JP2013130609A - 電磁波放射素子およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電磁波放射素子1は、非線形光学結晶からなる本体7と、本体7上に形成されたサブ波長格子構造5とを備える。サブ波長格子構造5が、本体7上に第一の方向Xおよび第二の方向Yに向かって規則的に配列された突起2、隣接する突起2の間に設けられ、X、Yに向かって延びる第一、二の溝3X、3Yを含む。各突起2が、X方向に向かって対向する一対の第一の表面2c、2dおよびY方向に向かって対向する一対の第二の表面2a、2bを有する。第一の表面の幅が本体7から突起の上端2eへと向かって小さくなっており、第二の表面の幅が本体7から突起の上端2eへと向かって小さくなっている。第一の溝を幅方向に切ってみたときに湾曲面を形成しており、かつ第二の溝を幅方向に切ってみたときに湾曲面を形成している。
【選択図】図1
Description
一方、最近ではフェムト秒レーザを光源とした光スイッチあるいは光整流により広帯域のテラヘルツ波を発生し、時間領域分光(TDS:Time Domain Spectroscopy)などに応用されている。
d=λ/(4√n×n0)
(λは光の波長、nは素子を構成する結晶の屈折率、n0は空気の屈折率=1)
非線形光学結晶からなる本体と、この本体上に形成されたサブ波長格子構造とを備えており、サブ波長格子構造が、本体上に第一の方向および第二の方向に向かって規則的に配列された突起、隣接する突起の間に設けられ、第一の方向に向かって延びる第一の溝、および隣接する突起の間に設けられ、第二の方向に向かって延びる第二の溝を含み、各突起が、第一の方向に向かって対向する一対の第一の表面および第二の方向に向かって対向する一対の第二の表面を有しており、第一の表面の幅が本体から突起の上端へと向かって小さくなっており、第二の表面の幅が本体から突起の上端へと向かって小さくなっており、第一の溝を幅方向に切ってみたときに湾曲面を形成しており、かつ第二の溝を幅方向に切ってみたときに湾曲面を形成していることを特徴とする。
なお、突起の高さ、幅、溝の幅の基準は、加工前の基板表面の水平線Hとする。
パラメットリック発振の場合には、パラメトリック発振可能な非線形光学結晶からなる素子本体内にポンプ波を入射し、ノンコリニア位相整合条件を満たす方向にアイドラー波とテラヘルツ波を発生させる。このとき、ポンプ波として単一周波数の第1レーザー光を使用し、かつ、アイドラー波の発生方向に単一周波数の別の第2レーザー光を光注入することが好ましい。
0.04°〜4°が好ましい。この場合、θは65°〜62°の範囲となる。
図1、図2、図3および図7に示す形態の電磁波放射素子を製造した。ただし、このサブ波長格子構造5は、図1には示した支持基板と接着層とを設けていないものである。
h: 75 μm
WT: 37 μm
WG: 12.6 μm
R: 7.4 μm
T: 50μm
実施例1と同じ素子本体7を使用し、電磁波透過率を測定した。ただし、素子表面にサブ波長格子構造を形成しなかった。この場合、ピーク透過率は周波数にほとんど依存なく、55%であった。これはニオブ酸リチウム単結晶の屈折率が本周波数では5になることに起因する。
図12に示す四角錘形状の突起からなるサブ波長格子について、実施例1の構造と比較するためにFDTD法によるシミュレーションによる2次元解析を行った。シミュレーションのモデルとして、実施例1の構造のモデルとした。ただし、四角錘形状については四角錘底面幅50μm、ピッチ:50μmと固定し、h:30μm〜300μmの領域において透過率を計算した。
実施例1と同じ素子本体を使用し、電磁波透過率を測定した。ただし、素子本体の表面に、サブ波長格子構造を形成した。ここで、形成した各柱状体は四角柱形状をしている。各柱状体の高さは35μmであり、柱状体のピッチは50μmであり、柱状体の幅は20μmである。
この結果、ピーク透過率は77%であった(周波数は0.6THz)。この構造において今回検証した高さT(30μm〜300μm)の範囲ではTを大きくしてもピーク透過率は90%以上にはならなかった。
実施例1において、突起の高さhおよび溝の曲率半径Rを表1、表2に示すように変更し、ピーク透過率を測定し、結果を表1、表2に示す。
実施例1において、溝を設けることなく、溝の代わりに平坦面を設けた。その他の部分は実施例1と同様とし、ピーク透過率を測定した。
Claims (6)
- 0.1THz〜30THzの範囲内にある目的周波数の電磁波を結晶の外部へと放射する電磁波放射素子であって、
非線形光学結晶からなる本体と、この本体上に形成されたサブ波長格子構造とを備えており、前記サブ波長格子構造が、前記本体上に第一の方向および第二の方向に向かって規則的に配列された突起、隣接する前記突起の間に設けられ、前記第一の方向に向かって延びる第一の溝、および隣接する前記突起の間に設けられ、前記第二の方向に向かって延びる第二の溝を含み、前記各突起が、前記第一の方向に向かって対向する一対の第一の表面および前記第二の方向に向かって対向する一対の第二の表面を有しており、前記第一の表面の幅が前記本体から前記突起の上端へと向かって小さくなっており、前記第二の表面の幅が前記本体から前記突起の上端へと向かって小さくなっており、前記第一の溝を幅方向に切ってみたときに湾曲面を形成しており、かつ前記第二の溝を幅方向に切ってみたときに湾曲面を形成していることを特徴とする、電磁波放射素子。 - 前記各突起の前記第一の表面および前記第二の表面が平面であることを特徴とする、請求項1記載の素子。
- 前記各突起の前記第一の表面および前記第二の表面が凹面であることを特徴とする、請求項1記載の素子。
- 前記第一の方向と前記第二の方向とが直交することを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一つの請求項に記載の素子。
- 前記各突起が四角錐形状であることを特徴とする、請求項4記載の素子。
- 前記各突起の前記上端が平面状であることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一つの請求項に記載の素子。
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