JP4954975B2 - Periodic structure, method for producing periodic structure, and applied product - Google Patents

Periodic structure, method for producing periodic structure, and applied product Download PDF

Info

Publication number
JP4954975B2
JP4954975B2 JP2008506175A JP2008506175A JP4954975B2 JP 4954975 B2 JP4954975 B2 JP 4954975B2 JP 2008506175 A JP2008506175 A JP 2008506175A JP 2008506175 A JP2008506175 A JP 2008506175A JP 4954975 B2 JP4954975 B2 JP 4954975B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
periodic structure
light
incident
parallel
basic translation
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.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2008506175A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPWO2007108212A1 (en
Inventor
洋 本間
貴之 川嶋
Original Assignee
洋 本間
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 洋 本間 filed Critical 洋 本間
Priority to JP2008506175A priority Critical patent/JP4954975B2/en
Publication of JPWO2007108212A1 publication Critical patent/JPWO2007108212A1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4954975B2 publication Critical patent/JP4954975B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02Details
    • H01L31/0236Special surface textures
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/02057Optical fibres with cladding with or without a coating comprising gratings
    • G02B6/02076Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings
    • G02B6/02123Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings characterised by the method of manufacture of the grating
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/12007Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/122Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
    • G02B6/1225Basic optical elements, e.g. light-guiding paths comprising photonic band-gap structures or photonic lattices
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/35Non-linear optics
    • G02F1/353Frequency conversion, i.e. wherein a light beam is generated with frequency components different from those of the incident light beams
    • G02F1/3544Particular phase matching techniques
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0352Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2201/00Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00
    • G02F2201/30Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00 grating
    • G02F2201/305Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00 grating diffraction grating
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2203/00Function characteristic
    • G02F2203/07Polarisation dependent

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Description

本発明は光波長程度の周期を有する周期構造体及びその製造方法に関する。また、該周期構造体を用いた電磁波、特に光の伝搬の制御方法及び応用製品に関する。   The present invention relates to a periodic structure having a period of about the optical wavelength and a method for manufacturing the same. The present invention also relates to a method for controlling propagation of electromagnetic waves, particularly light using the periodic structure, and applied products.

近年フォトニック結晶(Photonic Crystal、以下「PhC」と略記する)と呼ばれる2種類以上の媒質からなる電磁波の波長程度の周期をもつ2次元又は3次元の周期構造体(periodical structure)が電磁波の伝搬を制御するものとして注目を集めている。   In recent years, a two-dimensional or three-dimensional periodic structure having a period of about the wavelength of an electromagnetic wave composed of two or more kinds of media called a photonic crystal (hereinafter abbreviated as “PhC”) propagates the electromagnetic wave. Has attracted attention as a control.

PhCの基本となるフォトニックバンドの概念は非特許文献1により発表され、その後様々な興味深い性質が提示されたことにより注目を集めた。   The concept of the photonic band, which is the basis of PhC, was announced by Non-Patent Document 1, and attracted attention because various interesting properties were presented thereafter.

なお、既に知られる主要な構造、現象、解析手法及び応用事例については非特許文献2や非特許文献3の第78〜第137頁にまとめられている。   The main structures, phenomena, analysis methods, and application examples that are already known are summarized on pages 78 to 137 of Non-Patent Document 2 and Non-Patent Document 3.

また非特許文献4および非特許文献5では、自己クローニング型PhC(以下、「AC-PhC」と略記する)の反対称モード(奇対称モード)と外部平面波の結合について説明されている。   Non-Patent Document 4 and Non-Patent Document 5 describe the coupling between an antisymmetric mode (odd symmetric mode) of self-cloning PhC (hereinafter abbreviated as “AC-PhC”) and an external plane wave.

特開2001-091701号公報JP 2001-091701 A 特開2004-279713号公報JP 2004-279713 A 特開平9-146064号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-146064 特開平3-111806号公報Japanese Patent Laid-Open No. 3-111806 米国特許第3631288号公報U.S. Pat.No. 3631288 米国特許第5172267号公報U.S. Pat.No. 5,172,267

Ohtaka, PHYSICAL REVIEW B, Vol.19, No.10, pp.5057-5067, 15 May 1979Ohtaka, PHYSICAL REVIEW B, Vol.19, No.10, pp.5057-5067, 15 May 1979 川上彰二郎 監修,”フォトニック結晶技術とその応用”,株式会社シーエムシー出版,2002Supervised by Shojiro Kawakami, “Photonic crystal technology and its application”, CMC Publishing, 2002 平成15年度特許出願技術動向調査報告書 光集積回路,平成16年3月,特許庁2003 Patent Application Technology Trend Survey Optical Integrated Circuit, March 2004, Japan Patent Office 本間洋 他,”フォトニック結晶の反対称モードと外部平面波の結合”,2004年秋季第65回応用物理学会学術講演会,2004年9月Hiroshi Honma et al., “Coupling of anti-symmetric modes and external plane waves in photonic crystals”, 2004 Fall 65th JSAP Scientific Meeting, September 2004 本間洋 他,”フォトニック結晶の反対称モードを用いた光減衰器”,電子情報通信学会ソサイエティ大会,2004年9月Hiroshi Honma et al., "Optical attenuator using antisymmetric mode of photonic crystal", IEICE Society Conference, September 2004 川嶋貴之 他,”2次元フォトニック結晶偏光分離素子の作製とその高性能化”,電子情報通信学会光エレクトロニクス研究会,OPE99-109,1999年12月Takayuki Kawashima et al., “Fabrication of 2-dimensional photonic crystal polarization separation element and its performance enhancement”, Optoelectronics Study Group of IEICE, OPE99-109, December 1999 濱川圭弘 編著,”太陽光発電 最新の技術とシステム”,株式会社シーエムシー,2000Edited by Yasuhiro Ayukawa, “Latest photovoltaic power generation technologies and systems”, CMC Corporation, 2000

上述する状況において、従来困難であった光の伝搬形態、その伝搬形態を実現する素子、素子の製造方法、および素子の利用形態を提供することが望まれている。   In the situation described above, it is desired to provide a light propagation form, an element that realizes the propagation form, a method for manufacturing the element, and a use form of the element, which have been difficult in the past.

薄膜光学素子中の任意の位置に対して、任意の入射角(または広い入射角度範囲)で平面波を入射した場合に、光学素子の面内(薄膜内)に高効率で光を伝搬させることは不可能であった。例えば光導波路やウッドのアノマリー(Wood’s Anomaly)のように回折格子を用いた外部平面波の結合の例があるが、薄膜光学素子中の任意の位置に対して、面に対して任意に近い広い角度範囲で平面波を入射した場合に、光学素子の面内(薄膜内)に高効率で光を伝搬するわけではない。   When a plane wave is incident on an arbitrary position in a thin film optical element at an arbitrary incident angle (or a wide incident angle range), light can be propagated with high efficiency in the plane of the optical element (in the thin film). It was impossible. For example, there are examples of coupling of external plane waves using diffraction gratings, such as optical waveguides and Wood's Anomaly, but a wide angle that is arbitrarily close to the surface with respect to any position in the thin film optical element. When a plane wave is incident in a range, light is not propagated with high efficiency in the plane of the optical element (in the thin film).

しかしながら、このような光学素子が存在するならば、薄膜を構成する媒質と光の相互作用を増大させることができる。   However, if such an optical element is present, the interaction between the medium constituting the thin film and light can be increased.

また、同一のコヒーレント光源から2つ又はそれ以上の互いに平行に伝搬するビームが得られるならば、干渉を用いる光記録や計測に用いるのに有効であるが、従来の単一の光学素子では困難であった。   If two or more beams propagating in parallel to each other can be obtained from the same coherent light source, it is effective for optical recording and measurement using interference, but difficult with a conventional single optical element. Met.

本発明は、上記状況に鑑みてなされたものであり、従来困難又は不可能であった光の伝搬形態を実現する方法とその応用を提供する。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a method for realizing a light propagation form that has been difficult or impossible in the past and its application.

第1の発明は、
屈折率が1.2より大きい2種以上の媒質からなる周期構造体であって、含まれる媒質間の屈折率の比が1:1.2より大きくなる組合せがあり、基本単位格子を構成する第1から第3の基本並進ベクトルのうち、第1及び第2の基本並進ベクトルを含む面と直交する任意の軸を含み、かつ第1の基本並進ベクトルと平行な面および/または第2の基本並進ベクトルと平行な面に対して、単位構造中の誘電率又は屈折率の分布および/または基本単位格子が非鏡映対称であることを特徴とする、屈折率または誘電率が周期的に変化する周期構造体。
The first invention is
There is a periodic structure composed of two or more kinds of media having a refractive index greater than 1.2, and there is a combination in which the ratio of the refractive index between the contained media is greater than 1: 1.2, which constitutes a basic unit cell Of the first to third basic translation vectors, a plane including any axis orthogonal to the plane containing the first and second basic translation vectors and parallel to the first basic translation vector and / or the second Refractive index or dielectric constant periodically, characterized in that the dielectric constant or refractive index distribution in the unit structure and / or the basic unit cell is non-mirror symmetric with respect to a plane parallel to the basic translation vector A changing periodic structure.

第2の発明は、
屈折率が1.2より大きい2種以上の媒質からなる周期構造体であって、含まれる媒質間の屈折率の比が1:1.2より大きくなる組合せがあり、単位構造中の誘電率又は屈折率の分布および/または基本単位格子が、非回転対称、非反転対称であり、基本単位格子を構成する第1から第3の基本並進ベクトルのうち第1及び第2の基本並進ベクトルを含む面と直交する任意の軸を含みかつ第1の基本並進ベクトルと平行な面および/または第2の基本並進ベクトルと平行な面に対して非鏡映対称であることを特徴とする、屈折率または誘電率が周期的に変化する周期構造体。
The second invention is
There is a combination of two or more types of medium having a refractive index greater than 1.2, wherein the ratio of the refractive index between the contained media is greater than 1: 1.2, and the dielectric constant in the unit structure Alternatively, the refractive index distribution and / or the basic unit cell is non-rotationally symmetric and non-inverted symmetric, and the first and second basic translation vectors among the first to third basic translation vectors constituting the basic unit cell are Refraction characterized by being non-mirror symmetric with respect to a plane containing any axis orthogonal to the containing plane and parallel to the first basic translation vector and / or parallel to the second basic translation vector A periodic structure with periodically changing permittivity or dielectric constant.

第3の発明は、
屈折率が1.2より大きい2種以上の媒質からなる周期構造体であって、含まれる媒質間の屈折率の比が1:1.2より大きくなる組合せがあり、単位構造中の誘電率又は屈折率の分布および/または基本単位格子が、並進対称性のみ有することを特徴とする、屈折率または誘電率が周期的に変化する周期構造体。
The third invention is
There is a combination of two or more types of medium having a refractive index greater than 1.2, wherein the ratio of the refractive index between the contained media is greater than 1: 1.2, and the dielectric constant in the unit structure Or a periodic structure having a periodically changing refractive index or dielectric constant, wherein the refractive index distribution and / or the basic unit cell has only translational symmetry.

第4の発明は、
前記第2の基本並進ベクトルはゼロでない任意の長さを取りうることを特徴とする、第1から第3の発明のいずれかに記載する周期構造体。
The fourth invention is:
The periodic structure according to any one of the first to third aspects, wherein the second basic translation vector can take any length that is not zero.

第5の発明は、
前記第1から第3の基本並進ベクトルのうちいずれか2つの基本並進ベクトルを含む面と残る1つの基本並進ベクトルとがなす角度が60度より大きく90度より小さいことを特徴とする、第1から第4の発明のいずれかに記載する周期構造体。
The fifth invention is:
An angle formed by a surface including any two basic translation vectors among the first to third basic translation vectors and the remaining one basic translation vector is larger than 60 degrees and smaller than 90 degrees. To the fourth invention.

第6の発明は、
前記周期構造体は薄膜が複数周期積層されてなり、前記薄膜層は周期的な凹凸構造を有し、該凹凸構造における凸部は最上部から最下部までの距離が複数存在する凸部であることを特徴とする、第1から第5の発明のいずれかに記載する周期構造体。
The sixth invention is:
The periodic structure is formed by laminating a plurality of thin films, the thin film layer has a periodic concavo-convex structure, and the convex portions in the concavo-convex structure are convex portions having a plurality of distances from the top to the bottom. The periodic structure according to any one of the first to fifth inventions, wherein:

第7の発明は、
少なくとも1つの基本並進ベクトルの長さが100nmから1000nmであり、前記単位構造に含まれる媒質のうち少なくとも1つが2以上の屈折率をもつことを特徴とする、第1から第6の発明のいずれかに記載する周期構造体。
The seventh invention
Any one of the first to sixth inventions, wherein the length of at least one basic translation vector is 100 nm to 1000 nm, and at least one of the media included in the unit structure has a refractive index of 2 or more. The periodic structure described in the above.

第8の発明は、
第1及び第2の基本並進ベクトルを含む面と直交する任意の軸を含み、かつ第1の基本並進ベクトルと平行な面および/または第2の基本並進ベクトルと平行な面に対して、電磁場が非鏡映対称の固有モードを呈することを特徴とする、第1から第7の発明のいずれかに記載する周期構造体。
The eighth invention
Electromagnetic field relative to a plane containing any axis orthogonal to the plane containing the first and second basic translation vectors and parallel to the first basic translation vector and / or parallel to the second basic translation vector Exhibits a non-mirror-symmetric eigenmode, The periodic structure according to any one of the first to seventh inventions.

第9の発明は、
電磁場が、第1及び第2の基本並進ベクトルを含む面と直交する任意の軸を含み、かつ第1の基本並進ベクトルと平行な面および/または第2の基本並進ベクトルと平行な面に対して非鏡映対称であり、前記軸に対して非回転対称である、固有モードを呈することを特徴とする、第1から第7の発明のいずれかに記載する周期構造体。
The ninth invention
For an electromagnetic field that includes any axis orthogonal to the plane containing the first and second basic translation vectors and is parallel to the first basic translation vector and / or a plane parallel to the second basic translation vector The periodic structure according to any one of the first to seventh aspects, wherein the periodic structure is non-mirror-symmetric and exhibits an eigenmode that is non-rotational symmetric with respect to the axis.

第10の発明は、
励振の方位にかかわらず電磁場が、第1及び第2の基本並進ベクトルを含む面と直交する任意の軸を含み、かつ第1の基本並進ベクトルと平行な面および/または第2の基本並進ベクトルと平行な面に対して非鏡映対称であり、前記軸に対して3回以上の回転対称性をもたない、固有モードを呈することを特徴とする、第1から第7の発明のいずれかに記載する周期構造体。
The tenth invention is
A plane and / or a second basic translation vector whose electromagnetic field includes any axis perpendicular to the plane containing the first and second basic translation vectors and parallel to the first basic translation vector regardless of the direction of excitation. Any one of the first to seventh inventions exhibiting an eigenmode that is non-mirror-symmetric with respect to a plane parallel to the axis and has no rotational symmetry three or more times with respect to the axis. The periodic structure described in the above.

第11の発明は、
前記第1から第3の基本並進ベクトルのうちいずれか2つの基本並進ベクトルを含む面に所定の角度をもって入射した電磁波のビームを、該面と平行な方向に伝搬させるか、または該面に対して周期構造体と空気との臨界角以上の角度で伝搬させることを特徴とする、第1から第10の発明のいずれかに記載する周期構造体。
The eleventh invention is
An electromagnetic wave beam incident at a predetermined angle on a surface including any two basic translation vectors among the first to third basic translation vectors is propagated in a direction parallel to the surface, or with respect to the surface The periodic structure according to any one of the first to tenth aspects, wherein the periodic structure and the air are propagated at an angle greater than a critical angle.

