JP4550007B2 - 光変調デバイス - Google Patents
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Description
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、高精細高分解な光変調を実施でき、光変調特性を変更することができ、しかも製造が容易で大面積化も可能な新規の光変調デバイスを提供することを目的とするものである。
前記第1の反射体の平均複素屈折率と、前記第2の反射体の平均複素屈折率と、前記透光性微細孔体の平均複素屈折率及び厚みとに応じて、特定波長の光を吸収する吸収特性を示し、該吸収特性により前記入射光が変調されて、前記第1の反射体及び/又は前記第2の反射体から変調光が出射されるものであることを特徴とするものである。
本明細書において、「透光性微細孔体の平均複素屈折率の変更」には、充填する透光性物質の複素屈折率の変更と、透光性物質を充填しない空状態と透光性物質を充填した充填状態との間の変更とが含まれるものとする。
本明細書において、「透光性物質の種類の変更」には、透光性物質の成分を変更する他、成分は同一で濃度を変更する場合も含まれるものとする。
図1及び図2を参照して、本発明に係る第1実施形態の光変調デバイスの構成について説明する。図1(a)は本実施形態の光変調デバイスの全体厚み断面図(ハッチングは省略)、図1(b)は反射光スペクトルの例である。図2(a)〜(c)は本実施形態の光変調デバイスの製造工程図(斜視図)である。
入射光L1は、太陽光や室内光等の外光、特定の光源から出射されたブロード光又は単波長光など、任意である。
本発明者は、入射光L1が略垂直入射光の場合、多重干渉により吸収される光のピーク波長(吸収ピーク波長)λは、透光性微細孔体20の平均複素屈折率n2と厚みdとに大きく依存し、これらは概ね下記式の関係にあることを見出している。
n2d≒(m+1)/2×λ、
λ≒(m+1)×2n2d
式中、mは任意の整数(0,±1,±2,・・・・)である。
フィネスF=πR1/2/(1−R)
本実施形態の光変調デバイス1は構造による波長選択性を有するので、デバイスの劣化(退色等)が起こりにくく、長期使用安定性にも優れる。
次に、図3(a)に基づいて、本発明に係る第2実施形態の光変調デバイスの構成について説明する。本実施形態は第1実施形態と基本構造は同様であるので、同じ構成要素には同じ参照符号を付し、説明は省略する。図3(a)は第1実施形態の図1(a)に対応した断面図である。
上記第2実施形態を設計変更して、透光性セル51、52のうち少なくとも一方に対して、複数の透光性物質を充填可能とすることで、透光性微細孔体20の平均複素屈折率n2の選択幅を広げ、光変調特性の選択幅を広げることができる。また、透光性セル51、52のうち一方は透光性微細孔体20に充填された透光性物質を排出するための空セルとしてもよい。
次に、図4に基づいて、本発明に係る第3実施形態の光変調デバイスの構成について説明する。本実施形態は第1実施形態と基本構造は同様であるので、同じ構成要素には同じ参照符号を付し、説明は省略する。図4は第1実施形態の図1(a)に対応した断面図である。
第1実施形態と同様、複数の微細孔21が規則配列した透光性微細孔体20を有する本実施形態の光変調デバイス3では、光変調構造が規則的であり、光変調特性の面内均一性が高く、安定した光変調特性が得られる。
本実施形態では、第2の反射体30が完全反射体であるので、第1実施形態と異なり、第1の反射体10から変調光L2が出射される反射型デバイスのみが得られる。
本実施形態においても、透光性物質22が液晶等の場合には、透光性微細孔体20に充填された透光性物質22の複素屈折率を電気的に変更して、透光性微細孔体20の平均複素屈折率を変更することもできる。
第1実施形態と同様、本実施形態の光変調デバイス3は構造による波長選択性を有するので、デバイスの劣化(退色等)が起こりにくく、長期使用安定性にも優れる。
本発明は上記実施形態に限らず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において適宜設計変更できる。
微細孔21の配列パターンも任意である。複数の微細孔21が第1の反射体10の光入射面に平行な方向に一次元配列したものでも、二次元配列したものでもよい。上記実施形態は、複数の微細孔21が第1の反射体10の光入射面に平行な方向に二次元配列した例である。また、複数の微細孔21が第1の反射体10の光入射面に平行な方向に二次元配列し、さらにこの二次元配列が厚み方向にも繰り返される三次元配列構造であってもよい。微細孔21の配列はランダム配列でもよい。
<光変調デバイスの製造>
下記手順にて、第3実施形態の光変調デバイスを製造した。Alを主成分とする被陽極酸化金属体40の一部を陽極酸化して、厚みd=250nm、微細孔21の開口率(=微細孔21の合計開口面積/透光性微細孔体20の全面積)が1/2の透光性微細孔体(Al2O3)20を形成し、透光性微細孔体20と非陽極酸化部分(Al)からなる第2の反射体30とからなるナノ構造体(図2(b)参照)を得た。このナノ構造体の表面に金を蒸着して第1の反射体10を成膜し、反射型の光変調デバイス3を製造した。
Auの複素屈折率:0.175−i3.10、
Al2O3の複素屈折率:1.767、
Alの複素屈折率:0.97−i6.00、
第1の反射体10の平均複素屈折率n1−ik1:0.725−i3.10、
透光性微細孔体20(空状態)の平均複素屈折率n2:1.256、
第2の反射体30の平均複素屈折率n3−ik3:0.97−i6.00。
