JP2019174552A - Metamaterial optical element and method for manufacturing the same - Google Patents
Metamaterial optical element and method for manufacturing the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP2019174552A JP2019174552A JP2018060666A JP2018060666A JP2019174552A JP 2019174552 A JP2019174552 A JP 2019174552A JP 2018060666 A JP2018060666 A JP 2018060666A JP 2018060666 A JP2018060666 A JP 2018060666A JP 2019174552 A JP2019174552 A JP 2019174552A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thin film
- metal pattern
- optical element
- film portion
- metamaterial optical
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、メタマテリアル光学素子、及び、メタマテリアル光学素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a metamaterial optical element and a method for producing a metamaterial optical element.
現在、テラヘルツ帯の電磁波を用いることにより、ミリ波よりも高分解能でX線よりも低侵襲な、いわゆる非破壊で非接触なイメージング技術の実現が期待されている。しかしながら、一般的に、テラヘルツ帯で使用できる光学素子(例えばレンズや偏光子など)の種類は、可視光や赤外光のための光学素子の種類と比較して少ない。これは、テラヘルツ帯で利用できる光学材料が限られていることに起因している。 Currently, by using terahertz band electromagnetic waves, it is expected to realize a so-called non-destructive and non-contact imaging technique that is higher resolution than millimeter waves and less invasive than X-rays. However, in general, the types of optical elements (for example, lenses and polarizers) that can be used in the terahertz band are fewer than the types of optical elements for visible light and infrared light. This is because the optical materials that can be used in the terahertz band are limited.
これに対して、テラヘルツ帯で使用できる光学素子として、メタマテリアルを利用したものが考えられる。メタマテリアルは波長よりも小さな構造体を作製し、その誘電率と透磁率を制御する技術である。メタマテリアルによれば、物質固有の材料特性に縛られることなく、屈折率を制御することが可能である。したがって、メタマテリアルを用いることによって、光学材料の制約を受けることなく、テラヘルツ帯で使用できる光学素子を提供できる。このようなメタマテリアルを利用した光学素子としては、誘電体基板の両面に金属パターンを配置した構造を有するものが知られている(例えば特許文献1)。 On the other hand, as an optical element that can be used in the terahertz band, an element using a metamaterial can be considered. Metamaterial is a technology that produces a structure smaller than the wavelength and controls its dielectric constant and permeability. According to the metamaterial, it is possible to control the refractive index without being restricted by the material characteristics specific to the substance. Therefore, by using a metamaterial, an optical element that can be used in the terahertz band without being restricted by the optical material can be provided. As an optical element using such a metamaterial, an optical element having a structure in which metal patterns are arranged on both surfaces of a dielectric substrate is known (for example, Patent Document 1).
特許文献1においては、誘電体基板として、厚さが23μm〜50μm程度であるフレキシブルなシクロオレフィンポリマーフィルムが挙げられている。しかしながら、メタマテリアルのパラメータとして、誘電体基板の厚さが23μm〜50μm程度である場合には、例えば1.5THz〜3THz程度の高周波領域において良好な光学特性が得られないおそれがある。これに対して、誘電体基板の厚さを数μm程度まで薄くすれば、高周波領域においても良好な光学特性が得られるとも考えられるが、シクロオレフィンポリマーフィルムが押出成型により作製されることを考慮すると、誘電体基板を数μm程度まで薄く構成することが困難である。
In
本発明は、そのような事情に鑑みてなされたものであり、テラヘルツ帯において良好な光学特性を得ることを可能とするメタマテリアル光学素子、及び、メタマテリアル光学素子の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a metamaterial optical element capable of obtaining good optical characteristics in the terahertz band, and a method for manufacturing the metamaterial optical element. Objective.
本発明に係るメタマテリアル光学素子は、第1面及び第1面の反対側の第2面を有し、シリコンを含む薄膜部と、第1面上に形成され、周期構造を有する第1金属パターンと、第1面に交差する方向からみて第1金属パターンと重複するように第2面上に形成され、周期構造を有する第2金属パターンと、第1面又は第2面の縁部に設けられ、薄膜部を支持する枠部と、を備える。 The metamaterial optical element according to the present invention has a first surface and a second surface opposite to the first surface, a thin film portion containing silicon, and a first metal formed on the first surface and having a periodic structure. The pattern is formed on the second surface so as to overlap the first metal pattern when viewed from the direction intersecting the first surface, and the second metal pattern having a periodic structure and the edge of the first surface or the second surface And a frame portion that supports the thin film portion.
このメタマテリアル光学素子においては、薄膜部の第1面と第2面とのそれぞれに対して、周期構造を有する第1金属パターン及び第2金属パターンが形成されている。特に、このメタマテリアル光学素子においては、薄膜部がシリコンを含む。このため、例えば半導体プロセスを利用した研磨及び研削等により、薄膜部の厚さを数μm程度で制御可能となる。さらに、薄膜部の第1面又は第2面には、薄膜部を支持する枠部が設けられている。このため、枠部によって強度を保持しつつ、薄膜部の薄化を確実に実現できる。よって、このメタマテリアル光学素子によれば、高周波領域を含むテラヘルツ帯において良好な光学特性を得ることを可能となる。 In this metamaterial optical element, a first metal pattern and a second metal pattern having a periodic structure are formed on each of the first surface and the second surface of the thin film portion. In particular, in this metamaterial optical element, the thin film portion contains silicon. For this reason, the thickness of the thin film portion can be controlled to about several μm by, for example, polishing and grinding using a semiconductor process. Furthermore, a frame portion that supports the thin film portion is provided on the first surface or the second surface of the thin film portion. For this reason, thinning of a thin film part is reliably realizable, hold | maintaining intensity | strength by a frame part. Therefore, according to this metamaterial optical element, it is possible to obtain good optical characteristics in the terahertz band including the high frequency region.
本発明に係るメタマテリアル光学素子においては、枠部は、薄膜部と別体に構成されており、第1面又は第2面に接合されていてもよい。この場合、薄膜部に枠部が接合されていない状態において、容易に第1及び第2金属パターンの形成を行える。 In the metamaterial optical element according to the present invention, the frame portion is configured separately from the thin film portion, and may be bonded to the first surface or the second surface. In this case, the first and second metal patterns can be easily formed in a state where the frame portion is not joined to the thin film portion.
本発明に係るメタマテリアル光学素子においては、枠部は、薄膜部と一体に構成されていてもよい。この場合、薄膜部の形成と枠部の形成とを同時に行うことが可能となる。 In the metamaterial optical element according to the present invention, the frame portion may be configured integrally with the thin film portion. In this case, it is possible to simultaneously form the thin film portion and the frame portion.
本発明に係るメタマテリアル光学素子においては、枠部は、シリコンを含んでもよい。この場合、例えば半導体プロセスを利用して、高精度且つ容易に枠部を形成できる。 In the metamaterial optical element according to the present invention, the frame portion may include silicon. In this case, the frame portion can be easily formed with high accuracy by using, for example, a semiconductor process.