第12の発明は、
入射ビームを互いに平行に伝搬する複数のビームに分岐させることを特徴とする、第1から第11の発明のいずれかに記載する周期構造体。
The twelfth invention
The periodic structure according to any one of the first to eleventh aspects, wherein the incident beam is branched into a plurality of beams propagating in parallel to each other.

第13の発明は、
第11の発明に記載するビームの伝搬方向または第12の発明に記載するビームの分岐方向が、前記第1又は第2の基本並進ベクトルの方向または前記第1から第3の基本並進ベクトルのうちいずれか2つの基本並進ベクトルを含む面に残る1つの基本並進ベクトルを投影した方向であることを特徴とする、第11または第12の発明に記載する周期構造体。
The thirteenth invention
The beam propagation direction described in the eleventh invention or the beam branching direction described in the twelfth invention is the direction of the first or second basic translation vector or the first to third basic translation vectors. The periodic structure according to the eleventh or twelfth invention, characterized in that it is a direction in which one basic translation vector remaining on a surface including any two basic translation vectors is projected.

第14の発明は、
入射ビームの入射角または入射位置または入射ビームの波長を変えることにより、第11の発明における面内の逆方向に伝搬する2つビームの強度比、または、第12の発明における同一方向に伝搬するビームの強度比または分岐間隔の少なくともいずれか1つが変化することを特徴とする、第11から第13の発明のいずれかに記載する周期構造体。
The fourteenth invention is
By changing the incident angle or incident position of the incident beam or the wavelength of the incident beam, the intensity ratio of the two beams propagating in the opposite directions in the plane of the eleventh invention, or the same direction of the twelfth invention is propagated. The periodic structure according to any one of the eleventh to thirteenth inventions, wherein at least one of a beam intensity ratio or a branching interval changes.

第15の発明は、
第1から第7の発明のいずれかに記載する周期構造体と比べて基本単位格子の断面積又は体積が同一であり、おのおのに含まれる1つの基本並進ベクトルが同一であり、単位構造における媒質の種類、構成比率が同一であり、そして、鏡映対称な基本単位格子および単位構造による周期構造体が有する反対称モードの存在する波長相当のエネルギーの中心値の±30%以内に相当する波長において第11から第14の発明のいずれかに記載するビームの伝搬形態を呈することを特徴とする、屈折率または誘電率が周期的に変化する周期構造体。
The fifteenth invention
Compared to the periodic structure according to any one of the first to seventh inventions, the basic unit cell has the same cross-sectional area or volume, each of which includes the same basic translation vector, and the medium in the unit structure The wavelength corresponding to within ± 30% of the center value of the energy corresponding to the wavelength in which the antisymmetric mode of the periodic unit structure having a mirror-symmetric basic unit cell and unit structure exists A periodic structure having a periodically changing refractive index or dielectric constant, characterized by exhibiting the beam propagation form described in any of the eleventh to fourteenth inventions.

第16の発明は、
前記周期構造体の単位構造内の媒質にpn接合またはpin接合が存在することを特徴とする、第1から第15の発明のいずれかに記載する周期構造体。
The sixteenth invention is
The periodic structure according to any one of the first to fifteenth inventions, wherein a pn junction or a pin junction exists in a medium in the unit structure of the periodic structure.

第17の発明は、
前記周期構造体中の媒質は透明導電体材料を含有し、該周期構造体が電気伝導性をもつことを特徴とする、第1から第16の発明のいずれかに記載する周期構造体。
The seventeenth invention
The periodic structure according to any one of the first to sixteenth aspects, wherein the medium in the periodic structure contains a transparent conductive material, and the periodic structure has electrical conductivity.

第18の発明は、
前記周期構造体中の媒質は流体と固体とを含有することを特徴とする、第1から第17の発明のいずれかに記載する周期構造体。
The eighteenth invention
The periodic structure according to any one of the first to seventeenth aspects, wherein the medium in the periodic structure contains a fluid and a solid.

第19の発明は、
前記単位構造中の媒質の一部分に非線形光学材料、発光性物質のいずれかを含有することを特徴とする、第1から第18の発明のいずれかに記載する周期構造体。
The nineteenth invention
The periodic structure according to any one of the first to eighteenth aspects, wherein a part of the medium in the unit structure contains a nonlinear optical material or a luminescent substance.

第20の発明は、
第1から第19の発明のいずれかに記載する周期構造体と、該周期構造体に接続され該周期構造体と媒質が連続する他の周期構造体とを有し、
前記周期構造体を構成する第1から第3の基本並進ベクトルの和と前記他の周期構造体を構成する第1から第3の基本並進ベクトルの和とが異なることを特徴とする、複合周期構造体。
The twentieth invention is
The periodic structure according to any one of the first to nineteenth aspects of the invention, and another periodic structure connected to the periodic structure and having a continuous medium and the periodic structure,
A composite period characterized in that a sum of first to third basic translation vectors constituting the periodic structure is different from a sum of first to third basic translation vectors constituting the other periodic structure. Structure.

第21の発明は、
第1から第19の発明のいずれかに記載する周期構造体と該周期構造体に接続された一様媒質とを有することを特徴とする、複合周期構造体。
The twenty-first invention
A composite periodic structure comprising the periodic structure according to any one of the first to nineteenth inventions and a uniform medium connected to the periodic structure.

第22の発明は、
凹凸形状が1次元的な周期性または2次元的な周期性をもって形成された基板上に、少なくとも異方性デポジションまたは異方性エッチングのいずれか一方を用いて製造する周期構造体の製造方法であって、
堆積粒子またはエッチング粒子の基板に対する入射方向の平均が基板面に対して垂直ではなく、
前記入射方向を前記基板面に投影した方向と、前記周期性の方向とがなす角度が0度から45度の範囲であることを特徴とする、
第1から第7の発明のいずれかに記載する周期構造体の製造方法。
The twenty-second invention relates to
A method of manufacturing a periodic structure in which at least one of anisotropic deposition and anisotropic etching is used on a substrate on which the concavo-convex shape is formed with one-dimensional periodicity or two-dimensional periodicity. Because
The average incident direction of deposited particles or etched particles to the substrate is not perpendicular to the substrate surface,
The angle formed by the direction in which the incident direction is projected onto the substrate surface and the direction of the periodicity is in the range of 0 degrees to 45 degrees,
A method for manufacturing a periodic structure according to any one of the first to seventh inventions.

第23の発明は、
第1から第21の発明のいずれかに記載する周期構造体または複合周期構造体と、光源、偏光子、反射型偏光分離素子、ウォークオフ型偏光分離素子、反射手段、位相板、回折格子、散乱体、空間光変調器、電極、感光体及び受光器からなる群から選ばれる少なくとも1つとを有することを特徴とする、デバイス。
The twenty-third invention
The periodic structure or composite periodic structure according to any one of the first to twenty-first aspects of the present invention, a light source, a polarizer, a reflective polarization separation element, a walk-off polarization separation element, a reflection means, a phase plate, a diffraction grating, A device comprising: at least one selected from the group consisting of a scatterer, a spatial light modulator, an electrode, a photoreceptor, and a light receiver.

第24の発明は、
平行ビーム源と、第11から第14の発明いずれかに記載する周期構造体と、反射型偏光分離素子とを有し、
前記周期構造体における第1から第3の基本並進ベクトルのうちいずれか2つの基本並進ベクトルを含む平面と前記反射型偏光分離素子とが互いに平行であり、
前記反射型偏光分離素子により、前記平行ビーム源からのビームが前記周期構造体に複数回入射されることを特徴とする、デバイス。
The twenty-fourth invention is
A parallel beam source, the periodic structure according to any of the eleventh to fourteenth inventions, and a reflective polarization separation element,
A plane including any two basic translation vectors among the first to third basic translation vectors in the periodic structure and the reflective polarization separation element are parallel to each other;
The device according to claim 1, wherein a beam from the parallel beam source is incident on the periodic structure a plurality of times by the reflective polarization separation element.

第25の発明は、
レーザー光源と、空間光変調器と、レンズと、感光体と、第12の発明に記載する周期構造体とを有し、
前記周期構造体によって、前記レーザー光源から入射されたビームを、入射光と同一方向かつ互いに平行に伝搬する複数のビームに分岐させ、
前記空間光変調器によって、前記分岐させた複数のビームのうち少なくとも1つのビームを透過させるかまたは反射させ、
前記レンズにより、前記空間光変調器によって透過または反射させたビームを少なくとも含む複数のビームを前記感光体における同一の箇所に集光することを特徴とする、デバイス。
The twenty-fifth invention
A laser light source, a spatial light modulator, a lens, a photoconductor, and the periodic structure described in the twelfth invention;
By the periodic structure, the beam incident from the laser light source is branched into a plurality of beams propagating in the same direction and parallel to the incident light,
Transmitting or reflecting at least one of the plurality of branched beams by the spatial light modulator;
A device characterized in that a plurality of beams including at least a beam transmitted or reflected by the spatial light modulator are condensed by the lens at the same location on the photoconductor.

本発明の最も好ましい実施形態によれば、従来なしえなかった光の伝搬形態が実現できる。例えば任意の位置に対して、広い入射角度範囲で平面波を入射した場合に、光学素子の面内に高効率で光を伝搬させることができる。また入射したビームを、平行な2つのほぼ同一の偏波状態を有するビームまたは3つ以上のビームに分岐させることができる。   According to the most preferred embodiment of the present invention, it is possible to realize a light propagation form that could not be achieved conventionally. For example, when a plane wave is incident on an arbitrary position in a wide incident angle range, light can be propagated with high efficiency in the plane of the optical element. Further, the incident beam can be split into two parallel beams having substantially the same polarization state or three or more beams.

図1は、一例としての周期構造体の断面斜視図である。FIG. 1 is a cross-sectional perspective view of a periodic structure as an example. 図2は、図1に示す周期構造体の基本単位格子および単位構造を示す図である。図2(a)は基本単位格子を示す図であり、図2(b)は単位構造を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a basic unit cell and a unit structure of the periodic structure shown in FIG. FIG. 2A is a diagram showing a basic unit cell, and FIG. 2B is a diagram showing a unit structure. 図3は周期構造体の基本単位格子および単位構造の一種である。図3(a)は基本単位格子を示す図であり、図3(b)は単位構造を示す図である。FIG. 3 shows one type of basic unit cell and unit structure of the periodic structure. FIG. 3A is a diagram showing a basic unit cell, and FIG. 3B is a diagram showing a unit structure. 図4は、図3に示す基本単位格子による無限周期の周期構造体のZ方向から入射するTE偏波の波長を横軸にしたバンド図である。FIG. 4 is a band diagram in which the horizontal axis represents the wavelength of the TE polarized wave incident from the Z direction of the infinite periodic structure having the basic unit lattice shown in FIG. 図5は、図2に示す基本単位格子による無限周期の周期構造体のZ方向から入射するTE偏波の波長を横軸にしたバンド図である。FIG. 5 is a band diagram in which the horizontal axis represents the wavelength of TE polarized light incident from the Z direction of the infinite periodic structure having the basic unit lattice shown in FIG. 図6は、図3に示す基本単位格子による無限周期の周期構造体のZX平面に対して平行でZ軸から10度傾いた方向から入射するTE偏波の波長を横軸にしたバンド図である。FIG. 6 is a band diagram in which the horizontal axis represents the wavelength of TE polarized light incident from a direction inclined by 10 degrees from the Z axis and parallel to the ZX plane of the infinite periodic structure having the basic unit cell shown in FIG. is there. 図7は、図3に示す基本単位格子による無限周期の周期構造体のZ方向から入射するTM偏波の波長を横軸にしたバンド図である。FIG. 7 is a band diagram in which the horizontal axis represents the wavelength of the TM polarized wave incident from the Z direction of the periodic structure having an infinite period by the basic unit cell shown in FIG. 図8は、図2に示す基本単位格子による無限周期の周期構造体のZ方向から入射するTM偏波の波長を横軸にしたバンド図である。FIG. 8 is a band diagram in which the horizontal axis represents the wavelength of the TM polarized wave incident from the Z direction of the infinite periodic structure having the basic unit lattice shown in FIG. 図9は、図3に示す基本単位格子による無限周期の周期構造体のZX平面に対して平行でZ軸から10度傾いた方向から入射するTM偏波の波長を横軸にしたバンド図である。FIG. 9 is a band diagram in which the horizontal axis represents the wavelength of the TM polarized wave incident from the direction inclined by 10 degrees from the Z axis and parallel to the ZX plane of the infinite periodic structure having the basic unit lattice shown in FIG. is there. 図10は、自己クローニング型2次元フォトニック結晶と該結晶に平行ビームを垂直入射したときの出射光の伝搬を示す図である。図10(a)は側面図、図10(b)は正面図である。FIG. 10 is a diagram showing a self-cloning type two-dimensional photonic crystal and propagation of outgoing light when a parallel beam is vertically incident on the crystal. FIG. 10A is a side view, and FIG. 10B is a front view. 図11は、自己クローニング型2次元フォトニック結晶と該結晶に平行ビームを小さな入射角をもって斜入射したときの出射光の伝搬を示す図である。図11(a)は側面図、図11(b)は正面図である。FIG. 11 is a diagram showing the propagation of outgoing light when a self-cloning type two-dimensional photonic crystal and a parallel beam are obliquely incident on the crystal with a small incident angle. FIG. 11A is a side view, and FIG. 11B is a front view. 図12は、自己クローニング型2次元フォトニック結晶と該結晶に平行ビームを垂直入射したときの出射光の伝搬を示す図である。図12(a)は正面図、図12(b)は側面図である。FIG. 12 is a diagram showing a self-cloning type two-dimensional photonic crystal and propagation of outgoing light when a parallel beam is vertically incident on the crystal. FIG. 12A is a front view and FIG. 12B is a side view. 図13は、自己クローニング型2次元フォトニック結晶と該結晶に平行ビームを入射したときの出射光の伝搬を示す図である。図13(a)は正面図、図13(b)は側面図である。FIG. 13 is a diagram showing a self-cloning two-dimensional photonic crystal and propagation of outgoing light when a parallel beam is incident on the crystal. FIG. 13A is a front view, and FIG. 13B is a side view. 図14は図10記載の基板1002上に形成された「AC-2DPhC」1001、1次元多層膜1003および空気の間での光の伝搬を拡大して表記したモデル図である。FIG. 14 is a model diagram in which the propagation of light between the “AC-2DPhC” 1001 and the one-dimensional multilayer film 1003 formed on the substrate 1002 shown in FIG. 図15は図14記載の基板1402上に形成された「AC-2DPhC」1401、1次元多層膜1403および空気の間での光の伝搬を拡大して表記したモデル図である。FIG. 15 is a model diagram in which the propagation of light between the “AC-2DPhC” 1401 and the one-dimensional multilayer film 1403 formed on the substrate 1402 shown in FIG. 14 and the air is enlarged. 図16は、自己クローニング型フォトニック結晶における基本並進ベクトルが全て直交する基本単位格子と媒質の分布が偏った単位構造のモデルを示す図である。図16(a)は基本単位格子を示す図であり、図16(b)は単位構造を示す図である。FIG. 16 is a diagram showing a basic unit cell in which basic translation vectors are all orthogonal to each other in a self-cloning photonic crystal and a model of a unit structure in which the medium distribution is biased. FIG. 16 (a) is a diagram showing a basic unit cell, and FIG. 16 (b) is a diagram showing a unit structure. 図17は、基板と基板に入射する堆積粒子又はエッチング粒子の方向を示す正面図である。FIG. 17 is a front view showing the direction of the deposited particles or etching particles incident on the substrate and the substrate. 図18は、基板と基板に入射する堆積粒子又はエッチング粒子の方向を示す上面図である。FIG. 18 is a top view showing the direction of the deposited particles or etching particles incident on the substrate and the substrate. 図19は、ターゲット及び基板の位置関係を示す上面図である。FIG. 19 is a top view showing the positional relationship between the target and the substrate. 図20は、ターゲットと基板との位置関係及び堆積粒子又はエッチング粒子またはエッチング粒子の入射方向を示す正面及び側面図である。図20(a)は正面図、図20(b)は側面図である。FIG. 20 is a front view and a side view showing the positional relationship between the target and the substrate and the incident direction of the deposited particles, etching particles, or etching particles. 20A is a front view, and FIG. 20B is a side view. 図21は図1に示す基板124を表す模式的な斜視図である。FIG. 21 is a schematic perspective view showing the substrate 124 shown in FIG. 図22は図1に示す基板124および整形層112を表す図である。FIG. 22 shows the substrate 124 and the shaping layer 112 shown in FIG. 図23は実際に作製した2次元自己クローニング型フォトニック結晶(2D-横崩しACPC)のZX平面における断面の電子顕微鏡写真である。FIG. 23 is an electron micrograph of a cross section in the ZX plane of an actually produced two-dimensional self-cloning photonic crystal (2D-collapsed ACPC). 図24は透過特性のグラフである。図24(a)は入射ビームがTE偏波、図24(b)は入射ビームがTM偏波の場合にそれぞれ対応する特性である。FIG. 24 is a graph of transmission characteristics. FIG. 24A shows characteristics corresponding to the case where the incident beam is a TE polarized wave, and FIG. 24B shows characteristics corresponding to the case where the incident beam is a TM polarized wave. 図25はホログラフィック記録装置の基本構成を示す側面図である。FIG. 25 is a side view showing the basic configuration of the holographic recording apparatus. 図26は記録時の動作を示す側面図である。FIG. 26 is a side view showing the operation during recording. 図27は再生時の動作を示す側面図である。FIG. 27 is a side view showing the operation during reproduction. 図28は実施例2に用いるHBSを示す図である。FIG. 28 shows an HBS used in the second embodiment. 図29は偏光補償型オプティカルインテグレータおよび入出射する光の伝搬を示す図である。FIG. 29 is a diagram showing the polarization compensation type optical integrator and the propagation of incident / exiting light. 図30はa-SiCと薄膜多結晶シリコンからなる「2D-横崩しACPC」をベースにした光電変換装置の側面模式図である。FIG. 30 is a schematic side view of a photoelectric conversion device based on “2D-collapsed ACPC” made of a-SiC and thin-film polycrystalline silicon. 図31は図30に示す「2D-横崩しACPC」3003の基本単位格子および単位構造を表す。図31(a)は基本単位格子であり、図31(b)は単位構造である。FIG. 31 shows a basic unit cell and unit structure of “2D-collapse ACPC” 3003 shown in FIG. FIG. 31A shows a basic unit cell, and FIG. 31B shows a unit structure. 図32は、TiO2、SnO2、ヨウ素溶液を用いて作製した3次元フォトニック結晶の断面図である。FIG. 32 is a cross-sectional view of a three-dimensional photonic crystal produced using TiO 2 , SnO 2 , and iodine solution.

