JP2002098846A - ホトニック結晶及びその製造方法 - Google Patents
ホトニック結晶及びその製造方法Info
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- JP2002098846A JP2002098846A JP2000292700A JP2000292700A JP2002098846A JP 2002098846 A JP2002098846 A JP 2002098846A JP 2000292700 A JP2000292700 A JP 2000292700A JP 2000292700 A JP2000292700 A JP 2000292700A JP 2002098846 A JP2002098846 A JP 2002098846A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 外力によって変形することによりホトニック
バンドギャップが変化可能なホトニック結晶及びその製
造方法を提供する。 【解決手段】 ホトニック結晶中における光の伝搬は、
半導体中の電子の伝搬と同様に制限されており、すなわ
ち、所謂ホトニックバンドギャップの存在によって、特
定の波長帯域の光は結晶内を伝搬できなくなる。このホ
トニックバンドギャップは、通常、サブミクロンサイズ
の粒子を光の波長程度の周期で配列してなるが、本発明
では、ゲル状の物質１内に、複数の気泡２を規則的に混
入してなる。ゲルは外力Ｆによって容易に変形するの
で、ホトニックバンドギャップ、すなわち、透過光波長
帯域が可変する。
バンドギャップが変化可能なホトニック結晶及びその製
造方法を提供する。 【解決手段】 ホトニック結晶中における光の伝搬は、
半導体中の電子の伝搬と同様に制限されており、すなわ
ち、所謂ホトニックバンドギャップの存在によって、特
定の波長帯域の光は結晶内を伝搬できなくなる。このホ
トニックバンドギャップは、通常、サブミクロンサイズ
の粒子を光の波長程度の周期で配列してなるが、本発明
では、ゲル状の物質１内に、複数の気泡２を規則的に混
入してなる。ゲルは外力Ｆによって容易に変形するの
で、ホトニックバンドギャップ、すなわち、透過光波長
帯域が可変する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ホトニック結晶に
関する。
関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体単結晶は、特定の原子が周期的且
つ規則的に配列してなる物質である。その電子伝搬特性
は、半導体結晶中の原子間隔によって決定される。すな
わち、半導体はエネルギーバンドギャップを有してお
り、このエネルギーバンドギャップは、電子の波動性及
び原子の周期ポテンシャルに起因して決定される。
つ規則的に配列してなる物質である。その電子伝搬特性
は、半導体結晶中の原子間隔によって決定される。すな
わち、半導体はエネルギーバンドギャップを有してお
り、このエネルギーバンドギャップは、電子の波動性及
び原子の周期ポテンシャルに起因して決定される。
【０００３】一方、ホトニック結晶は、光に対してポテ
ンシャル差を有する物質、すなわち屈折率差を有する物
質を光の波長程度の周期で配列してなる３次元構造体で
ある。このようなホトニック結晶なる物質は、ヤブラノ
ビッチ（Yablonovich）氏等によって提案されてきた。
ンシャル差を有する物質、すなわち屈折率差を有する物
質を光の波長程度の周期で配列してなる３次元構造体で
ある。このようなホトニック結晶なる物質は、ヤブラノ
ビッチ（Yablonovich）氏等によって提案されてきた。
【０００４】ホトニック結晶内においては、光の波動性
の拘束条件によって光伝搬特性が制限されている。すな
わち、ホトニック結晶中における光の伝搬は、半導体中
の電子の伝搬と同様に制限を受ける。ホトニック結晶中
においては、光に対する禁止帯、所謂ホトニックバンド
ギャップが存在し、このバンドギャップの存在によっ
て、特定の波長帯域の光は結晶内を伝搬できなくなる。
の拘束条件によって光伝搬特性が制限されている。すな
わち、ホトニック結晶中における光の伝搬は、半導体中
