JP2006258865A - Optical component and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical component which is designed so that respective outgoing beams are in parallel when utilizing the optical path shift in a photonic crystal of face-centered cubic crystal structure oriented to (111), and to provide a manufacturing method of the optical component. <P>SOLUTION: In the optical component, the (111) surface of a dielectric periodical structure (photonic crystal 20) having face-centered cubic crystal formed on a transparent dielectric substrate is brought into contact with the transparent dielectric substrate 10, wherein a surface on the opposite side to the surface on which the dielectric periodical structure 20 of the transparent dielectric substrate 10 is formed is a cross-section in parallel to an arbitrary (111) surface of the dielectric periodical structure 20 and has a convex shape or a concave shape. As the dielectric periodical structure 20, an opal crystal in which globular transparent dielectric particles are integrated to a surface-centered crystal, such a structure that globular voids are arranged in transparent dielectric 1 into a face-centered cubic crystal shape and, in the globular voids, transparent dielectric 2 having a refractive index different from that of the transparent dielectric 1 is packed, such an inverse opal crystal that the globular voids are arranged in the transparent dielectric into a face-centered cubic crystal shape and the like can be used. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、誘電体周期構造体を有するフォトニック結晶の異常光学特性を利用した光学部品に係り、特に、連続的に光路を走査する微小デバイスやそれを応用した光学システム、不連続に光路を切り替える微小デバイスやそれを応用した光学システムなどに好適な光学部品とその製造方法に関する。   The present invention relates to an optical component that utilizes anomalous optical characteristics of a photonic crystal having a dielectric periodic structure, and in particular, a micro device that continuously scans an optical path, an optical system that uses the optical device, and a discontinuous optical path. The present invention relates to an optical component suitable for a microdevice to be switched, an optical system to which the microdevice is applied, and a manufacturing method thereof.

フォトニック結晶のスーパープリズム効果を用いた光走査に関する従来文献としては次のようなものがある。   The following documents are related to optical scanning using the super prism effect of a photonic crystal.

特開2004−157421号公報「1次元フォトニック結晶を用いた光学素子」(特許文献1)には、多層膜構造を基本とする1次元フォトニック結晶において、膜面とは平行でない第2の傾斜面を形成することにより、入射光の光束がある程度太くても対応できるようにした光学素子が開示されている。   Japanese Patent Laid-Open No. 2004-157421 “Optical Element Using One-Dimensional Photonic Crystal” (Patent Document 1) discloses a second one that is not parallel to the film surface in a one-dimensional photonic crystal based on a multilayer structure. There has been disclosed an optical element that can cope with an incident light beam having a certain thickness by forming an inclined surface.

また、特開2003−329823号公報「1次元フォトニック結晶を用いた光学素子およびそれを用いた分光装置」(特許文献2)には、多層膜からなる1次元フォトニック結晶を三角プリズム状に加工し、光の入射端面側に位相変調手段を設けることにより、特定の高次バンド光のみ伝播できるようにし、これを光導波路内に形成することにより、高い分解能を有する小型の分光装置が構成できるようにした技術が開示されている。   Japanese Patent Laid-Open No. 2003-329823, “Optical Element Using One-Dimensional Photonic Crystal and Spectroscopic Device Using The Same” (Patent Document 2) describes a one-dimensional photonic crystal formed of a multilayer film in a triangular prism shape. By processing and providing phase modulation means on the light incident end face side, only specific high-order band light can be propagated, and by forming this in the optical waveguide, a compact spectroscopic device with high resolution can be configured A technique that enables this is disclosed.

また、特開2003−255116号公報「光学素子」(特許文献3)には、従来、2次元フォトニック結晶では、プリズムとして利用する場合には、出射面側に斜め加工を施す必要があり、これは従来非常に困難であったが、この公報では、2次元フォトニック結晶の繰り返し構造を有しているx軸とy軸のy−z平面から光を入射させることにより、上記問題を解決するようにした光学素子が開示されている。   In addition, in JP-A-2003-255116, “optical element” (Patent Document 3), in a conventional two-dimensional photonic crystal, when used as a prism, it is necessary to perform oblique processing on the exit surface side. This has been very difficult in the past, but in this publication, the above problem is solved by making light incident from the yz planes of the x-axis and y-axis having a two-dimensional photonic crystal repetitive structure. An optical element configured to do so is disclosed.

また、特開2003−195002号公報「光学デバイス」(特許文献4)には、有機材料を用いた有機フォトニック結晶による光偏向素子、光合波素子および走査装置などの光学デバイスについて開示されている。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-195002 “Optical Device” (Patent Document 4) discloses an optical device such as an optical deflection element, an optical multiplexing element, and a scanning device using an organic photonic crystal using an organic material. .

また、特開2002−71982号公報「光素子、光偏向素子、光合波素子および走査装置」(特許文献5)には、フォトニック結晶において、出射光を大きく振るためには、入射面とは異なる面から出射する必要があり、この異なる入射面と出射面の間で光が通る条件にて、入射面と出射面の角度を決めるようにした素子が開示されている。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-71982 “Optical Element, Optical Deflection Element, Optical Multiplexing Element, and Scanning Device” (Patent Document 5) describes an incident surface in a photonic crystal in order to greatly shake emitted light. An element is disclosed in which the angle between the incident surface and the exit surface is determined under the condition that light must be emitted from different surfaces and light passes between the different entrance surfaces and the exit surface.

特開2004−157421号公報JP 2004-157421 A 特開2003−329823号公報JP 2003-329823 A 特開2003−255116号公報JP 2003-255116 A 特開2003−195002号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-195002 特開2002−71982号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2002-71982

フォトニック結晶は、屈折率の異なった二つ以上の材料(一方は空気でも可)が、空間的な対称性・規則性を有して、配置された周期構造を有する材料である。フォトニック結晶は、この規則構造・周期構造を有することにより、従来の光学材料では得られなかった特性を発揮するようになる。   A photonic crystal is a material having a periodic structure in which two or more materials having different refractive indexes (one may be air) have spatial symmetry and regularity. Since the photonic crystal has this regular structure / periodic structure, the photonic crystal exhibits characteristics that cannot be obtained by conventional optical materials.

そして、フォトニック結晶の期待されている特性のひとつとして、通常の光学材料では実現できないようなプリズム特性を有するスーパープリズム効果や、光が広がらずに結晶中を伝搬するスーパーコリメート効果などがある。   One of the expected characteristics of the photonic crystal is a super prism effect having prism characteristics that cannot be realized by a normal optical material, and a super collimating effect in which light propagates through the crystal without spreading.

図10(a)は通常のプリズムの場合の光の屈折例を示す図であり、図10(b)はスーパープリズム効果を有する場合の光の屈折例を示す図である。このように、スーパープリズムでは通常のプリズムとは全く異なる特性を示している。   FIG. 10A is a diagram illustrating an example of light refraction in the case of a normal prism, and FIG. 10B is a diagram illustrating an example of light refraction in the case of having a super prism effect. As described above, the super prism exhibits completely different characteristics from the normal prism.

また、図11は、スーパーコリメート効果を説明するための図であり、光が結晶中を広がらずに伝搬する様子を示している。   Moreover, FIG. 11 is a figure for demonstrating the super collimating effect, and has shown a mode that light propagates without spreading in a crystal | crystallization.

このようなフォトニック結晶のスーパープリズム効果やスーパーコリメート効果などの特性を利用可能とすることにより、小さな空間で大きく光路を連続的に曲げたり、急激に光路を変更させたりすることが可能になる。   By making it possible to use characteristics such as the super prism effect and super collimation effect of photonic crystals, it becomes possible to bend the light path continuously in a small space or to change the light path rapidly. .