符号の説明Explanation of symbols

201 一つめのPTV
202 二つめのPTV
1001 自己クローニング型2次元フォトニック結晶
1004 入射平行ビーム
1005 出力ビーム
1006 出力ビーム
1007 出力ビーム
1008 出力ビーム
1009 出力ビーム
1010 出力ビーム
3107 i型多結晶シリコンが占める領域
3108 i型多結晶シリコンが占める領域
3109 n型多結晶シリコンが占める領域
3110 p型アモルファスシリコンカーバイトが占める領域
3111 p型アモルファスシリコンカーバイトが占める領域
3112 p型アモルファスシリコンカーバイトが占める領域
201 First PTV
202 Second PTV
1001 Self-cloning 2D photonic crystal
1004 Incident parallel beam
1005 Output beam
1006 Output beam
1007 Output beam
1008 Output beam
1009 Output beam
1010 Output beam
3107 Area occupied by i-type polycrystalline silicon
3108 Area occupied by i-type polycrystalline silicon
3109 Area occupied by n-type polycrystalline silicon
3110 Area occupied by p-type amorphous silicon carbide
3111 Area occupied by p-type amorphous silicon carbide
3112 Area occupied by p-type amorphous silicon carbide

1.第1から第7の発明の説明
以下、第1から第7の発明について、例示的に図面を参照しつつ、詳細に説明する。
1. Description of First to Seventh Inventions Hereinafter, the first to seventh inventions will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、一例としての周期構造体および周辺部材の断面斜視図である。屈折率n≒1.5の媒質が占める領域101から領域111、ハッチングされて示される屈折率n≒2.4の媒質が占める領域113から領域123が周期構造体をなす。符号124は基板、符号112は基板と周期構造体の間の中間層(整形層)を示す。図1記載の周期構造体は一種の多層薄膜であり、領域101から領域111の膜厚は各々約150nm、領域113から領域123の膜厚は各々約100nmである。   FIG. 1 is a cross-sectional perspective view of a periodic structure and peripheral members as an example. A region 101 to a region 111 occupied by a medium having a refractive index n≈1.5, and a region 113 to a region 123 occupied by a medium having a refractive index n≈2.4 shown by hatching form a periodic structure. Reference numeral 124 denotes a substrate, and reference numeral 112 denotes an intermediate layer (shaping layer) between the substrate and the periodic structure. The periodic structure shown in FIG. 1 is a kind of multilayer thin film, and the thicknesses of the region 101 to the region 111 are about 150 nm, and the thickness of the region 113 to the region 123 is about 100 nm.

図2は、図1に示す周期構造体の基本単位格子(primitive cell、以下「PrC」と略す)および単位構造(basis、以下「BAS」と略記する)を示す図である。図2(a)はPrCを示す図であり、一つめの基本並進ベクトル(primitive translation vector、以下「PTV」と略記する)201は長さ410nmでX方向と平行であり、二つめのPTV202は長さ251nmでXY平面に対して86度の角度をもち、かつZX平面に対して平行である。三つめのPTVはY軸と平行であり、長さは任意(不定)である。ここで、長さが不定とはBAS中の媒質の分布がY方向については一様であり、PTVの長さは一意に定義できない(任意)ことを示す。符号203〜206は格子点である。図2(b)はBASを示す図であり、三つめのPTVの中点を含む一つめのPTV201と二つめのPTV202を含む面と平行な面での断面図である。BASは、可視光の範囲でn≒2.4の媒質が占める領域207とn≒1.5の媒質が占める領域208及びn≒1.5の媒質が占める領域209とからなる。ただし周期構造体としては領域208と領域209とは連続しており、BASは実質的に2つの領域からなる。また符号210、211及び212はn≒2.4である媒質の領域の頂点である(また、n≒1.5である媒質が占める領域の頂点でもある)。図2に示すPrCおよびBASによる周期構造体は2次元自己クローニング型フォトニック結晶(以下、「AC-2DPhC」と略記する)の一種となる。   FIG. 2 is a diagram showing a basic unit cell (primitive cell, hereinafter abbreviated as “PrC”) and a unit structure (basis, hereinafter abbreviated as “BAS”) of the periodic structure shown in FIG. FIG. 2A is a diagram showing PrC. A first primitive translation vector (hereinafter abbreviated as “PTV”) 201 is 410 nm in length and parallel to the X direction, and the second PTV 202 is It is 251 nm long, has an angle of 86 degrees with respect to the XY plane, and is parallel to the ZX plane. The third PTV is parallel to the Y axis and the length is arbitrary (undefined). Here, the indefinite length indicates that the distribution of the medium in the BAS is uniform in the Y direction, and the length of the PTV cannot be uniquely defined (arbitrary). Reference numerals 203 to 206 denote lattice points. FIG. 2B is a diagram showing the BAS, and is a cross-sectional view taken along a plane parallel to the plane including the first PTV 201 including the midpoint of the third PTV and the second PTV 202. The BAS is composed of a region 207 occupied by a medium of n≈2.4, a region 208 occupied by a medium of n≈1.5, and a region 209 occupied by a medium of n≈1.5 in the visible light range. However, as the periodic structure, the region 208 and the region 209 are continuous, and the BAS substantially consists of two regions. Reference numerals 210, 211, and 212 are vertices of a region of the medium where n≈2.4 (also vertices of a region occupied by the medium where n≈1.5). The periodic structure of PrC and BAS shown in FIG. 2 is a kind of two-dimensional self-cloning photonic crystal (hereinafter abbreviated as “AC-2DPhC”).

図2に示すPrC及びBASによる周期構造体または図2に示すPrC及びBASを3次元周期構造体に拡張したPrC及びBASによる周期構造体は、上述する第1から第7の発明を説明するものである。なお、図2に示すPrC及びBASを3次元周期構造体に拡張したPrC及びBASとは、YZ平面の断面図が図2と同じで、かつXY平面の断面図が図2と同じであるPrC及びBASである。   The periodic structure of PrC and BAS shown in FIG. 2 or the periodic structure of PrC and BAS obtained by expanding PrC and BAS shown in FIG. 2 into a three-dimensional periodic structure is for explaining the first to seventh inventions described above. It is. In addition, PrC and BAS obtained by expanding PrC and BAS shown in FIG. 2 into a three-dimensional periodic structure have the same cross-sectional view in the YZ plane as FIG. 2 and the same cross-sectional view in the XY plane as FIG. And BAS.

第1の発明に関しては、図2に示すPrC及びBASにより説明できる。これは、図2に示すPrC及びBASによる周期構造体が、第1のPTVとしてPTV201、第2のPTVとして前記Y軸と平行な不定長のPTVを選択した場合に、PrC中の第1及び第2のPTVを含む面(ここではXY平面と平行)と直交する任意の軸(ここではZ軸と平行な任意の軸)を含み、第2のPTVと平行な面(ここではYZ平面と平行な面、Xは任意)がPrCおよびBAS中の屈折率の分布のいずれに対して鏡映面とはなりえず、一方、PrC中の第1及び第2のPTVを含む面と直交する任意の軸を含み、第1のPTV201と平行な面(ここではZX平面と平行な面、Yは任意)は第2のPTVの長さの中点を含む面の場合にPrCおよびBAS中の屈折率の分布のいずれに対しても鏡映面となるからである。   The first invention can be explained by PrC and BAS shown in FIG. This is because when the periodic structure of PrC and BAS shown in FIG. 2 selects PTV 201 as the first PTV and PTV having an indefinite length parallel to the Y-axis as the second PTV, A plane including any axis (here, any axis parallel to the Z axis) perpendicular to the plane including the second PTV (here, parallel to the XY plane) and parallel to the second PTV (here, YZ plane) Parallel plane, X is arbitrary) cannot be a mirror plane for any of the refractive index distributions in PrC and BAS, while orthogonal to the plane containing the first and second PTV in PrC A plane including an arbitrary axis and parallel to the first PTV 201 (here, a plane parallel to the ZX plane, Y is arbitrary) is a plane including the midpoint of the length of the second PTV. This is because it becomes a mirror surface for any of the refractive index distributions.

第2の発明に関しては、図2に示すPrC及びBASによる周期構造体により説明できる。これは、BAS中の屈折率の分布が非回転対称及び非反転対称であるからである。なお、PrCは2回の回転対称性を有している。また、「単位構造中の誘電率又は屈折率の分布および/または基本単位格子が、非回転対称、非反転対称」とは、いずれの軸、点に対する回転操作、反転操作を行っても単位構造中の誘電率と屈折率のいずれかの分布および基本単位格子が元と同じにならないか、もしくは単位構造中の誘電率と屈折率のいずれかの分布または基本単位格子が元と同じにならないことを意味する。   The second invention can be explained by the periodic structure of PrC and BAS shown in FIG. This is because the refractive index distribution in the BAS is non-rotation symmetric and non-inversion symmetric. Note that PrC has two-fold rotational symmetry. In addition, “the distribution of dielectric constant or refractive index in the unit structure and / or the basic unit cell is non-rotation symmetric or non-inversion symmetric” means that the unit structure can be rotated or inverted with respect to any axis or point. Either the distribution of dielectric constant and refractive index in the inside and the basic unit cell are not the same as the original, or either the distribution of dielectric constant and refractive index in the unit structure or the basic unit cell is not the same as the original Means.

第3の発明に関しては、図2に示すPrC及びBASを3次元周期構造体に拡張したBAS中の屈折率の分布が並進を除く対称性を持たない例により説明できる。なお、周期構造体であるため、当然に並進対称性は有する。なお屈折率に対する記述は誘電率εに対しても成り立つ。   The third invention can be explained by an example in which the refractive index distribution in the BAS obtained by expanding PrC and BAS shown in FIG. 2 into a three-dimensional periodic structure has no symmetry except translation. Since it is a periodic structure, it naturally has translational symmetry. Note that the description for the refractive index also holds for the dielectric constant ε.

第4の発明に関しては、図2に示すPrC及びBASにおいて第2のPTVがゼロでない任意の長さを取りうる例により説明できる。このことはBAS中の媒質の分布が第2のPTVの方向について一様であり、いわゆる連続的並進対称性を有していることによる。   The fourth invention can be explained by an example in which the second PTV can take any length which is not zero in the PrC and BAS shown in FIG. This is because the medium distribution in the BAS is uniform in the direction of the second PTV and has so-called continuous translational symmetry.

第5の発明に関しては、図2で説明することができる。これは、図2(a)に示す第1及び第2のPTVを含む面(XY平面と平行)と残る第3のPTVの間になる角度が86度であり、60度より大きく90度より小さいからである。
前記第1から第3のPTVのうちいずれか2つのPTVを含む面と残る1つのPTVとがなす角度については、好ましくは65度より大きく85度より小さく、より好ましくは75度より大きく85度より小さい。65度より大きく85度より小さいと、後述する第11の発明において第1及び第3のPTVを含む面と平行な面である周期構造体の表面に入射した電磁波が、第1及び第3のPTVを含む面と平行な方向により大きい比率をもって伝搬するから有利である。また、75度より大きく85度より小さいと、後述する第22の発明による製造が容易であると共に、後述する第11の発明において第1及び第3のPTVを含む面と平行な面である周期構造体の表面に入射した電磁波が、第1及び第3のPTVを含む面と平行な方向により大きい比率をもって伝搬させることができるため、有利である。
The fifth invention can be described with reference to FIG. This is because the angle between the plane including the first and second PTV shown in FIG. 2A (parallel to the XY plane) and the remaining third PTV is 86 degrees, which is larger than 60 degrees and larger than 90 degrees. Because it is small.
The angle formed by the surface including any two PTVs among the first to third PTVs and the remaining one PTV is preferably larger than 65 degrees and smaller than 85 degrees, more preferably larger than 75 degrees and larger than 85 degrees. Smaller than. When the angle is greater than 65 degrees and smaller than 85 degrees, the electromagnetic waves incident on the surface of the periodic structure, which is a plane parallel to the plane including the first and third PTVs, in the eleventh invention to be described later, This is advantageous because it propagates with a larger ratio in the direction parallel to the plane containing the PTV. Further, when it is greater than 75 degrees and smaller than 85 degrees, the manufacture according to the 22nd invention described later is easy, and the period which is a plane parallel to the plane including the first and third PTVs in the 11th invention described later is provided. This is advantageous because the electromagnetic wave incident on the surface of the structure can be propagated with a larger ratio in a direction parallel to the plane including the first and third PTVs.

