JP2010078675A - Optical deflection device and optical deflection method - Google Patents

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Daisuke Inoue
大介 井上
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical deflection device which is high in optical coupling efficiency to a two-dimensional photonic crystal, and deflects incident light at a wider deflection angle by a super-prism effect of a two-dimensional photonic crystal, and to provide an optical deflection method. <P>SOLUTION: An upper reflection mirror 18 and are lower reflection mirror 20 are arranged with a spacing so that the reflecting surfaces face each other. The two-dimensional photonic crystal 14 is a plate having a two-dimensional periodic structure, is inserted between the upper reflection mirror 18 and the lower reflection mirror 20, and is disposed approximately parallel to the lower reflection mirror 20. When the incident light L<SB>in</SB>of a predetermined wavelength is made incident at a substantial right angle with respect to the lower reflection mirror 20, the incident angle L<SB>in</SB>is repetitively reflected between the upper reflection mirror 18 and the lower reflection mirror 20, and passes the two-dimensional photonic crystal 14 a plurality of times. As a result, for the optical polarization element as a whole, the propagation direction of the light wave is drastically converted, and the diffracted light L<SB>dif</SB>is emitted in a direction different from the direction of the incident light L<SB>in</SB>. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、光偏向素子及び光偏向方法に関する。   The present invention relates to an optical deflection element and an optical deflection method.

フォトニック結晶は、その内部に周期的な屈折率分布を有する構造体である。フォトニック結晶では、特定波長範囲の光の存在が許されない「フォトニックバンドギャップ」が現れる。このバンド端での分散を利用すると、スネルの法則に従った界面での通常の屈折とは全く異なる概念の屈折が得られる。即ち、フォトニック結晶による屈折効果は、入射波長、入射角度等、種々の要因により大幅に変化する。例えば、三次元フォトニック結晶を用いて、入射波長が1%変化しただけで、光線の屈折角が50°も変化するプリズムが得られている(非特許文献1)。この屈折効果は、「スーパープリズム」効果と称されている。   A photonic crystal is a structure having a periodic refractive index distribution therein. In a photonic crystal, a “photonic band gap” that does not allow the presence of light in a specific wavelength range appears. By utilizing this dispersion at the band edge, a concept of refraction that is completely different from normal refraction at the interface according to Snell's law can be obtained. That is, the refraction effect by the photonic crystal varies greatly depending on various factors such as the incident wavelength and the incident angle. For example, using a three-dimensional photonic crystal, a prism is obtained in which the refraction angle of light rays changes by 50 ° only by changing the incident wavelength by 1% (Non-patent Document 1). This refraction effect is referred to as the “super prism” effect.

また、強誘電体から構成された二次元フォトニック結晶を用いて、印加する電圧に応じて強誘電体の屈折率を変化させて、フォトニック結晶から射出される走査光線の方向を変化させる光走査装置が提案されている(特許文献1参照)。フォトニック結晶を用いた光偏向器は、ポリゴンミラーやMEMSミラー等を用いた機械式の光偏向器と比較すると、精密な動作制御を行う必要がない、動作音が発生しない、走査角度(偏向角度)を広くできる、という利点を有している。   Also, light that changes the direction of the scanning light beam emitted from the photonic crystal by changing the refractive index of the ferroelectric according to the applied voltage using a two-dimensional photonic crystal composed of a ferroelectric material. A scanning device has been proposed (see Patent Document 1). Compared with a mechanical optical deflector using a polygon mirror, a MEMS mirror, or the like, an optical deflector using a photonic crystal does not require precise operation control, does not generate an operation sound, and has a scanning angle (deflection). The angle) can be widened.

小坂英男等、ジャーナル・オブ・ライトウエイブ・テクノロジー, 17巻, No.11, p2032〜2038, 1999年11月Hideo Kosaka et al., Journal of Lightwave Technology, Volume 17, No. 11, p2032-2038, November 1999 特開2006−178363号公報JP 2006-178363 A

しかしながら、特許文献1に記載された光走査装置では、二次元フォトニック結晶を、面内方向に光を伝搬するスラブ型導波路として用いているため、端面から光を入射させなければならず、光結合効率が低くなるという問題があった。   However, in the optical scanning device described in Patent Document 1, since the two-dimensional photonic crystal is used as a slab waveguide that propagates light in the in-plane direction, light must be incident from the end face, There was a problem that the optical coupling efficiency was lowered.

一方、光偏光素子に応用可能なフォトニック結晶としては、二次元周期構造を有する二次元フォトニック結晶の外に、三次元周期構造を有する三次元フォトニック結晶も存在する。しかしながら、三次元フォトニック結晶は製造工程が煩雑であり高価である。従って、光偏光素子等の汎用用途には、二次元フォトニック結晶の方が好適である。   On the other hand, as a photonic crystal applicable to a light polarizing element, there is a three-dimensional photonic crystal having a three-dimensional periodic structure in addition to a two-dimensional photonic crystal having a two-dimensional periodic structure. However, the three-dimensional photonic crystal has a complicated manufacturing process and is expensive. Therefore, the two-dimensional photonic crystal is more suitable for general purpose applications such as a light polarizing element.

本発明は、上記問題を鑑みなされたものであり、本発明の目的は、二次元フォトニック結晶との光結合効率が高く、二次元フォトニック結晶のスーパープリズム効果により広い偏光角度で入射光を偏向することができる光偏向素子及び光偏光方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to have high optical coupling efficiency with a two-dimensional photonic crystal and to allow incident light to be incident with a wide polarization angle by the super prism effect of the two-dimensional photonic crystal. An object of the present invention is to provide an optical deflection element and an optical polarization method capable of deflecting.

上記目的を達成するために本発明の光偏光素子は、入射光を反射する第1反射面を備えた第1反射板と、入射光を反射する第2反射面を備え、前記第2反射面が前記第1反射面に対向するように配置された第2反射板と、前記第1反射板と前記第2反射板との間に、前記第1反射板と平行に配置され、第1媒体で構成された基板内に前記第1媒体とは屈折率の異なる柱状の第2媒体が二次元周期的に配列された二次元フォトニック結晶と、を備えて構成されている。   In order to achieve the above object, an optical polarizing element of the present invention includes a first reflecting plate having a first reflecting surface that reflects incident light, and a second reflecting surface that reflects incident light, and the second reflecting surface. Is disposed between the first reflector and the second reflector, in parallel with the first reflector, and is disposed between the first reflector and the second reflector. And a two-dimensional photonic crystal in which columnar second media having a refractive index different from that of the first medium are two-dimensionally arranged.

本発明の光偏光方法は、本発明の光偏向素子を用いた光偏向方法であって、前記第1反射板及び前記第2反射板の何れか一方に入射された入射光が、前記第1反射板と前記第2反射板との間で反射されて前記二次元フォトニック結晶を複数回通過し、前記二次元フォトニック結晶により回折されて射出されるように、前記入射光を数度の入射角で入射させることを特徴としている。   The light polarization method of the present invention is a light deflection method using the light deflection element of the present invention, wherein incident light incident on one of the first reflector and the second reflector is the first. The incident light is reflected several times between the reflecting plate and the second reflecting plate, passes through the two-dimensional photonic crystal a plurality of times, and is diffracted by the two-dimensional photonic crystal and emitted. The incident light is incident at an incident angle.

上記の光偏光素子は、前記第1反射板と前記二次元フォトニック結晶との間に、電気光学効果により屈折率が変化する強誘電体層を更に挿入した構成とすることができる。この場合は、上述したように前記入射光を数度の入射角で入射させると共に、前記強誘電体層に電界を印加して電気光学効果により屈折率を変化させ、前記二次元フォトニック結晶に入射する入射光の角度を変化させて、前記回折光が射出される方向を変化させる。   The above-mentioned light polarizing element can be configured such that a ferroelectric layer whose refractive index changes due to an electro-optic effect is further inserted between the first reflecting plate and the two-dimensional photonic crystal. In this case, as described above, the incident light is incident at an incident angle of several degrees, and an electric field is applied to the ferroelectric layer to change a refractive index by an electro-optic effect, so that the two-dimensional photonic crystal is formed. The direction in which the diffracted light is emitted is changed by changing the angle of the incident light.

また、上記の光偏光素子は、前記第2反射面の前記第1反射面に対する傾きが変化するように、前記第2反射板が回転可能に配置された構成とすることができる。この場合には、上述したように前記入射光を数度の入射角で入射させると共に、前記第2反射板を回転させ、前記第2反射面の前記第1反射面に対する傾きを変化させて、前記回折光が射出される方向を変化させる。   Further, the light polarizing element may be configured such that the second reflecting plate is rotatably arranged so that an inclination of the second reflecting surface with respect to the first reflecting surface is changed. In this case, as described above, the incident light is incident at an incident angle of several degrees, the second reflecting plate is rotated, and the inclination of the second reflecting surface with respect to the first reflecting surface is changed, The direction in which the diffracted light is emitted is changed.

また、上記の光偏光素子は、前記二次元フォトニック結晶に隣接して、前記二次元フォトニック結晶を変形させる圧電素子が更に配置された構成とすることができる。この場合には、上述したように前記入射光を数度の入射角で入射させると共に、前記圧電素子により前記二次元フォトニック結晶を変形させて、前記回折光が射出される方向を変化させる。   In addition, the above-described light polarizing element may be configured such that a piezoelectric element that deforms the two-dimensional photonic crystal is further disposed adjacent to the two-dimensional photonic crystal. In this case, as described above, the incident light is incident at an incident angle of several degrees, and the two-dimensional photonic crystal is deformed by the piezoelectric element to change the direction in which the diffracted light is emitted.

更に、上記の光偏光素子は、前記第1反射面と前記第2反射面との距離が、入射光の波長に対し定在波が生じる距離となるように、前記第1反射板と前記第2反射板とを離間配置することが好ましい。   Further, the light polarizing element includes the first reflector and the second reflector so that a distance between the first reflecting surface and the second reflecting surface is a distance at which a standing wave is generated with respect to a wavelength of incident light. It is preferable that the two reflectors are spaced apart.