次に、こうしたスーパープリズム効果やスーパーコリメータ効果がどのようにして発現するかを、等周波数となる波数(k)の位置を波数空間(k空間)にて描いた分散面を考えることにより説明する。   Next, how such a super prism effect and a super collimator effect are expressed will be described by considering a dispersive surface in which the positions of wave numbers (k) having equal frequencies are drawn in the wave number space (k space). .

分散面による考え方を説明するために、まず最初に、図面を用いて、真空(あるいは空気)から通常の等方的な媒質に光が入射した場合の考え方について説明を行う。   In order to explain the concept based on the dispersion surface, first, the concept when light is incident on a normal isotropic medium from vacuum (or air) will be described with reference to the drawings.

図12(a)に示すように、通常の等方的な光学媒質では、分散面の形状は球となり、k空間の原点を通る任意の断面では、ck = nω により定められる円となる。ここで、c は真空中の光速、n は屈折率、ω は角周波数である。   As shown in FIG. 12A, in a normal isotropic optical medium, the shape of the dispersion surface is a sphere, and in an arbitrary cross section passing through the origin of the k space, it is a circle defined by ck = nω. Here, c is the speed of light in vacuum, n is the refractive index, and ω is the angular frequency.

n= 1.0 の真空(あるいは空気)中の光の分散面と n = 1.5 の媒質中の分散面は、図12(b)に示すような大きさの異なる円として表現できる。   A light dispersion surface in a vacuum (or air) of n = 1.0 and a dispersion surface in a medium of n = 1.5 can be expressed as circles having different sizes as shown in FIG.

今、図12(c)に示すように、真空(あるいは空気)から n = 1.5 の媒質に光が入射する場合を考える。このとき、k空間(波数空間)の分散面表現では、図12(d)中に示す「真空中のkベクトル」の矢印のごとく現すことができる。   Consider a case where light is incident on a medium of n = 1.5 from vacuum (or air) as shown in FIG. At this time, in the dispersion plane representation of the k space (wave number space), it can appear as indicated by an arrow “k vector in vacuum” shown in FIG.

入射光となる真空中の光のkベクトルと媒質中の光のkベクトルは、媒質表面に平行な成分について保存するので、図12(d)に示すごとく、「表面からの垂線を反映した補助線」を利用して、媒質中の分散面(大きな円)と補助線との交点から媒質中のkベクトルを得ることができる。媒質中のkベクトルを知ることにより、媒質中での光の伝播方向がわかる。   Since the k vector of light in the vacuum and the k vector of light in the medium, which are incident light, are stored for components parallel to the surface of the medium, as shown in FIG. 12 (d), “auxiliary reflecting the perpendicular from the surface” Using the “line”, the k vector in the medium can be obtained from the intersection of the dispersion surface (large circle) in the medium and the auxiliary line. By knowing the k vector in the medium, the propagation direction of light in the medium can be known.

次に、フォトニック結晶の光伝播について説明する。
フォトニック結晶中の光伝播は、フォトニック結晶のバンド構造に支配されているが、高次のバンドにより形成される分散面は、球とは異なった異方性を有する形状となり、利用する光の周波数を適切に選択することにより、こうした異方性を有する分散面を利用することができる。例えば、面心立方晶のバンド3の分散面は、図13(a)に示すような形状になり、k=kでの断面形状は図13(b)のようになる。
Next, the light propagation of the photonic crystal will be described.
Light propagation in the photonic crystal is governed by the band structure of the photonic crystal, but the dispersion surface formed by higher-order bands has a shape with anisotropy different from that of a sphere, and the light used By appropriately selecting the frequency, a dispersion surface having such anisotropy can be used. For example, the dispersion surface of the band 3 of a face-centered cubic becomes a shape as shown in FIG. 13 (a), the cross-sectional shape in the k x = k y is as shown in FIG. 13 (b).

ここで、図13(c)に示すように、真空(あるいは空気)から(001)に配向した面心立方晶タイプのフォトニック結晶に、光が入射する場合を考える。   Here, as shown in FIG. 13C, a case where light is incident on a face-centered cubic type photonic crystal oriented from (001) to (001) from vacuum (or air) is considered.

図12で説明した通常媒質の場合と同様に、本例の場合は図13(b)中に示すような「入射光kベクトル(真空中)」と「表面からの垂線を反映した補助線」を描くことができる。   As in the case of the normal medium described with reference to FIG. 12, in this example, “incident light k vector (in vacuum)” and “auxiliary line reflecting the perpendicular from the surface” as shown in FIG. Can be drawn.

また、これも通常媒質の場合と同様にして、「表面からの垂線を反映した補助線」と「フォトニック結晶中での分散面」との交点から「フォトニック結晶中でのkベクトル」を得ることができる。   Also, as in the case of normal media, the “k vector in the photonic crystal” is calculated from the intersection of the “auxiliary line reflecting the perpendicular from the surface” and the “dispersion plane in the photonic crystal”. Obtainable.

媒質中での光伝播の群速度vは、分散面の勾配∇kωによって決まる(v=∇kω)ので、フォトニック結晶内の光伝播は、「表面からの垂線を反映した補助線」と「フォトニック結晶中での分散面」の交点から分散面と垂直な方向に伝播していくことになり、図13(b)中の「フォトニック結晶中での光伝播」の矢印で示した方向に光は伝播する。以上のように、光は、フォトニック結晶中で、通常の光学媒質とは大きく異なった挙動を示す。 Since the group velocity v g of light propagation in the medium is determined by the gradient ∇kω of the dispersion surface (v g = ∇ ), the light propagation in the photonic crystal is “an auxiliary line reflecting the perpendicular from the surface” And “dispersion plane in photonic crystal” are propagated in a direction perpendicular to the dispersion plane, and are indicated by arrows of “light propagation in photonic crystal” in FIG. The light propagates in the opposite direction. As described above, light behaves greatly different from a normal optical medium in a photonic crystal.

次に、図14−1(a)に示すように、(111)に配向した面心立方晶タイプのフォトニック結晶に、光が入射角θ、θ、θ、θ で入射する場合を考える。 Next, as shown in FIG. 14A, light is incident on the face-centered cubic type photonic crystal oriented at (111) at incident angles θ 1 , θ 2 , θ 3 , and θ 4 . Think about the case.

考え方は、上述の説明と同様であるが、結晶の表面(光の入射面)が異なるため、結晶表面において、kが保存しなければならない方向が異なってくるため、「表面からの垂線を反映した補助線」の描き方が異なってくる。   The idea is the same as described above, but since the crystal surface (light incident surface) is different, the direction in which k must be stored on the crystal surface is different. The drawing method of “Auxiliary Line” is different.

入射角θ、θ、θ、θの場合の分散面による表記は、図14−1(b)、(c)、図14−2(d)および(e)に示す。この考察から、フォトニック結晶内での光は、図15に示すように伝播する。 The notation by the dispersion surface in the case of incident angles θ 1 , θ 2 , θ 3 , and θ 4 is shown in FIGS. 14-1 (b), (c), 14-2 (d), and (e). From this consideration, the light in the photonic crystal propagates as shown in FIG.

次に、誘電体基板上に(111)に配向した面心立方晶タイプのフォトニック結晶が形成されており、光がフォトニック結晶の(111)面から入射する場合の光伝播も、上記の説明と同様に分散面の考察から知ることができる。   Next, a (111) -oriented face-centered cubic type photonic crystal is formed on the dielectric substrate, and light propagation when light is incident from the (111) plane of the photonic crystal Similar to the explanation, it can be known from the consideration of dispersion.