第6の発明に関しては、図1に示すような、複数の凹凸構造を有する薄膜がZ軸方向に積層されてなる周期構造体により説明できる。また、図2からn≒2.4の媒質の領域の頂点210は凸部の最上部、頂点211および頂点212は凸部の最下部にあたることがわかる。そして、頂点210と頂点211との距離は、頂点210と頂点212との距離とは異なることから、凸部の最上部から最下部までの距離が2種類(複数)存在する。この形態はBASの対称性を崩す最も簡便な方法の1つである。また、後述するように、第1及び第3のPTVの長さと第11または第12の発明を特徴づける伝搬を示す電磁波(光)の波長との間には以下の関係がある。
第11または第12の発明を特徴づける伝搬を示す電磁波(光)の波長は、第1のPTVに対してBASに含まれる最も大きな屈折率をもつ媒質の屈折率をかけた値(例えば図1記載の周期構造体においては波長約980nm)以下であり、好ましくは第1のPTVに対してBASに含まれる媒質の屈折率の加重平均をかけた値(例えば図1記載の周期構造体においては波長約760nm)以下であり、より好ましくは第1のPTVに対してBASに含まれる媒質の屈折率の加重平均をかけた値以下でかつ第3のPTVに対してBASに含まれる媒質の屈折率の加重平均をかけた値以下でかつ第1のPTV以上(例えば図1記載の周期構造体においては波長約410nm以上465nm以下)である。
The sixth invention can be explained by a periodic structure in which thin films having a plurality of concavo-convex structures as shown in FIG. 1 are laminated in the Z-axis direction. Further, it can be seen from FIG. 2 that the vertex 210 of the medium region of n≈2.4 corresponds to the uppermost portion of the convex portion, and the vertex 211 and the vertex 212 correspond to the lowermost portion of the convex portion. Since the distance between the vertex 210 and the vertex 211 is different from the distance between the vertex 210 and the vertex 212, there are two types (plurality) of distances from the top to the bottom of the convex portion. This form is one of the simplest ways to break the symmetry of BAS. Further, as will be described later, there is the following relationship between the lengths of the first and third PTVs and the wavelength of the electromagnetic wave (light) indicating the propagation characterizing the eleventh or twelfth invention.
The wavelength of the electromagnetic wave (light) indicating propagation characterizing the 11th or 12th invention is a value obtained by multiplying the first PTV by the refractive index of the medium having the largest refractive index contained in the BAS (for example, FIG. 1). In the periodic structure described, the wavelength is about 980 nm or less, preferably a value obtained by multiplying the first PTV by the weighted average of the refractive index of the medium included in the BAS (for example, in the periodic structure described in FIG. 1 Refraction of the medium contained in the BAS with respect to the third PTV and less than the value obtained by multiplying the first PTV by the weighted average of the refractive index of the medium contained in the BAS. It is not more than the value obtained by multiplying the weighted average of the rates and not less than the first PTV (for example, in the periodic structure shown in FIG. 1, the wavelength is not less than 410 nm and not more than 465 nm).

第7の発明に関しては、図2に示されるように第1のPTVが410nm、第2のPTVが不定(任意)、第3のPTVが約251nmであるため、図2における第1及び第3のPTVが100nmから1μmの長さの条件を満たす。かつ含まれる一方の媒質のn≒2.4である点についても条件を満たす。なおPTVの長さと含まれる媒質の屈折率については対応する電磁波の波長と密接な相関がある。
前記少なくとも1つのPTVの長さについては、後述する第11の発明において第1及び第2のPTVを含む面と平行な面である周期構造体の表面に入射した電磁波の波長が紫外線領域の場合は、好ましくは100nmから400nm、より好ましくは150nmから350nmとする。同じく電磁波の波長が可視光領域の場合は、好ましくは200nmから700nm、より好ましくは350nmから500nmとする。同じく電磁波の波長が近赤外領域の場合は、好ましくは300nmから1000nm、より好ましくは400nmから700nmとする。
With respect to the seventh invention, as shown in FIG. 2, the first PTV is 410 nm, the second PTV is indefinite (arbitrary), and the third PTV is about 251 nm. The PTV satisfies the condition of a length of 100 nm to 1 μm. In addition, the condition that n≈2.4 of one medium included is also satisfied. Note that the length of the PTV and the refractive index of the medium included have a close correlation with the wavelength of the corresponding electromagnetic wave.
Regarding the length of the at least one PTV, in the eleventh invention described later, the wavelength of the electromagnetic wave incident on the surface of the periodic structure which is a plane parallel to the plane including the first and second PTV is in the ultraviolet region. Is preferably 100 nm to 400 nm, more preferably 150 nm to 350 nm. Similarly, when the wavelength of the electromagnetic wave is in the visible light region, it is preferably 200 nm to 700 nm, more preferably 350 nm to 500 nm. Similarly, when the wavelength of the electromagnetic wave is in the near infrared region, the wavelength is preferably 300 nm to 1000 nm, more preferably 400 nm to 700 nm.

なお、PrCは、例外を除いて、最も対称性のよい一般的なPrCの選択により定義されるものとする。   In addition, PrC shall be defined by selection of general PrC with the best symmetry, except for exceptions.

2.第8から第10の発明の説明
以下、第8から第10の発明について、例示的に図面を参照しつつ、詳細に説明する。
2. Description of the tenth aspect of the eighth or less, a tenth invention of the eighth, with reference to the exemplary drawings, will be described in detail.

図3は周期構造体のPrCおよびBASの一種である。図3(a)はPrCを示す図であり、一つめのPTV301の長さは410nmでX方向と平行であり、二つめのPTV302の長さは251nmでZ軸に対して平行である。三つめのPTVはY軸と平行であり、長さは任意(不定)である。長さが不定とはBAS中の媒質の分布がY方向については一様であり、PTVの長さは一意に定義できない(任意)ことを示す。符号303〜306は格子点である。   FIG. 3 shows a kind of PrC and BAS of the periodic structure. FIG. 3A is a diagram showing PrC. The length of the first PTV 301 is 410 nm and parallel to the X direction, and the length of the second PTV 302 is 251 nm and parallel to the Z axis. The third PTV is parallel to the Y axis and the length is arbitrary (undefined). Indefinite length indicates that the distribution of the medium in the BAS is uniform in the Y direction, and the length of the PTV cannot be uniquely defined (arbitrary). Reference numerals 303 to 306 are lattice points.

図3(b)はBASを示す図であり、三つめのPTVの中点を含む一つめ及び二つめのPTVを含む面と平行な面での断面図である。BASは、可視光の範囲でn≒2.4の媒質が占める領域307とn≒1.5の媒質が占める領域308及びn≒1.5の媒質が占める領域309からなる。ただし周期構造体としては領域308と領域309は連続しており、BASは実質的に2つの領域からなる。図10に示すPrCおよびBASによる周期構造体はAC-2DPhCの一種となる。   FIG. 3B is a diagram showing the BAS, and is a cross-sectional view in a plane parallel to the plane including the first and second PTVs including the midpoint of the third PTV. The BAS includes a region 307 occupied by a medium of n≈2.4, a region 308 occupied by a medium of n≈1.5, and a region 309 occupied by a medium of n≈1.5 in the visible light range. However, as a periodic structure, the region 308 and the region 309 are continuous, and the BAS substantially consists of two regions. The periodic structure of PrC and BAS shown in FIG. 10 is a kind of AC-2DPhC.

図3に示すPrCとBASと、図2に示すPrC及びBASとは、互いの一つめ及び三つめのPTVの長さが同一で、PrCがなす6面体の体積が同一である。また、含まれる全ての媒質の屈折率及びその充填率が同一である。一方、図3に示すPrC及びBASは、PTV301とPTV302を含む面と直交する軸とPTV301の中点とを含む面に対して鏡映対称であり、2回の回転対称性と反転対称性を有する。   The PrC and BAS shown in FIG. 3 and the PrC and BAS shown in FIG. 2 have the same length of the first and third PTVs, and the volume of the hexahedron formed by PrC is the same. Moreover, the refractive index and the filling rate of all the contained media are the same. On the other hand, PrC and BAS shown in FIG. 3 are mirror-symmetric with respect to a plane including an axis perpendicular to the plane including PTV 301 and PTV 302 and a midpoint of PTV 301, and have two-fold rotational symmetry and inversion symmetry. Have.

図4は、図3に示すPrCによる無限周期の周期構造体のZ方向から入射するTE偏波の波長を横軸にしたバンド図である。大きな点(太い線)で表されるのが対称モード、小さい点(細い線)で表されるのが反対称モードを示す。反対称モードの第1バンドは波長約680nmから波長約790nmに存在し、反対称モードの第2バンドは波長約440nmから波長約540nmの範囲で存在し、反対称モードの第3バンドは波長約430nm以下で存在する。なお反対称モードの第3バンドは偶対称モードのバンドと重なり合っている。   FIG. 4 is a band diagram in which the horizontal axis represents the wavelength of the TE polarized light incident from the Z direction of the infinite periodic structure having PrC shown in FIG. A symmetric mode is represented by a large point (thick line), and an anti-symmetric mode is represented by a small point (thin line). The first band of the antisymmetric mode exists from a wavelength of about 680 nm to a wavelength of about 790 nm, the second band of the antisymmetric mode exists from a wavelength of about 440 nm to a wavelength of about 540 nm, and the third band of the antisymmetric mode is about a wavelength. Present below 430nm. The third band in the antisymmetric mode overlaps with the band in the even symmetric mode.

図5は、図2に示すPrCによる無限周期の周期構造体のZ方向から入射するTE偏波の波長を横軸にしたバンド図である。図6は、図3に示すPrCによる無限周期の周期構造体のZX平面に対して平行でZ軸から10度傾いた方向から入射するTE偏波の波長を横軸にしたバンド図である。   FIG. 5 is a band diagram in which the horizontal axis represents the wavelength of the TE polarized light incident from the Z direction of the periodic structure having an infinite period of PrC shown in FIG. FIG. 6 is a band diagram in which the horizontal axis represents the wavelength of TE polarized light incident from a direction inclined by 10 degrees from the Z axis and parallel to the ZX plane of the periodic structure of infinite period of PrC shown in FIG.

図6は、図3に示すPrCによる無限周期の周期構造体のZ方向から入射するTM偏波の波長を横軸にしたバンド図である。大きな点(太い線)で表されるのが対称モード、小さい点(細い線)で表されるのが反対称モードを示す。反対称モードの第1バンドは波長約580nmから波長約720nmに存在し、反対称モードの第2バンドは波長約400nmから波長約550nmの範囲で存在する。なお反対称モードの第2バンドは偶対称モードのバンドとほぼ重なり合っている。   FIG. 6 is a band diagram in which the horizontal axis represents the wavelength of the TM polarized wave incident from the Z direction of the periodic structure having an infinite period of PrC shown in FIG. A symmetric mode is represented by a large point (thick line), and an anti-symmetric mode is represented by a small point (thin line). The first band of the antisymmetric mode exists at a wavelength of about 580 nm to about 720 nm, and the second band of the antisymmetric mode exists at a wavelength range of about 400 nm to about 550 nm. Note that the second band of the antisymmetric mode substantially overlaps the band of the even symmetric mode.

図7は、図2に示すPrCによる無限周期の周期構造体のZ方向から入射するTM偏波の波長を横軸にしたバンド図である。図8は、図3に示すPrCによる無限周期の周期構造体のZX平面に対して平行でZ軸から10度傾いた方向から入射するTM偏波の波長を横軸にしたバンド図である。   FIG. 7 is a band diagram in which the horizontal axis represents the wavelength of the TM polarized wave incident from the Z direction of the periodic structure having an infinite period of PrC shown in FIG. FIG. 8 is a band diagram in which the horizontal axis represents the wavelength of the TM polarized wave incident from a direction parallel to the ZX plane of the infinite periodic structure of PrC shown in FIG.

第8の発明に関しては、図5及び図8に示されるバンド図中のすべてのバンドにより説明できる。図5及び図8に示されるバンド図中のすべてのバンドは対称モードと反対称モードの区別ができない。これはPrC及びBASが既に第1及び第2のPTVを含む面(図2におけるXY平面)と直交する任意の軸(図2におけるZ軸と平行な軸)を含み、かつ第2のPTVと平行な面(YZ平面と平行)に対して非鏡映対称であることから、電磁場の固有モードもまた該面に対して非鏡映対称となることによる。   The eighth invention can be explained by all the bands in the band diagrams shown in FIGS. All the bands in the band diagrams shown in FIGS. 5 and 8 cannot distinguish between a symmetric mode and an antisymmetric mode. This includes an arbitrary axis (an axis parallel to the Z axis in FIG. 2) perpendicular to the plane in which PrC and BAS already contain the first and second PTV (XY plane in FIG. 2), and the second PTV and Because of the non-mirror symmetry with respect to the parallel plane (parallel to the YZ plane), the eigenmode of the electromagnetic field is also non-mirror symmetrical with respect to the plane.

第9の発明に関しては図5及び図8に示されるバンド図中のすべてのバンドにより説明できる。また同様にPrC及びBASが既に第1及び第2のPTVを含む面(図2におけるXY平面)と直交する任意の軸(図2におけるZ軸と平行な軸)に対してPrC及びBASが既に非回転対称であるので、電磁場の固有モードもまた該軸に対して非回転対称である。   The ninth invention can be explained by all the bands in the band diagrams shown in FIGS. Similarly, PrC and BAS are already in relation to an arbitrary axis (axis parallel to the Z axis in FIG. 2) perpendicular to the plane including the first and second PTV (XY plane in FIG. 2). Since it is non-rotation symmetric, the eigenmode of the electromagnetic field is also non-rotation symmetric about the axis.

第10の発明に関しては、図5及び図8に示されるバンド図中のすべてのバンドにより説明できる。また同様にPrC及びBASが既に第1及び第2のPTVを含む面(図2におけるXY平面)と直交する任意の軸(図2におけるZ軸と平行な軸)を含み、かつ第2のPTVと平行な面(YZ平面と平行)に対して非鏡映対称であり、該軸に対して非回転対称であるので、電磁場の固有モードは励振の方位にかかわらず該面に対して非鏡映対称であり該軸に対して3回以上の回転対称性をもたない。   The tenth invention can be explained by all the bands in the band diagrams shown in FIGS. Similarly, PrC and BAS already include an arbitrary axis (axis parallel to the Z axis in FIG. 2) perpendicular to the plane (XY plane in FIG. 2) including the first and second PTVs, and the second PTV. Is non-mirror-symmetric with respect to a plane parallel to the YZ plane (non-mirror-symmetric with respect to the axis), so that the eigenmode of the electromagnetic field is non-mirrored with respect to the plane regardless of the direction of excitation. It is mirror-symmetric and does not have a rotational symmetry of 3 or more times with respect to the axis.

図6及び図9に示されるバンド図においても対称モードと反対称モードの区別ができていないが、その理由は非特許文献4および非特許文献5で述べられている。   In the band diagrams shown in FIGS. 6 and 9, the symmetric mode and the antisymmetric mode cannot be distinguished. The reason is described in Non-Patent Document 4 and Non-Patent Document 5.

図4に示すバンド図には偶対称モード(Even)のバンドと反対称モード(Odd)のバンドが存在し、図5に示すバンド図では対称モードのバンドと反対称モードのバンドの区別が付かないものの、両バンド図は各バンドの傾き、折り返しの周波数、バンドギャップの存在する周波数などにおいてほぼ同一である。そこで図4における反対称モードのバンドに対応する図5におけるバンドを反対称ライクモードのバンドと呼称する。図4における偶対称モードのバンドに対応する図5におけるバンドも同様に偶対称ライクモードのバンドと呼称する。   The band diagram shown in FIG. 4 includes an even symmetric mode (Even) band and an antisymmetric mode (Odd) band, and the band diagram shown in FIG. 5 distinguishes between a symmetric mode band and an antisymmetric mode band. However, the two band diagrams are almost the same in the inclination of each band, the folding frequency, the frequency where the band gap exists, and the like. Therefore, the band in FIG. 5 corresponding to the antisymmetric mode band in FIG. 4 is referred to as an antisymmetric like mode band. The band in FIG. 5 corresponding to the even symmetric mode band in FIG. 4 is also referred to as the even symmetric like mode band.

