JP2002162653A - ３次元フォトニック結晶及びその製造方法及び光学素子 - Google Patents
３次元フォトニック結晶及びその製造方法及び光学素子Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ３次元の周期構造を動的に可変できる３次元
フォトニック結晶を提供する。 【解決手段】 屈折率及びエッチング特性の異なる複数
の媒質６、７が周期的に積層して成る基体２１上に２次
元の周期で凹設された細孔部２１ａの断面積をエッチン
グによって拡大し、基板３と電極２３との間に印加され
る電圧により屈折率が変化する電気光学効果を有する液
晶等の注入材料２２を細孔部２１ａに注入した。
フォトニック結晶を提供する。 【解決手段】 屈折率及びエッチング特性の異なる複数
の媒質６、７が周期的に積層して成る基体２１上に２次
元の周期で凹設された細孔部２１ａの断面積をエッチン
グによって拡大し、基板３と電極２３との間に印加され
る電圧により屈折率が変化する電気光学効果を有する液
晶等の注入材料２２を細孔部２１ａに注入した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、屈折率の異なる複
数の媒質を３次元の所定周期で配置した３次元フォトニ
ック結晶及びその製造方法及びそれを用いた光学素子に
関する。
数の媒質を３次元の所定周期で配置した３次元フォトニ
ック結晶及びその製造方法及びそれを用いた光学素子に
関する。
【０００２】
【従来の技術】屈折率の異なる複数の媒質を周期的に配
置したフォトニック結晶は図７に示すような構造になっ
ている。フォトニック結晶１は基板３上に屈折率の異な
る媒質２ａ、２ｂが周期的に配列されている。媒質２
ａ、２ｂから成る光導波層２の屈折率を基板３の屈折率
よりも大きくすることにより、光導波層２は屈折率の小
さい上部の空気層と基板３とに挟まれるため、光導波層
２に入射した光は光導波層２内に閉じこめられて導波す
る。
置したフォトニック結晶は図７に示すような構造になっ
ている。フォトニック結晶１は基板３上に屈折率の異な
る媒質２ａ、２ｂが周期的に配列されている。媒質２
ａ、２ｂから成る光導波層２の屈折率を基板３の屈折率
よりも大きくすることにより、光導波層２は屈折率の小
さい上部の空気層と基板３とに挟まれるため、光導波層
２に入射した光は光導波層２内に閉じこめられて導波す
る。
【０００３】フォトニック結晶１は屈折率分散の異方性
が生じる光学特性を有している。媒質２ａ、２ｂの屈折
率、円柱や角柱等の媒質２ａ、２ｂの形状、媒質２ａ、
２ｂの大きさ、三角格子や正方格子等の格子種類或いは
配列の周期を適切に選択することにより、所望の波長や
偏光方向の光に対して異なる光学特性を得ることができ
る。
が生じる光学特性を有している。媒質２ａ、２ｂの屈折
率、円柱や角柱等の媒質２ａ、２ｂの形状、媒質２ａ、
２ｂの大きさ、三角格子や正方格子等の格子種類或いは
配列の周期を適切に選択することにより、所望の波長や
偏光方向の光に対して異なる光学特性を得ることができ
る。
【０００４】これにより、同図に示すように例えば、同
一方向から入射した波長λ１、λ２の光を異なる方向に
出射することができる。逆に異なる方向から入射した波
長の異なる光を同一方向に出射することもできる。ま
た、特定の波長の光を反射させることも可能である。こ
のような光学特性を利用することで、フォトニック結晶
１を光信号の分波器や合波器、或いはフィルターとして
用いることができる。
一方向から入射した波長λ１、λ２の光を異なる方向に
出射することができる。逆に異なる方向から入射した波
長の異なる光を同一方向に出射することもできる。ま
た、特定の波長の光を反射させることも可能である。こ
のような光学特性を利用することで、フォトニック結晶
１を光信号の分波器や合波器、或いはフィルターとして
用いることができる。
【０００５】上記のフォトニック結晶１は図８（ａ）〜
（ｄ）に示すような製造方法により製造することができ
る。まず、図８（ａ）に示すように、レジスト塗布工程
において所定の屈折率を有する媒質から成る基体４の表
面にレジスト１１を塗布する。基体４は、基板３（図７
参照）上に成膜により形成してもよい。次に、図８
（ｂ）に示すようにパターニング工程において、フォト
リソグラフィー技術によりレジスト１１を２次元の周期
的な形状にパターニングする。
（ｄ）に示すような製造方法により製造することができ
る。まず、図８（ａ）に示すように、レジスト塗布工程
において所定の屈折率を有する媒質から成る基体４の表
面にレジスト１１を塗布する。基体４は、基板３（図７
参照）上に成膜により形成してもよい。次に、図８
（ｂ）に示すようにパターニング工程において、フォト
リソグラフィー技術によりレジスト１１を２次元の周期
的な形状にパターニングする。
【０００６】次に、図８（ｃ）に示すようにエッチング
工程において、ＲＩＥ(Reactive Ion Etching)等により
基体４をエッチングして細孔部４ａを形成する。そし
て、図８（ｄ）に示すようにレジスト除去工程において
レジスト１１を除去する。この時の断面図を図９に示す
と、細孔部４ａが２次元の周期で配列されている。従っ
