JP2005316233A - Method and apparatus for forming photonic crystal structure - Google Patents

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Nobuhiro Kinoshita
延博 木下
Norihiko Ishii
紀彦 石井
Koji Kamijo
晃司 上條
Naoki Shimizu
直樹 清水
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Nippon Hoso Kyokai NHK
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photonic crystal structure forming method and apparatus by which a photonic crystal structure can be formed in a short time using an optical system composed of a small number of optical elements. <P>SOLUTION: This apparatus for forming photonic crystal structure includes a luminous flux radiating means 1 which radiates a plurality of parallel beams having coherence and a semi-polygonal lens 2 to which a plurality of parallel beams are made incident on the bottom face arranged perpendicularly to the parallel beams. Incidentally, the luminous flux radiating means 1 is composed of a laser 11 that radiates one luminous flux, a diffraction plate 12 that splits one luminous flux into a plurality of luminous fluxes, and a collimator lens 13 that makes the plurality of luminous flux parallel to the optical axis of the laser 11. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明はフォトニック結晶構造作成方法および装置に係り、特に、光記録媒体、磁気記録媒体、光磁気記録媒体、光ファイバのクラッド等の光反応材料中にフォトニック結晶構造を作成することのできるフォトニック結晶構造作成方法および装置に関する。   The present invention relates to a photonic crystal structure creation method and apparatus, and in particular, can create a photonic crystal structure in a photoreactive material such as an optical recording medium, a magnetic recording medium, a magneto-optical recording medium, or an optical fiber cladding. The present invention relates to a photonic crystal structure creation method and apparatus.

近年、情報記録の分野において、高密度・大容量を目指して次世代光情報記憶媒体の開発・実用化が進められている。   In recent years, in the field of information recording, development and practical use of next-generation optical information storage media have been promoted aiming at high density and large capacity.

高密度のための要素技術としては、記録再生光の短波長化、光学系の対物レンズの高開口数化、記録マークの多値化、三次元多層記録等を挙げることができる。   Elemental technologies for high density include shortening the wavelength of recording / reproducing light, increasing the numerical aperture of the objective lens of the optical system, increasing the number of recording marks, and three-dimensional multilayer recording.

特に、光記憶媒体への三次元多層記録は他の技術に比較して飛躍的な高密度化・大容量化が可能となるが、記録・再生位置を制御するためには記憶媒体中に光の波長程度のユニットが周期的に並んだ構造体であるフォトニック結晶を作成することが必要となる。   In particular, three-dimensional multilayer recording on an optical storage medium can dramatically increase the density and capacity compared to other technologies, but in order to control the recording / reproducing position, an optical It is necessary to create a photonic crystal that is a structure in which units of about the same wavelength are periodically arranged.

また、磁気記録、あるいは光磁気記録の分野においても、記録媒体内にフォトニック結晶構造を作成することにより、記憶の高密度化を図る技術も提案されている。   In the field of magnetic recording or magneto-optical recording, a technique for increasing the density of storage by creating a photonic crystal structure in a recording medium has also been proposed.

さらに、光通信の分野においても、高速大容量化が実現できるフォトニック結晶ファイバの実用化が推進されているが、フォトニック結晶ファイバでは中心部周辺に周期的にフォトニック結晶構造を設けることが必要となる。   Furthermore, in the field of optical communications, practical application of photonic crystal fibers capable of realizing high speed and large capacity is being promoted, but in photonic crystal fibers, a photonic crystal structure may be provided periodically around the center. Necessary.

上記のように、光反応材料中にフォトニック結晶構造を作成する技術は、情報の記憶および伝送の分野で重要度を増しており、フォトニック結晶構造作成方法あるいは装置についても、既に種々の提案がなされている。   As described above, the technology for creating a photonic crystal structure in a photoreactive material is becoming increasingly important in the field of information storage and transmission, and various proposals have already been made for photonic crystal structure creation methods and apparatuses. Has been made.

例えば、多光束干渉露光を使用したフォトニック結晶構造の作成方法が、既に提案されている(特許文献1参照)。   For example, a method of creating a photonic crystal structure using multibeam interference exposure has already been proposed (see Patent Document 1).

図10は上記提案に係るフォトニック結晶構造の作成で使用される装置の斜視図であって、He−Cdレーザ91から放射されたビーム光は、ビームスプリッタ92およびビームスプリッタ93により3本のビーム光に分離される。   FIG. 10 is a perspective view of an apparatus used for creating the photonic crystal structure according to the above proposal. The beam light emitted from the He—Cd laser 91 is converted into three beams by the beam splitter 92 and the beam splitter 93. Separated into light.

