JP3179638B2 - 光学素子の形成方法 - Google Patents

光学素子の形成方法

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JP3179638B2 JP26601093A JP26601093A JP3179638B2 JP 3179638 B2 JP3179638 B2 JP 3179638B2 JP 26601093 A JP26601093 A JP 26601093A JP 26601093 A JP26601093 A JP 26601093A JP 3179638 B2 JP3179638 B2 JP 3179638B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は特定波長の光を反射し
かつ電気的に反射光強度を制御することができる光学素
子を形成する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】本発明者らは特定波長帯の光の反射/透
過を制御することができる光学素子(特開平5−134
266号公報)を考案した。図9はその光学素子を示す
概略断面図である。図に示すように、透明基板であるガ
ラス基板501、502にITOからなる透明電極50
3、504が形成され、ガラス基板501、502の間
に高分子材料505と複屈折性材料である液晶506と
が多層に配置された周期構造すなわち屈折率の異なる領
域が交互に層状に配置された周期構造が設けられ、透明
電極503、504に電源507が接続されている。
【0003】この光学素子においては、誘電体ミラーの
原理で特定波長の光を反射することができ、かつ電界に
より高分子材料505と液晶506との屈折率差を制御
することにより、特定波長帯の光の反射強度を制御する
ことができる。
【0004】このような光学素子はレーザー光の干渉パ
タンを用いて液晶と高分子材料とを分離させることによ
って容易に形成することができる。
【0005】図10により図9に示したような光学素子
の形成方法を説明する。まず、(a)に示すように、透明
電極603、604が形成されたガラス基板601、6
02の間に液晶と光硬化樹脂との混合液605を挾む。
つぎに、(b)に示すように、波長488nmのアルゴン
レーザー光610、611を照射する。このとき、レー
ザー光が干渉して、混合液605の内部に光の干渉パタ
ン612が生じ、干渉パタン612に対応して混合液6
05中の光硬化樹脂が硬化し、液晶と高分子材料とから
なる周期構造を形成することができる。
【0006】このように形成した光学素子においては、
垂直方向から入射した白色入射光のうち波長488nm
の光を強く反射し、かつ電気的に反射強度を制御するこ
とができる。
【0007】このような光学素子の形成方法において光
学素子の反射波長を変えるには、使用するレーザー光の
波長を変え、かつ使用したレーザー光で硬化する光硬化
樹脂を使用する。しかしながら、波長の長い光で硬化す
る光硬化樹脂を作製することは極めて困難である。この
ため、レーザー光の入射角を大きくすることが考えられ
ている。
【0008】図11はレーザー光の入射角を大きくした
光学素子の形成方法の原理説明図である。図に示すよう
に、照射されるレーザー光701、702の波長をλ、
レーザー光701、702の入射角をθ0、媒質704
の屈折率をnとすると、次式(スネルの法則)が成立す
る。
【0009】n0/n=sinθ/sinθ0 この関係から、光が屈折して内部に形成される干渉パタ
ン703の周期dは次式で表わされる。
【0010】d=λ/2√{n2−(sinθ0)2} そして、通常の光硬化樹脂の屈折率は1.5であるた
め、波長488nmのレーザー光701、702の入射
角θ0を0度から90度まで変えると、周期dを163
nmから218nmまで変化させることができる。この
ため、垂直方向から入射した白色光のうち波長488n
mから波長650nmの光を反射する光学素子を形成す
ることができる。すなわち、レーザー光の入射角θ0
よって周期dを制御することができ、反射波長を制御す
ることができる。そして、光学素子の反射波長を使用し
たレーザー光の波長よりも長くすることができる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかし、図11で説明
した光学素子の形成方法においては、光通信に使われる
通信波長の光である波長が1μm付近の赤外光のような
長波長の光を反射する光学素子を形成することができな
い。
【0012】この発明は上述の課題を解決するために成
されたもので、長波長の光を反射する光学素子を容易に
形成することができる光学素子の形成方法を提供するこ
とを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、この発明においては、屈折率の異なる領域が交互に
層状に配置された周期構造を有し、上記屈折率の異なる
領域のうち単数または複数の領域が電界によって屈折率
が可変である複屈折性材料からなる光学素子を形成する
方法において、薄板状に保持した液晶と光硬化樹脂との
