JP2001296442A - Method for manufacturing structure with refractive index period having photonic structure, and optical functional element using it - Google Patents

Method for manufacturing structure with refractive index period having photonic structure, and optical functional element using it

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a structure with refractive index period capable of being used as a photonic structural body without or with a defect having a period equal to that of an optical wavelength, its applied functional element and a simple method for manufacturing those. SOLUTION: Structure with two-dimensional refractive index period equal to the optical wavelength which is composed with such a size as being used as the photonic structural body is obtained by using rugged structure having two-dimensional periodicity equal to the optical wavelength as a master disk 2 and by forming a die 6 having inversion structure of rugged structure by piling up and peeling stamper material.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、フォトニック構造
体として使用し得るマイクロ構造体の製造方法、それを
用いた光機能素子等に関するものであり、特に、光波長
程度の周期を有する多次元屈折率周期構造体すなわちフ
ォトニック構造体の製造方法と、それを用いた光デバイ
ス等に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a microstructure usable as a photonic structure, an optical functional device using the same, and more particularly, to a multidimensional element having a period of about the wavelength of light. The present invention relates to a method for manufacturing a periodic refractive index structure, that is, a photonic structure, and an optical device and the like using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】光波長程度の屈折率周期を持つ誘電体多
層膜は、ミラーとして優れた特性を有することが知られ
ている。このような構造は1次元フォトニック構造体と
位置づけられる。これに対し、2軸方向または3軸方向
に光波長程度の屈折率周期を持つ構造体は2次元または
3次元フォトニック構造体と呼ばれる。これらの構造体
内部では、屈折率と周期によって決定される特定の波長
の光波の伝搬が禁じられるため、導波路やフィルタ等の
光機能素子への応用が期待されている。この禁制帯をフ
ォトニックバンドギャップと呼ぶ。
2. Description of the Related Art It is known that a dielectric multilayer film having a refractive index cycle of about the wavelength of light has excellent characteristics as a mirror. Such a structure is regarded as a one-dimensional photonic structure. On the other hand, a structure having a refractive index period of about the light wavelength in the biaxial or triaxial directions is called a two-dimensional or three-dimensional photonic structure. Since the propagation of light waves of a specific wavelength determined by the refractive index and the period is prohibited inside these structures, application to optical functional devices such as waveguides and filters is expected. This forbidden band is called a photonic band gap.

【0003】実際の2次元ないしは3次元フォトニック
構造体の製造手法としては、エッチング技術やフォトリ
ソグラフィー技術を用いて、半導体や誘電体薄膜に2次
元面内の光波長程度の2次元的な周期凹凸構造を製造し
たり、スパッタ法や精密なアライメントにより2次元周
期構造体を積層して3次元的な周期構造体を製造する手
法が主である(Shawn Yu Lin, Nature, vol.16, p.
251, 1998)。
[0003] As an actual method of manufacturing a two-dimensional or three-dimensional photonic structure, a semiconductor or a dielectric thin film is formed on a semiconductor or dielectric thin film by using a two-dimensional period of about the light wavelength in a two-dimensional plane using an etching technique or a photolithography technique. The main method is to manufacture a three-dimensional periodic structure by manufacturing an uneven structure or by laminating a two-dimensional periodic structure by sputtering or precise alignment (Shawn Yu Lin, Nature, vol. 16, p. .
251, 1998).

【0004】また、化学合成により製造される光波長程
度のサイズの球状粒子(ポリスチレンやSiOなど)を、
コロイドけん濁液の表面張力や周囲の温度などの条件に
よって規則的に配列させ、3次元周期構造体を製造する
手法も提案されている(N.D.Denkov, Langmuir, vol.
8, p.3183, 1992; N.Yamamoto, Jpn.J.Appl.Phys.,
vol.37, p.L1052, 1998)。
In addition, spherical particles (such as polystyrene and SiO 2 ) having a size about the wavelength of light produced by chemical synthesis are used.
A method of manufacturing a three-dimensional periodic structure by regularly arranging the colloidal suspension according to the conditions such as the surface tension of the colloidal suspension and the ambient temperature has been proposed (NDDenkov, Langmuir, vol.
8, p. 3183, 1992; N. Yamamoto, Jpn. J. Appl. Phys.,
vol.37, p.L1052, 1998).

【0005】また、近年では、カーボンやアルミナを陽
極酸化して形成される可視光域にバンドギャップを持つ
円形ホール2次元フォトニック構造体も製造されている
(H.Masuda, Appl. Phys. Lett., vol.71(19), p.27
70, 10 November, 1997)。
In recent years, a two-dimensional circular hole photonic structure having a band gap in a visible light region formed by anodizing carbon or alumina has also been manufactured.
(H. Masuda, Appl. Phys. Lett., Vol. 71 (19), p. 27
70, 10 November, 1997).

【0006】[0006]

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、誘
電体や半導体材料に成膜法とエッチング法で広範囲な周
期構造を製造し、更に積層するとなると、光波長程度の
精密なアライメントを繰り返し行わなければならない。
However, when a wide range of periodic structures is manufactured on a dielectric or semiconductor material by a film forming method and an etching method and further laminated, a precise alignment of about a light wavelength must be repeatedly performed. .

【0007】また、化学合成により製造される光波長程
度のサイズの球状粒子の周期構造は、主にポリスチレン
やSiO2の球状粒子けん濁液を利用した毛細管現象や蒸発
現象によって自己組織的に製造されるが、けん濁液濃度
や周囲の気温や湿度などの条件に左右され易く、広範囲
に無欠陥な周期構造を実現できないのが現実であり、多
層の完全な周期構造体は期待できない。この球状粒子の
周期構造を樹脂等の接着剤で固定した後に積層すること
は可能だが、周期構造が崩れることによるフォトニック
バント幅の減少が考えられる。また、これらの構造は基
板上に製造されており、光波が基板へ伝搬して光閉じ込
め効率が低下すると共に、光機能素子への応用に支障を
来たす。
Further, the periodic structure of the spherical particles in the size of about the wavelength of light produced by chemical synthesis, mainly produced in a self-organizing manner by polystyrene and SiO 2 of capillarity and evaporation phenomena using spherical particles-suspension liquid However, it is actually affected by the conditions such as the concentration of the suspension, the ambient temperature and the humidity, and it is a reality that a defect-free periodic structure cannot be realized in a wide range, and a multilayer complete periodic structure cannot be expected. The periodic structure of the spherical particles can be laminated after being fixed with an adhesive such as a resin, but a decrease in the photonic band width due to the collapse of the periodic structure can be considered. In addition, these structures are manufactured on a substrate, and light waves propagate to the substrate to reduce the light confinement efficiency and hinder application to an optical functional element.

【0008】本発明は、上記従来技術の課題を解決すべ
くなされたものであり、その目的は、光波長程度の周期
を持ち無欠陥或いは欠陥のあるフォトニック構造体とし
て使用し得る屈折率周期構造体、その応用機能素子、及
びそれらの簡易な製造方法等を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a photonic structure having a period of about a light wavelength and which can be used as a defect-free or defective photonic structure. An object of the present invention is to provide a structure, an applied functional element thereof, and a simple manufacturing method thereof.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明のフォトニック構造体の製造方法は、光波長程度の2
次元周期性を持った凹凸構造を原盤とし、スタンパ材料
を堆積し剥離することにより前記凹凸構造の反転構造を
有する型を形成して、フォトニック構造体として使用し
得るサイズでもって構成された光波長程度の2次元屈折
率周期構造を得ることを特徴とする。本明細書では、2
次元には1次元を、3次元には1次元ないし2次元を含
むものとする。また、光波長とは紫外光、可視光、赤外
光の波長を意味し、エキシマレーザから炭酸ガスレーザ
の波長域0.1μm〜10μm程度を指すものとする。
According to the present invention, there is provided a method for manufacturing a photonic structure, comprising:
A light having a size that can be used as a photonic structure by forming a mold having an inverted structure of the concave-convex structure by depositing and peeling a stamper material with a concave-convex structure having dimensional periodicity as a master, It is characterized in that a two-dimensional refractive index periodic structure having a wavelength of about a wavelength is obtained. In this specification, 2
Dimensions include one dimension, and three dimensions include one or two dimensions. The light wavelength means the wavelength of ultraviolet light, visible light, and infrared light, and indicates a wavelength range from about 0.1 μm to about 10 μm from an excimer laser to a carbon dioxide laser.

【0010】上記基本構成に基づいて、より具体的な以
下の形態が可能である。前記原盤は、基板に光波長程度
の周期を持つ構造体をパターニングして作製したり、化
学合成により製造した光波長程度のサイズの粒子を配列
した周期構造体であったり、基板にV溝を形成した該V溝
による周期構造体であったりする。
Based on the above basic configuration, the following more specific modes are possible. The master is manufactured by patterning a structure having a period of about the light wavelength on the substrate, or is a periodic structure in which particles of a size about the light wavelength manufactured by chemical synthesis are arranged, or a V groove is formed on the substrate. The V-groove formed may be a periodic structure.

【0011】前記スタンパ材料の堆積は、金属を電気メ
ッキまたは無電解メッキすること、電着物質を電着する
こと等で行なわれたり、モールド手法で行なわれたりす
る。
The deposition of the stamper material is performed by electroplating or electroless plating a metal, by electrodepositing an electrodeposition material, or by a molding method.

【0012】前記型を形成した後、前記型に光機能材料
を充填、硬化してもよい。型が光機能材料で出来ていれ
ば、そのままでもフォトニック構造体として使用でき
る。型に光機能材料を充填、硬化した後、該型を除去し
てもよい。もちろん、この場合も、型が光機能材料で出
来ていれば、型を除去しなくてもよい。
After forming the mold, the mold may be filled with an optical functional material and cured. If the mold is made of an optical functional material, it can be used as it is as a photonic structure. After the mold is filled with the optical functional material and cured, the mold may be removed. Of course, in this case as well, the mold need not be removed if the mold is made of an optical functional material.

【0013】更に、前記型を除去して形成された前記光
機能材料の周期構造に他の光機能素子を充填、硬化して
もよい。
Further, the periodic structure of the optical functional material formed by removing the mold may be filled with another optical functional element and cured.