て、図８（ａ）のレジスト塗布工程〜図８（ｄ）のレジ
スト除去工程は周期的な細孔部４ａを形成する細孔部形
成工程を構成している。そして、基体４と細孔部４ａ内
の空気とによって、屈折率の異なる媒質が２次元の周期
で配置された２次元フォトニック結晶が得られる。
工程において、ＲＩＥ(Reactive Ion Etching)等により
基体４をエッチングして細孔部４ａを形成する。そし
て、図８（ｄ）に示すようにレジスト除去工程において
レジスト１１を除去する。この時の断面図を図９に示す
と、細孔部４ａが２次元の周期で配列されている。従っ
て、図８（ａ）のレジスト塗布工程〜図８（ｄ）のレジ
スト除去工程は周期的な細孔部４ａを形成する細孔部形
成工程を構成している。そして、基体４と細孔部４ａ内
の空気とによって、屈折率の異なる媒質が２次元の周期
で配置された２次元フォトニック結晶が得られる。
【０００７】また、陽極酸化または陽極化成により周期
的に配列された細孔部を形成する方法も知られている。
図１０は、陽極酸化または陽極化成による細孔部形成工
程を示す図である。アルミニウム、チタン等の金属や、
シリコン、ガリウム砒素、インジウム砒素等の半導体か
ら成る基体４は、適切な電解液中に浸漬し、陽極に配置
して電圧を印加すると酸化または化成される。その結
果、同図に示すように、規則正しく配列された細孔部４
ａを得ることができる。
的に配列された細孔部を形成する方法も知られている。
図１０は、陽極酸化または陽極化成による細孔部形成工
程を示す図である。アルミニウム、チタン等の金属や、
シリコン、ガリウム砒素、インジウム砒素等の半導体か
ら成る基体４は、適切な電解液中に浸漬し、陽極に配置
して電圧を印加すると酸化または化成される。その結
果、同図に示すように、規則正しく配列された細孔部４
ａを得ることができる。
【０００８】例えば、アルミニウム基板或いは所定の基
板上に形成されたアルミニウム薄膜から成る基体４をシ
ュウ酸等の酸性電解液中で陽極酸化すると、直径が数ｎ
ｍ〜数１００ｎｍの細孔部４ａが数ｎｍ〜数１００ｎｍ
の周期で三角格子状に規則正しく並んだ多孔質アルミナ
層５が形成される。陽極酸化または陽極化成によって、
非常に垂直性がよくアスペクト比の極めて高い細孔部４
ａを容易に得ることができる。
板上に形成されたアルミニウム薄膜から成る基体４をシ
ュウ酸等の酸性電解液中で陽極酸化すると、直径が数ｎ
ｍ〜数１００ｎｍの細孔部４ａが数ｎｍ〜数１００ｎｍ
の周期で三角格子状に規則正しく並んだ多孔質アルミナ
層５が形成される。陽極酸化または陽極化成によって、
非常に垂直性がよくアスペクト比の極めて高い細孔部４
ａを容易に得ることができる。
【０００９】従って、基体４と細孔部４ａ内の空気とに
よって屈折率の異なる媒質が２次元の周期で配置された
２次元フォトニック結晶が得られる。また、細孔部４ａ
の間隔は陽極酸化の際の印加電圧に略比例するため、印
加電圧を制御することによって細孔部４ａの間隔を制御
し、所望の光学特性を得ることができる。
よって屈折率の異なる媒質が２次元の周期で配置された
２次元フォトニック結晶が得られる。また、細孔部４ａ
の間隔は陽極酸化の際の印加電圧に略比例するため、印
加電圧を制御することによって細孔部４ａの間隔を制御
し、所望の光学特性を得ることができる。
【００１０】上記の２次元フォトニック結晶は、前述の
図９に示した平面に平行な面内で傾斜して入射する波長
や偏光方向の異なる入射光に対して、屈折率分散の異方
性が生じる。これに対し、該平面に垂直な面内において
も傾斜して入射する入射光に対して波長や偏光方向に応
じて屈折率分散させる場合には厚み方向にも屈折率が周
期的に異なるように形成された３次元フォトニック結晶
が必要となる。
図９に示した平面に平行な面内で傾斜して入射する波長
や偏光方向の異なる入射光に対して、屈折率分散の異方
性が生じる。これに対し、該平面に垂直な面内において
も傾斜して入射する入射光に対して波長や偏光方向に応
じて屈折率分散させる場合には厚み方向にも屈折率が周
期的に異なるように形成された３次元フォトニック結晶
が必要となる。
【００１１】図１１に示すように、成膜中のドーピング
等により屈折率の異なる媒質６、７を基板３上に積層し
た基体２１に、上記と同様の方法により細孔部２１ａを
形成すると、擬似的な３次元フォトニック結晶を得るこ
とができる。即ち、細孔部２１ａの部分は厚み方向に同
一の屈折率であるが、媒質６、７の部分では厚み方向に
屈折率が異なった３次元の周期構造を有している。
等により屈折率の異なる媒質６、７を基板３上に積層し
た基体２１に、上記と同様の方法により細孔部２１ａを
形成すると、擬似的な３次元フォトニック結晶を得るこ
とができる。即ち、細孔部２１ａの部分は厚み方向に同
一の屈折率であるが、媒質６、７の部分では厚み方向に
屈折率が異なった３次元の周期構造を有している。
【００１２】これにより、厚み方向の入射位置が異なる
入射光Ｘ１、Ｘ２に対して異なる方向へ出射光を分散さ
せることができる。また、垂直面内で傾斜した入射光Ｘ
３が入射すると、垂直面内で波長や偏光方向に応じて出
射方向が異なるような光学特性を得ることができる。