図16に入射角がθ3の場合の分散面による図を示す。他の入射角のものについては省略するが、結果として、入射角θ、θ、θ、θに対応して、図17に示すように、光はフォトニック結晶と誘電体基板の中を伝播して、真空中に(イ)、(ロ)、(ハ)、(ニ)と出て行く。以上までの説明、および、図14−1,図14−2、図15、図16からわかるように、上述の入射角θ、θ、θ、θは、フォトニック結晶の分散面の特徴がよくわかるような角度を選んで示している。 FIG. 16 shows a diagram of the dispersion surface when the incident angle is θ3. Although the other incident angles are omitted, as a result, as shown in FIG. 17, light is transmitted between the photonic crystal and the dielectric substrate corresponding to the incident angles θ 1 , θ 2 , θ 3 , and θ 4 . Propagate through and go out (i), (b), (c), (d) in vacuum. As can be seen from the above description and FIGS. 14-1, 14-2, 15, and 16, the incident angles θ 1 , θ 2 , θ 3 , and θ 4 are the dispersion planes of the photonic crystal. The angle is chosen so that the characteristics of can be clearly understood.

こうしたフォトニック結晶を利用する場合に、上述の例のように、入射角を変えて、出射側の光路シフトを利用する。θ〜θの領域では、大きなシフト量が得られないため、通常、シフト量を利用することは難しい。θ〜θおよびθ〜θの領域は、大きなシフト量が得られるため、この特性を利用した光路切り替えスイッチや光走査デバイスへの応用が期待できる。 When such a photonic crystal is used, the optical path shift on the exit side is used by changing the incident angle as in the above example. Since a large shift amount cannot be obtained in the range of θ 1 to θ 2 , it is usually difficult to use the shift amount. Since a large shift amount is obtained in the regions θ 2 to θ 3 and θ 3 to θ 4 , application to an optical path changeover switch and an optical scanning device using this characteristic can be expected.

上記の説明では、入射光の入射角度を変えていったが、入射角度0°(垂直入射)以外では、入射角度を変えずとも、入射光の周波数を変えることにより、利用できるフォトニック結晶の分散面の大きさが変わるので、上記と同様の効果を得ることができる。   In the above description, the incident angle of incident light is changed. However, except for an incident angle of 0 ° (perpendicular incidence), the photonic crystal that can be used can be used by changing the frequency of incident light without changing the incident angle. Since the size of the dispersion surface changes, the same effect as described above can be obtained.

本発明で対象としている問題点をわかりやすくするため、図17から、θとθだけを取り出し図18(a)に、θとθを図18(b)に示す。図18からわかるように、どちらの場合も出射光も入射光と同じ方向となるため、出射した各光の方向は異なっており、光路シフトを利用する上では都合が悪い。 In order to make it easy to understand the problems that are the subject of the present invention, only θ 2 and θ 3 are extracted from FIG. 17 and FIG. 18A shows θ 3 and θ 4 . As can be seen from FIG. 18, since the emitted light is in the same direction as the incident light in either case, the direction of each emitted light is different, which is inconvenient in using the optical path shift.

本発明は、光路シフトの特性を利用する際に問題となる上記点を解決することをその目的としている。以下、各請求項毎の具体的な目的を述べる。   An object of the present invention is to solve the above-mentioned point that becomes a problem when utilizing the characteristics of optical path shift. The specific purpose of each claim will be described below.

a)請求項1記載の発明の目的は、(111)に配向した面心立方晶タイプのフォトニック結晶において、光路シフトを利用する際に、各出射光が平行となるようにすることである。 a) An object of the invention described in claim 1 is to make each outgoing light parallel when using an optical path shift in a photonic crystal of a face-centered cubic crystal type oriented in (111). .

b)請求項2〜4記載の発明の目的は、請求項1に記載する光学部品において、(111)に配向した面心立方晶タイプのフォトニック結晶となりえる誘電体周期構造体を具体的に提示することである。 b) The object of the invention described in claims 2 to 4 is to specifically specify a dielectric periodic structure that can be a face-centered cubic type photonic crystal oriented in (111) in the optical component described in claim 1. Is to present.

c)請求項5〜7記載の発明の目的は、フォトニック結晶の結晶方位と基板の凹および凸形状の対称軸の方向が、特定の関係を有するための具体的な構造を提示することである(請求項1の目的を実現するためには、フォトニック結晶の結晶方位と基板凹および凸形状の対称軸の方向が、特定の関係を有する必要がある)。 c) The object of the invention of claims 5 to 7 is to present a specific structure for having a specific relationship between the crystal orientation of the photonic crystal and the direction of the symmetry axis of the concave and convex shapes of the substrate. (To achieve the object of claim 1, the crystal orientation of the photonic crystal and the direction of the symmetry axis of the concave and convex shapes of the substrate must have a specific relationship).

d)請求項8〜11記載の発明の目的は、フォトニック結晶の結晶方位と基板凹および凸形状の対称軸の方向が、特定の関係を有するようにするための具体的な製造方法を提示することである(請求項1の目的を実現するためには、フォトニック結晶の結晶方位と基板凹および凸形状の対称軸の方向が、特定の関係を有する必要がある)。 d) The object of the invention described in claims 8 to 11 is to provide a specific manufacturing method for making the crystal orientation of the photonic crystal and the direction of the symmetry axis of the concave and convex shapes of the substrate have a specific relationship. (To achieve the object of claim 1, the crystal orientation of the photonic crystal and the direction of the symmetry axis of the concave and convex shapes of the substrate must have a specific relationship).

本発明は、上記目的を達成するために次のような構成を採用した。以下、各請求項毎の構成を述べる。   The present invention employs the following configuration in order to achieve the above object. The configuration for each claim will be described below.

a)請求項1記載の発明は、透明誘電体基板に形成された面心立方晶を有する誘電体周期構造体の(111)面が透明誘電体基板に接している光学部品であって、前記透明誘電体基板の前記誘電体周期構造体が形成されている面とは反対側の表面が、前記誘電体周期構造体の任意の{110}面に平行な断面で、凸形状または凹形状となっていることを特徴としている。 a) The invention according to claim 1 is an optical component in which a (111) plane of a dielectric periodic structure having a face-centered cubic crystal formed on a transparent dielectric substrate is in contact with the transparent dielectric substrate, A surface of the transparent dielectric substrate opposite to the surface on which the dielectric periodic structure is formed is a cross section parallel to an arbitrary {110} plane of the dielectric periodic structure, and has a convex shape or a concave shape. It is characterized by becoming.

b)請求項2記載の発明は、請求項1に記載の光学部品において、前記誘電体周期構造体は、球状の透明誘電体粒子が面心立方晶に集積したオパール結晶であることを特徴としている。 b) The invention according to claim 2 is the optical component according to claim 1, wherein the dielectric periodic structure is an opal crystal in which spherical transparent dielectric particles are accumulated in face-centered cubic crystals. Yes.

c)請求項3記載の発明は、請求項1に記載の光学部品において、前記誘電体周期構造体は、透明誘電体1中に球状の空隙が面心立方晶状に配置されており、この球状の空隙には透明誘電体1とは屈折率の異なる透明誘電体2が満たされた構造であることを特徴としている。 c) The invention according to claim 3 is the optical component according to claim 1, wherein the dielectric periodic structure has spherical voids arranged in a face-centered cubic crystal in the transparent dielectric 1. A spherical gap is characterized by a structure in which a transparent dielectric 2 having a refractive index different from that of the transparent dielectric 1 is filled.

d)請求項4記載の発明は、請求項1に記載の光学部品において、前記誘電体周期構造体は、透明誘電体中に球状の空隙が面心立方晶状に配置されているインバースオパール結晶であることを特徴としている。 d) According to a fourth aspect of the present invention, in the optical component according to the first aspect, the dielectric periodic structure is an inverse opal crystal in which spherical voids are arranged in a face-centered cubic form in a transparent dielectric. It is characterized by being.

