JP2005326596A - Optical element and its manufacturing method - Google Patents

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哲司 守
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical element having a plurality of periodic structures which include sections having different optical periods, and to provide a manufacturing method of the optical element. <P>SOLUTION: Three kinds of periodic structures 2, 3 and 4 are formed on a substrate 1, in that order. A periodic structure 2 is formed right above the substrate 1, made of silica particles having a particle diameter of 340nm and has approximately twenty layers. On top of the periodic structure 2, a periodic structure 3 is formed, made of silica particles having a particle diameter of 320nm and has approximately twenty layers. On top of the periodic structure 3, a periodic structure 4 is formed, made of silica particles having a particle diameter of 300nm and has approximately twenty layers. In all periodic structures 2 to 4, regions 5 (equivalent to approximately 2μm thickness, and approximately ten layers of fine particles), in which photo-setting resin is filled between silica particles, exists. Such optical element has a function of trapping light beams, having wavelengths corresponding to the particle diameters with resonators made of photosetting resin. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、光学素子およびその製造方法に係り、特に、微粒子を周期的に配列させた微粒子周期構造体を利用した導波路、光共振器やレーザ、光スイッチなどのフォトニック結晶光学デバイスや、インバースオパール構造、およびその間隙に機能材料を充填させた光デバイスなどの光学素子およびその製造方法に関する。   The present invention relates to an optical element and a method for manufacturing the same, and more particularly, a waveguide using a periodic structure of fine particles in which fine particles are periodically arranged, a photonic crystal optical device such as an optical resonator, a laser, and an optical switch, The present invention relates to an inverse opal structure, an optical element such as an optical device in which a functional material is filled in the gap, and a manufacturing method thereof.

フォトニックバンドギャップにより結晶中に光を閉じ込めることが可能なフォトニック結晶は、光学デバイスに利用できる材料として期待され、研究開発が盛んになされている。   A photonic crystal capable of confining light in a crystal by a photonic band gap is expected as a material that can be used for an optical device, and research and development have been actively conducted.

フォトニック結晶形成技術として、光学媒質(微粒子)の自己組織化を利用した方法がある。自己組織化を利用して配列された微粒子膜(周期構造体、フォトニック結晶)は、高品質、大表面積を可能にするものとして特に期待されている。   As a photonic crystal formation technique, there is a method using self-organization of an optical medium (fine particles). Particulate films (periodic structures, photonic crystals) arranged by utilizing self-organization are particularly expected to enable high quality and a large surface area.

永山らは、特開平7−116502号公報(特許文献1)およびそれに対応する特許第2828386号公報(特許文献2)において、コロイド溶液を用いた「微粒子薄膜の製造方法」を報告している。   Nagayama et al., In Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-116502 (Patent Document 1) and Japanese Patent No. 2828386 (Patent Document 2) corresponding thereto, report a “method for producing a fine particle thin film” using a colloidal solution.

これは、液体の毛管力を利用し、溶媒の蒸発速度、微粒子の体積分率を制御することにより集積される結晶の高品質化を図ったものである。2枚の実質的に平行な面の間の狭い間隙にコロイド結晶を成長させる方法もピュージ、ピーター・ニカラスら(特許第2693844号公報「懸濁コロイド球」(特許文献3))をはじめとして報告されている。   This is intended to improve the quality of the accumulated crystals by utilizing the capillary force of the liquid and controlling the evaporation rate of the solvent and the volume fraction of the fine particles. A method for growing a colloidal crystal in a narrow gap between two substantially parallel planes has also been reported, including Puige, Peter Nicarus et al. (Patent No. 2669844, “Suspension Colloid Sphere” (Patent Document 3)). Has been.

その際に、2枚の基板のうちの下部基板に型を施し、この型を利用して、微粒子で形成される形状を制御するようにした技術が、Younan Xiaらによって提案されている(B. T. Mayers, et al., Advanded Materials, 12, No.21, pp.1629-1632, 2000.(非特許文献1)、S. H. Park, et al., Advanded Materials, 11, No.6, pp. 462-466, 1999.(非特許文献2)参照)。   At this time, a technique has been proposed by Younan Xia et al. In which a mold is applied to the lower substrate of the two substrates and the shape formed by the fine particles is controlled using this mold (BT Mayers, et al., Advanded Materials, 12, No.21, pp.1629-1632, 2000. (Non-Patent Document 1), SH Park, et al., Advanded Materials, 11, No.6, pp. 462- 466, 1999. (see Non-Patent Document 2)).

使用する微粒子としては単分散の良いシリカやポリスチレンが用いられるのが一般的である。しかしながら、これらの物質ではデバイス材料としては屈折率が十分に高くなく所望の特性のデバイスを得ることができない。   As fine particles to be used, monodisperse silica or polystyrene is generally used. However, these materials do not have a sufficiently high refractive index as a device material, and a device having desired characteristics cannot be obtained.

屈折率のより高い微粒子膜を作製するために、上記の方法により作製された微粒子膜を利用してさらに改善した方法が報告されている。その方法とは、微粒子膜の微粒子間の空隙に光硬化性樹脂などのモノマーを流し込み、固体させた後、微粒子をエッチングにより取り除いて、ポリマーによる周期構造体(反転構造、逆オパール構造、インバース構造、あるいはテンプレートと呼ばれる)を得るインバースオパール法と呼ばれる方法である。   In order to produce a fine particle film having a higher refractive index, a further improved method utilizing the fine particle film produced by the above method has been reported. In this method, a monomer such as a photocurable resin is poured into the gaps between the fine particles of the fine particle film to solidify the fine particles, and then the fine particles are removed by etching to form a periodic structure (inverted structure, inverted opal structure, inverse structure). Or an inverse opal method to obtain a template).

インバースオパール法については、V. L. Colvinらによって精力的に報告されている(P. Jiang, et al., J. Am. Chem. Soc., 121, pp. 11630-11637, 1999.(非特許文献3)、K. M. Kulinowski, et al., Advanded Materials, 12, No.11, pp.833-838, 2000.(非特許文献4)、特開2003−2687号公報(特許文献4)参照)。   The inverse opal method has been energetically reported by VL Colvin et al. (P. Jiang, et al., J. Am. Chem. Soc., 121, pp. 11630-11637, 1999. (Non-patent Document 3) ), KM Kulinowski, et al., Advanded Materials, 12, No. 11, pp. 833-838, 2000. (Non-patent Document 4), Japanese Patent Laid-Open No. 2003-2687 (Patent Document 4)).

さらに、改善された方法も提案されている。それは、インバースオパール法において、最初に微粒子が存在していた空隙に屈折率のより高い材質を充填し、インバースオパール法によって得られた箇所(逆オパール構造)を取り除くようにしたものである。その結果、自己組織化によって最初に得られた周期構造とほぼ同等な周期構造体を材質が変わった形で得ることができる。   In addition, improved methods have been proposed. In the inverse opal method, a material having a higher refractive index is filled in the voids in which fine particles were initially present, and a portion (inverse opal structure) obtained by the inverse opal method is removed. As a result, a periodic structure substantially equivalent to the periodic structure obtained initially by self-organization can be obtained with the material changed.

このような中空微粒子構造体に関するものとしては、V. L. Colvinグループ、デイビット・ノリスらによるP. Jiang, et al., Science, Vol.291, pp. 453-457, 2001.(非特許文献5)や特許第3183344号公報(特許文献5)がある。   Examples of such hollow fine particle structures include P. Jiang, et al., Science, Vol.291, pp. 453-457, 2001. (Non-patent Document 5) by David Norris et al. There is Japanese Patent No. 3183344 (Patent Document 5).

微粒子が存在していた空隙に液晶分子を充填することも可能である。このような周期構造体においても最初に作製される微粒子膜が鋳型になるので、微粒子を欠陥なく配列させる技術を高めることは重要である。   It is also possible to fill liquid crystal molecules in the voids in which the fine particles existed. Even in such a periodic structure, the fine particle film produced first becomes a template, so it is important to improve the technique for arranging the fine particles without defects.

光学素子として使用する場合には、例えば、導波路では周期構造体の中に例えば微粒子が存在しない空間が連続的に存在するなど、光路となる箇所が必要となる。   When used as an optical element, for example, in a waveguide, a portion that becomes an optical path is required, for example, a space in which fine particles do not exist continuously in a periodic structure.

光路となる箇所の作製方法としては、Lee, et al.により提案されている(Adv. Mater.14, 271-274, 2003;非特許文献6参照)。   A method for producing a portion that becomes an optical path has been proposed by Lee, et al. (Adv. Mater. 14, 271-274, 2003; see Non-Patent Document 6).

この文献で提案されている方法は、シリカ球による周期構造体の間隙にモノマーを流し込み、レーザを用いて特定の箇所のモノマーを選択的に硬化させるとともに、硬化していないモノマーを取り除いてシリコンを導入し、シリカ球とポリマーを選択的に取り除き、ポリマーが存在していた箇所を導波路とする方法である。   In the method proposed in this document, a monomer is poured into a gap between periodic structures of silica spheres, and a monomer is selectively cured using a laser, and an uncured monomer is removed to remove silicon. In this method, the silica sphere and the polymer are selectively removed, and the portion where the polymer was present is used as a waveguide.

また、フォトニックバンドギャップを確実に開き、特定波長の光の閉じ込めを行う必要がある。そのためには、高屈折率箇所の体積分率が低い方がフォトニックバンドギャップは大きくなると考えられている。   In addition, it is necessary to securely open the photonic band gap and confine light of a specific wavelength. For this purpose, it is considered that the photonic band gap becomes larger when the volume fraction of the high refractive index portion is lower.

そのため、インバース構造以上に高屈折率箇所の体積分率を低くする構造を形成する必要がある。一つには、中空粒子が規則配列したハロー構造である(例えば、上述したP. Jiang, et al., Science, Vol.291, pp. 453-457, 2001.(非特許文献5)参照)。   Therefore, it is necessary to form a structure that lowers the volume fraction of the high refractive index portion more than the inverse structure. One is a halo structure in which hollow particles are regularly arranged (see, for example, P. Jiang, et al., Science, Vol.291, pp. 453-457, 2001. (Non-patent Document 5) described above). .