本発明の光偏向素子及び光偏光方法は、二次元フォトニック結晶との光結合効率が高く、二次元フォトニック結晶のスーパープリズム効果により広い偏光角度で入射光を偏向することができる、という効果を奏する。   The optical deflection element and the optical polarization method of the present invention have high optical coupling efficiency with a two-dimensional photonic crystal, and can deflect incident light with a wide polarization angle by the super prism effect of the two-dimensional photonic crystal. Play.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。   Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(基本的な動作原理)
図1は本発明の光偏光素子の基本的な動作原理を説明するための説明図である。
本発明の光偏光素子は、少なくとも、二次元フォトニック結晶14、上部反射ミラー18、及び下部反射ミラー20を備えて構成されている。二次元フォトニック結晶14は、二次元周期構造を有する板状体である。上部反射ミラー18と下部反射ミラー20とは、反射面同士が互いに対向するように離間して配置されている。二次元フォトニック結晶14は、上部反射ミラー18と下部反射ミラー20との間に挿入され、下部反射ミラー20と略平行に配置されている。
(Basic operating principle)
FIG. 1 is an explanatory diagram for explaining the basic operation principle of the light polarizing element of the present invention.
The light polarizing element of the present invention includes at least a two-dimensional photonic crystal 14, an upper reflection mirror 18, and a lower reflection mirror 20. The two-dimensional photonic crystal 14 is a plate-like body having a two-dimensional periodic structure. The upper reflection mirror 18 and the lower reflection mirror 20 are spaced apart so that the reflection surfaces face each other. The two-dimensional photonic crystal 14 is inserted between the upper reflection mirror 18 and the lower reflection mirror 20, and is disposed substantially parallel to the lower reflection mirror 20.

本発明の光偏光素子では、所定波長の入射光Linを下部反射ミラー20に対して垂直に近い角度で入射させる。即ち、入射角が数°〜十数°となるように、入射光Linを下部反射ミラー20に入射させる。入射された入射光Linは、下部反射ミラー20により反射される。反射光は、二次元フォトニック結晶14に対し面入射し、二次元フォトニック結晶14を通過して、上部反射ミラー18に到達する。上部反射ミラー18に照射された光は、上部反射ミラー18により反射される。反射光は、再度、二次元フォトニック結晶14を通過して、下部反射ミラー20に到達する。 In the light polarizing element of the present invention, it is incident at an angle nearly perpendicular to the lower reflecting mirror 20 to the incident light L in a predetermined wavelength. That is, as the angle of incidence is several ° ~ dozen °, is incident to the incident light L in the lower reflecting mirror 20. Incident incident light L in is reflected by the lower reflecting mirror 20. The reflected light is incident on the two-dimensional photonic crystal 14, passes through the two-dimensional photonic crystal 14, and reaches the upper reflection mirror 18. The light applied to the upper reflecting mirror 18 is reflected by the upper reflecting mirror 18. The reflected light again passes through the two-dimensional photonic crystal 14 and reaches the lower reflecting mirror 20.

入射光Linは、上部反射ミラー18と下部反射ミラー20との間で、上述した通り、繰り返し反射される。繰り返し反射される間に、入射光Linは、二次元フォトニック結晶14を複数回通過する。入射光Linは、二次元フォトニック結晶14に対し、常に面方向に結合するように動作する。即ち、二次元フォトニック結晶14は、その二次元周期構造によって入射された光を回折する。 The incident light L in is between the upper reflecting mirror 18 and the lower reflecting mirror 20, as described above, are repeatedly reflected. While being repeatedly reflected, the incident light L in the multiple passes through the two-dimensional photonic crystal 14. The incident light L in the relative two-dimensional photonic crystal 14, at all times operate to bind to the surface direction. That is, the two-dimensional photonic crystal 14 diffracts the incident light by the two-dimensional periodic structure.

しかしながら、二次元フォトニック結晶14を1回通過するだけでは、光波の伝搬方向を変換させる効果(回折効果)は小さい。二次元フォトニック結晶14を複数回通過することで、光偏光素子全体として見たときに、光波の伝搬方向(エネルギーの向き)が大幅に変換される。これにより回折光Ldifが、入射光Linが入射された方向(又は入射光Linが反射される方向)とは異なる方向に射出される。 However, the effect of changing the propagation direction of the light wave (diffraction effect) is small by passing through the two-dimensional photonic crystal 14 only once. By passing through the two-dimensional photonic crystal 14 a plurality of times, the propagation direction (energy direction) of the light wave is drastically converted when viewed as the entire optical polarizing element. Thus the diffracted light L dif is, the direction of the incident light L in is incident (or the incident light L in the direction to be reflected) is emitted in a direction different from the.

上述したように、上部反射ミラー18と下部反射ミラー20との間で、入射光Linを何度も反射させて、入射光Linが二次元フォトニック結晶14を複数回通過するように構成することで、スラブ型光導波路のように端面から入射させる場合と比べて、二次元フォトニック結晶14への光結合効率を増加させることができる。 As described above, between the upper reflection mirror 18 and the lower reflecting mirror 20, again the incident light L in also is reflected, configured such that the incident light L in the multiple passes through the two-dimensional photonic crystal 14 By doing so, the optical coupling efficiency to the two-dimensional photonic crystal 14 can be increased as compared with the case where the light is incident from the end face like a slab type optical waveguide.

(第1の実施の形態)
<光偏光素子の概略構成>
まず、本発明の第1の実施の形態に係る光偏光素子の概略構成を説明する。
図2は第1の実施の形態に係る光偏光素子の斜視図である。図3は図2のA-A断面図である。第1の実施の形態に係る光偏光素子は、平面視が略矩形状の基板10を備えている。基板10上には、下部スペーサ層12、二次元フォトニック結晶14、上部スペーサ層16、及び上部反射ミラー18が、基板側からこの順に積層されて、角柱状のメサが形成されている。メサの断面形状は、基板10よりも一回り小さい矩形状である。また、基板10の裏面側には、裏面を覆うように下部反射ミラー20が形成されている。上部反射ミラー18及び下部反射ミラー20以外は、入射光Linに対し透明な材料で構成されている。
(First embodiment)
<Schematic configuration of light polarizing element>
First, a schematic configuration of the light polarizing element according to the first embodiment of the present invention will be described.
FIG. 2 is a perspective view of the light polarizing element according to the first embodiment. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. The light polarizing element according to the first embodiment includes a substrate 10 having a substantially rectangular shape in plan view. On the substrate 10, the lower spacer layer 12, the two-dimensional photonic crystal 14, the upper spacer layer 16, and the upper reflection mirror 18 are stacked in this order from the substrate side to form a prismatic mesa. The cross-sectional shape of the mesa is a rectangular shape that is slightly smaller than the substrate 10. Further, a lower reflection mirror 20 is formed on the back surface side of the substrate 10 so as to cover the back surface. Except the upper reflection mirror 18 and the lower reflecting mirror 20 is composed of a transparent material to the incident light L in.

上部反射ミラー18及び下部反射ミラー20の各々は、屈折率の異なる誘電体を交互に積層した誘電体多層膜で構成された多層膜反射鏡である。上部反射ミラー18と下部反射ミラー20とは反射面が対向するように、平行に配置されている。下部スペーサ層12及び上部スペーサ層16は、メサの周辺部に枠状に形成されている。メサの中央部では、二次元フォトニック結晶14の上方及び下方には、キャビティ(空洞部)が形成されている。二次元フォトニック結晶14の構造については後述する   Each of the upper reflecting mirror 18 and the lower reflecting mirror 20 is a multilayer film reflecting mirror composed of dielectric multilayer films in which dielectrics having different refractive indexes are alternately stacked. The upper reflecting mirror 18 and the lower reflecting mirror 20 are arranged in parallel so that the reflecting surfaces face each other. The lower spacer layer 12 and the upper spacer layer 16 are formed in a frame shape around the mesa. At the center of the mesa, cavities (cavities) are formed above and below the two-dimensional photonic crystal 14. The structure of the two-dimensional photonic crystal 14 will be described later.

本実施の形態では、基板10はシリコン(Si)基板であり、下部スペーサ層12及び上部スペーサ層16は酸化シリコン(SiO)で形成されている。二次元フォトニック結晶14もシリコン(Si)基板を備えている。上部反射ミラー18と下部反射ミラー20の各々は、酸化シリコン(SiO)と酸化チタン(TiO)とを交互に積層した誘電体多層膜で構成されている。誘電体多層膜としては、例えば、厚さ263nmのSiO層と厚さ154nmのTiO層とを交互に3組ほど積層したものを用いることができる。 In the present embodiment, the substrate 10 is a silicon (Si) substrate, and the lower spacer layer 12 and the upper spacer layer 16 are formed of silicon oxide (SiO 2 ). The two-dimensional photonic crystal 14 also includes a silicon (Si) substrate. Each of the upper reflection mirror 18 and the lower reflecting mirror 20 is composed of a dielectric multilayer film formed by alternately laminating silicon oxide (SiO 2) and titanium oxide (TiO 2). As the dielectric multilayer film, for example, a film obtained by alternately stacking three sets of 263 nm thick SiO 2 layers and 154 nm thick TiO 2 layers can be used.

上部反射ミラー18と下部反射ミラー20とは、反射面間の距離が、入射光Linの波長に対し定在波が生じる距離となるように離間配置することが好ましい。即ち、入射光Linの波長がλ(例えば、1550nm)の場合には、基板10の厚さをLsub、二次元フォトニック結晶14の厚さをLpc、二次元フォトニック結晶14の上下に存在する空気層の厚さをLair、基板10の屈折率をnsub、二次元フォトニック結晶14の屈折率をnpc、とした場合に、下記関係式を満たすように、上部反射ミラー18と下部反射ミラー20との離間距離(Lpc+Lair)を定めることができる。
pcpc+nsubsub+Lair=m(λ/2) (mは1以上の整数である)
The upper reflecting mirror 18 and the lower reflecting mirror 20, the distance between the reflecting surface, it is preferable to spaced such that the distance that the standing wave with respect to the wavelength of the incident light L in may occur. That is, when the wavelength of the incident light L in the lambda (e.g., 1550 nm) is the thickness of the substrate 10 L sub, the thickness of the two-dimensional photonic crystal 14 L pc, the upper and lower of the two-dimensional photonic crystal 14 The upper reflection mirror satisfies the following relational expression, where L air is the thickness of the air layer present in the substrate 10, n sub is the refractive index of the substrate 10, and n pc is the refractive index of the two-dimensional photonic crystal 14. A separation distance (L pc + L air ) between 18 and the lower reflecting mirror 20 can be determined.
n pc L pc + n sub L sub + L air = m (λ / 2) (m is an integer of 1 or more)

なお、空気層の厚さLairは、二次元フォトニック結晶14と上部反射ミラー18との間に存在する空気層の厚さと、二次元フォトニック結晶14と下部反射ミラー20との間に存在する空気層の厚さと、を足した総和である。また、各層の厚さは、波長や材料の屈折率に応じて、上記関係式を満たすように、適宜設計することができる。 Note that the air layer thickness L air exists between the two-dimensional photonic crystal 14 and the lower reflecting mirror 20 and the thickness of the air layer existing between the two-dimensional photonic crystal 14 and the upper reflecting mirror 18. The sum of the thickness of the air layer to be added. Further, the thickness of each layer can be appropriately designed so as to satisfy the above relational expression according to the wavelength and the refractive index of the material.