【0014】前記型を複数個対向させ新たに型と成し、
該新たな型内に光機能材料を充填、硬化してもよい。こ
の場合も、型をそのまま残しても、除去してもよい。更
に、型を除去して形成された前記光機能材料の周期構造
に他の光機能素子を充填、硬化してもよい。
A plurality of molds are opposed to each other to form a new mold,
The new mold may be filled with an optical functional material and cured. Also in this case, the mold may be left as it is or may be removed. Furthermore, another optical function element may be filled and cured in the periodic structure of the optical function material formed by removing the mold.

【0015】前記型の少なくとも一部分に光機能素子を
充填、硬化した後、該光機能材料とは異なる光機能材料
を非充填部分に充填、硬化し、光波長程度の屈折率周期
構造の任意の部位に欠陥部を形成してもよい。
After at least a part of the mold is filled with an optical functional element and cured, an unfilled portion is filled with an optical functional material different from the optical functional material and cured to form an arbitrary part of the periodic refractive index structure of about the light wavelength. A defective portion may be formed at the site.

【0016】前記光機能材料を硬化する際、一部分に非
硬化部を形成し、光波長程度の屈折率周期構造の任意の
部位に欠陥部を形成することもできる。光機能材料が光
硬化性である場合、一部分をマスクで覆うことにより非
硬化部を作製できる。
When the optical functional material is cured, a non-cured portion may be formed in a part, and a defective portion may be formed in an arbitrary portion of the refractive index periodic structure of about the light wavelength. When the optical functional material is photocurable, an uncured portion can be produced by covering a part with a mask.

【0017】前記2次元屈折率周期構造を、3次元的な
屈折率周期的な構造を形成するようにアライメントして
積層し、硬化性材料で固定することで、3次元フォトニ
ック構造体を作製できる。
The two-dimensional periodic refractive index structure is aligned and laminated so as to form a three-dimensional periodic refractive index structure, and is fixed with a curable material to produce a three-dimensional photonic structure. it can.

【0018】また、上記目的を達成する本発明の光機能
素子は、3次元フォトニック構造体として使用し得るサ
イズでもって構成された光機能材料から成る光波長程度
の3次元屈折率周期構造であって、連続した欠陥部を有
することを特徴とする。
The optical functional device of the present invention that achieves the above object has a three-dimensional periodic structure of a refractive index of about a light wavelength, which is made of an optical functional material having a size usable as a three-dimensional photonic structure. And has a continuous defective portion.

【0019】前記欠陥部は、周りと異なる光機能材料か
ら成る部分であったり、光機能材料が抜けた部分であっ
たりする。
The defect portion may be a portion made of an optical functional material different from the surroundings, or a portion from which the optical functional material has escaped.

【0020】前記3次元屈折率周期構造は、欠陥部のあ
る2次元屈折率周期構造体を含む複数の2次元屈折率周
期構造体を3次元的に周期的な構造を形成するように積
層させて構成されうる。
The three-dimensional periodic refractive index structure is formed by stacking a plurality of two-dimensional periodic refractive index structures including a two-dimensional periodic refractive index structure having a defect so as to form a three-dimensional periodic structure. Can be configured.

【0021】前記欠陥部は、典型的には、フォトニック
効果により光波を閉じ込める光導波路として構成しう
る。更には、前記欠陥部が分岐導波路を構成して、その
周囲に無欠陥のフォトニック構造体が配置されている形
態や、前記欠陥部が曲がり導波路を構成して、その周囲
に無欠陥のフォトニック構造体が配置されている形態を
採りうる。
The defect portion can be typically configured as an optical waveguide for confining a light wave by a photonic effect. Further, the defect portion constitutes a branch waveguide, and a configuration in which a defect-free photonic structure is disposed around the branch waveguide, or the defect portion forms a bent waveguide, and a defect-free peripheral portion forms a bent waveguide. Can be adopted in which the photonic structures are arranged.

【0022】また、上記目的を達成する本発明の光導波
路構造は、分岐導波路部を有する光導波路であって、該
分岐導波路の周囲に、光波長程度の光機能材料から成る
3次元屈折率周期構造であるフォトニック構造体が配置
されていることを特徴とする。或いは、曲がり導波路部
を有する光導波路であって、少なくとも該曲がり導波路
部の外側の角部(図14に示すように、ミラー面が形成
されている様な場合もある)に接して、光波長程度の光
機能材料から成る3次元屈折率周期構造であるフォトニ
ック構造体が配置されていることを特徴とする。
The optical waveguide structure of the present invention for achieving the above object is an optical waveguide having a branch waveguide section, wherein a three-dimensional refraction made of an optical functional material of about the light wavelength is provided around the branch waveguide section. A photonic structure having a periodic structure is arranged. Alternatively, an optical waveguide having a bent waveguide portion, at least in contact with an outer corner portion of the bent waveguide portion (a mirror surface may be formed as shown in FIG. 14), A photonic structure, which is a three-dimensional periodic refractive index structure made of an optical functional material having a light wavelength or so, is disposed.

【0023】また、上記目的を達成する本発明の分波器
は、光波長程度の光機能材料から成る欠陥のない2次元
屈折率周期構造であるフォトニック構造体を光導波路端
面に配置して、ブラッグ回折現象を利用して導波光を波
長によって異なる方向に波長分波することを特徴とす
る。或いは、光波長程度の光機能材料から成る欠陥のな
い2次元屈折率周期構造であるフォトニック構造体を光
導波路端面に配置して、ブラッグ回折現象を利用して導
波光を異なる方向に強度分波することを特徴とする。
Further, in the duplexer according to the present invention, which achieves the above object, a photonic structure having a defect-free two-dimensional refractive index periodic structure made of an optical functional material having a light wavelength or the like is arranged on an end face of an optical waveguide. In addition, the present invention is characterized in that guided light is wavelength-demultiplexed in different directions depending on the wavelength using the Bragg diffraction phenomenon. Alternatively, a photonic structure, which is a defect-free two-dimensional periodic refractive index structure made of an optical functional material of about the light wavelength, is disposed at the end face of the optical waveguide, and the guided light is divided into different directions using the Bragg diffraction phenomenon. It is characterized by waving.

【0024】また、上記目的を達成する本発明の光配線
装置は、電気配線基板に凹部を設け、該凹部の壁面に発
光素子と受光素子を配置し、該凹部に、上記の光機能素
子と光導波路構造と分波器のうちの少なくとも1つを挿
入して光配線経路を構成し、該光配線経路を介して発光
素子からの光を受光素子に導くことを特徴とする。或い
は、基板に凹部を設け、該凹部の壁面に光導波路を配置
し、該凹部に、上記の光機能素子と光導波路構造と分波
器のうちの少なくとも1つを挿入して光配線経路を構成
し、該光配線経路を介して前記光導波路へ光を導くこと
を特徴とする。
According to the optical wiring apparatus of the present invention, which achieves the above object, a concave portion is provided in an electric wiring board, and a light emitting element and a light receiving element are arranged on the wall surface of the concave portion. An optical wiring path is formed by inserting at least one of the optical waveguide structure and the duplexer, and light from the light emitting element is guided to the light receiving element via the optical wiring path. Alternatively, a concave portion is provided in the substrate, an optical waveguide is arranged on the wall surface of the concave portion, and at least one of the optical function element, the optical waveguide structure, and the duplexer is inserted into the concave portion to form an optical wiring path. And guiding the light to the optical waveguide through the optical wiring path.

【0025】上記各構成において、前記光機能材料は、
光学的分極率が非線型性である材料、発光性材料、磁性
体材料、導電性材料、電気光学的材料、または光増幅材
料を混入した光または熱硬化性樹脂材料などである。
In each of the above structures, the optical functional material comprises:
Examples of the material include a material having a non-linear optical polarizability, a light-emitting material, a magnetic material, a conductive material, an electro-optic material, and a light or thermosetting resin material mixed with a light amplification material.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照しつつ本発明
の実施の形態を説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0027】(第1の実施例)先ず、原盤となる2次元
フォトニック構造体について説明する。基板上に、金
属、半導体、或いは絶縁体からなる単層膜を成膜し、ウ
エットエッチングやドライエッチングのパターニング技
術を用いて、例えば図1(a)のような、光波長(0.1μ
m〜10μm)程度の2次元的周期性を持った矩形凹凸
構造1を基板面内に製造する。通常のフォトニック構造
体は、PMMA(ポリメタクリル酸メチル)やSiO2などの誘電
体や高分子材料で製造する。しかし、本発明では原盤と
して使用するため、光波長程度の周期構造を形成できる
材料であれば、プロセスのみを考慮すれば良く、多孔質
でない限り(多孔質は周期を乱すので)金属などのあら
ゆる材料を取り扱うことが可能である。
(First Embodiment) First, a two-dimensional photonic structure serving as a master will be described. A single-layer film made of metal, semiconductor, or insulator is formed on a substrate, and a light wavelength (0.1 μm) as shown in FIG.
The rectangular uneven structure 1 having a two-dimensional periodicity of about 10 to 10 μm) is manufactured in the substrate surface. A typical photonic structure is made of a dielectric or polymer material such as PMMA (polymethyl methacrylate) or SiO 2 . However, in the present invention, since the material is used as a master, only a process may be considered as long as it is a material capable of forming a periodic structure on the order of a light wavelength. Unless the material is porous, any material such as metal can be used. It is possible to handle materials.

【0028】また、化学合成により製造される光波長程
度の径を持つ球状粒子(ポリスチレンやSiO2など)がけん
濁した液を、基板上に滴下し配列させる手法もある。こ
の基板に傾斜を持たせ、周囲の温度、湿度や傾斜角度の
条件を調節して放置すると、けん濁液の表面張力と蒸発
現象と粒子間力の働きで、傾斜した基板の高い側へ粒子
が引き寄せられる。このとき、球状粒子は図1(b)に示
すように自己組織的に密な状態へ集積する。この構造
は、基板の2次元面内に周期構造を持つ球状粒子凹凸構
造2である。
There is also a method in which a liquid in which spherical particles (such as polystyrene and SiO 2 ) having a diameter of about the light wavelength produced by chemical synthesis are suspended is dropped on a substrate and arranged. When the substrate is inclined and the ambient temperature, humidity and angle of inclination are adjusted and left as it is, the surface tension of the suspension, the evaporation phenomenon and the force between particles cause the particles to move to the higher side of the inclined substrate. Is attracted. At this time, the spherical particles accumulate in a dense state in a self-organized manner as shown in FIG. This structure is a spherical particle uneven structure 2 having a periodic structure in a two-dimensional plane of the substrate.