の電子の伝搬と同様に制限を受ける。ホトニック結晶中
においては、光に対する禁止帯、所謂ホトニックバンド
ギャップが存在し、このバンドギャップの存在によっ
て、特定の波長帯域の光は結晶内を伝搬できなくなる。
【０００５】従来、様々なホトニック結晶が提案されて
いる。例えば、サブミクロンサイズの粒子を光の波長程
度の周期で配列してなるものがある。マイクロ波帯であ
れば、粒子としてのポリマー球を空間中に配列するもの
が知られている。
いる。例えば、サブミクロンサイズの粒子を光の波長程
度の周期で配列してなるものがある。マイクロ波帯であ
れば、粒子としてのポリマー球を空間中に配列するもの
が知られている。
【０００６】この他、ポリマー球を金属内で固化させた
後で化学的にポリマー球を溶解することにより周期的微
小空間を金属中に形成するもの、金属中に等間隔で穴を
穿設するもの、固体材料中にレーザを用いて屈折率が周
囲と異なる領域を形成するもの、光重合性ポリマーをリ
ソグラフィ技術を用いて溝状に加工したもの等がある。
これらの加工によって形成されたホトニック結晶は、そ
の構造によって一意的に決定されるホトニックバンドギ
ャップを有することとなる。
後で化学的にポリマー球を溶解することにより周期的微
小空間を金属中に形成するもの、金属中に等間隔で穴を
穿設するもの、固体材料中にレーザを用いて屈折率が周
囲と異なる領域を形成するもの、光重合性ポリマーをリ
ソグラフィ技術を用いて溝状に加工したもの等がある。
これらの加工によって形成されたホトニック結晶は、そ
の構造によって一意的に決定されるホトニックバンドギ
ャップを有することとなる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ホトニック結晶は可塑性が低く、そのホトニックバンド
ギャップを変化させることができない。本発明は、この
ような課題に鑑みてなされたものであり、外力によって
変形することによりホトニックバンドギャップが変化可
能なホトニック結晶及びその製造方法を提供することを
目的とする。
ホトニック結晶は可塑性が低く、そのホトニックバンド
ギャップを変化させることができない。本発明は、この
ような課題に鑑みてなされたものであり、外力によって
変形することによりホトニックバンドギャップが変化可
能なホトニック結晶及びその製造方法を提供することを
目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、本発明に係るホトニック結晶は、ゲル状の物質内
に、複数の気泡が規則的に混入してなることを特徴とす
る。この場合、ゲルは外力によって変形するため、その
ホトニックバンドギャップを容易に可変することがで
き、また、気泡の混入は比較的容易であるため、その製
造が簡便となる。
め、本発明に係るホトニック結晶は、ゲル状の物質内
に、複数の気泡が規則的に混入してなることを特徴とす
る。この場合、ゲルは外力によって変形するため、その
ホトニックバンドギャップを容易に可変することがで
き、また、気泡の混入は比較的容易であるため、その製
造が簡便となる。
【０００９】本発明に係るホトニック結晶の製造方法
は、二次元状に配列した複数の孔を有するファイバオプ
ティカルプレート（FOP）を介してゾル状の物質内に気
体を混入し、ゾル状の物質をゲル化することにより、上
記ホトニック結晶を形成することを特徴とする。
は、二次元状に配列した複数の孔を有するファイバオプ
ティカルプレート（FOP）を介してゾル状の物質内に気
体を混入し、ゾル状の物質をゲル化することにより、上
記ホトニック結晶を形成することを特徴とする。
【００１０】また、本発明に係るホトニック結晶の製造
方法は、１又は複数のノズルを介してゾル状の物質内に
気体を混入し、前記ゾル状の物質をゲル化することによ
り、上記ホトニック結晶を形成することを特徴とする。
方法は、１又は複数のノズルを介してゾル状の物質内に
気体を混入し、前記ゾル状の物質をゲル化することによ
り、上記ホトニック結晶を形成することを特徴とする。
【００１１】上述の製造方法によれば、ホトニックバン
ドギャップが可変なホトニック結晶を容易及び／又は高
速に製造することができる。
ドギャップが可変なホトニック結晶を容易及び／又は高