微粒子による周期性構造物を作製する際には、一度数層の膜を作製した後に、その基板を再度コロイド液に浸すことにより、作製された周期性構造物上にさらに新たな周期性構造物を作製することが可能である。この際にコロイド液の微粒子の材質や粒径を変えることによって最初に作製された周期性構造物とその上に作製された周期性構造物のフォトニックバンドギャップ波長を変えることができる。   When producing a periodic structure with fine particles, once a few layers of film are produced, the substrate is immersed again in a colloidal solution, so that a new periodic structure is further formed on the produced periodic structure. Can be produced. At this time, the photonic band gap wavelength of the periodic structure produced first and the periodic structure produced thereon can be changed by changing the material and particle size of the fine particles of the colloidal liquid.

フォトニック結晶や、逆オパール構造の空隙に、導電性高分子、フォトクロミック色素等を導入し、フォトニックバンドギャップ波長を変化させる試みも行われている。   Attempts have been made to change the photonic band gap wavelength by introducing a conductive polymer, a photochromic dye, or the like into a photonic crystal or a void of an inverse opal structure.

また、微細加工を用いたフォトニック結晶では、線欠陥導波路を利用した欠陥エンジニアリングにより、大きさの異なる欠陥により、特定の波長の光を分波する報告がなされている(S. Noda, et al., Nature 407, pp 608, 2000(非特許文献7)参照)。微細加工による作製では、装置に加工精度が求められるほか、作製に多大なエネルギーを要するため、代替となる簡易な作製方法を提案することが必要となる。なお、フォトニック結晶に関しては、K. Yoshino, et al., Jpn. J. Appl. Phys., vol.38, ppL786-788, 1999(非特許文献8)、Y. Shimoda, et al., Appl. Phys. Lett., vol.79, pp.3627-3629, 2001(非特許文献9)も参照されたい。   In addition, in photonic crystals using microfabrication, it has been reported that light of a specific wavelength is demultiplexed by defects of different sizes by defect engineering using a line defect waveguide (S. Noda, et al. al., Nature 407, pp 608, 2000 (Non-patent Document 7)). In manufacturing by microfabrication, processing accuracy is required for the apparatus, and since much energy is required for manufacturing, it is necessary to propose an alternative simple manufacturing method. Regarding photonic crystals, K. Yoshino, et al., Jpn. J. Appl. Phys., Vol.38, ppL786-788, 1999 (Non-patent Document 8), Y. Shimoda, et al., Appl. See also Phys. Lett., Vol. 79, pp. 3627-3629, 2001 (Non-patent Document 9).

特開平7−116502号公報JP-A-7-116502 特許第2828386号公報Japanese Patent No. 2828386 特許第2693844号公報Japanese Patent No. 2,693,844 特開2003−2687号公報JP 2003-2687 A 特許第3183344号公報Japanese Patent No. 3183344 B. T. Mayers, et al., Advanded Materials, 12, No.21, pp.1629-1632, 2000.B. T. Mayers, et al., Advanded Materials, 12, No. 21, pp. 1629-1632, 2000. S. H. Park, et al., Advanded Materials, 11, No.6, pp. 462-466, 1999.S. H. Park, et al., Advanded Materials, 11, No. 6, pp. 462-466, 1999. P. Jiang, et al., J. Am. Chem. Soc., 121, pp. 11630-11637, 1999.P. Jiang, et al., J. Am. Chem. Soc., 121, pp. 11630-11637, 1999. K. M. Kulinowski, et al., Advanded Materials, 12, No.11, pp.833-838, 2000.K. M. Kulinowski, et al., Advanded Materials, 12, No. 11, pp.833-838, 2000. P. Jiang, et al., Science, Vol.291, pp. 453-457, 2001.P. Jiang, et al., Science, Vol.291, pp. 453-457, 2001. Lee, et al.Adv. Mater.14, 271-274, 2003Lee, et al. Adv. Mater. 14, 271-274, 2003 S. Noda, et al., Nature 407, pp 608, 2000.S. Noda, et al., Nature 407, pp 608, 2000. K. Yoshino, et al., Jpn. J. Appl. Phys., vol.38, ppL786-788, 1999.K. Yoshino, et al., Jpn. J. Appl. Phys., Vol.38, ppL786-788, 1999. Y. Shimoda, et al., Appl. Phys. Lett., vol.79, pp.3627-3629, 2001.Y. Shimoda, et al., Appl. Phys. Lett., Vol. 79, pp. 3627-3629, 2001.

本発明は、上記事情に鑑み、光学的な周期の異なる箇所を含む周期性構造物を複数有する光学素子およびその作製方法を提供することを目的とするものであり、例えば複数の波長の光に対する共振器を複数備えた光学素子やその簡易な作製方法を提供することを目的としている。以下、請求項毎の目的を述べる。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an optical element having a plurality of periodic structures including portions having different optical periods and a method for manufacturing the optical element. An object is to provide an optical element including a plurality of resonators and a simple manufacturing method thereof. The purpose of each claim is described below.

a)請求項1の目的
請求項1〜4に係る本発明の目的は、複数の波長の光に対する共振器を複数備えた光学素子を提供することである。
a) Object of Claim 1 An object of the present invention according to Claims 1 to 4 is to provide an optical element including a plurality of resonators for light of a plurality of wavelengths.

b)請求項5の目的
請求項5に係る本発明の目的は、微粒子の周期性構造物を用いて、複数の波長の光に対する共振器を備えた光学素子の簡易な作製方法を提供することである。
b) Object of Claim 5 An object of the present invention according to Claim 5 is to provide a simple method for producing an optical element having a resonator for light of a plurality of wavelengths using a periodic structure of fine particles. It is.

c)請求項6の目的
請求項6に係る本発明の目的は、請求項5に記載の目的と同じである。
c) The object of claim 6 The object of the present invention according to claim 6 is the same as the object of claim 5.

d)請求項7の目的
請求項7に係る本発明の目的は、微粒子の反転構造を用いて、複数の波長の光に対する共振器を備えた光学素子の簡易な作製方法を提供することである。
d) Object of Claim 7 An object of the present invention according to Claim 7 is to provide a simple method for producing an optical element having a resonator for light of a plurality of wavelengths, using a fine particle inversion structure. .

e)請求項8の目的
請求項8に係る本発明の目的は、請求項7に記載の目的と同じである。
e) The object of claim 8 The object of the present invention according to claim 8 is the same as the object of claim 7.

f)請求項9の目的
請求項9に係る本発明の目的は、請求項7に記載の目的と同じである。
f) The object of claim 9 The object of the present invention according to claim 9 is the same as the object of claim 7.

g)請求項10の目的
請求項10に係る本発明の目的は、単分散性の良い微粒子を用いることにより周期性構造物の欠陥数を低減することである。
g) The object of claim 10 An object of the present invention according to claim 10 is to reduce the number of defects of the periodic structure by using fine particles having good monodispersibility.

h)請求項11の目的
請求項11に係る本発明の目的は、ポリマーを用いて簡易に反転構造を得ることである。
h) Object of Claim 11 An object of the present invention according to Claim 11 is to easily obtain an inverted structure using a polymer.

i)請求項12の目的
請求項12に係る本発明の目的は、ナノスケールの粒子を用いて簡易に反転構造を得ることである。
i) Object of Claim 12 An object of the present invention according to Claim 12 is to easily obtain an inverted structure using nanoscale particles.

j)請求項13の目的
請求項13に係る本発明の目的は、微粒子としてポリマー微粒子を用いた場合には熱によって除去することにより、反転構造を作製することである。
j) Object of Claim 13 An object of the present invention according to Claim 13 is to produce an inverted structure by removing by heat when polymer particles are used as the particles.

k)請求項14の目的
請求項14に係る本発明の目的は、簡易に反転構造を作製することである。
k) The object of claim 14 The object of the present invention according to claim 14 is to easily produce an inversion structure.

本発明は、上記目的を達成するために次の如き構成を採用した。
a)請求項1記載の発明は、球状物質の周期構造、もしくはその反転構造によりフォトニックバンドギャップを形成するフォトニック結晶を用いた光学素子であって、周期長の異なる周期構造体を基板に対して平行に複数有し、該周期構造体の各々はその内部に周期性が崩された領域を含むことを特徴とし、請求項2記載の発明は、前記周期性が崩された領域は、空隙あるいは周囲の周期構造とは異なる周期構造を有する領域であることを特徴としている。請求項3および4記載の発明は、このような光学素子を用いて光導波路および光学レーザー素子を実現している。
The present invention employs the following configuration in order to achieve the above object.
a) The invention according to claim 1 is an optical element using a photonic crystal that forms a photonic band gap by a periodic structure of a spherical substance or an inverted structure thereof, and a periodic structure having a different period length is used as a substrate. A plurality of the periodic structures each include a region in which the periodicity is broken, and the region in which the periodicity is broken is characterized in that: It is a region having a periodic structure different from the void or surrounding periodic structure. In the third and fourth aspects of the present invention, an optical waveguide and an optical laser element are realized by using such an optical element.

b)請求項5記載の発明は、コロイド溶液を用いて、基板の表面に微粒子を周期的に配列させることにより周期性構造物を作製する工程(A)、工程(A)にて作製した周期性構造物の表面に、前記工程(A)にて使用した微粒子とは材質もしくは粒子径が異なる微粒子を周期的に配列させる工程(B)、以下、前記工程(A)および(B)と同様に、新たに作製された周期性構造物の表面に、それまでに配列に使用した微粒子とは材質もしくは粒子径が異なる微粒子を周期的に配列させる工程を1回以上繰り返す工程(C)、前記工程(A)〜(C)において作製された各周期性構造物に対し、部分的に材料を充填および固定化し、周期性が崩された領域を形成する工程(D)を有することを特徴とする光学素子の作製方法である。 b) The invention according to claim 5 is a step (A) in which a periodic structure is prepared by periodically arranging fine particles on the surface of a substrate using a colloidal solution, and the period prepared in step (A). Step (B) of periodically arranging fine particles having a material or particle diameter different from the fine particles used in the step (A) on the surface of the structural structure, and the same as the steps (A) and (B). And (C) repeating the step of periodically arranging fine particles having different materials or particle diameters from the fine particles used for the arrangement on the surface of the newly produced periodic structure one or more times, It is characterized by having a step (D) of partially filling and fixing a material to each periodic structure manufactured in steps (A) to (C) to form a region in which the periodicity is lost. This is a method for manufacturing an optical element.

