JP2022551759A - 電磁場画像化用フォトニック結晶蒸気セル - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は2019年11月27日に出願された「Photonic-Crystal Vapor Cells for Imaging of Electromagnetic Fields」と題する米国仮出願第62/941,591号に対する優先権を主張し、その開示を参照によって本明細書に組み込む。
(実施例1)
Howard Glass Co., Inc.から厚さ1mm、直径4インチの厚いガラスウエハを入手した。厚いガラスウエハの表面粗さRaは、どちらの面も1nm以下であった。Schottからホウケイ酸塩ガラスで形成された薄いガラスウエハも入手した。薄いガラスウエハは直径4インチ、厚さ300μmの、MEMpax(登録商標)ウエハであった。表面粗さは0.5nm未満であった。接触陽極接合の準備として厚いガラスウエハおよび薄いガラスウエハを検査した。特に、チップ、マイクロクラック、およびスクラッチがないか、ガラスウエハを視認検査した。ウエハが1nm未満の表面粗さを有することも検証した。
(実施例1)
第1の表面および第1の表面の反対側の第2の表面を有する誘電体を得ることと、
誘電体から材料を除去して第1の表面から第2の表面まで延在する複数の空洞を形成することであって、複数の空洞は誘電体内に周期的に配置されて誘電体にフォトニック結晶構造を形成しており、各空洞は第1の表面によって画定される第1の開口部および第2の表面によって画定される第2の開口部を有し、フォトニック結晶構造はフォトニックバンドギャップを画定する、形成することと、
光学窓の表面を誘電体の第1の表面に接合して、第1の開口部の各々の周囲に封止部を形成することであって、光学窓は複数の空洞の第1の開口部を覆っている、形成することと、
を含む、蒸気セルを製造する方法。
(実施例2)
誘電体から材料を除去することは、レーザビームを誘電体上に収束させてその材料を機械加工することを含む、実施例1に記載の方法。
(実施例3)
誘電体から材料を除去することは、誘電体を化学物質に曝露してそこから材料をエッチングすることを含む、実施例1または実施例2に記載の方法。
(実施例4)
誘電体から材料を除去することは、複数の空洞を分離している各壁を貫通する通路を形成することを含み、通路は壁によって分離されている隣り合う空洞を流体連通している、実施例1または実施例2~3のいずれか1つに記載の方法。
(実施例5)
誘電体を得ることは、誘電体から材料を除去して第1および第2の表面を形成することを含む、実施例1または実施例2~4のいずれか1つに記載の方法。
(実施例6)
蒸気セルは標的周波数範囲内の電磁放射を検出するように構成されており、
標的周波数範囲はフォトニックバンドギャップ内にあるかまたはフォトニックバンドギャップと重なる、
実施例1または実施例2~5のいずれか1つに記載の方法。
(実施例7)
フォトニックバンドギャップは電磁放射の横磁気(TM)モードと関連付けられるバンドギャップを含む、実施例6に記載の方法。
(実施例8)
フォトニックバンドギャップは電磁放射の横電気(TE)モードと関連付けられるバンドギャップを含む、実施例6または実施例7に記載の方法。
(実施例9)
接合前に、複数の空洞の各々の中に蒸気または蒸気の供給源を配設することを含み、
光学窓の表面を接合することは、複数の空洞の各々の中に蒸気または蒸気の供給源を閉じ込めることを含む、
実施例1または実施例2~8のいずれか1つに記載の方法。
(実施例10)
誘電体から材料を除去することは、誘電体の周囲壁を貫通して複数の空洞のうちの少なくとも1つに至る穴を形成することを含む、
実施例1または実施例2~9のいずれか1つに記載の方法であって、
方法は、
穴を通して蒸気を流すことと、
複数の空洞内に蒸気を封止するために穴を閉塞することと、を含む、方法。
(実施例11)
周囲壁に穴によって画定される通路を延長するための管を取り付けることを含み、
穴を閉塞することは、複数の空洞内に蒸気を封止するために管の端部を閉じることを含む、
実施例10に記載の方法。
(実施例12)
光学窓を貫通する穴を形成することであって、穴は、光学窓の表面が誘電体の第1の表面に接合されるときに、複数の空洞のうちの少なくとも1つを光学窓の外部に流体連通させるように位置付けられる、形成することと、