次に、二次元フォトニック結晶の構造について説明する。二次元フォトニック結晶は、第1媒体で構成された基板内に第1媒体とは屈折率の異なる柱状の第2媒体が二次元周期的に配列されたフォトニック結晶である。柱状の第2媒体は、円柱状でもよく、断面が六角形の角柱状でもよい。二次元周期配列は、正方格子配列でもよく、三角格子配列でもよい。   Next, the structure of the two-dimensional photonic crystal will be described. The two-dimensional photonic crystal is a photonic crystal in which a columnar second medium having a refractive index different from that of the first medium is two-dimensionally arranged in a substrate composed of the first medium. The columnar second medium may be cylindrical or may be a prism having a hexagonal cross section. The two-dimensional periodic array may be a square lattice array or a triangular lattice array.

図4(A)は二次元フォトニック結晶14の平面図であり、図4(B)は図4(A)のB-B断面図である。本実施の形態では、二次元フォトニック結晶14として、三角格子状に配列された複数の空気ロッド(貫通孔)14aを有するシリコン基板14bを用いている。このような二次元フォトニック結晶14は、シリコン基板14bに、所定直径の貫通孔14aを形成して得ることができる。   4A is a plan view of the two-dimensional photonic crystal 14, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 4A. In the present embodiment, as the two-dimensional photonic crystal 14, a silicon substrate 14b having a plurality of air rods (through holes) 14a arranged in a triangular lattice shape is used. Such a two-dimensional photonic crystal 14 can be obtained by forming a through hole 14a having a predetermined diameter in a silicon substrate 14b.

本実施の形態では、第1媒体はシリコンであり、第2媒体は空気である。また、約0.5mm四方のシリコン基板14bに、16個の空気ロッド14aが、三角格子状に配列されている。シリコン基板14bの厚さは、0.1μm〜0.2μmとすることができる。   In the present embodiment, the first medium is silicon and the second medium is air. In addition, 16 air rods 14a are arranged in a triangular lattice pattern on a silicon substrate 14b about 0.5 mm square. The thickness of the silicon substrate 14b can be 0.1 μm to 0.2 μm.

<光偏光素子の製造方法>
次に、図2に示す光偏光素子の製造方法について説明する。まず、Si基板10を準備する。次に、Si基板10上に、スパッタリングにより下部スペーサ層12となるSiO膜を堆積する。この下部スペーサ層12上に、スパッタリングにより二次元フォトニック結晶14となるSi膜を堆積する。二次元フォトニック結晶14となるSi膜に、放射線描画装置でフォトニック結晶パターンを描画する。このとき、二次元フォトニック結晶14にアライメント用のマークも付しておく。二次元フォトニック結晶14となるSi膜をCF等でドライエッチングして貫通孔14aを形成する。
<Method for producing light polarizing element>
Next, a method for manufacturing the light polarizing element shown in FIG. 2 will be described. First, the Si substrate 10 is prepared. Next, a SiO 2 film to be the lower spacer layer 12 is deposited on the Si substrate 10 by sputtering. On this lower spacer layer 12, a Si film that becomes the two-dimensional photonic crystal 14 is deposited by sputtering. A photonic crystal pattern is drawn on the Si film to be the two-dimensional photonic crystal 14 by a radiation drawing apparatus. At this time, an alignment mark is also attached to the two-dimensional photonic crystal 14. The Si film that becomes the two-dimensional photonic crystal 14 is dry-etched with CF 4 or the like to form the through hole 14a.

次に、二次元フォトニック結晶14上に、スパッタリングにより上部スペーサ層16となるSiO膜を堆積する。その後、バッファードフッ酸に浸漬して、枠状の下部スペーサ層12及び枠状の上部スペーサ層16を残し、これ以外のSiO膜を溶解して水洗する。これにより、二次元フォトニック結晶14の上下に空間が形成される。次いで、Si基板10の裏面に、SiO膜とTiO膜とをスパッタリングにより交互に堆積した誘電体多層膜である下部反射ミラー20を形成する。 Next, a SiO 2 film to be the upper spacer layer 16 is deposited on the two-dimensional photonic crystal 14 by sputtering. Thereafter, the substrate is immersed in buffered hydrofluoric acid to leave the frame-like lower spacer layer 12 and the frame-like upper spacer layer 16, and the other SiO 2 film is dissolved and washed with water. Thereby, spaces are formed above and below the two-dimensional photonic crystal 14. Next, a lower reflection mirror 20 that is a dielectric multilayer film in which SiO 2 films and TiO 2 films are alternately deposited by sputtering is formed on the back surface of the Si substrate 10.

一方、別のSi基板上に、SiO膜とTiO膜とをスパッタリングにより交互に堆積して誘電体多層膜である上部反射ミラー18を形成する。上部反射ミラー18を、ミラー側を下にして、上部スペーサ層16上に重ねて外周側を接着する。最後に、レジストを厚めに塗布して、基板10上の不要なSiO膜、Si膜、及び誘電体多層膜をエッチングにより除去してメサを形成し、図2に示す光偏光素子が完成する。 On the other hand, on another Si substrate, by depositing a SiO 2 film and a TiO 2 film alternately by sputtering to form an upper reflection mirror 18 is a dielectric multilayer film. The upper reflection mirror 18 is overlapped on the upper spacer layer 16 with the mirror side down, and the outer peripheral side is bonded. Finally, a thick resist is applied, and unnecessary SiO 2 film, Si film, and dielectric multilayer film on the substrate 10 are removed by etching to form mesas, thereby completing the light polarizing element shown in FIG. .

<光偏光素子の偏光動作>
次に、第1の実施の形態に係る光偏光素子の偏光動作を説明する。
図5は光偏光素子の偏向作用の動作原理を説明するための説明図である。第1の実施の形態に係る光偏光素子では、基本的な動作原理として説明したように、入射光Linを下部反射ミラー20に対して垂直に近い角度で入射させる。入射光Linは、上部反射ミラー18と下部反射ミラー20との間で、繰り返し反射される。
<Polarization operation of the light polarizing element>
Next, the polarization operation of the light polarizing element according to the first embodiment will be described.
FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the operating principle of the deflection action of the optical polarization element. The light polarizing element according to the first embodiment, as described as the basic operating principles, is incident at an angle nearly perpendicular incident light L in respect to the lower reflecting mirror 20. The incident light L in is between the upper reflecting mirror 18 and the lower reflecting mirror 20 is repeatedly reflected.

繰り返し反射される間に、入射光Linは、二次元フォトニック結晶14を複数回通過する。二次元フォトニック結晶14は、その二次元周期構造により入射(交差)する光を回折する。二次元フォトニック結晶14を複数回通過することで、光波の伝搬方向が大幅に変換される。これにより回折光Ldifが、入射光Linが入射された方向(又は入射光Linが反射される方向)とは異なる方向に射出される。 While being repeatedly reflected, the incident light L in the multiple passes through the two-dimensional photonic crystal 14. The two-dimensional photonic crystal 14 diffracts incident (crossed) light by its two-dimensional periodic structure. By passing through the two-dimensional photonic crystal 14 a plurality of times, the propagation direction of the light wave is significantly changed. Thus the diffracted light L dif is, the direction of the incident light L in is incident (or the incident light L in the direction to be reflected) is emitted in a direction different from the.

図5に示すように、入射光Linの下部反射ミラー20に対する入射角を変更する。前の入射光Lin(1)より小さい入射角で、次の入射光Lin(2)を入射させる。入射光Lin(1)に応じて回折光Ldif(1)が射出され、入射光Lin(2)に応じて回折光Ldif(2)が射出される。このように入射光Linの下部反射ミラー20に対する入射角を変化させることで、回折光Ldifの出射方向が変化する。 As shown in FIG. 5, to change the angle of incidence with respect to the lower reflecting mirror 20 of the incident light L in. The next incident light L in (2) is incident at a smaller incident angle than the previous incident light L in (1). Diffracted light L dif in accordance with the incident light L in (1) (1) is injected, the diffracted light L dif (2) is injected in accordance with the incident light L in (2). By thus varying the angle of incidence with respect to the lower reflecting mirror 20 of the incident light L in, the emission direction of the diffracted light L dif changes.

図6(A)及び(B)は波数ベクトル間の関係を表す波数ベクトル図である。光子の運動量保存則から、位相整合した状態では、関係する光波の波数ベクトルを合成した波数ベクトル図は閉じた三角形となる。従って、入射光Linの波数が変動すると、射出される回折光Ldifの波数も変動する。二次元フォトニック結晶の波数ベクトルをKとする。フォトニック結晶では、群速度が大幅に変化する「スーパープリズム効果」が発現する。このため、波数ベクトルKの「向き」や「大きさ」は、入射光Linの入射角に応じて大幅に変化する。 6A and 6B are wave vector diagrams showing the relationship between wave vectors. From the law of conservation of photon momentum, in the state of phase matching, the wave vector diagram obtained by synthesizing the wave vector of the related light wave is a closed triangle. Therefore, when the wave number of the incident light L in is varied, also varied wave number of the diffracted light L dif emitted. Let K be the wave vector of the two-dimensional photonic crystal. Photonic crystals exhibit a “super prism effect” in which the group velocity changes significantly. Therefore, the "direction" and "magnitude" of the wave vector K varies greatly according to the incident angle of the incident light L in.

図6(A)及び(B)に示すように、入射光Lin(1)の波数ベクトルをki、入射光Lin(2)の波数ベクトルをkin とし、回折光Ldif(1)の波数ベクトルをkout、回折光Ldif(2)の波数ベクトルをkout とする。入射光Linの波数ベクトルがkiからkin に変化すると、光子の運動量保存則から、二次元フォトニック結晶の波数ベクトルKの変化に応じて、回折光Ldifの波数ベクトルがkoutからkout に大きく変化する。 As shown in FIGS. 6A and 6B, the wave number vector of the incident light L in (1) is k i , the wave number vector of the incident light L in (2) is k in , and the diffracted light L dif (1 the wave vector of the) k out, the wave vector of the diffracted light L dif (2) and k out '. When the wave number vector of the incident light L in changes from k i to k in , the wave number vector of the diffracted light L dif becomes k out according to the change of the wave vector K of the two-dimensional photonic crystal from the law of conservation of photon momentum. To k out ' .