この3本のビーム光を反射鏡94、95、96、97、および98で反射してガラスセル中の光反応材料99中に導き、干渉縞で露光し、硬化させることにより微小周期構造を作成している。この場合ビーム光の衝突角度を調整することにより、周期を変更することができる。   The three light beams are reflected by the reflecting mirrors 94, 95, 96, 97, and 98, guided into the photoreactive material 99 in the glass cell, exposed with interference fringes, and cured to create a micro periodic structure. doing. In this case, the period can be changed by adjusting the collision angle of the beam light.

さらに、特定波長の光だけを反射するダイヤモンド構造のフォトニック結晶構造を簡易に作成する方法も提案されている(例えば、特許文献2参照)。   Furthermore, a method for easily creating a diamond-structured photonic crystal structure that reflects only light of a specific wavelength has also been proposed (see, for example, Patent Document 2).

図11は上記提案に係るダイヤモンド構造のフォトニック結晶構造作成装置のブロック線図であって、レーザービーム光を分離する回折光学素子101と、回折光学素子101で分離された各ビーム光をコリメートする第1のレンズ102と、コリメートされたビーム光のうちから必要なものだけを通過させる貫通孔が穿たれた遮蔽板103と、遮蔽板103を通過したビーム光を光反応材料104中の集束領域105に集束させる第2のレンズ106とを備えている。   FIG. 11 is a block diagram of the diamond structure photonic crystal structure creation apparatus according to the above proposal, in which the diffractive optical element 101 that separates the laser beam light and each beam light separated by the diffractive optical element 101 is collimated. The first lens 102, the shielding plate 103 having a through-hole through which only necessary light from the collimated light beam is passed, and the light beam that has passed through the shielding plate 103 is focused in the photoreactive material 104. And a second lens 106 for focusing on 105.

遮蔽板103は、正面図に示すように、中心および周辺4箇所に貫通孔が穿たれている。
特開2000−329920号公報([0007]、図1) 特開2003−084158号公報([0012]〜[0015]、図5)
As shown in the front view, the shielding plate 103 has through-holes at the center and at the four surroundings.
JP 2000-329920 A ([0007], FIG. 1) Japanese Patent Laying-Open No. 2003-084158 ([0012] to [0015], FIG. 5)

しかしながら、上記に示した従来のフォトニック結晶構造の作成方法には、ビームスプリッタ、反射鏡、レンズ、あるいは遮蔽板といった光学素子が複数個必要であるために作成装置が高価となるだけでなく、光学素子間の光軸の調整に手間がかかるという課題があった。   However, since the conventional photonic crystal structure creation method shown above requires a plurality of optical elements such as a beam splitter, a reflector, a lens, or a shielding plate, the creation apparatus is not only expensive, There is a problem that it takes time to adjust the optical axis between the optical elements.

また、線源としてレーザの代わりに電子線を使用して電子描画を行う場合には描画に長時間を要するという課題もあった。   In addition, when electron drawing is performed using an electron beam instead of a laser as a radiation source, there is a problem that drawing takes a long time.

本発明は、従来の課題を解決するためになされたものであって、少数の光学素子で構成される光学系を使用して短時間でフォトニック結晶構造を作成することのできるフォトニック結晶構造作成方法および装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the conventional problems, and is a photonic crystal structure capable of creating a photonic crystal structure in a short time using an optical system composed of a small number of optical elements. It is an object to provide a creation method and apparatus.

本発明に係るフォトニック結晶構造作成方法は、底面に対してフォトニック結晶の周期によって定まる角度で傾斜する複数の側面を有する半多面体レンズを設置する半多面体レンズ設置段階と、前記半多面体レンズによる干渉縞発生領域に光反応材料を配置する光反応材料配置段階と、前記半多面体レンズの底面に垂直に入射する可干渉性を有する複数本の光束が生成する干渉縞で前記光反応材料を露光する露光段階とを含む構成を有している。   The photonic crystal structure creation method according to the present invention includes a semi-polyhedral lens installation step of installing a semi-polyhedral lens having a plurality of side surfaces inclined at an angle determined by the period of the photonic crystal with respect to the bottom surface, and the semi-polyhedral lens. The photoreactive material is disposed in the interference fringe generation region, and the photoreactive material is exposed with an interference fringe generated by a plurality of coherent light beams perpendicularly incident on the bottom surface of the half-polyhedral lens. And an exposure stage.