穴を通して蒸気を流すことと、
複数の空洞内に蒸気を封止するために穴を閉塞することと、
を含む、実施例1または実施例2~9のいずれか1つに記載の方法。
(実施例13)
光学窓に穴によって画定される通路を延長するための管を取り付けることを含み、
穴を閉塞することは、複数の空洞内に蒸気を封止するために管の端部を閉じることを含む、
実施例12に記載の方法。
(実施例14)
光学窓は第1の光学窓であること、および
実施例1または実施例2~14のいずれか1つに記載の方法であって、
方法は、
複数の空洞の各々の中に蒸気または蒸気の供給源を配設することと、
第2の光学窓の表面を誘電体の第2の表面に接合して、第2の開口部の各々の周囲に封止部を形成することであって、第2の光学窓は複数の空洞の第2の開口部を覆って複数の空洞の各々の中に蒸気または蒸気の供給源を閉じ込める、形成することと、を含むこと、を含む方法。
(実施例1)
誘電体であって、
第1の表面、
第1の表面の反対側の第2の表面、ならびに
誘電体にフォトニック結晶構造を形成するように周期的に秩序化されている、第1の表面から第2の表面まで延在する複数の空洞であり、各空洞は第1の表面によって画定される第1の開口部および第2の表面によって画定される第2の開口部を有し、フォトニック結晶構造はフォトニックバンドギャップを有する、空洞、を備える、誘電体と、
複数の空洞の各々の中にある蒸気または蒸気の供給源と、
第1の開口部を覆い、かつ誘電体の第1の表面に接合されて第1の開口部の各々の周囲に封止部を形成している表面を有する、第1の光学窓と、
第2の開口部を覆い、かつ誘電体の第2の表面に接合されて第2の開口部の各々の周囲に封止部を形成している表面を有する、第2の光学窓と、
を備える、蒸気セル。
(実施例2)
蒸気セルは標的電磁放射を検出するように構成されており、
複数の空洞の各々は標的電磁放射の波長以下の最大寸法を有する、
実施例1に記載の蒸気セル。
(実施例3)
蒸気セルは標的電磁放射を検出するように構成されており、
フォトニックバンドギャップは標的電磁放射の帯域幅以上である、
実施例1または実施例2に記載の蒸気セル。
(実施例4)
蒸気セルは標的周波数範囲内の電磁放射を検出するように構成されており、
標的周波数範囲はフォトニックバンドギャップ内にあるかまたはフォトニックバンドギャップと重なる、
実施例1または実施例2~3のいずれか1つに記載の方法。
(実施例5)
フォトニックバンドギャップは電磁放射の横磁気(TM)モードと関連付けられるバンドギャップを含む、実施例4に記載の蒸気セル。
(実施例6)
フォトニックバンドギャップは電磁放射の横電気(TE)モードと関連付けられるバンドギャップを含む、実施例4または実施例5に記載の蒸気セル。
(実施例7)
誘電体の第1および第2の表面は互いに平行な平面状の表面である、実施例1または実施例2~6のいずれか1つに記載の蒸気セル。
(実施例8)
複数の空洞は二次元格子に従って秩序化されている、実施例1または実施例2~7のいずれか1つに記載の蒸気セル。
(実施例9)
複数の空洞は二次元格子に従って秩序化されており、
二次元格子は第1の格子サイトと第2の格子サイトとを備え、第1の格子サイトは同一の形状およびサイズを有する第1の空洞と関連付けられており、第2の格子サイトはフォトニック格子の欠陥と関連付けられている、
実施例1または実施例2~7のいずれか1つに記載の蒸気セル。
(実施例10)
欠陥は第1の空洞よりもサイズの大きい第2の空洞を含む、実施例9に記載の蒸気セル。
(実施例11)
欠陥は第1の空洞よりもサイズの小さい第2の空洞を含む、実施例9または実施例10に記載の蒸気セル。
(実施例12)
欠陥は第1の空洞とは異なる形状を有する第2の空洞を含む、実施例9または実施例10~11のいずれか1つに記載の蒸気セル。
(実施例13)
誘電体は、
複数の空洞を分離している各壁を貫通して配設されている通路を備え、通路は壁によって分離されている隣り合う空洞を流体連通している、実施例1または実施例2~12のいずれか1つに記載の蒸気セル。
(実施例14)
第1の光学窓は誘電体ミラーを備える、実施例1または実施例2~13のいずれか1つに記載の蒸気セル。
(実施例15)
誘電体ミラーは誘電体の第1の表面に接合されている第1の光学窓の表面に沿って配設されている、実施例14に記載の蒸気セル。
(実施例16)
