JP2003139977A - 周期性構造物の製造方法およびその方法で製造される周期性構造物 - Google Patents

周期性構造物の製造方法およびその方法で製造される周期性構造物

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 周期性構造物の所望の領域に屈折率の非周期
性を導入して、その屈折率を任意の値に制御可能な周期
性構造物の製造方法を提供すること。 【解決手段】 光学基材(2)上に光学媒質(3)を周
期的に配列させて周期性構造物(1)を形成する周期性
構造物形成工程と、周期性構造物形成工程により形成さ
れた周期性構造物(1)の少なくとも一部の領域(4)
に、光学基材(2)および光学媒質(3)と異なる他の
物質を塗布する塗布工程と、塗布工程により他の物質が
塗布された周期性構造物に対して、熱処理を行う熱処理
工程を含むものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、周期性構造物の製
造方法およびその方法で製造された周期性構造物に関
し、詳細には、例えばフォトニック結晶等に利用される
2次元および3次元的な周期性を有する周期性構造物に
おいて、その一部の領域の屈折率を制御することにより
屈折率の非周期性を具備し、例えば、導波路等の光学素
子として応用が可能な周期性構造物の製造方法およびそ
の方法で製造された周期性構造物に関する。
【0002】
【従来の技術】微粒子の配列技術は、高表面積化、高解
像度化、およびに高密度化等が可能であるため、触媒、
記録材料、センサー、電子デバイス、および光デバイス
等の材料の高機能化を図る上で重要な技術であり、その
研究が盛んに行われてきた。また、近時、フォトニック
結晶への関心が高まり、3次元のフォトニック結晶を作
製する技術の研究も盛んに行われるようになっている。
【0003】フォトニック結晶とは、その内部に屈折率
の周期的な分布を有する結晶であり、光がこの結晶を伝
播する時、伝播できない光のエネルギー帯、すなわちフ
ォトニックバンドギャップを形成する。例えば、このフ
ォトニックバンドギャップを有するフォトニック結晶中
に欠陥を導入した場合、その欠陥に沿って光が伝播する
ことにより導波路が形成される等、微小領域における光
の制御が可能となる。
【0004】フォトニック結晶の作製に関しては、半導
体プロセス技術を駆使した作製方法も多数報告されてい
るが、3次元の加工においては、フォトニック結晶を所
望の形状に加工することは困難であるため、3次元のフ
ォトニック結晶を考慮した場合は、微粒子の配列技術を
用いることが有効である。
【0005】例えば、特開2000−233998号公
報では、コロイド結晶からなるテンプレートを用意し、
そのテンプレートを電解液内に配置し、続いてコロイド
結晶内に格子材料を電気化学的に形成した後、コロイド
結晶粒子を除去して、フォトニック結晶に通ずる周期性
構造物を形成する技術が開示されている。
【0006】また、特開2000−233999号公報
では、コロイド結晶からなるテンプレートを用意し、こ
のコロイド結晶へとナノ粒子液体分散を導入し、続いて
コロイド結晶粒子を除去して、フォトニック結晶に通ず
る周期性構造物を形成する技術が開示されている。
【0007】しかるに、上記公開公報の技術では、所望
の領域に欠陥を導入することが困難であるという問題が
ある。これに対して、特開平11−218627号公報
では、フォトニック結晶導波路の製造方法として、基板
上に下部クラッド層、コア層、上部クラッド層からなる
スラブ光導波路を作製した後、電子線、SOR(syn
chrotron orbital radiatio
n)光、紫外線および近赤外線のうちのいずれかを上部
クラッド層を通してコア層に選択的に照射し、光誘起効
果による屈折率変化を生じさせて屈折率変化領域を作製
する方法が開示されている。かかる方法を応用すること
により、所望の領域に欠陥(屈折率の非周期性領域)を
導入することが可能となる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、屈折率
の非周期性領域の屈折率を任意に制御することは、困難
であるという問題がある。そのため、フォトニック結晶
中の所望の領域の屈折率を変化させることにより、その
領域に欠陥(屈折率の非周期性)を導入でき、さらに、
その屈折率の値を任意の値に制御する技術が望まれてい
る。
【0009】本発明は、上記に鑑みてなされたものであ
り、周期性構造物の所望の領域に、屈折率の非周期性を
導入して、その屈折率を任意の値に制御可能な周期性構
造物の製造方法およびその方法で製造された周期性構造
物を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項1にかかる発明は、少なくとも一部の領域が
他の領域と異なる屈折率を有する周期性構造物を製造す
る周期性構造物の製造方法において、光学基材中または
光学基材上に光学媒質を周期的に配列させて周期性構造
物を形成する周期性構造物形成工程と、前記周期性構造
物形成工程により形成された周期性構造物の少なくとも
一部の領域に、前記光学基材および前記光学媒質と異な
る他の物質を塗布する塗布工程と、を含む周期性構造物