この構成により、少数の光学素子で構成される光学系を使用してレーザービームでフォトニック結晶構造を作成できることとなる。   With this configuration, a photonic crystal structure can be created with a laser beam using an optical system composed of a small number of optical elements.

本発明に係るフォトニック結晶構造作成装置は、可干渉性を有する複数本の平行光を放射する光束放射手段と、前記複数本の平行光が前記複数本の平行光に対して垂直に配置された底面に入射する半多面体レンズとを含む構成を有している。   The photonic crystal structure creation device according to the present invention includes a light flux radiating means for radiating a plurality of coherent parallel lights, and the plurality of parallel lights arranged perpendicular to the plurality of parallel lights. And a semi-polyhedral lens incident on the bottom surface.

この構成により、少数の光学素子で構成される光学系を使用してレーザービームでフォトニック結晶構造を作成できることとなる。   With this configuration, a photonic crystal structure can be created with a laser beam using an optical system composed of a small number of optical elements.

本発明に係るフォトニック結晶構造作成装置は、前記半多面体レンズが、N角錐(ただし、N≧3)レンズである構成を有している。   The photonic crystal structure creation device according to the present invention has a configuration in which the semi-polyhedral lens is an N pyramid (where N ≧ 3) lens.

この構成により、2次元のフォニック結晶構造を作成できることなる。   With this configuration, a two-dimensional phonic crystal structure can be created.

本発明に係るフォトニック結晶構造作成装置は、前記半多面体レンズが、N角錐台(ただし、N≧3)レンズである構成を有している。   The photonic crystal structure creation device according to the present invention has a configuration in which the semi-polyhedral lens is an N-pyramidal frustum (where N ≧ 3) lens.

この構成により、3次元のフォニック結晶構造を作成できることなる。   With this configuration, a three-dimensional phonic crystal structure can be created.

本発明に係るフォトニック結晶構造作成装置は、前記N角錐台レンズの集光点に配置され、フォトニック結晶構造が作成される光反応材料に関して前記N角錐台レンズと反対側に配置される反射鏡であって、前記光反応材料から漏洩する前記N角錐台レンズの中心部を透過する光束を前記光反応材料に向けて反射する反射鏡を含む構成を有している。   The photonic crystal structure creation device according to the present invention is disposed at a condensing point of the N-pyramidal lens, and is disposed on the opposite side of the N-pyramidal lens with respect to the photoreactive material from which the photonic crystal structure is created. The mirror includes a reflecting mirror that reflects a light beam that passes through the center of the N-pyramidal lens leaking from the photoreactive material toward the photoreactive material.

この構成により、3次元のフォニック結晶構造をより柔軟に作成できることなる。   With this configuration, a three-dimensional phonic crystal structure can be created more flexibly.

本発明は、可干渉性を有する複数本の平行光を放射する光束放射手段と、複数本の平行光が複数本の平行光に対して垂直に配置された底面に入射する半多面体レンズとを設けることにより、少ない光学素子を用いて光反応材料中にフォトニック結晶構造を作成することが可能となる。   The present invention includes a light flux radiating means for radiating a plurality of coherent parallel light beams, and a semi-polyhedral lens on which a plurality of parallel light beams are incident on a bottom surface arranged perpendicular to the plurality of parallel light beams. By providing, it becomes possible to create a photonic crystal structure in the photoreactive material using a small number of optical elements.

以下、本発明に係るフォトニック結晶構造作成装置の実施の形態について、図面を用いて説明する。   Embodiments of a photonic crystal structure creation apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

本発明に係るフォトニック結晶構造作成装置の第1の実施形態のブロック図を図1に示す。   FIG. 1 shows a block diagram of a first embodiment of a photonic crystal structure creation apparatus according to the present invention.

即ち、本発明に係るフォトニック結晶構造作成装置は、可干渉性を有する複数本の平行光を放射する光束放射手段1と、複数本の平行光が、複数本の平行光に対して垂直に配置された底面に入射する半多面体レンズ2とを含む。   That is, the photonic crystal structure creating apparatus according to the present invention includes a light flux radiating means 1 that emits a plurality of coherent parallel lights, and the plurality of parallel lights perpendicular to the plurality of parallel lights. And a semi-polyhedral lens 2 that is incident on the arranged bottom surface.