c)請求項6記載の発明は、コロイド溶液を用いて、基板の表面に微粒子を周期的に配列させることにより周期性構造物を作製する工程(A)、工程(A)にて作製された周期性構造物の表面に、前記工程(A)にて使用した微粒子とは材質もしくは粒子径が異なる微粒子を周期的に配列させる工程(B)、以下、前記工程(A)および(B)と同様に、新たに作製された周期性構造物の表面に、それまでに配列に使用した微粒子とは材質もしくは粒子径が異なる微粒子を周期的に配列させる工程を1回以上繰り返す工程(C)、前記工程(A)〜(C)において作製された各周期性構造物に対し、部分的に微粒子を除去し、周期性が崩された領域を形成する工程(D)を有することを特徴とする光学素子の作製方法である。 c) The invention according to claim 6 was produced in steps (A) and (A) of producing a periodic structure by periodically arranging fine particles on the surface of a substrate using a colloid solution. A step (B) of periodically arranging fine particles having a material or particle diameter different from the fine particles used in the step (A) on the surface of the periodic structure; hereinafter, the steps (A) and (B); Similarly, a step (C) of repeating a step of periodically arranging fine particles having different materials or particle diameters from the fine particles used for the arrangement on the surface of the newly produced periodic structure one or more times, For each periodic structure produced in the steps (A) to (C), the method includes a step (D) of partially removing fine particles to form a region in which the periodicity is lost. It is a manufacturing method of an optical element.

d)請求項7記載の発明は、コロイド溶液を用いて、基板の表面に微粒子を周期的に配列させることにより周期性構造物を作製する工程(A)、工程(A)にて作製した周期性構造物の表面に、前記工程(A)にて使用した微粒子とは粒子径が異なる微粒子を周期的に配列させる工程(B)、以下、前記工程(A)および(B)と同様に、新たに作製された周期性構造物の表面に、それまでに配列に使用した微粒子とは粒子径が異なる微粒子を周期的に配列させる工程を1回以上繰り返す工程(C)、前記工程(A)〜(C)で作製された周期性構造物の微粒子間に、配列に用いた微粒子とは異なる材質の材料を充填し、それを固化もしくは固定化する工程(D)、前記微粒子を除去する工程(E)、前記工程(A)〜(E)において作製された各周期性構造物に対し、前記工程(D)で使用した材料とは異なる材料を部分的に充填および固定化し、周期性が崩された領域を形成する工程(F)を有することを特徴とする光学素子の作製方法である。 d) According to the seventh aspect of the invention, in the steps (A) and (A), the periodic structure is prepared by periodically arranging fine particles on the surface of the substrate using a colloid solution. Step (B) in which fine particles having a particle diameter different from the fine particles used in the step (A) are periodically arranged on the surface of the structural structure, hereinafter, similarly to the steps (A) and (B), The step (C) of repeating the step of periodically arranging fine particles having a particle diameter different from the fine particles used in the arrangement on the surface of the newly produced periodic structure one or more times, the step (A) A step (D) of filling a material of a material different from the fine particles used in the arrangement between the fine particles of the periodic structure produced in (C), and solidifying or fixing the material, and a step of removing the fine particles (E), produced in steps (A) to (E). Further, each periodic structure has a step (F) of partially filling and fixing a material different from the material used in the step (D) to form a region in which the periodicity is lost. This is a method for manufacturing an optical element.

e)請求項8記載の発明は、コロイド溶液を用いて、基板の表面に微粒子を周期的に配列させることにより周期性構造物を作製する工程(A)、工程(A)にて作製した周期性構造物の表面に、前記工程(A)にて使用した微粒子とは粒子径が異なる微粒子を周期的に配列させる工程(B)、前記工程(A)および(B)と同様に、新たに作製された周期性構造物の表面に、それまでに配列に使用した微粒子とは粒子径が異なる微粒子を周期的に配列させる工程を1回以上繰り返す工程(C)、前記工程(A)〜(C)で作製された周期性構造物の微粒子間に、前記配列に用いた微粒子とは異なる材質の材料を充填し、それを固化もしくは固定化する工程(D)、前記微粒子を除去する工程(E)、前記工程(A)〜(E)において作製された各周期性構造物に対し、前記工程(D)で使用した材料と同質の材料を部分的に充填および固定化し、周期性が崩された領域を形成する工程(F)を有することを特徴とする光学素子の作製方法である。 e) The invention according to claim 8 is the period prepared in steps (A) and (A) in which a periodic structure is prepared by periodically arranging fine particles on the surface of a substrate using a colloid solution. In the same manner as in the step (B), the steps (A) and (B), the fine particles having a particle diameter different from the fine particles used in the step (A) are periodically arranged on the surface of the structural structure. The step (C) of repeating the step of periodically arranging fine particles having a particle diameter different from the fine particles used for the arrangement on the surface of the produced periodic structure one or more times, the steps (A) to ( A step (D) of filling a material of a material different from the fine particles used in the arrangement between the fine particles of the periodic structure produced in C) and solidifying or fixing the material; and a step of removing the fine particles ( E), prepared in the steps (A) to (E) Each periodic structure has a step (F) of partially filling and fixing a material of the same quality as the material used in the step (D) to form a region in which the periodicity is lost. This is a method for manufacturing an optical element.

f)請求項9記載の発明は、コロイド溶液を用いて、基板の表面に微粒子を周期的に配列させることにより周期性構造物を作製する工程(A)、工程(A)にて作製された周期性構造物の表面に、前記工程(A)にて使用した微粒子とは粒子径が異なる微粒子を周期的に配列させる工程(B)、前記工程(A)および(B)と同様に、新たに作製された周期性構造物の表面に、それまでに配列に使用した微粒子とは粒子径が異なる微粒子を周期的に配列させる工程を1回以上繰り返す工程(C)、前記工程(A)〜(C)で作製された周期性構造物の微粒子の一部を除去する工程(D)、前記工程(A)〜(D)で作製された周期性構造物の微粒子間に、配列に用いた微粒子とは異なる材質の材料を充填し、それを固化もしくは固定化する工程(E)、前記微粒子を除去する工程(F)を有することを特徴とする光学素子の作製方法である。 f) The invention according to claim 9 was produced in steps (A) and (A) of producing a periodic structure by periodically arranging fine particles on the surface of a substrate using a colloid solution. A step (B) in which fine particles having a particle diameter different from the fine particles used in the step (A) are periodically arranged on the surface of the periodic structure, as in the steps (A) and (B). Step (C) of repeating the step of periodically arranging fine particles having a particle diameter different from the fine particles used in the arrangement on the surface of the periodic structure produced in step (C), the steps (A) to The step (D) of removing a part of the fine particles of the periodic structure produced in (C) was used for arrangement between the fine particles of the periodic structure produced in the steps (A) to (D). Filling with a material different from fine particles and solidifying or fixing it (E), a method for manufacturing an optical element characterized by having a step (F) to remove the fine particles.

g)請求項10記載の発明は、請求項5〜9のいずれかに記載の光学素子の作製方法において、前記工程(A)〜(C)におけるコロイド液は、シリカ微粒子、ポリスチレン微粒子もしくはポリメタクリル酸メチル微粒子を含むことを特徴としている。 g) The invention according to claim 10 is the method for producing an optical element according to any one of claims 5 to 9, wherein the colloidal liquid in the steps (A) to (C) is silica fine particles, polystyrene fine particles or polymethacrylic acid. It contains methyl acid fine particles.

h)請求項11記載の発明は、請求項7〜9のいずれかに記載の光学素子の作製方法において、前記周期性構造物の微粒子間に、配列に用いた微粒子とは異なる材質の材料を充填し、それを固化もしくは固定化する工程は、微粒子間への充填材料として、光もしくは熱により重合するモノマーを用い、ポリマーとして固定化する工程であることを特徴としている。 h) The invention according to claim 11 is the method for producing an optical element according to any one of claims 7 to 9, wherein a material of a material different from the fine particles used for the arrangement is provided between the fine particles of the periodic structure. The step of filling and solidifying or fixing it is characterized in that it is a step of fixing as a polymer using a monomer that is polymerized by light or heat as a filling material between fine particles.

i)請求項12記載の発明は、請求項7〜9のいずれかに記載の光学素子の作製方法において、前記周期性構造物の微粒子間に、配列に用いた微粒子とは異なる材質の材料を充填し、それを固化もしくは固定化する工程は、微粒子間への充填材料として、ナノスケールのシリカ粒子もしくはチタニア粒子などを含む溶液を用い、それらの乾燥および加熱により、ナノスケールの粒子を固定化する工程であることを特徴としている。 i) The invention according to claim 12 is the method for producing an optical element according to any one of claims 7 to 9, wherein a material of a material different from the fine particles used for the arrangement is provided between the fine particles of the periodic structure. The process of filling and solidifying or immobilizing it uses a solution containing nanoscale silica particles or titania particles as a filling material between fine particles, and immobilizes nanoscale particles by drying and heating them. It is the process to perform.

j)請求項13記載の発明は、請求項7〜9のいずれかに記載の光学素子の作製方法において、前記微粒子を除去する工程は、熱による微粒子の焼失である特徴としている。 j) The invention according to claim 13 is characterized in that, in the method of manufacturing an optical element according to any one of claims 7 to 9, the step of removing the fine particles is burning of the fine particles by heat.

k)請求項14記載の発明は、請求項7〜9のいずれかに記載の光学素子の作製方法において、前記微粒子を除去する工程は、液相における化学反応による除去であることを特徴としている。 k) The invention according to claim 14 is characterized in that, in the optical element manufacturing method according to any one of claims 7 to 9, the step of removing the fine particles is removal by a chemical reaction in a liquid phase. .