の製造方法を提供するものである。
【0011】上記発明によれば、光学基材中または光学
基材上に光学媒質を周期的に配列させて周期性構造物を
形成し、形成された周期性構造物の少なくとも一部の領
域に、前記光学基材および前記光学媒質と異なる他の物
質を塗布することにより、光学媒質が周期的に配列した
周期性構造物の特定領域だけの屈折率を制御する。
【0012】また、請求項2にかかる発明は、請求項1
にかかる発明において、さらに、前記塗布工程により前
記他の物質が塗布された周期性構造物に対して、熱処理
を行う熱処理工程を含むものである。
【0013】上記発明によれば、他の物質が塗布された
周期性構造物に対して、熱処理を行うことにより、簡便
な方法で、光学媒質が周期的に配列した周期性構造物の
特定領域だけの屈折率を制御する。
【0014】また、請求項3にかかる発明は、請求項1
にかかる発明において、さらに、前記塗布工程により前
記他の物質が塗布された周期性構造物に対して、光照射
を行う光処理工程を含むものである。
【0015】上記発明によれば、他の物質が塗布された
周期性構造物に対して、光照射を行うことにより、簡便
な方法で、光学媒質が周期的に配列した周期性構造物の
特定領域だけの屈折率を制御する。
【0016】また、請求項4にかかる発明は、請求項1
にかかる発明において、前記塗布工程では、前記周期性
構造物形成工程により形成された前記周期性構造物の全
領域に前記他の物質を塗布し、さらに、前記塗布工程に
より全領域に前記他の物質が塗布された周期性構造物の
一部の領域に、熱処理を行う熱処理工程と、前記熱処理
工程で熱処理された周期性構造物の非熱処理領域の前記
他の物質を取り除く除去工程と、を含むものである。
【0017】上記発明によれば、周期性構造物の全領域
に他の物質を塗布し、全領域に他の物質が塗布された周
期性構造物の一部の領域に、熱処理を行い、熱処理され
た周期性構造物の非熱処理領域の他の物質を取り除き、
熱処理を行った領域のみの屈折率を制御することによ
り、簡便な方法で、光学媒質が周期的に配列した周期性
構造物の特定領域のみの屈折率を制御する。
【0018】また、請求項5にかかる発明は、請求項1
にかかる発明において、前記塗布工程では、前記周期性
構造物形成工程により形成された前記周期性構造物の全
領域に前記他の物質を塗布し、さらに、前記塗布工程に
より全領域に前記他の物質が塗布された周期性構造物の
一部の領域に、光照射を行う光照射工程と、前記光照射
工程で光照射された周期性構造物の非光照射領域の前記
他の物質を取り除く除去工程と、を含むものである。
【0019】上記発明によれば、周期性構造物の全領域
に他の物質を塗布し、全領域に他の物質が塗布された周
期性構造物の一部の領域に、光照射を行い、光照射され
た周期性構造物の非光照射領域の他の物質を取り除き、
光照射を行った領域のみの屈折率を制御することによ
り、簡便な方法で、光学媒質が周期的に配列した周期性
構造物の特定領域のみの屈折率を制御する。
【0020】また、請求項6にかかる発明は、少なくと
も一部の領域が他の領域と異なる屈折率を有する周期性
構造物を製造する周期性構造物の製造方法において、前
記光学基材上の少なくとも一部の領域に、前記光学基材
と異なる他の物質を塗布する塗布工程と、前記塗布工程
により前記他の物質が塗布された光学基材上に、光学媒
質を周期的に配列させて周期性構造物を形成する周期性
構造物形成工程と、前記周期性構造物形成工程により形
成された周期性構造物に対して、熱処理を行う熱処理工
程と、を含む周期性構造物の製造方法を提供するもので
ある。
【0021】上記発明によれば、光学基材上の少なくと
も一部の領域に、光学基材と異なる他の物質を塗布し、
他の物質が塗布された光学基材上に、光学媒質を周期的
に配列させて周期性構造物を形成し、形成された周期性
構造物に対して、熱処理を行って、他の物質を塗布した
領域の屈折率を制御することにより、簡便な方法で、光
学媒質が周期的に配列した周期性構造物の特定領域だけ
の屈折率を制御する。
【0022】また、請求項7にかかる発明は、少なくと
も一部の領域が他の領域と異なる屈折率を有する周期性
構造物を製造する周期性構造物の製造方法において、前
記光学基材上の少なくとも一部の領域に、前記光学基材
と異なる他の物質を塗布する塗布工程と、前記塗布工程
により前記他の物質が塗布された光学基材上に、光学媒
質を周期的に配列させて周期性構造物を形成する周期性
構造物形成工程と、前記周期性構造物形成工程により形
成された周期性構造物に対して、光照射を行う光照射工
程と、を含む周期性構造物の製造方法を提供するもので
ある。
【0023】上記発明によれば、光学基材上の少なくと
も一部の領域に、前記光学基材と異なる他の物質を塗布
する塗布工程と、前記塗布工程により前記他の物質が塗
布された光学基材上に、光学媒質を周期的に配列させて
周期性構造物を形成する周期性構造物形成工程と、前記
周期性構造物形成工程により形成された周期性構造物に
対して光照射を行って、他の物質を塗布した領域の屈折
率を制御することにより、簡便な方法で、光学媒質が周
期的に配列した周期性構造物の特定領域だけの屈折率を
制御する。
【0024】また、請求項8にかかる発明は、請求項1
