JP2013044703A - 光センサー - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光熱変換体と焦電体とが熱結合される。光熱変換体には周期構造が形成される。周期構造においては、単位構造が周期的に配列される。単位構造の一部のみが負の誘電率を持つ物質で占められる。焦電体の電気的性質は、熱より変化する。
【選択図】図1
Description
(概略)
第1実施形態は、光センサーに関する。第1実施形態の光センサーは、特定の波長の光を選択的に検出する。
光熱変換体1020と上部電極1022とは直接的に接触し、上部電極1022と焦電体1024とは直接的に接触する。光熱変換体1020と上部電極1022とは熱結合され、上部電極1022と焦電体1024とは熱結合される。光熱変換体1020と焦電体1024とは上部電極1022を介して熱結合される。これにより、光熱変換体1020において発生した熱が焦電体1024へ伝えられる。
焦電体1024は、Pb(Zr1-xTix)O3(PZT)系圧電セラミックス、Sr0.5Ba0.5Nb2O6等からなる。
図1に示すように、保持基板1004の保持面1050には配線1006が形成される。配線1006は、膜体であり、導電体からなる。
図2及び図3に示すように、1次元周期構造1040においては、単位構造1070が周期方向xの1方向に周期的に配列され、1次元格子が形成される。
複素比誘電率εcは、屈折率n及び消衰定数κを用いて、式(1)であらわされる。
光の実効的な波長λeは、光が存在する場所の屈折率により決まる。また、光が間隙1100又は1次元周期構造1040に共鳴する場合は、共鳴する電磁波の大部分が正誘電率部1082及び周期構造形成面1030の近傍に存在する。このため、実効的な波長λeは、正誘電率部1082の屈折率、周期構造形成面1030の近傍の屈折率及び正誘電率部1082が1次元周期構造1040に占める割合に依存する。
図3に示すように、第1実施形態においては、周期方向xの単位構造1070の寸法である構造周期Λ、周期方向xの負誘電率部1080の寸法である負誘電率部1080の幅T及び基体部1090から負誘電率部1080が突出する寸法である負誘電率部1080の高さDが構造パラメーターとして採用される。ただし、他の構造パラメーターが採用されてもよい。
間隙1100への共鳴が利用される場合は、目標とする吸収ピーク波長の光を光熱変換体1020に選択的に吸収させるために、間隙1100が導波路として用いられる。また、目標とする吸収ピーク波長の光が間隙1100を伝播するように1次元周期構造1040の構造パラメーターが選択される。
間隙1100への共鳴が利用される場合は、構造周期Λ及び負誘電率部1080の幅Tは、光熱変換体1020に吸収させる光の偏光方向によって変化する。
間隙1100への共鳴に代えて、又は、間隙1100への共鳴に加えて、1次元周期構造1030への共鳴が利用されてもよい。
1次元周期構造1030への共鳴が利用される場合は、構造周期Λが、目標とする吸収ピーク波長の光の周期構造形成面1030における実効的な波長λeの自然数倍に一致しなければならず、式(13)を満たさなければならない。
上述したように、構造周期Λ、負誘電率部1080の幅T及び負誘電率部1080の高さDの間には、目標とする吸収ピーク波長の光を効率よく吸収するのに適した望ましい関係が存在する。したがって、光熱変換体1020の材質及び基本構造が決定された後は、当該望ましい関係が満たされるように構造周期Λ、負誘電率部1080の幅T及び負誘電率部1080の高さDが概算され、目標とする吸収ピーク波長の光が効率よく吸収されるように構造周期Λ、負誘電率部1080の幅T及び負誘電率部1080の高さDが数値計算により最適化される。
設計例1は、第1実施形態の光熱変換体1020の設計に関する。