なお、光束放射手段1は、1本の光束を放射するレーザ11と、1本の光束を複数本の光束に分離する回折板12と、複数本の光束をレーザ11の光軸に対して平行とするコリメートレンズ13とにより構成される。   The light beam emitting means 1 includes a laser 11 that emits one light beam, a diffraction plate 12 that separates one light beam into a plurality of light beams, and a plurality of light beams that are parallel to the optical axis of the laser 11. And the collimating lens 13.

図2は、本発明に係るフォトニック結晶構造作成装置に適用される半多面体レンズ2の側断面図であって、半多面体レンズ2の底面2aは(A)に示すように、レーザ11の光軸に対して垂直に配置される。また、半多面体レンズ2の第1の側面2bは底面2aに対して角度αを成し、第2の側面2bは底面2aに対して角度αを成す。さらに、半多面体レンズ2は第3、第4・・・の側面を有していてもよい。 FIG. 2 is a side sectional view of a half polyhedron lens 2 applied to the photonic crystal structure creating apparatus according to the present invention. The bottom surface 2a of the half polyhedron lens 2 is the light of the laser 11 as shown in FIG. Arranged perpendicular to the axis. The first side surface 2b 1 of the semi-polyhedral lens 2 forms an angle α 1 with respect to the bottom surface 2a, and the second side surface 2b 2 forms an angle α 2 with respect to the bottom surface 2a. Further, the semi-polyhedral lens 2 may have third, fourth,... Side surfaces.

内部にフォトニック結晶構造が作成される光反応材料3は、半多面体レンズ2による干渉縞の発生領域に配置される。   The photoreactive material 3 in which the photonic crystal structure is created is disposed in an interference fringe generation region by the semi-polyhedral lens 2.

次に、本発明に係るフォトニック結晶構造作成方法は、底面に対してフォトニック結晶の周期によって定まる角度で傾斜する複数の側面を有する半多面体レンズ2を設置する。   Next, in the photonic crystal structure creation method according to the present invention, the semi-polyhedral lens 2 having a plurality of side surfaces inclined at an angle determined by the period of the photonic crystal with respect to the bottom surface is installed.

次に、半多面体レンズによる干渉縞発生領域に光反応材料3を配置する。そして、最後に、半多面体レンズ2の底面2aに垂直に入射し、可干渉性を有する複数本の光束で光反応材料を露光する。   Next, the photoreactive material 3 is disposed in the interference fringe generation region by the semi-polyhedral lens. Finally, the photoreactive material is exposed with a plurality of coherent light beams that are perpendicularly incident on the bottom surface 2a of the half-polyhedral lens 2.

以下、図3の光束の経路図を参照しつつ、半多面体レンズ2として四角錐レンズ21を使用した場合のフォトニック結晶の周期について説明する。   Hereinafter, the period of the photonic crystal when the quadrangular pyramid lens 21 is used as the semi-polyhedral lens 2 will be described with reference to the path diagram of the luminous flux in FIG.

なお、以下の説明において、半多面体レンズ2の底面に垂直な軸をZ軸とし、半多面体レンズ2の底面内で直交する軸をX軸およびY軸とする。   In the following description, an axis perpendicular to the bottom surface of the half-polyhedral lens 2 is referred to as a Z-axis, and axes perpendicular to the bottom surface of the half-polyhedral lens 2 are referred to as an X-axis and a Y-axis.

四角錐レンズ21の底面に対して側面が成す角度をαとし、四角錐レンズ21、空気、および光反応材料3の屈折率をそれぞれn、n0(=1.0)、nとする。 The angle formed by the side surface with respect to the bottom surface of the quadrangular pyramid lens 21 is α, and the refractive indexes of the quadrangular pyramid lens 21, air, and the photoreactive material 3 are n 1 , n 0 (= 1.0), and n 2 , respectively. .

コリメートされた複数本の光束を四角錐レンズ21の底面に垂直に照射すると、四角錐レンズ21への光束の入射角度はαとなる。   When a plurality of collimated light beams are irradiated perpendicularly to the bottom surface of the quadrangular pyramid lens 21, the incident angle of the light beams on the quadrangular pyramid lens 21 is α.

そして、入射角度αと屈折角度βの間には次式のスネルの法則が成立する。   The following Snell's law is established between the incident angle α and the refraction angle β.

Figure 2005316233
Figure 2005316233

また、四角錐レンズ21への入射角度αと屈折角度β、ならびに光反応材料3への入射角度γの間には次式が成立する。   Further, the following equation is established between the incident angle α and the refraction angle β to the quadrangular pyramid lens 21 and the incident angle γ to the photoreactive material 3.