偶対称モードと反対称モードの区別が付かないことは非特許文献4で述べられているビームを垂直入射した場合及び斜入射した場合と類似している。しかしながら、図4のバンド図に対して図5のバンド図を比較した場合と、図4のバンド図に対して図6のバンド図を比較した場合の相違点としては、図4でほぼ重なり合う偶対称モードと反対称モードに対応する図5の偶対称ライクモードのバンドと反対称ライクモードのバンドが乖離していく傾向が見えることと、図5の偶対称モードのバンド、反対称モードのバンドが存在する周波数近傍で図6ではバンドギャップが発生するなどバンド構造の著しい変形が認められるが、図5ではそのような傾向がみられないことがあげられる。   The fact that the even-symmetric mode and the anti-symmetric mode cannot be distinguished is similar to the case where the beam described in Non-Patent Document 4 is perpendicularly incident and obliquely incident. However, the difference between the band diagram of FIG. 5 compared to the band diagram of FIG. 4 and the band diagram of FIG. 6 compared to the band diagram of FIG. The even symmetric like mode band and the antisymmetric like mode band shown in FIG. 5 corresponding to the symmetric mode and the antisymmetric mode tend to be separated from each other, and the even symmetric mode band and the antisymmetric mode band shown in FIG. FIG. 6 shows that the band structure is remarkably deformed in the vicinity of the frequency in which there is a band gap, but FIG. 5 does not show such a tendency.

また反対称モードのバンドに対して反対称ライクモードのバンドが存在するバンド端が周波数にして7%程度まで乖離が認められる。図2の一つめのPTVと三つめのPTVを含む面と二つめのPTVとがなす角度がさらに小さい場合は、周波数の違いはさらに大きくなる。図2に類似したPrC及びBASでは±30%程度の乖離が可能である。   Further, the band edge where the anti-symmetric like mode band exists with respect to the anti-symmetric mode band has a frequency deviation of about 7%. When the angle formed between the first PTV, the surface including the third PTV, and the second PTV in FIG. 2 is further smaller, the difference in frequency is further increased. A deviation of about ± 30% is possible with PrC and BAS similar to FIG.

また図7から図9に示したTM偏波のバンド図を比較した場合についても、図4から図6記載のTE偏波の各バンド図を比較した場合とほぼ同傾向を示している。   Also, the case of comparing the band diagrams of the TM polarization shown in FIGS. 7 to 9 shows almost the same tendency as the case of comparing the band diagrams of the TE polarization shown in FIGS.

3.第11から第15の発明の説明
以下、第11から第15の発明について、例示的に図面を参照しつつ、詳細に説明する。
3. Description of Eleventh to Fifteenth Inventions The eleventh to fifteenth inventions will be described in detail below with reference to the drawings.

前記第1から第10の発明による周期構造体(PhC)および/または該PhCを含むデバイスに「特定の波長の光(電磁波)を入射」した場合、以下(A)〜(R)の現象が生じる。   When the light having a specific wavelength (electromagnetic wave) is incident on the periodic structure (PhC) and / or the device containing the PhC according to the first to tenth inventions, the following phenomena (A) to (R) occur: Arise.

(A) 第1及び第2のPTVを含む面と平行な面である周期構造体の表面に入射した電磁波の一部は、周期構造体内部を第1及び第2のPTVを含む面と平行な方向に伝搬する(第11の発明に相当する)。
(B) 第1及び第2のPTVを含む面と平行な面である周期構造体の表面に入射した電磁波の一部は、周期構造体内部で回折光となり、周期構造体内部を「第1および/又は第2のPTVの方向」および/又は「第1及び第3のPTVを含む面と平行な方向」および/又は「第2及び第3のPTVを含む面と平行な方向」に伝搬する。
(C) 上記(B)の回折光は、周期構造体と一様媒質の界面で全反射、又は一部を除いて反射し残りは透過する。(第11の発明に相当する)。つまり周期構造体は導波路としての作用も有する。
(A) A part of the electromagnetic wave incident on the surface of the periodic structure that is parallel to the surface including the first and second PTVs is parallel to the surface including the first and second PTVs inside the periodic structure. (Corresponding to the eleventh invention).
(B) A part of the electromagnetic wave incident on the surface of the periodic structure which is a plane parallel to the plane including the first and second PTVs becomes diffracted light inside the periodic structure, and the inside of the periodic structure is “first. And / or “the direction of the second PTV” and / or “the direction parallel to the plane including the first and third PTV” and / or “the direction parallel to the plane including the second and third PTV”. To do.
(C) The diffracted light of (B) is totally reflected or reflected at the interface between the periodic structure and the uniform medium, and the rest is transmitted. (Corresponds to the eleventh invention). That is, the periodic structure also has a function as a waveguide.

(D) 周期構造体と一様媒質との界面を透過した上記(B)の回折光は、一様媒質と空気(他の一様媒質)との界面で反射し、再度周期構造体に入射する。
(E) 上記(B)から上記(D)により、入射ビームと同一進行方向及び反射ビームと同一方向に進む複数のビームが得られる(ビームの分岐。第12の発明に相当する)。さらに該複数のビームは、互いにほぼ同一の偏波状態をもつ。
(D) The diffracted light of (B) that has passed through the interface between the periodic structure and the uniform medium is reflected at the interface between the uniform medium and air (another uniform medium) and is incident on the periodic structure again. To do.
(E) From (B) to (D) above, a plurality of beams traveling in the same traveling direction as the incident beam and in the same direction as the reflected beam are obtained (beam branching, corresponding to the twelfth invention). Further, the plurality of beams have substantially the same polarization state.

(F) 上記(A)の光の伝搬方向および上記(E)の光の分岐方向は、「第1のPTVの方向およびその逆方向」および/又は「第2のPTVの方向およびその逆方向」又は「第1及び第2のPTVに対して第3のPTVを投影した方向およびその逆方向」である(第13の発明に相当する)。
(G) 入射角によって同一方向に伝搬するビームの強度比、分岐間隔が、変化する(第14の発明に相当する)。
(H) 入射位置によって同一方向に伝搬するビームの強度比が、変化する(第14の発明に相当する)。
(I) 波長によって同一の入射角、入射位置における面内の逆方向に伝搬する2つビームの分岐間隔が、おおよそ波長に比例して変化する。また入射角度、入射位置を変化させた場合の分岐された光の強度比も変化する(第14の発明に相当する)。
(F) The light propagation direction in (A) and the light branching direction in (E) are “the direction of the first PTV and its reverse direction” and / or “the direction of the second PTV and its reverse direction”. Or “the direction in which the third PTV is projected onto the first and second PTV and the opposite direction” (corresponding to the thirteenth invention).
(G) The intensity ratio of the beam propagating in the same direction and the branching interval change depending on the incident angle (corresponding to the fourteenth invention).
(H) The intensity ratio of the beam propagating in the same direction varies depending on the incident position (corresponding to the fourteenth invention).
(I) The branching interval between two beams propagating in the opposite directions within the plane at the same incident angle and incident position varies depending on the wavelength, approximately in proportion to the wavelength. Further, the intensity ratio of the branched light when the incident angle and the incident position are changed also changes (corresponding to the fourteenth invention).

(J) ビームの分岐間隔は、面内周期の大きさ、媒質の屈折率と波長、基板材質及び厚さに依存する。
(K) 前記特定波長以外では、ビームの伝搬方向は通常の幾何光学に従う。
(L) 上記(A)から上記(J)に記載される伝搬を示す波長は、図2に示すPrCおよびBASと周期構造体とPrCの面積又は体積が同一、かつおのおのに含まれる1つのPTVが同一、BASにおける媒質の種類、構成比率が同一、かつ鏡映対称な図3に示すPrCおよびBASによる周期構造体が有する反対称モードの存在する波長の近傍である(周波数にして7%のずれは存在する。また、場合によっては10%のずれ、15%のずれ、20%のずれ、30%のずれは存在する)(第15の発明に相当する)。
(M) 第1または第3のPTVの大きさと含まれる媒質のうち最も大きな屈折率との積は、上記(A)から上記(K)の伝搬が生じる最も長い波長よりも大きい。
(N) 上記(E)記載の互いに平行に伝搬する複数のビームが発現する範囲は、多次元周期構造体の範囲内に限られる。多次元周期構造の外に上記(E)記載の互いに平行に伝搬する複数のビームは発生しない。
(O) 上記(A)および(B)の伝搬をなす光が、欠陥や表面の異物など周期が乱れた個所から漏れ出す。
(P) 図3記載のPrCおよびBASによる周期構造体に、反対称モードのバンドが存在する波長の光を斜め入射しても上記(A)から上記(J)の光の伝搬は生じない。
(J) The beam branch interval depends on the size of the in-plane period, the refractive index and wavelength of the medium, the substrate material, and the thickness.
(K) Except for the specific wavelength, the propagation direction of the beam follows normal geometric optics.
(L) The wavelength indicating propagation described in (A) to (J) above is one PTV in which the areas or volumes of PrC and BAS, the periodic structure, and PrC shown in FIG. Is the same as the wavelength of the anti-symmetric mode of the periodic structure of PrC and BAS shown in FIG. (In some cases, there are 10%, 15%, 20%, and 30% deviations) (corresponding to the fifteenth invention).
(M) The product of the size of the first or third PTV and the largest refractive index among the contained media is larger than the longest wavelength at which the propagation from (A) to (K) occurs.
(N) The range in which the plurality of beams propagating in parallel to each other described in (E) are expressed is limited to the range of the multidimensional periodic structure. In addition to the multi-dimensional periodic structure, a plurality of beams propagating in parallel to each other described in (E) are not generated.
(O) The light propagating in the above (A) and (B) leaks out from a place where the period is disturbed such as a defect or a foreign substance on the surface.
(P) Even if light of a wavelength having an antisymmetric mode band is obliquely incident on the PrC and BAS periodic structure shown in FIG. 3, the light propagation of (A) to (J) does not occur.

以下に、上述する光の振る舞いについて、図面を参照して詳細に説明する。基板上に形成した図2記載のPrC及びBASによる周期構造体に対して、偏光方向を選択した平行ビームを入射し、伝搬を調べた結果を示す。   Hereinafter, the above-described behavior of light will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 3 shows the result of investigating the propagation of a parallel beam of which polarization direction is selected with respect to the periodic structure of PrC and BAS shown in FIG. 2 formed on the substrate.

図10は、前記の基板上に形成された「AC-2DPhC」1001の中心部に波長532nmのレーザー光によるガウス型の強度分布を有する平行ビームを垂直入射したときの出射光の伝搬を示す図である。図10(a)は側面図、図10(b)は正面図である。   FIG. 10 is a diagram showing propagation of emitted light when a parallel beam having a Gaussian intensity distribution by a laser beam with a wavelength of 532 nm is vertically incident on the central part of the “AC-2DPhC” 1001 formed on the substrate. It is. FIG. 10A is a side view, and FIG. 10B is a front view.

「AC-2DPhC」1001は厚さ0.5mmの溶融石英基板1002の上に積層されておりY軸方向については一様(1周期)である。また同時に1次元(平面)多層膜1003も基板1002の上に積層されている。図中、符号1004は入射平行ビームを示し、符号1005〜1014は出力ビームを示す。同様に符号1015は「AC-2DPhC」1001における入射平行ビーム1004の入射位置および出射位置、符号1016及び1017は「AC-2DPhC」1001における出射ビームの出射位置を示す。符号1018は、「AC-2DPhC」1001中に存在する欠陥領域、符号1019は1次元多層膜部分の表層に塗布された散乱体を表す。   “AC-2DPhC” 1001 is laminated on a fused silica substrate 1002 having a thickness of 0.5 mm and is uniform (one period) in the Y-axis direction. At the same time, a one-dimensional (planar) multilayer film 1003 is laminated on the substrate 1002. In the figure, reference numeral 1004 indicates an incident parallel beam, and reference numerals 1005 to 1014 indicate output beams. Similarly, reference numeral 1015 denotes the incident position and outgoing position of the incident parallel beam 1004 in “AC-2DPhC” 1001, and reference numerals 1016 and 1017 denote the outgoing position of the outgoing beam in “AC-2DPhC” 1001. Reference numeral 1018 represents a defect region existing in the “AC-2DPhC” 1001, and reference numeral 1019 represents a scatterer applied to the surface layer of the one-dimensional multilayer film portion.

まず、図10に示すように、スネルの法則に従う透過光と前記透過光と進行方向が平行な2つのビームが確認された。また反射側に伝搬する光についても反射の法則に従う反射光と前記反射光と進行方向が平行な2つのビームが確認された。なおビームの出射位置は多次元周期構造の範囲に限定され、同一方向に伝搬する3つのビームの間隔は2.0mmで同一であった。   First, as shown in FIG. 10, transmitted light in accordance with Snell's law and two beams having a traveling direction parallel to the transmitted light were confirmed. As for the light propagating to the reflection side, the reflected light according to the law of reflection and two beams whose traveling directions are parallel to the reflected light were confirmed. The beam emission position was limited to the range of the multidimensional periodic structure, and the interval between the three beams propagating in the same direction was 2.0 mm and the same.

またTE、TM、電界振動方向がTE偏波に対して45度傾いた直線偏波の各偏波を入れた場合、いずれにおいても同様の振る舞いが確認された。さらに出力ビーム1008、1009、1010はほぼ同一の偏波状態をもつことも確認された。   In addition, the same behavior was confirmed in all cases where TE, TM, and linearly polarized waves whose electric field vibration directions were inclined by 45 degrees with respect to the TE polarized wave were inserted. Further, it was confirmed that the output beams 1008, 1009, and 1010 have almost the same polarization state.

次に、ビームの入射位置を「AC-2DPhC」1001のX方向の端部付近にしたところ「AC-2DPhC」1001の存在する範囲からのみ4つのビームが出射し、かつ4つのビームの間隔は図10の場合と同一であることを確認した。また入射位置によって、ビームの強度比を変化させることができ、特に出力ビーム1009より出力ビーム1008の強度を大きくできることを確認した。   Next, when the incident position of the beam is near the end of the “AC-2DPhC” 1001 in the X direction, four beams are emitted only from the range where the “AC-2DPhC” 1001 exists, and the interval between the four beams is It was confirmed that it was the same as in the case of FIG. It was also confirmed that the intensity ratio of the beam can be changed depending on the incident position, and in particular, the intensity of the output beam 1008 can be made larger than that of the output beam 1009.

またAC-2DPhC面の荒れ(欠陥領域1018)によって散乱する光が存在し、かつ「AC-2DPhC」1001と同時に積層された1次元多層膜1003の端面の前記3つの出射ビームの出射位置の並ぶ延長線上の位置から出力ビーム1011〜出力ビーム1014がビームとして出力したことから、薄膜面内を光が伝播することが確認できた。さらに、1次元多層膜部分の表層に散乱体1019を塗布したところ、散乱体1019からの光の漏れも確認された。   In addition, there is light scattered by the roughness of the AC-2DPhC surface (defect region 1018), and the emission positions of the three outgoing beams are arranged on the end face of the one-dimensional multilayer film 1003 laminated simultaneously with the “AC-2DPhC” 1001. Since the output beam 1011 to the output beam 1014 were output from the position on the extension line, it was confirmed that light propagated in the thin film surface. Furthermore, when the scatterer 1019 was applied to the surface layer of the one-dimensional multilayer film portion, light leakage from the scatterer 1019 was also confirmed.

ついで、基板1002と種々の厚さの石英板を、屈折率マッチングオイルを介して光学的には一体として見なせるよう接続したところ、出力ビーム1008と1009の間隔が変化した。   Subsequently, when the substrate 1002 and quartz plates of various thicknesses were connected so as to be optically integrated through refractive index matching oil, the distance between the output beams 1008 and 1009 changed.

