a thin strip of raw material along the side of the step. (See Non-Patent Document 2).
[0006]
As a second reported technique, a three-dimensional photonic crystal is also constructed by laminating strip wafers and fusing them together (see Non-Patent Document 3).
Then, by observing the change in the intensity of the diffraction spot of the laser beam incident on the laminated strip at right angles, the alignment state of the wafer is accurately recognized (see Non-Patent Document 4).
In addition, a micromanipulation technology itself has been developed as the third reported technology, and a two-dimensional photonic crystal can be stacked using polystyrene microspheres as a stopper (see Non-Patent Document 4).
[0007]
[Non-patent document 1]
SCIENCE VOL 289 28 JULY2000 P.S. 605
[Non-patent document 2]
OPTICS LETTERS / Vol. 24, no. 1 / January 1, 1999 / P. 50
[Non-Patent Document 3]
S. Noda, K .; Tomada, N.M. Yamamoto and A. Chutinan, Science, 289 (2000) 604.
[Non-patent document 4]
K. Aoki, H .; Hirayama and Y. Aoyagi, RIKEN Review, 33 (2001) 24-27.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
There is an increasing need to develop a reproducible manufacturing process suitable for manufacturing three-dimensional photonic crystals. For light of a wavelength being studied in the optical communication technology field, that is, light of a wavelength of 1310 nm to 1550 nm, a photonic band gap is obtained when the lattice spacing is about 400 nm. It is not easy to manufacture a three-dimensional photonic crystal spatially maintaining a periodicity with a lattice spacing of about 400 nm, and it is more difficult to actually manufacture a thick three-dimensional photonic crystal. The thickness of the eight dielectric thin film layers is the thickest as a three-dimensional photonic crystal as far as the inventor of the patent application knows, but the conventional manufacturing method has a three-dimensional photonic crystal having a greater thickness. This indicates that it is difficult to easily produce crystals.
[0009]
The present invention provides a method for manufacturing a three-dimensional photonic crystal in which a three-dimensional photonic crystal is manufactured while finely adjusting the position of the stacked two-dimensional patterning plates by nanomanipulation.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
Stacking the formed two-dimensional patterning plates, coarsely adjusting the position in the two-dimensional direction using a cylinder, connecting each two-dimensional patterning plate to a microactuator, and fine-tuning the position in the two-dimensional direction; A method for manufacturing a three-dimensional photonic crystal, comprising the step of bonding and fixing the stacked two-dimensional patterning plates to each other, was configured.
Here, when finely adjusting the position of each two-dimensional patterning plate in the two-dimensional direction, the stacked two-dimensional patterning plates are irradiated with light at a plurality of different incident angles to control the microactuator while detecting the transmitted light. Thus, a method for manufacturing a three-dimensional photonic crystal was constructed.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
A major advantage of the present invention is that a three-dimensional photonic crystal is formed based on a plate layer obtained by patterning at least eight or more dielectric thin films by employing a laminating method including a method of laminating dielectric thin films layer by layer. The point is that it can be manufactured with high precision. Adjustment of the lamination and position of the two-dimensional patterning plate of the dielectric thin film is performed by two separate steps. The lamination process of the two-dimensional patterning plate is a very easy process. Then, the step of adjusting the position between the plates is an extremely difficult step in the conventional example, but according to the present invention, the necessary position adjustment can be easily performed in real time. Since the positions of the two-dimensional patterning plates formed in different types of holes can be easily adjusted, a woodpile structure can be adopted as in the conventional example.
[0012]
【Example】
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The three-dimensional photonic crystal can be manufactured by first stacking the two-dimensional patterning plate 10. The two-dimensional patterning plate 10 is manufactured using a dielectric semiconductor material such as silicon, indium phosphide, or gallium arsenide as a raw material. The two-dimensional patterning plate 10 has a surface area on the order of several mm 2 to several cm 2 and a thickness of several 100 nm. The two-dimensional patterning plate 10 includes four main parts, that is, a lattice part 11, a central round hole 12, a projection part 13, and a square hole 14. The grating portion 11 has a structure in which rods having a square cross section and slits formed between the rods are alternately arranged, which are formed by etching a thin plate made of the semiconductor material as a raw material. At the time of this etching, the raw material thin plate is etched while leaving the frame part around and the center part remaining. The width of the rods of the grating portion 11 and the dimensions of the slits between the rods are on the order of several 100 nm, and are formed to have dimensions that function at the optical communication wavelength. The center round hole 12 is a hole formed at the center and facilitates minute displacement of the two-dimensional patterning plate 10 when the two-dimensional patterning plate 10 is stacked and manipulated to form a photonic crystal. The diameter of the central round hole 12 is formed to be several hundred μm to several mm. The protrusion 13 is a key to positioning of the two-dimensional patterning plate 10 during manipulation on a nano scale. The protrusion 13 has a width of about several hundred nm and a length of the order of several mm to cm, and has a tip whose width is substantially equal to the inner space of the U-shaped arm 41 of the three-arm microactuator 4 described later. The engaging portion 131 is provided. The square holes 14 are formed in the corners of the frame by etching, and are used to integrally bond and fix the laminated two-dimensional patterning plates 10 after assembling a photonic crystal described later. The square hole 14 has a size of several mm 2 .