本発明に係るメタマテリアル光学素子においては、第1面及び第2面は、同心円状に配列された複数の領域に分割されており、第1金属パターン及び第2金属パターンが、中心側の領域から外側の領域に向かうにつれて屈折率が増大または減少するような周期構造を有することにより、対象波長の光に対する球面レンズとして構成されていてもよい。 In the metamaterial optical element according to the present invention, the first surface and the second surface are divided into a plurality of regions arranged concentrically, and the first metal pattern and the second metal pattern are regions on the center side. It may be configured as a spherical lens for light of the target wavelength by having a periodic structure in which the refractive index increases or decreases toward the outer region from.
或いは、本発明に係るメタマテリアル光学素子においては、第1面及び第2面は、第1方向に配列された複数の領域に分割されており、第1金属パターン及び第2金属パターンが、第1方向の一方側の領域から他方側の領域に向かうにつれて屈折率が増大または減少するような周期構造を有することにより、対象波長の光に対するシリンドリカルレンズとして構成されていてもよい。 Alternatively, in the metamaterial optical element according to the present invention, the first surface and the second surface are divided into a plurality of regions arranged in the first direction, and the first metal pattern and the second metal pattern are It may be configured as a cylindrical lens for light of the target wavelength by having a periodic structure in which the refractive index increases or decreases from one region in one direction toward the other region.
このように、メタマテリアル光学素子を、薄膜部の第1面及び第2面の複数の領域にわたって屈折率分布を形成した分布屈折率(Graded Index:GRIN)レンズとして構成する場合がある。この場合には、領域の分割数が少ないと、レンズ設計の自由度が低く、良好な特性が発揮されないおそれがある。領域の分割数の上限は、薄膜部の厚さを一定とすると、対象波長が高周波になるにつれて低くなる。対象波長を一定として領域の分割数の上限を高くするためには、薄膜部を薄化することが一案である。 As described above, the metamaterial optical element may be configured as a distributed index (GRIN) lens in which a refractive index distribution is formed over a plurality of regions of the first surface and the second surface of the thin film portion. In this case, if the number of divided regions is small, the degree of freedom in lens design is low, and good characteristics may not be exhibited. The upper limit of the number of divisions of the region becomes lower as the target wavelength becomes higher when the thickness of the thin film portion is constant. In order to increase the upper limit of the number of divisions of the region while keeping the target wavelength constant, it is one idea to thin the thin film portion.
しかしながら、上述したように、薄膜部をシクロオレフィンポリマーフィルムとした場合には、数μm程度までの薄化が困難である。この結果、薄膜部の厚さの下限によって領域の分割数が制限され、レンズ設計の自由度を確保することが困難である。これに対して、このメタマテリアル光学素子によれば、上述したとおり薄膜部を確実に薄化可能であるので、領域の分割数の上限を十分に確保可能である。よって、このメタマテリアル光学素子をレンズとして構成する場合には、レンズ設計の自由度及び良好な光学特性が十分に確保され、特に有効である。 However, as described above, when the thin film portion is a cycloolefin polymer film, it is difficult to reduce the thickness to about several μm. As a result, the number of divisions of the region is limited by the lower limit of the thickness of the thin film portion, and it is difficult to ensure the degree of freedom in lens design. On the other hand, according to this metamaterial optical element, since the thin film portion can be reliably thinned as described above, the upper limit of the division number of the region can be sufficiently ensured. Therefore, when this metamaterial optical element is configured as a lens, the degree of freedom in lens design and good optical characteristics are sufficiently secured, which is particularly effective.
ここで、本発明に係るメタマテリアル光学素子の製造方法は、第1面を有すると共にシリコンを含む薄膜部と、第1面の反対側において薄膜部に積層された支持層と、第1面上に形成され、周期構造を有する第1金属パターンと、を含む基体を用意する第1工程と、第1工程の後に、第1面側から基体を支持部材に接合する第2工程と、第2工程の後に、支持層を除去することにより、薄膜部における第1面と反対側の第2面を露出させる第3工程と、第3工程の後に、第1面に交差する方向からみて第1金属パターンと重複するように、周期構造を有する第2金属パターンを第2面上に形成する第4工程と、第4工程の後に、第2面の縁部に薄膜部を支持する枠部を接合する第5工程と、を備える。 Here, the manufacturing method of the metamaterial optical element according to the present invention includes a thin film portion having a first surface and containing silicon, a support layer laminated on the thin film portion on the opposite side of the first surface, and a first surface. A first step of preparing a base including a first metal pattern having a periodic structure, a second step of joining the base to the support member from the first surface side after the first step, and a second step After the step, a third step of exposing the second surface opposite to the first surface in the thin film portion by removing the support layer, and the first step as viewed from the direction intersecting the first surface after the third step. A fourth step of forming a second metal pattern having a periodic structure on the second surface so as to overlap with the metal pattern, and a frame portion that supports the thin film portion on the edge of the second surface after the fourth step. A fifth step of joining.
この製造方法によれば、上述したような、テラヘルツ帯において良好な光学特性を得ることが可能となるメタマテリアル光学素子を好適に製造できる。特に、この製造方法にあっては、第3工程において露出された薄膜部の第2面に対して、第4工程において第2金属パターンを形成する。そして、第5工程において第2面の縁部に枠部を接合する。このように、この製造方法においては、第2面に対して枠部が接合されていない状態において、且つ、第1面側において薄膜部が支持部材によって支持されている状態において、第2金属パターンの形成を行う。このため、薄膜部の破損を抑制しつつ、容易に第2金属パターンを形成できる。 According to this manufacturing method, a metamaterial optical element capable of obtaining good optical characteristics in the terahertz band as described above can be preferably manufactured. In particular, in this manufacturing method, the second metal pattern is formed in the fourth step on the second surface of the thin film portion exposed in the third step. And a frame part is joined to the edge of the 2nd surface in the 5th process. Thus, in this manufacturing method, in a state where the frame portion is not joined to the second surface and in a state where the thin film portion is supported by the support member on the first surface side, the second metal pattern Is formed. For this reason, a 2nd metal pattern can be formed easily, suppressing the failure | damage of a thin film part.
また、本発明に係るメタマテリアル光学素子の製造方法は、第1面を有すると共にシリコンを含む薄膜部と、第1面の反対側において薄膜部に積層された支持層と、第1面上に形成され、周期構造を有する第1金属パターンと、を含む基体を用意する第1工程と、第1工程の後に、第1面側から基体を支持部材に接合する第2工程と、第2工程の後に、支持層を除去することにより、薄膜部における第1面と反対側の第2面を露出させる第3工程と、第3工程の後に、第1面に交差する方向からみて第1金属パターンと重複するように、周期構造を有する第2金属パターンを第2面上に形成する第4工程と、を備え、支持部材は、枠部を含み、第2工程においては、第1面の縁部に部を接合することによって、第1面の縁部に薄膜部を支持する枠部を設ける。 Moreover, the manufacturing method of the metamaterial optical element which concerns on this invention has a 1st surface, and the thin film part which contains a silicon | silicone, the support layer laminated | stacked on the thin film part on the opposite side of the 1st surface, On the 1st surface A first step of preparing a base including a first metal pattern formed and having a periodic structure, a second step of joining the base to the support member from the first surface side after the first step, and a second step After the third step, the support layer is removed to expose the second surface opposite to the first surface in the thin film portion, and after the third step, the first metal as viewed from the direction intersecting the first surface. A fourth step of forming a second metal pattern having a periodic structure on the second surface so as to overlap with the pattern, and the support member includes a frame portion. In the second step, The thin film portion is supported on the edge portion of the first surface by bonding the portion to the edge portion. Providing a frame portion.