〜請求項7のいずれか1つにかかる発明において、前記
塗布工程で塗布する前記他の物質が複数種類であること
としたものである。上記発明によれば、塗布する他の物
質を複数種類とすることにより、光学媒質が周期的に配
列した周期性構造物の任意の領域に屈折率の非周期性を
具備させ、さらに、その屈折率を多種多様に制御する。
【0025】また、請求項9にかかる発明は、請求項1
〜請求項8のいずれか1つにかかる発明において、前記
光学媒質は、少なくとも酸化物を含むこととしたもので
ある。上記発明によれば、光学媒質として酸化物を使用
することにより、光学媒質が周期的に配列した周期性構
造物の任意の領域に、屈折率の非周期性を具備し、かつ
屈折率も広範囲に渡って任意に制御可能な周期性構造物
が得られる。
【0026】また、請求項10にかかる発明は、請求項
1〜請求項9のいずれか1つにかかる発明において、前
記塗布工程で塗布する前記他の物質は、少なくとも酸化
物を含むこととしたものである。上記発明によれば、塗
布する他の物質として酸化物を使用することにより、光
学媒質が周期的に配列した周期性構造物中の任意の領域
に、屈折率の非周期性を具備し、かつ屈折率を広範囲に
渡って任意に制御可能な周期性構造物が得られる。
【0027】また、請求項11にかかる発明は、請求項
1〜請求項10のいずれか1つに記載の周期性構造物の
製造方法で製造された周期性構造物を提供するものであ
る。上記発明によれば、請求項1〜請求項10のいずれ
か1つに記載の周期性構造物の製造方法で周期性構造物
を製造することにより、他の物質を塗布して熱処理また
は光照射するという簡便な方法で、光学媒質が周期的に
配列した周期性構造物の特定領域だけの屈折率が制御さ
れた周期性構造物を提供する。
【0028】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明に
かかる周期性構造物の製造方法およびその方法により製
造される周期性構造物の好適な実施の形態を、(構成例
1)、(実施例1)、(構成例2)、(実施例2)、
(構成例3)、(実施例3)、(構成例4)、(実施例
4)、(実施例4’)の順に詳細に説明する。
【0029】(構成例1)図1〜図3を参照して、構成
例1の周期性構造物について説明する。図1〜図3は、
構成例1の周期性構造物について説明するための図であ
る。
【0030】図1は、光学基板上に光学媒質を周期的に
配列させた状態を示した概念図である。同図において、
1は、光学基板2上に形成された周期性構造物(フォト
ニック結晶)、2は、光学基板、3は、光学基板2上に
周期的に配列させた光学媒質を示している。
【0031】屈折率の周期的な分布を持ったフォトニッ
ク結晶を光が伝播する場合、フォトニックバンドギャッ
プに相当するエネルギーを有する光は、このフォトニッ
ク結晶中を伝播できない。
【0032】上記光学基板2としては、石英、ガラスな
どの各種酸化物基板、または各種有機材料基板等を用い
ることができ、用途に応じて適切な基板を選択すること
ができる。
【0033】光学媒質3を、光学基板2上に配列させる
場合には、半導体プロセス技術を用いて行っても良い
が、3次元的に、所望の形状に配列させる場合は、光学
媒質3として微粒子を選択し、その微粒子を3次元的に
配列させる方法が有効である。
【0034】また、周期性構造物1の品質等を考える
と、光学媒質3として用いる微粒子は、球形であること
が好ましく、さらに、その粒径が均一であることが好ま
しい。この微粒子の粒径は、その目的によって種々のも
のを用いることができるが、周期性構造物1を例えば、
フォトニック結晶として利用する場合には、この粒径を
制御するだけで、容易にフォトニックバンドギャップを
制御することが可能となる。ここで、光学媒質3の微粒
子として酸化物を選択すると、屈折率を広範囲に渡って
任意に制御できるため特に有効である。
【0035】図2は、図1で示した、光学基板2上に光
学媒質3を配列させた周期性構造物1の上に、光学基板
2および光学媒質3とは異なる他の物質(塗布物質)を
一部の領域に塗布した状態を示す概念図である。同図に
おいて、4は、光学媒質3上に他の物質(塗布物質:た
とえば、TiO2)を塗布した領域を示している。同図
に示すように、光学基板2上に光学媒質3を配列させた
周期性構造物1の上に、塗布物質を一部の領域4に塗布
する。
【0036】この塗布物質を適切に選択することによ
り、塗布後に熱処理を行った場合、塗布物質を塗布した
領域4の光学媒質3の屈折率のみを変化させることがで
き、周期性構造物1中に屈折率の非周期性を導入するこ
とが可能となる。
【0037】ここで、塗布物質としては、種々のものを
選択することができるが、酸化物を選択すると、屈折率
を広範囲に渡って任意に制御ができるため特に有効であ
る。また、酸化物の代わりに、酸化物の前駆体物質また
は前駆体物質を含んだ溶液等を塗布することにしても良
い。
【0038】図3は、周期性構造物1上に他の物質を塗
布後(上記図2の状態)、熱処理を行うことにより周期
性構造物1における一部の領域の屈折率を変化させ、屈
折率の周期性を有する領域に、その周期性を欠く領域が
生じた状態を示した概念図である。同図において、5
は、熱処理により屈折率が変化した光学媒質3を示して