入射光Ｘ１、Ｘ２に対して異なる方向へ出射光を分散さ
せることができる。また、垂直面内で傾斜した入射光Ｘ
３が入射すると、垂直面内で波長や偏光方向に応じて出
射方向が異なるような光学特性を得ることができる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の３次元フォトニック結晶によると、細孔部２１ａ
を形成するピッチや媒質６、７の屈折率によって光学特
性が決められる。このため、光学特性の異なった多種の
３次元フォトニック結晶を得るためには、夫々の仕様に
応じて細孔部２１ａのピッチや媒質６、７の屈折率を選
択して形成する必要がある。このため、製造コストが高
くなる問題があった。
従来の３次元フォトニック結晶によると、細孔部２１ａ
を形成するピッチや媒質６、７の屈折率によって光学特
性が決められる。このため、光学特性の異なった多種の
３次元フォトニック結晶を得るためには、夫々の仕様に
応じて細孔部２１ａのピッチや媒質６、７の屈折率を選
択して形成する必要がある。このため、製造コストが高
くなる問題があった。
【００１４】また、３次元フォトニック結晶を通過する
光束は、波長や偏光方向に応じて出射方向が分散され
る。このため、例えば所定の方向の出射光は常に同じ色
の光になり、異なる色の光を捉えることができない。即
ち、各色の光の出射方向を可変できない。従って、３次
元方向に出射方向を分散するとともに、出射方向を可変
できる３次元フォトニック結晶はこれまで実用化されて
いなかった。
光束は、波長や偏光方向に応じて出射方向が分散され
る。このため、例えば所定の方向の出射光は常に同じ色
の光になり、異なる色の光を捉えることができない。即
ち、各色の光の出射方向を可変できない。従って、３次
元方向に出射方向を分散するとともに、出射方向を可変
できる３次元フォトニック結晶はこれまで実用化されて
いなかった。
【００１５】本発明は、低い製造コストにより多種の光
学特性を得ることができる３次元フォトニック結晶及び
光学素子を提供することを目的とする。また、本発明
は、３次元の周期構造を可変できる３次元フォトニック
結晶及び光学素子を提供することを目的とする。
学特性を得ることができる３次元フォトニック結晶及び
光学素子を提供することを目的とする。また、本発明
は、３次元の周期構造を可変できる３次元フォトニック
結晶及び光学素子を提供することを目的とする。
【００１６】また本発明は、低い製造コストにより多種
の光学特性を得ることができる３次元フォトニック結晶
の製造方法を提供することを目的とする。また、本発明
は、３次元の周期構造を可変できる３次元フォトニック
結晶の製造方法を提供することを目的とする。
の光学特性を得ることができる３次元フォトニック結晶
の製造方法を提供することを目的とする。また、本発明
は、３次元の周期構造を可変できる３次元フォトニック
結晶の製造方法を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１に記載された発明の３次元フォトニック結晶
は、屈折率及びエッチング特性の異なる複数の媒質が周
期的に積層して成る基体上に、２次元の周期で凹設され
且つ媒質毎に孔径の異なる細孔部を形成し、印加電圧に
より屈折率が変化する電気光学効果を有する材料を前記
細孔部に充填したことを特徴としている。
に請求項１に記載された発明の３次元フォトニック結晶
は、屈折率及びエッチング特性の異なる複数の媒質が周
期的に積層して成る基体上に、２次元の周期で凹設され
且つ媒質毎に孔径の異なる細孔部を形成し、印加電圧に
より屈折率が変化する電気光学効果を有する材料を前記
細孔部に充填したことを特徴としている。
【００１８】この構成によると、複数の媒質を周期的に
積層することや媒質の成膜中に周期的にドーピングする
ことによって積層方向に屈折率及びエッチング特性が周
期的に変化した基体を形成し、ＲＩＥ、陽極酸化法、ウ
ェットエッチング等の方法によって基体の表面に媒質毎
に孔径の異なる細孔部が２次元の所定周期で凹設され
る。細孔部には電気光学効果を有する材料が充填され、
該材料に印加される電圧に応じて屈折率の周期構造を３
次元的に可変できる３次元フォトニック結晶が得られ
る。
積層することや媒質の成膜中に周期的にドーピングする
ことによって積層方向に屈折率及びエッチング特性が周
期的に変化した基体を形成し、ＲＩＥ、陽極酸化法、ウ
ェットエッチング等の方法によって基体の表面に媒質毎
に孔径の異なる細孔部が２次元の所定周期で凹設され
る。細孔部には電気光学効果を有する材料が充填され、
該材料に印加される電圧に応じて屈折率の周期構造を３
次元的に可変できる３次元フォトニック結晶が得られ
る。
【００１９】また請求項２に記載された発明は、請求項
１に記載された３次元フォトニック結晶において、前記
材料は液晶から成ることを特徴としている。この構成に
よると、細孔部に充填された液晶は印加電圧により配向
方向が所定方向に揃えられ、電圧の印加を解除した後も
配向方向を保持する。これにより、例えば所定の方向か
ら捉えられる出射光の色を可変できるとともに、所定の
色の出射方向を所望の方向に保持できる。
１に記載された３次元フォトニック結晶において、前記