以上説明したように、本実施の形態では、入射光Linの入射角が少し変化しただけでも、二次元フォトニック結晶のスーパープリズム効果により、回折光Ldifの出射方向(偏向方向)が大幅に変化する。これにより、広い偏向角度で偏向可能な光偏向素子を得ることができる。 As described above, in this embodiment, alone incident angle of the incident light L in is slightly changed, the super prism effect of the two-dimensional photonic crystal, the emission direction (deflection direction) of the diffracted light L dif significantly To change. Thereby, an optical deflecting element capable of deflecting with a wide deflection angle can be obtained.

(第2の実施の形態)
<光偏光素子の概略構成>
図7は本発明の第2の実施の形態に係る光偏光素子の斜視図である。図8は図7のC-C断面図である。第2の実施の形態に係る光偏光素子は、二次元フォトニック結晶14と上部反射ミラー18との間に、上部スペーサ層16に代えて強誘電体層22を積層した以外は、第1の実施の形態と同じ構成である。従って、同じ構成部分には同じ符号を付して説明を省略する。
(Second Embodiment)
<Schematic configuration of light polarizing element>
FIG. 7 is a perspective view of a light polarizing element according to the second embodiment of the present invention. 8 is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG. The light polarizing element according to the second embodiment is the same as that of the first embodiment except that a ferroelectric layer 22 is laminated instead of the upper spacer layer 16 between the two-dimensional photonic crystal 14 and the upper reflecting mirror 18. The configuration is the same as that of the embodiment. Accordingly, the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

強誘電体層22は、入射光Linに対し透明であり、電気光学効果により屈折率が変化する強誘電体材料により構成されている。このような強誘電体材料としては、ニオブ酸リチウム(LiNbO)やPLZTを用いることができる。PLZTは、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT:PbZrO−PbTiO)のPb(鉛)の一部をLa(ランタン)で置換して得られる強誘電性多結晶体である。その組成は(Pb1-xLax)(Zr1-yTiy)で表される。一般には、x=0.07〜0.12、y=0.35の組成物が汎用されている。 The ferroelectric layer 22 is transparent to the incident light L in, is composed of a ferroelectric material whose refractive index changes by means of an electro-optical effect. As such a ferroelectric material, lithium niobate (LiNbO 3 ) or PLZT can be used. PLZT is a ferroelectric polycrystal obtained by substituting a part of Pb (lead) of lead zirconate titanate (PZT: PbZrO 3 —PbTiO 3 ) with La (lanthanum). Its composition is represented by (Pb 1-x La x ) (Zr 1-y Ti y ). In general, a composition having x = 0.07 to 0.12 and y = 0.35 is widely used.

本実施の形態では、強誘電体層22以外の各部材の材料、大きさ、厚さは、第1の実施の形態と同様である。強誘電体層22の厚さは約0.1μmである。第2の実施の形態に係る光偏光素子には、図示しない一対の電極が設けられている。これら一対の電極間に電圧を印加することで電界が発生し、強誘電体層22に電界が印加されて、電気光学効果により強誘電体層22の屈折率が変動する。電界強度の大きい領域に、二次元フォトニック結晶14及び強誘電体層22が配置されるように、電界を発生させることが好ましい。   In the present embodiment, the material, size, and thickness of each member other than the ferroelectric layer 22 are the same as those in the first embodiment. The thickness of the ferroelectric layer 22 is about 0.1 μm. The light polarizing element according to the second embodiment is provided with a pair of electrodes (not shown). By applying a voltage between the pair of electrodes, an electric field is generated, and the electric field is applied to the ferroelectric layer 22, and the refractive index of the ferroelectric layer 22 varies due to the electro-optic effect. It is preferable to generate an electric field so that the two-dimensional photonic crystal 14 and the ferroelectric layer 22 are disposed in a region where the electric field strength is high.

<光偏光素子の製造方法>
次に、図7に示す光偏光素子の製造方法について説明する。二次元フォトニック結晶14を形成する工程までは、第1の実施の形態と同様にして、貫通孔14aを備えた二次元フォトニック結晶14を形成する。その後、バッファードフッ酸に浸漬して、枠状の下部スペーサ層12を残し、これ以外のSiO膜を溶解して水洗する。これにより、二次元フォトニック結晶14の下方に空間が形成される。次いで、Si基板10の裏面に、SiO膜とTiO膜とをスパッタリングにより交互に堆積した誘電体多層膜である下部反射ミラー20を形成する。
<Method for producing light polarizing element>
Next, a method for manufacturing the light polarizing element shown in FIG. 7 will be described. Until the step of forming the two-dimensional photonic crystal 14, the two-dimensional photonic crystal 14 including the through hole 14a is formed in the same manner as in the first embodiment. Then immersed in buffered hydrofluoric acid, leaving the lower spacer layer 12 of the frame-shaped, and washed with water to dissolve the other of the SiO 2 film. Thereby, a space is formed below the two-dimensional photonic crystal 14. Next, a lower reflection mirror 20 that is a dielectric multilayer film in which SiO 2 films and TiO 2 films are alternately deposited by sputtering is formed on the back surface of the Si substrate 10.

次に、強誘電体層22上に上部反射ミラー18が形成された別の基板を用意する。まず、強誘電体層22となる強誘電体薄膜を成膜する。強誘電体薄膜の堆積方法には、ゾルゲル法などの溶液塗布法、スパッタなどの物理堆積法、及びCVDといった化学堆積法がある。いずれの方法も最初に非晶質の強誘電体薄膜を堆積した後に、熱処理による結晶化を行う方法である。次いで、強誘電体層22上に、SiO膜とTiO膜とをスパッタリングにより交互に堆積した誘電体多層膜である上部反射ミラー18を形成する。次いで、電界を印加するための電極(図示せず)を形成する。 Next, another substrate in which the upper reflection mirror 18 is formed on the ferroelectric layer 22 is prepared. First, a ferroelectric thin film to be the ferroelectric layer 22 is formed. Ferroelectric thin film deposition methods include solution coating methods such as a sol-gel method, physical deposition methods such as sputtering, and chemical deposition methods such as CVD. In either method, an amorphous ferroelectric thin film is first deposited, and then crystallization is performed by heat treatment. Next, the upper reflection mirror 18 that is a dielectric multilayer film in which SiO 2 films and TiO 2 films are alternately deposited by sputtering is formed on the ferroelectric layer 22. Next, an electrode (not shown) for applying an electric field is formed.

別に用意した基板を、強誘電体層22側を下にして、二次元フォトニック結晶14上に重ねて外周側を接着する。最後に、レジストを厚めに塗布して、基板10上の不要なSiO膜、Si膜、強誘電体薄膜、及び誘電体多層膜をエッチングにより除去してメサを形成し、図7に示す光偏光素子が完成する。 A separately prepared substrate is laminated on the two-dimensional photonic crystal 14 with the ferroelectric layer 22 side down, and the outer peripheral side is bonded. Finally, resist is applied thickly to form a mesa unnecessary SiO 2 film on the substrate 10, Si film, a ferroelectric thin film, and a dielectric multilayer film is removed by etching, the light shown in FIG. 7 A polarizing element is completed.

<光偏光素子の偏光動作>
次に、第2の実施の形態に係る光偏光素子の偏光動作を説明する。
図9は光偏光素子の偏向作用の動作原理を説明するための説明図である。第2の実施の形態に係る光偏光素子では、基本的な動作原理として説明したように、入射光Linを下部反射ミラー20に対して垂直に近い角度で入射させる。入射光Linは、上部反射ミラー18と下部反射ミラー20との間で、繰り返し反射される。
<Polarization operation of the light polarizing element>
Next, the polarization operation of the light polarizing element according to the second embodiment will be described.
FIG. 9 is an explanatory diagram for explaining the operating principle of the deflection action of the optical polarization element. The light polarizing element according to the second embodiment, as described as the basic operating principles, is incident at an angle nearly perpendicular incident light L in respect to the lower reflecting mirror 20. The incident light L in is between the upper reflecting mirror 18 and the lower reflecting mirror 20 is repeatedly reflected.

繰り返し反射される間に、入射光Linは、二次元フォトニック結晶14及び強誘電体層22を複数回通過する。二次元フォトニック結晶14は、その二次元周期構造により入射(交差)する光を回折する。また、強誘電体層22は、通過時の屈折率で、入射した光波の伝搬方向を変化させる。従って、二次元フォトニック結晶14及び強誘電体層22を複数回通過することで、光波の伝搬方向が大幅に変換される。これにより回折光Ldifが、入射光Linが入射された方向(又は入射光Linが反射される方向)とは異なる方向に射出される。 While being repeatedly reflected, the incident light L in the multiple passes through the two-dimensional photonic crystal 14 and the ferroelectric layer 22. The two-dimensional photonic crystal 14 diffracts incident (crossed) light by its two-dimensional periodic structure. The ferroelectric layer 22 changes the propagation direction of the incident light wave with the refractive index at the time of passage. Therefore, the light wave propagation direction is significantly changed by passing through the two-dimensional photonic crystal 14 and the ferroelectric layer 22 a plurality of times. Thus the diffracted light L dif is, the direction of the incident light L in is incident (or the incident light L in the direction to be reflected) is emitted in a direction different from the.

図9に示すように、入射光Linの入射角は一定とする。図10に示すように、電界の印加により強誘電体層22の屈折率を変化させる。強誘電体層22の屈折率が変化する前は、実線で示すように、二次元フォトニック結晶14及び強誘電体層22を入射光Lin(1)が通過する。一方、強誘電体層22の屈折率が変化した後は、点線で示すように、二次元フォトニック結晶14及び強誘電体層22を入射光Lin(2)が通過する。 As shown in FIG. 9, the angle of incidence of the incident light L in it is constant. As shown in FIG. 10, the refractive index of the ferroelectric layer 22 is changed by applying an electric field. Before the refractive index of the ferroelectric layer 22 changes, the incident light L in (1) passes through the two-dimensional photonic crystal 14 and the ferroelectric layer 22 as shown by a solid line. On the other hand, after the refractive index of the ferroelectric layer 22 changes, the incident light L in (2) passes through the two-dimensional photonic crystal 14 and the ferroelectric layer 22 as indicated by the dotted line.