【0029】また、図1(c)に示す構造体を使用するこ
ともできる。これは、Si基板3を水酸化カリウム溶液で
ウエットエッチングすることで出来る(111)面のV型
の溝4を等間隔で製造した1次元構造体である。この構
造体も、通常はフォトニック構造体とはなり得ないが、
原盤として使用することが出来る。最終的に作製するフ
ォトニック構造体のサイズは、この原盤にスパッタ堆積
するスタンパ材として利用する媒質や使用する光波長に
より異なる。周期構造が無限に続くほど良いが、100
周期程度でもフォトニックバンドギャップが認められ
る。
Further, the structure shown in FIG. 1C can be used. This is a one-dimensional structure in which V-shaped grooves 4 of the (111) plane, which can be formed by wet etching the Si substrate 3 with a potassium hydroxide solution, are formed at equal intervals. This structure can also not usually be a photonic structure,
It can be used as a master. The size of the photonic structure finally manufactured depends on the medium used as the stamper material to be sputter-deposited on the master and the light wavelength used. It is better if the periodic structure continues indefinitely, but 100
A photonic band gap is observed even at about the period.

【0030】次に、モールド手法などによる凹凸反転型
製造について述べる。図1(a)の原盤の場合、例えば、
モールド手法により凹凸反転型を製造して、各セルに硬
化性液状材料を注入する。これに関しては後記する図5
の例で詳述される。
Next, a description will be given of the fabrication of the concavo-convex inversion type by a molding technique or the like. In the case of the master shown in FIG.
A concave / convex inversion mold is manufactured by a molding method, and a curable liquid material is injected into each cell. In this regard, FIG.
Will be described in detail.

【0031】図1(b)の原盤の場合は次のように行な
う。図2(a)は、基板5上に置かれた光波長程度の周期
を持つ構造体2を示す。このような原盤に図2(b)、(c)
のようにスタンパ材をスパッタ堆積した後に剥離するこ
とで、原盤凹凸構造の反転構造を有する型6を形成す
る。原盤凹凸構造は必ずしも無欠陥ではないので、任意
の構造を持つ原盤領域を選択してスタンパ材を塗布す
る。
In the case of the master shown in FIG. 1B, the operation is performed as follows. FIG. 2A shows a structure 2 placed on a substrate 5 and having a period about the light wavelength. Fig. 2 (b) and (c)
As described above, the stamper material is sputter-deposited and then peeled off, thereby forming a mold 6 having an inverted structure of the master disk uneven structure. Since the master disk uneven structure is not necessarily defect-free, a master region having an arbitrary structure is selected and a stamper material is applied.

【0032】スタンパ材のスパッタにおいては、応力の
小さい金属を電気メッキ又は無電解メッキする方法があ
る。この場合、例えば原盤2上にTi,Au, MoOx、ないし
はCr,Pt, MoOxの順にスパッタし、更に金属をメッキす
る。第1層のTiないしCrは、原盤2と第2層のAuないし
Pt間の密着性を上げるために塗布する。第2層のAuない
しPtと第3層のMoOx間で原盤2と型6を剥離し、型側に
残るMoOxはHF/H2Oで除去して型6が完成する。
In the sputtering of a stamper material, there is a method of electroplating or electroless plating a metal having a small stress. In this case, for example, Ti, Au, MoO x or Cr, Pt, MoO x are sputtered on the master 2 in this order, and then a metal is plated. The first layer of Ti or Cr is composed of the master 2 and the second layer of Au or
It is applied to increase the adhesion between Pt. It no Au of the second layer is peeled off the base 2 and the mold 6 between MoO x of Pt and third layer, MoO x remaining in the mold side mold 6 is completed is removed by HF / H 2 O.

【0033】また、金属メッキではなくSiO2や樹脂を厚
く塗布して剥離し、型6を形成することも出来る。この
手法では、原盤2上にTiやMoOxなどのHF/H2Oに溶解する
材料を中間層として塗布した後にSiO2や樹脂を塗布し、
中間層をHF/H2O中で侵食させて型6を剥離する。
Alternatively, instead of metal plating, a mold 6 may be formed by applying a thick coating of SiO 2 or a resin and peeling it. In this method, a material that dissolves in HF / H 2 O such as Ti or MoO x is applied as an intermediate layer on the master 2 and then SiO 2 or a resin is applied.
The intermediate layer is eroded in HF / H 2 O to release the mold 6.

【0034】製造した型6を複数個組み合わせて接着
し、新たな凹凸形状を持つ型として利用することもでき
る。図2(d)に示す断面図のように、この型6を1つな
いし複数個組み合わせることによって新規形状を有する
型を製造し(広い面積に渡って型6を並べることもでき
る)、図2(d)に示すように硬化性液状材料7を充填し
た後に、紫外光照射または加熱することでこれを硬化
し、多次元フォトニック構造体を成形する。硬化性液状
材料7は、例えば、求める物理特性に応じて光学的分極
率が非線型性である材料、発光性材料、磁性体材料、導
電性材料、電気光学的材料、光増幅材料などを混入した
光硬化性材料または熱硬化性材料などである。
It is also possible to combine and bond a plurality of the produced dies 6 to use them as dies having a new uneven shape. As shown in the cross-sectional view of FIG. 2D, a mold having a new shape is manufactured by combining one or more of the molds 6 (the molds 6 can be arranged over a wide area). After the curable liquid material 7 is filled as shown in (d), it is cured by irradiating or heating with ultraviolet light to form a multidimensional photonic structure. The curable liquid material 7 contains, for example, a material having a non-linear optical polarizability, a light-emitting material, a magnetic material, a conductive material, an electro-optical material, a light amplification material, or the like according to the required physical characteristics. Light-curable material or thermosetting material.

【0035】図2(d)の左部分のように型を向き合わせ
て複数個組み合わせる場合には、凹部周期構造間に多少
隙間を形成するようにこれらを接着し、型6に傾斜を持
たせ、上部から硬化性液状材料7を注入する。硬化性液
状材料7の粘性が高い場合は、型内部の気体が排出され
ず充填が不完全になることを防ぐため、図3に示すよう
に空気孔17を空けておくのがよい。
When a plurality of molds are faced and combined as shown in the left part of FIG. 2D, these are bonded so as to form a slight gap between the concave periodic structures, and the mold 6 is inclined. Then, the curable liquid material 7 is injected from above. When the curable liquid material 7 has a high viscosity, it is preferable to open the air holes 17 as shown in FIG. 3 in order to prevent the gas inside the mold from being discharged and incomplete filling.

【0036】また、この空気孔17から硬化性液状材料
7を部分的に注入しても良い。凹部周期構造6間の隙間
は小さいほど、形成されるフォトニック構造体のフォト
ニックバント現象に影響を与えずに済む。硬化性液状材
料7を硬化して出来上がったフォトニック構造体は、型
6を除去せずそのまま利用する方法と除去する方法の2
種類が考えられる。例えばスタンパ材がSiO2であれば、
HF/H2Oに浸すことで、2次元フォトニック構造体から型
6を除去でき、図4(b)に示すようにフォトニックバント
効果への型6による影響のないフォトニック構造体8が出
来上がる。また、型6になるスタンパ材もPMMAなどの光
機能材料で製造しておけば、これをクラッドとして機能
させてフォトニックバント幅を調節することができ、シ
ングルモードの導波路などとして利用が可能である。
The curable liquid material 7 may be partially injected from the air holes 17. The smaller the gap between the concave periodic structures 6, the less the influence on the photonic bund phenomenon of the formed photonic structure. The photonic structure obtained by curing the curable liquid material 7 can be used as it is without removing the mold 6 or can be removed.
Kind can be considered. For example, if the stamper material is a SiO 2,
By immersing in HF / H 2 O, the mold is transformed from the two-dimensional photonic structure
6 can be removed, and a photonic structure 8 having no influence on the photonic bund effect by the mold 6 can be obtained as shown in FIG. Also, if the stamper material that becomes mold 6 is also made of an optical functional material such as PMMA, it can be used as a clad to adjust the photonic band width and be used as a single-mode waveguide etc. It is.

【0037】図1(b)の場合について、より具体的な
例を説明する。傾斜を持たせたガラス基板の上部に、化
学合成により作製される粒径0.5μmのポリスチレン
微小球のけん濁液を滴下する。前述した様に、周囲の温
度、湿度や傾斜角度の条件を調節し放置すると、けん濁
液の表面張力と蒸発現象と粒子間力の働きで、基板の高
い側へ粒子が引き寄せられ、球状粒子は図1(b)に示す
ように自己組織的に密な状態へ集積する。この製法で
は、正方格子よりも六方格子の方が安定であるため作製
しやすい。この構造を原盤とし、欠陥のない周期構造部
分を選択し、Ti,Au, MoOxの順にスパッタし、更に金属
をメッキする。第1層のTiは、原盤と第2層Au間の密着
性を上げるために塗布する。第2層Auと第3層MoOx間で
原盤と型を剥離し、型に残るMoOxはHF/H20で除去し、型
を製造する。この型を図3に示すように2つ対向させ球
形の凹構造を作り、屈折率1.6のUV硬化性樹脂を注入
し、UV硬化する。原盤を剥離すると、屈折率1.6の
0.5μmの周期を持つ球状粒子六方格子2次元フォト
ニック構造体が出来る。この構造体は可視光範囲内にフ
ォトニックバンドギャップが位置しているため、可視光
に対するミラー等に応用する事が出来る。
In the case of FIG. 1B, a more specific example will be described. A suspension of polystyrene microspheres having a particle size of 0.5 μm and prepared by chemical synthesis is dropped on the inclined glass substrate. As described above, if the ambient temperature, humidity and tilt angle are adjusted and left, the particles are attracted to the higher side of the substrate by the action of the surface tension of the suspension, the evaporation phenomenon, and the force between the particles, and the spherical particles Accumulate in a dense state in a self-organizing manner as shown in FIG. In this manufacturing method, the hexagonal lattice is more stable than the square lattice, and thus is easier to manufacture. Using this structure as a master, a periodic structure portion having no defect is selected, and sputtering is performed in the order of Ti, Au, and MoO x , and metal is further plated. The first layer of Ti is applied to increase the adhesion between the master and the second layer Au. The master and the mold are separated between the second layer Au and the third layer MoO x , and MoO x remaining on the mold is removed with HF / H 20 to manufacture the mold. Two molds are opposed to each other as shown in FIG. 3 to form a spherical concave structure, and a UV curable resin having a refractive index of 1.6 is injected and UV cured. When the master is peeled off, a spherical particle hexagonal lattice two-dimensional photonic structure having a refractive index of 1.6 and a period of 0.5 μm is formed. Since this structure has a photonic band gap located in the visible light range, it can be applied to a mirror or the like for visible light.