混合液に対向面が平行でない透光体を通して少なくとも
1つのレーザー光を照射し、他のレーザー光との干渉を
生じさせて上記光硬化樹脂を硬化する。
【0014】この場合、上記透光体の屈折率とほぼ等し
い屈折率を有する透明基板に透明電極を形成し、上記透
明基板の間に上記混合液を挾み、上記透明基板の少なく
とも一方に屈折率整合材料を介して上記透光体を装着す
る。
【0015】
【作用】この光学素子の形成方法においては、反射波長
が使用するレーザー光の波長よりも極めて長い光学素子
を形成することができるから、長波長の光を反射する光
学素子を容易に形成することができる。
【0016】
【実施例】まず、この発明に係る光学素子の形成方法の
原理について説明する。図12に示すように、対向面の
なす角すなわち傾斜角θpを有する屈折率nの媒質80
4に入射角θ0で波長λのレーザー光801、802を
照射した場合、屈折率nの媒質804aに生ずる干渉パ
タン803の周期dは次式で表わされる。
【0017】d=λ/{2n・cos(θp−θx)} ここで、θxは次式で表わされる。
【0018】θx={1/n・sin(θp−θ0)}~1 すなわち、周期dは傾斜角θpで制御することができ、
たとえば波長λが488nm(アルゴンレーザー光)、
傾斜角θpが60度、入射角θ0が90度、屈折率nが
1.5の場合には、周期dは890nmとなり、従来法
では実現できない大きな周期dの干渉パタン803が形
成できる。このような周期dを持った光学素子では、波
長2μm以上の光を反射できることになる。このため、
照射するレーザー光(たとえば波長488nmのアルゴ
ンレーザー光)に対し硬化感度が極めて高い光硬化樹脂
を用いて、反射波長が使用したレーザー光よりも極めて
長い光学素子を形成することができるから、1μm程度
の通信光波長に対して作用する光学素子を容易に形成す
ることができる。
【0019】図1はこの発明に係る光学素子の形成方法
の説明図である。まず、(a)に示すように、プリズムの
形状をしたアクリル基板101、102にITOからな
る透明電極103、104を形成し、アクリル基板10
1、102の間にネマティック液晶(たとえばメルク社
製E−7:異常光に対する屈折率nLC1=1.75、常光
に対する屈折率nLC2=1.52)と青色光硬化樹脂(た
とえばアーデル社製ラックストラックLCR208:n
P=1.52)との混合液105を挾む。ここで、アクリ
ル基板101、102の対向面は平行ではなく、傾斜角
θpを有している。つぎに、(b)に示すように、青色波
長488nmのアルゴンレーザー光110、111を入
射角θ0で照射する。このとき、レーザー光110、1
11が干渉し、混合液105の内部に光の干渉パタン1
12が生ずる。この場合、傾斜角θpを60度、入射角
θ0を60度とすると、干渉パタン112の周期dは約
325nmとなる。そして、干渉パタン112に対応し
て混合液105中の光硬化樹脂が硬化し、(c)に示すよ
うに、液晶113と高分子材料114とからなる周期構
造が形成される。つぎに、アクリル基板101、102
を対向面がほぼ平行な板に加工して透明基板とする。
【0020】このように形成した光学素子においては、
垂直入射された波長970nm付近の光を反射し、電圧
により反射強度を制御できる。
【0021】図2はこの発明の光学素子の形成方法の説
明図である。まず、(a)に示すように、ガラス基板20
1、202にITOからなる透明電極203、204を
形成し、ガラス基板201、202の間にネマティック
液晶(たとえばメルク社製E−7:異常光に対する屈折
率nLC1=1.75、常光に対する屈折率nLC2=1.5
2)と青色光硬化樹脂(たとえばアーデル社製ラックス
トラックLCR208:nP=1.52)との混合液20
5を挾む。つぎに、(b)に示すように、ガラス基板20
1、202に屈折率整合材であるオイル206、207
を介してガラスからなりかつ傾斜角θpを有するプリズ
ム208、209をガラス基板201、202に装着す
る。つぎに、(c)に示すように、青色波長488nmの
アルゴンレーザー光210、211を入射角θ0で照射
する。このとき、レーザー光210、211が干渉し、
混合液205の内部に光の干渉パタン212が生ずる。
この場合、傾斜角θpを60度、入射角θ0を60度とす
ると、干渉パタン112の周期dは約325nmとな
る。そして、干渉パタン212に対応して混合液205
中の光硬化樹脂が硬化し、液晶と高分子材料とからなる
周期構造が形成される。
【0022】このように形成した光学素子においては、
垂直入射された波長970nm付近の光を反射し、電圧
により反射強度を制御できる。
【0023】なお、上述実施例においては、液晶と高分
子材料とが完全に層状に分離した例を示しているが、図
3に示すように、高分子材料301中にドロップレット
状の液晶302が配置され、屈折率分布が層状に形成さ
れていてもよい。すなわち、液晶と高分子材料とによる
屈折率変化が周期的に形成されていればよい。
【0024】また、上述実施例においては、高分子材料
の原料としてアーデル社製ラックストラックLCR20
8の硬化生成物を用い、液晶にメルク社製E−7を使用
