JP2012527649A - 材料選択による全反射多層光学の最適化 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図2
Description
β1<β3<β4<・・・<βN+1<βN+2<β2 (2)
グレーディング材料に関して(ni−ni+1)を最大化(3<i<N+1) (3)
グレーディング材料と高屈折率材料及び低屈折率材料との間の遷移に関して(n1−n3)及び(nN+2−n2)を最大化 (4)
グレーディング材料に関して(βi+1−βi)を最小化(3<i<N+1) (5)
グレーディング材料と高屈折率材料及び低屈折率材料との間の遷移に関して(β3−β1)及び(β2−βN+2)を最小化 (6)
ステップ80で実行するプロセスにより、図3のグレーディング層36と類似する一連のグレーディング層が形成される。そして、最も外側のグレーディング層に低屈折率材料を被着又はメッキさせて、図3の第1多層領域32−1又は図5の多層領域92等の多層領域の製造を完了してもよい(ステップ82)。判定ステップ(ステップ84)では、更に多層領域を追加するか否かについての判定を行ってもよい。例えば、光学素子90(図5)では、最初の多層領域92に多層領域32−2を追加している。このように1又は複数の多層領域を追加する場合は、ステップ78に戻って、現在の最も外側の低屈折率材料層上に別の高屈折率材料層を被着又はメッキさせてもよい。この構成により、図示した通り、例えばグレーディング層36−1を通過してグレーディング層36−2に入射する入射角度で、入射光子ビーム40を多層領域32−1、32−2中で反射させるようにしてもよい。
β2>βN+2>βN+1>・・・>β4>β3>β1 (8)
グレーディング材料に関して(ni−ni+1)を最大化(3<i<N+1) (9)
グレーディング材料と高屈折率材料及び低屈折率材料との間の遷移に関して(n1−n3)及び(nN+2−n2)を最大化 (10)
グレーディング材料に関して(βi+1−βi)を最小化(3<i<N+1) (11)
グレーディング材料と高屈折率材料及び低屈折率材料との間の遷移に関して(β3−β1)及び(β2−βN+2)を最小化 (12)
高屈折率材料を被着させて高屈折率層106を形成した後(ステップ132)、判定ステップ(ステップ134)では、更に多層領域を形成するか否かについての判定を行う。YESの場合は、必要に応じてステップ128〜132を繰り返し、所望の場合は光子不透過クラッド層を追加する(ステップ136)。この構成により、図示した通り、例えばグレーディング層108−3を通過してグレーディング層108−2に入射する入射角度で、入射光子ビーム60を多層領域102−1、102−2中で反射させるようにしてもよい。
ここで、f(z)は、構成材料M1、M2の構成比を指定する例えば線形関数、多項式関数、又は対数単調関数であってもよい。単調関数であれば、隣接する2つのグレーディング層624−1、624−3間における構成材料M1、M2の相対的な割合の組成変化が滑らかになる。
Claims (40)
- 全反射により光子の方向を変えて伝播させる第1の多層領域であって、
第1の実屈折率n1及び第1の吸収係数β1を有する高屈折率材料層と、
第2の実屈折率n2及び第2の吸収係数β2を有する低屈折率材料層と、
前記高屈折率材料層と前記低屈折率材料層との間に配設され、第3の実屈折率n3及び第3の吸収係数β3をn1>n3>n2の関係で有するグレーディング層を備えたグレーディング領域と、
を含む第1多層領域を備えたことを特徴とする光学素子。 - 値(n1−n2)、(n1−n3)、及び(n3−n2)の少なくとも1つが最大であることを特徴とする、請求項1に記載の光学素子。
- β2>β3>β1の関係が成り立つことを特徴とする、請求項2に記載の光学素子。
- 値(β2−β1)、(β2−β3)、及び(β3−β1)の少なくとも1つが最小であることを特徴とする、請求項3に記載の光学素子。
- 前記光子が10eV超のエネルギーを有することを特徴とする、請求項1に記載の光学素子。