[0013]
The procedure for assembling and manufacturing a three-dimensional photonic crystal will be described with reference to FIG.
(First step)
As a first step, the two-dimensional patterning plates 10 are sequentially stacked. The two-dimensional patterning plate 10 is stacked while inserting a long cylinder 2 made of a synthetic resin material into the central round hole 12, whereby the two-dimensional patterning plate 10 can be stably brought close to the two-dimensional photonic crystal 1. Become. The diameter of the cylinder 2 is smaller than the diameter of the central round hole 12 of the two-dimensional patterning plate 10 by about one period of the lattice of the lattice part 11. The two-dimensional patterning plate 10 used in the above stacking includes a two-dimensional patterning plate A having a lattice orientation shown in FIG. 1 and a two-dimensional patterning plate except that the lattice orientation is perpendicular to the plate A direction. A, two types of two-dimensional patterning plates B similar to A, which are alternately stacked, and eventually, a stack in which the lattice portions 11 in the two-dimensional patterning plate A and the lattice portions 11 in the two-dimensional patterning plate B intersect. Is configured.
[0014]
(Second step)
Next, with reference to FIG. 3, the second step will be described using 16 two-dimensional patterning plates 10 for convenience of description. Here, the number of the two-dimensional patterning plates 10 can be more than sixteen. FIG. 3 is a diagram showing a three-arm microactuator that performs nanomanipulation. FIG. 3 (a) is a diagram showing a top view, and FIG. 3 (b) is a diagram showing a side view. It is.
[0015]
The three-arm microactuator 4 shown in FIG. 3 can perform a nanoscale operation. The arm of the three-arm microactuator 4 is a U-shaped arm 41 having a diameter smaller than the thickness of the two-dimensional patterning plate 10. The three-arm microactuator 4 is driven with the accuracy of performing nanoscale operation positioning. Piezoelectric actuators and electric motors can be used for nanoscale operation. By providing a high-resolution glass scale encoder, it is possible to improve the control performance of positioning that is repeatedly performed on the nanoscale.
[0016]
The three U-shaped arms 41 of the three-arm microactuator 4 are inserted and positioned in the arm engaging portion 131 at the tip of the projection 13 of the two-dimensional patterning plate 10. In this case, a machine vision device having a camera, a frame grabber, or other machine vision hardware is used. The distance between the arm engaging portion 131 of the two-dimensional patterning plate 10 and the U-shaped arm 41 of the three-arm microactuator 4 must have an accuracy of at least ± 3 nm.
[0017]
Here, the following operation is performed. The first and third two-dimensional patterning plates 10A are positioned and fixed in a state where the arm engaging portions 131 of the protrusions 13 are inserted into the U-shaped arm 41 of the three-arm microactuator 4, and the second two-dimensional patterning plate 10B Is displaced by the U-shaped arm 41 via the arm engaging portion 131 in a state where the arm engaging portion 131 of the projection 13 is inserted into the U-shaped arm 41. That is, the second two-dimensional patterning plate 10B is displaced by a few hundred nm in the y direction by the U-shaped arm 41 to form a woodpile structure. Then, the second two-dimensional patterning plate 10B is displaced in the x direction by the U-shaped arm 41 and pressed against the cylinder 2, and then the U-shaped arm 41 is slightly displaced in the y direction to move the second two-dimensional patterning plate 10B. The bandgap that slightly rotates and satisfies the orthogonal condition close to 90 ° with each other is maximized with a precision of a few nm in sensitivity, and the second two-dimensional patterning plate 10B is positioned here. I do.