いる。
【0039】ここでは、熱処理を用いた場合を説明した
が、塗布物質を適切に選択することにより、熱処理の代
わりに光照射を行うことによっても、周期性構造物1中
に屈折率の非周期性を導入することが可能となる。
【0040】屈折率の非周期性を有する領域は、フォト
ニックバンドギャップに相当するエネルギーを有する光
が伝播できるようになり、例えば、導波路等の光学素子
として機能させることができる。
【0041】なお、ここでは、光学媒質3を光学基板2
上に周期的に配列させることとしたが、光学基板2中に
周期的に配列させることにしても良い。光学媒質3を光
学基板2中に配列させる場合は、屈折率の周期性を形成
するために、光学基板2とは屈折率が異なるものを選択
する必要がある。
【0042】(実施例1)つぎに、上記構成例1の周期
性構造物1を製造するための実施例を説明する。まず、
石英基板上にフォトリソグラフィ技術およびドライエッ
チング技術を用いて、ピッチが1μmとなるような周期
構造の凹部を形成した。ここで凹部の形状は500nm
φとした。この凹部に光学媒体としてSiO2微粒子を
挿入し、上記図1に示した周期性構造物1の状態にし
た。ここで、SiO2微粒子は球状とし、その粒径を3
00nmとした。
【0043】この周期性構造物1上に、スパッタ法を用
いてTiO2を図2の4の領域(斜線で示した領域)に
塗布した。続いて、電気炉を用いて、900℃で3時間
熱処理を行った。これにより、上記図3に示したよう
な、TiO2を塗布した領域のみを他の領域とは屈折率
が異なった状態とした。
【0044】上記構成例1および実施例1によれば、光
学基板2中または光学基板2(例えば、石英基板)上に
光学媒質3(例えば、SiO2微粒子)を周期的に配列
させた周期性構造物1の少なくとも一部の領域に、他の
物質(TiO2)を塗布した後、熱処理または光照射を
行うこととしたので、周期性構造物1に他の物質を塗布
して熱処理または光照射するという簡単な方法により、
光学媒質3が周期的に配列した周期性構造物1の特定領
域のみの屈折率を制御することが可能となる。
【0045】また、光学媒質3として酸化物(例えば、
SiO2微粒子)を使用することとしたので、屈折率を
広範囲に任意に制御可能な周期性構造物1を得ることが
可能となる。また、塗布物質(TiO2)として酸化物
を使用することとしたので、酸化物の種類を変化させる
ことにより、屈折率を広範囲に任意に制御可能な周期性
構造物を得ることが可能となる。
【0046】(構成例2)図4および図5を参照して、
構成例2の周期性構造物1について説明する。図4およ
び図5は、構成例2の周期性構造物1について説明する
ための図である。図4および図5において、図1〜図3
と同等機能を有する部位には同一符号を付してある。
【0047】図4は、光学基板2上の一部の領域に、光
学基板2とは異なる別の物質(塗布物質)を塗布し、そ
の上に光学媒質3を周期的に配列させ、周期性構造物1
を形成した状態を示す概念図である。同図において、6
は、光学基板2上に他の物質を塗布した領域を示してい
る。構成例2では、構成例1と異なり、光学基板2に、
別の物質(塗布物質)を塗布した後、その上に光学媒質
3を周期的に配列させている。
【0048】図5は、他の物質を一部に塗布した光学基
板2上に周期性構造物1を形成した後(上記図4の状
態)、熱処理を行うことにより周期性構造物1における
一部の領域の屈折率を変化させ、屈折率の周期性を有す
る領域にその周期性を欠く領域が生じた状態を示した概
念図である。同図において、7は、熱処理により屈折率
が変化した光学媒質を示している。
【0049】図5に示すように、塗布物質を一部に塗布
した光学基板2上の周期性構造物1を熱処理することに
より、塗布物質を塗布した領域上に配列させた光学媒質
3のみの屈折率を変化させることができ、周期性構造物
1中に屈折率の非周期性を導入することが可能となる。
また、この場合も熱処理の代わりに光照射を行うことに
よっても、周期性構造物1中に屈折率の非周期性を導入
することが可能である。
【0050】(実施例2)つぎに、上記構成例2の周期
性構造物1を製造するための実施例を説明する。まず、
実施例1と同様の方法を用いて、石英基板上に凹部の周
期構造を形成した。この基板の一部に、スパッタ法を用
いてTiO2を塗布した後、凹部にSiO2微粒子を挿入
し、図4に示した周期性構造物1の状態にした。
【0051】この周期性構造物1を、電気炉を用いて9
00℃で3時間熱処理を行った。これにより、図5に示
したように、TiO2を塗布した領域に挿入したSiO2
微粒子の屈折率だけを他の領域の屈折率とは異なった状
態にすることができた。
【0052】構成例2によれば、光学基板2上の少なく
とも一部の領域に他の物質(例えば、TiO2)を塗布
し、その上に光学媒質3(例えば、SiO2微粒子)を
周期的に配列させ、熱処理または光照射を行うこととし
たので、他の物質を塗布した部分の屈折率を制御するこ
とができ、非常に簡便な方法で、光学媒質3が周期的に
配列した周期性構造物1の特定領域だけの屈折率を制御
することが可能となる。
【0053】(構成例3)図6および図7を参照して、
構成例3の周期性構造物1について説明する。図6およ