【0038】図1(c)の原盤の場合、原盤3にスタンパ
材をスパッタ堆積した後に、これを剥離して1次元周期
構造体を形成する。これは、溝を何らかの材料で埋めて
用いてもよい。単独で用いてもよいし、積層させたりし
て適当に組み合わせて用いてもよい。
In the case of the master shown in FIG. 1C, a stamper material is sputter-deposited on the master 3 and then separated to form a one-dimensional periodic structure. This may be used by filling the groove with some material. They may be used alone or may be used in an appropriate combination by lamination.

【0039】(第2の実施例)矩形凹凸構造を持った原
盤の例を図5(a)、(b)に示す。金属、半導体或いは絶縁
体にエッチング技術やフォトリソグラフィー技術を用い
て、2次元面内に光波長程度の周期を持つ凹凸構造を製
造する。例えば図5(a)のような原盤9を製造した場
合、モールド手法により凹凸反転型を製造すると図5
(b)の形状の型9が出来る。また、図5(b)のような原盤
9を製造し、モールド手法により凹凸反転型を製造する
と図5(a)の形状の型9が出来る。
(Second Embodiment) FIGS. 5A and 5B show an example of a master having a rectangular uneven structure. By using an etching technique or a photolithography technique on a metal, a semiconductor, or an insulator, a concavo-convex structure having a period of about a light wavelength in a two-dimensional plane is manufactured. For example, when the master 9 as shown in FIG.
A mold 9 having the shape shown in FIG. Further, when the master 9 as shown in FIG. 5B is manufactured and the concave / convex inversion mold is manufactured by the molding method, the mold 9 having the shape shown in FIG.

【0040】図5(a)の型は各セルに硬化性液状材料7
を注入するため、第3の実施例に述べるように欠陥を製
造する用途に適している。これら図5(a)、(b)の型9で
2次元フォトニック構造体を製造し(例えば、凹部10
に硬化性液状材料11を注入して硬化させる)、型9を
剥離した後、フォトニック構造体の凹部に第1に注入硬
化した硬化性液状材料11とは異なる光機能材料12を
充填し、フォトニック構造体の屈折率差を減少させるこ
ともできる(図6(a)、(b))。また、型9を予めPMMA等の
光機能材料で製造し、剥離せずに光機能材料12として
も良い。
The mold shown in FIG. 5A has a curable liquid material 7 in each cell.
Is suitable for use in manufacturing defects as described in the third embodiment. A two-dimensional photonic structure is manufactured using the mold 9 shown in FIGS.
After the mold 9 is peeled off, the optical function material 12 different from the curable liquid material 11 injected and cured first is filled in the concave portion of the photonic structure. It is also possible to reduce the difference in the refractive index of the photonic structure (FIGS. 6A and 6B). Alternatively, the mold 9 may be manufactured in advance from an optical functional material such as PMMA, and used as the optical functional material 12 without peeling.

【0041】より具体的な例を説明する。基板上にPMMA
(ポリメタクリル酸メチル)、シリコン系フォトレジスト
ト(FHSP)の順に塗布し、フォトリソグラフィによりFHSP
に図5(b)に示す周期0.5μmの正方矩形パターンを形
成する。FHSPは酸素ドライエッチングに対し耐性を持つ
ため、このパターンをマスクとして酸素を反応性ガスと
したエッチングに適している。反応性イオンエッチング
(RIE法)によりPMMAをエッチングし、矩形凹凸構造を有
する原盤9が出来上がる。凹部に屈折率1.6のUV硬化
性樹脂を注入し、UV硬化し、原盤を剥離すると、屈折率
1.6の0.5μmの周期を持つ正方矩形2次元フォト
ニック構造体が出来る。
A more specific example will be described. PMMA on the substrate
(Polymethyl methacrylate), silicon-based photoresist (FHSP)
5 (b), a square rectangular pattern having a period of 0.5 μm is formed. Since FHSP has resistance to oxygen dry etching, it is suitable for etching using this pattern as a mask and oxygen as a reactive gas. Reactive ion etching
The master 9 having a rectangular uneven structure is completed by etching the PMMA by the (RIE method). When a UV-curable resin having a refractive index of 1.6 is injected into the concave portion, UV-cured, and the master is peeled off, a square rectangular two-dimensional photonic structure having a refractive index of 1.6 and a period of 0.5 μm is formed.

【0042】(第3の実施例)任意形状に欠陥を有する
フォトニック構造体の製造法について述べる。図7(a)
に示すように、型6に入れた硬化性液状材料7を硬化す
る際、一部分を光非透過部14としたマスク13で覆う
ことにより非硬化部15を製造する(この場合、光の当
った部分のみが硬化する)。そして、型6を除去した後
に非硬化部15を取り除くことで、図7(b)に示すよう
にフォトニック構造8に任意形状の欠陥を形成すること
ができる。
(Third Embodiment) A method of manufacturing a photonic structure having a defect in an arbitrary shape will be described. Fig. 7 (a)
As shown in FIG. 5, when the curable liquid material 7 placed in the mold 6 is cured, the non-cured portion 15 is manufactured by covering a part of the curable liquid material 7 with a mask 13 which is a light non-transmissive portion 14 (in this case, light was applied. Only the part cures). Then, by removing the non-cured portion 15 after removing the mold 6, a defect of an arbitrary shape can be formed in the photonic structure 8 as shown in FIG. 7B.

【0043】また、図8(a)に示すように、まず型6の
少なくとも一部分に硬化性液状材料7を充填、UV光16
などで硬化した後、この液状材料7と異なる硬化性液状
材料18を非充填部分に充填、硬化することによって、
フォトニック構造8に欠陥15を形成することができ
る。図8(b)のように球状凹凸構造を持った原盤で製造
した型6を2つ組み合わせる場合には、例えば型6を組
み合わせる前に欠陥を形成する部分に硬化性液状材料7
を注入硬化し、その後に型6を組み合わせて、孔17か
ら硬化性液状材料7と異なる硬化性液状材料18を注
入、硬化する。
As shown in FIG. 8 (a), at least a part of the mold 6 is filled with the curable liquid material 7,
After being cured by, for example, the curable liquid material 18 different from the liquid material 7 is filled in the unfilled portion and cured,
A defect 15 can be formed in the photonic structure 8. As shown in FIG. 8 (b), when two molds 6 made of a master having a spherical concave-convex structure are combined, for example, a curable liquid material 7 is formed on a portion where a defect is formed before combining the molds 6.
After that, the mold 6 is combined and a curable liquid material 18 different from the curable liquid material 7 is injected and cured from the holes 17.

【0044】より具体的な例を説明する。第1の実施例
で作製する原盤2(図1(b)参照)を用い、2次元面
内に連続した欠陥を作製する。図12(a)の2層目の欠
陥のパターンの光非透過部を有するマスクを通して、原
盤2による型6内に注入した屈折率1.6のUV硬化樹脂
を硬化させる。型6を剥離し、非硬化部の樹脂を除去す
ると、図12(a)の2層目の導波路として用いる欠陥を
有する屈折率1.6の0.5μmの周期を持つ六方格子
球状2次元フォトニック構造体が出来る。
A more specific example will be described. Using the master 2 (see FIG. 1B) manufactured in the first embodiment, continuous defects are manufactured in a two-dimensional plane. The UV curable resin having a refractive index of 1.6 injected into the mold 6 of the master 2 is cured through a mask having a light non-transmissive portion of the second layer defect pattern in FIG. When the mold 6 is peeled off and the resin in the non-cured portion is removed, a two-dimensional hexagonal lattice sphere having a period of 0.5 μm and a refractive index of 1.6 having a defect used as the second-layer waveguide in FIG. A photonic structure is created.

【0045】(第4の実施例)製造した2次元フォトニ
ック構造体を積層する例について述べる。図9(a)、(b)
に示す断面図のように、2次元フォトニック構造体8を
3次元の周期構造を形成するよう積層して硬化性液状材
料で固定すると、多次元フォトニック構造体となる。図
10(a)、(b)、(c)、(d)は光波長程度のサイズの球状粒
子正方格子フォトニック構造体8を積層する例である。
或る球の中心を原点とおくと、図10(a)は、1層目の
原点19と2層目の原点20が同じZ軸上(2次元フォト
ニック構造体の面に対し垂直方向)にある場合を示し、
図10(b)はその上面図である。図10(c)は、1層目の
原点19と2層目の原点20がXY平面内に半周期ずれる
場合を示し、図10(d)はその上面図である。従来の球
状粒子けん濁液の蒸発を利用した手法では、球が下層の
球と球の中間に安定してしまうため、この図9(a)、(b)
や図10(a)の積層形態は実現が難しい。
(Fourth Embodiment) An example in which the manufactured two-dimensional photonic structures are stacked will be described. Fig. 9 (a), (b)
When a two-dimensional photonic structure 8 is laminated to form a three-dimensional periodic structure and fixed with a curable liquid material as shown in the cross-sectional view shown in FIG. 10 (a), (b), (c), and (d) show examples in which a spherical particle square lattice photonic structure 8 having a size about a light wavelength is stacked.
Assuming that the center of a certain sphere is the origin, FIG. 10A shows that the origin 19 of the first layer and the origin 20 of the second layer are on the same Z axis (perpendicular to the plane of the two-dimensional photonic structure). Where
FIG. 10B is a top view thereof. FIG. 10C shows a case where the origin 19 of the first layer and the origin 20 of the second layer are shifted by a half cycle in the XY plane, and FIG. 10D is a top view thereof. In the conventional method using evaporation of the suspension of the spherical particles, the sphere is stabilized in the middle of the sphere between the lower layer and the sphere, so that FIGS. 9 (a) and 9 (b)
And the lamination form of FIG. 10A is difficult to realize.