e)請求項5記載の発明は、請求項2に記載の光学部品において、前記透明誘電体基板のオパール結晶が形成されている側の表面には、凹凸パターンがあり、凹パターンの形状は、島状、もしくは、帯状、もしくは、帯により連結された島状であり、前記凹凸パターンの稜および谷が直線で構成されていることを特徴としている。 e) The invention according to claim 5 is the optical component according to claim 2, wherein the surface of the transparent dielectric substrate on which the opal crystal is formed has an uneven pattern, and the shape of the recessed pattern is It is an island shape, a band shape, or an island shape connected by a band, and the ridges and valleys of the uneven pattern are formed by straight lines.

f)請求項6記載の発明は、請求項3に記載の光学部品において、前記透明誘電体基板上の誘電体周期構造体は、島状、もしくは、帯状、もしくは、帯により連結された島状のパターン形状を有していることを特徴としている。 f) The invention according to claim 6 is the optical component according to claim 3, wherein the dielectric periodic structure on the transparent dielectric substrate has an island shape, a band shape, or an island shape connected by a band. It is characterized by having the following pattern shape.

g)請求項7記載の発明は、請求項4に記載の光学部品において、透明誘電体基板上のインバースオパール結晶は、島状、もしくは、帯状、もしくは、帯により連結された島状のパターン形状を有していることを特徴としている。 g) The invention according to claim 7 is the optical component according to claim 4, wherein the inverse opal crystal on the transparent dielectric substrate has an island shape, a band shape, or an island-like pattern shape connected by a band. It is characterized by having.

h)請求項8記載の発明は、請求項2、3、または4に記載の光学部品を製造する光学部品の製造方法であって、前記誘電体周期構造体の結晶方位を測定により決定した後、前記誘電体周期構造体の任意の{110}面に平行な断面で、透明誘電体基板の形状を凸形状または凹形状となるように加工することを特徴としている。 h) The invention according to claim 8 is an optical component manufacturing method for manufacturing the optical component according to claim 2, 3 or 4, wherein the crystal orientation of the dielectric periodic structure is determined by measurement. The transparent dielectric substrate is processed to have a convex shape or a concave shape in a cross section parallel to an arbitrary {110} plane of the dielectric periodic structure.

i)請求項9記載の発明は、請求項5に記載の光学部品を製造する光学部品の製造方法であって、一方の表面は任意の直線状の軸に添って凹形状または凸形状となっており、且つ、誘電体基板のもう一方の面は、凹凸パターンの稜および谷が直線で構成されている島状、もしくは、帯状、もしくは、帯により連結された島状の凹凸パターンを有している透明誘電体基板の凹凸パターンを有している側にオパール結晶を成長することを特徴としている。 i) The invention according to claim 9 is an optical component manufacturing method for manufacturing the optical component according to claim 5, wherein one surface has a concave shape or a convex shape along an arbitrary linear axis. And the other surface of the dielectric substrate has an island-shaped uneven pattern in which the ridges and valleys of the uneven pattern are constituted by straight lines, or a band-shaped or island-shaped uneven pattern connected by a band. An opal crystal is grown on the side of the transparent dielectric substrate having the concavo-convex pattern.

j)請求項10記載の発明は、請求項6に記載の光学部品を製造する光学部品の製造方法であって、請求項9に記載する工程の後、オパール結晶の透明誘電体1の球状粒子間に流動体を注入し、固化させることにより透明誘電体2とすることを特徴としている。 j) The invention according to claim 10 is a method of manufacturing an optical component for manufacturing the optical component according to claim 6, and the spherical particles of the transparent dielectric 1 of opal crystal after the step according to claim 9. A transparent dielectric 2 is obtained by injecting and solidifying a fluid between them.

k)請求項11記載の発明は、請求項7に記載の光学部品を製造する光学部品の製造方法であって、オパール結晶成長用基板の片側の面が、凹凸パターンの稜および谷が直線で構成されている島状、もしくは、帯状、もしくは、帯により連結された島状の凹凸パターンを有している透明誘電体基板の凹凸パターンを有している側にオパール結晶を形成した後、基板の片側の面が任意の直線状の軸に添って凹または凸形状となっている透明誘電体基板の平面となっている側で、上記オパール結晶を挟み、オパール結晶の球状粒子間に流動体を注入し、固化させることにより透明誘電体とした後に前記球状粒子と前記オパール結晶成長用基板を除去することを特徴としている。 k) The invention according to claim 11 is a method of manufacturing an optical component according to claim 7, wherein the surface on one side of the substrate for growing an opal crystal has straight ridges and valleys in the concavo-convex pattern. After forming the opal crystal on the side having the concavo-convex pattern of the transparent dielectric substrate having an island-shaped concavo-convex pattern connected with the island-shaped, band-shaped, or band-shaped substrate, the substrate On one side of the transparent dielectric substrate having a concave or convex shape along an arbitrary linear axis, the opal crystal is sandwiched between the spherical particles of the opal crystal. The spherical particles and the opal crystal growth substrate are removed after forming a transparent dielectric material by injecting and solidifying.

本発明によれば、光路シフトを利用する際に、各出射光が平行となるようにすることができる。以下、各請求項毎の効果を述べる。   According to the present invention, when the optical path shift is used, each outgoing light can be made parallel. The effects of each claim will be described below.

a)請求項1記載の発明の効果
請求項1,2に記載する光学部品は、フォトニック結晶の特性により、大きく光路シフトした各光路の光を平行に取り出すことが可能となる
a) Effects of the Invention According to Claim 1 The optical component according to claims 1 and 2 can take out the light of each optical path that is largely shifted in parallel due to the characteristics of the photonic crystal.

b)請求項3記載の発明の効果
請求項3に記載する光学部品は、光学部品のフォトニック結晶部に請求項2のものよりも弱変調状態とすることが可能となる。
b) Effects of Invention of Claim 3 The optical component according to claim 3 can be made to be in a weaker modulation state in the photonic crystal part of the optical component than that of claim 2.

c)請求項4記載の発明の効果
請求項4に記載する光学部品は、光学部品のフォトニック結晶部に請求項2のものよりも強変調状態とすることが可能となる。
c) Effect of the Invention According to Claim 4 The optical component according to claim 4 can be more strongly modulated than that according to claim 2 in the photonic crystal portion of the optical component.

d)請求項5記載の発明の効果
請求項5に記載する光学部品は、基板の凹凸形状にしたがって結晶の方位が決定されているので、これを利用して、フォトニック結晶の結晶方位と基板凹および凸形状の対称軸の方向が、特定の関係を有する構造とすることが可能となる。
d) Effect of Invention of Claim 5 In the optical component according to claim 5, since the crystal orientation is determined in accordance with the uneven shape of the substrate, the crystal orientation of the photonic crystal and the substrate are utilized. It becomes possible to make a structure in which the directions of the symmetry axes of the concave and convex shapes have a specific relationship.

e)請求項6記載の発明の効果
請求項6に記載する光学部品は、誘電体周期構造体のパターン形状と誘電体周期構造体の結晶の方位との相関があるので、これを利用して、フォトニック結晶の結晶方位と基板凹および凸形状の対称軸の方向が、特定の関係を有する構造とすることが可能となる。
e) Effects of the Invention of Claim 6 The optical component according to claim 6 has a correlation between the pattern shape of the dielectric periodic structure and the orientation of the crystal of the dielectric periodic structure. It is possible to obtain a structure in which the crystal orientation of the photonic crystal and the direction of the substrate concave and convex symmetrical axes have a specific relationship.

f)請求項7記載の発明の効果
請求項7に記載する光学部品は、インバースオパール構造のパターン形状とインバースオパール構造の結晶の方位との相関があるので、これを利用して、フォトニック結晶の結晶方位と基板凹および凸形状の対称軸の方向が、特定の関係を有する構造とすることが可能となる。
f) Effect of Invention of Claim 7 The optical component according to claim 7 has a correlation between the pattern shape of the inverse opal structure and the orientation of the crystal of the inverse opal structure. It becomes possible to make a structure in which the crystal orientation and the direction of the substrate concave and convex symmetrical axes have a specific relationship.