電界の印加により強誘電体層22の屈折率が増加しており、強誘電体層22に入射したときに、入射光Lin(2)の光路は、入射光Lin(1)の光路よりも折り曲げられる。入射光Lin(1)に応じて回折光Ldif(1)が射出され、入射光Lin(2)に応じて回折光Ldif(2)が射出される。このように強誘電体層22の屈折率を変化させることで、強誘電体層22を通過する入射光Linの光路が変更され、回折光Ldifの出射方向が変化する。 And the refractive index of the ferroelectric layer 22 by the application of an electric field is increased, when incident on the ferroelectric layer 22, the optical path of the incident light L in (2), from the optical path of the incident light L in (1) Can also be folded. Diffracted light L dif in accordance with the incident light L in (1) (1) is injected, the diffracted light L dif (2) is injected in accordance with the incident light L in (2). Thus strong By changing the refractive index of the dielectric layer 22, it is changed optical path of the incident light L in passing through the ferroelectric layer 22, the emission direction of the diffracted light L dif changes.

図11(A)及び(B)は波数ベクトル間の関係を表す波数ベクトル図である。光子の運動量保存則から、位相整合した状態では、関係する光波の波数ベクトルを合成した波数ベクトル図は閉じた三角形となる。二次元フォトニック結晶の波数ベクトルKは、スーパープリズム効果により、入射光Linの光路に応じて大幅に変化する。 FIGS. 11A and 11B are wave vector diagrams showing the relationship between wave vectors. From the law of conservation of photon momentum, in the state of phase matching, the wave vector diagram obtained by synthesizing the wave vector of the related light wave is a closed triangle. Wave vector K of the two-dimensional photonic crystal, the super prism effect will vary considerably depending on the optical path of the incident light L in.

入射光Lin(1)の波数ベクトルをki、入射光Lin(2)の波数ベクトルをkin とし、回折光Ldif(1)の波数ベクトルをkout、回折光Ldif(2)の波数ベクトルをkout とする。入射光Linの波数ベクトルがkiからkin に変化すると、光子の運動量保存則から、二次元フォトニック結晶の波数ベクトルKの変化に応じて、回折光Ldifの波数ベクトルがkoutからkout に大きく変化する。 The wave vector of the incident light L in (1) k i, the wave vector of the incident light L in (2) and k in ', the wave vector k out of the diffracted light L dif (1), the diffracted light L dif (2 ) Is k out ' . When the wave number vector of the incident light L in changes from k i to k in , the wave number vector of the diffracted light L dif becomes k out according to the change of the wave vector K of the two-dimensional photonic crystal from the law of conservation of photon momentum. To k out ' .

以上説明したように、本実施の形態では、外部電場により強誘電体層22の屈折率が変化する。強誘電体層22の屈折率変化によって、強誘電体層22を通過する入射光Linの光路が変化する。入射光Linの光路が少し変化しただけでも、二次元フォトニック結晶のスーパープリズム効果により、回折光Ldifの出射方向(偏向方向)が大幅に変化する。これにより、広い偏向角度で偏向可能な光偏向素子を得ることができる。 As described above, in the present embodiment, the refractive index of the ferroelectric layer 22 changes due to the external electric field. The change in refractive index of the ferroelectric layer 22, the optical path of the incident light L in passing through the ferroelectric layer 22 is changed. Alone optical path of the incident light L in is slightly changed, the super prism effect of the two-dimensional photonic crystal, the emission direction (deflection direction) of the diffracted light L dif varies greatly. Thereby, an optical deflecting element capable of deflecting with a wide deflection angle can be obtained.

(第3の実施の形態)
<光偏光素子の概略構成>
図12は本発明の第3の実施の形態に係る光偏光素子の斜視図である。図13は図12のD-D断面図である。第3の実施の形態に係る光偏光素子は、固定配置された上部反射ミラー18に代えて、上部回転反射ミラー18Rを回転可能に配置すると共に、二次元フォトニック結晶14と上部回転反射ミラー18Rとの間の上部スペーサ層16を取り除いた以外は、第1の実施の形態と同じ構成である。従って、同じ構成部分には同じ符号を付して説明を省略する。
(Third embodiment)
<Schematic configuration of light polarizing element>
FIG. 12 is a perspective view of a light polarizing element according to the third embodiment of the present invention. 13 is a cross-sectional view taken along the line DD of FIG. In the light polarizing element according to the third embodiment, instead of the fixedly arranged upper reflecting mirror 18, an upper rotating reflecting mirror 18R is rotatably arranged, and the two-dimensional photonic crystal 14 and the upper rotating reflecting mirror 18R are arranged. The configuration is the same as that of the first embodiment except that the upper spacer layer 16 is removed. Accordingly, the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

上部回転反射ミラー18Rは、メサ断面と同じ大きさの平面視が略矩形状の板状体である。上部回転反射ミラー18Rには、図示しない取り付け部材により、対向する一対の側面の各々に一対の回転軸24が取り付けられている。一方、基板10上には、軸受け部を備えた柱状の保持部材26が2本(一対)立設されている。一対の保持部材26は、メサを挟んで対向するように配置されている。回転軸24及び保持部材26は、光路を避けて配置されている。   The upper rotary reflection mirror 18R is a plate-like body having a substantially rectangular shape in plan view having the same size as the mesa cross section. A pair of rotating shafts 24 is attached to each of a pair of opposing side surfaces of the upper rotary reflecting mirror 18R by an attachment member (not shown). On the other hand, two (a pair) columnar holding members 26 having bearings are erected on the substrate 10. The pair of holding members 26 are arranged to face each other with the mesa interposed therebetween. The rotating shaft 24 and the holding member 26 are disposed so as to avoid the optical path.

一対の回転軸24の各々は、対応する保持部材26の軸受け部に嵌め込まれている。こうして、上部回転反射ミラー18Rは、一対の保持部材26によって、回転軸24の周りに(矢印E方向に)回転可能に保持されている。回転軸24には、回転軸を僅かな角度ずつ回転させるモータ28が取り付けられている。このようなモータ28としては、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems:微小電気機械システム)技術を用いた小型モータを用いることが好ましい。   Each of the pair of rotating shafts 24 is fitted into the bearing portion of the corresponding holding member 26. Thus, the upper rotary reflection mirror 18R is held by the pair of holding members 26 so as to be rotatable around the rotation shaft 24 (in the direction of arrow E). A motor 28 is attached to the rotating shaft 24 to rotate the rotating shaft by a slight angle. As such a motor 28, it is preferable to use a small motor using MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology.

本実施の形態では、上部回転反射ミラー18Rは、酸化シリコン(SiO)と酸化チタン(TiO)を交互に積層した誘電体多層膜で構成されている。上部回転反射ミラー18R以外の各部材の材料、大きさ、厚さは、第1の実施の形態と同様である。回転軸24及び保持部材26は、どのような材料で構成されていても良いが、半導体製造技術を適用して形成する場合には、下部スペーサ層12と同様に酸化シリコン(SiO)で形成することが好ましい。 In the present embodiment, the upper rotary reflection mirror 18R is composed of a dielectric multilayer film in which silicon oxide (SiO 2 ) and titanium oxide (TiO 2 ) are alternately stacked. The material, size, and thickness of each member other than the upper rotary reflection mirror 18R are the same as those in the first embodiment. The rotating shaft 24 and the holding member 26 may be made of any material, but when formed by applying a semiconductor manufacturing technique, the rotating shaft 24 and the holding member 26 are formed of silicon oxide (SiO 2 ) in the same manner as the lower spacer layer 12. It is preferable to do.

<光偏光素子の製造方法>
次に、図12に示す光偏光素子の製造方法について説明する。二次元フォトニック結晶14を形成する工程までは、第1の実施の形態と同様にして、貫通孔14aを備えた二次元フォトニック結晶14を形成する。その後、バッファードフッ酸に浸漬して、枠状の下部スペーサ層12を残し、これ以外のSiO膜を溶解して水洗する。これにより、二次元フォトニック結晶14の下方に空間が形成される。次いで、Si基板10の裏面に、SiO膜とTiO膜とをスパッタリングにより交互に堆積した誘電体多層膜である下部反射ミラー20を形成する。
<Method for producing light polarizing element>
Next, a method for manufacturing the light polarizing element shown in FIG. 12 will be described. Until the step of forming the two-dimensional photonic crystal 14, the two-dimensional photonic crystal 14 including the through hole 14a is formed in the same manner as in the first embodiment. Thereafter, the substrate is immersed in buffered hydrofluoric acid to leave the frame-like lower spacer layer 12, and the other SiO 2 film is dissolved and washed with water. Thereby, a space is formed below the two-dimensional photonic crystal 14. Next, a lower reflection mirror 20 that is a dielectric multilayer film in which SiO 2 films and TiO 2 films are alternately deposited by sputtering is formed on the back surface of the Si substrate 10.

次に、レジストを厚めに塗布して、基板10上の不要なSiO膜、Si膜をエッチングにより除去してメサを形成する。エッチングにより露出した基板10上に、軸受け部を備えた柱状の保持部材26を立設する。一方、別の基板上に、SiO膜とTiO膜とをスパッタリングにより交互に堆積した誘電体多層膜である上部回転反射ミラー18Rを形成する。上部回転反射ミラー18Rに、回転軸24を取り付ける。 Next, a thick resist is applied, and unnecessary SiO 2 films and Si films on the substrate 10 are removed by etching to form mesas. A columnar holding member 26 having a bearing portion is erected on the substrate 10 exposed by etching. On the other hand, an upper rotary reflection mirror 18R, which is a dielectric multilayer film in which SiO 2 films and TiO 2 films are alternately deposited by sputtering, is formed on another substrate. A rotating shaft 24 is attached to the upper rotating reflecting mirror 18R.

回転軸24を備えた上部回転反射ミラー18Rを、軸受け部を備えた柱状の保持部材26に回転可能に取り付ける。そして、モータ28を回転軸24に取り付ける。これにより、図12に示す光偏光素子が完成する。なお、上部回転反射ミラー18Rとして、日本信号社製の「エコスキャン(商品名)」等、市販のMEMSミラーデバイスを用いることもできる。   The upper rotary reflection mirror 18R having the rotation shaft 24 is rotatably attached to a columnar holding member 26 having a bearing portion. Then, the motor 28 is attached to the rotating shaft 24. Thereby, the light polarizing element shown in FIG. 12 is completed. A commercially available MEMS mirror device such as “Ecoscan (trade name)” manufactured by Nippon Signal Co., Ltd. can also be used as the upper rotary reflection mirror 18R.