【0046】図11(a)、(b)は、図6(a)、(b)に示した
矩形2次元フォトニック構造体を積層する例である。同
じ媒質からなる矩形ユニットセル11或いは12の中心
を原点とおくと、図11(a)は1層目の原点と2層目の
原点が同じZ軸上にある場合を示し、図11(b)は、1層
目の原点と2層目の原点がXY平面内に半周期ずれる場合
を示している。この手法を用いると、空気欠陥を有する
フォトニック構造体の上層にも、その欠陥を埋めること
なくフォトニック構造体を積層することが可能である。
FIGS. 11A and 11B show an example in which the rectangular two-dimensional photonic structures shown in FIGS. 6A and 6B are stacked. If the center of the rectangular unit cell 11 or 12 made of the same medium is set as the origin, FIG. 11A shows a case where the origin of the first layer and the origin of the second layer are on the same Z axis, and FIG. ) Shows a case where the origin of the first layer and the origin of the second layer are shifted by half a cycle in the XY plane. By using this method, it is possible to stack the photonic structure on the upper layer of the photonic structure having an air defect without filling the defect.

【0047】より具体的な例を説明する。第1の実施例
で作製する屈折率1.6の0.5μmの周期を持つ球状
粒子六方格子2次元フォトニック構造体(図4参照)
を、精密なアライメントにより3次元的にも周期を持つ
よう積層する。球配列構造体の積層では、図10(a)、
(b)に示すような積層形態は安定性が悪く困難である。
反面、図10(c)、(d)に示すような球間の隙間に上層の
球が入る積層形態は非常に安定であり、アライメントは
さほど精密でなくとも良い。第1の実施例で作製する2
次元フォトニック構造体の上面に、該構造体を形成する
樹脂と同種の屈折率1.6の樹脂を薄く塗布し、2層目
の2次元フォトニック構造体を、1層目の球間に2層目
の球が位置するよう積層し、UV照射にて両者を固定す
る。この際、接着剤としての樹脂の厚みが大きくなる
と、周期構造が破られるため、フォトニックバンドギャ
ップが浅くなる。3層目の積層は、1層目の格子軸と同
じ配列をする場合と、格子軸が30度ずれる配列をする
2通りが考えられるが、最蜜六方構造を作製するために
前者で積層を行う。この手順を繰り返し、多次元フォト
ニック構造体を製造する。
A more specific example will be described. Spherical particle hexagonal lattice two-dimensional photonic structure with a refractive index of 1.6 and a period of 0.5 μm manufactured in the first embodiment (see FIG. 4)
Are laminated so as to have a three-dimensional period by precise alignment. In the stacking of the spherical array structure, FIG.
The lamination form as shown in (b) has poor stability and is difficult.
On the other hand, the lamination form in which the upper sphere enters the gap between the spheres as shown in FIGS. 10C and 10D is very stable, and the alignment need not be very precise. 2 produced in the first embodiment
On the upper surface of the three-dimensional photonic structure, a resin having the same type of refractive index as that of the resin forming the structure is applied thinly, and the second two-dimensional photonic structure is placed between the balls of the first layer. The two layers are stacked so that the sphere is positioned, and both are fixed by UV irradiation. At this time, when the thickness of the resin as the adhesive becomes large, the periodic structure is broken, and the photonic band gap becomes shallow. The third layer can be considered to have the same arrangement as the lattice axis of the first layer, or two arrangements in which the lattice axis is shifted by 30 degrees. Do. This procedure is repeated to manufacture a multi-dimensional photonic structure.

【0048】(第5の実施例)誘電体などの光導波路に
おいては、光波を分岐したり曲げたりする際の損失を如
何にして減少させるかということが最大の課題である。
例えば六方格子球状多次元フォトニック構造体は、全方
位に広がりを持つバンドギャップを持つため、低損失な
ミラーとして利用できる。
(Fifth Embodiment) In an optical waveguide such as a dielectric, the biggest problem is how to reduce a loss when a light wave is branched or bent.
For example, a hexagonal lattice multi-dimensional photonic structure has a band gap extending in all directions, and thus can be used as a low-loss mirror.

【0049】例えば、図12に示す球状粒子正方格子2
次元フォトニック構造体のように、2層目の2次元フォ
トニック構造体8に欠陥15を製造し、この2次元フォ
トニック構造体8に固有のフォトニックバンドギャップ
内部に位置する波長を有する光波35を欠陥部15の端
面より入射する(出射光を36で示す)。光波は結晶内
部の伝搬を禁じられるため、図12の構造体は、欠陥部
15を光が伝搬する光導波路を有する構造体となる。
For example, the spherical particle square lattice 2 shown in FIG.
Like the two-dimensional photonic structure, a defect 15 is manufactured in the second layer of the two-dimensional photonic structure 8, and a light wave having a wavelength located inside the photonic band gap unique to the two-dimensional photonic structure 8 is formed. 35 enters from the end face of the defect portion 15 (the outgoing light is indicated by 36). Since light waves are prohibited from propagating inside the crystal, the structure in FIG. 12 is a structure having an optical waveguide through which light propagates through the defect 15.

【0050】また、図13と図14に示す上面図のよう
に、Y字型光導波路34の分岐部ないし曲がり導波路3
3の屈曲部の周囲のみに多次元フォトニック構造体8を
配置する構造も構成できる。この多次元フォトニック構
造体8は、光導波路33、34内部を伝搬する光波の波
長域にフォトニックバントギャップを持つように設計さ
れている。光波はフォトニック構造体8内部での伝搬を
禁じられるため、分岐または鋭角的な曲がり導波路でも
外部へ放射されず、低損失に導波する。
Further, as shown in the top views of FIGS. 13 and 14, the branch portion or the bent waveguide 3 of the Y-shaped optical waveguide 34 is formed.
A structure in which the multidimensional photonic structure 8 is arranged only around the bent portion 3 can be configured. The multidimensional photonic structure 8 is designed to have a photonic band gap in the wavelength range of the light wave propagating inside the optical waveguides 33 and 34. Since the propagation of the light wave inside the photonic structure 8 is prohibited, the light wave is not radiated to the outside even in a branched or sharply bent waveguide, and is guided with low loss.

【0051】図14は、45度の切断面と外部(空気層
など)によるミラー構造を曲がり部に持つ曲がり導波路
33の上面図であるが、このミラー部に多次元フォトニ
ック結晶8を配置して更に外部ミラーの機能を持たせ、
光波の伝搬損失を減じている。
FIG. 14 is a top view of a bent waveguide 33 having a 45-degree cut surface and a mirror structure formed by an outside (air layer or the like) at a bent portion. A multidimensional photonic crystal 8 is arranged in this mirror portion. To have the function of an external mirror,
Lightwave propagation loss is reduced.

【0052】この様に、フォトニック構造体を、フォト
リソグラフィなどで作製する従来の誘電体光導波路の周
囲に配置し、ミラーとして使用する事で伝搬損失を低下
できる。より具体的には、図14のように曲がり部に4
5度のミラー形状を有する曲がり導波路33の外部に、
第4の実施例で作製する屈折率1.6の0.5μmの周
期を持つ球状粒子六方格子3次元フォトニック構造体8
を配置する。この構造体8は640nm付近にフォトニ
ックバンドギャップが位置しているため、光導波路33
内を伝搬するこの波長の光波の曲がり部における伝搬損
失を低減出来る。
As described above, by disposing the photonic structure around a conventional dielectric optical waveguide manufactured by photolithography or the like and using it as a mirror, the propagation loss can be reduced. More specifically, as shown in FIG.
Outside the curved waveguide 33 having a mirror shape of 5 degrees,
Spherical particle hexagonal lattice three-dimensional photonic structure 8 having a refractive index of 1.6 and a period of 0.5 μm manufactured in the fourth embodiment 8
Place. Since the photonic band gap is located near 640 nm in this structure 8, the optical waveguide 33
Propagation loss in the bent portion of the light wave of this wavelength propagating in the inside can be reduced.

【0053】(第6の実施例)次に、多次元フォトニッ
ク構造体を光波長分波器ないしは光強度分波器として利
用する例を述べる。無欠陥な多次元フォトニック構造体
8を、図15(a)に示すように光導波路21の終端部断
面に配置する。フォトニック構造体8は、フォトニック
バントギャップ外の波長を持つ光波に対しては2次元の
回折格子として機能し、光導波路21内部を伝搬する光
波22は2次元的な空間広がりを持って出射する。光波
22が単色レーザ光であれば、光波22の伝搬方向に対
して垂直な面(図15(a)のYZ面)には図15(b)のような
ブラッグ回折スポットパターンが見られる。23、2
4、25、26は夫々0次光、1次光、2次光、3次光
である。光波22の波長が短いほど、同一面内でのスポ
ット間隔は減少し、またスポットが高次になるほど光強
度は減少する。従って、図16(a)のように複数の光導
波路21を配置して各光導波路21を各スポットと結合
させれば、光強度分波器として利用することができる。
(Sixth Embodiment) Next, an example in which the multidimensional photonic structure is used as an optical wavelength demultiplexer or an optical intensity demultiplexer will be described. The defect-free multidimensional photonic structure 8 is disposed on the terminal section of the optical waveguide 21 as shown in FIG. The photonic structure 8 functions as a two-dimensional diffraction grating for a light wave having a wavelength outside the photonic band gap, and the light wave 22 propagating inside the optical waveguide 21 is emitted with a two-dimensional spatial spread. I do. If the light wave 22 is monochromatic laser light, a Bragg diffraction spot pattern as shown in FIG. 15B can be seen on a plane perpendicular to the propagation direction of the light wave 22 (the YZ plane in FIG. 15A). 23, 2
Reference numerals 4, 25, and 26 denote zero-order light, first-order light, second-order light, and third-order light, respectively. The shorter the wavelength of the light wave 22, the shorter the spot interval in the same plane, and the higher the order of the spot, the lower the light intensity. Therefore, if a plurality of optical waveguides 21 are arranged as shown in FIG. 16A and each optical waveguide 21 is coupled to each spot, it can be used as a light intensity demultiplexer.