Figure 2005316233
Figure 2005316233

さらに、光束の光反応材料3の入射角度γと屈折角度θの間にも、次式のスネルの法則が成立する。   Further, the Snell's law of the following equation is also established between the incident angle γ and the refraction angle θ of the photoreactive material 3 for the luminous flux.

Figure 2005316233
Figure 2005316233

上記3つの式から次式が成立する。   From the above three formulas, the following formula is established.

Figure 2005316233
Figure 2005316233

光反応材料3中での光の吸収量は極少であると仮定すると、光反応材料3中の光束の伝搬係数kは次式で定義される。   Assuming that the amount of light absorbed in the photoreactive material 3 is extremely small, the propagation coefficient k of the light beam in the photoreactive material 3 is defined by the following equation.

Figure 2005316233
Figure 2005316233

伝搬係数kの光束の進行方向に沿うZ軸の成分kz、ならびにZ軸に直交する平面内で相互に直交するX軸およびY軸の成分、kxおよびkyは次式で表すことができる。   The Z-axis component kz along the traveling direction of the light flux having the propagation coefficient k, and the X-axis and Y-axis components kx and ky that are orthogonal to each other in a plane orthogonal to the Z-axis can be expressed by the following equations.

Figure 2005316233
Figure 2005316233

四角錐レンズ21の4つの側面から出射する光束f、f、f、fは次式により表すことができる。なお、振幅は1とする。 Light beams f 1 , f 2 , f 3 , and f 4 emitted from the four side surfaces of the quadrangular pyramid lens 21 can be expressed by the following equations. The amplitude is 1.

Figure 2005316233
Figure 2005316233

なお、fとfとはY軸に対称にX−Z平面内で進行し、fとfとはX軸に対称にY−Z平面内で進行する。 Note that f 1 and f 2 travel in the XZ plane symmetrically with respect to the Y axis, and f 3 and f 4 travel in the YZ plane symmetrical with respect to the X axis.

よって、4本の光束f、f、f、fの干渉による光反応材料3の中の任意の点A(x,y,z)の光強度IAは次式で表すことができる。 Therefore, the light intensity I A at an arbitrary point A (x, y, z) in the photoreactive material 3 due to the interference of the four light beams f 1 , f 2 , f 3 , f 4 can be expressed by the following equation. it can.

Figure 2005316233
Figure 2005316233

上式から理解できるように、4本の光束の干渉光の強度IAはZ軸方向には変化せず、次式が成立するときに光強度は零となる。 As can be understood from the above equation, the intensity I A of the interference light of the four light beams do not change in the Z-axis direction, the light intensity when the following equation is established is zero.

Figure 2005316233
Figure 2005316233

従って、四角錐レンズ21から出射される4本の光束f、f、f、fの干渉縞は、図4に示すように、円柱群となり、光反応材料3中には干渉縞に対応するフォトニック結晶構造が作成されることとなる。 Therefore, the interference fringes of the four light beams f 1 , f 2 , f 3 , and f 4 emitted from the quadrangular pyramid lens 21 form a cylindrical group as shown in FIG. A photonic crystal structure corresponding to is created.

例えば、n=n=1.5、α=30度とすると、sinθ=0.2125となる。 For example, if n 1 = n 2 = 1.5 and α = 30 degrees, sin θ = 0.2125.

y=0であるX軸上では、次式が成立する点で光強度は最大となる。   On the X axis where y = 0, the light intensity is maximized at the point where the following equation holds.

Figure 2005316233
Figure 2005316233

よって、光強度の最高点のピッチ、即ちフォトニック結晶構造のX軸方向のピッチPxは次式で表される。   Therefore, the pitch of the highest point of light intensity, that is, the pitch Px in the X-axis direction of the photonic crystal structure is expressed by the following equation.

Figure 2005316233
Figure 2005316233

従って、光束の波長λを532ナノメートルとすると、X軸方向のピッチPxは1669ナノメートルとなる。   Therefore, when the wavelength λ of the light beam is 532 nanometers, the pitch Px in the X-axis direction is 1669 nanometers.

図5は四角錐レンズ21の底面に対して側面がなす角度αとフォトニック結晶体のX軸方向ピッチPxの変化を示すグラフであって、四角錐レンズ21の形状を変更することによりフォトニック結晶構造のピッチを変更できることが解る。   FIG. 5 is a graph showing the change of the angle α formed by the side surface with respect to the bottom surface of the quadrangular pyramid lens 21 and the pitch Px in the X-axis direction of the photonic crystal body. It can be seen that the pitch of the crystal structure can be changed.