以下、発明の効果を請求項毎に述べる。
a)請求項1〜4記載の発明の効果
請求項1および2に係る光学素子では、光学的な周期が異なる箇所を含む周期性構造物を複数持つ素子により、複数の波長の光を閉じ込めるという効果を奏し、請求項3では複数波長を用いる導波路を実現でき、請求項4では複数波長のレーザーを発する光共振器を実現できる。
The effects of the invention will be described below for each claim.
a) Effects of the Inventions of Claims 1 to 4 In the optical elements according to claims 1 and 2, light having a plurality of wavelengths is confined by an element having a plurality of periodic structures including portions having different optical periods. According to claim 3, a waveguide using a plurality of wavelengths can be realized, and according to claim 4, an optical resonator emitting a laser having a plurality of wavelengths can be realized.

b)請求項5記載の発明の効果
請求項5に係る光学素子の作製方法では、請求項1に記載の光学素子の簡易な作製方法を提供するという効果を奏する。
b) Effect of the Invention According to Claim 5 The method for manufacturing an optical element according to claim 5 has an effect of providing a simple method for manufacturing the optical element according to claim 1.

c)請求項6記載の発明の効果
請求項6に係る光学素子の作製方法では、請求項1に記載の光学素子の簡易な作製方法を提供するという効果を奏する。
c) Effect of the Invention According to Claim 6 The method for manufacturing an optical element according to claim 6 has an effect of providing a simple method for manufacturing the optical element according to claim 1.

d)請求項7記載の発明の効果
請求項7に係る光学素子の作製方法では、空隙による反転周期構造の簡易な作製方法を提供するという効果を奏する。
d) Advantageous Effects of the Invention According to the seventh aspect of the invention, the optical element manufacturing method according to the seventh aspect has an effect of providing a simple manufacturing method of the inversion periodic structure by the air gap.

e)請求項8記載の発明の効果
請求項8に係る光学素子の作製方法では、空隙による反転周期構造の簡易な作製方法を提供するという効果を奏する。
e) Effect of Invention of Claim 8 The method for producing an optical element according to claim 8 has an effect of providing a simple method for producing an inverted periodic structure by a gap.

f)請求項9記載の発明の効果
請求項9に係る光学素子の作製方法では、空隙による反転周期構造の簡易な作製方法を提供するという効果を奏する。
f) Effect of Invention of Claim 9 The method for producing an optical element according to claim 9 has an effect of providing a simple method for producing an inversion periodic structure by a gap.

g)請求項10記載の発明の効果
請求項10に係る光学素子の作製方法では、単分散性の良い微粒子を用いて周期構造の規則性を良くするという効果を奏する。
g) Effect of the Invention of Claim 10 The method for producing an optical element according to claim 10 has the effect of improving the regularity of the periodic structure using fine particles having good monodispersity.

h)請求項11記載の発明の効果
請求項11に係る光学素子の作製方法では、重合を用いることにより簡易に反転構造を作製するという効果を奏する。
h) Effect of Invention of Claim 11 The method for producing an optical element according to claim 11 has an effect of easily producing an inverted structure by using polymerization.

i)請求項12記載の発明の効果
請求項12に係る光学素子の作製方法では、ナノスケールの粒子を用いることにより簡易に反転構造を作製するという効果を奏する。
i) Effect of Invention of Claim 12 The method for producing an optical element according to claim 12 has an effect of easily producing an inverted structure by using nanoscale particles.

j)請求項13記載の発明の効果
請求項13に係る光学素子の作製方法では、ポリマー微粒子の熱焼失を利用することにより簡易に反転構造を作製するという効果を奏する。
j) Effect of Invention of Claim 13 The method for producing an optical element according to claim 13 has an effect of easily producing an inverted structure by utilizing thermal burning of polymer fine particles.

k)請求項14記載の発明の効果
請求項14に係る光学素子の作製方法では、液相における化学反応を利用することにより簡易に反転構造を得るという効果を奏する。
k) Effect of Invention of Claim 14 The method for manufacturing an optical element according to claim 14 has an effect of easily obtaining an inverted structure by utilizing a chemical reaction in a liquid phase.

以下、本発明の実施例を、図面を用いて詳細に説明する。なお、各実施例の説明中、類似の構成を有する場合は共通の図面を用いて説明する。但し、基板材料、粒子材料、粒子径などは各実施例で異なる。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description of each embodiment, the case where the configuration is similar will be described with reference to a common drawing. However, the substrate material, the particle material, the particle diameter and the like are different in each embodiment.

まず最初に、本願の各実施例と請求項との対応関係を説明しておく。実施例1では、請求項1〜4、5、10に係る発明を説明する。実施例2では、請求項1〜4、7、10、12、13に係る発明を説明する。実施例3では、請求項1〜4、8、11、14に係る発明を説明する。実施例4では、請求項1〜4、9、10に係る発明を説明する。実施例5では、請求項1〜4、6、10に係る発明を説明する。   First, the correspondence between each embodiment of the present application and the claims will be described. In the first embodiment, the invention according to claims 1 to 4, 5, and 10 will be described. In the second embodiment, the invention according to claims 1 to 4, 7, 10, 12, and 13 will be described. In the third embodiment, the invention according to claims 1 to 4, 8, 11, and 14 will be described. In the fourth embodiment, the invention according to claims 1 to 4, 9 and 10 will be described. In the fifth embodiment, the invention according to claims 1 to 4, 6, and 10 will be described.

<実施例1>
図1および図2は、実施例1により作製した光学素子の模式図である。
図2は、図1の部分的な拡大図である。図では、粒子径、層数などは実際に作製した構造物とは異なるが、簡単に模式的に示している。
<Example 1>
1 and 2 are schematic views of an optical element manufactured according to Example 1. FIG.
FIG. 2 is a partially enlarged view of FIG. In the figure, the particle diameter, the number of layers, and the like are different from those of the actually manufactured structure, but are simply schematically shown.

図1および図2に示す光学素子は、基板1上に順に3種類の周期性構造物2,3,4が形成されている。   In the optical element shown in FIGS. 1 and 2, three types of periodic structures 2, 3, and 4 are formed on a substrate 1 in order.

基板1の真上に形成されているのは、粒径340nmのシリカ粒子からなり、層数約20層からなる周期性構造物2である。   The periodic structure 2 formed of silica particles having a particle diameter of 340 nm and having approximately 20 layers is formed immediately above the substrate 1.

さらに、その上に粒径320nmのシリカ粒子からなり、層数約20層からなる周期性構造物3が形成されている。   Furthermore, a periodic structure 3 made of silica particles having a particle size of 320 nm and having about 20 layers is formed thereon.

また、さらにその上に粒径300nmのシリカ粒子からなり、層数約20層からなる周期性構造物4が形成されている。   Further, a periodic structure 4 made of silica particles having a particle size of 300 nm and having about 20 layers is formed thereon.

いずれの周期性構造物2〜4にも、図2に示すように内部にシリカ粒子間が光硬化型樹脂で充填された領域5(厚み2μm程度、微粒子10層程度に相当)が存在する。このような素子は粒子径に対応した波長の光を光硬化型樹脂からなる共振器部で閉じ込める機能を果たす。   In any of the periodic structures 2 to 4, as shown in FIG. 2, there is a region 5 (corresponding to a thickness of about 2 μm and about 10 layers of fine particles) filled with a photocurable resin between silica particles. Such an element fulfills the function of confining light of a wavelength corresponding to the particle diameter with a resonator part made of a photo-curing resin.

以下、図1、2の光学素子の作製方法を、図3を用いて説明する。
まず、数cm角の石英基板6と、直径340nm、粒度分布の標準偏差が3%以内のシリカ微粒子分散水溶液(0.5wt%、100ml)7を用意した。1枚の石英基板6を、図3に示すように水面が垂直になるように溶液に浸し、石英基板6の上部を固定した。
A method for manufacturing the optical element shown in FIGS. 1 and 2 will be described below with reference to FIGS.
First, a quartz substrate 6 of several cm square and a silica fine particle dispersed aqueous solution (0.5 wt%, 100 ml) 7 having a diameter of 340 nm and a standard deviation of particle size distribution within 3% were prepared. One quartz substrate 6 was immersed in the solution so that the water surface was vertical as shown in FIG. 3, and the upper part of the quartz substrate 6 was fixed.

1週間程度そのまま放置し、溶液内の溶媒を乾燥させた。その後、石英基板6を取り出し、十分乾燥させた。この際に、石英基板6には自己組織化によりシリカ微粒子による周期性構造物8が形成された。   The solution was left as it was for about one week to dry the solvent in the solution. Thereafter, the quartz substrate 6 was taken out and sufficiently dried. At this time, the periodic structure 8 made of silica fine particles was formed on the quartz substrate 6 by self-organization.

このようにして形成された石英基板6上の周期性構造物(微粒子膜)8の硬度を高めるために600℃にて1時間の加熱を行った。この周期性構造物8が図1,2における周期性構造物2に相当する。   In order to increase the hardness of the periodic structure (fine particle film) 8 on the quartz substrate 6 thus formed, heating was performed at 600 ° C. for 1 hour. This periodic structure 8 corresponds to the periodic structure 2 in FIGS.

その後、周期性構造物2が形成された石英基板6を、再度、直径320nm、粒度分布の標準偏差が3%以内のシリカ微粒子分散水溶液(0.5wt%、100ml)中に浸し、上記と同様の方法により、粒径340nmのシリカによる周期性構造物2の表面に粒径320nmのシリカによる周期性構造物3を作製した。さらに同様に、粒径320nmのシリカによる周期性構造物3の表面に粒径300nmのシリカによる周期性構造物4を作製した。   Thereafter, the quartz substrate 6 on which the periodic structure 2 is formed is again immersed in a silica fine particle dispersed aqueous solution (0.5 wt%, 100 ml) having a diameter of 320 nm and a standard deviation of the particle size distribution of 3% or less. By the method, the periodic structure 3 made of silica having a particle size of 320 nm was produced on the surface of the periodic structure 2 made of silica having a particle size of 340 nm. Similarly, a periodic structure 4 made of silica having a particle size of 300 nm was produced on the surface of the periodic structure 3 made of silica having a particle size of 320 nm.

その後、作製した周期性構造物2〜4のシリカ微粒子間に光硬化型樹脂を流しこみ、3種類の周期性構造物2〜4の各々に対して、共焦点レーザーを用いて、図1,2の領域5に選択的に光を照射し、光硬化型樹脂を硬化させた。その後、硬化していない領域5以外の部分の光硬化型樹脂を除去した。   Thereafter, a photocurable resin is poured between the silica fine particles of the produced periodic structures 2 to 4, and a confocal laser is used for each of the three types of periodic structures 2 to 4, as shown in FIG. The region 5 of 2 was selectively irradiated with light to cure the photocurable resin. Thereafter, the photo-curing resin other than the uncured region 5 was removed.