図11は、前記の基板上に形成された「AC-2DPhC」1001と、「AC-2DPhC」1001の中心部に波長532nmのレーザー光によるガウス型の強度分布を有する平行ビームを小さな入射角をもって斜入射したときの出射光の伝搬を示す図である。入射面はZX平面と平行である。図11(a)は側面図、図11(b)は正面図である。   FIG. 11 shows the AC-2DPhC 1001 formed on the substrate and a parallel beam having a Gaussian intensity distribution with a laser beam having a wavelength of 532 nm with a small incident angle at the center of the AC-2DPhC 1001. It is a figure which shows the propagation of the emitted light at the time of oblique incidence. The incident surface is parallel to the ZX plane. FIG. 11A is a side view, and FIG. 11B is a front view.

図中、符号1101は入射平行ビームを示し、符号1102〜1107は出力ビームを示す。同様に符号1108は「AC-2DPhC」1001における入射平行ビームの入射位置および出射位置、符号1109及び符号1110は「AC-2DPhC」1001における出射ビームの出射位置を示す。   In the figure, reference numeral 1101 denotes an incident parallel beam, and reference numerals 1102 to 1107 denote output beams. Similarly, reference numeral 1108 denotes the incident position and outgoing position of the incident parallel beam in “AC-2DPhC” 1001, and reference numerals 1109 and 1110 denote the outgoing position of the outgoing beam in “AC-2DPhC” 1001.

図11に示す例では、透過側に伝搬する光の分岐間隔については垂直入射時を最大に入射角によって変化した。また反射側に伝搬するビームの進行方向は幾何光学における反射の法則で示される方向と同一であった。さらに透過側、反射側のいずれについても入射角を変化させることで同一方向に伝搬するビームの強度比を変化させることが可能であった。   In the example shown in FIG. 11, the branching interval of the light propagating to the transmission side changes depending on the incident angle to the maximum at the time of vertical incidence. The traveling direction of the beam propagating to the reflection side was the same as the direction indicated by the reflection law in geometric optics. Furthermore, it was possible to change the intensity ratio of the beams propagating in the same direction by changing the incident angle on both the transmission side and the reflection side.

また図11の場合よりも入射角を大きくすると透過側及び反射側に伝搬するビームが各々2つに減少した。さらに入射角を大きくするとビームが1つになる場合もあった。さらに入射する方向を変えてみた(X軸の周りで回転させる)ところ、同じくビームの分岐が生じ、反射側に伝搬するビームの進行方向は、幾何光学における反射の法則で示される方向と同一であった。また入射角によって透過光と反射光の比率を変更できることを確認した。   Further, when the incident angle is made larger than in the case of FIG. 11, the number of beams propagating to the transmission side and the reflection side is reduced to two respectively. In addition, when the incident angle is increased, there may be one beam. Furthermore, when the incident direction was changed (rotated around the X axis), the same beam splitting occurred, and the traveling direction of the beam propagating to the reflection side was the same as the direction indicated by the law of reflection in geometric optics. there were. It was also confirmed that the ratio of transmitted light and reflected light can be changed by the incident angle.

ついで入射光の波長を変えてみたところ、波長473nmの平行ビームのレーザー光を入射した場合であっても、図10における波長532nmと同様の振る舞いをした。ただし、波長473nmの場合、垂直入射時のビームの分岐間隔は1.4mmで減少していた。さらに短波長の波長405nmでは垂直入射時のビームの分岐間隔は、1.0mm程度になった。さらに波長650nmにおいては入射平行ビームの伝搬は、通常のスネルの法則、反射の法則に従うことが確認された。   Then, when the wavelength of the incident light was changed, even when a parallel laser beam having a wavelength of 473 nm was incident, the same behavior as the wavelength of 532 nm in FIG. 10 was observed. However, in the case of a wavelength of 473 nm, the beam separation interval at the time of vertical incidence was reduced to 1.4 mm. Furthermore, at a short wavelength of 405 nm, the beam splitting interval at the time of vertical incidence was about 1.0 mm. Furthermore, at a wavelength of 650 nm, it was confirmed that the propagation of the incident parallel beam follows the usual Snell's law and reflection law.

以上のように、同一入射角におけるビームの分岐間隔は、ある所定の波長までは1次関数の関係になる。また532nmでは通常の幾何光学に従うビームと分岐光の比率がTE偏波を入射した場合の方がTM偏波を入射した場合に比べて小さく(分岐光が多く)、473nmでは通常の幾何光学に従うビームと分岐光の比率がTE偏波を入射した場合の方がTM偏波を入射した場合に比べて大きい(分岐光が少ない)ことを確認した。分岐自体はTE、TMの両偏波で生じるが、分岐光強度は偏波によって異なり、かつ通常の幾何光学に従うビームと分岐光の比率も波長に依存する。なお出力ビーム1011と出力ビーム1013の間になす角度も波長によって変化した。   As described above, the beam branching interval at the same incident angle has a linear function relationship up to a predetermined wavelength. At 532 nm, the ratio between the beam that follows normal geometric optics and the branched light is smaller when TE polarized light is incident than when TM polarized light is incident (more branched light), and at 473 nm it follows normal geometric optics. It was confirmed that the ratio of the beam and the branched light was larger when TE polarized light was incident than when the TM polarized light was incident (small branched light). Branching itself occurs in both TE and TM polarizations, but the intensity of the branched light varies depending on the polarization, and the ratio of the beam and the branched light according to ordinary geometrical optics also depends on the wavelength. The angle formed between the output beam 1011 and the output beam 1013 also changed depending on the wavelength.

またビーム直径3mm、波長473nmの平行ビームのレーザー光を入射した場合、分岐されたビームが重なって干渉パターンが確認された。   Further, when a parallel laser beam having a beam diameter of 3 mm and a wavelength of 473 nm was incident, the branched beams were overlapped to confirm an interference pattern.

図12は、基板1202上に形成された「AC-2DPhC」1201と、「AC-2DPhC」1201に波長532nmのレーザー光によるガウス型の強度分布を有する平行ビームを垂直入射したときの出射光の伝搬を示す図である。図12(a)は側面図、図12(b)は正面図である。   FIG. 12 shows the AC2DPhC 1201 formed on the substrate 1202 and the output light when a parallel beam having a Gaussian intensity distribution by a laser beam with a wavelength of 532 nm is vertically incident on the AC-2DPhC 1201. It is a figure which shows propagation. FIG. 12A is a side view, and FIG. 12B is a front view.

図中、符号1203は「AC-2DPhC」1201と媒質が連続する平面多層膜であり、符号1204は入射平行ビームを示し、符号1205〜1215は出力ビームを示す。符号1216は「AC-2DPhC」1201における入射平行ビームの入射位置および出射位置、符号1217及び符号1218は「AC-2DPhC」1201における出射ビームの出射位置を示す。「AC-2DPhC」1201は、「AC-2DPhC」1001の一部を劈開したものである。   In the figure, reference numeral 1203 denotes a planar multilayer film in which “AC-2DPhC” 1201 and a medium are continuous, reference numeral 1204 denotes an incident parallel beam, and reference numerals 1205 to 1215 denote output beams. Reference numeral 1216 denotes the incident position and outgoing position of the incident parallel beam in “AC-2DPhC” 1201, and reference numerals 1217 and 1218 denote the outgoing position of the outgoing beam in “AC-2DPhC” 1201. “AC-2DPhC” 1201 is a part of “AC-2DPhC” 1001 cleaved.

図12に示すように、AC-2DPhCの一部を劈開し、図10と同様に平行ビームを入射したところ、図10に示す出力ビーム1011および1013よりも強い出力ビーム1211、1213および1215が劈開した端面から出力し、かつ出力ビーム1205は出力ビーム1005に比べ強度が低いことが確認された。同様に出力ビーム1208は出力ビーム1008に比べ強度が低いことが確認された。また入射位置をX方向で変えると劈開した端面からの光の漏れ光強度が変化すること、漏れ光のビームの強度比が変化することを確認した。この結果から、1次元多層膜部が面内伝搬光に対する弱い光閉じこめ機構として作用していることがわかる。また劈開した端面外の空間(一様)もわずかに光閉じこめ機構となることがわかる。   As shown in FIG. 12, when a part of AC-2DPhC is cleaved and a parallel beam is incident as in FIG. 10, output beams 1211, 1213 and 1215 stronger than output beams 1011 and 1013 shown in FIG. 10 are cleaved. It was confirmed that the output beam 1205 is lower in intensity than the output beam 1005. Similarly, it was confirmed that the intensity of the output beam 1208 was lower than that of the output beam 1008. It was also confirmed that when the incident position was changed in the X direction, the light leakage intensity from the cleaved end face changed, and the intensity ratio of the leakage light beam changed. From this result, it can be seen that the one-dimensional multilayer film part acts as a weak light confinement mechanism for in-plane propagation light. It can also be seen that the space outside the cleaved end face (uniform) also becomes a light confinement mechanism.

さらにX方向の周期が500nmで、水素化アモルファスシリコン(以下、「a-Si:H」)と二酸化珪素(以下、「SiO2」)による図1と同等のAC-2DPhCを用いて、中心のビームについて透過光と反射光の和を測定したところ、そのディップの生じる波長が同一膜構成で垂直成長のPhCにおける反対称モードのバンドの影響が存在する波長と同じであることが確認された。なお波長可変レーザーを用いる必要があるため、a-Si:HとSiO2による図1と同等のAC-2DPhCを用いた。Furthermore, using the AC-2DPhC equivalent to Fig. 1 with hydrogenated amorphous silicon (hereinafter “a-Si: H”) and silicon dioxide (hereinafter “SiO 2 ”), the period in the X direction is 500 nm. When the sum of transmitted light and reflected light was measured for the beam, it was confirmed that the wavelength at which the dip occurred was the same as the wavelength at which the influence of the band of the antisymmetric mode in the vertically grown PhC with the same film configuration exists. Since it is necessary to use a tunable laser, AC-2DPhC equivalent to that shown in FIG. 1 using a-Si: H and SiO 2 was used.

図13は、図12に示す基板1202上に形成された「AC-2DPhC」1201に波長532nmのレーザー光によるガウス型の強度分布を有する平行ビームを垂直入射したときの出射光の伝搬を示す図である。図13(a)は正面図、図13(b)は側面図である。   FIG. 13 is a diagram showing propagation of emitted light when a parallel beam having a Gaussian intensity distribution by a laser beam having a wavelength of 532 nm is vertically incident on the “AC-2DPhC” 1201 formed on the substrate 1202 shown in FIG. It is. FIG. 13A is a front view, and FIG. 13B is a side view.

図中、符号1301は入射平行ビームを示し、符号1302〜1305は薄膜面内を伝搬する光を示し、符号1306〜1308は出力ビームを示す。なお図13には特徴的な光の伝搬のみ記載している。図13のように劈開した端面から光を入射することを試みたところ、以下の事柄が確認できた。
第1に薄膜面内を光が伝搬する。
第2にAC-2DPhCと1次元多層膜部の境界で反射する。
第3にZ方向に光が漏れ出す。
In the figure, reference numeral 1301 represents an incident parallel beam, reference numerals 1302 to 1305 represent light propagating in the thin film plane, and reference numerals 1306 to 1308 represent output beams. FIG. 13 shows only characteristic light propagation. Attempts to enter light from the cleaved end face as shown in FIG. 13 confirmed the following.
First, light propagates in the plane of the thin film.
Second, it reflects at the boundary between AC-2DPhC and the one-dimensional multilayer part.
Third, light leaks in the Z direction.

また図2記載のPrCとBASと相似形であり、一つめのPTVが350nmのPrCとBASからなるAC-2DPhCを厚さ0.5mmの溶融石英基板上に形成し、垂直入射時の光の分岐を評価したところ、波長405nmで分岐間隔1.7mmが確認されたが、波長473nm、532nm、660nmのいずれでも分岐は確認できなかった。   In addition, it is similar to PrC and BAS shown in Fig. 2. AC-2DPhC made of PrC and BAS with the first PTV of 350nm is formed on a 0.5mm thick fused quartz substrate to split light at normal incidence. As a result, a separation interval of 1.7 mm was confirmed at a wavelength of 405 nm, but no branching was confirmed at any of the wavelengths of 473 nm, 532 nm, and 660 nm.

以下、図を用いて図10から図13に示した光の伝搬を説明する。
図14は図10記載の基板1002上に形成された「AC-2DPhC」1001、1次元多層膜1003および空気の間での光の伝搬を拡大して表記したモデル図である。図中の符号1401はAC-2DPhC、符号1402は石英基板、符号1403は1次元多層膜、符号1404は入射光、符号1405〜1423はそれぞれ光線を表す。
The light propagation shown in FIGS. 10 to 13 will be described below with reference to the drawings.
FIG. 14 is a model diagram in which the propagation of light between the “AC-2DPhC” 1001 and the one-dimensional multilayer film 1003 formed on the substrate 1002 shown in FIG. In the figure, reference numeral 1401 denotes AC-2DPhC, reference numeral 1402 denotes a quartz substrate, reference numeral 1403 denotes a one-dimensional multilayer film, reference numeral 1404 denotes incident light, and reference numerals 1405 to 1423 denote light rays.

空気中から入射した光線1404は、「AC-2DPhC1401」内部で1次回折光1405〜1408、スネルの法則に従う光線1409、「AC-2DPhC」1401の膜と平行に伝搬する光線1411〜1412、不図示の反射光に分岐される。
1次回折光である光線1405は「AC-2DPhC」1401と空気との界面で全反射し、ついで「AC-2DPhC」1401と基板1402との界面に入射する。この界面では反射光と透過光1416に分岐される。
同じく1次回折光である光線1406は「AC-2DPhC」1401と基板1402との界面に入射し、反射光の光線1414と透過光の光線1415に分岐される。
同じく1次回折光である光線1407は「AC-2DPhC」1401と空気との界面で全反射し、ついで「AC-2DPhC」1401と1次元多層膜1403との界面に入射する。この界面では反射光1419と透過光1420に分岐される。
また「AC-2DPhC」1401の膜と平行(X軸と平行方向)に伝搬する光線1412は「AC-2DPhC」1401と1次元多層膜1403との界面に入射し、一部は透過する。なお、光線1415の出力が望ましくない場合は、以下の方法で出力を小さくできる
・AC-2DPhCの実効屈折率が高くなるようにする。
・基板に金属材料を用いる。または基板と周期構造体の間に金属層を介する。
・屈折率の小さい材料を基板として用いる。
Rays 1404 incident from the air are the first-order diffracted lights 1405 to 1408 inside the “AC-2DPhC1401”, rays 1409 according to Snell's law, rays 1411 to 1412 propagating in parallel with the film of “AC-2DPhC” 1401, not shown The reflected light is branched.
The light beam 1405 that is the first-order diffracted light is totally reflected at the interface between “AC-2DPhC” 1401 and air, and then enters the interface between “AC-2DPhC” 1401 and the substrate 1402. At this interface, the light is branched into reflected light and transmitted light 1416.
Similarly, a light beam 1406, which is first-order diffracted light, enters the interface between “AC-2DPhC” 1401 and the substrate 1402, and is branched into a reflected light beam 1414 and a transmitted light beam 1415.
Similarly, the first-order diffracted light ray 1407 is totally reflected at the interface between “AC-2DPhC” 1401 and air, and then enters the interface between “AC-2DPhC” 1401 and the one-dimensional multilayer film 1403. At this interface, the light is branched into reflected light 1419 and transmitted light 1420.
The light beam 1412 propagating parallel to the film of “AC-2DPhC” 1401 (in the direction parallel to the X axis) is incident on the interface between “AC-2DPhC” 1401 and the one-dimensional multilayer film 1403, and a part thereof is transmitted. If the output of the light beam 1415 is not desirable, the output can be reduced by the following method. The effective refractive index of AC-2DPhC is increased.
-Use a metal material for the substrate. Alternatively, a metal layer is interposed between the substrate and the periodic structure.
-A material having a low refractive index is used as the substrate.