- 前記グレーディング領域が、第4の実屈折率n4を有する材料により構成された第2のグレーディング層と、第5の実屈折率n5を有する材料により構成された第3のグレーディング層とを更に備え、n5>n3及びn5>n4の関係が成り立つとともに、当該第3グレーディング層が前記第1グレーディング層と当該第2グレーディング層との間に配設されたことを特徴とする、請求項1に記載の光学素子。
- 前記第2グレーディング層が第4の吸収係数β4を有し、前記第3グレーディング層が第5の吸収係数β5を有し、β3>β5及びβ4>β5の関係が成り立つことを特徴とする、請求項6に記載の光学素子。
- 前記高屈折率材料層がコアを備え、当該コアが曲線断面及び多角形断面のいずれかを有する円筒部を含み、前記グレーディング領域が当該高屈折率材料層の少なくとも一部を覆うように構成され、前記低屈折率材料層が当該グレーディング領域の少なくとも一部を覆うように構成されたことを特徴とする、請求項1に記載の光学素子。
- 前記第1多層領域の少なくとも一部を囲うように構成された第2多層領域を更に備えたことを特徴とする、請求項8に記載の光学素子。
- 前記低屈折率材料層の少なくとも一部が、凸面、凹面、及び鞍状面の少なくとも1つを含むことを特徴とする、請求項8に記載の光学素子。
- 前記低屈折率材料層が曲線断面及び多角形断面のいずれかを有する円筒コアを備え、前記グレーディング領域が当該低屈折率材料層の少なくとも一部を囲うように構成され、前記高屈折率材料層が当該グレーディング領域の少なくとも一部を囲うように構成されたことを特徴とする、請求項1に記載の光学素子。
- 前記高屈折率材料層が平面形状を含み、前記グレーディング領域が当該高屈折率材料層の第1の表面に被着され、前記低屈折率材料層が当該グレーディング領域に被着されたことを特徴とする、請求項1に記載の光学素子。
- 光子を受ける入力面及び光子を伝播させる出力面を更に備え、当該入力面及び出力面のいずれかの少なくとも一部がアーチ形状であることを特徴とする、請求項12に記載の光学素子。
- 前記グレーディング領域が前記平面形状の少なくとも一表面にも被着されたことを特徴とする、請求項12に記載の光学素子。
- 前記高屈折率材料層、前記グレーディング領域、及び前記低屈折率材料層のいずれかの少なくとも一部が円筒面を含むことを特徴とする、請求項14に記載の光学素子。
- 前記円筒面が、光学素子の縦軸に沿って凸状の曲率及び凹状の曲率のいずれかを有することを特徴とする、請求項15に記載の光学素子。
- 入力を受ける入力面を更に備え、当該入力面の少なくとも一部が平面、歪曲面、凸面、凹面、及び複雑曲面のいずれかを有することを特徴とする、請求項1に記載の光学素子。
- 前記低屈折率材料層が平面形状を含み、前記グレーディング領域が当該平面形状の少なくとも1つの表面に被着され、前記高屈折率材料層が当該グレーディング領域の少なくとも一部に被着されたことを特徴とする、請求項1に記載の光学素子。
- 前記グレーディング領域が複数のグレーディング副層を有する第2のグレーディング層を更に備え、当該各グレーディング副層が第1の構成材料及び第2の構成材料を含み、当該第1構成材料が第4の実屈折率n4及び第4の吸収係数β4を有し、当該第2構成材料が第5の実屈折率n5及び第5の吸収係数β5を有することを特徴とする、請求項1に記載の光学素子。
- 前記第4実屈折率n4が前記第5実屈折率n5以上であり、前記第5吸収係数β5が前記第4吸収係数β4以上であることを特徴とする、請求項19に記載の光学素子。
- 前記各屈折率材料層又はグレーディング副層が、隣接する屈折率材料層又はグレーディング副層における前記第1構成材料及び前記第2構成材料の体積組成比と異なる体積組成比で当該第1構成材料及び当該第2構成材料の組成物を含むことを特徴とする、請求項19に記載の光学素子。
- 前記グレーディング領域が、体積比f(z)の第1の構成材料M1及び体積比[1−f(z)]の第2の構成材料M2の組成物を含む第2のグレーディング層を更に備え、当該第1構成材料M1が第4の実屈折率n4及び第4の吸収係数β4を有し、当該第2構成材料M2が第5の実屈折率n5及び第5の吸収係数β5を有し、当該組成物がf(z)M1+[1−f(z)]M2で与えられることを特徴とする、請求項1に記載の光学素子。
- 前記関数f(z)が線形関数、多項式関数、又は対数単調関数を含むことを特徴とする、請求項22に記載の光学素子。