図1、2に示す光学素子は、コロイド溶液の毛管力、微粒子の自己組織化を利用して光学距離が異なる3種類の周期性構造物(微粒子膜)2〜4を作製したものである。3種類の各周期性構造物2〜4において周期が異なることにより、波長が異なる光を閉じ込めることが可能である。   The optical elements shown in FIGS. 1 and 2 are produced by producing three types of periodic structures (fine particle films) 2 to 4 having different optical distances by utilizing the capillary force of a colloidal solution and the self-organization of fine particles. It is possible to confine light having different wavelengths by having different periods in the three types of periodic structures 2 to 4.

このような3次元周期構造は、微細加工による作製では困難であり、光の閉じ込めの効果は高い。本実施例のように、微粒子が自己組織的に配列する現象を利用したボトムアップ手法は、エッチング装置などを用いて材料を加工するトップダウン手法と比較して、材料の無駄がなく、プロセスとしても容易であるため、省資源・省エネルギーであり、環境面でも優れている。   Such a three-dimensional periodic structure is difficult to manufacture by microfabrication, and has a high light confinement effect. As in this example, the bottom-up method using the phenomenon in which fine particles are arranged in a self-organized manner has no waste of materials and is a process compared to the top-down method of processing materials using an etching apparatus or the like. It is also easy to save resources and energy, and is excellent in terms of the environment.

従来では導波路などのフォトニック結晶は微細加工を施す方法でしか作製できず、環境面で問題があった。しかしながら、本発明により、環境面に優れかつある程度複雑な構造をもつフォトニック結晶を作製できるようになった。   Conventionally, a photonic crystal such as a waveguide can be produced only by a method of performing microfabrication, which has a problem in terms of environment. However, the present invention has made it possible to produce a photonic crystal that is environmentally friendly and has a somewhat complicated structure.

<実施例2>
図4および図5は、実施例2により作製した光学素子の模式図である。
図5は、図4の部分的な拡大図である。図では、粒子径、層数などは実際に作製した構造物とは異なるが、簡単に模式的に示している。
<Example 2>
4 and 5 are schematic views of an optical element manufactured according to Example 2. FIG.
FIG. 5 is a partially enlarged view of FIG. In the figure, the particle diameter, the number of layers, and the like are different from those of the actually manufactured structure, but are simply schematically shown.

図4に示す光学素子は基板9上に3種類の周期性構造物10,11,12が形成されている。基板9の真上に形成されているのは、球形の大きさ500nmの空隙からなり、層数約10層からなる周期性構造物10である。   In the optical element shown in FIG. 4, three types of periodic structures 10, 11, and 12 are formed on a substrate 9. What is formed immediately above the substrate 9 is a periodic structure 10 made of a spherical gap having a size of 500 nm and comprising about 10 layers.

さらにその上に、球形の大きさ400nmの空隙からなり、層数約10層からなる周期性構造物11が形成されている。また、さらにその上に球形の大きさ300nmの空隙からなり、層数約10層からなる周期性構造物12が形成されている。   Furthermore, a periodic structure 11 made of a spherical void having a size of 400 nm and having about 10 layers is formed thereon. Further, a periodic structure 12 made of a spherical void having a size of 300 nm and having about 10 layers is formed thereon.

いずれの周期性構造物10〜12も空隙を形成するのはシリカナノ粒子の固形物であるが、図5に示すように一部光硬化型樹脂が充填された領域13が存在する。   In any of the periodic structures 10 to 12, voids are formed by silica nanoparticle solids, but there is a region 13 partially filled with a photocurable resin as shown in FIG. 5.

空隙を埋めた光硬化型樹脂の粒径は基板9に近い周期性構造物から順に粒径500nm、400nm、300nmである。空隙とならず光硬化型樹脂が存在する領域13は、空隙による周期構造とは光学的距離が異なる。したがって、このような素子は粒子径に対応した波長の光を光硬化型樹脂が存在するシリカナノ粒子の固形物からなる共振器部で閉じ込める機能を果たす。   The particle size of the photocurable resin filling the voids is 500 nm, 400 nm, and 300 nm in order from the periodic structure close to the substrate 9. The region 13 where the photocurable resin is present instead of being a void has an optical distance different from the periodic structure due to the void. Therefore, such an element functions to confine light having a wavelength corresponding to the particle diameter in a resonator part made of a solid material of silica nanoparticles in which a photocurable resin is present.

以下、図3を用いて、図4、図5の光学素子の作製方法を説明する。
まず、数cm角の石英基板6と、直径500nm、粒度分布の標準偏差が3%以内のポリスチレン微粒子分散水溶液(0.5wt%、100ml)を用意した。
Hereinafter, a method for manufacturing the optical element shown in FIGS. 4 and 5 will be described with reference to FIGS.
First, a quartz substrate 6 of several centimeters square and a polystyrene fine particle dispersion aqueous solution (0.5 wt%, 100 ml) having a diameter of 500 nm and a standard deviation of particle size distribution within 3% were prepared.

1枚の石英基板6を、図3に示すように水面が垂直になるように溶液に浸し、石英基板6の上部を固定した。1週間程度そのまま放置し、溶液内の溶媒を乾燥させた。その後、石英基板6を取り出し、十分乾燥させた。この際に、石英基板6上には自己組織化によりポリスチレン微粒子による周期性構造物8が形成された。この周期性構造物8が図1,2における周期性構造物2に相当する。   One quartz substrate 6 was immersed in the solution so that the water surface was vertical as shown in FIG. 3, and the upper part of the quartz substrate 6 was fixed. The solution was left as it was for about one week to dry the solvent in the solution. Thereafter, the quartz substrate 6 was taken out and sufficiently dried. At this time, the periodic structure 8 made of polystyrene fine particles was formed on the quartz substrate 6 by self-organization. This periodic structure 8 corresponds to the periodic structure 2 in FIGS.

その後、周期性構造物2が形成された石英基板6を、直径400nm、粒度分布の標準偏差が3%以内のポリスチレン微粒子分散水溶液(0.5wt%、100ml)中に浸し、上記と同様の方法により、粒径500nmのポリスチレンによる周期性構造物表面に粒径400nmのポリスチレンによる周期性構造物を作製し、充分乾燥させた。さらに同様に粒径400nmのポリスチレンによる周期性構造物表面に粒径300nmのポリスチレンによる周期性構造物を作製した。   Thereafter, the quartz substrate 6 on which the periodic structure 2 is formed is immersed in an aqueous polystyrene fine particle dispersion (0.5 wt%, 100 ml) having a diameter of 400 nm and a standard deviation of the particle size distribution of 3% or less, and the same method as above. Thus, a periodic structure made of polystyrene having a particle size of 400 nm was prepared on the surface of the periodic structure made of polystyrene having a particle size of 500 nm, and sufficiently dried. Similarly, a periodic structure made of polystyrene having a particle size of 300 nm was prepared on the surface of the periodic structure made of polystyrene having a particle size of 400 nm.

その後、作製した周期性構造物の微粒子間に粒径3〜6nm程度のシリカナノ粒子を含む水溶液を流しこみ、乾燥させた。その後、500℃5時間の加熱を加え、ポリスチレンを熱により焼失させるとともに、シリカナノ粒子を固定し、空隙による周期性構造物を作製した。   Thereafter, an aqueous solution containing silica nanoparticles having a particle size of about 3 to 6 nm was poured between the fine particles of the produced periodic structure and dried. Thereafter, heating was performed at 500 ° C. for 5 hours to burn off the polystyrene by heat, and the silica nanoparticles were fixed to prepare a periodic structure with voids.

その後、空隙内に光硬化型樹脂を流し込み、3種類の周期性構造物10〜12の各々に対して、共焦点レーザーを用いて領域13に選択的に光を照射し、光硬化型樹脂を硬化させた。その後、硬化していない領域13以外の部分の光硬化性樹脂を除去した。   Thereafter, a photocurable resin is poured into the gap, and each of the three types of periodic structures 10 to 12 is selectively irradiated with light to the region 13 using a confocal laser. Cured. Then, the photocurable resin of parts other than the area | region 13 which is not hardened | cured was removed.

図4、5に示す光学素子は、コロイド溶液の毛管力、微粒子の自己組織化を利用して光学距離が異なる3種類の周期性構造物(微粒子膜)10〜12を作製したものである。3種類の各周期性構造物10〜12において周期が異なることにより、波長が異なる光を閉じ込めることが可能である。   The optical elements shown in FIGS. 4 and 5 are produced by producing three types of periodic structures (fine particle films) 10 to 12 having different optical distances by utilizing the capillary force of a colloidal solution and self-organization of fine particles. It is possible to confine light having different wavelengths by having different periods in the three types of periodic structures 10 to 12.

微細加工による作製では困難な3次元周期構造であり、光の閉じ込めの効果は高い。微粒子が自己組織的に配列する現象を利用したボトムアップ手法では、エッチング装置などを用いて材料を加工するトップダウン手法と比較して、材料の無駄がなく、プロセスとしても容易であるため、省資源・省エネルギーであり、環境面でも優れている。従来では導波路などのフォトニック結晶は微細加工を施す方法でしか作製できず、環境面で問題があった。しかしながら、本発明により、環境面に優れかつある程度複雑な構造をもつフォトニック結晶を作製できるようになった。   It is a three-dimensional periodic structure that is difficult to manufacture by microfabrication, and has a high light confinement effect. The bottom-up method using the phenomenon in which fine particles are arranged in a self-organized manner is less wasteful and easier as a process than the top-down method of processing a material using an etching apparatus. It is resource and energy saving and is excellent in terms of environment. Conventionally, a photonic crystal such as a waveguide can be produced only by a method of performing microfabrication, which has a problem in terms of environment. However, the present invention has made it possible to produce a photonic crystal that is environmentally friendly and has a somewhat complicated structure.

<実施例3>
図4および図5は、本実施例により作製した光学素子の模式図である。図5は、図4の部分的な拡大図である。図では、粒子径、層数などは実際に作製した構造物とは異なるが、簡単に模式的に示している。図4に示す光学素子は基板9上に3種類の周期性構造物10,11,12が順に形成されている。
<Example 3>
4 and 5 are schematic views of an optical element manufactured according to this example. FIG. 5 is a partially enlarged view of FIG. In the figure, the particle diameter, the number of layers, and the like are different from those of the actually manufactured structure, but are simply schematically shown. In the optical element shown in FIG. 4, three types of periodic structures 10, 11, and 12 are sequentially formed on a substrate 9.