<光偏光素子の偏光動作>
次に、第3の実施の形態に係る光偏光素子の偏光動作を説明する。
図14は光偏光素子の偏向作用の動作原理を説明するための説明図である。第3の実施の形態に係る光偏光素子では、基本的な動作原理として説明したように、入射光Linを下部反射ミラー20に対して垂直に近い角度で入射させる。入射光Linは、上部回転反射ミラー18Rと下部反射ミラー20との間で、繰り返し反射される。
<Polarization operation of the light polarizing element>
Next, the polarization operation of the light polarizing element according to the third embodiment will be described.
FIG. 14 is an explanatory diagram for explaining the operating principle of the deflection action of the optical polarization element. The light polarizing element according to the third embodiment, as described as the basic operating principles, is incident at an angle nearly perpendicular incident light L in respect to the lower reflecting mirror 20. The incident light L in is between the upper rotary reflecting mirror 18R and the lower reflecting mirror 20 is repeatedly reflected.

繰り返し反射される間に、入射光Linは、二次元フォトニック結晶14を複数回通過する。二次元フォトニック結晶14は、その二次元周期構造により入射(交差)する光を回折する。また、上部回転反射ミラー18Rの位置に応じて、入射した光波の伝搬方向(反射方向)を変化させる。従って、二次元フォトニック結晶14を複数回通過することで、光波の伝搬方向が大幅に変換される。これにより回折光Ldifが、入射光Linが入射された方向(又は入射光Linが反射される方向)とは異なる方向に射出される。 While being repeatedly reflected, the incident light L in the multiple passes through the two-dimensional photonic crystal 14. The two-dimensional photonic crystal 14 diffracts incident (crossed) light by its two-dimensional periodic structure. Further, the propagation direction (reflection direction) of the incident light wave is changed according to the position of the upper rotary reflection mirror 18R. Therefore, the propagation direction of the light wave is greatly changed by passing through the two-dimensional photonic crystal 14 a plurality of times. Thus the diffracted light L dif is, the direction of the incident light L in is incident (or the incident light L in the direction to be reflected) is emitted in a direction different from the.

図14に示すように、入射光Linの入射角は一定とする。図15に示すように、モータ等の機械的機構により、上部回転反射ミラー18Rを回転軸24の周りに回転させて、上部回転反射ミラー18Rの傾きを変化させる。上部回転反射ミラー18Rの傾きが変化する前は、実線で示すように、二次元フォトニック結晶14を入射光Lin(1)が通過する。一方、上部回転反射ミラー18Rの傾きが変化した後は、点線で示すように、二次元フォトニック結晶14を入射光Lin(2)が通過する。 As shown in FIG. 14, the angle of incidence of the incident light L in it is constant. As shown in FIG. 15, the upper rotary reflection mirror 18R is rotated around the rotation shaft 24 by a mechanical mechanism such as a motor to change the inclination of the upper rotary reflection mirror 18R. Before the tilt of the upper rotary reflection mirror 18R changes, the incident light L in (1) passes through the two-dimensional photonic crystal 14 as shown by a solid line. On the other hand, after the inclination of the upper rotary reflection mirror 18R is changed, the incident light L in (2) passes through the two-dimensional photonic crystal 14 as indicated by a dotted line.

上部回転反射ミラー18Rが、回転軸24周りに矢印E方向(図15では左回り)に回転して、上部回転反射ミラー18Rの傾きが変化する。これにより、入射光Linの上部回転反射ミラー18Rへの入射角(=反射角)が増加する。入射光Lin(2)が二次元フォトニック結晶14と交差する角度は、入射光Lin(1)が二次元フォトニック結晶14と交差する角度よりも大きくなる。入射光Lin(1)に応じて回折光Ldif(1)が射出され、入射光Lin(2)に応じて回折光Ldif(2)が射出される。このように上部回転反射ミラー18Rを回転させてその位置を変化させることで、二次元フォトニック結晶14を通過する入射光Linの光路が変更され、回折光Ldifの出射方向が変化する。 The upper rotary reflection mirror 18R rotates around the rotation axis 24 in the direction of arrow E (counterclockwise in FIG. 15), and the inclination of the upper rotary reflection mirror 18R changes. Accordingly, the incident angle to the upper rotation reflector 18R of the incident light L in (= reflection angle) increases. The angle at which the incident light L in (2) intersects the two-dimensional photonic crystal 14 is larger than the angle at which the incident light L in (1) intersects the two-dimensional photonic crystal 14. Diffracted light L dif in accordance with the incident light L in (1) (1) is injected, the diffracted light L dif (2) is injected in accordance with the incident light L in (2). Thus by rotating the upper rotation reflector 18R by changing its position, it is changed optical path of the incident light L in passing through the two-dimensional photonic crystal 14, the emission direction of the diffracted light L dif changes.

図16(A)及び(B)は波数ベクトル間の関係を表す波数ベクトル図である。光子の運動量保存則から、位相整合した状態では、関係する光波の波数ベクトルを合成した波数ベクトル図は閉じた三角形となる。二次元フォトニック結晶の波数ベクトルKは、スーパープリズム効果により、入射光Linの光路に応じて大幅に変化する。 FIGS. 16A and 16B are wave vector diagrams showing the relationship between wave vectors. From the law of conservation of photon momentum, in the state of phase matching, the wave vector diagram obtained by synthesizing the wave vector of the related light wave is a closed triangle. Wave vector K of the two-dimensional photonic crystal, the super prism effect will vary considerably depending on the optical path of the incident light L in.

入射光Lin(1)の波数ベクトルをki、入射光Lin(2)の波数ベクトルをkin とし、回折光Ldif(1)の波数ベクトルをkout、回折光Ldif(2)の波数ベクトルをkout とする。入射光Linの波数ベクトルがkiからkin に変化すると、光子の運動量保存則から、二次元フォトニック結晶の波数ベクトルKの変化に応じて、回折光Ldifの波数ベクトルがkoutからkout に大きく変化する。 The wave vector of the incident light L in (1) is k i , the wave vector of the incident light L in (2) is k in , the wave vector of the diffracted light L dif (1) is k out , and the diffracted light L dif (2 ) Is k out ' . When the wave number vector of the incident light L in changes from k i to k in , the wave number vector of the diffracted light L dif becomes k out according to the change of the wave vector K of the two-dimensional photonic crystal from the law of conservation of photon momentum. To k out ' .

以上説明したように、本実施の形態では、上部回転反射ミラー18Rの回転という機械的変動を加えることにより、上部回転反射ミラー18Rの傾きが変化する。上部回転反射ミラー18Rの傾きの変化によって、二次元フォトニック結晶14を通過する入射光Linの光路が変化する。入射光Linの光路が少し変化しただけでも、二次元フォトニック結晶のスーパープリズム効果により、回折光Ldifの出射方向(偏向方向)が大幅に変化する。これにより、広い偏向角度で偏向可能な光偏向素子を得ることができる。 As described above, in the present embodiment, the tilt of the upper rotary reflection mirror 18R is changed by applying a mechanical variation such as the rotation of the upper rotary reflection mirror 18R. By the slope of the change of the upper rotary reflecting mirror 18R, the optical path of the incident light L in it is changed to pass through the two-dimensional photonic crystal 14. Alone optical path of the incident light L in is slightly changed, the super prism effect of the two-dimensional photonic crystal, the emission direction (deflection direction) of the diffracted light L dif varies greatly. Thereby, an optical deflecting element capable of deflecting with a wide deflection angle can be obtained.

(第4の実施の形態)
<光偏光素子の概略構成>
図17は本発明の第4の実施の形態に係る光偏光素子の斜視図である。図18は図17のF-F断面図である。第4の実施の形態に係る光偏光素子は、二次元フォトニック結晶14と上部反射ミラー18との間の上部スペーサ層16を取り除くと共に、上部反射ミラー18上に圧電素子30を載置した以外は、第1の実施の形態と同じ構成である。従って、同じ構成部分には同じ符号を付して説明を省略する。
(Fourth embodiment)
<Schematic configuration of light polarizing element>
FIG. 17 is a perspective view of a light polarizing element according to the fourth embodiment of the present invention. 18 is a cross-sectional view taken along line FF in FIG. In the optical polarizing element according to the fourth embodiment, the upper spacer layer 16 between the two-dimensional photonic crystal 14 and the upper reflecting mirror 18 is removed, and the piezoelectric element 30 is placed on the upper reflecting mirror 18. These are the same configurations as those in the first embodiment. Accordingly, the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

圧電素子30は、メサ断面と同じ大きさの平面視が略矩形状の板状体である。圧電素子とは、一般に、加えられた力を電圧に変換、又は印加された電圧を力に変換する「圧電効果」を利用した受動素子であり、ピエゾ素子と通称されている。本実施の形態では、圧電素子30として、電圧を加えると微小に伸縮する電歪素子が用いられる。圧電素子30には、図示しない一対の電極が設けられている。これら一対の電極間に電圧を印加することで、圧電素子30が積層方向に伸縮して、下方に配置された二次元フォトニック結晶14を変形させる。   The piezoelectric element 30 is a plate-like body having a substantially rectangular shape in plan view having the same size as the mesa cross section. A piezoelectric element is generally a passive element that utilizes a “piezoelectric effect” that converts an applied force into a voltage or converts an applied voltage into a force, and is commonly called a piezoelectric element. In the present embodiment, an electrostrictive element that expands and contracts slightly when a voltage is applied is used as the piezoelectric element 30. The piezoelectric element 30 is provided with a pair of electrodes (not shown). By applying a voltage between the pair of electrodes, the piezoelectric element 30 expands and contracts in the stacking direction and deforms the two-dimensional photonic crystal 14 disposed below.

上述した圧電素子30としては、PZT、PLZT等の圧電セラミクスや、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、PVC(ポリ塩化ビニル)、ナイロン11(ポリアミド)、ビニリデンシアナイド系共重合体などの圧電性高分子などの圧電材料を用いた圧電素子が挙げられる。PZTは、チタン酸ジルコン酸鉛(PbZrO−PbTiO)の略称である。 Examples of the piezoelectric element 30 described above include piezoelectric ceramics such as PZT and PLZT, and piezoelectric polymers such as PVDF (polyvinylidene fluoride), PVC (polyvinyl chloride), nylon 11 (polyamide), and vinylidene cyanide copolymers. A piezoelectric element using a piezoelectric material such as PZT is an abbreviation for lead zirconate titanate (PbZrO 3 —PbTiO 3 ).