び図7は、構成例3の周期性構造物1について説明する
ための図である。図6および図7において、図1〜図3
と同等機能を有する部位には同一符号を付してある。上
記構成例1では、周期性構造物1上に塗布する他の物質
を1種類としたが、構成例3では、周期性構造物1上に
塗布する他の物質を複数種類とした場合について説明す
る。構成例3は、周期性構造物1上に塗布する他の物質
を複数種類とする以外は、構成例1と同様な構造であ
る。
【0054】図6は、周期性構造物1上に塗布する物質
が複数種類とした場合の概念図を示したものである。同
図において、4は、光学媒質3上に他の物質(塗布物
質:たとえば、TiO2)を塗布した領域、4’は、光
学媒質3上に、4とは異なる他の物質(塗布物質:たと
えば、Ta25)を塗布した領域を示している。同図に
示すように、光学基板2上に光学媒質3を配列させた周
期性構造物1の上に、異なる塗布物質を一部の領域4、
4’に夫々塗布する。
【0055】図7は、周期性構造物1上に複数種類の物
質を塗布後(上記図6の状態)、熱処理を行うことによ
り周期性構造物における一部の領域の屈折率が変化し、
屈折率の周期性を有する領域に、その周期性を欠く領域
を生じさせ、屈折率の値を複数種類に制御した状態を示
す概念図である。同図において、8、8’は、熱処理に
より屈折率が変化した光学媒質3を夫々示している。
【0056】図7に示すように、周期性構造物1上に複
数種類の物質を塗布後、熱処理または光照射を行うこと
により、周期性構造物1中に屈折率の非周期性を導入す
ることができ、この場合は、屈折率の値を複数種類に制
御することが可能となる。なお、上記の説明では塗布物
質を2種類としたが、3種類以上とすることにしても良
い。
【0057】(実施例3)つぎに、上記構成例3の周期
性構造物1を製造するための実施例を説明する。実施例
1と同様の作製方法で、石英基板上にSiO2の周期性
構造物1を形成した。この構造物上に、スパッタ法を用
いて、TiO2およびTa25を、上記図6で示したよ
うに、それぞれ別の領域4、4’に塗布した。続いて、
電気炉を用いて、900℃で3時間熱処理を行った。
【0058】これにより、上記図7に示すような、Ti
2およびTa25を塗布した領域を他の領域とは屈折
率が異なった状態にでき、かつ、TiO2を塗布した領
域とTa25を塗布した領域の屈折率を異なる状態にす
ることができた。
【0059】上記構成例3および実施例3によれば、周
期性構造物1に塗布する物質を複数種類(例えば、Ti
2とTa25)としたので、光学媒質3が周期的に配
列した周期性構造物1中の任意の領域に屈折率の非周期
性を具備でき、さらに、その屈折率を多種多様に制御す
ることが可能となる。
【0060】(構成例4)図8〜図10を参照して、構
成例4の周期性構造物1について説明する。図8〜図1
0は、構成例4の周期性構造物1について説明するため
の図である。図8〜図10において、図1〜図3と同等
機能を有する部位には同一符号を付してある。
【0061】図8は、周期性構造物1上の全領域に、他
の物質(塗布物質)を塗布した状態を示す図である。同
図において、9は、周期性構造物1上に他の物質を塗布
した領域を示している。図8に示すように、光学基板2
上に光学媒質3を周期的に配列させた周期性構造物1
(上記図1の状態)の全領域に他の物質を塗布する。
【0062】図9は、周期性構造物1上の全領域に他の
物質を塗布した後(上記図8の状態)、その一部の領域
に対して熱処理を行った状態を示す概念図を示してい
る。同図において、10は、熱処理を行った領域を示し
ている。図9に示すように、全領域に他の物質が塗布さ
れた周期性構造物1の一部の領域に熱処理を行う。
【0063】図10は、周期性構造物1上に他の物質を
塗布し、その一部の領域の熱処理を行った後(上記図9
の状態)、非熱処理領域の塗布物質を取り除くことによ
り、屈折率の周期性を有する領域にその周期性を欠く領
域が生じた状態を示す概念図である。同図において、1
1は、熱処理により屈折率が変化した光学媒質を示して
いる。
【0064】同図に示すように、周期性構造物1上の熱
処理の行われなかった領域の塗布物質を除去することに
より、周期性構造物1中に屈折率の非周期性を導入する
ことが可能となる。この場合にも、熱処理の代わりに光
照射を用いても同様に屈折率の非周期性を導入すること
が可能となる。
【0065】(実施例4)つぎに、上記構成例4の周期
性構造物1を製造するための実施例を説明する。実施例
1と同様の作製方法で、石英基板上にSiO2の周期構
造物を形成した。この周期性構造物1上全体に、TiO
2の前駆体を酢酸ブチルに混合して、さらに、安定化剤
を混合したゾル液を塗布して、図8に示す状態とした。
続いて、その一部の領域のみをセラミックス発熱体を用
いて600℃で1時間熱処理し、一度冷却した後、さら
に同様にセラミックス発熱体を用いて900℃において
3時間熱処理を行い、上記図9に示す状態とした。
【0066】この後、熱処理を行っていない領域のゾル
液を、エタノールで洗浄して除去することにより、上記
図10に示すような、熱処理を行った領域だけを他の領
域と屈折率の異なった状態にすることができた。
【0067】(実施例4’)上記構成例4の光学装置の