この製造方法によれば、上述したような、テラヘルツ帯において良好な光学特性を得ることが可能となるメタマテリアル光学素子を好適に製造できる。特に、この製造方法にあっては、第3工程において露出された薄膜部の第2面に対して、第4工程において第2金属パターンを形成する。その一方で、第2工程において、支持部材としての枠部を第1面に接合する。このように、この製造方法においては、第2面に対して枠部が接合されていない状態において第2金属パターンの形成を行う。このため、容易に第2金属パターンを形成できる。また、支持部材と別途に枠部を用意して接合する必要がないので、短時間且つ低コストでメタマテリアル光学素子を製造できる。 According to this manufacturing method, a metamaterial optical element capable of obtaining good optical characteristics in the terahertz band as described above can be preferably manufactured. In particular, in this manufacturing method, the second metal pattern is formed in the fourth step on the second surface of the thin film portion exposed in the third step. On the other hand, in the second step, the frame portion as the support member is joined to the first surface. Thus, in this manufacturing method, the second metal pattern is formed in a state where the frame portion is not bonded to the second surface. For this reason, a 2nd metal pattern can be formed easily. Moreover, since it is not necessary to prepare and join a frame part separately from the support member, a metamaterial optical element can be manufactured in a short time and at a low cost.
本発明によれば、テラヘルツ帯において良好な光学特性を得ることを可能とするメタマテリアル光学素子、及び、メタマテリアル光学素子の製造方法を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the metamaterial optical element which makes it possible to acquire a favorable optical characteristic in a terahertz band, and a metamaterial optical element can be provided.
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において、同一の要素同士、或いは、相当する要素同士には、互いに同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In each figure, the same elements or corresponding elements may be denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted.
図1は、本実施形態に係るメタマテリアル光学素子を示す図である。図1の(a)は斜視図であり、図1の(b)は図1の(a)のIb−Ib線に沿っての模式的な断面図である。図1に示されるように、メタマテリアル光学素子1は、薄膜部2と、第1金属パターン3と、第2金属パターン4と、枠部5と、を備えている。薄膜部2は、第1面2sと、第1面2sの反対側の第2面2rと、を含む。薄膜部2、第1面2s、及び、第2面2rは、矩形状である。
FIG. 1 is a diagram showing a metamaterial optical element according to the present embodiment. 1A is a perspective view, and FIG. 1B is a schematic cross-sectional view taken along line Ib-Ib in FIG. 1A. As shown in FIG. 1, the metamaterial
薄膜部2の厚さ(第1面2sと第2面2rとの間の距離)は、例えば数μm程度(例えば、1μm〜10μm)である。薄膜部2は、テラヘルツ帯に対して吸収がない誘電体からなる。薄膜部2は、シリコンを含む。薄膜部2は、例えば、SOI基板におけるシリコン層(高抵抗Si層)である。
The thickness of the thin film portion 2 (the distance between the
第1金属パターン3は、第1面2s上に形成されている。第1金属パターン3は、複数の第1金属部3pを有する。第1金属部3pは、それぞれ、短手方向及び長手方向を有する直方体状に形成されている。第1金属部3pは、短手方向及び長手方向に沿って2次元的に配列されている。第1金属部3pは、導電率が高く光損失の少ない任意の金属から構成され得るが、例えば、Au、Ag、Cu、又は、Alから構成されている。第1金属パターン3は、第1金属部3pのサイズ及び配列に応じた周期構造を有している。
The
第2金属パターン4は、第2面2r上に形成されている。第2金属パターン4は、第1面2s及び第2面2rに交差(直交)する方向からみて、第1金属パターン3に重複している。より具体的には、第2金属パターン4は、第2面2r上に2次元的に配列された複数の第2金属部4pを有する。第2金属部4pは、それぞれ、薄膜部2を介して第1金属部3pに対向している。第2金属部4pの形状及び位置は、対向する第1金属部3pと同一の形状及び位置である。これにより、第1金属パターン3と第2金属パターン4とが互いに重複する。第1金属パターン3及び第2金属パターン4は、第1面2s及び第2面2rの(ここでは円形の)領域R内に形成されている。なお、第2金属部4pは、例えば、第1金属部3pと同一の材料から構成され得る。
The
枠部5は、薄膜部2の縁部に設けられている。より具体的には、枠部5は、矩形環状に形成されており、その開口部5hから第2金属パターン4が露出するように、第2面2rの縁部に設けられている。枠部5は、薄膜部2と別体に構成されていてもよし、薄膜部2と一体に構成されていてもよい。枠部5が薄膜部2と別体に構成される場合、枠部5は、接着材を用いた接着、又は、陽極接合や直接接合等によって、第2面2rに接合される。接着材としては、例えば、エポキシ系樹脂等の接着剤に加えて、BCB(Benzo−Cyclobutene)等の有機系樹脂、水ガラス等の無機系の材料、及び、はんだ等の金属を用いることができる。この場合には、枠部5の材料は限定されないが、一例として枠部5はシリコンを含む。
The
枠部5の材料を、薄膜部2の熱膨張係数と近い熱膨張係数を有する材料とすれば、枠部5と薄膜部2との接合部分の熱膨張係数差が小さくなる。このため、高温での接合が可能となり、接合強度が向上する。一方で、枠部5が薄膜部2と一体に構成される場合には、例えば、SOI基板のエッチング等によって、薄膜部2の形成と共に形成され得る。この場合にも、枠部5はシリコンを含む(SOI基板のSi支持基板である)。
If the material of the
図2,3は、図1に示されたメタマテリアル光学素子の動作原理を説明するための図である。図2の(a)はメタマテリアル光学素子の単位セルの斜視図であり、図2の(b)は単位セルの断面図である。図3の(a)は誘電率の変化を説明するための模式図であり、図3の(b)は透磁率の変化を説明するための模式図である。図2,3に示されるように、単位セルCは、互いに対向する一対の第1金属部3p及び第2金属部4pと、薄膜部2における第1金属部3pと第2金属部4pとの間に位置する部分2pと、を含む。
2 and 3 are diagrams for explaining the operation principle of the metamaterial optical element shown in FIG. 2A is a perspective view of a unit cell of the metamaterial optical element, and FIG. 2B is a cross-sectional view of the unit cell. FIG. 3A is a schematic diagram for explaining a change in dielectric constant, and FIG. 3B is a schematic diagram for explaining a change in magnetic permeability. As shown in FIGS. 2 and 3, the unit cell C includes a pair of