本実施の形態では、圧電素子30以外の各部材の材料、大きさ、厚さは、第1の実施の形態と同様である。   In the present embodiment, the material, size, and thickness of each member other than the piezoelectric element 30 are the same as those in the first embodiment.

<光偏光素子の製造方法>
次に、図17に示す光偏光素子の製造方法について説明する。二次元フォトニック結晶14を形成する工程までは、第1の実施の形態と同様にして、貫通孔14aを備えた二次元フォトニック結晶14を形成する。その後、バッファードフッ酸に浸漬して、枠状の下部スペーサ層12を残し、これ以外のSiO膜を溶解して水洗する。これにより、二次元フォトニック結晶14の下方に空間が形成される。次いで、Si基板10の裏面に、SiO膜とTiO膜とをスパッタリングにより交互に堆積した誘電体多層膜である下部反射ミラー20を形成する。
<Method for producing light polarizing element>
Next, a method for manufacturing the light polarizing element shown in FIG. 17 will be described. Until the step of forming the two-dimensional photonic crystal 14, the two-dimensional photonic crystal 14 including the through hole 14a is formed in the same manner as in the first embodiment. Thereafter, the substrate is immersed in buffered hydrofluoric acid to leave the frame-like lower spacer layer 12, and the other SiO 2 film is dissolved and washed with water. Thereby, a space is formed below the two-dimensional photonic crystal 14. Next, a lower reflection mirror 20 that is a dielectric multilayer film in which SiO 2 films and TiO 2 films are alternately deposited by sputtering is formed on the back surface of the Si substrate 10.

次に、圧電素子30上に上部反射ミラー18が形成された別の基板を用意する。圧電素子30を用意し、この圧電素子30上に、SiO膜とTiO膜とをスパッタリングにより交互に堆積した誘電体多層膜である上部反射ミラー18を形成する。次いで、電圧を印加するための電極(図示せず)を形成する。 Next, another substrate having the upper reflection mirror 18 formed on the piezoelectric element 30 is prepared. A piezoelectric element 30 is prepared, and an upper reflection mirror 18 that is a dielectric multilayer film in which SiO 2 films and TiO 2 films are alternately deposited by sputtering is formed on the piezoelectric element 30. Next, an electrode (not shown) for applying a voltage is formed.

別に用意した基板を、上部反射ミラー18側を下にして、二次元フォトニック結晶14上に重ねて外周側を接着する。最後に、レジストを厚めに塗布して、基板10上の不要なSiO膜、Si膜、及び誘電体多層膜等をエッチングにより除去してメサを形成し、図17に示す光偏光素子が完成する。なお、図17に示す光偏光素子は、剛性の高い金属性の枠などに嵌め込むことで、圧電素子30が積層方向に伸縮したときに、下方に配置された二次元フォトニック結晶14を効率よく変形させることができる。 A separately prepared substrate is placed on the two-dimensional photonic crystal 14 with the upper reflection mirror 18 side down, and the outer peripheral side is bonded. Finally, resist is applied to the thick, unnecessary SiO 2 film on the substrate 10, Si film, and a dielectric multilayer film or the like is removed by etching to form a mesa, light polarizing element was completed as shown in FIG. 17 To do. Note that the light polarizing element shown in FIG. 17 is fitted into a highly rigid metallic frame or the like so that when the piezoelectric element 30 expands and contracts in the stacking direction, the two-dimensional photonic crystal 14 disposed below is efficiently used. Can be deformed well.

<光偏光素子の偏光動作>
次に、第4実施の形態に係る光偏光素子の偏光動作を説明する。
図19は光偏光素子の偏向作用の動作原理を説明するための説明図である。第4の実施の形態に係る光偏光素子では、基本的な動作原理として説明したように、入射光Linを下部反射ミラー20に対して垂直に近い角度で入射させる。入射光Linは、上部反射ミラー18と下部反射ミラー20との間で、繰り返し反射される。
<Polarization operation of the light polarizing element>
Next, the polarization operation of the light polarizing element according to the fourth embodiment will be described.
FIG. 19 is an explanatory diagram for explaining the operating principle of the deflection action of the optical polarization element. The light polarizing element according to the fourth embodiment, as described as the basic operating principles, is incident at an angle nearly perpendicular incident light L in respect to the lower reflecting mirror 20. The incident light L in is between the upper reflecting mirror 18 and the lower reflecting mirror 20 is repeatedly reflected.

繰り返し反射される間に、入射光Linは、二次元フォトニック結晶14を複数回通過する。二次元フォトニック結晶14は、その二次元周期構造により入射(交差)する光を回折する。また、二次元フォトニック結晶14は、圧電素子30によって付与された歪みに応じて、入射した光波の伝搬方向(反射方向)を変化させる。従って、二次元フォトニック結晶14を複数回通過することで、光波の伝搬方向が大幅に変換される。これにより回折光Ldifが、入射光Linが入射された方向(又は入射光Linが反射される方向)とは異なる方向に射出される。 While being repeatedly reflected, the incident light L in the multiple passes through the two-dimensional photonic crystal 14. The two-dimensional photonic crystal 14 diffracts incident (crossed) light by its two-dimensional periodic structure. The two-dimensional photonic crystal 14 changes the propagation direction (reflection direction) of the incident light wave according to the strain applied by the piezoelectric element 30. Therefore, the propagation direction of the light wave is greatly changed by passing through the two-dimensional photonic crystal 14 a plurality of times. Thus the diffracted light L dif is, the direction of the incident light L in is incident (or the incident light L in the direction to be reflected) is emitted in a direction different from the.

図19に示すように、入射光Linの入射角は一定とする。図20に示すように、二次元フォトニック結晶14を変形させる前は、実線で示すように、二次元フォトニック結晶14からは、回折光Ldif(1)が射出される。一方、二次元フォトニック結晶14が変形した後は、点線で示すように、二次元フォトニック結晶14からは、回折光Ldif(2)が射出される。 As shown in FIG. 19, the angle of incidence of the incident light L in it is constant. As shown in FIG. 20, before the two-dimensional photonic crystal 14 is deformed, diffracted light L dif (1) is emitted from the two-dimensional photonic crystal 14 as shown by a solid line. Meanwhile, after the two-dimensional photonic crystal 14 is deformed, as shown by the dotted line, from the two-dimensional photonic crystal 14, the diffracted light L dif (2) is emitted.

圧電素子30により歪みを付与して、二次元フォトニック結晶14を僅かに変形させると、スーパープリズム効果により大きな群速度変化が生じ、二次元フォトニック結晶の波数ベクトルKが大きく変化する。従って、入射光Linの入射角が一定であっても、回折光Ldif(1)と回折光Ldif(2)とは、全く異なる方向に射出される。このように二次元フォトニック結晶14を変形させることで、二次元フォトニック結晶14から射出される回折光Ldifの出射方向が変化する。 When distortion is applied by the piezoelectric element 30 to slightly deform the two-dimensional photonic crystal 14, a large group velocity change occurs due to the super prism effect, and the wave vector K of the two-dimensional photonic crystal changes greatly. Therefore, the angle of incidence of the incident light L in is be constant, and the diffracted light L dif (1) and the diffracted light L dif (2), is injected into entirely different directions. By deforming the two-dimensional photonic crystal 14 in this way, the emission direction of the diffracted light L dif emitted from the two-dimensional photonic crystal 14 changes.

図21(A)及び(B)は波数ベクトル間の関係を表す波数ベクトル図である。光子の運動量保存則から、位相整合した状態では、関係する光波の波数ベクトルを合成した波数ベクトル図は閉じた三角形となる。入射光Linの波数ベクトルをkiとし、回折光Ldif(1)の波数ベクトルをkout、回折光Ldif(2)の波数ベクトルをkout とする。入射光Linの波数ベクトルkiは一定であるが、二次元フォトニック結晶の波数ベクトルKが変化すると、光子の運動量保存則から、回折光Ldifの波数ベクトルがkoutからkout に大きく変化する。 FIGS. 21A and 21B are wave vector diagrams showing the relationship between wave vectors. From the law of conservation of photon momentum, in the state of phase matching, the wave vector diagram obtained by synthesizing the wave vector of the related light wave is a closed triangle. The wave vector of the incident light L in is k i , the wave vector of the diffracted light L dif (1) is k out , and the wave vector of the diffracted light L dif (2) is k out . Although the wave vector k i of the incident light L in is constant, when the wave vector K of the two-dimensional photonic crystal is changed, the photon momentum conservation law, the wave vector of the diffracted light L dif is the k out 'from k out It changes a lot.

以上説明したように、本実施の形態では、二次元フォトニック結晶14を僅かに変形させることにより、二次元フォトニック結晶のスーパープリズム効果により、二次元フォトニック結晶14から射出される回折光Ldifの出射方向(偏向方向)が大幅に変化する。これにより、広い偏向角度で偏向可能な光偏向素子を得ることができる。 As described above, in the present embodiment, the two-dimensional photonic crystal 14 is slightly deformed, so that the diffracted light L emitted from the two-dimensional photonic crystal 14 due to the super prism effect of the two-dimensional photonic crystal. The exit direction (deflection direction) of dif changes significantly. Thereby, an optical deflecting element capable of deflecting with a wide deflection angle can be obtained.

なお、上記の第1〜第4の実施の形態では、所定波長の入射光を入射させて回折光が射出する方向(偏向角度)を変化させる光偏向素子について説明したが、図1に示した基本構成は、偏光角度は入射光の波長に応じて変化するので光分光器にも適用することが可能である。この場合、上部反射ミラー及び下部反射ミラーとしては、多層膜反射鏡よりも、反射面に金や銀等の光反射率の高い金属を蒸着した反射板を用いることが好ましい。   In the first to fourth embodiments described above, the optical deflecting element that changes the direction (deflection angle) in which the incident light having a predetermined wavelength is incident and the diffracted light is emitted has been described. Since the polarization angle changes according to the wavelength of incident light, the basic configuration can be applied to an optical spectrometer. In this case, as the upper reflection mirror and the lower reflection mirror, it is preferable to use a reflection plate in which a metal having a high light reflectance such as gold or silver is deposited on the reflection surface, rather than a multilayer film reflection mirror.