g)請求項8記載の発明の効果
請求項8に記載する光学部品の製造方法は、結晶の方位決定をした後に、基板の凹形状あるいは凸形状を形成するので、フォトニック結晶の結晶方位と基板凹および凸形状の対称軸の方向が、所望の関係を有した構造を製造することが可能になる。
g) Effects of the Invention of Claim 8 The method for manufacturing an optical component according to claim 8 forms the concave or convex shape of the substrate after determining the crystal orientation. It becomes possible to manufacture a structure in which the direction of the symmetry axis of the substrate concave and convex shapes has a desired relationship.

h)請求項9記載の発明の効果
請求項9に記載する光学部品の製造方法は、透明誘電体基板の一方の表面に、凹形状または凸形状を、もう一方の面には、裏面形状の対称軸と所望の角度関係を有する凹凸パターン(オパール結晶成長制御用テンプレート)をあらかじめ形成しておき、凹凸パターンの側にオパール結晶を形成することにより、オパール結晶の結晶方位と基板凹および凸形状の対称軸の方向が、所望の関係を有した構造を製造することが可能になる
h) Effect of the Invention of Claim 9 The method for manufacturing an optical component according to claim 9 has a concave or convex shape on one surface of the transparent dielectric substrate and a back surface shape on the other surface. A concavo-convex pattern (a template for opal crystal growth control) having a desired angular relationship with the axis of symmetry is formed in advance, and an opal crystal is formed on the side of the concavo-convex pattern. It becomes possible to manufacture a structure having a desired relationship in the direction of the symmetry axis

i)請求項10記載の発明の効果
請求項10に記載する光学部品の製造方法は、請求項9に記載する工程の後、オパール結晶の球状粒子間に流動体を注入し、固化させて形成するので、誘電体周期構造体の結晶方位と基板凹および凸形状の対称軸の方向が、所望の関係を有した構造を製造することが可能になる。
i) Effect of the Invention of Claim 10 The optical component manufacturing method of Claim 10 is formed by injecting and solidifying a fluid between spherical particles of opal crystal after the process of Claim 9. Therefore, it is possible to manufacture a structure in which the crystal orientation of the dielectric periodic structure and the direction of the substrate concave and convex symmetrical axes have a desired relationship.

j)請求項11記載の発明の効果
請求項11に記載する光学部品の製造方法は、オパール結晶成長用基板の片面に凹凸パターン(オパール結晶成長制御用テンプレート)をあらかじめ形成しておき、凹凸パターンの側にオパール結晶を形成することにより、オパール結晶のパターン形状から結晶方位がわかるようになるので、透明誘電体基板を張り合わせる際に、透明誘電体基板表面に形成された凹形状または凸形状の対称軸と結晶の結晶方位とを所望の角度で合わせることが可能となる。その結果、インバースオパール構造の結晶方位と基板凹および凸形状の対称軸の方向が、所望の関係を有した構造を製造することが可能になる。
j) Effect of the Invention of Claim 11 In the method for manufacturing an optical component according to claim 11, a concavo-convex pattern (an opal crystal growth control template) is formed in advance on one side of an opal crystal growth substrate. By forming the opal crystal on the side, the crystal orientation can be known from the pattern shape of the opal crystal. Therefore, when the transparent dielectric substrate is bonded, the concave or convex shape formed on the surface of the transparent dielectric substrate The symmetry axis of the crystal and the crystal orientation of the crystal can be adjusted at a desired angle. As a result, it is possible to manufacture a structure in which the crystal orientation of the inverse opal structure and the direction of the substrate concave and convex symmetrical axes have a desired relationship.

(発明の概要)
誘電体基板上で(111)に配向した面心立方晶タイプのフォトニック結晶の(111)面側から光を入れて光路シフトに利用しようとする場合、上で述べたように、出射光が入射光と同じ方向となるため、出射した各光の方向が異なっており、光路シフトを利用する上では都合が悪い。
(Summary of Invention)
When light is introduced from the (111) plane side of a (111) -oriented face-centered cubic type photonic crystal on a dielectric substrate and used for optical path shifting, as described above, Since it is in the same direction as the incident light, the direction of each emitted light is different, which is inconvenient in using the optical path shift.

本発明では、出射画側の誘電体基板の形状を凹形状もしくは凸形状にすることにより、出射の各光を平行にする。   In the present invention, the shape of the dielectric substrate on the outgoing image side is made concave or convex so that the outgoing lights are made parallel.

もう少し具体的に述べると、θ〜θの領域では、図1(a)に示すがごとく、誘電体基板の出射面側を凹形状に、θ〜θの領域では、図1(b)に示すがごとく、誘電体基板の出射面側を凸形とすることにより、出射してきた各光を平行にすることができる。凹形状および凸形状の曲率は、フォトニック結晶部の厚み等などにより決定する。 More specifically, as shown in FIG. 1A in the region of θ 2 to θ 3 , the exit surface side of the dielectric substrate is concave, and in the region of θ 3 to θ 4 , FIG. As shown in b), by making the emission surface side of the dielectric substrate convex, each emitted light can be made parallel. The concave and convex curvatures are determined by the thickness of the photonic crystal portion and the like.

上記説明は、k=kとなる{110}断面で見た場合の説明であり、フォトニック結晶の分散面は図13(a)のような形状をしているので、他の断面に支配されるような方向で光を入射させると、その断面形状に従った光伝播となる。したがって、光路シフトとして利用する場合には、入射光ベクトルが上記のk=kとなる{110}面内にあるようにする。 The above description is an explanation of when viewed in a k x = k y {110} cross-sectional, since the dispersion surface of the photonic crystal is shaped as in FIG. 13 (a), the other section When light is incident in such a direction as to be controlled, the light propagates according to the cross-sectional shape. Accordingly, when used as an optical path shift the incident light vector to be in the a above k x = k y {110} plane.

このように入射光ベクトルが{110}面内に存在するように光を入射させるには、発明の光学部品に結晶方位の方向がわかるような何らかの印をつけておくか(図2(a))、図1の紙面に垂直な方向に関しては平坦になっているシリンドリカル形状とする(図2(b))のがよい。   In order to make the light incident so that the incident light vector exists in the {110} plane in this way, is it necessary to mark the optical component of the invention so that the direction of the crystal orientation is known (FIG. 2 (a))? ), And a cylindrical shape that is flat in the direction perpendicular to the paper surface of FIG. 1 (FIG. 2B).

以下、本発明に係る光学部品およびその製造方法の実施例を、図面を用いて詳細に説明する。   Embodiments of an optical component and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

(実施例1)
本実施例は、請求項1、請求項2および請求項8に係る発明の実施例である。
Example 1
The present embodiment is an embodiment of the invention according to claims 1, 2, and 8.

本実施例において、粒径 350 nm の球形状単分散シリカ粒子をエタノール分散媒中に 4 wt%で分散させた原料液をオパール結晶成長用の容器に入れて、用意する。   In this example, a raw material liquid in which spherical monodispersed silica particles having a particle diameter of 350 nm are dispersed in ethanol dispersion medium at 4 wt% is prepared by putting it in a container for growing opal crystals.

基板は、両面が平滑且つ平行な石英基板を利用し、アセトン超音波洗浄を行った後、濃硫酸と過酸化水素水の混合液に1時間浸漬し、純水リンス後に乾燥させた後、片面にオパール結晶が成長しないように保護フィルム42(図3参照)を貼ったものを使用する。   The substrate uses a quartz substrate with smooth and parallel surfaces, and after ultrasonic cleaning with acetone, it is immersed in a mixed solution of concentrated sulfuric acid and hydrogen peroxide for 1 hour, rinsed with pure water, dried and then dried. In addition, a protective film 42 (see FIG. 3) is used so that no opal crystal grows.