図6はkx=ky=1.0として、光反応材料3であるネガ型光反応材料に干渉パターンを露光したものであって、光反応材料中にフォトニック結晶構造が構成されていることが判る。   In FIG. 6, kx = ky = 1.0 and the negative photoreactive material, which is the photoreactive material 3, is exposed to an interference pattern, and a photonic crystal structure is formed in the photoreactive material. I understand.

上記のように、第1の実施形態によれば、光反応材料3の中にZ軸方向には変化せず、X−Y軸面内で周期的な構造を有するフォトニック結晶構造を作成することが可能となる。   As described above, according to the first embodiment, a photonic crystal structure that does not change in the Z-axis direction and has a periodic structure in the XY axis plane is created in the photoreactive material 3. It becomes possible.

次に、本発明に係るフォトニック結晶構造作成装置の第2の実施形態について説明する。   Next, a second embodiment of the photonic crystal structure creation device according to the present invention will be described.

本発明に係るフォトニック結晶構造作成装置の第2の実施形態のブロック図を図7に示が、四角錐レンズ21が図2(B)四角錐台レンズ22となる以外は、第1の実施形態と同一の構成であるので、詳細な説明は省略する。   FIG. 7 shows a block diagram of a second embodiment of the photonic crystal structure creation apparatus according to the present invention. The first embodiment except that the quadrangular pyramid lens 21 becomes the quadrangular pyramid lens 22 in FIG. Since the configuration is the same as that of the embodiment, detailed description is omitted.

第2の実施形態によるフォトニック結晶構造作成装置で作成されるフォトニック結晶構造の周期は以下の通りとなる。   The period of the photonic crystal structure created by the photonic crystal structure creating apparatus according to the second embodiment is as follows.

四角錐台レンズ22を使用した場合には、[数7]に示す4本の光ビームの他に、次式で表される四角錐台レンズ22の中央部の底面と平行な面を透過する光ビームf5を加えた5本の光ビームの干渉縞が光反応材料3中に発生する。 When the quadrangular frustum lens 22 is used, in addition to the four light beams shown in [Equation 7], the light passes through a plane parallel to the bottom surface of the central portion of the quadrangular frustum lens 22 expressed by the following equation. Interference fringes of five light beams including the light beam f 5 are generated in the photoreactive material 3.

Figure 2005316233
Figure 2005316233

よって、光反応材料3中の点B(x,y,z)の光強度IBは次式で表される。 Therefore, the light intensity I B at the point B (x, y, z) in the photoreactive material 3 is expressed by the following equation.

Figure 2005316233
Figure 2005316233

ここで、Tを次式で定義する。   Here, T is defined by the following equation.

Figure 2005316233
Figure 2005316233

すると、点Bの光強度IBは次式で表される。 Then, the light intensity I B at the point B is expressed by the following equation.

Figure 2005316233
Figure 2005316233

従って、IB=0となるのは次式が成立するときである。 Therefore, I B = 0 when the following equation holds.

Figure 2005316233
Figure 2005316233

ここで、T=0.5とすれば、次式が成立する。   Here, if T = 0.5, the following equation is established.

Figure 2005316233
Figure 2005316233

よって、干渉パターンはZ軸方向にも以下のピッチで強度零の部分が発生する。   Therefore, the interference pattern has a zero intensity portion at the following pitch in the Z-axis direction.

Figure 2005316233
Figure 2005316233

以上説明したように、第2の実施形態によれば、図8に示すように、光反応材料3中にZ軸方向およびX−Y平面内で周期的な構造を有するフォトニック結晶構造を作成することが可能となる。   As described above, according to the second embodiment, as shown in FIG. 8, a photonic crystal structure having a periodic structure in the Z-axis direction and the XY plane is created in the photoreactive material 3. It becomes possible to do.

次に、本発明に係るフォトニック結晶構造作成装置の第3の実施形態について説明する。   Next, a third embodiment of the photonic crystal structure creation device according to the present invention will be described.

本発明に係るフォトニック結晶構造作成装置の第3の実施形態のブロック図を図9に示が、光反応材料3の後方に四角錐台レンズ22の中央部から放射され光反応材料3を透過した光束を反射する反射鏡4が設置される以外は第2の実施形態と同一の構成であるので、詳細な説明は省略する。   FIG. 9 shows a block diagram of a third embodiment of the photonic crystal structure creation device according to the present invention. The photoreactive material 3 is radiated from the center of the quadrangular pyramid lens 22 behind the photoreactive material 3 and passes through the photoreactive material 3. Since the configuration is the same as that of the second embodiment except that the reflecting mirror 4 that reflects the luminous flux is installed, detailed description thereof is omitted.