第2の光学窓は反射防止コーティングを備える、実施例1または実施例2~15のいずれか1つに記載の蒸気セル。
本出願は2019年11月27日に出願された「Photonic-Crystal Vapor Cells for Imaging of Electromagnetic Fields」と題する米国仮出願第62/941,591号に対する優先権を主張する。本出願はまた2020年8月18日に出願された「Photonic-Crystal Vapor Cells for Imaging of Electromagnetic Fields」と題する米国出願第16/996,663号に対する優先権を主張する。これらの出願の開示を参照によって本明細書に組み込む。
Claims (30)
- 第1の表面および前記第1の表面の反対側の第2の表面を有する誘電体を得ることと、
前記誘電体から材料を除去して前記第1の表面から前記第2の表面まで延在する複数の空洞を形成することであって、前記複数の空洞は前記誘電体内に周期的に配置されて前記誘電体にフォトニック結晶構造を形成しており、各空洞は前記第1の表面によって画定される第1の開口部および前記第2の表面によって画定される第2の開口部を有し、前記フォトニック結晶構造はフォトニックバンドギャップを画定する、形成することと、
光学窓の表面を前記誘電体の前記第1の表面に接合して、前記第1の開口部の各々の周囲に封止部を形成することであって、前記光学窓は前記複数の空洞の前記第1の開口部を覆っている、形成することと、
を含む、蒸気セルを製造する方法。 - 前記誘電体から材料を除去することは、レーザビームを前記誘電体上に収束させてその材料を機械加工することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記誘電体から材料を除去することは、前記誘電体を化学物質に曝露してそこから材料をエッチングすることを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記誘電体から材料を除去することは、前記複数の空洞を分離している各壁を貫通する通路を形成することを含み、前記通路は前記壁によって分離されている隣り合う空洞を流体連通している、請求項1に記載の方法。
- 前記誘電体を得ることは、前記誘電体から材料を除去して前記第1および第2の表面を形成することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記蒸気セルは標的周波数範囲内の電磁放射を検出するように構成されており、
前記標的周波数範囲は前記フォトニックバンドギャップ内にあるかまたは前記フォトニックバンドギャップと重なる、
請求項1または請求項2~5のいずれか1項に記載の方法。 - 前記フォトニックバンドギャップは前記電磁放射の横磁気(TM)モードと関連付けられるバンドギャップを含む、請求項6に記載の方法。
- 前記フォトニックバンドギャップは前記電磁放射の横電気(TE)モードと関連付けられるバンドギャップを含む、請求項6に記載の方法。
- 接合前に、前記複数の空洞の各々の中に蒸気または前記蒸気の供給源を配設することを含み、
前記光学窓の前記表面を接合することは、複数の空洞の各々の中に前記蒸気または前記蒸気の前記供給源を閉じ込めることを含む、
請求項1または請求項2~5のいずれか1項に記載の方法。 - 前記誘電体から材料を除去することは、前記誘電体の周囲壁を貫通して前記複数の空洞のうちの少なくとも1つに至る穴を形成することを含み、
前記穴を通して蒸気を流すことと、
前記複数の空洞内に前記蒸気を封止するために前記穴を閉塞することと、を含む、請求項1または請求項2~5のいずれか1項に記載の方法。 - 前記周囲壁に前記穴によって画定される通路を延長するための管を取り付けることを含み、
前記穴を閉塞することは、前記複数の空洞内に前記蒸気を封止するために前記管の端部を閉じることを含む、
請求項10に記載の方法。 - 前記光学窓を貫通する穴を形成することであって、前記穴は、前記光学窓の前記表面が前記誘電体の前記第1の表面に接合されるときに、前記複数の空洞のうちの少なくとも1つを前記光学窓の外部に流体連通させるように位置付けられる、形成することと、
前記穴を通して蒸気を流すことと、
前記複数の空洞内に前記蒸気を封止するために前記穴を閉塞することと、