この石英基板41を、図3に示すように、立てた状態で、成長用容器内の原料液に漬けて、恒温雰囲気43の雰囲気温度を50℃に保ち、放置する。   As shown in FIG. 3, the quartz substrate 41 is immersed in a raw material solution in a growth vessel in an upright state, and the ambient temperature of the constant temperature atmosphere 43 is kept at 50 ° C. and left.

原料液は次第に乾燥し、原料液が後退したあとにオパール結晶44が形成される。必要領域長が獲られた時点で、石英基板41を引き上げて回収する。オパール結晶44の膜厚は、原料液濃度と原料液の乾燥速度により制御が可能である。   The raw material liquid is gradually dried, and the opal crystal 44 is formed after the raw material liquid is retracted. When the necessary area length is obtained, the quartz substrate 41 is pulled up and collected. The film thickness of the opal crystal 44 can be controlled by the concentration of the raw material liquid and the drying speed of the raw material liquid.

また、この際に、条件に合わせて、適度な電解質を原料液に加えると、オパール結晶44の膜厚の均一性も確保できる。オパール結晶成長後に、片面に貼っておいた保護フィルム42をはがす。   At this time, if an appropriate electrolyte is added to the raw material liquid according to the conditions, the uniformity of the thickness of the opal crystal 44 can be secured. After the opal crystal growth, the protective film 42 attached to one side is peeled off.

オパール結晶44は、球状粒子によるオパール結晶は、面心立方晶構造を有し、成長時に、境界面として制限されている面が(111)となる性質を有しているので、成長から回収したこの状態で(111)配向が得られている。   The opal crystal 44, which is a spherical particle opal crystal, has a face-centered cubic crystal structure, and has a property that the surface restricted as a boundary surface becomes (111) during growth, and is thus recovered from the growth. In this state, (111) orientation is obtained.

この後、この結晶に、図4(a)に示すような配置でレーザー光を当てることにより、菊池・コッセル・パターンを計測する。図4において、41および44は前述の石英基板およびオパール結晶44である。これに、光拡散シートを介してレーザー光53を照射し、誘電体ブロック51に設けた観察用スクリーン52でパターンを計測する。   Thereafter, the Kikuchi / Kossel / pattern is measured by irradiating the crystal with laser light in an arrangement as shown in FIG. In FIG. 4, reference numerals 41 and 44 denote the quartz substrate and the opal crystal 44 described above. This is irradiated with a laser beam 53 through a light diffusion sheet, and a pattern is measured by an observation screen 52 provided on the dielectric block 51.

このレーザーを使った菊池・コッセル・パターン計測は、特開2004−101324号公報に詳しく記述されているので、ここでは、概略について説明する。   The Kikuchi, Kossel, and pattern measurement using this laser is described in detail in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-101324, so an outline will be described here.

菊池・コッセル・パターンは、結晶の格子サイズとレーザー光により変わるが、おおよそ図4(b)に示すような暗線パターンが観察できる。この菊池・コッセル・パターンから、同じく図4(b)中に示したように、{110}断面として利用できる方向がわかる。   The Kikuchi Kossell pattern varies depending on the crystal lattice size and the laser beam, but a dark line pattern as shown in FIG. 4B can be observed. From this Kikuchi Kossell pattern, the direction that can be used as the {110} cross section can be found as shown in FIG.

以上の計測により、結晶の方位が決定できたので、図5に示すように、図4(b)中に示した軸62とシリンドリカル形状をした誘電体基板60の対称軸61をあわせて貼りあわせる。貼り合わせの際には、石英基板と屈折率を合わせた接着剤を使用する。   Since the crystal orientation has been determined by the above measurement, the axis 62 shown in FIG. 4B and the symmetry axis 61 of the cylindrical dielectric substrate 60 are bonded together as shown in FIG. . At the time of bonding, an adhesive that matches the refractive index with the quartz substrate is used.

以上説明した工程により、図2(b)に示すような光学部品を製造することができる。以上の説明では、凸のシリンドリカル形状のものを例としたが、凹のシリンドリカル形状のものも同様の工程で製造することができる。   Through the steps described above, an optical component as shown in FIG. 2B can be manufactured. In the above description, a convex cylindrical shape is taken as an example, but a concave cylindrical shape can also be manufactured in the same process.

また、基板表面が球面形状の場合を図2(a)を用いて説明する。基板表面が球面形状の場合も、誘電体基板10とフォトニック結晶20を、結晶の方位がわかるようにあらかじめ形成しておいた印30に結晶方位を合わせて貼り合わせることにより、同様の工程にて製造することができる。このようにして製造された光学部品を図2(a)に示す。   A case where the substrate surface is spherical will be described with reference to FIG. Even when the surface of the substrate is spherical, the dielectric substrate 10 and the photonic crystal 20 are bonded to the mark 30 that has been formed in advance so that the orientation of the crystal can be understood. Can be manufactured. The optical component thus manufactured is shown in FIG.

(実施例2)
本実施例は、請求項1、請求項2、請求項5および請求項9に係る発明の実施例である。
(Example 2)
This embodiment is an embodiment of the invention according to claim 1, claim 2, claim 5 and claim 9.

本実施例では、オパール成長用基板の凹凸パターンを利用して、結晶の方位を制御して利用する例について説明を行う。本発明で述べている島状、帯状、帯により連結された凹凸パターンとは、それぞれ、図6(a),(b),(c)に示すようなパターンのことを述べている。同図において、64,66,68は出っ張っている領域(凸領域)を、65,67,69は溝となっている領域(凹領域)を示している。   In the present embodiment, an example in which the crystal orientation is controlled using the uneven pattern of the opal growth substrate will be described. The island-shaped, band-shaped, and concave / convex patterns connected by the bands described in the present invention are patterns as shown in FIGS. 6A, 6B, and 6C, respectively. In the figure, 64, 66, and 68 indicate protruding areas (convex areas), and 65, 67, and 69 indicate grooves (concave areas).

基板にこのような凹凸パターンを形成しておき、この上にオパール結晶を形成すると、粒子配列は、例えば図7のように、パターンの壁に沿って並ぶため、パターン形状により、結晶の方位を制御することができる。図7は、基板上の出っ張っている領域71によって囲まれた溝となっている領域(凹領域)に粒子70が規則的に配列された様子を示している。図8には、{110}断面として利用できる方向72も示してある。   When such a concavo-convex pattern is formed on a substrate and an opal crystal is formed thereon, the particle arrangement is aligned along the pattern wall, for example, as shown in FIG. Can be controlled. FIG. 7 shows a state in which the particles 70 are regularly arranged in a region (concave region) that is a groove surrounded by a projecting region 71 on the substrate. FIG. 8 also shows a direction 72 that can be used as a {110} cross section.

結晶の方位を制御できるようにするために、パターンは直線で構成された幾何学形状である必要がある。特に、図6(a)に示すような島状パターンの場合は、隣り合う辺の間の角度は120度、あるいは60度が望ましい。   In order to be able to control the orientation of the crystal, the pattern needs to be a geometric shape composed of straight lines. In particular, in the case of an island pattern as shown in FIG. 6A, the angle between adjacent sides is desirably 120 degrees or 60 degrees.

製造方法を説明すると、まず、片面が凸のシリンドリカル形状となった石英基板を用意する。この基板の平坦な側に、感光性の樹脂を用いて、凹凸パターンを形成する。   The manufacturing method will be described. First, a quartz substrate having a cylindrical shape with one convex surface is prepared. An uneven pattern is formed on the flat side of the substrate using a photosensitive resin.