四角錐台レンズ22中央部から放射され光反応材料3を透過し反射鏡4で反射された光ビームf6は次式で表される。 A light beam f 6 radiated from the central portion of the quadrangular pyramid lens 22 and transmitted through the photoreactive material 3 and reflected by the reflecting mirror 4 is expressed by the following equation.

Figure 2005316233
Figure 2005316233

従って、光反応材料3の中の点C(x,y,z)におけるfからf6の6本の光ビームによる干渉パターンの強度ICは、次式で表される。 Therefore, the intensity I C of the interference pattern by the six light beams from f 1 to f 6 at the point C (x, y, z) in the photoreactive material 3 is expressed by the following equation.

Figure 2005316233
Figure 2005316233

上式から理解できるように、点Cの光強度は、6本の光束のX軸成分、Y軸成分、Z軸成分が平等に寄与するので、第1の実施形態および第2の実施形態よりも柔軟にフォトニック結晶構造の周期を変更することができる。   As can be understood from the above equation, the light intensity at point C is equal to the X-axis component, the Y-axis component, and the Z-axis component of the six light beams. Even the period of the photonic crystal structure can be changed flexibly.

第2の実施形態および第3の実施形態では、半多面体レンズはそれぞれ四角錐レンズおよび四角錐台レンズであるとしているが、N(≧3)角錐あるいはN(≧3)角錐台であればよいことは明らかである。   In the second embodiment and the third embodiment, the half-polyhedral lens is a quadrangular pyramid lens and a quadrangular pyramid lens, respectively, but may be an N (≧ 3) pyramid or an N (≧ 3) pyramid. It is clear.

以上本発明に係るフォトニック結晶構造作成装置で使用する多面体レンズは、フューズドシリカ、フッ化カルシウムなどの紫外線用ガラス、あるいはクラウンガラス、合成石英などの一般レンズ用のガラスを使用することができる。なお、多面体レンズは使用するレーザ光の波長において透過率が高いことが望ましい。さらに、界面での反射を抑制するために反射防止コーティングを施すことも望ましい。   As described above, the polyhedral lens used in the photonic crystal structure creation device according to the present invention can use glass for ultraviolet rays such as fused silica and calcium fluoride, or glass for general lenses such as crown glass and synthetic quartz. . The polyhedral lens preferably has a high transmittance at the wavelength of the laser beam used. Furthermore, it is also desirable to apply an antireflection coating to suppress reflection at the interface.

また、第3の実施形態で使用する反射鏡は、通常のアルミニウム蒸着鏡でもよいが、波面収差および表面粗さを抑えたレーザ光用の反射鏡を使用することが望ましい。   The reflector used in the third embodiment may be a normal aluminum vapor deposition mirror, but it is desirable to use a reflector for laser light with suppressed wavefront aberration and surface roughness.

以上のように、本発明に係るフォトニック結晶構造作成方法および装置は、簡易な光学系で光反応材料中にフォトニック結晶構造を作成できるという効果を有し、フォトニック結晶構造作成装置等として有効である。   As described above, the photonic crystal structure creation method and apparatus according to the present invention has an effect that a photonic crystal structure can be created in a photoreactive material with a simple optical system. It is valid.