製造の他の実施例を説明する。実施例4と同様の方法
で、石英基板上にSiO2の周期性構造物を形成し、こ
の構造物上全体に、同様のゾル液を塗布した。続いて、
実施例4と同様に、その一部の領域のみをセラミックス
発熱体を用いて600℃で1時間熱処理し、一度冷却し
た後、その領域にCO2レーザを用いて光照射を行っ
た。この後、熱処理および光照射を行っていない領域の
ゾル液を、エタノールで洗浄して除去することにより、
熱処理および光照射を行った領域のみを他の領域とは屈
折率の異なった状態にすることができた。
【0068】上記構成例4および実施例4、4’によれ
ば、周期性構造物1に他の物質を塗布し、その一部の領
域に対して熱処理を行い、非熱処理領域の塗布物質を取
り除くこととしたので、熱処理を行った領域のみの屈折
率を制御でき、他の物質を塗布する際のマスク等が必要
なく、簡便な方法で、光学媒質3が周期的に配列した周
期性構造物1の特定領域のみの屈折率を制御することが
可能となる。
【0069】以上説明したように、本実施の形態によれ
ば、光学基板中または光学基板上に、光学媒質を周期的
に配列させることにより屈折率の周期性を有した周期性
構造物に、所望の領域についてのみ屈折率の非周期性を
導入することができ、また、塗布物質を選択することに
より、その屈折率の変化も任意に制御することが可能と
なる。これにより、例えば、任意の波長の光に対応した
光導波路を任意に形成することが可能となり、有益な光
学素子の形成に展開が可能となる。さらに、本実施の形
態の周期性構造物の製造方法によれば、予め屈折率の非
周期性を形成したい領域のみに異なった光学媒質を配置
する方法に比して、その製造が容易になり、生産性を向
上させることが可能となる。
【0070】なお、本発明は、上記した実施の形態に限
定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲で
適宜変形可能である。
【0071】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1にかかる
周期性構造物の製造方法によれば、少なくとも一部の領
域が他の領域と異なる屈折率を有する周期性構造物を製
造する周期性構造物の製造方法において、光学基材中ま
たは光学基材上に光学媒質を周期的に配列させて周期性
構造物を形成する周期性構造物形成工程と、前記周期性
構造物形成工程により形成された周期性構造物の少なく
とも一部の領域に、前記光学基材および前記光学媒質と
異なる他の物質を塗布する塗布工程と、を含むこととし
たので、他の物質が塗布された光学媒質の屈折率を変化
させることができ、簡便な方法で、光学媒質が周期的に
配列した周期性構造物の特定領域だけの屈折率を制御す
ることが可能な周期性構造物の製造方法を提供すること
が可能となるという効果を奏する。
【0072】また、請求項2にかかる周期性構造物の製
造方法によれば、請求項1にかかる発明において、さら
に、前記塗布工程により前記他の物質が塗布された周期
性構造物に対して、熱処理を行う熱処理工程を含むこと
としたので、他の物質を塗布して熱処理という簡便な方
法で、光学媒質が周期的に配列した周期性構造物の特定
領域だけの屈折率を制御することが可能となる。
【0073】また、請求項3にかかる周期性構造物の製
造方法によれば、請求項1にかかる発明において、さら
に、前記塗布工程により前記他の物質が塗布された周期
性構造物に対して、光照射を行う光処理工程を含むこと
としたので、他の物質を塗布して光照射するという簡便
な方法で、光学媒質が周期的に配列した周期性構造物の
特定領域だけの屈折率を制御することが可能となる。
【0074】また、請求項4にかかる周期性構造物の製
造方法によれば、請求項1にかかる発明において、前記
塗布工程では、前記周期性構造物形成工程により形成さ
れた前記周期性構造物の全領域に前記他の物質を塗布
し、さらに、前記塗布工程により全領域に前記他の物質
が塗布された周期性構造物の一部の領域に、熱処理を行
う熱処理工程と、前記熱処理工程で熱処理された周期性
構造物の非熱処理領域の前記他の物質を取り除く除去工
程と、を含むこととしたので、熱処理を行った領域の屈
折率を制御できるため、他の物質を塗布する際のマスク
等が必要なく、簡便な方法で、光学媒質が周期的に配列
した周期性構造物の特定領域だけの屈折率を制御するこ
とが可能となる。
【0075】また、請求項5にかかる周期性構造物の製
造方法によれば、請求項1にかかる発明において、前記
塗布工程では、前記周期性構造物形成工程により形成さ
れた前記周期性構造物の全領域に前記他の物質を塗布
し、さらに、前記塗布工程により全領域に前記他の物質
が塗布された周期性構造物の一部の領域に、光照射を行
う光照射工程と、前記光照射工程で光照射された周期性
構造物の非光照射領域の前記他の物質を取り除く除去工
程と、を含むこととしたので、光照射を行った領域のみ
の屈折率を制御できるため、他の物質を塗布する際のマ
スク等が必要なく、簡便な方法で、光学媒質が周期的に
配列した周期性構造物の特定領域だけの屈折率を制御す
ることが可能となる。
【0076】また、請求項6にかかる周期性構造物の製
造方法によれば、少なくとも一部の領域が他の領域と異
なる屈折率を有する周期性構造物を製造する周期性構造