速に製造することができる。
【００１２】また、これらの方法は、FOPの孔やノズル
の開口が予め並んだ状態で用いるので、物質の加工性が
高く、また、ホトリソグラフィ技術等を用いた方法と比
較して加工時間を短縮させることができる。更に、ゾル
やゲルの価格は、貴金属等と比較して低価格であるの
で、製造コストを低減させることができる。更に、気泡
の形成位置は、FOPの孔やノズルの開口位置を調整する
ことにより、任意の位置に設定することができるので、
その距離を制御し、形成時のホトニックバンドギャップ
を制御することができる。
の開口が予め並んだ状態で用いるので、物質の加工性が
高く、また、ホトリソグラフィ技術等を用いた方法と比
較して加工時間を短縮させることができる。更に、ゾル
やゲルの価格は、貴金属等と比較して低価格であるの
で、製造コストを低減させることができる。更に、気泡
の形成位置は、FOPの孔やノズルの開口位置を調整する
ことにより、任意の位置に設定することができるので、
その距離を制御し、形成時のホトニックバンドギャップ
を制御することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、実施の形態に係るホトニッ
ク結晶及びその製造方法について説明する。
ク結晶及びその製造方法について説明する。
【００１４】図１は実施の形態に係るホトニック結晶１
０を説明するための斜視図である。このホトニック結晶
１０は、ゲル状の物質１内に、複数の気泡２が規則的に
混入してなる。ホトニック結晶１０に波長帯域Δλ（λ
1を含む）の光を入射すると、ホトニックバンドギャッ
プに応じて、特定の波長帯域λ1の成分のみがホトニッ
ク結晶１０を透過する。ゲルは外力Ｆによって変形する
ため、ホトニック結晶１０のホトニックバンドギャップ
が容易に変化する。この変化によって、ホトニック結晶
１０を通過する上記波長帯域λ1が変化する。この気泡
２の混入は比較的容易であるため、その製造が簡便とな
る。
０を説明するための斜視図である。このホトニック結晶
１０は、ゲル状の物質１内に、複数の気泡２が規則的に
混入してなる。ホトニック結晶１０に波長帯域Δλ（λ
1を含む）の光を入射すると、ホトニックバンドギャッ
プに応じて、特定の波長帯域λ1の成分のみがホトニッ
ク結晶１０を透過する。ゲルは外力Ｆによって変形する
ため、ホトニック結晶１０のホトニックバンドギャップ
が容易に変化する。この変化によって、ホトニック結晶
１０を通過する上記波長帯域λ1が変化する。この気泡
２の混入は比較的容易であるため、その製造が簡便とな
る。
【００１５】図２は実施の形態に係るホトニック結晶１
０の製造方法を説明するための製造装置の斜視図であ
る。ホトニック結晶１０は、二次元状に配列した複数の
孔Ｈを有するファイバオプティカルプレート（FOP）３
を介してゾル状の物質１内に気体を混入し、この気体に
よって気泡２を形成し、ゾル状の物質１をゲル化するこ
とにより形成される。
０の製造方法を説明するための製造装置の斜視図であ
る。ホトニック結晶１０は、二次元状に配列した複数の
孔Ｈを有するファイバオプティカルプレート（FOP）３
を介してゾル状の物質１内に気体を混入し、この気体に
よって気泡２を形成し、ゾル状の物質１をゲル化するこ
とにより形成される。
【００１６】詳説すれば、プラスチック製の容器４内に
はＦＯＰ３、このＦＯＰ３の孔Ｈ内に気体を送り込むた
めの気体通路５が配置されており、これらは移動機構６
によって上下方向Ｚに移動可能である。この容器４内に
ゾル状の物質１を入れ、気体通路５内に圧縮空気を上記
気体としてパルス的に送り込むと、すなわち、所定期間
の間、圧縮空気を導入した後これを停止すると、複数の
孔Ｈに対応して複数の気泡２がゾル状の物質１内に形成
され、第１層目の気泡層が形成される。
はＦＯＰ３、このＦＯＰ３の孔Ｈ内に気体を送り込むた
めの気体通路５が配置されており、これらは移動機構６
によって上下方向Ｚに移動可能である。この容器４内に
ゾル状の物質１を入れ、気体通路５内に圧縮空気を上記
気体としてパルス的に送り込むと、すなわち、所定期間
の間、圧縮空気を導入した後これを停止すると、複数の
孔Ｈに対応して複数の気泡２がゾル状の物質１内に形成