本発明に係るフォトニック結晶構造作成装置の第1の実施形態のブロック図である。1 is a block diagram of a first embodiment of a photonic crystal structure creation device according to the present invention. 本発明に係るフォトニック結晶構造作成装置で使用する半多面体レンズの側断面図である。It is a sectional side view of the semi-polyhedral lens used with the photonic crystal structure creation apparatus which concerns on this invention. 本発明に係るフォトニック結晶構造作成装置の第1の実施形態における光束の経路図である。1 is a path diagram of a light beam in a first embodiment of a photonic crystal structure creation device according to the present invention. 本発明に係るフォトニック結晶構造作成装置の第1の実施形態における干渉縞の斜視図である。It is a perspective view of the interference fringe in 1st Embodiment of the photonic crystal structure creation apparatus which concerns on this invention. 本発明に係るフォトニック結晶構造作成装置の第1の実施形態における四角錐レンズの側面の傾斜角度と干渉縞のピッチのとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the inclination-angle of the side surface of the quadrangular pyramid lens in the 1st Embodiment of the photonic crystal structure creation apparatus which concerns on this invention, and the pitch of an interference fringe. 本発明に係るフォトニック結晶構造作成装置の第1の実施形態によるフォトニック結晶の構造図である。1 is a structural diagram of a photonic crystal according to a first embodiment of a photonic crystal structure creation device according to the present invention. 本発明に係るフォトニック結晶構造作成装置の第2の実施形態のブロック図である。It is a block diagram of 2nd Embodiment of the photonic crystal structure creation apparatus which concerns on this invention. 本発明に係るフォトニック結晶構造作成装置の第2の実施形態における干渉縞の斜視図である。It is a perspective view of the interference fringe in 2nd Embodiment of the photonic crystal structure creation apparatus which concerns on this invention. 本発明に係るフォトニック結晶構造作成装置の第3の実施形態のブロック図である。It is a block diagram of 3rd Embodiment of the photonic crystal structure creation apparatus which concerns on this invention. 従来のフォトニック結晶構造作成装置のブロック図である。It is a block diagram of the conventional photonic crystal structure creation apparatus. 従来のフォトニック結晶構造作成装置の側面図である。It is a side view of the conventional photonic crystal structure creation apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1 光束放射手段
11 レーザ
12 回折板
13 コリメートレンズ
2 半多面体レンズ
21 四角錐レンズ
22 四角錐台レンズ
3 光反応材料
4 反射鏡
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light beam radiation | emission means 11 Laser 12 Diffraction plate 13 Collimating lens 2 Semi polyhedral lens 21 Square pyramid lens 22 Square pyramid lens 3 Photoreactive material 4 Reflective mirror

Claims (5)

底面に対してフォトニック結晶の周期によって定まる角度で傾斜する複数の側面を有する半多面体レンズを設置する半多面体レンズ設置段階と、
前記半多面体レンズによる干渉縞発生領域に光反応材料を配置する光反応材料配置段階と、
前記半多面体レンズの底面に垂直に入射する可干渉性を有する複数本の光束が生成する干渉縞で前記光反応材料を露光する露光段階とを含むフォトニック結晶構造作成方法。
A semi-polyhedral lens installation step of installing a semi-polyhedral lens having a plurality of side surfaces inclined at an angle determined by the period of the photonic crystal with respect to the bottom surface;
A photoreactive material arrangement step of arranging a photoreactive material in an interference fringe generation region by the half-polyhedral lens;
An exposure step of exposing the photoreactive material with interference fringes generated by a plurality of coherent light beams incident perpendicularly to the bottom surface of the semi-polyhedral lens.
可干渉性を有する複数本の平行光を放射する光束放射手段と、
前記複数本の平行光が、前記複数本の平行光に対して垂直に配置された底面に入射する半多面体レンズとを含むフォトニック結晶構造作成装置。
Luminous flux emitting means for emitting a plurality of parallel lights having coherence,
A photonic crystal structure creation apparatus including a semi-polyhedral lens in which the plurality of parallel lights are incident on a bottom surface arranged perpendicular to the plurality of parallel lights.
前記半多面体レンズが、N角錐(ただし、N≧3)レンズである請求項2に記載のフォトニック結晶構造作成装置。 The photonic crystal structure creation apparatus according to claim 2, wherein the half-polyhedral lens is an N pyramid (where N ≧ 3) lens. 前記半多面体レンズが、N角錐台(ただし、N≧3)レンズである請求項2に記載のフォトニック結晶構造作成装置。 The photonic crystal structure creation device according to claim 2, wherein the half-polyhedral lens is an N-pyramidal frustum (where N ≧ 3) lens. 前記N角錐台レンズの集光点に配置され、フォトニック結晶構造が作成される光反応材料に関して前記N角錐台レンズと反対側に配置される反射鏡であって、前記光反応材料から漏洩する前記N角錐台レンズの中心部を透過する光束を前記光反応材料に向けて反射する反射鏡を含む請求項4に記載のフォトニック結晶構造作成装置。
A reflecting mirror disposed at the condensing point of the N-pyramidal lens and disposed on the opposite side of the N-pyramidal lens with respect to the photoreactive material for creating a photonic crystal structure, and leaks from the photoreactive material The photonic crystal structure creation apparatus according to claim 4, further comprising a reflecting mirror that reflects a light beam transmitted through a central portion of the N-pyramidal frustum lens toward the photoreactive material.
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