メタマテリアル光学素子1に光が入射すると、入射光の電界Eとの相互作用によって、同一面上(例えば第1面2s上)の第1金属部3pに電流Iが発生する。これにより、第1金属部3p内において電荷の偏りが発生し、電束密度が変化する。この結果、物質固有の誘電率が変化する。また、メタマテリアル光学素子1に光が入射すると、入射光の磁界Hとの相互作用によって、単位セルCの第1金属部3p及び第2金属部4pに環状電流Iが発生する。これにより、磁束が発生し、物質固有の透磁率が変化する。これにより、物質固有の材料特性に制限されずに屈折率を制御可能となり、例えば高周波領域(1.5THz〜3THz)を含むテラヘルツ帯での使用が可能となる。
When light enters the metamaterial
図4は、図1に示されたメタマテリアル光学素子における金属パターンの一例を示す平面図である。図4に示されるように、ここでは、メタマテリアル光学素子1は、分布屈折率(Graded Index:GRIN)レンズとして構成されている。より具体的に説明する。薄膜部2の第1面2s及び第2面2rにおける第1金属パターン3及び第2金属パターン4が形成された領域Rは、同心円状に配列された複数(ここでは9つ)の領域R1〜R9に分割されている。領域Rの分割数は、一例として5以上であり、より好ましく7以上である。領域R1は、領域Rの中心に配置された円形の領域であり、他の領域R2〜R9は、互いに同心の円環状の領域である。
FIG. 4 is a plan view showing an example of a metal pattern in the metamaterial optical element shown in FIG. As shown in FIG. 4, here, the metamaterial
ここでは、メタマテリアル光学素子1は、第1金属パターン3及び第2金属パターン4が、中心側の領域R1から外側の領域R2に向かうにつれて屈折率が減少するような周期構造を有する。より具体的に説明する。第1金属部3pの幅をWnとし、第1金属部3pの長手方向に沿って互いに隣り合う第1金属部3p同士のギャップをgxkとし、第1金属部3pの短手方向に沿って互いに隣り合う第1金属部3p同士のギャップをギャップgypとし、第1金属部3pの長さをlqとする(図示はn,k,p,q=1〜3、全体では1〜9)。
Here, the metamaterial
ここでは、領域R1〜領域R9において、幅Wn及びギャップgypを一定としつつ、長さlq及びギャップgxkを変化させることにより、屈折率と透過率を調整する。このとき、ギャップgxkの変化によって大きく実効屈折率が変化する。長さlqの変化は、微調整のために用いる。定性的には、ギャップgxkが小さくなれば屈折率が大きくなり、gxkが大きくなれば屈折率が低くなる傾向にある。したがって、メタマテリアル光学素子1を凸状の球面レンズ(凸レンズ)として構成する場合には、中心側の領域R1から外側の領域R9に向かうにつれて、屈折率nm(m=1〜9)を小さくするように、ギャップgxkが大きくなるように第1金属部3pを配置して周期構造を形成する。第2金属部4pについても同様である(以下の説明でも同様)。
Here, in the region R1~ area R9, while a constant width W n and gap gy p, by changing the length l q and gap gx k, adjusting the refractive index and transmittance. In this case, the effective refractive index is largely changed by the change in the gap gx k. Change in length l q is used for fine adjustment. Qualitatively, the gap gx k is the refractive index is increased if small, there is a tendency in which the refractive index is lower the greater the gx k. Therefore, when the metamaterial
図5は、金属パターンを例示するための平面図である。図5においては、容易化のために領域Rを4つの領域R1〜R4に分割している例を示す。図5の(a)は、上述したようにメタマテリアル光学素子1を凸状の球面レンズとして構成する場合の例である。凸レンズを構成する場合には、中心側の領域R1から外側の領域R4に向かうにつれて、ギャップgxkが大きくなるように第1金属部3pを配置する。これにより、中心側の領域R1から外側の領域R4に向かうにつれて、それぞれの屈折率を、最大のn1から最小のn4となるように(小さくなるように)変化させる。
FIG. 5 is a plan view for illustrating a metal pattern. FIG. 5 shows an example in which the region R is divided into four regions R1 to R4 for the sake of simplicity. (A) of FIG. 5 is an example in the case of configuring the metamaterial
図5の(b)の例は、メタマテリアル光学素子1を凹状の球面レンズ(凹レンズ)として構成する場合の例である。この場合には、中心側の領域R1から外側の領域R4に向かうにつれて、ギャップgxkが小さくなるように第1金属部3pを配置する。これにより、中心側の領域R1から外側の領域R4に向かうにつれて、それぞれの屈折率を、最小のn4から最大のn1となるように(大きくなるように)変化させる。
The example of (b) of FIG. 5 is an example in the case where the metamaterial
図5の(c)の例は、メタマテリアル光学素子1をシリンドリカルレンズとして構成する場合の例である。この場合には、領域Rが、矩形状に形成されており、第1金属部3pの長手方向(第1方向)に沿って配列された複数の矩形状の領域R1〜R4に分割されている。ここでは、領域Rの中心線の一方側のみを図示するが、他方側も同様である。そして、中心側の領域R1から外側の領域R4に向かうにつれて、ギャップgxkが大きくなるように第1金属部3pを配置する。これにより、中心側の領域R1から外側の領域R4に向かうにつれて、それぞれの屈折率を、最大のn1から最小のn4となるように(小さくなるように)変化させる。
The example of (c) of FIG. 5 is an example in the case where the metamaterial
引き続いて、メタマテリアル光学素子1の製造方法の第1例について説明する。図6〜8は、図1に示されたメタマテリアル光学素子の製造方法の第1例を示す断面図である。図6の(a)に示されるように、この第1例では、まず、基体10を用意する(第1工程)。基体10は、薄膜部2と、薄膜部2の第2面2r側(第1面の反対側)において薄膜部2に積層された支持層11と、薄膜部2と支持層11との間に介在された中間層12と、を含む。基体10は、一例としてSOI基板である。この場合、支持層11は、Si支持基板であり、中間層12はSiO2等の絶縁層(エッチングストップ層)であり、薄膜部2は高抵抗Si層である。薄膜部2(高抵抗Si層)の厚さは、数μmである。
Then, the 1st example of the manufacturing method of the metamaterial
続いて、図6の(b)に示されるように、薄膜部2の第1面2sに第1金属パターン3を形成する(第1工程)。これにより、薄膜部2と、薄膜部2の第1面2sの反対側において薄膜部2に積層された支持層11と、第1面2s上に形成され、周期構造を有する第1金属パターン3と、を含む基体20が用意される(第1工程)。
Subsequently, as shown in FIG. 6B, the
続いて、図7の(a)に示されるように、支持部材Mを用意する(第2工程)。支持部材Mは、ここでは、第1面2sよりも広い接合面Msを有する仮接合のための透明基板である。続いて、第1面2s側から基体20を支持部材Mに接合する(第2工程)。ここでは、第1面2s上の第1金属パターン3の頂部が接合面Msに接合される。また、ここでは、一例として、第1金属パターン3と接合面Msとをワックスにより貼り付ける(仮接合する)。
Subsequently, as shown in FIG. 7A, a support member M is prepared (second step). Here, the support member M is a transparent substrate for temporary bonding having a bonding surface Ms wider than the
続いて、図7の(b)に示されるように、エッチングにより基体20から支持層11及び中間層12を除去する(第3工程)。支持層11がSi支持基板であり、中間層12がSiO2等のエッチングストップ層(絶縁層)である場合には、エッチングに用いるガスや溶液を適当に選択することにより、支持層11及び中間層12においてエッチングの選択比を制御できる。このため、数μmの薄膜部2(高抵抗Si層)を容易且つ確実に残存させて形成できる。この工程により、薄膜部2における第2面2rを露出させる(第3工程)。
Subsequently, as shown in FIG. 7B, the