透光性微細孔体20の微細孔21に透光性物質22を充填しない空状態(空気(屈折率n=1)が入った状態)について、分光計器製「ポリクロメータ−M25型」を用い、白色光(キセノン光源)を照射して反射光スペクトルを測定した(条件1)。反射強度は別途取得したアルミナの反射光スペクトルでもって規格化した。
透光性微細孔体20の微細孔21に透光性物質22を充填し、透光性物質22の種類を変えて同様の評価を行った。充填する透光性物質22としては、水(屈折率n=1.33、条件2)とエタノール(純度100%、屈折率n=1.36、条件3)を用いた。
各条件における透光性微細孔体20の平均複素屈折率n2は、以下の通りであった。条件1:1.256、条件2:1.476、条件3:1.496。
得られた反射光スペクトルを図5に示す。図5に示す如く、微細孔21に透光性物質を充填しない空状態(空気が入った状態、条件1)、微細孔21に水を充填した状態(条件2)、微細孔21にエタノールを充填した状態(条件3)では、いずれも多重干渉による吸収が見られ、条件によって異なる吸収ピーク波長を有する反射光スペクトルが得られた。吸収ピーク波長λは、条件1:730nm、条件2:804nm、条件3:810nmであった。条件1と条件2、条件1と条件3では、吸収ピーク波長λの相違により異なる色の反射光が出射されていることが肉眼でも確認された。
10 第1の反射体
11 貫通孔
20 透光性微細孔体
21 微細孔
22 透光性物質
30 第2の反射体
31 貫通孔
40 被陽極酸化金属体
41 金属酸化物体
42 非陽極酸化部分
L1 入射光
L2 変調光
Claims (8)
- 光入射側から、半透過半反射性を有する第1の反射体と、透光性物質が充填される入射光の波長より充分に小さい径の複数の微細孔を有する透光性微細孔体と、完全反射性を有する第2の反射体とを順次備え、前記第1の反射体と前記第2の反射体とが、該両反射体間で前記入射光が多重反射を生じる共振構造を有してなり、
前記透光性微細孔体の平均複素屈折率及び厚みに応じて、前記両反射体間における前記入射光の多重反射光の多重干渉により特定波長の光を吸収する吸収特性を示し、該吸収特性により前記入射光が変調されて、前記第1の反射体から変調光が出射されるものであることを特徴とする光変調デバイス。 - 光入射側から、半透過半反射性を有する第1の反射体と、透光性物質が充填される入射光の波長より充分に小さい径の複数の微細孔を有する透光性微細孔体と、半透過半反射性を有する第2の反射体とを順次備え、前記第1の反射体と前記第2の反射体とが、該両反射体間で前記入射光が多重反射を生じる共振構造を有してなり、
前記透光性微細孔体の平均複素屈折率及び厚みに応じて、前記両反射体間における前記入射光の多重反射光の多重干渉により特定波長の光を吸収する吸収特性を示し、該吸収特性により前記入射光が変調されて、前記第1の反射体及び前記第2の反射体の少なくとも一方から変調光が出射されるものであることを特徴とする光変調デバイス。 - 前記複数の微細孔に充填される前記透光性物質が、電気的に複素屈折率が変更可能な液晶であり、
前記透光性微細孔体の平均複素屈折率が、前記透光性物質の複素屈折率が電気的に変更されることにより変更可能とされており、
該平均複素屈折率の変更に応じて吸収される光の波長が変更可能とされていることを特徴とする請求項1又は2に記載の光変調デバイス。 - 前記透光性微細孔体は前記複数の微細孔が前記第1の反射体側の面において開口したものであり、前記第1の反射体は前記複数の微細孔に各々連通する複数の貫通孔を有し、該複数の貫通孔を介して前記複数の微細孔に対して各々前記透光性物質が出入自在とされており、
前記透光性微細孔体の平均複素屈折率が、前記複数の微細孔に充填される前記透光性物質の種類及び量の少なくとも一方が前記貫通孔を介する該透光性物質の出し入れにより変更されることにより変更可能とされており、
該平均複素屈折率の変更に応じて吸収される光の波長が変更可能とされていることを特徴とする請求項1又は2に記載の光変調デバイス。 - 前記透光性微細孔体は前記複数の微細孔が前記第2の反射体側の面において開口したものであり、前記第2の反射体は前記複数の微細孔に各々連通する複数の貫通孔を有し、該複数の貫通孔を介して前記複数の微細孔に対して各々前記透光性物質が出入自在とされており、
前記透光性微細孔体の平均複素屈折率が、前記複数の微細孔に充填される前記透光性物質の種類及び量の少なくとも一方が前記貫通孔を介する該透光性物質の出し入れにより変更されることにより変更可能とされており、
該平均複素屈折率の変更に応じて吸収される光の波長が変更可能とされていることを特徴とする請求項1又は2に記載の光変調デバイス。 - 前記複数の微細孔は、前記第1の反射体側から前記第2の反射体側に向けて延びる略ストレート孔であることを特徴とする請求項4又は5に記載の光変調デバイス。
- 前記透光性微細孔体は被陽極酸化金属体の一部を陽極酸化して得られる金属酸化物体からなり、前記第2の反射体は前記被陽極酸化金属体の非陽極酸化部分からなり、前記第1の反射体は前記透光性微細孔体に成膜された金属層からなることを特徴とする請求項4に記載の光変調デバイス。
- 前記透光性微細孔体は、被陽極酸化金属体の全体を陽極酸化して得られる金属酸化物体、若しくは、被陽極酸化金属体の一部を陽極酸化し、さらに該被陽極酸化金属体の非陽極酸化部分を除去して得られる金属酸化物体からなり、前記第1の反射体及び前記第2の反射体はいずれも前記透光性微細孔体に成膜された金属層からなることを特徴とする請求項4又は5に記載の光変調デバイス。
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