【0054】また、波長の異なる複数の光波22が光導
波路21内を伝搬するとき、各波長ごとに異なる回折角
度を持って分解されるため、複数のスポットパターンが
得られる。例として、白色光(可視光)が光導波路21内
を伝搬するとき、化学合成により製造されるポリスチレ
ン球状粒子(屈折率1.6、粒径1μm)による六方格子
の2次元フォトニック構造体8を光導波路21端に配置
すれば、各スポット27は図15(c)に示すように軸の
原点O側が短波長となる波長分布を持つ。図16(b)の
ようにバンドルファイバ32へ結合し、光波長分波器と
して利用する事が出来る。高次まで回折スポットが見ら
れる場合には、同時に光強度分波器としても用いられ
る。
When a plurality of light waves 22 having different wavelengths propagate in the optical waveguide 21, the light waves 22 are decomposed with different diffraction angles for each wavelength, so that a plurality of spot patterns can be obtained. As an example, when white light (visible light) propagates through the optical waveguide 21, a two-dimensional photonic structure 8 of a hexagonal lattice made of polystyrene spherical particles (refractive index 1.6, particle diameter 1 μm) manufactured by chemical synthesis. Is disposed at the end of the optical waveguide 21, each spot 27 has a wavelength distribution in which the origin O side of the axis has a short wavelength as shown in FIG. As shown in FIG. 16B, the optical fiber is coupled to the bundle fiber 32 and can be used as an optical wavelength demultiplexer. When diffraction spots are seen to higher orders, they are also used as light intensity demultiplexers.

【0055】より具体的な例を説明する。第1の実施例
の手法で作製する屈折率1.6の1.0μmの周期を持
つ球状粒子六方格子2次元フォトニック構造体8を、図
15(a)に示すように矩形導波路21端面に対し垂直に
配置する。この構造体8は可視光波長域にはバンドギャ
ップを持たないので、導波路21から出射する可視光波
長域の光波に対してはブラッグ回折現象を生じさせるの
みである。この構造体8に直接、He-Neレーザ等のコヒ
ーレント光を入射すると、図15(b)の3対称のブラッ
グ回折スポットが観察される。図15(a)のように光導
波路21を介したHe-Neレ一ザ光では、導波路21内の
反射により光波が広がりを持つため、多少広がりのある
スポット形状となる。また、この構造体8に白色光を入
射すると、図15(c)のような軸の原点O側が短波長と
なる連続的な波長分布を持つ1次スポット27が観察さ
れる。図16(b)のようにバンドルファイバ32ヘ結合
し、光波長分波器として利用出来る。
A more specific example will be described. A spherical particle hexagonal lattice two-dimensional photonic structure 8 having a refractive index of 1.6 and a period of 1.0 μm manufactured by the method of the first embodiment is connected to an end face of a rectangular waveguide 21 as shown in FIG. Vertically. Since this structure 8 has no band gap in the visible light wavelength region, it only causes the Bragg diffraction phenomenon for the light wave in the visible light wavelength region emitted from the waveguide 21. When coherent light such as a He-Ne laser is directly incident on the structure 8, a three-symmetric Bragg diffraction spot shown in FIG. 15B is observed. As shown in FIG. 15A, in the He-Ne laser light passing through the optical waveguide 21, the light wave has a spread due to reflection in the waveguide 21, so that the spot shape has a spread. Further, when white light is incident on the structure 8, a primary spot 27 having a continuous wavelength distribution with a short wavelength on the origin O side of the axis as shown in FIG. 15C is observed. As shown in FIG. 16B, the optical fiber is coupled to the bundle fiber 32 and can be used as an optical wavelength demultiplexer.

【0056】(第7の実施例)少なくとも一部に欠陥1
5を有する多次元フォトニック構造体8を、アライメン
トで3次元的周期性を持つよう積層する。例えば、図1
7に示すような数列の欠陥15を有する2次元フォトニ
ック構造体8を重ねると、連続して繋がった欠陥部15
に光を閉じ込める3次元光導波路となる。このとき、こ
のフォトニック構造8が全方位に渡るバンドギャップを
有している必要があり、欠陥部15に閉じ込めの起こる
光波長は、使用するフォトニック構造体8に固有の周期
構造と媒質誘電率に依存する。
(Seventh Embodiment) At least a part of defect 1
The multi-dimensional photonic structures 8 having the 5 are stacked so as to have three-dimensional periodicity by alignment. For example, FIG.
When a two-dimensional photonic structure 8 having a number of defects 15 as shown in FIG.
It becomes a three-dimensional optical waveguide for confining light in the optical waveguide. At this time, the photonic structure 8 needs to have a band gap in all directions, and the light wavelength at which confinement occurs in the defect portion 15 depends on the periodic structure and the medium dielectric characteristic of the photonic structure 8 used. Depends on the rate.

【0057】より具体的な例を説明する。第3の実施例
で作製する連続的な欠陥15を有する屈折率1.6の
1.0μmの周期を持つ球状粒子六方格子2次元フォト
ニック構造体8の上下が、第1の実施例で作製する欠陥
のない2次元フォトニック構造体となるよう、第4の実
施例と同様な3次元的最密六方構造として10層積層す
る。この構造は、640nm付近の波長の光波を伝搬す
る光導波路となり、急激な曲げや分岐でも高効率な閉じ
込め効果を有する。
A more specific example will be described. The upper and lower sides of a spherical particle hexagonal lattice two-dimensional photonic structure 8 having a period of 1.0 μm having a refractive index of 1.6 and having a continuous defect 15 manufactured in the third embodiment are manufactured in the first embodiment. In order to obtain a two-dimensional photonic structure free from defects, ten layers are stacked as a three-dimensional close-packed hexagonal structure similar to the fourth embodiment. This structure becomes an optical waveguide that propagates a light wave having a wavelength of around 640 nm, and has a highly efficient confinement effect even if it is sharply bent or branched.

【0058】(第8の実施例)図18に示すような発光
素子28や受光素子29を含み電気配線を有する配線基
板31の一部に、欠陥15を有する3次元フォトニック
構造体8を埋め込む例について述べる。図18では電気
配線基板31に凹部30を設け、その壁面に半導体レー
ザ等の発光素子28とフォトダイオード等の受光素子2
9を配置している。一方で、配線基板31上の発光素子
28、受光素子29と光結合するような3次元フォトニ
ック構造体8を製造し、配線基板凹部30へ挿入する。
この構成では、電気配線基板31と光配線部すなわち3
次元フォトニック構造体8との製造プロセスを同時に行
えるという利点がある。また、第7の実施例と同様に導
波路の曲がり部が円弧である必要がなく、光配線経路を
立体的に構成できる事から、交差部の問題がなく、従来
の光導波路と比較して素子の小型化が可能である。
(Eighth Embodiment) A three-dimensional photonic structure 8 having a defect 15 is embedded in a part of a wiring board 31 including a light emitting element 28 and a light receiving element 29 and having an electric wiring as shown in FIG. An example is described. In FIG. 18, a concave portion 30 is provided in an electric wiring board 31, and a light emitting element 28 such as a semiconductor laser and a light receiving element 2
9 are arranged. On the other hand, the three-dimensional photonic structure 8 that is optically coupled to the light emitting element 28 and the light receiving element 29 on the wiring board 31 is manufactured and inserted into the wiring board recess 30.
In this configuration, the electric wiring board 31 and the optical wiring section, ie, 3
There is an advantage that the manufacturing process with the two-dimensional photonic structure 8 can be performed simultaneously. Further, similarly to the seventh embodiment, the bent portion of the waveguide does not need to be a circular arc, and the optical wiring path can be configured three-dimensionally. The element can be reduced in size.

【0059】より具体的な例を説明する。第7の実施例
の連続的な欠陥15を有する屈折率1.6の1.0μm
の周期を持つ球状粒子六方格子2次元フォトニック構造
体8を、図18に示すような発光波長650nmの半導
体レーザ28とフォトダイオード29を含み電気配線を
有する配線基板31の一部に埋め込む。電気配線基板3
1は、3次元フォトニック構造体に対応する凹部30が
設けてあり、その壁面には、3次元フォトニック構造体
を挿入したときに、連続した欠陥部15の始端側に半導
体レーザ28、終端側にフォトダイオード29が位置す
るような構造である。
A more specific example will be described. 1.0 μm with a refractive index of 1.6 with continuous defects 15 of the seventh embodiment
Is embedded in a part of a wiring board 31 including a semiconductor laser 28 having an emission wavelength of 650 nm and a photodiode 29 and having an electric wiring as shown in FIG. Electric wiring board 3
1 is provided with a concave portion 30 corresponding to the three-dimensional photonic structure, and a semiconductor laser 28 and a terminal end are provided on the wall surface of the continuous defect portion 15 when the three-dimensional photonic structure is inserted. The structure is such that the photodiode 29 is located on the side.

【0060】[0060]

【発明の効果】以上説明した様に、本発明により、従来
技術の課題が解決され、光波長程度の周期を持つ無欠陥
ないし欠陥部のあるフォトニック構造体とその応用機能
素子が柔軟かつ確実に実現され、更にそれらの簡易な製
造方法も実現される。
As described above, according to the present invention, the problems of the prior art are solved, and a photonic structure having a defect-free or defective portion having a period of about an optical wavelength and its applied functional element are flexible and reliable. And a simple manufacturing method thereof is also realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】図1(a)、(b)、(c)は、本発明の工程に用いら
れる原盤の例を示す斜視図である。
1 (a), 1 (b) and 1 (c) are perspective views showing examples of a master used in the process of the present invention.

【図2】図2(a)、(b)、(c)、(d)は、球状凹凸構造の型
の製造法の例を示す断面図である。
2 (a), 2 (b), 2 (c) and 2 (d) are cross-sectional views showing an example of a method for manufacturing a mold having a spherical uneven structure.

【図3】図3は、図2(d)の構造において空気孔を空け
た型を示す断面図である。
FIG. 3 is a sectional view showing a mold having an air hole in the structure of FIG. 2 (d).

【図4】図4は、無欠陥多次元フォトニック構造体の製
造法の断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view of a method for manufacturing a defect-free multidimensional photonic structure.

【図5】図5(a)、(b)は、矩形凹凸構造の原盤または型
の例を示す本発明の第2の実施例の上面図である。
FIGS. 5 (a) and 5 (b) are top views of a second embodiment of the present invention showing examples of a master or a mold having a rectangular uneven structure.

【図6】図6(a)、(b)は、図5の原盤または型を用いて
製造される矩形2次元フォトニック構造体の一例を示す
上面図と斜視図である。
6 (a) and 6 (b) are a top view and a perspective view showing an example of a rectangular two-dimensional photonic structure manufactured using the master or the mold of FIG.