材料は液晶から成ることを特徴としている。この構成に
よると、細孔部に充填された液晶は印加電圧により配向
方向が所定方向に揃えられ、電圧の印加を解除した後も
配向方向を保持する。これにより、例えば所定の方向か
ら捉えられる出射光の色を可変できるとともに、所定の
色の出射方向を所望の方向に保持できる。
【００２０】また請求項３に記載された発明の光学素子
は、請求項１または請求項２に記載の３次元フォトニッ
ク結晶と、前記材料に電圧を印加する電極とを備えたこ
とを特徴としている。
は、請求項１または請求項２に記載の３次元フォトニッ
ク結晶と、前記材料に電圧を印加する電極とを備えたこ
とを特徴としている。
【００２１】また請求項４に記載された発明の３次元フ
ォトニック結晶の製造方法は、屈折率及びエッチング特
性の異なる複数の媒質が周期的に積層して成る基体上に
２次元の周期で細孔部を凹設する細孔部形成工程と、前
記細孔部の断面積をエッチングによって拡大する細孔部
拡大工程と、印加電圧により屈折率が変化する電気光学
効果を有する注入材料を前記細孔部に注入する注入工程
と、を備えたことを特徴と光学素子は、請求項１または
請求項２に記載の３次元フォトニック結晶と、前記注入
材料に電圧を印加する電極とを備えたことを特徴として
いる。
ォトニック結晶の製造方法は、屈折率及びエッチング特
性の異なる複数の媒質が周期的に積層して成る基体上に
２次元の周期で細孔部を凹設する細孔部形成工程と、前
記細孔部の断面積をエッチングによって拡大する細孔部
拡大工程と、印加電圧により屈折率が変化する電気光学
効果を有する注入材料を前記細孔部に注入する注入工程
と、を備えたことを特徴と光学素子は、請求項１または
請求項２に記載の３次元フォトニック結晶と、前記注入
材料に電圧を印加する電極とを備えたことを特徴として
いる。
【００２２】また請求項５に記載された発明は、請求項
４に記載の３次元フォトニック結晶の製造方法におい
て、前記注入材料は液晶から成ることを特徴としてい
る。
４に記載の３次元フォトニック結晶の製造方法におい
て、前記注入材料は液晶から成ることを特徴としてい
る。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。説明の便宜上、従来例の図１１と同
一の部分については同一の符号を付している。図１〜図
５は一実施形態の３次元フォトニック結晶を有する光学
素子の製造方法を示す断面図である。
参照して説明する。説明の便宜上、従来例の図１１と同
一の部分については同一の符号を付している。図１〜図
５は一実施形態の３次元フォトニック結晶を有する光学
素子の製造方法を示す断面図である。
【００２４】図１に示すように、銅やアルミニウム等の
電極材料から成る基板３上には屈折率及びエッチング特
性の異なる媒質６、７が厚み方向に所定の周期で積層さ
れ、多層膜から成る基体２１が形成されている。媒質
６、７は、スパッタリング、蒸着或いはＣＶＤ等により
成膜することができ、異なる材料を用いて積層されてい
る。また、同一の材料の成膜中に他の材料をドーピング
してもよい。
電極材料から成る基板３上には屈折率及びエッチング特
性の異なる媒質６、７が厚み方向に所定の周期で積層さ
れ、多層膜から成る基体２１が形成されている。媒質
６、７は、スパッタリング、蒸着或いはＣＶＤ等により
成膜することができ、異なる材料を用いて積層されてい
る。また、同一の材料の成膜中に他の材料をドーピング
してもよい。
【００２５】次に、前述した図８（ａ）〜（ｄ）と同様
に、細孔部形成工程においてフォトリソグラフィ技術に
よりレジスト１１を所望形状にパターニングし、ＲＩＥ
やウェットエッチング等によりエッチングする。これに
より、図２に示すように、基体２１の厚み方向に２次元
の周期で凹設された細孔部２１ａを得ることができる。
に、細孔部形成工程においてフォトリソグラフィ技術に
よりレジスト１１を所望形状にパターニングし、ＲＩＥ
やウェットエッチング等によりエッチングする。これに
より、図２に示すように、基体２１の厚み方向に２次元
の周期で凹設された細孔部２１ａを得ることができる。
【００２６】細孔部２１ａは媒質６、７にそれぞれ形成
される細孔部６ａ、７ａから成っている。その結果、媒
質６と細孔部６ａ内の空気とから成る２次元フォトニッ
ク結晶と、媒質７と細孔部７ａ内の空気から成る２次元
フォトニック結晶とが積層された３次元フォトニック結
晶１０を得ることができる。
される細孔部６ａ、７ａから成っている。その結果、媒
質６と細孔部６ａ内の空気とから成る２次元フォトニッ
ク結晶と、媒質７と細孔部７ａ内の空気から成る２次元
フォトニック結晶とが積層された３次元フォトニック結
晶１０を得ることができる。
【００２７】また、上記方法によって数１００ｎｍ以下
の周期の細孔部２１ａを形成することが困難であるた
め、前述の図１０に示すように陽極酸化或いは陽極化成
により細孔部形成工程を行ってもよい。この場合には、
細孔部２１ａの周期を数１０ｎｍ〜数１００ｎｍに形成
することができる。これにより、約３５０ｎｍ〜２μｍ
の波長の光に対して所望の光学的特性を得るために、使
用波長の約１／４の周期の細孔部２１ａを容易に形成す
ることができる。