物の製造方法において、前記光学基材上の少なくとも一
部の領域に、前記光学基材と異なる他の物質を塗布する
塗布工程と、前記塗布工程により前記他の物質が塗布さ
れた光学基材上に、光学媒質を周期的に配列させて周期
性構造物を形成する周期性構造物形成工程と、前記周期
性構造物形成工程により形成された周期性構造物に対し
て、熱処理を行う熱処理工程と、を含むこととしたの
で、他の物質を塗布した部分の屈折率を制御することが
できるため、簡便な方法で、光学媒質が周期的に配列し
た周期性構造物の特定領域だけの屈折率を制御すること
が可能となる。
【0077】また、請求項7にかかる周期性構造物の製
造方法によれば、少なくとも一部の領域が他の領域と異
なる屈折率を有する周期性構造物を製造する周期性構造
物の製造方法において、前記光学基材上の少なくとも一
部の領域に、前記光学基材と異なる他の物質を塗布する
塗布工程と、前記塗布工程により前記他の物質が塗布さ
れた光学基材上に、光学媒質を周期的に配列させて周期
性構造物を形成する周期性構造物形成工程と、前記周期
性構造物形成工程により形成された周期性構造物に対し
て、光照射を行う光照射工程と、を含むこととしたの
で、他の物質を塗布した部分の屈折率を制御することが
できるため、簡便な方法で、光学媒質が周期的に配列し
た周期性構造物の特定領域だけの屈折率を制御すること
が可能となる。
【0078】また、請求項8にかかる周期性構造物の製
造方法によれば、請求項1〜請求項7のいずれか1つに
かかる発明において、前記塗布工程で塗布する前記他の
物質が複数種類であることとしたので、光学媒質が周期
的に配列した周期性構造物中の任意の領域に屈折率の非
周期性を具備させることができ、その屈折率も多種多様
に制御することが可能となる。
【0079】また、請求項9にかかる周期性構造物の製
造方法によれば、請求項1〜請求項8のいずれか1つに
かかる発明において、光学媒質として酸化物を使用する
ことにより、光学媒質が周期的に配列した周期性構造物
中の任意の領域に、屈折率の非周期性を具備し、かつそ
の屈折率を広範囲に渡って任意に制御可能な周期性構造
物を得ることが可能となる。
【0080】また、請求項10にかかる周期性構造物の
製造方法によれば、請求項1〜請求項9のいずれか1つ
にかかる発明において、塗布する他の物質として酸化物
を使用することとしたので、光学媒質が周期的に配列し
た周期性構造物中の任意の領域に、屈折率の非周期性を
具備し、かつその屈折率を広範囲に渡って任意に制御可
能な周期性構造物が得ることが可能となる。
【0081】また、請求項11にかかる周期性構造物に
よれば、請求項1〜請求項10のいずれか1つに記載の
周期性構造物の製造方法で周期性構造物を製造すること
としたので、他の物質を塗布して熱処理または光照射す
るという簡便な方法で、光学媒質が周期的に配列した周
期性構造物の特定領域だけの屈折率を制御された周期性
構造物を提供することが可能となるという効果を奏す
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】構成例1の周期性構造物を説明するための図で
あり、光学基板上に、光学媒質が周期的に配列して周期
性構造物を形成している状態を示した概念図である。
【図2】構成例1の周期性構造物を説明するための図で
あり、周期性構造物上に他の物質を塗布した状態を示し
た概念図である。
【図3】構成例1の周期性構造物を説明するための図で
あり、周期性構造物上に他の物質を塗布後、熱処理を行
うことにより周期性構造物における一部の領域の屈折率
が変化し、屈折率の周期性を有する領域にその周期性を
欠く領域が生じた状態を示した概念図である。
【図4】構成例2の周期性構造物を説明するための図で
あり、光学基板上の一部の領域に、他の物質を塗布し、
その上に光学媒質を周期的に配列させ、周期性構造物を
形成した状態を示した概念図である。
【図5】構成例2の周期性構造物を説明するための図で
あり、他の物質を一部に塗布した光学基板上に周期性構
造物を形成後、熱処理を行うことにより周期性構造物に
おける一部の領域の屈折率が変化し、屈折率の周期性を
有する領域にその周期性を欠く領域が生じた状態を示し
た概念図である。
【図6】構成例3の周期性構造物を説明するための図で
あり、周期性構造物上に複数種類の物質を塗布した状態
を示した概念図である。
【図7】構成例3の周期性構造物を説明するための図で
あり、周期性構造物上に複数種類の物質を塗布後、熱処
理を行うことにより周期性構造物における一部の領域の
屈折率が変化し、屈折率の周期性を有する領域にその周
期性を欠く領域が生じ、屈折率の値も複数種類に制御し
た状態を示す概念図である。
【図8】構成例4の周期性構造物を説明するための図で
あり、周期性構造物上に他の物質を塗布した状態を示す
概念図である。
【図9】構成例4の周期性構造物を説明するための図で
あり、周期性構造物上の全領域に他の物質を塗布した
後、その一部の領域に対して熱処理を行った状態を示す
概念図である。
【図10】構成例4の周期性構造物を説明するための図
であり、周期性構造物上に他の物質を塗布し、その一部
の領域の熱処理を行った後、非熱処理部の塗布物質を取
り除くことにより、屈折率の周期性を有する領域にその