ここでは、六角形の島状パターンの場合にどの方向が「{110}断面として利用できる方向」となるかを図7において説明しているので、凹凸パターンは六角形の島が集合したパターンの場合について説明する。   Here, in the case of a hexagonal island pattern, which direction is the “direction that can be used as a {110} cross section” is described in FIG. 7, the uneven pattern is a pattern of hexagonal islands aggregated. The case will be described.

凹凸パターンのパターニングを行う際に、反対側の面に形成されているシリンドリカル形状の対称軸が六角形のパターンに対して、図7の関係になるように形成する(図8)。図8では、パターンの方向がよくわかるように1個の島だけを書き出したが、実際には、島の繰り返しパターンでよい。   When patterning the concavo-convex pattern, the cylindrical symmetry axis formed on the opposite surface is formed so as to have the relationship of FIG. 7 with respect to the hexagonal pattern (FIG. 8). In FIG. 8, only one island is written so that the direction of the pattern can be clearly understood, but in practice, a repeating pattern of islands may be used.

次に、シリンドリカルが形成されている面に保護フィルム42を貼り、実施例1と同様の方法にて、粒径 350 nm の球形状単分散シリカ粒子を用いて、オパール結晶を形成する。所望の広さのオパール結晶が形成できたら、基板を回収する。   Next, a protective film 42 is attached to the surface on which the cylindrical is formed, and an opal crystal is formed using spherical monodispersed silica particles having a particle diameter of 350 nm by the same method as in Example 1. When an opal crystal having a desired width is formed, the substrate is recovered.

最後に、保護フィルム42を剥がすことにより、図1(b)に示すような光学部品を製造することができる。   Finally, by peeling off the protective film 42, an optical component as shown in FIG. 1B can be manufactured.

(実施例3)
本実施例は、請求項1、請求項3、請求項6および請求項10に係る発明の実施例である。
(Example 3)
This embodiment is an embodiment of the invention according to claim 1, claim 3, claim 6 and claim 10.

本実施例は、実施例2と同様の工程にて途中まで製造するが、保護フィルムを剥がす前に、オパール結晶の粒子間に、狙いとする屈折率差になるような樹脂を選んで、注入した後、固化させ、最後に、保護フィルムを剥がすことにより、図1(b)に示すような光学部品を製造することができる。   This example is manufactured to the middle in the same process as in Example 2, but before peeling off the protective film, a resin is selected and injected between the opal crystal particles so as to have a target refractive index difference. Then, it is solidified, and finally the protective film is peeled off to produce an optical component as shown in FIG.

(実施例4)
本実施例は、請求項1、請求項4、請求項7および請求項11に係る発明の実施である。
Example 4
The present embodiment is an embodiment of the invention according to claims 1, 4, 7 and 11.

本実施例では、まず、石英基板に、六角形島の集合からなる凹凸パターンを形成し、オパール結晶成長用基板とする。この基板に、実施例1と同様の方法にて、粒径 350 nm の球形状単分散シリカ粒子を用いて、オパール結晶を形成する。所望の広さのオパール結晶が形成できたら、基板を回収する。   In this embodiment, first, a concavo-convex pattern consisting of a set of hexagonal islands is formed on a quartz substrate to obtain an opal crystal growth substrate. An opal crystal is formed on this substrate using spherical monodispersed silica particles having a particle size of 350 nm by the same method as in Example 1. When an opal crystal having a desired width is formed, the substrate is recovered.

パターン形状から結晶の方位がわかるので、図9に示すように、上述の説明と同様の方向に(すなわちパターンの方向80とシリンドリカル基板78の対称軸79をあわせるように)、片面がシリンドリカル形状、もう片方の面が平坦面となっている樹脂基板(シリンドリカル基板)78を、平坦面側を貼りあわせ面として、オパール結晶77の表面に貼り合わせる。貼りあわせた面間に狙いとする屈折率の樹脂を注入し、固化させる。   Since the orientation of the crystal can be known from the pattern shape, as shown in FIG. 9, the one side is in a cylindrical shape in the same direction as described above (ie, the pattern direction 80 and the symmetry axis 79 of the cylindrical substrate 78 are aligned). A resin substrate (cylindrical substrate) 78 whose other surface is a flat surface is bonded to the surface of the opal crystal 77 with the flat surface side as a bonding surface. A resin having a target refractive index is injected between the bonded surfaces and solidified.

最後に、フッ酸エッチングにより、オパール結晶成長用基板とシリカ粒子を除去して、図1(b)に示すような光学部品を製造する。   Finally, the opal crystal growth substrate and silica particles are removed by hydrofluoric acid etching to produce an optical component as shown in FIG.

本発明における平行に取り出される出射光を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the emitted light taken out in parallel in this invention. 本発明に係る光学部品を示す図である。It is a figure which shows the optical component which concerns on this invention. オパール結晶成長法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the opal crystal growth method. 結晶方位の決定方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the determination method of a crystal orientation. シリンドリカル基板の貼りあわせを説明するための図である。It is a figure for demonstrating bonding of a cylindrical substrate. 凹凸パターンを説明するための図である(基板上方から見た図)。It is a figure for demonstrating an uneven | corrugated pattern (figure seen from the board | substrate upper direction). 凹凸パターンにより方位が制御された粒子配列を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the particle arrangement by which the direction was controlled by the uneven | corrugated pattern. パターンの方向あわせを説明するための図である。It is a figure for demonstrating pattern direction alignment. シリンドリカル基板の方向あわせを説明するための図である。It is a figure for demonstrating direction alignment of a cylindrical board | substrate. スーパープリズム効果を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the super prism effect. スーパーコリメート効果を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a super collimating effect. 分散面による光伝播の考察(通常光学媒質)を示す図である。It is a figure which shows the consideration (normal optical medium) of the light propagation by a dispersion surface. 分散面による光伝播の考察((001)配向フォトニック結晶)を示す図である。It is a figure which shows consideration ((001) orientation photonic crystal) of the light propagation by a dispersion surface. 分散面による光伝播の考察((111)配向フォトニック結晶)を示す図である(その1)。It is a figure which shows the consideration ((111) orientation photonic crystal) of the light propagation by a dispersion surface (the 1). 分散面による光伝播の考察((111)配向フォトニック結晶)を示す図である(その2)。It is a figure which shows the consideration ((111) orientation photonic crystal) of the light propagation by a dispersion surface (the 2). 真空からフォトニック結晶への入射・伝播((111)配向フォトニック結晶)を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the incident and propagation ((111) orientation photonic crystal) to a photonic crystal from a vacuum. 真空からフォトニック結晶/誘電体基板への入射・伝播(分散面)を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the incidence and propagation (dispersion surface) to a photonic crystal / dielectric substrate from a vacuum. 真空からフォトニック結晶/誘電体基板への入射・伝播((111)配向フォトニック結晶)を説明するための図である(その1)。It is a figure for demonstrating the incidence and propagation ((111) orientation photonic crystal) to a photonic crystal / dielectric substrate from a vacuum (the 1). 真空からフォトニック結晶/誘電体基板への入射・伝播((111)配向フォトニック結晶)を説明するための図である(その2)。It is a figure for demonstrating the incident and propagation ((111) orientation photonic crystal) to a photonic crystal / dielectric substrate from a vacuum (the 2).