の周期の細孔部２１ａを形成することが困難であるた
め、前述の図１０に示すように陽極酸化或いは陽極化成
により細孔部形成工程を行ってもよい。この場合には、
細孔部２１ａの周期を数１０ｎｍ〜数１００ｎｍに形成
することができる。これにより、約３５０ｎｍ〜２μｍ
の波長の光に対して所望の光学的特性を得るために、使
用波長の約１／４の周期の細孔部２１ａを容易に形成す
ることができる。
【００２８】次に、図３に示すように、細孔部拡大工程
において所定のエッチング液に浸漬することにより細孔
部６ａ、７ａの径を広くする。この時、媒質６、７が異
なるエッチング特性を有しているので、細孔部６ａ、７
ａを異なる径にすることができる。
において所定のエッチング液に浸漬することにより細孔
部６ａ、７ａの径を広くする。この時、媒質６、７が異
なるエッチング特性を有しているので、細孔部６ａ、７
ａを異なる径にすることができる。
【００２９】これにより、断面Ｇ−Ｇでは、媒質６、７
が厚み方向に周期的に配され、断面Ｈ−Ｈでは媒質６と
空気とが厚み方向に周期的に配された擬似的な３次元の
周期構造を有する３次元フォトニック結晶１０’を得る
ことができる。また、陽極酸化或いは陽極化成後、電圧
の印加を解除して電解液によりエッチングすることによ
って３次元フォトニック結晶１０’を１回の細孔部形成
工程により低コストで作成することも可能である。
が厚み方向に周期的に配され、断面Ｈ−Ｈでは媒質６と
空気とが厚み方向に周期的に配された擬似的な３次元の
周期構造を有する３次元フォトニック結晶１０’を得る
ことができる。また、陽極酸化或いは陽極化成後、電圧
の印加を解除して電解液によりエッチングすることによ
って３次元フォトニック結晶１０’を１回の細孔部形成
工程により低コストで作成することも可能である。
【００３０】次に、図４に示すように、注入工程が行わ
れる。注入工程は、印加電圧に応じて屈折率が変化する
電気光学効果を有した液晶やＰＬＺＴ等の注入材料２２
を細孔部６ａ、７ａに注入する。これにより、電気光学
効果を有する材料が細孔部に充填された３次元フォトニ
ック結晶１０”が得られる。
れる。注入工程は、印加電圧に応じて屈折率が変化する
電気光学効果を有した液晶やＰＬＺＴ等の注入材料２２
を細孔部６ａ、７ａに注入する。これにより、電気光学
効果を有する材料が細孔部に充填された３次元フォトニ
ック結晶１０”が得られる。
【００３１】そして、図５に示すように、電極形成工程
において銅やアルミニウム等の電極材料から成る上部電
極２３が表面に形成される。これにより、基板３と上部
電極２３との間に電圧を印加することにより、注入材料
２２の屈折率を可変して動的に光学特性を可変できる光
学素子１１が得られる。
において銅やアルミニウム等の電極材料から成る上部電
極２３が表面に形成される。これにより、基板３と上部
電極２３との間に電圧を印加することにより、注入材料
２２の屈折率を可変して動的に光学特性を可変できる光
学素子１１が得られる。
【００３２】即ち、基板３と上部電極２３との間に電圧
を印加しない場合は、注入材料２２が所定の屈折率にな
る。そして、積層された各層に平行に入射光Ｘ１が入射
すると、図６の平面図に示すように、入射光Ｘ１の波長
や偏光方向に応じて同一平面内でＸ１１、Ｘ１２のよう
に屈折して出射させることができる。
を印加しない場合は、注入材料２２が所定の屈折率にな
る。そして、積層された各層に平行に入射光Ｘ１が入射
すると、図６の平面図に示すように、入射光Ｘ１の波長
や偏光方向に応じて同一平面内でＸ１１、Ｘ１２のよう
に屈折して出射させることができる。
【００３３】光学素子１１に入射光Ｘ１と平行な入射光
Ｘ２（図５参照）が入射光Ｘ１と垂直方向の異なる位置
に入射すると、波長や偏光方向に応じて同一平面内でＸ
２１、Ｘ２２のように出射させることができる。また、
図５に示すように、各層に対して傾斜して入射光Ｘ３が
入射すると、各層に垂直な面内でＸ３１、Ｘ３２、Ｘ３
３のように屈折して出射させることができる。
Ｘ２（図５参照）が入射光Ｘ１と垂直方向の異なる位置
に入射すると、波長や偏光方向に応じて同一平面内でＸ
２１、Ｘ２２のように出射させることができる。また、
図５に示すように、各層に対して傾斜して入射光Ｘ３が
入射すると、各層に垂直な面内でＸ３１、Ｘ３２、Ｘ３
３のように屈折して出射させることができる。
【００３４】次に、基板３と上部電極２３との間の電圧
を印加すると、注入材料２２の屈折率が変化する。そし
て、光学素子１１に入射する入射光Ｘ１は波長や偏光方
向に応じて同一平面内でＸ１１’、Ｘ１２’のようにＸ
１１、Ｘ１２と異なる方向に出射する。同様に、入射光
Ｘ２は波長や偏光方向に応じて同一平面内でＸ２１、Ｘ
２２と異なる方向に出射する。また、入射光Ｘ３は、各
層に垂直な面内でＸ３１’、Ｘ３２’、Ｘ３３’のよう
に屈折して出射させることができる。
を印加すると、注入材料２２の屈折率が変化する。そし
て、光学素子１１に入射する入射光Ｘ１は波長や偏光方
向に応じて同一平面内でＸ１１’、Ｘ１２’のようにＸ
１１、Ｘ１２と異なる方向に出射する。同様に、入射光
Ｘ２は波長や偏光方向に応じて同一平面内でＸ２１、Ｘ
２２と異なる方向に出射する。また、入射光Ｘ３は、各