図15は図14記載の基板1402上に形成された「AC-2DPhC」1401、1次元多層膜1403および空気の間での光の伝搬を拡大して表記したモデル図である。図中の符号1501〜1502、1504〜1509及び1511はそれぞれ光線を表し、符号1503は「AC-2DPhC」1401と基板1402の界面、符号1510は基板1402と1次元多層膜1403の界面を表す。
「AC-2DPhC」1401と基板1402の界面を透過した光線1415は、基板1402と空気の界面に入射し全反射する。ついで再度「AC-2DPhC」1401と基板1402の界面に入射し、一部は「AC-2DPhC」1401内に透過し、相反性の要求に従い光線1504と1505を生じさせる。これが前記の分岐光の発生過程である。
一方、「AC-2DPhC」1401と基板1402の界面を透過した光線1423は基板1402と空気の界面に入射し全反射する。ついで1次元多層膜1403と基板1402の界面に入射し全反射する。そのため光線1423は基板1402中に閉じこめられる。
FIG. 15 is a model diagram in which the propagation of light between the “AC-2DPhC” 1401 and the one-dimensional multilayer film 1403 formed on the substrate 1402 shown in FIG. 14 and the air is enlarged. In the figure, reference numerals 1501 to 1502, 1504 to 1509, and 1511 denote light rays, reference numeral 1503 denotes an interface between “AC-2DPhC” 1401 and the substrate 1402, and reference numeral 1510 denotes an interface between the substrate 1402 and the one-dimensional multilayer film 1403.
The light beam 1415 transmitted through the interface between the “AC-2DPhC” 1401 and the substrate 1402 enters the interface between the substrate 1402 and the air and is totally reflected. Then, the light again enters the interface between “AC-2DPhC” 1401 and the substrate 1402, and part of the light is transmitted into “AC-2DPhC” 1401 to generate light rays 1504 and 1505 in accordance with reciprocity requirements. This is the process of generating the branched light.
On the other hand, the light ray 1423 transmitted through the interface between “AC-2DPhC” 1401 and the substrate 1402 enters the interface between the substrate 1402 and the air and is totally reflected. Next, the light enters the interface between the one-dimensional multilayer film 1403 and the substrate 1402 and is totally reflected. Therefore, the light ray 1423 is confined in the substrate 1402.

以下、前述の光の伝搬の波長依存性についてバンド構造との関係を説明する。
前述した光の伝搬の波長依存性からすると、図4の反対称モードの第2バンドに対応する図5の反対称ライクモードの第2バンドでは面内への伝搬などが生じるが図4の反対称モードの第1バンドに対応する図5の反対称ライクモードの第1バンドでは均質媒質によるバルクの平板と同様の伝搬を生じさせる。図5では反対称ライクモードの第1バンドが存在する波長近傍のバンド構造は図4の反対称モードの第1バンドが存在する波長近傍のバンド構造と傾き及び波長がさほど変わらず、反対称ライクモードの第1バンドが存在する波長近傍のバンド構造は垂直成長の反対称モードの第2バンドが存在する波長近傍のバンド構造は大きく乖離していることから図1の構成では反対称ライクモードの第2バンドまたはより高次の反対称ライクモードのバンドが存在する波長で後述する光の伝搬をなすと結論付ける。
Hereinafter, the relationship between the wavelength structure of the light propagation and the band structure will be described.
From the wavelength dependence of the light propagation described above, in-plane propagation or the like occurs in the second band of the antisymmetric like mode of FIG. 5 corresponding to the second band of the antisymmetric mode of FIG. In the first band of the antisymmetric like mode in FIG. 5 corresponding to the first band of the nominal mode, the same propagation as that of the bulk plate by the homogeneous medium is generated. In FIG. 5, the band structure near the wavelength where the first band of antisymmetric like mode exists is the same as the band structure near the wavelength where the first band of antisymmetric mode exists in FIG. Since the band structure in the vicinity of the wavelength where the first band of the mode exists is largely deviated from the band structure in the vicinity of the wavelength where the second band of the anti-symmetric mode of vertical growth exists, the configuration of FIG. It is concluded that light propagation described below is performed at a wavelength where the second band or a higher-order antisymmetric like mode band exists.

上述した光の伝搬と従来の回折格子との相違を説明する。
従来の回折格子には|sinθ|>1(θは回折角)の条件を満たす回折光が、回折格子表面(回折格子と空気の界面)に近接場光として局在する現象が知られている。
本発明は、界面ではなく、PhC内部を伝搬光として伝搬することが異なる。
Differences between the above-described light propagation and a conventional diffraction grating will be described.
In conventional diffraction gratings, a phenomenon is known in which diffracted light satisfying the condition of | sinθ |> 1 (θ is a diffraction angle) is localized as near-field light on the surface of the diffraction grating (interface between the diffraction grating and air). .
The present invention is different in that it propagates not in the interface but in the PhC as propagating light.

図16は、AC-PhCにおけるPTVが全て直交するPrCと媒質の分布が偏ったBASのモデルを示す図である。図16(a)はPrCを示す図であり、一つめのPTV1601はX方向と平行で長さが410nmであり、二つめのPTV1602はZ方向に対して平行で長さが250nmである。三つめのPTVはY軸と平行であり、長さは任意(不定)である。符号1603〜1606は格子点である。図16(b)はBASを示す図であり、ZX平面と平行な面での断面図である。BASは、n≒2.4の媒質が占める領域1607とn≒1.5の媒質が占める領域1608および領域1609とからなる。ただし周期構造体としては領域1608と領域1609とは連続しており、BASは実質的に2つの領域からなる。   FIG. 16 is a diagram showing a model of BAS in which the distribution of the medium and the PrC in which the PTVs in AC-PhC are all orthogonal to each other are biased. FIG. 16A is a diagram showing PrC. The first PTV 1601 is parallel to the X direction and has a length of 410 nm, and the second PTV 1602 is parallel to the Z direction and has a length of 250 nm. The third PTV is parallel to the Y axis and the length is arbitrary (undefined). Reference numerals 1603 to 1606 denote lattice points. FIG. 16B is a view showing the BAS, and is a cross-sectional view taken along a plane parallel to the ZX plane. The BAS includes a region 1607 occupied by a medium of n≈2.4, a region 1608 and a region 1609 occupied by a medium of n≈1.5. However, as a periodic structure, the region 1608 and the region 1609 are continuous, and the BAS substantially consists of two regions.

第1から第10の発明に該当する周期構造体は、図2に示すPrC及びBASによる周期構造体に限らない。一般的に、図16に示すPrC及びBASまたは図16に示すPrC及びBASを3次元に拡張したによる周期構造体もまた第1から第10に該当する周期構造体である。なおPTVが全て直交する場合、該当する周期構造体は媒質の分布が偏ったBASによる場合に限られる。図16に示すPrCとBASによる周期構造体のバンド構造は、図2に示すPrCとBASによる周期構造体のバンド構造と類似する。   The periodic structure corresponding to the first to tenth inventions is not limited to the periodic structure of PrC and BAS shown in FIG. In general, the periodic structure obtained by three-dimensionally expanding PrC and BAS shown in FIG. 16 or PrC and BAS shown in FIG. 16 is also a first to tenth periodic structure. When all the PTVs are orthogonal to each other, the corresponding periodic structure is limited to the case where the medium distribution is biased by BAS. The band structure of the periodic structure of PrC and BAS shown in FIG. 16 is similar to the band structure of the periodic structure of PrC and BAS shown in FIG.

ここでPhCと原子の周期配列による結晶のPrC及びBASの違いについて補足する。上記で示したようにPhCはPrCの形状、BASの自由度が大きい。このような特徴は原子の周期配列による結晶とPhCの間で大きく異なる点であるといえる。PrCに関して原子の周期配列による結晶では基本的に3次元構造にならざるを得ず、PhCのように2次元周期構造体とすることは困難であり、PrCの形状についても同様である。   Here, it supplements about the difference of PrC and BAS of the crystal | crystallization by the periodic arrangement of PhC and an atom. As shown above, PhC has a large shape of PrC and a large degree of freedom of BAS. Such a feature can be said to be a point that differs greatly between crystals and PhC due to the periodic arrangement of atoms. A crystal having a periodic arrangement of atoms with respect to PrC basically has a three-dimensional structure, and it is difficult to form a two-dimensional periodic structure like PhC, and the same applies to the shape of PrC.

BASについては、原子の周期配列による結晶では電子の軌道によって制限されるのに対し、PhCでは構成媒質自体が形状を保持するため、製造工程さえ満たせば基本的に制限はない。   BAS is limited by the electron trajectory in crystals with a periodic arrangement of atoms, whereas in PhC, the constituent medium itself retains its shape, so there is basically no limitation as long as the manufacturing process is satisfied.

また周期構造体の外観上の相違として、前記の光の伝搬を示す周期構造体については宝石のオパールにみられる遊色効果(play of color)に類似した色むらのある外観であるのに対し、非特許文献4に記載する周期構造体は透過反射スペクトルを反映した着色があるものの均一な外観(半透明の色つきガラスに似る)であった。   In addition, as a difference in appearance of the periodic structure, the periodic structure showing the light propagation has an uneven appearance similar to the play-of-color effect seen in gem opals. The periodic structure described in Non-Patent Document 4 had a uniform appearance (similar to translucent colored glass) although it had a color reflecting the transmission / reflection spectrum.

ここまでで第11から第15の発明によるところの周期構造体がもつ電磁波の伝搬の特殊性も明らかになった。そこで前記(A)から(J)の光の伝搬をまとめてH型伝搬と呼称することとする。またH型伝搬の中でも個別の事項を指すとき、たとえば前記(A)を指すときはH型伝搬(A)と略記する。   Up to this point, the special characteristics of electromagnetic wave propagation of the periodic structures according to the eleventh to fifteenth inventions have also been clarified. Therefore, the light propagations (A) to (J) are collectively referred to as H-type propagation. Also, when referring to individual items in H-type propagation, for example, when referring to (A), it is abbreviated as H-type propagation (A).

さらに上記第1から第15の発明について、次の補助技術を付加してもよい。既に述べたように、第1から第7の発明に係る周期構造体であれば、前記H型伝搬(A)〜H型伝搬(D)に記載する光の伝搬が生じる。前記(L)に示したように、鏡映面を有する類似構造の反対称モードと近縁性があり、前記反対称モードのバンドの存在する波長を制御することが前記H型伝搬(A)〜H型伝搬(D)に記載する光の伝搬が生じる波長を制御する手段となる。   Further, the following assistive technology may be added to the first to fifteenth inventions. As already described, in the periodic structure according to the first to seventh inventions, the light propagation described in the H-type propagation (A) to the H-type propagation (D) occurs. As shown in (L), there is a close relationship with the antisymmetric mode of a similar structure having a mirror surface, and controlling the wavelength at which the band of the antisymmetric mode exists is the H-type propagation (A) It becomes a means to control the wavelength at which light propagation described in ~ H type propagation (D) occurs.

これを受けて、図3と同等のPrC及びBASによるPhCにおいて「反対称モードのバンドが存在する波長帯域の拡張方法」を検討した。反対称モードのバンドが存在する波長は以下の2点が支配的であり、PrCにおける他のパラメータの影響は小さいことが既に知られている(非特許文献6を参照)。
(1)入射方向と直交又はそれに近い角度をもつPTVの長さ(AC-PhCにおいては基板上に形成されて凹凸の周期)
(2)用いる媒質の屈折率と充填比率(実効屈折率)
In response to this, a “wavelength band expansion method in which an antisymmetric mode band exists” was examined in PrC and PrC by BAS equivalent to FIG. It is already known that the following two points are dominant in the wavelength in which the band of the antisymmetric mode exists, and the influence of other parameters in PrC is small (see Non-Patent Document 6).
(1) The length of the PTV having an angle that is orthogonal to or close to the incident direction (in AC-PhC, the period of irregularities formed on the substrate)
(2) Refractive index and filling ratio of medium used (effective refractive index)

以上をふまえて、シミュレーションを行ったところ、一般に複雑な構成のPrC又はBAS中の屈折率の分布を有する周期構造体が反対称モードのバンドが存在する波長帯域の拡張には有利であることがわかった。   Based on the above, a simulation was performed. As a result, a periodic structure having a refractive index distribution in PrC or BAS having a complicated structure is generally advantageous for extending the wavelength band in which an antisymmetric mode band exists. all right.

以下、波長帯域の拡張に特に有効な方法を図面を参照しつつ列記する。
第1の有効な方法として、3次元PhCを用いる。離散的並進対称性を有する方向と周期の大きさの存在数が多いほど反対称モードのバンドが存在する波長が増えるため、3次元PhCは2次元PhCに比べ有利である。特にPTVの長さが各々異なることが望ましい。
Hereinafter, particularly effective methods for expanding the wavelength band will be listed with reference to the drawings.
As a first effective method, three-dimensional PhC is used. As the number of existence of the direction having the discrete translational symmetry and the size of the period increases, the wavelength at which the band of the antisymmetric mode exists increases, so that the three-dimensional PhC is more advantageous than the two-dimensional PhC. In particular, it is desirable that the lengths of the PTV are different from each other.

第2の有効な方法として、3種類以上の屈折率を有する媒質を含まれているBASを用いる。この手段は、用いる媒質を3種類以上にすることや製造条件を適切に設定することで実現できる。   As a second effective method, BAS containing a medium having three or more kinds of refractive indexes is used. This means can be realized by using three or more media to be used and appropriately setting the manufacturing conditions.

第3の有効な方法として、屈折率の変調が光進行方向に2回以上存在するBASを用いる。   As a third effective method, BAS in which the modulation of the refractive index exists twice or more in the light traveling direction is used.

例えば、図1における領域114、116、118、120、122をn=3.4の媒質に変更すれば、屈折率の変調が2回存在することになる。また、AC-PhCのPrCとBASであることから第1から第10の発明に容易に対応できる。   For example, if the regions 114, 116, 118, 120, and 122 in FIG. 1 are changed to a medium of n = 3.4, the refractive index modulation exists twice. Moreover, since it is PrC and BAS of AC-PhC, it can easily cope with the first to tenth inventions.

または例えば、図1における領域114、116、118、120、122の厚さを、領域115の厚さに対して十分異なる厚さに変更すれば、屈折率の変調が2回存在することになる。   Or, for example, if the thickness of regions 114, 116, 118, 120, 122 in FIG. 1 is changed to a thickness that is sufficiently different from the thickness of region 115, there will be two index modulations. .

第4の有効な方法として、フォトニックバンドギャップが狭く、バンドの折り返しが多く、反対称モードのバンドにおける光の群速度が小さくなるよう、PrCのパラメータを最適化する。   As a fourth effective method, the PrC parameters are optimized so that the photonic band gap is narrow, the band is folded back, and the group velocity of light in the antisymmetric mode band is reduced.

なお上記の「反対称モードのバンドが存在する波長帯域の拡張方法」は、単独のみならず組み合わせて用いることも可能である。逆に特定波長でのみH型伝搬(E)を生じさせたい場合など、反対称モードのバンドが存在する波長帯域が狭いことが望ましい場合は、上記の手段の逆を行えばよい。   It should be noted that the above-described “method of extending a wavelength band in which an antisymmetric mode band exists” can be used not only alone but also in combination. Conversely, when it is desirable that the wavelength band where the antisymmetric mode band exists is narrow, such as when H-type propagation (E) is desired to occur only at a specific wavelength, the above means may be reversed.

4.第16から第19の発明の説明
以下、第16から第19の発明について、例示的に図面を参照しつつ、詳細に説明する。
4). Description of Sixteenth to Nineteenth Invention Hereinafter, the sixteenth to nineteenth invention will be described in detail with reference to the drawings.