され、第１層目の気泡層が形成される。
【００１７】第１層目の気泡層を形成した後、移動機構
６によってＦＯＰ３を下方に移動させ、気体通路５内に
圧縮空気を上記気体としてパルス的に送り込むと、上記
と同様に第２層目の気泡層が形成され、以後、第Ｎ層目
の気泡層まで、同様の工程を繰り返す。
６によってＦＯＰ３を下方に移動させ、気体通路５内に
圧縮空気を上記気体としてパルス的に送り込むと、上記
と同様に第２層目の気泡層が形成され、以後、第Ｎ層目
の気泡層まで、同様の工程を繰り返す。
【００１８】ここで、六面体の容器４内は、ゾル状の物
質１で満たされており、全ての面に物質１が接触してい
るものとする。この場合、気体の混入によって、容器４
内の物質１の容積が気泡の体積分だけ増加する。この増
加分は、物質排出用通路７を介して容器４の外部へと排
出される。物質排出用通路７の途中に、これを通過する
物質の圧力が一定となるような制御弁を設けておけば、
上記増加分だけ物質１が外部へと排出されることで、各
気泡層の形成を同様の圧力条件下で行うことができる。
質１で満たされており、全ての面に物質１が接触してい
るものとする。この場合、気体の混入によって、容器４
内の物質１の容積が気泡の体積分だけ増加する。この増
加分は、物質排出用通路７を介して容器４の外部へと排
出される。物質排出用通路７の途中に、これを通過する
物質の圧力が一定となるような制御弁を設けておけば、
上記増加分だけ物質１が外部へと排出されることで、各
気泡層の形成を同様の圧力条件下で行うことができる。
【００１９】気泡層の形成後、物質１をゲル化すること
で、ホトニック結晶１０が完成する。ホトニック結晶１
０の光学特性は、母材としての物質１と気泡２の屈折率
差に依存するので、物質１としてはゲル化し易く、ゲル
化した際の屈折率が大きな材料を用いることが重要であ
る。
で、ホトニック結晶１０が完成する。ホトニック結晶１
０の光学特性は、母材としての物質１と気泡２の屈折率
差に依存するので、物質１としてはゲル化し易く、ゲル
化した際の屈折率が大きな材料を用いることが重要であ
る。
【００２０】例えば、ゾルの材料として、紫外線硬化樹
脂を混ぜたものを用い、ゲル化は、これに紫外線を照射
することにより行うことができる。代表的な紫外線硬化
樹脂は、アクリルアミドに架橋剤及び光重合開始剤を混
ぜたものであり、従来から多くのものが知られている。
脂を混ぜたものを用い、ゲル化は、これに紫外線を照射
することにより行うことができる。代表的な紫外線硬化
樹脂は、アクリルアミドに架橋剤及び光重合開始剤を混
ぜたものであり、従来から多くのものが知られている。
【００２１】また、上述のホトニック結晶１０は、ゾル
状の物質１内に、ＦＯＰ３に代えて、１又は複数のノズ
ル（図示せず）を介して気体を混入し、ゾル状の物質１
をゲル化することにより形成することとしてもよい。こ
のノズルとしては、インクジェットプリンタに用いられ
るものと同一の機構、すなわち、マイクロエレクトロメ
カニックシステム（ＭＥＭＳ）を用いることができる。
状の物質１内に、ＦＯＰ３に代えて、１又は複数のノズ
ル（図示せず）を介して気体を混入し、ゾル状の物質１
をゲル化することにより形成することとしてもよい。こ
のノズルとしては、インクジェットプリンタに用いられ
るものと同一の機構、すなわち、マイクロエレクトロメ
カニックシステム（ＭＥＭＳ）を用いることができる。
【００２２】インクジェットプリンタに用いられるイン
ク吹出機構には、マッハジェット方式、バブルジェット
（登録商標）方式、サーマルインクジェット方式があ
り、マッハジェット方式は圧電素子によって、バブルジ
ェット方式及びサーマルインクジェット方式はインクに
熱を加えて生じる気泡によって、インクを射出してい
る。すなわち、インクの代わりに、上記気体をノズルか
ら射出する。マッハジェット方式の場合は空気を直接射
出し、バブルジェット方式及びサーマルインクジェット
方式は、無色のインクに熱を加えて生じる気泡を射出す
る。ここで、気泡は、ゲル物質との間の屈折率差を形成
するためのものなので、インクは適当な屈折率が得られ
れば、有色であってもよい。
ク吹出機構には、マッハジェット方式、バブルジェット
（登録商標）方式、サーマルインクジェット方式があ