[0018]
4, the manufacturing process is controlled by an adjustment control unit having a computer in which software is stored. The first to third two-dimensional patterning plates 10A, 10B, and 10A are irradiated with light, and when the position between the plates is optimized, the transmitted light is detected by the light detection element 51 and the intensity of the diffracted light is reduced. The two-dimensional patterning plate 10 is read in real time by the spectrum detection device 5 and the nano displacement adjustment is completed. The nano displacement adjustment ends when a predetermined diffracted light intensity is confirmed.
[0019]
Subsequently, the fourth two-dimensional patterning plate 10B is stacked, and the second, third, and fourth two-dimensional patterning plates 10 are similarly adjusted to adjust the third two-dimensional patterning plate 10A to adjust the intensity of the diffracted light. The operation is performed, which is easier than the previous adjustment operation. If complete planarization is achieved in the processing step of thinning the semiconductor material substrate as a raw material, displacement adjustment in the z direction is not required.
Further, the fifth two-dimensional patterning plate 10A is stacked, and the third, fourth, and fifth two-dimensional patterning plates 10 are similarly adjusted to adjust the fourth two-dimensional patterning plate 10B to adjust the diffracted light intensity. do. Hereinafter, the same operation is continued. Finally, optimization of the crystal arrangement of the three-dimensional photonic crystal is achieved.
[0020]
(Third step)
When the positions of all the two-dimensional patterning plates 10 have been adjusted to maximize the diffraction intensity of the incident light, a third step of injecting the photocurable synthetic resin into the large square holes 14 is performed. In this case, the square hole 14 of the two-dimensional patterning plate 10 at the lowermost surface of the stacked body is not penetrated by etching about half the thickness. By curing the photocurable synthetic resin injected into the square holes 14, the laminate of the three-dimensional patterning plate 10 is fixed by four synthetic resin rods, and the production of the three-dimensional photonic crystal is completed.
[0021]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to easily manufacture a three-dimensional photonic crystal, which has conventionally been difficult to manufacture.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a two-dimensional patterning plate.
FIG. 2 is a perspective view illustrating how to assemble a two-dimensional patterning plate.
FIG. 3 is a diagram illustrating a three-arm microactuator.
FIG. 4 is a diagram illustrating an adjustment control unit used for assembling a two-dimensional patterning plate.
FIG. 5 illustrates a photonic crystal.
FIG. 6 is a diagram illustrating a conventional example of a three-dimensional photonic crystal.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Two-dimensional photonic crystal 10 Two-dimensional patterning plate 11 Lattice part 12 Center round hole 13 Projection part 131 Arm engaging part 14 Square hole 2 Cylinder 4 Three-arm microactuator 41 U-arm 5 Spectrum detection device 51 Light detection element 6 Adjustment Control unit

Claims (2)

形成された2次元パターニングプレートを積層し、シリンダを利用して2次元方向に位置を粗調整する工程、
各2次元パターニングプレートをマイクロアクチュエータに連結し、2次元方向に位置を微調整して入射光の回折強度を最大化する工程、
積層された2次元パターニングプレート相互間を接着固定する工程、
より成ることを特徴とする3次元フォトニック結晶の製造方法。
Stacking the formed two-dimensional patterning plates, and roughly adjusting the position in the two-dimensional direction using a cylinder;
Connecting each two-dimensional patterning plate to a microactuator and fine-tuning the position in the two-dimensional direction to maximize the diffraction intensity of the incident light;
A step of bonding and fixing between the laminated two-dimensional patterning plates,
A method for producing a three-dimensional photonic crystal, comprising:
請求項1に記載される3次元フォトニック結晶の製造方法において、
各2次元パターニングプレートを2次元方向に位置を微調整するに際して、積層された2次元パターニングプレートに相異なる複数の入射角の光を照射し、
透過光を検出しながらマイクロアクチュエータを制御することを特徴とする3次元フォトニック結晶の製造方法。
The method for manufacturing a three-dimensional photonic crystal according to claim 1,
When finely adjusting the position of each two-dimensional patterning plate in the two-dimensional direction, the laminated two-dimensional patterning plates are irradiated with light having a plurality of different incident angles,
A method for manufacturing a three-dimensional photonic crystal, comprising controlling a microactuator while detecting transmitted light.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100370633C (en) * 2005-06-10 2008-02-20 厦门大学 Method for preparing photon crystal in LED and apparatus thereof

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