を含む、請求項1または請求項2~5のいずれか1項に記載の方法。 - 前記光学窓に前記穴によって画定される通路を延長するための管を取り付けることを含み、
前記穴を閉塞することは、前記複数の空洞内に前記蒸気を封止するために前記管の端部を閉じることを含む、
請求項12に記載の方法。 - 前記光学窓は第1の光学窓であること、および
請求項1または請求項2~5のいずれか1項に記載の方法であって、
前記方法は、
前記複数の空洞の各々の中に蒸気または前記蒸気の供給源を配設することと、
第2の光学窓の表面を前記誘電体の前記第2の表面に接合して、前記第2の開口部の各々の周囲に封止部を形成することであって、前記第2の光学窓は前記複数の空洞の前記第2の開口部を覆って前記複数の空洞の各々の中に前記蒸気または前記蒸気の前記供給源を閉じ込める、形成することと、を含むこと、を含む方法。 - 誘電体であって、
第1の表面、
前記第1の表面の反対側の第2の表面、ならびに
前記誘電体にフォトニック結晶構造を形成するように周期的に秩序化されている、前記第1の表面から前記第2の表面まで延在する複数の空洞であり、各空洞は前記第1の表面によって画定される第1の開口部および前記第2の表面によって画定される第2の開口部を有し、前記フォトニック結晶構造はフォトニックバンドギャップを有する、空洞、を備える、誘電体と、
前記複数の空洞の各々の中にある蒸気または前記蒸気の供給源と、
前記第1の開口部を覆い、かつ前記誘電体の前記第1の表面に接合されて前記第1の開口部の各々の周囲に封止部を形成している表面を有する、第1の光学窓と、
前記第2の開口部を覆い、かつ前記誘電体の前記第2の表面に接合されて前記第2の開口部の各々の周囲に封止部を形成している表面を有する、第2の光学窓と、
を備える、蒸気セル。 - 前記蒸気セルは標的電磁放射を検出するように構成されており、
前記複数の空洞の各々は前記標的電磁放射の波長以下の最大寸法を有する、
請求項15に記載の蒸気セル。 - 前記蒸気セルは標的電磁放射を検出するように構成されており、
前記フォトニックバンドギャップは前記標的電磁放射の帯域幅以上である、
請求項15または請求項16に記載の蒸気セル。 - 前記蒸気セルは標的周波数範囲内の電磁放射を検出するように構成されており、
前記標的周波数範囲は前記フォトニックバンドギャップ内にあるかまたは前記フォトニックバンドギャップと重なる、
請求項15または請求項16に記載の蒸気セル。 - 前記フォトニックバンドギャップは前記電磁放射の横磁気(TM)モードと関連付けられるバンドギャップを含む、請求項18に記載の蒸気セル。
- 前記フォトニックバンドギャップは前記電磁放射の横電気(TE)モードと関連付けられるバンドギャップを含む、請求項18に記載の蒸気セル。
- 前記誘電体の前記第1および第2の表面は互いに平行な平面状の表面である、請求項15または請求項16に記載の蒸気セル。
- 前記複数の空洞は二次元格子に従って秩序化されている、請求項15または請求項16に記載の蒸気セル。
- 前記複数の空洞は二次元格子に従って秩序化されており、
前記二次元格子は第1の格子サイトと第2の格子サイトとを備え、前記第1の格子サイトは同一の形状およびサイズを有する第1の空洞と関連付けられており、前記第2の格子サイトは前記フォトニック格子の欠陥と関連付けられている、
請求項15または請求項16に記載の蒸気セル。 - 前記欠陥は前記第1の空洞よりもサイズの大きい第2の空洞を含む、請求項23に記載の蒸気セル。
- 前記欠陥は前記第1の空洞よりもサイズの小さい第2の空洞を含む、請求項23に記載の蒸気セル。
- 前記欠陥は前記第1の空洞とは異なる形状を有する第2の空洞を含む、請求項23に記載の蒸気セル。
- 前記誘電体は、
前記複数の空洞を分離している各壁を貫通して配設されている通路を備え、前記通路は前記壁によって分離されている隣り合う空洞を流体連通している、請求項15または請求項16に記載の蒸気セル。 - 前記第1の光学窓は誘電体ミラーを備える、請求項15または請求項16に記載の蒸気セル。
- 前記誘電体ミラーは前記誘電体の前記第1の表面に接合されている前記第1の光学窓の前記表面に沿って配設されている、請求項28に記載の蒸気セル。
- 前記第2の光学窓は反射防止コーティングを備える、請求項15または請求項16に記載の蒸気セル。
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