り、マッハジェット方式は圧電素子によって、バブルジ
ェット方式及びサーマルインクジェット方式はインクに
熱を加えて生じる気泡によって、インクを射出してい
る。すなわち、インクの代わりに、上記気体をノズルか
ら射出する。マッハジェット方式の場合は空気を直接射
出し、バブルジェット方式及びサーマルインクジェット
方式は、無色のインクに熱を加えて生じる気泡を射出す
る。ここで、気泡は、ゲル物質との間の屈折率差を形成
するためのものなので、インクは適当な屈折率が得られ
れば、有色であってもよい。
【００２３】上述のホトニック結晶１０の製造方法によ
れば、ホトニックバンドギャップが可変なホトニック結
晶を容易及び／又は高速に製造することができる。
れば、ホトニックバンドギャップが可変なホトニック結
晶を容易及び／又は高速に製造することができる。
【００２４】また、これらの方法は、FOP３の孔やノズ
ル（図示せず）の開口が予め並んでいる状態に用いるも
のなので、物質１の加工性が高く、また、ホトリソグラ
フィ技術等を用いた方法と比較して加工時間を短縮させ
ることができる。更に、ゾルやゲルの価格は、貴金属等
と比較して低価格であるので、製造コストを低減させる
ことができる。更に、気泡２の形成位置は、FOP３の孔
やノズル（図示せず）の開口位置を調整することによ
り、任意の位置に設定することができるので、その距離
を制御し、形成時のホトニックバンドギャップを制御す
ることができる。
ル（図示せず）の開口が予め並んでいる状態に用いるも
のなので、物質１の加工性が高く、また、ホトリソグラ
フィ技術等を用いた方法と比較して加工時間を短縮させ
ることができる。更に、ゾルやゲルの価格は、貴金属等
と比較して低価格であるので、製造コストを低減させる
ことができる。更に、気泡２の形成位置は、FOP３の孔
やノズル（図示せず）の開口位置を調整することによ
り、任意の位置に設定することができるので、その距離
を制御し、形成時のホトニックバンドギャップを制御す
ることができる。
【００２５】また、ファブリペロー干渉計や多層膜鏡
（ダイクロイックミラー）も、０次元或いは１次元のホ
トニック結晶であるので、上述のホトニック結晶１０
は、このような用途にも応用できる。また、上述のよう
な柔らかいホトニック結晶１０は、今後、その気泡の大
きさや配列の安定性、その制御性を向上させるための機
械的精度、ゲルの長期安定性、温度安定性、光ファイバ
や他の光学部品との接続方法、ゲル封入容器、毎回同様
の外力Ｆを印加できる外力印加機構等について研究が進
められるものと期待される。
（ダイクロイックミラー）も、０次元或いは１次元のホ
トニック結晶であるので、上述のホトニック結晶１０
は、このような用途にも応用できる。また、上述のよう
な柔らかいホトニック結晶１０は、今後、その気泡の大
きさや配列の安定性、その制御性を向上させるための機
械的精度、ゲルの長期安定性、温度安定性、光ファイバ
や他の光学部品との接続方法、ゲル封入容器、毎回同様
の外力Ｆを印加できる外力印加機構等について研究が進
められるものと期待される。
【００２６】以上、説明したように、従来のホトニック
バンドギャップは、通常、サブミクロンサイズの粒子を
光の波長程度の周期で配列してなるが、上記実施形態で
は、ゲル状の物質１内に、複数の気泡２を光の波長程度
の周期で規則的に混入してなり、ゲルは外力Ｆによって
容易に変形するので、ホトニックバンドギャップ、すな
わち、透過光波長帯域を容易に可変することができる。
バンドギャップは、通常、サブミクロンサイズの粒子を
光の波長程度の周期で配列してなるが、上記実施形態で
は、ゲル状の物質１内に、複数の気泡２を光の波長程度
の周期で規則的に混入してなり、ゲルは外力Ｆによって
容易に変形するので、ホトニックバンドギャップ、すな
わち、透過光波長帯域を容易に可変することができる。
【００２７】
【発明の効果】本発明のホトニック結晶によれば、外力
によってホトニック結晶が変形することによりホトニッ
クバンドギャップを変化させることができ、また、その
製造方法は簡易である。
によってホトニック結晶が変形することによりホトニッ
クバンドギャップを変化させることができ、また、その
製造方法は簡易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係るホトニック結晶１０を説明す