層に垂直な面内でＸ３１’、Ｘ３２’、Ｘ３３’のよう
に屈折して出射させることができる。
【００３５】従って、電圧の印加により３次元の周期構
造を動的に可変して例えばＢ方向から異なる色の光を捉
えることができるようになる。また、光学特性が異なる
多種の３次元フォトニック結晶を同一の３次元フォトニ
ック結晶１０”により提供することができる。その結
果、３次元フォトニック結晶の製造コストを削減するこ
とができる。また、印加電圧を可変することによって出
射光を更に異なる方向に出射させることも可能である。
造を動的に可変して例えばＢ方向から異なる色の光を捉
えることができるようになる。また、光学特性が異なる
多種の３次元フォトニック結晶を同一の３次元フォトニ
ック結晶１０”により提供することができる。その結
果、３次元フォトニック結晶の製造コストを削減するこ
とができる。また、印加電圧を可変することによって出
射光を更に異なる方向に出射させることも可能である。
【００３６】また、注入材料２２として液晶を用いる
と、所望の屈折率を保持したメモリー機能を得ることが
できる。即ち、断面積の狭い細孔部２１ａに注入された
液晶に電圧を印加すると、液晶が所定の方向に配向され
て所望の屈折率が得られる。この状態で電圧の印加を解
除しても、細孔部２１ａの断面積が狭いため液晶は配向
方向を保持する。従って、例えば、電圧の印加を解除し
ても所定の方向から所望の色の光を常に捉えることので
きる３次元フォトニック結晶を得ることができる。
と、所望の屈折率を保持したメモリー機能を得ることが
できる。即ち、断面積の狭い細孔部２１ａに注入された
液晶に電圧を印加すると、液晶が所定の方向に配向され
て所望の屈折率が得られる。この状態で電圧の印加を解
除しても、細孔部２１ａの断面積が狭いため液晶は配向
方向を保持する。従って、例えば、電圧の印加を解除し
ても所定の方向から所望の色の光を常に捉えることので
きる３次元フォトニック結晶を得ることができる。
【００３７】また、細孔部２１ａ内に液晶が注入される
ことで、電圧印加時に液晶が迅速に配向され、動的な応
答速度の速い３次元フォトニック結晶を得ることができ
る。尚、液晶として、ネマチック液晶、スメクチック液
晶、コレステリック液晶等を使用することができる。
ことで、電圧印加時に液晶が迅速に配向され、動的な応
答速度の速い３次元フォトニック結晶を得ることができ
る。尚、液晶として、ネマチック液晶、スメクチック液
晶、コレステリック液晶等を使用することができる。
【００３８】
【発明の効果】本発明によると、エッチングにより細孔
部の断面積を拡大した後、細孔部に電気光学効果を有す
る注入材料を注入することにより、電圧の印加により３
次元の周期構造を動的に可変して例えば所定方向から異
なる色の光を捉えることができるようになる。また、仕
様が異なる多種の３次元フォトニック結晶を同一の３次
元フォトニック結晶により提供することができる。その
結果、３次元フォトニック結晶の製造コストを削減する
ことができる。
部の断面積を拡大した後、細孔部に電気光学効果を有す
る注入材料を注入することにより、電圧の印加により３
次元の周期構造を動的に可変して例えば所定方向から異
なる色の光を捉えることができるようになる。また、仕
様が異なる多種の３次元フォトニック結晶を同一の３次
元フォトニック結晶により提供することができる。その
結果、３次元フォトニック結晶の製造コストを削減する
ことができる。
【００３９】また本発明によると、注入材料として液晶
を用いると、細孔部に注入された液晶に電圧を印加する
と液晶が所定の方向に配向されて所望の屈折率が得ら
れ、電圧の印加を解除しても液晶が配向方向を保持す
る。これにより、例えば所定の方向から所望の色の光を
常に捉えることのできる３次元フォトニック結晶を得る
ことができる。また、電圧印加時に液晶が迅速に配向さ
れ、動的な応答速度の速い３次元フォトニック結晶を得
ることができる。
を用いると、細孔部に注入された液晶に電圧を印加する
と液晶が所定の方向に配向されて所望の屈折率が得ら
れ、電圧の印加を解除しても液晶が配向方向を保持す
る。これにより、例えば所定の方向から所望の色の光を
常に捉えることのできる３次元フォトニック結晶を得る
ことができる。また、電圧印加時に液晶が迅速に配向さ
れ、動的な応答速度の速い３次元フォトニック結晶を得
ることができる。
【００４０】また本発明によると、３次元フォトニック
結晶と電極とを備えた光学素子によって、注入材料に容
易に電圧を印加することができる。
結晶と電極とを備えた光学素子によって、注入材料に容
易に電圧を印加することができる。
【図１】 本発明の実施形態の３次元フォトニック結
晶の基体を示す断面図である。
晶の基体を示す断面図である。
【図２】 本発明の実施形態の３次元フォトニック結
晶の製造方法の細孔部形成工程を示す断面図である。
晶の製造方法の細孔部形成工程を示す断面図である。
【図３】 本発明の実施形態の３次元フォトニック結
晶の製造方法の細孔部拡大工程を示す断面図である。
晶の製造方法の細孔部拡大工程を示す断面図である。
【図４】 本発明の実施形態の３次元フォトニック結
晶の製造方法の注入工程を示す断面図である。
晶の製造方法の注入工程を示す断面図である。