続いて、図8の(a)に示されるように、薄膜部2における露出された第2面2rに第2金属パターン4を形成する(第4工程)。このとき、第1面2s及び第2面2rに交差(直交)する方向からみて、第1金属パターン3に重複するように第2金属パターン4を形成する(第4工程)。そして、図8の(b)に示されるように、第2金属パターン4が形成された第2面2rの縁部に、開口部5hから第2金属パターン4が露出するように、薄膜部2を支持する枠部5を接合する(第5工程)。枠部5の接合は、接着材を用いた接合でもよいし、陽極接合等であってもよい。以上により、メタマテリアル光学素子1が製造される。その後、メタマテリアル光学素子1を支持部材Mから取り外す。
Subsequently, as shown in FIG. 8A, a
引き続いて、メタマテリアル光学素子1の製造方法の第2例について説明する。図9は、図1に示されたメタマテリアル光学素子の製造方法の別の一例を示す断面図である。この第2例においても、第1工程は上述した第1例と同様である。すなわち、まず、図6の(a)に示されるように基体10を用意した後に、図6の(b)に示されるように薄膜部2の第1面2sに第1金属パターン3を形成して基体20を用意する(第1工程)。
Then, the 2nd example of the manufacturing method of the metamaterial
続いて、この例においては、図9の(a)に示されるように、支持部材Nを用意する(第2工程)。支持部材Nは、ここでは枠部5である。枠部5には開口部5hが形成されている。すなわち、支持部材Nは、開口部5hと、開口部5hを規定する枠部5と、を含む。続いて、第1面2s側から基体20を支持部材Nに接合する(第2工程)。より具体的には、開口部5hから第1金属パターン3が露出するように、第1面2sの縁部に枠部5(支持部材N)を接合することにより、第1面2sの縁部に薄膜部2を支持する枠部5を設ける(第2工程)。
Subsequently, in this example, as shown in FIG. 9A, a support member N is prepared (second step). The support member N is the
続いて、図9の(b)に示されるように、エッチングにより基体20から支持層11及び中間層12を除去する(第3工程)。これにより、薄膜部2における第1面2sと反対側の第2面2rを露出させる(第3工程)。そして、薄膜部2における露出された第2面2rに第2金属パターン4を形成する(第4工程)。このとき、第1面2s及び第2面2rに交差(直交)する方向からみて、第1金属パターン3に重複するように第2金属パターン4を形成する(第4工程)。以上により、メタマテリアル光学素子1が製造される。
Subsequently, as shown in FIG. 9B, the
以上説明したように、メタマテリアル光学素子1においては、薄膜部2の第1面2sと第2面2rとのそれぞれに対して、周期構造を有する第1金属パターン3及び第2金属パターン4が形成されている。特に、メタマテリアル光学素子1においては、薄膜部2がシリコンを含む。このため、例えば半導体プロセスを利用した研磨及び研削等により、薄膜部2の厚さを数μm程度で制御可能となる。さらに、薄膜部2の第1面2s又は第2面2rには、薄膜部2を支持する枠部5が設けられている。このため、枠部5によって強度を保持しつつ、薄膜部2の薄化を確実に実現できる。よって、メタマテリアル光学素子1によれば、高周波領域を含むテラヘルツ帯において良好な光学特性を得ることを可能となる。
As described above, in the metamaterial
また、メタマテリアル光学素子1においては、枠部5は、薄膜部2と別体に構成されており、第1面2s又は第2面2rに接合されていてもよい。この場合、薄膜部2に枠部5が接合されていない状態において、容易に第1金属パターン3及び第2金属パターン4の形成を行える。
Moreover, in the metamaterial
或いは、メタマテリアル光学素子1においては、枠部5は、薄膜部2と一体に構成されていてもよい。この場合、薄膜部2の形成と枠部5の形成とを同時に行うことが可能となる。
Alternatively, in the metamaterial
また、メタマテリアル光学素子1においては、枠部5は、シリコンを含んでもよい。この場合、例えば半導体プロセスを利用して、高精度且つ容易に枠部5を形成できる。
Moreover, in the metamaterial
また、メタマテリアル光学素子1においては、第1面2s及び第2面2rは、同心円状に配列された複数の領域R1〜R9に分割されており、第1金属パターン3及び第2金属パターン4が、中心側の領域R1から外側の領域R9に向かうにつれて屈折率nmが増大または減少するような周期構造を有することにより、対象波長の光に対する球面レンズとして構成されていてもよい。
In the metamaterial
或いは、メタマテリアル光学素子1においては、第1面2s及び第2面2rは、第1方向に配列された複数の領域R1〜R4に分割されており、第1金属パターン3及び第2金属パターン4が、第1方向の一方側の領域R1から他方側の領域R4に向かうにつれて屈折率nmが増大または減少するような周期構造を有することにより、対象波長の光に対するシリンドリカルレンズとして構成されていてもよい。
Alternatively, in the metamaterial
このように、メタマテリアル光学素子1を、GRINレンズとして構成する場合がある。この場合には、領域Rの分割数が少ないと、レンズ設計の自由度が低く、良好な特性が発揮されないおそれがある。メタマテリアルを用いてGRINレンズを設計する場合には、その最大のレンズ半径rは、レンズの焦点距離f0、メタマテリアルを用いて得られる最大屈折率nmaxと最小屈折率nminとの差Δn、及び、メタマテリアルの厚さdを用いて、下記式(1)のように決定される。
r2=(Δn・d)2+2f0・Δn・d・・・(1)
Thus, the metamaterial
r 2 = (Δn · d) 2 + 2f 0 · Δn · d (1)
例えば、特許文献1(特開2017−34584号公報)では、0.3THz帯における誘電体基板の厚さdが50μmである設計において、最大屈折率nmaxが約9、最小屈折率nminが約2となっている。レンズの焦点距離f0を動作波長の10倍に設定すると、上記式(1)によりレンズ半径rは波長の2.7倍となる。このときの領域分割数は4〜5である。また、同周波数帯において誘電体基板の厚さdを23μmである設計においては、最大屈折率nmaxが約16、最小屈折率nminが約4となっている。そして、レンズの焦点距離f0を同様に設定すると、レンズ半径rは波長の2.4倍となり、領域分割数は7程度となる。さらに、3THz帯において誘電体基板の厚さdを23μmとした設計においては、同様の焦点距離を設定するとレンズ半径rは波長の3.8倍となり、領域分割数は4程度となる。
For example, in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2017-34584), in a design where the thickness d of the dielectric substrate in the 0.3 THz band is 50 μm, the maximum refractive index n max is about 9 and the minimum refractive index n min is It is about 2. Setting the focal length f 0 of the
これらのことから、周波数を一定として誘電体基板の厚さdを薄くすると、領域分割数が大きくなり、誘電体基板の厚さdを一定として周波数を大きくすると、領域分割数が小さくなることが理解される。また、領域分割数を大きくすると、所望するレンズの性能に応じた屈折率分布を形成できる。すなわち、レンズの設計の自由度及び良好な光学特性を確保できる。したがって、領域分割数を大きくするために、誘電体基板を薄化することが一案である。 From these facts, when the frequency d is constant and the thickness d of the dielectric substrate is reduced, the number of divided regions increases. When the thickness d of the dielectric substrate is constant and the frequency is increased, the number of divided regions is decreased. Understood. Further, when the number of area divisions is increased, a refractive index distribution corresponding to the desired lens performance can be formed. That is, the degree of freedom in lens design and good optical characteristics can be ensured. Therefore, in order to increase the number of area divisions, it is one idea to thin the dielectric substrate.