周期性を欠く領域が生じた状態を示した概念図である。
【符号の説明】
1 周期性構造物 2 光学基板 3 光学媒質 4 光学媒質上に他の物質を塗布した領域 4’ 光学媒質上に他の物質を塗布した領域 5 熱処理により屈折率が変化した光学媒質 6 光学基板上に他の物質を塗布した領域 7 熱処理により屈折率が変化した光学媒質 8 熱処理により屈折率が変化した光学媒質 8’ 熱処理により屈折率が変化した光学媒質 9 周期性構造物上に他の物質を塗布した領域 10 熱処理を行った領域 11 熱処理により屈折率が変化した光学媒質

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも一部の領域が他の領域と異な
    る屈折率を有する周期性構造物を製造する周期性構造物
    の製造方法において、 光学基材中または光学基材上に光学媒質を周期的に配列
    させて周期性構造物を形成する周期性構造物形成工程
    と、 前記周期性構造物形成工程により形成された周期性構造
    物の少なくとも一部の領域に、前記光学基材および前記
    光学媒質と異なる他の物質を塗布する塗布工程と、 を含むことを特徴とする周期性構造物の製造方法。
  2. 【請求項2】 さらに、前記塗布工程により前記他の物
    質が塗布された周期性構造物に対して、熱処理を行う熱
    処理工程を含むことを特徴とする請求項1に記載の周期
    性構造物の製造方法。
  3. 【請求項3】 さらに、前記塗布工程により前記他の物
    質が塗布された周期性構造物に対して、光照射を行う光
    処理工程を含むことを特徴とする請求項1に記載の周期
    性構造物の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記塗布工程では、前記周期性構造物形
    成工程により形成された前記周期性構造物の全領域に前
    記他の物質を塗布し、 さらに、前記塗布工程により全領域に前記他の物質が塗
    布された周期性構造物の一部の領域に、熱処理を行う熱
    処理工程と、 前記熱処理工程で熱処理された周期性構造物の非熱処理
    領域の前記他の物質を取り除く除去工程と、 を含むことを特徴とする請求項1に記載の周期性構造物
    の製造方法。
  5. 【請求項5】 前記塗布工程では、前記周期性構造物形
    成工程により形成された前記周期性構造物の全領域に前
    記他の物質を塗布し、 さらに、前記塗布工程により全領域に前記他の物質が塗
    布された周期性構造物の一部の領域に、光照射を行う光
    照射工程と、 前記光照射工程で光照射された周期性構造物の非光照射
    領域の前記他の物質を取り除く除去工程と、 を含むことを特徴とする請求項1に記載の周期性構造物
    の製造方法。
  6. 【請求項6】 少なくとも一部の領域が他の領域と異な
    る屈折率を有する周期性構造物を製造する周期性構造物
    の製造方法において、 前記光学基材上の少なくとも一部の領域に、前記光学基
    材と異なる他の物質を塗布する塗布工程と、 前記塗布工程により前記他の物質が塗布された光学基材
    上に、光学媒質を周期的に配列させて周期性構造物を形
    成する周期性構造物形成工程と、 前記周期性構造物形成工程により形成された周期性構造
    物に対して、熱処理を行う熱処理工程と、 を含むことを特徴とする周期性構造物の製造方法。
  7. 【請求項7】 少なくとも一部の領域が他の領域と異な
    る屈折率を有する周期性構造物を製造する周期性構造物
    の製造方法において、 前記光学基材上の少なくとも一部の領域に、前記光学基
    材と異なる他の物質を塗布する塗布工程と、 前記塗布工程により前記他の物質が塗布された光学基材
    上に、光学媒質を周期的に配列させて周期性構造物を形
    成する周期性構造物形成工程と、 前記周期性構造物形成工程により形成された周期性構造
    物に対して、光照射を行う光照射工程と、 を含むことを特徴とする周期性構造物の製造方法。
  8. 【請求項8】 前記塗布工程で塗布する前記他の物質が
    複数種類であることを特徴とする請求項1〜請求項7の
    いずれか1つに記載の周期性構造物の製造方法。
  9. 【請求項9】 前記光学媒質は、少なくとも酸化物を含
    むことを特徴とする請求項1〜請求項8に記載の周期性
    構造物の製造方法。
  10. 【請求項10】 前記塗布工程で塗布する前記他の物質
    は、少なくとも酸化物を含むことを特徴とする請求項1
    〜請求項9に記載の周期性構造物の製造方法。
  11. 【請求項11】 請求項1〜請求項10のいずれか1つ
    に記載の周期性構造物の製造方法で製造されたことを特
    徴とする周期性構造物。
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CN100351652C (zh) * 2003-06-05 2007-11-28 株式会社村田制作所 三维周期构造体以及其制备方法

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