【図５】 本発明の実施形態の３次元フォトニック結
晶の製造方法の電極形成工程を示す断面図である。
晶の製造方法の電極形成工程を示す断面図である。
【図６】 本発明の実施形態の３次元フォトニック結
晶を示す平面図である。
晶を示す平面図である。
【図７】 従来のフォトニック結晶を示す斜視図であ
る。
る。
【図８】 従来のフォトニック結晶の製造方法を示す
断面図である。
断面図である。
【図９】 従来のフォトニック結晶を示す断面図であ
る。
る。
【図１０】 従来のフォトニック結晶の他の製造方法を
示す斜視図である。
示す斜視図である。
【図１１】 従来の３次元フォトニック結晶を示す断面
図である。
図である。
１ フォトニック結晶 ２ 光導波層 ２ａ、２ｂ、６、７ 媒質 ３ 基板 ４、２１ 基体 ４ａ、２１ａ 細孔部 ５ 多孔質アルミナ層 １０、１０’、１０” ３次元フォトニック結晶 １１ 光学素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H047 KA03 KB08 PA21 PA24 RA08 TA44 2H088 EA47 FA08 FA30 JA03 KA04 2K002 AB07 AB08 BA06 CA14 DA14 DA20 EB02 EB03 EB09 HA08
Claims (5)
- 【請求項１】 相異なる三つの方向で屈折率が周期的に
変化する３次元フォトニック結晶において、 屈折率及びエッチング特性の異なる複数の媒質が周期的
に積層して成る基体上に、２次元の周期で凹設され且つ
媒質毎に孔径の異なる細孔部を形成し、印加電圧により
屈折率が変化する電気光学効果を有する材料を前記細孔
部に充填したことを特徴とする３次元フォトニック結
晶。 - 【請求項２】 前記材料は液晶から成ることを特徴とす
る請求項１に記載の３次元フォトニック結晶。 - 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の３次元
フォトニック結晶と、前記材料に電圧を印加する電極と
を備えたことを特徴とする光学素子。 - 【請求項４】 相異なる三つの方向で屈折率が周期的に
変化する３次元フォトニック結晶の製造方法において、 屈折率及びエッチング特性の異なる複数の媒質が周期的
に積層して成る基体上に２次元の周期で細孔部を凹設す
る細孔部形成工程と、 前記細孔部の断面積をエッチングによって拡大する細孔
部拡大工程と、 印加電圧により屈折率が変化する電気光学効果を有する
注入材料を前記細孔部に注入する注入工程と、 を備えたことを特徴とする３次元フォトニック結晶の製
造方法。 - 【請求項５】 前記注入材料は液晶から成ることを特徴
とする請求項４に記載の３次元フォトニック結晶の製造
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000362136A JP2002162653A (ja) | 2000-11-29 | 2000-11-29 | ３次元フォトニック結晶及びその製造方法及び光学素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000362136A JP2002162653A (ja) | 2000-11-29 | 2000-11-29 | ３次元フォトニック結晶及びその製造方法及び光学素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002162653A true JP2002162653A (ja) | 2002-06-07 |
Family
ID=18833464
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000362136A Pending JP2002162653A (ja) | 2000-11-29 | 2000-11-29 | ３次元フォトニック結晶及びその製造方法及び光学素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002162653A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003107265A (ja) * | 2001-09-27 | 2003-04-09 | Sony Corp | ３次元構造体の製造方法 |
| WO2004003638A1 (en) | 2002-06-27 | 2004-01-08 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Electrically configurable photonic crystal |
| JP2007147827A (ja) * | 2005-11-25 | 2007-06-14 | Fuji Xerox Co Ltd | 多色表示用光学組成物、光学素子、及び光学素子の表示方法 |
| WO2007108212A1 (ja) * | 2006-03-17 | 2007-09-27 | Japan Science And Technology Agency | 周期構造体及び周期構造の作製方法並びに応用製品 |