るための斜視図である。
るための斜視図である。
【図２】実施の形態に係るホトニック結晶１０の製造方
法を説明するための製造装置の斜視図である。
法を説明するための製造装置の斜視図である。
１…物質、２…気泡、３…ＦＯＰ、４…容器、５…気体
通路、６…移動機構、７…物質排出用通路、１０…ホト
ニック結晶、Ｆ…外力、Ｈ…孔。
通路、６…移動機構、７…物質排出用通路、１０…ホト
ニック結晶、Ｆ…外力、Ｈ…孔。
Claims (3)
- 【請求項１】 ゲル状の物質内に、複数の気泡が規則的
に混入してなることを特徴とするホトニック結晶。 - 【請求項２】 二次元状に配列した複数の孔を有するフ
ァイバオプティカルプレートを介してゾル状の物質内に
気体を混入し、前記ゾル状の物質をゲル化することによ
り、請求項１に記載のホトニック結晶を形成することを
特徴とするホトニック結晶の製造方法。 - 【請求項３】 １又は複数のノズルを介してゾル状の物
質内に気体を混入し、前記ゾル状の物質をゲル化するこ
とにより、請求項１に記載のホトニック結晶を形成する
ことを特徴とするホトニック結晶の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000292700A JP4271838B2 (ja) | 2000-09-26 | 2000-09-26 | ホトニック結晶及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000292700A JP4271838B2 (ja) | 2000-09-26 | 2000-09-26 | ホトニック結晶及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002098846A true JP2002098846A (ja) | 2002-04-05 |
| JP4271838B2 JP4271838B2 (ja) | 2009-06-03 |
Family
ID=18775605
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000292700A Expired - Fee Related JP4271838B2 (ja) | 2000-09-26 | 2000-09-26 | ホトニック結晶及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4271838B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7158709B2 (en) | 2003-09-30 | 2007-01-02 | Ricoh Company, Ltd. | Three-dimensional periodic structure and fabrication method thereof |
| JP2011528808A (ja) * | 2008-07-23 | 2011-11-24 | オパラックス インコーポレーテッド | 調整可能なフォトニック結晶組成物 |
-
2000
- 2000-09-26 JP JP2000292700A patent/JP4271838B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7158709B2 (en) | 2003-09-30 | 2007-01-02 | Ricoh Company, Ltd. | Three-dimensional periodic structure and fabrication method thereof |
| JP2011528808A (ja) * | 2008-07-23 | 2011-11-24 | オパラックス インコーポレーテッド | 調整可能なフォトニック結晶組成物 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4271838B2 (ja) | 2009-06-03 |
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