例えば、波長の異なる複数の光波が多重化された入射光を用いた場合には、図22に示すように、回折光が波長毎に分離され、分離された光波が各々異なる方向に射出される。図22に示す例では、回折光が、波長λ1の光波、波長λ2の光波、及び波長λ3の光波に分離される。波長の異なる3種類の光波λ1、λ2、λ3は、各々異なる方向に射出される。   For example, when incident light in which a plurality of light waves having different wavelengths are multiplexed is used, diffracted light is separated for each wavelength, and the separated light waves are emitted in different directions as shown in FIG. . In the example shown in FIG. 22, the diffracted light is separated into a light wave having a wavelength λ1, a light wave having a wavelength λ2, and a light wave having a wavelength λ3. Three types of light waves λ1, λ2, and λ3 having different wavelengths are emitted in different directions.

本発明の光偏光素子の基本的な動作原理を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the basic operation | movement principle of the light polarizing element of this invention. 第1の実施の形態に係る光偏光素子の斜視図である。It is a perspective view of the light polarizing element concerning a 1st embodiment. 図2のA-A断面図である。It is AA sectional drawing of FIG. (A)は二次元フォトニック結晶14の平面図であり、(B)は(A)のB-B断面図である。(A) is a top view of the two-dimensional photonic crystal 14, (B) is BB sectional drawing of (A). 光偏光素子の偏向作用の動作原理を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the principle of operation of the deflection | deviation effect | action of a light-polarizing element. (A)及び(B)は波数ベクトル間の関係を表す波数ベクトル図である。(A) And (B) is a wave vector diagram showing the relationship between wave vectors. 本発明の第2の実施の形態に係る光偏光素子の斜視図である。It is a perspective view of the light polarizing element which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 図7のC-C断面図である。It is CC sectional drawing of FIG. 光偏光素子の偏向作用の動作原理を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the principle of operation of the deflection | deviation effect | action of a light-polarizing element. 光偏光素子の偏向作用の動作原理を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the principle of operation of the deflection | deviation effect | action of a light-polarizing element. (A)及び(B)は波数ベクトル間の関係を表す波数ベクトル図である。(A) And (B) is a wave vector diagram showing the relationship between wave vectors. 本発明の第3の実施の形態に係る光偏光素子の斜視図である。It is a perspective view of the light polarizing element which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 図12のD-D断面図である。It is DD sectional drawing of FIG. 光偏光素子の偏向作用の動作原理を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the principle of operation of the deflection | deviation effect | action of a light-polarizing element. 光偏光素子の偏向作用の動作原理を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the principle of operation of the deflection | deviation effect | action of a light-polarizing element. (A)及び(B)は波数ベクトル間の関係を表す波数ベクトル図である。(A) And (B) is a wave vector diagram showing the relationship between wave vectors. 本発明の第4の実施の形態に係る光偏光素子の斜視図である。It is a perspective view of the light polarizing element which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 図17のF-F断面図である。It is FF sectional drawing of FIG. 光偏光素子の偏向作用の動作原理を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the principle of operation of the deflection | deviation effect | action of a light-polarizing element. 光偏光素子の偏向作用の動作原理を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the principle of operation of the deflection | deviation effect | action of a light-polarizing element. (A)及び(B)は波数ベクトル間の関係を表す波数ベクトル図である。(A) And (B) is a wave vector diagram showing the relationship between wave vectors. 本発明の光偏光素子の構造を光分光器に応用した変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification which applied the structure of the light polarizing element of this invention to the optical spectrometer.

符号の説明Explanation of symbols

10 基板
12 下部スペーサ層
14 二次元フォトニック結晶
14b シリコン基板
14a 貫通孔
16 上部スペーサ層
18 上部反射ミラー
18R 上部回転反射ミラー
20 下部反射ミラー
22 強誘電体層
24 回転軸
26 保持部材
28 モータ
30 圧電素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Substrate 12 Lower spacer layer 14 Two-dimensional photonic crystal 14b Silicon substrate 14a Through hole 16 Upper spacer layer 18 Upper reflection mirror 18R Upper rotation reflection mirror 20 Lower reflection mirror 22 Ferroelectric layer 24 Rotating shaft 26 Holding member 28 Motor 30 Piezoelectric element

Claims (9)

入射光を反射する第1反射面を備えた第1反射板と、
入射光を反射する第2反射面を備え、前記第2反射面が前記第1反射面に対向するように配置された第2反射板と、
前記第1反射板と前記第2反射板との間に、前記第1反射板と平行に配置され、第1媒体で構成された基板内に前記第1媒体とは屈折率の異なる柱状の第2媒体が二次元周期的に配列された二次元フォトニック結晶と、
を備えた光偏向素子。
A first reflector having a first reflecting surface for reflecting incident light;
A second reflecting plate provided with a second reflecting surface for reflecting incident light, the second reflecting surface disposed so as to face the first reflecting surface;
Between the first reflector and the second reflector, the first reflector is disposed in parallel with the first reflector, and a columnar second having a refractive index different from that of the first medium is formed in a substrate made of the first medium. A two-dimensional photonic crystal in which two media are arranged two-dimensionally;
An optical deflection element comprising:
前記第1反射板と前記二次元フォトニック結晶との間に、電気光学効果により屈折率が変化する強誘電体層を更に挿入した、請求項1に記載の光偏向素子。   2. The optical deflection element according to claim 1, wherein a ferroelectric layer whose refractive index changes due to an electro-optic effect is further inserted between the first reflector and the two-dimensional photonic crystal. 前記第2反射面の前記第1反射面に対する傾きが変化するように、前記第2反射板が回転可能に配置された、請求項1に記載の光偏向素子。   The light deflecting element according to claim 1, wherein the second reflecting plate is rotatably arranged so that an inclination of the second reflecting surface with respect to the first reflecting surface is changed. 前記二次元フォトニック結晶に隣接して、前記二次元フォトニック結晶を変形させる圧電素子が更に配置された、請求項1に記載の光偏向素子。   2. The optical deflection element according to claim 1, further comprising a piezoelectric element that deforms the two-dimensional photonic crystal adjacent to the two-dimensional photonic crystal. 前記第1反射面と前記第2反射面との距離が、入射光の波長に対し定在波が生じる距離となるように、前記第1反射板と前記第2反射板とを離間配置した、請求項1〜4の何れか1項に記載の光偏向素子。   The first reflecting plate and the second reflecting plate are spaced apart so that a distance between the first reflecting surface and the second reflecting surface is a distance at which a standing wave is generated with respect to a wavelength of incident light. The light deflection element according to claim 1. 請求項1〜5の何れか1項に記載の光偏向素子を用いた光偏向方法であって、
前記第1反射板及び前記第2反射板の何れか一方に入射された入射光が、前記第1反射板と前記第2反射板との間で反射されて前記二次元フォトニック結晶を複数回通過し、前記二次元フォトニック結晶により回折されて射出されるように、前記入射光を数度の入射角で入射させる光偏向方法。
An optical deflection method using the optical deflection element according to any one of claims 1 to 5,
Incident light that is incident on one of the first reflector and the second reflector is reflected between the first reflector and the second reflector to pass through the two-dimensional photonic crystal a plurality of times. An optical deflection method in which the incident light is incident at an incident angle of several degrees so as to pass through and be diffracted and emitted by the two-dimensional photonic crystal.
請求項2に記載の光偏向素子を用いた光偏向方法であって、
前記第1反射板及び前記第2反射板の何れか一方に入射された入射光が、前記第1反射板と前記第2反射板との間で反射されて前記二次元フォトニック結晶を複数回通過し、前記二次元フォトニック結晶により回折されて射出されるように、前記入射光を数度の入射角で入射させると共に、
前記強誘電体層に電界を印加して電気光学効果により屈折率を変化させ、前記二次元フォトニック結晶に入射する入射光の角度を変化させて、前記回折光が射出される方向を変化させる光偏向方法。
An optical deflection method using the optical deflection element according to claim 2,
Incident light that is incident on one of the first reflector and the second reflector is reflected between the first reflector and the second reflector to pass through the two-dimensional photonic crystal a plurality of times. The incident light is incident at an incident angle of several degrees so as to pass through and be diffracted and emitted by the two-dimensional photonic crystal;
An electric field is applied to the ferroelectric layer, the refractive index is changed by an electro-optic effect, the angle of incident light incident on the two-dimensional photonic crystal is changed, and the direction in which the diffracted light is emitted is changed. Light deflection method.
請求項3に記載の光偏向素子を用いた光偏向方法であって、
前記第1反射板及び前記第2反射板の何れか一方に入射された入射光が、前記第1反射板と前記第2反射板との間で反射されて前記二次元フォトニック結晶を複数回通過し、前記二次元フォトニック結晶により回折されて射出されるように、前記入射光を数度の入射角で入射させると共に、
前記第2反射板を回転させ、前記第2反射面の前記第1反射面に対する傾きを変化させて、前記回折光が射出される方向を変化させる光偏向方法。
An optical deflection method using the optical deflection element according to claim 3,
Incident light that is incident on one of the first reflector and the second reflector is reflected between the first reflector and the second reflector to pass through the two-dimensional photonic crystal a plurality of times. The incident light is incident at an incident angle of several degrees so as to pass through and be diffracted and emitted by the two-dimensional photonic crystal;
An optical deflection method in which the direction in which the diffracted light is emitted is changed by rotating the second reflecting plate and changing an inclination of the second reflecting surface with respect to the first reflecting surface.
請求項4に記載の光偏向素子を用いた光偏向方法であって、
前記第1反射板及び前記第2反射板の何れか一方に入射された入射光が、前記第1反射板と前記第2反射板との間で反射されて前記二次元フォトニック結晶を複数回通過し、前記二次元フォトニック結晶により回折されて射出されるように、前記入射光を数度の入射角で入射させると共に、
前記圧電素子により前記二次元フォトニック結晶を変形させて、前記回折光が射出される方向を変化させる光偏向方法。
An optical deflection method using the optical deflection element according to claim 4,
Incident light that is incident on one of the first reflector and the second reflector is reflected between the first reflector and the second reflector to pass through the two-dimensional photonic crystal a plurality of times. The incident light is incident at an incident angle of several degrees so as to pass through and be diffracted and emitted by the two-dimensional photonic crystal;
An optical deflection method in which the two-dimensional photonic crystal is deformed by the piezoelectric element to change a direction in which the diffracted light is emitted.
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