したが、それに限ることはなく、液晶の常光および異常
光に対する屈折率と高分子材料の屈折率とが異なる高分
子材料と液晶とを使用すればよい。
【0025】また、上述実施例においては、屈折率が変
化する材料にネマティック液晶を用いたが、その限りで
なく、電圧によって屈折率が変化する複屈折性材料であ
ればよく、高分子液晶、強誘電性液晶などを使用しても
よい。
【0026】また、上述実施例においては、液晶と高分
子材料とが層状に分離した例を示したが、このように層
状に分離していることが本質でなく、複屈折性材料と複
屈折性を示さない材料とにより周期的に屈折率変調され
ている構造であればよい。
【0027】また、上述実施例においては、波長488
nmのアルゴンレーザー光を使用したが、これに限るこ
とはなく、光の干渉が起きる光源を用いればよい。
【0028】また、上述実施例においては、傾斜角θp
が60度のアクリル基板101、102、プリズム20
8、209を使用したが、これに限ることはなく、図4
に示すように、傾斜角が異なる透光体401に透明電極
402を形成し、透光体401の間に液晶と光硬化樹脂
との混合液405を挾んで、レーザ光403、404を
照射してもよいし、図5に示すように、一方のみ傾斜角
を有する透光体401を使用してもよいし、図6に示す
ように、片面において傾斜角を有する透光体401を複
数使用してもよいし、図7に示すように、曲線状の表面
を持った透光体406を使用してもよい。また、上述実
施例においては、2光束のレーザー光の干渉パタンを生
じさせたが、これに限ることはなく、図8に示すよう
に、2光束以上のレーザー光403、404の干渉パタ
ンを同時に生じさせてもよく、さらには複数の異なる波
長のレーザー光を同時に照射して干渉パタンを生じさせ
てもよい。
【0029】また、上述実施例においては、屈折率整合
材としてオイル206、207を使用したが、これに限
ることはなく、他の液体材料、樹脂等を使用してもよ
い。
【0030】
【発明の効果】以上説明したように、この発明に係る光
学素子の形成方法においては、反射波長が使用するレー
ザー光の波長よりも極めて長い光学素子を形成すること
ができるから、長波長の光を反射する光学素子を容易に
形成することができる。このように、この発明の効果は
顕著である。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係る光学素子の形成方法の説明図で
ある。
【図2】この発明に係る他の光学素子の形成方法の説明
図である。
【図3】この発明に係る他の光学素子の形成方法の説明
図である。
【図4】この発明に係る他の光学素子の形成方法の説明
図である。
【図5】この発明に係る他の光学素子の形成方法の説明
図である。
【図6】この発明に係る他の光学素子の形成方法の説明
図である。
【図7】この発明に係る他の光学素子の形成方法の説明
図である。
【図8】この発明に係る他の光学素子の形成方法の説明
図である。
【図9】光学素子を示す概略断面図である。
【図10】従来の光学素子の形成方法の説明図である。
【図11】従来の他の光学素子の形成方法の原理説明図
である。
【図12】この発明に係る光学素子の形成方法の原理説
明図である。
【符号の説明】
101、102…アクリル基板 103、104…透明電極 105…混合液 110、111…レーザー光 201、202…ガラス基板 203、204…透明電極 205…混合液 206、207…オイル 208、209…プリズム 210、211…レーザー光 401…透光体 402…透明電極 403、404…レーザー光 405…混合液 406…透光体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−80308(JP,A) 特開 平5−80310(JP,A) 特開 昭61−20931(JP,A) 特開 平3−274018(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/13 G02F 1/1334

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】屈折率の異なる領域が交互に層状に配置さ
    れた周期構造を有し、上記屈折率の異なる領域のうち単
    数または複数の領域が電界によって屈折率が可変である
    複屈折性材料からなる光学素子を形成する方法におい
    て、薄板状に保持した液晶と光硬化樹脂との混合液に対
    向面が平行でない透光体を通して少なくとも1つのレー
    ザー光を照射し、他のレーザー光との干渉を生じさせて
    上記光硬化樹脂を硬化することを特徴とする光学素子の
    形成方法。
  2. 【請求項2】上記透光体の屈折率とほぼ等しい屈折率を
    有する透明基板に透明電極を形成し、上記透明基板の間
    に上記混合液を挾み、上記透明基板の少なくとも一方に
    屈折率整合材料を介して上記透光体を装着することを特
    徴とする請求項1に記載の光学素子の形成方法。
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