基板9の真上に形成されているのは、球形の大きさ340nmの空隙からなり、層数約20層からなる周期性構造物1である。さらにその上に球形の大きさ320nmの空隙からなり、層数約20層からなる周期性構造物2が形成されている。また、さらにその上に球形の大きさ300nmの空隙からなり、層数約20層からなる周期性構造物3が形成されている。   What is formed immediately above the substrate 9 is a periodic structure 1 made of a spherical gap of 340 nm and comprising about 20 layers. Furthermore, a periodic structure 2 made of a spherical void having a size of 320 nm and having about 20 layers is formed thereon. Further, a periodic structure 3 made of a spherical void having a size of 300 nm and having about 20 layers is formed thereon.

いずれの周期性構造物も空隙を形成するのは光硬化型樹脂であり、空隙とならず、その内部も光硬化型樹脂が充填された箇所が存在する。空隙を埋めた光硬化型樹脂の粒径は基板9に近い周期性構造物から順に粒径340nm、320nm、300nmである。   In any periodic structure, a void is formed by a photocurable resin, not a void, and there is a portion filled with the photocurable resin inside. The particle size of the photocurable resin filling the voids is 340 nm, 320 nm, and 300 nm in order from the periodic structure close to the substrate 9.

空隙とならず内部まで光硬化型樹脂が充填された箇所は空隙による周期構造とは光学的距離が異なる。したがって、このような素子は粒子径に対応した波長の光を空隙内部まで光硬化型樹脂で埋められた箇所からなる共振器部で閉じ込める機能を果たす。   The portion where the photocurable resin is filled to the inside instead of being a void has an optical distance different from the periodic structure due to the void. Therefore, such an element fulfills a function of confining light having a wavelength corresponding to the particle diameter in a resonator portion including a portion filled with a photo-curable resin to the inside of the gap.

以下、図3を用いて、図4、図5の光学素子の作製方法を説明する。
まず、数cm角の石英基板6と、直径340nm、粒度分布の標準偏差が3%以内のシリカ微粒子分散水溶液(0.5wt%、100ml)7を用意した。
Hereinafter, a method for manufacturing the optical element shown in FIGS. 4 and 5 will be described with reference to FIGS.
First, a quartz substrate 6 of several cm square and a silica fine particle dispersed aqueous solution (0.5 wt%, 100 ml) 7 having a diameter of 340 nm and a standard deviation of particle size distribution within 3% were prepared.

1枚の石英基板6を、図3に示すように水面が垂直になるように溶液に浸し、石英基板6の上部を固定した。1週間程度そのまま放置し、溶液内の溶媒を乾燥させた。その後、石英基板6を取り出し、十分乾燥させた。この際に、石英基板間には自己組織化によりシリカ微粒子による周期性構造物8が形成された。   One quartz substrate 6 was immersed in the solution so that the water surface was vertical as shown in FIG. 3, and the upper part of the quartz substrate 6 was fixed. The solution was left as it was for about one week to dry the solvent in the solution. Thereafter, the quartz substrate 6 was taken out and sufficiently dried. At this time, a periodic structure 8 made of silica fine particles was formed between the quartz substrates by self-organization.

このようにして形成された石英基板6上の周期性構造物(微粒子膜)8の硬度を高めるために600℃にて1時間の加熱を行った。この周期性構造物8が図4,5における周期性構造物10に相当する。   In order to increase the hardness of the periodic structure (fine particle film) 8 on the quartz substrate 6 thus formed, heating was performed at 600 ° C. for 1 hour. This periodic structure 8 corresponds to the periodic structure 10 in FIGS.

その後、周期性構造物10が形成された石英基板9を、再度、直径320nm、粒度分布の標準偏差が3%以内のシリカ微粒子分散水溶液(0.5wt%、100ml)中に浸し、上記と同様の方法により、粒径340nmのシリカによる周期性構造物10の表面に粒径320nmのシリカによる周期性構造物11を作製した。さらに同様に粒径320nmのシリカによる周期性構造物11の表面に粒径300nmのシリカによる周期性構造物12を作製した。   Thereafter, the quartz substrate 9 on which the periodic structure 10 is formed is again immersed in a silica fine particle dispersed aqueous solution (0.5 wt%, 100 ml) having a diameter of 320 nm and a standard deviation of the particle size distribution of 3% or less, and the same as above. By the method, the periodic structure 11 made of silica having a particle size of 320 nm was produced on the surface of the periodic structure 10 made of silica having a particle size of 340 nm. Similarly, a periodic structure 12 made of silica having a particle size of 300 nm was produced on the surface of the periodic structure 11 made of silica having a particle size of 320 nm.

その後、作製した周期性構造物10〜12の微粒子間に光硬化型樹脂を流しこみ、紫外線により硬化させた。その後、フッ酸を用いてシリカをエッチング除去した。   Thereafter, a photocurable resin was poured between the fine particles of the produced periodic structures 10 to 12 and cured with ultraviolet rays. Thereafter, the silica was removed by etching using hydrofluoric acid.

空隙からなる周期性構造物を得た後、再度基板9上に配置し、空隙の内部に再度、光硬化型樹脂を充填し、共焦点レーザーを用いて領域13を選択的に光硬化させたのち、硬化していない領域13以外の部分の空隙の光硬化型樹脂を除去した。   After obtaining a periodic structure consisting of voids, it was placed on the substrate 9 again, the inside of the voids was filled again with a photocurable resin, and the region 13 was selectively photocured using a confocal laser. After that, the photocurable resin in the voids other than the uncured region 13 was removed.

<実施例4>
図6は、本実施例により作製した光学素子の模式図である。
図では、粒子径、層数などは実際に作製した構造物とは異なるが、簡単に模式的に示している。図では、粒子径、層数などは実際に作製した構造物とは異なるが、簡単に模式的に示している。
<Example 4>
FIG. 6 is a schematic diagram of an optical element manufactured according to this example.
In the figure, the particle diameter, the number of layers, and the like are different from those of the actually manufactured structure, but are simply schematically shown. In the figure, the particle diameter, the number of layers, and the like are different from those of the actually manufactured structure, but are simply schematically shown.

図6に示す光学素子は、基板9上に2種類の周期性構造物14,15が形成されている。基板9の真上に形成されているのは、球形の大きさ320nmの空隙からなり、層数約20層からなる第一の周期性構造物14である。   In the optical element shown in FIG. 6, two types of periodic structures 14 and 15 are formed on a substrate 9. What is formed immediately above the substrate 9 is a first periodic structure 14 made of a spherical void having a size of 320 nm and having about 20 layers.

さらにその上に球形の大きさ300nmの空隙からなり、層数約20層からなる第二の周期性構造物15が形成されている。いずれの周期性構造物も反転構造はナノスケールのシリカ粒子の固形物からなる。   Furthermore, a second periodic structure 15 having a spherical gap of 300 nm and having about 20 layers is formed thereon. In any periodic structure, the inverted structure is made of a solid material of nanoscale silica particles.

空隙を埋めた光硬化型樹脂の粒径は、基板9に近い周期性構造物から順に粒径320nm、300nmである。また、第一の周期性構造物14、および第二の周期性構造物15の上部には一部、周期構造が存在しない領域16が存在する。そのような領域は周期構造を持たないため、特定波長の光が閉じ込められる。   The particle size of the photocurable resin filling the voids is 320 nm and 300 nm in order from the periodic structure close to the substrate 9. In addition, a region 16 where no periodic structure exists is partially present above the first periodic structure 14 and the second periodic structure 15. Since such a region does not have a periodic structure, light of a specific wavelength is confined.

以下、図6の光学素子の作製方法を、図3を用いて説明する。
まず、数cm角の石英基板6と、直径320nm、粒度分布の標準偏差が3%以内のポリスチレン微粒子分散水溶液(0.5wt%、100ml)7を用意した。
Hereinafter, a method for manufacturing the optical element in FIG. 6 will be described with reference to FIGS.
First, a quartz substrate 6 of several centimeters square and a polystyrene fine particle dispersion aqueous solution (0.5 wt%, 100 ml) 7 having a diameter of 320 nm and a standard deviation of particle size distribution within 3% were prepared.

1枚の石英基板6を、図3に示すように水面が垂直になるように溶液に浸し、石英基板6の上部を固定した。1週間程度そのまま放置し、溶液内の溶媒を乾燥させた。その後、石英基板6を取り出し、十分乾燥させた。この際に、石英基板間には自己組織化によりポリスチレン微粒子による周期性構造物8が形成された。この周期性構造物8が図6における周期性構造物14に相当する。   One quartz substrate 6 was immersed in the solution so that the water surface was vertical as shown in FIG. 3, and the upper part of the quartz substrate 6 was fixed. The solution was left as it was for about one week to dry the solvent in the solution. Thereafter, the quartz substrate 6 was taken out and sufficiently dried. At this time, a periodic structure 8 made of polystyrene fine particles was formed between the quartz substrates by self-organization. This periodic structure 8 corresponds to the periodic structure 14 in FIG.

その後、周期性構造物14が形成された石英基板6を、再度、直径300nm、粒度分布の標準偏差が3%以内のポリスチレン微粒子分散水溶液(0.5wt%、100ml)中に浸し、上記と同様の方法により、粒径320nmのポリスチレンによる周期性構造物14の表面に粒径300nmのポリスチレンによる周期性構造物15を作製した。   Thereafter, the quartz substrate 6 on which the periodic structure 14 is formed is again immersed in a polystyrene fine particle dispersion aqueous solution (0.5 wt%, 100 ml) having a diameter of 300 nm and a standard deviation of the particle size distribution of 3% or less. The periodic structure 15 made of polystyrene having a particle size of 300 nm was produced on the surface of the periodic structure 14 made of polystyrene having a particle size of 320 nm by the above method.

その後、作製した第一の周期性構造物14および第二の周期性構造物15の、上部に位置する微粒子数層の一部をフェムト秒レーザーを用いて除去して欠陥のある領域16を形成した。   Thereafter, a part of the few fine particle layers located on the first periodic structure 14 and the second periodic structure 15 thus produced are removed using a femtosecond laser to form a defective region 16. did.