しかしながら、誘電体基板をシクロオレフィンポリマーフィルムとした場合には、数μm程度までの薄化が困難である。この結果、誘電体基板の厚さの下限によって領域分割数が制限され、レンズ設計の自由度を確保することが困難である。これに対して、メタマテリアル光学素子1によれば、上述したとおり、薄膜部2を確実に薄化可能であるので、領域Rの分割数の上限を十分に確保可能である。よって、メタマテリアル光学素子1をレンズとして構成する場合には、レンズ設計の自由度及び良好な光学特性が十分に確保され、特に有効である。
However, when the dielectric substrate is a cycloolefin polymer film, it is difficult to reduce the thickness to about several μm. As a result, the number of area divisions is limited by the lower limit of the thickness of the dielectric substrate, and it is difficult to ensure the degree of freedom in lens design. On the other hand, according to the metamaterial
また、本実施形態に係るメタマテリアル光学素子1の製造方法によれば、上述したような、テラヘルツ帯において良好な光学特性を得ることが可能となるメタマテリアル光学素子1を好適に製造できる。特に、製造方法の第1例にあっては、第3工程において露出された薄膜部2の第2面2rに対して、第4工程において第2金属パターン4を形成する。そして、第5工程において第2面2rの縁部に枠部5を接合する。このように、第2面2rに対して枠部5が接合されていない状態において、且つ、第1面2s側において薄膜部2が支持部材Mによって支持されている状態において、第2金属パターン4の形成を行う。このため、薄膜部2の破損を抑制しつつ、容易に第2金属パターン4を形成できる。
Moreover, according to the manufacturing method of the metamaterial
一方、製造方法の第2例にあっては、第3工程において露出された薄膜部2の第2面2rに対して、第4工程において第2金属パターン4を形成する。その一方で、第2工程において、支持部材Nとしての枠部5を第1面2sに接合する。このように、第2面2rに対して枠部5が接合されていない状態において第2金属パターン4の形成を行う。このため、容易に第2金属パターン4を形成できる。また、支持部材Nと別途に枠部5を用意して接合する必要がないので、短時間且つ低コストでメタマテリアル光学素子1を製造できる。
On the other hand, in the second example of the manufacturing method, the
以上の実施形態は、本発明に係るメタマテリアル光学素子及びメタマテリアル光学素子の製造方法の一例について説明したものである。したがって、本発明に係るメタマテリアル光学素子及びメタマテリアル光学素子の製造方法は、上述した例に限定されず、任意の変形例とすることができる。引き続いて、変形例について説明する。 The above embodiments describe an example of the metamaterial optical element and the method for manufacturing the metamaterial optical element according to the present invention. Therefore, the metamaterial optical element and the method for manufacturing the metamaterial optical element according to the present invention are not limited to the above-described examples, and can be arbitrary modified examples. Subsequently, modified examples will be described.
図10は、メタマテリアル光学素子の製造方法の第1変形例を示す断面図である。この第1変形例においても、第1工程は上記実施形態の第1例と同様である。すなわち、まず、図6の(a)に示されるように基体10を用意した後に、図6の(b)に示されるように薄膜部2の第1面2sに第1金属パターン3を形成して基体20を用意する(第1工程)。
FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a first modification of the method for manufacturing a metamaterial optical element. Also in this first modified example, the first step is the same as the first example of the above embodiment. That is, first, after preparing the base 10 as shown in FIG. 6A, the
続いて、図10の(a)に示されるように、基体20の中央部分を、支持層11側からエッチングすることにより、支持層11及び中間層12の中央部分を除去する。これにより、基体20の中央部分には、薄膜部2のみが残存する。また、これにより、支持層11及び中間層12の環状の外側部分が枠部5として形成される。さらに、薄膜部2の第2面2rの中央部が、枠部の開口部5hから露出される。なお、ここでのエッチングをウェットエッチングとする場合には、薄膜部2の第1面2s及び第1金属パターン3をレジスト等により保護する。
Subsequently, as shown in FIG. 10A, the central portion of the
続いて、図10の(b)に示されるように、枠部5の開口部5hから露出された第2面2rに、第2金属パターン4を形成する。このとき、第1面2s及び第2面2rに交差(直交)する方向からみて、第1金属パターン3に重複するように第2金属パターン4を形成する。以上により、メタマテリアル光学素子1が製造される。この第1変形例によれば、支持層11及び中間層12を用いて薄膜部2と一体の枠部5を形成できる。
Subsequently, as illustrated in FIG. 10B, the
図11は、メタマテリアル光学素子の製造方法の第2変形例を示す断面図である。この第2変形例においては、第1工程、第2工程、及び、第3工程は、上記実施形態の第1例と同様である。すなわち、まず、図6の(a)に示されるように基体10を用意した後に、図6の(b)に示されるように薄膜部2の第1面2sに第1金属パターン3を形成して基体20を用意する。
FIG. 11: is sectional drawing which shows the 2nd modification of the manufacturing method of a metamaterial optical element. In the second modification, the first step, the second step, and the third step are the same as the first example of the above embodiment. That is, first, after preparing the base 10 as shown in FIG. 6A, the
続いて、図7の(a)に示されるように、支持部材Mを用意すると共に、第1面2s側から基体20を支持部材Mに接合する。続いて、図7の(b)に示されるように、エッチングにより基体20から支持層11及び中間層12を除去する。これにより、薄膜部2における第2面2rを露出させる。また、これにより、薄膜部2、第1金属パターン3、及び、支持部材Mを含む中間体60が形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 7A, the support member M is prepared, and the
続いて、図11の(a)に示されるように、一対の中間体60を用意し、それぞれの薄膜部2の第2面2r同士を互いに接合する。これにより、一対の薄膜部2からなる1つの薄膜部2Aが形成される。薄膜部2Aは、一対の第1面2sと、それぞれの第1面2sに形成された第1金属パターン3と、を備えることになる。そして、図11の(b)に示されるように、第1面2sの縁部に枠部5を接合することにより、メタマテリアル光学素子1が製造される。なお、一対の中間体60を用意するに際しては、第1面2sに第1金属パターン3が形成された薄膜部2を、最終的なサイズよりも大きなサイズに形成すると共に、それを分割したものを用いてもよい。
Subsequently, as shown in FIG. 11A, a pair of
図12〜14は、メタマテリアル光学素子の製造方法の第3変形例を示す図である。
図12〜14の(a),(b)の上部が平面図であり、下部が断面図である。この第3変形例においては、ウェハ状態において複数のメタマテリアル光学素子1を形成し、ウェハの切断によってメタマテリアル光学素子1を個片化する。より具体的に説明する。まず、図12の(a)に示されるように、ウェハ70を用意する。ウェハ70は、支持層11のための支持層71と、支持層71上に積層された中間層12のための中間層72と、中間層72上に積層された薄膜部2のための薄膜層73と、を有している。続いて、ウェハ70の主面70sに、複数の第1金属パターン3を形成する。ウェハ70の主面70sは、薄膜層73における支持層71と反対側の面である。
12-14 is a figure which shows the 3rd modification of the manufacturing method of a metamaterial optical element.