【図7】図7(a)、(b)は、欠陥を製造する手法の一例を
示す本発明の第3の実施例の断面図である。
FIGS. 7A and 7B are cross-sectional views of a third embodiment of the present invention showing an example of a method of manufacturing a defect.

【図8】図8(a)、(b)、(c)は、欠陥を製造する手法の
他の例の断面図である。
FIGS. 8A, 8B, and 8C are cross-sectional views of another example of a method for manufacturing a defect.

【図9】図9(a)、(b)は、3次元フォトニック構造体を
示す本発明の第4の実施例の断面図である。
FIGS. 9A and 9B are cross-sectional views of a fourth embodiment of the present invention showing a three-dimensional photonic structure.

【図10】図10(a)、(b)は、1層目と2層目の原
点が同一Z軸上にある球状粒子正方格子3次元フォトニ
ック構造体の斜視図と上面図、図10(c)、(d)は、1層
目と2層目の原点がXY平面内に半周期ずれる球状粒子正
方格子3次元フォトニック構造体の斜視図と上面図であ
る。
10A and 10B are a perspective view and a top view of a spherical particle square lattice three-dimensional photonic structure in which the origins of the first and second layers are on the same Z axis. (c) and (d) are a perspective view and a top view of a spherical particle square lattice three-dimensional photonic structure in which the origins of the first layer and the second layer are shifted by half a period in the XY plane.

【図11】図11(a)、(b)は、1層目と2層目の原
点が同一Z軸上にある矩形3次元フォトニック構造体の
斜視図、及び1層目と2層目の原点がXY平面内に半周期
ずれる矩形3次元フォトニック構造体の斜視図である。
11A and 11B are perspective views of a rectangular three-dimensional photonic structure in which the origins of the first and second layers are on the same Z-axis, and the first and second layers. FIG. 3 is a perspective view of a rectangular three-dimensional photonic structure in which the origin of the rectangular three-dimensional photonic structure is shifted by a half cycle within the XY plane.

【図12】図12(a)、(b)は、2次元フォトニック構造
体による光導波路を示す本発明の第5の実施例の斜視図
である。
FIGS. 12 (a) and 12 (b) are perspective views of a fifth embodiment of the present invention showing an optical waveguide using a two-dimensional photonic structure.

【図13】図13は、周辺に多次元フォトニック構造体
を配置したY字分岐路の上面図である。
FIG. 13 is a top view of a Y-shaped branch where peripheral multi-dimensional photonic structures are arranged.

【図14】図14は、曲がり部に多次元フォトニック構
造体を配置した曲がり導波路の上面図である。
FIG. 14 is a top view of a bent waveguide in which a multidimensional photonic structure is arranged at a bent portion.

【図15】図15(a)、(b)、(c)は、端に多次元フォト
ニック構造体を配置した光導波路を示す本発明の第6の
実施例の斜視図、フォトニック構造体に単色光を入射し
たときのブラッグ回折パターンの図、フォトニック構造
体に白色光を入射したときのブラッグ回折パターンの図
である。
FIGS. 15 (a), (b), and (c) are perspective views of a sixth embodiment of the present invention showing an optical waveguide having a multidimensional photonic structure disposed at an end, and a photonic structure. FIG. 3 is a diagram of a Bragg diffraction pattern when monochromatic light is incident on the photonic structure, and a diagram of a Bragg diffraction pattern when white light is incident on the photonic structure.

【図16】図16(a)、(b)は、フォトニック構造体を光
波長分波器ないしは光強度分波器として用いるときの光
結合系の例の斜視図である。
FIGS. 16A and 16B are perspective views of an example of an optical coupling system when the photonic structure is used as an optical wavelength demultiplexer or an optical intensity demultiplexer.

【図17】図17は、欠陥を有する多次元フォトニック
構造体を積層する一例を説明する本発明の第7の実施例
の斜視図である。
FIG. 17 is a perspective view of a seventh embodiment of the present invention illustrating an example of stacking a multidimensional photonic structure having a defect.

【図18】図18は、多次元フォトニック構造体を、電
気配線等を施した基板に挿入する一例を説明する本発明
の第8の実施例の斜視図である。
FIG. 18 is a perspective view of an eighth embodiment of the present invention illustrating an example of inserting a multidimensional photonic structure into a substrate provided with electric wiring and the like.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 矩形凹凸構造を持った原盤 2 球状凹凸構造を持った原盤 3 Si基板 4 V溝 5 基板 6 スタンパ材による型 7 硬化性液状材料 8 硬化した液状材料の2次元フォトニック構造体 9 矩形フォトニック構造体によって製造した型 10 凹部 11 光機能材料 12 光機能材料11とは異なる光機能材料または空
気 13 マスク 14 マスクの光非透過部 15 非硬化部(欠陥) 16 UV光 17 空気孔 18 硬化性液状材料7とは異なる硬化性液状材料 19 1層目の原点 20 2層目の原点 21 光導波路 22 光波 23 0次光 24 1次光 25 2次光 26 3次光 27 白色光の1次回折スポット 28 半導体レーザ 29 フォトダイオード 30 凹部 31 配線基板 32 バンドルファイバ 33 曲がり導波路 34 Y字型光導波路 35 入射光 36 出射光
Reference Signs List 1 master having rectangular uneven structure 2 master having spherical uneven structure 3 Si substrate 4 V-groove 5 substrate 6 mold using stamper material 7 curable liquid material 8 two-dimensional photonic structure of cured liquid material 9 rectangular photonic Mold manufactured by the structure 10 Concave portion 11 Optical functional material 12 Optical functional material or air different from optical functional material 11 13 Mask 14 Light non-transmissive portion of mask 15 Non-cured portion (defect) 16 UV light 17 Air hole 18 Curable Curable liquid material different from liquid material 7 19 Origin of first layer 20 Origin of second layer 21 Optical waveguide 22 Light wave 23 0th order light 24 1st order light 25 2nd order light 26 3rd order light 27 First order diffraction of white light Spot 28 semiconductor laser 29 photodiode 30 recess 31 wiring substrate 32 bundle fiber 33 bent waveguide 34 Y-shaped optical waveguide 35 incident light 36 emission

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 31/0232 G02B 6/12 F H01S 5/02 H01L 31/02 D Fターム(参考) 2H047 KA03 KB08 LA11 LA18 PA00 RA08 TA05 TA43 TA44 2H079 AA02 AA12 DA02 DA12 2K002 BA01 BA06 BA11 DA03 HA02 HA09 HA13 5F073 FA30 5F088 AA01 BB10 JA14 LA01 LA03 LA05 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01L 31/0232 G02B 6/12 F H01S 5/02 H01L 31/02 DF term (Reference) 2H047 KA03 KB08 LA11 LA18 PA00 RA08 TA05 TA43 TA44 2H079 AA02 AA12 DA02 DA12 2K002 BA01 BA06 BA11 DA03 HA02 HA09 HA13 5F073 FA30 5F088 AA01 BB10 JA14 LA01 LA03 LA05