その後、微粒子間にナノスケールからなるシリカ粒子を流しこみ、500℃で5時間の加熱を行った。ポリスチレンを焼失させることにより空隙からなる周期性構造物を得た。フェムト秒レーザーを用いて微粒子を除去した領域16は欠陥となるため、特定の波長の光を閉じ込めることができる。   Thereafter, nanoscale silica particles were poured between the fine particles, and heating was performed at 500 ° C. for 5 hours. A periodic structure composed of voids was obtained by burning out polystyrene. Since the region 16 from which the fine particles have been removed using the femtosecond laser becomes a defect, light having a specific wavelength can be confined.

<実施例5>
図7は、本実施例により作製した光学素子の模式図である。
図では、粒子径、層数などは実際に作製した構造物とは異なるが、簡単に模式的に示している。
<Example 5>
FIG. 7 is a schematic view of an optical element manufactured according to this example.
In the figure, the particle diameter, the number of layers, and the like are different from those of the actually manufactured structure, but are simply schematically shown.

本実施例の光学素子は、前述した実施例と同様にして粒径の異なるポリスチレン微粒子からなる第一および第二の周期性構造物2,3を形成し、その上面にポリスチレン微粒子が存在しない欠陥領域17をフェムト秒レーザーなどで形成したものである。   In the optical element of this example, the first and second periodic structures 2 and 3 composed of polystyrene fine particles having different particle diameters are formed in the same manner as in the above-described example, and the defect in which the polystyrene fine particles do not exist on the upper surface thereof. The region 17 is formed by a femtosecond laser or the like.

以上、本発明を説明するために実施例1〜5を説明してきたが、本発明はこれらの実施例にとどまることなく、様々な応用が可能なことは言うまでもない。   As mentioned above, although Example 1-5 has been demonstrated in order to demonstrate this invention, it cannot be overemphasized that a various application is possible for this invention not only in these Examples.

例えば、本発明における微粒子の種類は、実施例で示したシリカ、ポリエチレンのほかに、例えば酸化ジルコニウムなどを用いてよい。   For example, as the kind of fine particles in the present invention, for example, zirconium oxide may be used in addition to silica and polyethylene shown in the examples.

また、微粒子径は通常数nmから数百nmのものが市販されているが、これらに限定されるものではない。   Moreover, although the fine particle diameter is usually from several nanometers to several hundred nanometers, it is not limited to these.

また、周期構造物を作製するために使用する微粒子径を変更することによって、閉じ込める光の波長を選択することができる。   Further, the wavelength of light to be confined can be selected by changing the diameter of the fine particles used for producing the periodic structure.

また、周期性構造物の作製方法は、例えば、(イ)基板を水平に設置する、(ロ)基板に加工を施すなど、他の作製方法による周期性構造物であってもよい。   In addition, the periodic structure may be manufactured by, for example, a periodic structure by another manufacturing method such as (b) placing the substrate horizontally or (b) processing the substrate.

また、周期性構造物は2枚の基板間に作製して、一方の基板を取り外す方法を採用しても、図3のように、最初から1枚の基板表面に作製する方法のいずれでもよい。   Further, the periodic structure may be formed between two substrates, and one of the substrates may be removed, or either one of the methods of manufacturing a single substrate surface from the beginning as shown in FIG. .

また、作製される周期性構造物、使用する基板等の大きさ等は限定されず、また材質も請求項を満たす範囲で限定されない。   Further, the size of the periodic structure to be manufactured, the substrate to be used, and the like are not limited, and the material is not limited as long as it satisfies the claims.

さらに、周期性構造物作製時における溶液濃度、温度なども実施例の値に限定されない。   Furthermore, the solution concentration, temperature, etc. at the time of producing the periodic structure are not limited to the values in the examples.

また、本発明のように、微粒子が自己組織的に配列する現象を利用したボトムアップ手法は、エッチング装置などを用いて材料を加工するトップダウン手法と比較して、材料の無駄がなく、プロセスとしても容易であるため、省資源・省エネルギーであり、環境面でも非常に優れている。   In addition, as in the present invention, the bottom-up method using the phenomenon in which fine particles are arranged in a self-organized manner is less wasteful of the material than the top-down method of processing a material using an etching apparatus or the like, and the process Because it is easy, it saves resources and energy and is very excellent in terms of environment.

また、トップダウン方式では、真空装置は真空ポンプ、ヒータなども用いるので電力を大量に長時間使用する上、材料が無駄になるが、本発明のようなボトムアップ手法によると、基板を微粒子分散液に浸すことにより微粒子が集積し、周期性構造物が形成されるので、作製に要するエネルギーが格段に小さく、プロセスそのものも省エネルギーになる。また作製プロセスに用いる溶媒なども回収が容易で、省資源かつ環境に優しいという効果もある。   In the top-down method, the vacuum device also uses a vacuum pump, a heater, etc., so that a large amount of power is used for a long time and material is wasted. However, according to the bottom-up method as in the present invention, the substrate is dispersed in fine particles. By soaking in the liquid, fine particles accumulate and a periodic structure is formed, so that the energy required for production is remarkably small, and the process itself is also energy saving. In addition, the solvent used in the manufacturing process can be easily recovered, saving resources and being environmentally friendly.

上記実施例においては、周期性構造物内に周期性の崩れた領域を設けることによって、その領域に特定波長の光を閉じ込めることを可能にしているが、その際、周期性の崩れた領域を周期性構造物の内部に閉じ込めると光レーザー用の光共振器などとして機能し、周期性の崩れた領域を周期性構造物の一方の端部から他方の端部に繋がるようにすると光導波路として機能することはいうまでもない。   In the above embodiment, it is possible to confine light of a specific wavelength in the periodic structure by providing a region where the periodicity is lost in the periodic structure. If it is confined inside the periodic structure, it functions as an optical resonator for an optical laser, etc., and if the region where the periodicity is broken is connected from one end to the other end of the periodic structure, it serves as an optical waveguide. Needless to say, it works.

実施例1にて作製された光学素子の正面図である。1 is a front view of an optical element manufactured in Example 1. FIG. 実施例1にて作製された光学素子の正面拡大図である。3 is an enlarged front view of an optical element manufactured in Example 1. FIG. 微粒子による周期性構造物の作製方法概略図である。It is a manufacturing method schematic diagram of a periodic structure by fine particles. 実施例2および実施例3にて作製された正面図である。6 is a front view produced in Example 2 and Example 3. FIG. 実施例2および実施例3にて作製された光学素子の正面拡大図である。6 is an enlarged front view of an optical element manufactured in Example 2 and Example 3. FIG. 実施例4にて作製された光学素子の正面図である。6 is a front view of an optical element manufactured in Example 4. FIG. 実施例5にて作製された光学素子の正面図である。10 is a front view of an optical element manufactured in Example 5. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1:基板
2:第一の周期性構造物
3:第二の周期性構造物
4:第三の周期性構造物
5:微粒子間が他材料により埋められた領域、
6:基板
7:微粒子を含むコロイド液
8:基板上に形成された微粒子による周期性構造物
9:基板
10:空隙による第一の周期性構造物
11:空隙による第二の周期性構造物
12:空隙による第三の周期性構造物
13:空隙内が他材料により充填された領域
14:空隙による第一の周期性構造物
15:空隙による第二の周期性構造物
16:欠陥領域
17:空隙欠陥領域
1: Substrate 2: First periodic structure 3: Second periodic structure 4: Third periodic structure 5: Region where fine particles are filled with other materials,
6: Substrate 7: Colloid liquid containing fine particles 8: Periodic structure by fine particles formed on substrate 9: Substrate 10: First periodic structure by voids 11: Second periodic structure by voids 12 : Third periodic structure with voids 13: region filled with other materials in the voids 14: first periodic structure with voids 15: second periodic structure with voids 16: defect region 17: Void defect area

Claims (14)