The upper part of (a), (b) of FIGS. 12-14 is a top view, and a lower part is sectional drawing. In the third modification, a plurality of metamaterial
続いて、図12の(b)に示されるように、支持部材Mを用意する。支持部材Mは、ここでは、主面70sよりも広い接合面Msを有する仮接合のための透明基板である。続いて、主面70s側からウェハ70を支持部材Mに接合する。ここでは、主面70s上の複数の第1金属パターン3の頂部が接合面Msに接合される。また、ここでは、一例として、第1金属パターン3と接合面Msとをワックスにより貼り付ける(仮接合する)。
Subsequently, as shown in FIG. 12B, a support member M is prepared. Here, the support member M is a transparent substrate for temporary bonding having a bonding surface Ms wider than the
続いて、図13の(a)に示されるように、エッチングによりウェハ70から支持層71及び中間層72を除去する。これにより、薄膜層73における主面70sと反対側の裏面70rを露出させる。続いて、図13の(b)に示されるように、薄膜層73の裏面70rに、複数の第2金属パターン4を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 13A, the
続いて、図14の(a)に示されるように、複数の開口部5hと開口部5hを規定する複数の枠部5を含む支持層75を、開口部5hのそれぞれにおいて第2金属パターン4のそれぞれが露出するように、裏面70rに形成する(接合する)。これにより、互いに一体化された複数のメタマテリアル光学素子1が得られる。
Subsequently, as illustrated in FIG. 14A, the
続いて、図14の(b)に示されるように、互いに隣り合うメタマテリアル光学素子1の間を通るように枠部5に設定されたラインに沿って、薄膜層73及び支持層75(ウェハ)を切断する。これにより、複数のメタマテリアル光学素子1が個片化される。
Subsequently, as shown in FIG. 14B, the
なお、薄膜層73及び支持層75(ウェハ)の切断には、例えばブレードダイシング等の任意の方法を用いることができるが、例えば、レーザ光の照射によって薄膜層73の内部に改質領域を形成すると共に、外部応力によって改質領域から延びる亀裂を進展させる切断方法を採用することができる。これによれば、チップ形状の自由度を向上させてウェハ70のデッドスペースを削減し、より効率的な製造が可能となる。
For the cutting of the
以上の製造方法の各例においては、支持層や中間層等の複数の層からなる基体(例えばSOI基板)のエッチングによって薄膜部を形成する態様について説明した。しかしながら、単一の層(例えば高抵抗Si層)を研削・研磨・エッチングすることにより、数μmに薄化することにより薄膜部を形成してもよい。 In each example of the manufacturing method described above, the mode in which the thin film portion is formed by etching a substrate (for example, an SOI substrate) including a plurality of layers such as a support layer and an intermediate layer has been described. However, the thin film portion may be formed by thinning to a few μm by grinding, polishing, and etching a single layer (for example, a high resistance Si layer).
ここで、上記実施形態おいては、メタマテリアル光学素子1をレンズとして構成する例について説明した。しかしながら、メタマテリアル光学素子1は、テラヘルツ帯で使用可能な他の光学素子として構成されてもよい。例えば、メタマテリアル光学素子1の性質として、光の偏向方向に対して屈折率が異なり、位相差を生じさせることができる。したがって、メタマテリアル光学素子1は、位相差をπとすることにより半波長板として構成され得るし、位相差を0.5πとすることにより1/4波長板として構成され得る。さらに、例えば、メタマテリアル光学素子1は、特定の波長を透過又は反射する特性を持つため、バンドパスフィルタとして構成することができる。
Here, in the said embodiment, the example which comprises the metamaterial
図15は、図1に示されたメタマテリアル光学素子をバンドパスフィルタとして構成した例の断面図である。図15に示されるように、バンドパスフィルタ100は、1つのメタマテリアル光学素子1と、メタマテリアル光学素子1から枠部5を除いた光学部材1Aと、を備えている。光学部材1Aは、その第1面2sの縁部において、メタマテリアル光学素子1の枠部5に接合されている。メタマテリアル光学素子1の第1金属パターン3及び第2金属パターン4と、光学部材1Aの第1金属パターン3及び第2金属パターン4は、互いに重複するように配置されている。このように、単一でもバンドパスフィルタとして機能するメタマテリアル光学素子1及び光学部材1Aを重複して用いることにより、より狭帯域化できる。
FIG. 15 is a cross-sectional view of an example in which the metamaterial optical element shown in FIG. 1 is configured as a bandpass filter. As shown in FIG. 15, the
図16は、図1に示されたメタマテリアル光学素子を用いた光学装置を示す図である。図16に示されるように、光学装置200は、発光素子80と、レンズとして構成されたメタマテリアル光学素子1と、を備えている。発光素子80は、例えば、差周波発生(DFG:difference−frequency generation)によって生成された出力光を出射する量子カスケードレーザ(DFG−QCL)や、THz量子カスケードレーザ(THz−QCL)等のテラヘルツ帯の光を出力する発光素子である。
FIG. 16 is a diagram showing an optical device using the metamaterial optical element shown in FIG. As shown in FIG. 16, the
図16の(a)の例では、発光素子80の光出射面80sに枠部5を接合することにより、発光素子80に対してメタマテリアル光学素子1を設けている。図16の(b)の例では、光出射面80sに第1金属パターン3を接合することにより、発光素子80に対してメタマテリアル光学素子1を設けている。これらの場合には、第1金属パターン3及び第2金属パターン4の周期構造を、発光素子80からの出射光のビームパターンに合わせた屈折率分を有するように設定することにより、当該出射光を効率的にコリメート又は集光させることができる。
In the example of FIG. 16A, the metamaterial
図16の(a)の例では、枠部5の厚さ(第2面2rからの長さ)を焦点距離に形成することにより、枠部5を光出射面80sに接合するだけで焦点距離の調整が可能となる。一方で、図16の(b)の例では、光出射面80sに直接的に第1金属パターン3を接合できるため、レンズのNAを向上できる。
In the example of FIG. 16A, the focal length is obtained simply by joining the
1…メタマテリアル光学素子、2…薄膜部、2s…第1面、2r…第2面、3…第1金属パターン、4…第2金属パターン、5…枠部、5h…開口部、R、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8,R9…領域、11…支持層、20…基体、M,N…支持部材。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記第1面上に形成され、周期構造を有する第1金属パターンと、
前記第1面に交差する方向からみて前記第1金属パターンと重複するように前記第2面上に形成され、前記周期構造を有する第2金属パターンと、
前記第1面又は前記第2面の縁部に設けられ、前記薄膜部を支持する枠部と、
を備えるメタマテリアル光学素子。 A first surface and a second surface opposite to the first surface, the thin film portion including silicon;
A first metal pattern formed on the first surface and having a periodic structure;
A second metal pattern formed on the second surface so as to overlap the first metal pattern when viewed from a direction intersecting the first surface, and having the periodic structure;
A frame portion provided at an edge of the first surface or the second surface and supporting the thin film portion;
A metamaterial optical element comprising:
請求項1に記載のメタマテリアル光学素子。 The frame portion is configured separately from the thin film portion, and is joined to the first surface or the second surface.