符号の説明Explanation of symbols

10:誘電体基板
20:フォトニック結晶
30:結晶方位を示す印
41:石英基板
42:保護フィルム
43:恒温雰囲気
44:オパール結晶
51:誘電体ブロック
52:観察用スクリーン
53:レーザー光
60:シリンドリカル状誘電体基板
61:対称軸
62:菊地・コッセルパターン計測により決めた軸
64,66,68:出っ張っている領域(凸領域)
65,67,69:溝となっている領域(凹領域)
70:粒子
71:出っ張っている領域(凸領域)
72:{110}断面として利用できる方向
73:パターン形成のための感光性樹脂層
74:パターンの方向
75,76:シリンドリカル対称軸
77:オパール結晶
78:シリンドリカル基板
79:対称軸
80:パターンの方向
10: Dielectric substrate 20: Photonic crystal 30: Mark indicating crystal orientation 41: Quartz substrate 42: Protective film 43: Constant temperature atmosphere 44: Opal crystal 51: Dielectric block 52: Screen for observation 53: Laser beam 60: Cylindrical Dielectric substrate 61: Axis of symmetry 62: Axis determined by Kikuchi / Cossell pattern measurement 64, 66, 68: Protruding area (convex area)
65, 67, 69: grooved area (concave area)
70: Particle 71: Protruding area (convex area)
72: Direction that can be used as a {110} cross section 73: Photosensitive resin layer for pattern formation 74: Pattern direction 75, 76: Cylindrical symmetry axis 77: Opal crystal 78: Cylindrical substrate 79: Symmetry axis 80: Pattern direction

Claims (11)

透明誘電体基板に形成された面心立方晶を有する誘電体周期構造体の(111)面が透明誘電体基板に接している光学部品であって、
前記透明誘電体基板の前記誘電体周期構造体が形成されている面とは反対側の表面が、前記誘電体周期構造体の任意の{110}面に平行な断面で、凸形状または凹形状となっていることを特徴とする光学部品。
An optical component in which a (111) plane of a dielectric periodic structure having a face-centered cubic crystal formed on a transparent dielectric substrate is in contact with the transparent dielectric substrate,
The surface of the transparent dielectric substrate opposite to the surface on which the dielectric periodic structure is formed is a cross section parallel to an arbitrary {110} plane of the dielectric periodic structure, and has a convex shape or a concave shape. An optical component characterized by
請求項1に記載の光学部品において、
前記誘電体周期構造体は、球状の透明誘電体粒子が面心立方晶に集積したオパール結晶であることを特徴とする光学部品。
The optical component according to claim 1,
The optical periodic structure is an opal crystal in which spherical transparent dielectric particles are accumulated in face-centered cubic crystals.
請求項1に記載の光学部品において、
前記誘電体周期構造体は、透明誘電体1中に球状の空隙が面心立方晶状に配置されており、この球状の空隙には透明誘電体1とは屈折率の異なる透明誘電体2が満たされた構造であることを特徴とする光学部品。
The optical component according to claim 1,
In the dielectric periodic structure, spherical voids are arranged in a face-centered cubic shape in the transparent dielectric 1, and a transparent dielectric 2 having a refractive index different from that of the transparent dielectric 1 is provided in the spherical voids. An optical component having a filled structure.
請求項1に記載の光学部品において、
前記誘電体周期構造体は、透明誘電体中に球状の空隙が面心立方晶状に配置されているインバースオパール結晶であることを特徴とする光学部品。
The optical component according to claim 1,
2. The optical component according to claim 1, wherein the dielectric periodic structure is an inverse opal crystal in which spherical voids are arranged in a face-centered cubic form in a transparent dielectric.
請求項2に記載の光学部品において、
前記透明誘電体基板のオパール結晶が形成されている側の表面には、凹凸パターンがあり、凹パターンの形状は、島状、もしくは、帯状、もしくは、帯により連結された島状であり、前記凹凸パターンの稜および谷が直線で構成されていることを特徴とする光学部品。
The optical component according to claim 2,
The surface of the transparent dielectric substrate on which the opal crystal is formed has a concavo-convex pattern, and the shape of the concave pattern is an island shape, a band shape, or an island shape connected by a band, An optical component characterized in that the ridges and valleys of the concavo-convex pattern are composed of straight lines.
請求項3に記載の光学部品において、
前記透明誘電体基板上の誘電体周期構造体は、島状、もしくは、帯状、もしくは、帯により連結された島状のパターン形状を有していることを特徴とする光学部品。
The optical component according to claim 3,
The optical periodic component on the transparent dielectric substrate has an island shape, a band shape, or an island-like pattern shape connected by a band.
請求項4に記載の光学部品において、
透明誘電体基板上のインバースオパール結晶は、島状、もしくは、帯状、もしくは、帯により連結された島状のパターン形状を有していることを特徴とする光学部品。
The optical component according to claim 4,
An inverse opal crystal on a transparent dielectric substrate has an island shape, a band shape, or an island-like pattern shape connected by a band.
請求項2、3、または4に記載の光学部品を製造する光学部品の製造方法であって、
前記誘電体周期構造体の結晶方位を測定により決定した後、前記誘電体周期構造体の任意の{110}面に平行な断面で、透明誘電体基板の形状を凸形状または凹形状となるように加工することを特徴とする光学部品の製造方法。
An optical component manufacturing method for manufacturing the optical component according to claim 2, 3 or 4,
After the crystal orientation of the dielectric periodic structure is determined by measurement, the transparent dielectric substrate has a convex or concave shape in a cross section parallel to an arbitrary {110} plane of the dielectric periodic structure. A method for manufacturing an optical component, characterized by comprising:
請求項5に記載の光学部品を製造する光学部品の製造方法であって、
一方の表面は任意の直線状の軸に添って凹形状または凸形状となっており、且つ、誘電体基板のもう一方の面は、凹凸パターンの稜および谷が直線で構成されている島状、もしくは、帯状、もしくは、帯により連結された島状の凹凸パターンを有している透明誘電体基板の凹凸パターンを有している側にオパール結晶を成長することを特徴とする光学部品の製造方法。
An optical component manufacturing method for manufacturing the optical component according to claim 5,
One surface has a concave shape or a convex shape along an arbitrary linear axis, and the other surface of the dielectric substrate is an island shape in which the ridges and valleys of the concave-convex pattern are formed by straight lines. Or manufacturing an optical component characterized in that an opal crystal is grown on the side having a concavo-convex pattern of a transparent dielectric substrate having an concavo-convex pattern of islands connected by bands or bands. Method.
請求項6に記載の光学部品を製造する光学部品の製造方法であって、
請求項9に記載する工程の後、オパール結晶の透明誘電体1の球状粒子間に流動体を注入し、固化させることにより透明誘電体2とすることを特徴とする光学部品の製造方法。
An optical component manufacturing method for manufacturing the optical component according to claim 6,
10. A method of manufacturing an optical component, wherein after the step according to claim 9, a fluid is injected between the spherical particles of the transparent dielectric 1 of opal crystal and solidified to form the transparent dielectric 2.
請求項7に記載の光学部品を製造する光学部品の製造方法であって、
オパール結晶成長用基板の片側の面が、凹凸パターンの稜および谷が直線で構成されている島状、もしくは、帯状、もしくは、帯により連結された島状の凹凸パターンを有している透明誘電体基板の凹凸パターンを有している側にオパール結晶を形成した後、基板の片側の面が任意の直線状の軸に添って凹または凸形状となっている透明誘電体基板の平面となっている側で、上記オパール結晶を挟み、オパール結晶の球状粒子間に流動体を注入し、固化させることにより透明誘電体とした後に前記球状粒子と前記オパール結晶成長用基板を除去することを特徴とする光学部品の製造方法。
An optical component manufacturing method for manufacturing the optical component according to claim 7,
Transparent dielectric with one side of the substrate for opal crystal growth having an island-like concavo-convex pattern in which the ridges and valleys of the concavo-convex pattern are constituted by straight lines, or strips, or islands connected by strips After forming the opal crystal on the side of the body substrate having the concavo-convex pattern, the surface on one side of the substrate becomes the plane of the transparent dielectric substrate that is concave or convex along an arbitrary linear axis The opal crystal is sandwiched between the spherical particles of the opal crystal, and a fluid is injected between the opal crystals to solidify it to form a transparent dielectric, and then the spherical particles and the opal crystal growth substrate are removed. A method for manufacturing an optical component.
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