Claims (31)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】光波長程度の2次元周期性を持った凹凸構
造を原盤とし、スタンパ材料を堆積し剥離することによ
り前記凹凸構造の反転構造を有する型を形成して、フォ
トニック構造体として使用し得るサイズでもって構成さ
れた光波長程度の2次元屈折率周期構造を得ることを特
徴とするフォトニック構造体の製造方法。
An uneven structure having a two-dimensional periodicity of about a light wavelength is used as a master, and a mold having an inverted structure of the uneven structure is formed by depositing and peeling a stamper material to form a photonic structure. A method for manufacturing a photonic structure, characterized in that a two-dimensional periodic refractive index structure having a size that can be used and having a wavelength of about the light wavelength is obtained.
【請求項2】前記原盤は、基板に光波長程度の周期を持
つ構造体をパターニングして作製する請求項1記載のフ
ォトニック構造体の製造方法。
2. The method for manufacturing a photonic structure according to claim 1, wherein said master is produced by patterning a structure having a period of about a light wavelength on a substrate.
【請求項3】前記原盤は、化学合成により製造した光波
長程度のサイズの粒子を配列した周期構造体である請求
項1記載のフォトニック構造体の製造方法。
3. The method for manufacturing a photonic structure according to claim 1, wherein said master is a periodic structure in which particles having a size about a light wavelength manufactured by chemical synthesis are arranged.
【請求項4】前記原盤は、基板にV溝を形成した該V溝に
よる周期構造体である請求項1記載のフォトニック構造
体の製造方法。
4. The method of manufacturing a photonic structure according to claim 1, wherein said master is a periodic structure formed by V-grooves formed in a substrate.
【請求項5】前記スタンパ材料の堆積は、金属を電気メ
ッキまたは無電解メッキすることで行なう請求項1乃至
4の何れかに記載のフォトニック構造体の製造方法。
5. The method for manufacturing a photonic structure according to claim 1, wherein the deposition of the stamper material is performed by electroplating or electroless plating a metal.
【請求項6】前記スタンパ材料の堆積、剥離は、モール
ド手法で行なう請求項1乃至4の何れかに記載のフォト
ニック構造体の製造方法。
6. The method for manufacturing a photonic structure according to claim 1, wherein the deposition and peeling of the stamper material are performed by a molding technique.
【請求項7】前記型を形成した後、前記型に光機能材料
を充填、硬化する請求項1乃至6の何れかに記載のフォ
トニック構造体の製造方法。
7. The method for manufacturing a photonic structure according to claim 1, wherein after forming the mold, the mold is filled with an optical functional material and cured.
【請求項8】前記型に光機能材料を充填、硬化した後、
該型を除去する請求項7記載のフォトニック構造体の製
造方法。
8. After the mold is filled with an optical functional material and cured,
The method for manufacturing a photonic structure according to claim 7, wherein the mold is removed.
【請求項9】前記型を除去して形成された前記光機能材
料の周期構造に他の光機能素子を充填、硬化する請求項
8記載のフォトニック構造体の製造方法。
9. The method for manufacturing a photonic structure according to claim 8, wherein another optical function element is filled and cured in the periodic structure of the optical function material formed by removing the mold.
【請求項10】前記型を複数個対向させ新たに型と成
し、該新たな型内に光機能材料を充填、硬化する請求項
7、8または9記載のフォトニック構造体の製造方法。
10. The method for manufacturing a photonic structure according to claim 7, wherein the plurality of molds are opposed to each other to form a new mold, and the new functional mold is filled with an optical functional material and cured.
【請求項11】前記型の少なくとも一部分に光機能素子
を充填、硬化した後、該光機能材料とは異なる光機能材
料を非充填部分に充填、硬化し、光波長程度の屈折率周
期構造に欠陥部を形成する請求項7乃至10の何れかに
記載のフォトニック構造体の製造方法。
11. An optical functional element is filled in at least a part of the mold and cured, and then an optical functional material different from the optical functional material is filled in an unfilled part and cured to form a refractive index periodic structure of about the light wavelength. The method for manufacturing a photonic structure according to claim 7, wherein the defective portion is formed.
【請求項12】前記光機能材料を硬化する際、一部分に
非硬化部を形成し、光波長程度の屈折率周期構造に欠陥
部を形成する請求項7乃至10の何れかに記載のフォト
ニック構造体の製造方法。
12. The photonic according to claim 7, wherein, when the optical functional material is cured, an uncured portion is formed in a part, and a defective portion is formed in the refractive index periodic structure of about the light wavelength. The method of manufacturing the structure.
【請求項13】前記光機能材料を硬化する際、一部分を
マスクで覆うことにより非硬化部を作製し、光波長程度
の屈折率周期構造に欠陥部を形成する請求項12記載の
フォトニック構造体の製造方法。
13. The photonic structure according to claim 12, wherein, when the optical functional material is cured, a non-cured portion is formed by covering a part with a mask, and a defective portion is formed in the refractive index periodic structure of about the light wavelength. How to make the body.
【請求項14】前記2次元屈折率周期構造体を、3次元
的な屈折率周期的な構造を形成するようにアライメント
して積層し、硬化性材料で固定する請求項1乃至13の
何れかに記載のフォトニック構造体の製造方法。
14. The structure according to claim 1, wherein said two-dimensional periodic refractive index structure is aligned and laminated so as to form a three-dimensional periodic refractive index structure, and fixed with a curable material. 3. The method for producing a photonic structure according to item 1.
【請求項15】前記光機能材料は、光学的分極率が非線
型性である材料、発光性材料、磁性体材料、導電性材
料、電気光学的材料、または光増幅材料を混入した光ま
たは熱硬化性樹脂材料である請求項7乃至14の何れか
に記載のフォトニック構造体の製造方法。
15. The light or heat mixed with a material having a non-linear optical polarizability, a light-emitting material, a magnetic material, a conductive material, an electro-optic material, or a light amplification material. The method for producing a photonic structure according to claim 7, wherein the photonic structure is a curable resin material.
【請求項16】3次元フォトニック構造体として使用し
得るサイズでもって構成された光機能材料から成る光波
長程度の3次元屈折率周期構造であって、連続した欠陥
部を有することを特徴とする光機能素子。
16. A three-dimensional periodic structure of a refractive index of a light wavelength, which is made of an optical functional material having a size usable as a three-dimensional photonic structure, and has a continuous defect portion. Optical functional element.
【請求項17】前記欠陥部は、周りと異なる光機能材料
から成る部分である請求項16記載の光機能素子。
17. The optical function device according to claim 16, wherein the defect portion is a portion made of an optical function material different from the surroundings.
【請求項18】前記欠陥部は、光機能材料が抜けた部分
である請求項16記載の光機能素子。
18. The optical functional device according to claim 16, wherein the defective portion is a portion from which the optical functional material has escaped.
【請求項19】前記3次元屈折率周期構造は、欠陥部の
ある2次元屈折率周期構造体を含む複数の2次元屈折率
周期構造体を3次元的に周期的な構造を形成するように
積層させて構成される請求項16、17または18記載
の光機能素子。
19. The three-dimensional periodic refractive index structure includes a plurality of two-dimensional periodic refractive index structures including a two-dimensional periodic refractive index structure having a defect, so as to form a three-dimensional periodic structure. 19. The optical functional device according to claim 16, 17 or 18, wherein the optical functional device is formed by stacking.
【請求項20】前記欠陥部は、フォトニック効果により
光波を閉じ込める光導波路である請求項16乃至19の
何れかに記載の光機能素子。
20. The optical function device according to claim 16, wherein said defect portion is an optical waveguide for confining a light wave by a photonic effect.
【請求項21】前記欠陥部は分岐導波路を構成し、その
周囲に無欠陥のフォトニック構造体が配置されている請
求項20記載の光機能素子。
21. The optical functional device according to claim 20, wherein the defect portion forms a branch waveguide, and a defect-free photonic structure is disposed around the branch waveguide.
【請求項22】前記欠陥部は曲がり導波路を構成し、そ
の周囲に無欠陥のフォトニック構造体が配置されている
請求項20記載の光機能素子。
22. The optical function device according to claim 20, wherein the defect portion forms a bent waveguide, and a defect-free photonic structure is disposed around the bent waveguide.
【請求項23】前記光機能材料は、光学的分極率が非線
型性である材料、発光性材料、磁性体材料、導電性材
料、電気光学的材料、または光増幅材料を混入した光ま
たは熱硬化性樹脂材料である請求項16乃至22の何れ
かに記載の光機能素子。
23. Light or heat mixed with a material having a non-linear optical polarizability, a luminescent material, a magnetic material, a conductive material, an electro-optic material, or a light amplification material. 23. The optical function device according to claim 16, which is a curable resin material.
【請求項24】分岐導波路部を有する光導波路であっ
て、該分岐導波路の周囲に、光波長程度の光機能材料か
ら成る3次元屈折率周期構造であるフォトニック構造体
が配置されていることを特徴とする光導波路構造。
24. An optical waveguide having a branching waveguide portion, wherein a photonic structure having a three-dimensional periodic refractive index structure made of an optical functional material having a light wavelength is arranged around the branching waveguide. An optical waveguide structure, characterized in that:
【請求項25】曲がり導波路部を有する光導波路であっ
て、少なくとも該曲がり導波路部の外側の角部に接し
て、光機能材料から成る光波長程度の3次元屈折率周期
構造であるフォトニック構造体が配置されていることを
特徴とする光導波路構造。
25. An optical waveguide having a bent waveguide portion, wherein at least a corner portion of the bent waveguide portion is in contact with an outer corner portion, and the photo waveguide has a three-dimensional periodic structure of a refractive index of about a light wavelength made of an optical functional material. An optical waveguide structure, wherein a nick structure is arranged.
【請求項26】前記光機能材料は、光学的分極率が非線
型性である材料、発光性材料、磁性体材料、導電性材
料、電気光学的材料、または光増幅材料を混入した光ま
たは熱硬化性樹脂材料である請求項24または25記載
の光導波路構造。
26. A light or heat mixed with a material having a non-linear optical polarizability, a luminescent material, a magnetic material, a conductive material, an electro-optic material, or a light amplification material. 26. The optical waveguide structure according to claim 24, wherein the optical waveguide structure is a curable resin material.
【請求項27】光波長程度の光機能材料から成る欠陥の
ない2次元屈折率周期構造であるフォトニック構造体を
光導波路端面に配置して、ブラッグ回折現象を利用して
導波光を波長によって異なる方向に波長分波することを
特徴とする分波器。
27. A photonic structure, which is a defect-free two-dimensional periodic refractive index structure made of an optical functional material of about the light wavelength, is arranged on the end face of an optical waveguide, and the guided light is changed by wavelength using the Bragg diffraction phenomenon. A demultiplexer characterized in that wavelengths are demultiplexed in different directions.
【請求項28】光波長程度の光機能材料から成る欠陥の
ない2次元屈折率周期構造であるフォトニック構造体を
光導波路端面に配置して、ブラッグ回折現象を利用して
導波光を異なる方向に強度分波することを特徴とする分
波器。
28. A photonic structure, which is a defect-free two-dimensional periodic refractive index structure made of an optical functional material of about the wavelength of light, is disposed on an end face of an optical waveguide, and guides the guided light in different directions using the Bragg diffraction phenomenon. A splitter characterized by intensity splitting.
【請求項29】前記光機能材料は、光学的分極率が非線
型性である材料、発光性材料、磁性体材料、導電性材
料、電気光学的材料、または光増幅材料を混入した光ま
たは熱硬化性樹脂材料である請求項27または28記載
の分波器。
29. A light or heat mixed with a material having a non-linear optical polarizability, a light-emitting material, a magnetic material, a conductive material, an electro-optic material, or a light amplification material. 29. The duplexer according to claim 27, wherein the duplexer is a curable resin material.
【請求項30】電気配線基板に凹部を設け、該凹部の壁
面に発光素子と受光素子を配置し、該凹部に、請求項1
6乃至23の何れかに記載の光機能素子と請求項24、
25または26に記載の光導波路構造と請求項27、2
8または29に記載の分波器のうちの少なくとも1つを
挿入して光配線経路を構成し、該光配線経路を介して前
記発光素子からの光を前記受光素子に導くことを特徴と
する光配線装置。
30. A concave portion is provided in an electric wiring board, and a light emitting element and a light receiving element are arranged on a wall surface of the concave portion, and the concave portion is provided in the concave portion.
The optical functional device according to any one of claims 6 to 23 and claim 24,
27. An optical waveguide structure according to claim 25 or claim 26, wherein
30. An optical wiring path is formed by inserting at least one of the duplexers according to 8 or 29, and light from the light emitting element is guided to the light receiving element via the optical wiring path. Optical wiring device.
【請求項31】基板に凹部を設け、該凹部の壁面に光導
波路を配置し、該凹部に、請求項16乃至23の何れか
に記載の光機能素子と請求項24、25または26に記
載の光導波路構造と請求項27、28または29に記載
の分波器のうちの少なくとも1つを挿入して光配線経路
を構成し、該光配線経路を介して前記光導波路へ光を導
くことを特徴とする光配線装置。
31. A concave portion is provided on a substrate, an optical waveguide is arranged on a wall surface of the concave portion, and the optical functional element according to claim 16 and the optical functional element according to claim 24, 25 or 26 are provided in the concave portion. 30. Inserting at least one of the optical waveguide structure and the duplexer according to claim 27, 28, or 29 to form an optical wiring path, and guiding light to the optical waveguide via the optical wiring path. An optical wiring device characterized by the above-mentioned.
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