第2実施形態は、第1実施形態の光熱変換体を置き換える光熱変換体に関する。以下では、第1実施形態の光熱変換体と第2実施形態の光熱変換体との重要な共通点及び相違点が説明される。説明されない事項については、第1実施形態の光熱変換体の構成が、そのまま又は変形されてから、第2実施形態の光熱変換体において採用される。第2実施形態の光熱変換体の構成物には、第1実施形態の光熱変換体の対応する構成物と同じ名称が付与される。
図14の模式図(斜視図)に示すように、第2実施形態においては、周期方向xの単位構造2070の寸法である構造周期Λx、周期方向yの単位構造2070の寸法である構造周期Λy、周期方向xの負誘電率部2080の寸法である負誘電率部2080の幅Lx、周期方向yの負誘電率部2080の寸法である負誘電率部2080の幅Ly、基体部2090から負誘電率部2080が突出する寸法である負誘電率部2080の高さLzが構造パラメーターとして採用される。ただし、他の構造パラメーターが採用されてもよい。
設計例2は、第2実施形態の光熱変換体2020の設計に関する。
第3実施形態は、第1実施形態の光熱変換体を置き換える光熱変換体に関する。以下では、第1実施形態の光熱変換体と第3実施形態の光熱変換体との重要な共通点及び相違点が説明される。説明されない事項については、第1実施形態の光熱変換体の構成が、そのまま又は変形されてから、第3実施形態の光熱変換体において採用される。第3実施形態の光熱変換体の構成物には、第1実施形態の光熱変換体の対応する構成物と同じ名称が付与される。
図21に示すように、第3実施形態においては、周期方向xの単位構造3070の寸法である構造周期Λx、周期方向yの単位構造3070の寸法である構造周期Λy、周期方向zの単位構造3070の寸法である構造周期Λz、周期方向xの負誘電率部3080の寸法である負誘電率部3080の幅Lx、周期方向yの負誘電率部3080の寸法である負誘電率部3080の幅Ly及び周期方向zの負誘電率部3080の寸法である負誘電率部3080の幅Lzが構造パラメーターとして採用される。ただし、他の構造パラメーターが採用されてもよい。
設計例3は、第3実施形態の光熱変換体3020の設計に関する。
1020,2020,3020 光熱変換体
1024 焦電体
1070,2070,3070 単位構造
1080,2080,3080 負誘電率部
Claims (8)
- 光センサーであって、
周期構造が形成され、前記周期構造において単位構造が周期的に配列され、前記単位構造の各々の一部のみが負の誘電率を持つ物質で占められる光熱変換体と、
前記光熱変換体に熱結合され、熱により電気的性質が変化する熱感応体と、
を備える光センサー。 - 請求項1の光センサーにおいて、
前記光熱変換体が電極を兼ねる
光センサー。 - 請求項1又は請求項2の光センサーにおいて、
前記熱感応体が焦電体、サーミスタ又は熱電変換体である
光センサー。 - 請求項1から請求項3までのいずれかの光センサーにおいて、
前記周期構造が1次元周期構造である
光センサー。 - 請求項1から請求項3までのいずれかの光センサーにおいて、
前記周期構造が2次元周期構造である
光センサー。 - 請求項1から請求項3までのいずれかの光センサーにおいて、
前記周期構造が3次元周期構造である
光センサー。 - 請求項1から請求項6までのいずれかの光センサーにおいて、
前記光熱変換体は、前記周期構造が形成される周期構造形成面を備え、
目標とする吸収ピーク波長の光の前記周期構造形成面における実効的な波長より前記周期構造の構造周期が小さく、前記単位構造において前記負の誘電率を持つ物質が占める幅が表皮厚より大きい
光センサー。 - 請求項1から請求項6までのいずれかの光センサーにおいて、
前記光熱変換体は、前記周期構造が形成される周期構造形成面を備え、
目標とする吸収ピーク波長の光の前記周期構造形成面における実効的な波長の自然数倍に前記周期構造の構造周期が一致し、前記単位構造において前記負の誘電率を持つ物質が占める幅が表皮厚より大きい
光センサー。
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