球状物質の周期構造、もしくはその反転構造によりフォトニックバンドギャップを形成するフォトニック結晶を用いた光学素子であって、
周期長の異なる周期構造体を基板に対して平行に複数有し、該周期構造体の各々はその内部に周期性が崩された領域を含むことを特徴とする光学素子。
An optical element using a photonic crystal that forms a photonic band gap by a periodic structure of a spherical substance or an inverted structure thereof,
An optical element comprising a plurality of periodic structures having different periodic lengths in parallel to the substrate, each of the periodic structures including a region in which periodicity is lost.
請求項1記載の光学素子において、
前記周期性が崩された領域は、空隙あるいは周囲の周期構造とは異なる周期構造を有する領域であることを特徴とする光学素子。
The optical element according to claim 1, wherein
The optical element according to claim 1, wherein the region in which the periodicity is broken is a region having a periodic structure different from a gap or a surrounding periodic structure.
請求項1または2記載の光学素子を用いたことを特徴とする光導波路。   An optical waveguide using the optical element according to claim 1. 請求項1または2記載の光学素子を用いたことを特徴とする光学レーザー素子。   An optical laser element using the optical element according to claim 1. コロイド溶液を用いて、基板の表面に微粒子を周期的に配列させることにより周期性構造物を作製する工程(A)
前記工程(A)にて作製した周期性構造物の表面に、前記工程(A)にて使用した微粒子とは材質もしくは粒子径が異なる微粒子を周期的に配列させる工程(B)
以下、前記工程(A)および(B)と同様に、新たに作製された周期性構造物の表面に、それまでに配列に使用した微粒子とは材質もしくは粒子径が異なる微粒子を周期的に配列させる工程を1回以上繰り返す工程(C)
前記工程(A)〜(C)において作製された各周期性構造物に対し、部分的に材料を充填および固定化し、周期性が崩された領域を形成する工程(D)
を有することを特徴とする光学素子の作製方法。
Step (A) of producing a periodic structure by periodically arranging fine particles on the surface of a substrate using a colloid solution
Step (B) of periodically arranging fine particles having a different material or particle diameter from the fine particles used in Step (A) on the surface of the periodic structure produced in Step (A).
Thereafter, similarly to the steps (A) and (B), fine particles having a different material or particle diameter from the fine particles used in the arrangement are periodically arranged on the surface of the newly produced periodic structure. Step (C) of repeating the step to be repeated at least once
Step (D) of partially filling and fixing a material to each periodic structure manufactured in the steps (A) to (C) to form a region in which the periodicity is lost.
A method for manufacturing an optical element, comprising:
コロイド溶液を用いて、基板の表面に微粒子を周期的に配列させることにより周期性構造物を作製する工程(A)
前記工程(A)にて作製された周期性構造物の表面に、前記工程(A)にて使用した微粒子とは材質もしくは粒子径が異なる微粒子を周期的に配列させる工程(B)
以下、前記工程(A)および(B)と同様に、新たに作製された周期性構造物の表面に、それまでに配列に使用した微粒子とは材質もしくは粒子径が異なる微粒子を周期的に配列させる工程を1回以上繰り返す工程(C)
前記工程(A)〜(C)において作製された各周期性構造物に対し、部分的に微粒子を除去し、周期性が崩された領域を形成する工程(D)
を有することを特徴とする光学素子の作製方法
Step (A) of producing a periodic structure by periodically arranging fine particles on the surface of a substrate using a colloid solution
Step (B) of periodically arranging fine particles having a different material or particle diameter from the fine particles used in Step (A) on the surface of the periodic structure produced in Step (A).
Thereafter, similarly to the steps (A) and (B), fine particles having a different material or particle diameter from the fine particles used in the arrangement are periodically arranged on the surface of the newly produced periodic structure. Step (C) of repeating the step to be repeated at least once
Step (D) in which fine particles are partially removed from each periodic structure produced in steps (A) to (C) to form a region in which the periodicity is lost.
For manufacturing an optical element characterized by comprising
コロイド溶液を用いて、基板の表面に微粒子を周期的に配列させることにより周期性構造物を作製する工程(A)
前記工程(A)にて作製した周期性構造物の表面に、前記工程(A)にて使用した微粒子とは粒子径が異なる微粒子を周期的に配列させる工程(B)
以下、前記工程(A)および(B)と同様に、新たに作製された周期性構造物の表面に、それまでに配列に使用した微粒子とは粒子径が異なる微粒子を周期的に配列させる工程を1回以上繰り返す工程(C)
前記工程(A)〜(C)で作製された周期性構造物の微粒子間に、配列に用いた微粒子とは異なる材質の材料を充填し、それを固化もしくは固定化する工程(D)
前記微粒子を除去する工程(E)
前記工程(A)〜(E)において作製された各周期性構造物に対し、前記工程(D)で使用した材料とは異なる材料を部分的に充填および固定化し、周期性が崩された領域を形成する工程(F)
を有することを特徴とする光学素子の作製方法
Step (A) of producing a periodic structure by periodically arranging fine particles on the surface of a substrate using a colloid solution
Step (B) of periodically arranging fine particles having a particle diameter different from the fine particles used in Step (A) on the surface of the periodic structure produced in Step (A).
Hereinafter, similarly to the steps (A) and (B), a step of periodically arranging fine particles having a particle diameter different from the fine particles used for the arrangement on the surface of the newly produced periodic structure. Step (C) to repeat at least once
Step (D) of filling the material of the material different from the fine particles used for the arrangement between the fine particles of the periodic structure produced in the steps (A) to (C) and solidifying or immobilizing it.
Step (E) for removing the fine particles
A region in which the periodicity is destroyed by partially filling and fixing a material different from the material used in the step (D) for each periodic structure manufactured in the steps (A) to (E). Forming step (F)
For manufacturing an optical element characterized by comprising
コロイド溶液を用いて、基板の表面に微粒子を周期的に配列させることにより周期性構造物を作製する工程(A)
前記工程(A)にて作製した周期性構造物の表面に、前記工程(A)にて使用した微粒子とは粒子径が異なる微粒子を周期的に配列させる工程(B)
前記工程(A)および(B)と同様に、新たに作製された周期性構造物の表面に、それまでに配列に使用した微粒子とは粒子径が異なる微粒子を周期的に配列させる工程を1回以上繰り返す工程(C)
前記工程(A)〜(C)で作製された周期性構造物の微粒子間に、前記配列に用いた微粒子とは異なる材質の材料を充填し、それを固化もしくは固定化する工程(D)
前記微粒子を除去する工程(E)
前記工程(A)〜(E)において作製された各周期性構造物に対し、前記工程(D)で使用した材料と同質の材料を部分的に充填および固定化し、周期性が崩された領域を形成する工程(F)
を有することを特徴とする光学素子の作製方法
Step (A) of producing a periodic structure by periodically arranging fine particles on the surface of a substrate using a colloid solution
Step (B) of periodically arranging fine particles having a particle diameter different from the fine particles used in Step (A) on the surface of the periodic structure produced in Step (A).
Similarly to the steps (A) and (B), the step of periodically arranging fine particles having a particle diameter different from the fine particles used for the arrangement on the surface of the newly produced periodic structure 1 Step (C) to repeat more than once
Step (D) of filling a material of a material different from the fine particles used in the arrangement between the fine particles of the periodic structure produced in the steps (A) to (C) and solidifying or immobilizing it.
Step (E) for removing the fine particles
A region in which the periodicity is destroyed by partially filling and fixing the same material as that used in the step (D) for each periodic structure manufactured in the steps (A) to (E). Forming step (F)
For manufacturing an optical element characterized by comprising
コロイド溶液を用いて、基板の表面に微粒子を周期的に配列させることにより周期性構造物を作製する工程(A)
前記工程(A)にて作製された周期性構造物の表面に、前記工程(A)にて使用した微粒子とは粒子径が異なる微粒子を周期的に配列させる工程(B)
前記工程(A)および(B)と同様に、新たに作製された周期性構造物の表面に、それまでに配列に使用した微粒子とは粒子径が異なる微粒子を周期的に配列させる工程を1回以上繰り返す工程(C)
前記工程(A)〜(C)で作製された周期性構造物の微粒子の一部を除去する工程(D)
前記工程(A)〜(D)で作製された周期性構造物の微粒子間に、配列に用いた微粒子とは異なる材質の材料を充填し、それを固化もしくは固定化する工程(E)
前記微粒子を除去する工程(F)
を有することを特徴とする光学素子の作製方法
Step (A) of producing a periodic structure by periodically arranging fine particles on the surface of a substrate using a colloid solution
Step (B) of periodically arranging fine particles having a particle diameter different from the fine particles used in Step (A) on the surface of the periodic structure produced in Step (A).
Similarly to the steps (A) and (B), the step of periodically arranging fine particles having a particle diameter different from the fine particles used for the arrangement on the surface of the newly produced periodic structure 1 Step (C) to repeat more than once
A step (D) of removing a part of the fine particles of the periodic structure produced in the steps (A) to (C).
Step (E) of filling the material of the material different from the fine particles used for the arrangement between the fine particles of the periodic structure produced in the steps (A) to (D) and solidifying or immobilizing it.
Step (F) for removing the fine particles
For manufacturing an optical element characterized by comprising
請求項5〜9のいずれかに記載の光学素子の作製方法において、
前記工程(A)〜(C)におけるコロイド液は、シリカ微粒子、ポリスチレン微粒子もしくはポリメタクリル酸メチル微粒子を含むことを特徴とする光学素子の作製方法。
In the manufacturing method of the optical element in any one of Claims 5-9,
The method for producing an optical element, wherein the colloidal liquid in the steps (A) to (C) contains silica fine particles, polystyrene fine particles, or polymethyl methacrylate fine particles.
請求項7〜9のいずれかに記載の光学素子の作製方法において、
前記周期性構造物の微粒子間に、配列に用いた微粒子とは異なる材質の材料を充填し、それを固化もしくは固定化する工程は、微粒子間への充填材料として、光もしくは熱により重合するモノマーを用い、ポリマーとして固定化する工程であることを特徴とする光学素子の作製方法。
In the manufacturing method of the optical element in any one of Claims 7-9,
A step of filling a material of a material different from the fine particles used for the arrangement between the fine particles of the periodic structure and solidifying or fixing the material is a monomer that is polymerized by light or heat as a filling material between the fine particles. A method for producing an optical element, which is a step of immobilizing as a polymer.
請求項7〜9のいずれかに記載の光学素子の作製方法において、
前記周期性構造物の微粒子間に、配列に用いた微粒子とは異なる材質の材料を充填し、それを固化もしくは固定化する工程は、微粒子間への充填材料として、ナノスケールのシリカ粒子もしくはチタニア粒子などを含む溶液を用い、それらの乾燥および加熱により、ナノスケールの粒子を固定化する工程であることを特徴とする光学素子の作製方法。
In the manufacturing method of the optical element in any one of Claims 7-9,
The step of filling the material of the periodic structure with a material different from the fine particles used for the arrangement and solidifying or fixing the material is a nanoscale silica particle or titania as a filling material between the fine particles. A method for producing an optical element, which is a step of immobilizing nanoscale particles by drying and heating a solution containing particles and the like.
請求項7〜9のいずれかに記載の光学素子の作製方法において、
前記微粒子を除去する工程は、熱による微粒子の焼失である特徴とする光学素子の作製方法。
In the manufacturing method of the optical element in any one of Claims 7-9,
The method for producing an optical element, wherein the step of removing the fine particles is burning of the fine particles by heat.
請求項7〜9のいずれかに記載の光学素子の作製方法において、
前記微粒子を除去する工程は、液相における化学反応による除去であることを特徴とする光学素子の作製方法。
In the manufacturing method of the optical element in any one of Claims 7-9,
The method for producing an optical element, wherein the step of removing the fine particles is removal by a chemical reaction in a liquid phase.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008096919A (en) * 2006-10-16 2008-04-24 Fuji Xerox Co Ltd Optical composition for multicolor display and manufacturing method thereof, and optical element and display method thereof
KR100872263B1 (en) * 2007-10-29 2008-12-05 삼성전기주식회사 Constraining green sheet and manufacturing method of multi-layer ceramic substrate using the same
US9081172B2 (en) 2009-01-13 2015-07-14 Fuji Xerox Co., Ltd. Pressure-sensitive display medium and writing display apparatus using the same

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008096919A (en) * 2006-10-16 2008-04-24 Fuji Xerox Co Ltd Optical composition for multicolor display and manufacturing method thereof, and optical element and display method thereof
KR100872263B1 (en) * 2007-10-29 2008-12-05 삼성전기주식회사 Constraining green sheet and manufacturing method of multi-layer ceramic substrate using the same
US9081172B2 (en) 2009-01-13 2015-07-14 Fuji Xerox Co., Ltd. Pressure-sensitive display medium and writing display apparatus using the same

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