- 全反射により光子の方向を変えて伝播させる第1の方向変換部を構成する1又は複数の多層領域であって、
第1の実屈折率n1及び第1の吸収係数β1を有する高屈折率材料と第2の実屈折率n2及び第2の吸収係数β2を有する低屈折率材料のいずれかにより構成されたコアと、
前記コアに被着され、第3の実屈折率n3及び第3の吸収係数β3をn1>n3>n2の関係で有するグレーディング層を備えたグレーディング領域と、
前記グレーディング領域に被着され、前記高屈折率材料及び前記低屈折率材料の他方により構成された外層と、
を含む各多層領域を備えたことを特徴とする光学素子。 - 前記多層領域のいずれかの少なくとも一部が、平面、円筒面、凸面、凹面、及び鞍状面のいずれかを含むことを特徴とする、請求項24に記載の光学素子。
- 値(n1−n2)、(n1−n3)、及び(n3−n2)の少なくとも1つが最大であることを特徴とする、請求項24に記載の光学素子。
- β2>β3>β1の関係が成り立つことを特徴とする、請求項26に記載の光学素子。
- 値(β2−β1)、(β2−β3)、及び(β3−β1)の少なくとも1つが最小であることを特徴とする、請求項27に記載の光学素子。
- 前記第1方向変換部を形成した伝播部を更に備え、当該第1方向変換部の入力面に入射した光子ビームが当該伝播部から出力されることを特徴とする、請求項24に記載の光学素子。
- 前記伝播部が円筒形状及び平面形状のいずれかを含むことを特徴とする、請求項29に記載の光学素子。
- 前記伝播部を形成した第2の方向変換部を更に備え、前記第1方向変換部の入力面に入射した光子ビームが当該第2方向変換部から出力されることを特徴とする、請求項24に記載の光学素子。
- 前記第2方向変換部の一部が円筒面、凸面、凹面、複数の平面部分から成る組、及び鞍状面のいずれかを含むことを特徴とする、請求項31に記載の光学素子。
- 第1の実屈折率n1及び第1の吸収係数β1を有する高屈折率材料層を形成する工程と、
前記第1実屈折率n1より小さな第2の実屈折率n2及び前記第1吸収係数β1より大きな第2の吸収係数β2を有する低屈折率材料層を形成する工程と、
第3の実屈折率n3及び第3の吸収係数β3を有するグレーディング材料を含むグレーディング領域を、n1>n3>n2の関係が成り立つとともに、前記高屈折率材料層及び前記低屈折率材料層が全反射により光子の方向を変えて伝播させるように、両屈折率材料層間に形成する工程と、
を含む光学素子の製造方法。 - 隣接層間の実屈折率の差異が最大化されていることを特徴とする、請求項33に記載の方法。
- β2>β3>β1の関係が成り立つことを特徴とする、請求項34に記載の方法。
- 隣接層間の吸収係数の差異が最小化されていることを特徴とする、請求項35に記載の方法。
- 前記グレーディング領域が複数のグレーディング副層を備え、当該副層の少なくとも1つが、n1>n4>n2の関係を満たす第4の実屈折率n4及びβ2>β4>β1の関係を満たす第4の吸収係数β4を有する第1の構成グレーディング材料と、n1>n5>n2の関係を満たす第5の実屈折率n5及び第5の吸収係数β5を有する第2の構成グレーディング材料との比例混合物により構成されたことを特徴とする、請求項33に記載の方法。
- 第1のグレーディング副層における前記第1構成グレーディング材料と前記第2構成グレーディング材料との比例混合物が、別のグレーディング副層における当該第1構成グレーディング材料と当該第2構成グレーディング材料との比例混合物とは異なることを特徴とする、請求項37に記載の方法。
- 前記グレーディング領域を形成する工程が、前記高屈折率材料層と前記低屈折率材料層との間にグレーディング層を被着させる工程を更に含み、当該グレーディング層が、隣接する如何なるグレーディング層よりも大きな屈折率及び隣接する如何なるグレーディング層よりも小さな吸収係数を有する材料により構成されたことを特徴とする、請求項33に記載の方法。
- 前記形成工程が、気相堆積、サーマルジェット噴霧堆積、超音波ジェット噴霧堆積、及び化学メッキの少なくとも1つを含むことを特徴とする、請求項33に記載の方法。
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