The metamaterial optical element according to claim 1.
請求項1に記載のメタマテリアル光学素子。 The frame portion is configured integrally with the thin film portion,
The metamaterial optical element according to claim 1.
請求項1〜3のいずれか一項に記載のメタマテリアル光学素子。 The frame includes silicon;
The metamaterial optical element as described in any one of Claims 1-3.
前記第1金属パターン及び前記第2金属パターンが、中心側の前記領域から外側の前記領域に向かうにつれて屈折率が増大または減少するような前記周期構造を有することにより、対象波長の光に対する球面レンズとして構成されている、
請求項1〜4のいずれか一項に記載のメタマテリアル光学素子。 The first surface and the second surface are divided into a plurality of regions arranged concentrically,
The first metal pattern and the second metal pattern have the periodic structure in which the refractive index increases or decreases from the central region toward the outer region, so that a spherical lens with respect to light of a target wavelength is obtained. Configured as
The metamaterial optical element as described in any one of Claims 1-4.
前記第1金属パターン及び前記第2金属パターンが、前記第1方向の一方側の領域から他方側の領域に向かうにつれて屈折率が増大または減少するような前記周期構造を有することにより、対象波長の光に対するシリンドリカルレンズとして構成されている、
請求項1〜4のいずれか一項に記載のメタマテリアル光学素子。 The first surface and the second surface are divided into a plurality of regions arranged in a first direction,
The first metal pattern and the second metal pattern have the periodic structure in which the refractive index increases or decreases from the one side region in the first direction toward the other side region. Configured as a cylindrical lens for light,
The metamaterial optical element as described in any one of Claims 1-4.
前記第1工程の後に、前記第1面側から前記基体を支持部材に接合する第2工程と、
前記第2工程の後に、前記支持層を除去することにより、前記薄膜部における前記第1面と反対側の第2面を露出させる第3工程と、
前記第3工程の後に、前記第1面に交差する方向からみて前記第1金属パターンと重複するように、前記周期構造を有する第2金属パターンを前記第2面上に形成する第4工程と、
前記第4工程の後に、前記第2面の縁部に前記薄膜部を支持する枠部を接合する第5工程と、を備える、
メタマテリアル光学素子の製造方法。 A thin film portion having a first surface and containing silicon; a support layer laminated on the thin film portion on the opposite side of the first surface; and a first metal pattern formed on the first surface and having a periodic structure; A first step of preparing a substrate including:
After the first step, a second step of joining the base body to the support member from the first surface side;
After the second step, a third step of exposing the second surface of the thin film portion opposite to the first surface by removing the support layer;
After the third step, a fourth step of forming a second metal pattern having the periodic structure on the second surface so as to overlap the first metal pattern when viewed from the direction intersecting the first surface. ,
After the fourth step, a fifth step of joining a frame portion that supports the thin film portion to an edge portion of the second surface,
A method for producing a metamaterial optical element.
前記第1工程の後に、前記第1面側から前記基体を支持部材に接合する第2工程と、
前記第2工程の後に、前記支持層を除去することにより、前記薄膜部における前記第1面と反対側の第2面を露出させる第3工程と、
前記第3工程の後に、前記第1面に交差する方向からみて前記第1金属パターンと重複するように、前記周期構造を有する第2金属パターンを前記第2面上に形成する第4工程と、を備え、
前記支持部材は、枠部を含み、
前記第2工程においては、前記第1面の縁部に前記枠部を接合することによって、前記第1面の縁部に前記薄膜部を支持する前記枠部を設ける、
メタマテリアル光学素子の製造方法。 A thin film portion having a first surface and containing silicon; a support layer laminated on the thin film portion on the opposite side of the first surface; and a first metal pattern formed on the first surface and having a periodic structure; A first step of preparing a substrate including:
After the first step, a second step of joining the base body to the support member from the first surface side;
After the second step, a third step of exposing the second surface of the thin film portion opposite to the first surface by removing the support layer;
After the third step, a fourth step of forming a second metal pattern having the periodic structure on the second surface so as to overlap the first metal pattern when viewed from the direction intersecting the first surface. With
The support member includes a frame portion,
In the second step, the frame portion that supports the thin film portion is provided on the edge portion of the first surface by joining the frame portion to the edge portion of the first surface.
A method for producing a metamaterial optical element.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018060666A JP2019174552A (en) | 2018-03-27 | 2018-03-27 | Metamaterial optical element and method for manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018060666A JP2019174552A (en) | 2018-03-27 | 2018-03-27 | Metamaterial optical element and method for manufacturing the same |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2019174552A true JP2019174552A (en) | 2019-10-10 |
Family
ID=68170309
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018060666A Pending JP2019174552A (en) | 2018-03-27 | 2018-03-27 | Metamaterial optical element and method for manufacturing the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2019174552A (en) |
-
2018
- 2018-03-27 JP JP2018060666A patent/JP2019174552A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9217860B2 (en) | Spatial light modulation elements, method for manufacturing same, and spatial light modulators and exposure apparatus comprising same | |
JP2573902Y2 (en) | Cutting device of integrated circuit connection path by phase plate adjustable laser beam | |
JP5178398B2 (en) | Photoconductive element | |
CN105629364B (en) | A kind of super surface device of wavelength selective | |
US20110280512A1 (en) | Optical device | |
US11953678B2 (en) | Aberration correction of optical phased arrays | |
US9859681B2 (en) | Optical device and light irradiation apparatus | |
JP2003188460A (en) | Vcsel array for optical scanning and integrated structure of microlens | |
WO2007108218A1 (en) | Two-dimensional photonic crystal surface light emitting laser | |
JP2007003969A (en) | Optical element | |
CA3094046A1 (en) | Surface-emitting laser array, detection device, and laser device | |
TWI759480B (en) | Optical device fabrication method | |
US20210055456A1 (en) | Metasurface structure and method for producing metasurface structure | |
CN107121718B (en) | Circuit polarizer and its manufacturing method based on three dimensional fold Meta Materials | |
JPS58219748A (en) | Semiconductor device | |
JP2019174552A (en) | Metamaterial optical element and method for manufacturing the same | |
US11796740B2 (en) | Optical device | |
KR20190041952A (en) | Photodetector with helmholtz resonator | |
JP2010190618A (en) | Wavelength selection type infrared ray detector | |
JP2007240756A (en) | Optical element and manufacturing method thereof | |
JP2007225932A (en) | Infrared communication module | |
JP2011028132A (en) | Terahertz wave device | |
JP6526771B1 (en) | Wafer | |
WO2020084728A1 (en) | Endoscope lens unit, endoscope, and method for manufacturing endoscope lens unit | |
US10361538B2 (en) | Movable diffraction grating, method of manufacturing the same, and external resonator type laser module |