| JP2007256536A (ja) * | 2006-03-22 | 2007-10-04 | Ricoh Co Ltd | 光制御素子及び光学ユニット |
| US7724433B2 (en) | 2005-11-21 | 2010-05-25 | Fuji Xerox Co., Ltd. | Composition for multi-color display material and manufacturing method thereof, and optical device and displaying method thereof |
| JP2014216330A (ja) * | 2013-04-22 | 2014-11-17 | 浜松ホトニクス株式会社 | 半導体レーザ装置 |
-
2000
- 2000-11-29 JP JP2000362136A patent/JP2002162653A/ja active Pending
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003107265A (ja) * | 2001-09-27 | 2003-04-09 | Sony Corp | ３次元構造体の製造方法 |
| JP4658597B2 (ja) * | 2002-06-27 | 2011-03-23 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | 電気的に構成可能なフォトニック結晶 |
| JP2005531041A (ja) * | 2002-06-27 | 2005-10-13 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | 電気的に構成可能なフォトニック結晶 |
| CN100437210C (zh) * | 2002-06-27 | 2008-11-26 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | 电可配置光子晶体 |
| WO2004003638A1 (en) | 2002-06-27 | 2004-01-08 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Electrically configurable photonic crystal |
| US7724433B2 (en) | 2005-11-21 | 2010-05-25 | Fuji Xerox Co., Ltd. | Composition for multi-color display material and manufacturing method thereof, and optical device and displaying method thereof |
| JP2007147827A (ja) * | 2005-11-25 | 2007-06-14 | Fuji Xerox Co Ltd | 多色表示用光学組成物、光学素子、及び光学素子の表示方法 |
| US7746542B2 (en) | 2005-11-25 | 2010-06-29 | Fuji Xerox Co., Ltd. | Multicolor display optical composition, optical device, and display method of optical device |
| US8023176B2 (en) | 2005-11-25 | 2011-09-20 | Fuji Xerox Co., Ltd. | Multicolor display optical composition, optical device, and display method of optical device |
| US8730559B2 (en) | 2005-11-25 | 2014-05-20 | Fuji Xerox Co., Ltd. | Multicolor display optical composition, optical device, and display method of optical device |
| WO2007108212A1 (ja) * | 2006-03-17 | 2007-09-27 | Japan Science And Technology Agency | 周期構造体及び周期構造の作製方法並びに応用製品 |
| JP4954975B2 (ja) * | 2006-03-17 | 2012-06-20 | 洋 本間 | 周期構造体及び周期構造の作製方法並びに応用製品 |
| JP2007256536A (ja) * | 2006-03-22 | 2007-10-04 | Ricoh Co Ltd | 光制御素子及び光学ユニット |
| JP2014216330A (ja) * | 2013-04-22 | 2014-11-17 | 浜松ホトニクス株式会社 | 半導体レーザ装置 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20050613 |