第16の発明に関しては、たとえば図2において、領域207を占めるn≒2.4の媒質に代えてシリコン(以下、Si)を用い、領域208と領域209を占めるn≒1.5の媒質に代えてシリコンカーバイト(以下SiC、p型半導体である)を用いた例により説明できる。なお、該Siに真性半導体層(i層)とn型半導体層(n層)を形成すれば、pin接合を形成できる。該Si中のi層とn層の屈折率はほぼ同じであるので、光に対しては2つの媒質による周期構造体として振る舞う。   With respect to the sixteenth invention, for example, in FIG. 2, silicon (hereinafter referred to as Si) is used instead of the medium of n≈2.4 that occupies the region 207, and silicon carbide is replaced with the medium of n≈1.5 that occupies the region 208 and the region 209. This can be explained by an example using a cutting tool (hereinafter referred to as SiC, p-type semiconductor). If an intrinsic semiconductor layer (i layer) and an n-type semiconductor layer (n layer) are formed on the Si, a pin junction can be formed. Since the refractive index of the i layer and the n layer in the Si is almost the same, it behaves as a periodic structure with two media for light.

第17の発明に関しては、たとえば図2において、領域207を占めるn≒2.4の媒質に代えてSiを用い、領域208を占めるn≒1.5の媒質に代えて透明導電体である酸化スズ(以下SnO2、n型半導体である)を用い、領域209を占めるn≒1.5の媒質に代えてSiCを用い、該Siに真性半導体層(i層)とn型半導体層(n層)を形成した例により説明できる。この場合の周期構造体はZ方向に電気伝導性を有する。なお、該SiCとSnO2の屈折率はほぼ同じであるので、光に対しては2つの媒質による周期構造体として振る舞う。With respect to the seventeenth invention, for example, in FIG. 2, Si is used instead of the medium of n≈2.4 occupying the region 207, and tin oxide (hereinafter referred to as SnO) which is a transparent conductor instead of the medium of n≈1.5 occupying the region 208 2 is an n-type semiconductor), SiC is used instead of the medium of n≈1.5 occupying the region 209, and an intrinsic semiconductor layer (i layer) and an n-type semiconductor layer (n layer) are formed on the Si. Can be explained by The periodic structure in this case has electrical conductivity in the Z direction. Since the refractive indexes of SiC and SnO 2 are substantially the same, they behave as a periodic structure with two media for light.

第18の発明に関しては、H型伝搬を示す周期構造体の媒質のうち、1つの媒質が流体(気体、液体)であり、その他の媒質が固体である例により説明できる。流体としては空気や液体などが該当し、流体であれば周期構造体の内外で出入り可能であり、流体の入れ替えによって前記H型伝搬が生じる波長やH型伝搬(E)の分岐間隔を変化させることができる。   The eighteenth aspect of the invention can be explained by an example in which one medium is a fluid (gas, liquid) and the other medium is a solid among the medium of the periodic structure showing H-type propagation. The fluid is air or liquid, and the fluid can be moved in and out of the periodic structure, and the wavelength at which the H-type propagation occurs and the branching interval of the H-type propagation (E) are changed by replacing the fluid. be able to.

第19の発明に関しては、たとえば図1における屈折率n≒1.5の媒質または屈折率n≒2.4の媒質として非線形光学材料、発光性物質のいずれかを用いた例により説明できる。H型伝搬(A)から(D)はいわば光を周期構造体内に閉じこめる作用である。光を閉じこめることにより、周期構造体内での電界強度が増大し、均質媒質に比べ媒質と光の相互作用を増大させることができる。つまり、周期構造体の構成媒質が非線形性を有する光学的分極率をもつならば、非線形光学効果の効率を増大させることができる。さらに、周期構造体の構成媒質が光吸収性物質を含むならば、吸収効率を増大させることができる。なお周期構造体においては高屈折率媒質に光の強度分布が集中するため、前記非線形光学材料、発光性物質、光増幅性物質と組み合わされる他の媒質は非線形光学材料、発光性物質、光増幅性物質に比べ低屈折率であることが望ましい。   The nineteenth invention can be explained by an example using either a nonlinear optical material or a luminescent substance as a medium having a refractive index n≈1.5 or a medium having a refractive index n≈2.4 in FIG. H-type propagation (A) to (D) is the action of confining light in the periodic structure. By confining the light, the electric field strength in the periodic structure increases, and the interaction between the medium and the light can be increased as compared with the homogeneous medium. That is, if the constituent medium of the periodic structure has an optical polarizability having nonlinearity, the efficiency of the nonlinear optical effect can be increased. Furthermore, if the constituent medium of the periodic structure includes a light-absorbing substance, the absorption efficiency can be increased. In the periodic structure, since the light intensity distribution is concentrated on the high refractive index medium, the nonlinear optical material, the luminescent substance, and the optical amplifying substance are combined with the nonlinear optical material, the luminescent substance, and the optical amplification. It is desirable that the refractive index be lower than that of the active substance.

5.第20及び第21の発明の説明
以下、第20及び第21の発明について、例示的に図面を参照しつつ、詳細に説明する。
5. Description of the 20th and 21st Inventions Hereinafter, the 20th and 21st inventions will be described in detail with reference to the drawings.

前述のように、前記周期構造体の周辺構造も光の伝搬を制御する手段となる。有効な周期構造体の周辺構造としては、以下の3種類があげられる。
(a)異なるPrCの長さ、PrCの方向、次元数をもつ周期構造体のヘテロ接合。つまりPTVの和、いわゆる合成ベクトルが異なる周期構造体同士の接合を行う。このとき接合される各周期構造体中の構成媒質は同じで、各周期構造体中の同種の構成媒質どうしが連続することが望ましい(第20の発明に相当する)。
(b)周期構造体の端面を一様媒質と接続した構造(第21の発明に相当する)。
(c)第3のPTVの方向に異なる周期、媒質構成の異なるPhCを直列接続した構造。
As described above, the peripheral structure of the periodic structure is also a means for controlling the propagation of light. As the peripheral structure of the effective periodic structure, there are the following three types.
(A) Heterojunction of periodic structures having different PrC lengths, PrC directions, and dimensionality. That is, the periodic structures having different sums of PTVs, so-called synthetic vectors, are joined. It is desirable that the constituent media in the periodic structures to be joined at this time are the same, and the constituent media of the same type in the periodic structures are continuous (corresponding to the twentieth invention).
(B) A structure in which the end face of the periodic structure is connected to a uniform medium (corresponding to the twenty-first invention).
(C) A structure in which PhCs having different periods and medium configurations are connected in series in the direction of the third PTV.

第20の発明に関しては、例えば図10に示す「AC-2DPhC」1001と平面多層膜1003との組み合わせにより説明できる。「AC-2DPhC」1001は2方向に実質的な周期を持ち、平面多層膜1003はZ方向の1方向にのみ実質的な周期を有するので、当然にそのPTVの和、いわゆる合成ベクトルは異なる。また「AC-2DPhC」1001と平面多層膜1003はともに多層膜であり、各層は互いに連続している。   The twentieth invention can be explained by, for example, a combination of “AC-2DPhC” 1001 and the planar multilayer film 1003 shown in FIG. Since “AC-2DPhC” 1001 has a substantial period in two directions and the planar multilayer film 1003 has a substantial period only in one direction in the Z direction, the sum of its PTVs, the so-called synthesis vector, is naturally different. The “AC-2DPhC” 1001 and the planar multilayer film 1003 are both multilayer films, and each layer is continuous with each other.

PTVの和が異なる周期構造体同士としては、異なるPrCの長さ、または異なるPrCの方向、または異なる次元数をもつ周期構造体同士が挙げられる。   Examples of the periodic structures having different PTV sums include periodic structures having different PrC lengths, different PrC directions, or different dimensions.

第20の発明の効果としては、すでに述べたように平面多層膜1003が「AC-2DPhC」1001の薄膜面内を伝搬する光を閉じこめる作用を有するように、PTVの和が異なる2つの周期構造体間で、一定割合をもって光の受け渡し(透過及び反射)させることができる。さらにその割合をPTVの長さや方向で制御することができる。また、例えば図10において、平面多層膜1003に代えて、「AC-2DPhC」1001の周辺に適切な3次元自己クローニング型フォトニック結晶を並置することで、図10における出力ビーム1011から1012を抑制できる。   As the effect of the twentieth invention, as described above, two periodic structures having different PTV sums so that the planar multilayer film 1003 has an action of confining light propagating in the thin film surface of the “AC-2DPhC” 1001. Light can be passed (transmitted and reflected) between the bodies at a constant rate. Further, the ratio can be controlled by the length and direction of the PTV. In addition, for example, in FIG. 10, instead of the planar multilayer film 1003, an appropriate three-dimensional self-cloning photonic crystal is juxtaposed around the “AC-2DPhC” 1001, thereby suppressing the output beams 1011 to 1012 in FIG. it can.

第21の発明に関しては、図15に示す「AC-2DPhC」1401と周辺の大気や石英基板1402との組み合わせにより説明できる。なお大気はn≒1.0の一様媒質である。H型伝搬(C)及び(E)は周辺の大気や石英基板1402との組み合わせにより発現する。また図12における劈開された端部を金属でコートすれば出力ビーム1211を抑制できる。   The twenty-first invention can be explained by a combination of “AC-2DPhC” 1401 shown in FIG. 15 and the surrounding air or quartz substrate 1402. The atmosphere is a uniform medium with n≈1.0. H-type propagation (C) and (E) are manifested in combination with the surrounding atmosphere and the quartz substrate 1402. Also, the output beam 1211 can be suppressed by coating the cleaved end in FIG. 12 with metal.

前記(c)の構造に関しては、たとえば図1の領域123の上に、屈折率n≒1.5の媒質による厚さ120nmの薄膜と屈折率n≒2.1の媒質による厚さ90nmの薄膜を交互に、かつ領域123の凹凸形状を保持したまま積層することなどがあげられる。   Regarding the structure of (c), for example, on the region 123 in FIG. 1, a thin film having a thickness of 120 nm by a medium having a refractive index n≈1.5 and a thin film having a thickness of 90 nm by a medium having a refractive index n≈2.1 are alternately arranged. In addition, the layer 123 may be stacked while the uneven shape of the region 123 is maintained.

PTVの和が異なる周期構造体同士をZ方向に対して接合することで以下のような効果が得られる。まず、前記PTVの向きが異なる複数のPhCを直列に接続することで、例えばH型伝搬(E)によって、スネルの法則に従う透過光と同じ方向に進むビームの分岐方向を複数得られる。次に、構成物質又はXY平面上の周期の異なる複数のPhCを直列に接続することで、例えば広い波長範囲で前述のH型伝搬(E)が得られる。なお、AC-PhCであれば、基板の中で領域毎に凹凸の周期を変え、多層膜の厚さも替えることにより、ヘテロ構造PhCが既に実現されている(特許文献1を参照)。   The following effects can be obtained by joining periodic structures having different sums of PTVs in the Z direction. First, by connecting a plurality of PhCs having different PTV directions in series, for example, by H-type propagation (E), a plurality of beam branching directions traveling in the same direction as the transmitted light according to Snell's law can be obtained. Next, by connecting a plurality of constituent substances or a plurality of PhCs having different periods on the XY plane in series, the above-described H-type propagation (E) can be obtained in a wide wavelength range, for example. In the case of AC-PhC, the heterostructure PhC has already been realized by changing the period of unevenness for each region in the substrate and changing the thickness of the multilayer film (see Patent Document 1).

6.第22の発明の説明
以下、第22の発明について、例示的に図面を参照しつつ、詳細に説明する。
6). Description of the 22nd Invention Hereinafter, the 22nd invention will be described in detail with reference to the drawings.

前記H型伝搬を発現させるためには、第1から第15のいずれかの発明の周期構造体を大面積で用意することが好ましいので、現時点では薄膜のPhC、特にAC-PhCを用いることが望ましい。実際、図1に示す構造のAC-PhCにおいては、一般にデポジションまたはエッチングの粒子の平均的な入射方向が基板に対して斜め方向になるようにすることで第1から第15のいずれかの発明の周期構造体を大面積で用意することを実現できる。具体的な製造方法については、以下で図面を参照しつつ説明する。   In order to develop the H-type propagation, it is preferable to prepare the periodic structure according to any one of the first to fifteenth inventions in a large area, so that thin-film PhC, particularly AC-PhC, is currently used. desirable. Actually, in the AC-PhC having the structure shown in FIG. 1, in general, the average incident direction of the deposition or etching particles is inclined with respect to the substrate. Preparing the periodic structure of the invention in a large area can be realized. A specific manufacturing method will be described below with reference to the drawings.

図17は、基板と基板に入射する堆積粒子又はエッチング粒子の方向を示す正面図である。符号1701は基板上に形成された凸部、符号1702は基板上に形成された凹部、符号1703は堆積粒子またはエッチング粒子の平均の入射方向を示す。符号1704および符号1705は前記凸部の頂点を示す。   FIG. 17 is a front view showing the direction of the deposited particles or etching particles incident on the substrate and the substrate. Reference numeral 1701 denotes a convex portion formed on the substrate, reference numeral 1702 denotes a concave portion formed on the substrate, and reference numeral 1703 denotes an average incident direction of deposited particles or etching particles. Reference numerals 1704 and 1705 denote vertices of the convex portions.

図18は、基板と基板に入射する堆積粒子又はエッチング粒子の方向を示す上面図である。符号1801は基板の上面、符号1802は堆積粒子またはエッチング粒子の平均の入射方向、符号1803は基板上に形成された凹凸の周期の方向を示す。   FIG. 18 is a top view showing the direction of the deposited particles or etching particles incident on the substrate and the substrate. Reference numeral 1801 denotes the upper surface of the substrate, reference numeral 1802 denotes the average incident direction of the deposited particles or etching particles, and reference numeral 1803 denotes the direction of the period of the irregularities formed on the substrate.

図19は、ターゲット及び基板の位置関係を示す上面図である。符号1901はターゲット、符号1902は基板、符号1903は基板上に形成された凹凸の周期の方向、符号1904は堆積粒子又はエッチング粒子またはエッチング粒子の平均の入射方向を示す。   FIG. 19 is a top view showing the positional relationship between the target and the substrate. Reference numeral 1901 denotes a target, reference numeral 1902 denotes a substrate, reference numeral 1903 denotes the direction of the period of unevenness formed on the substrate, and reference numeral 1904 denotes the average incident direction of the deposited particles, etching particles, or etching particles.

図20は、ターゲットと基板との位置関係及び堆積粒子又はエッチング粒子またはエッチング粒子の入射方向を示す正面及び側面図である。図20(a)は正面図、図20(b)は側面図である。   FIG. 20 is a front view and a side view showing the positional relationship between the target and the substrate and the incident direction of the deposited particles, etching particles, or etching particles. 20A is a front view, and FIG. 20B is a side view.

第22の発明に関しては、例えば図17から図20に示す基板および堆積粒子またはエッチング粒子の基板に対する入射方向により説明できる。図1に示すAC-PhCを製造するに当たっては、図17のように凹凸またはノコギリ歯状の2次元または1次元周期を形成された基板上に、堆積粒子またはエッチング粒子が入射方向の平均値が特定方向に集中する成膜プロセスをもって製造し(異方性デポジション又は異方性エッチング)、堆積粒子またはエッチング粒子の基板に対する入射角の平均の入射方向1703が基板に対して斜方向であることが望ましい。また図18のように基板1801上に形成された凹凸の周期1803と堆積粒子またはエッチング粒子の平均の入射方向1802のなす角度が0度から45度の間、好ましくは0度から10度、最も好ましくは0度とする。なお前記角度は0度において図2における二つめのPTV202とXY平面(第1および第3のPTVを含む面)との間の角度が最小になり、対称性の崩れの程度は最大となる。   The twenty-second aspect of the invention can be explained by the incident direction of the substrate and the deposited particles or etching particles shown in FIGS. 17 to 20 with respect to the substrate. In producing the AC-PhC shown in FIG. 1, the average value in the incident direction of the deposited particles or the etching particles on the substrate having the two-dimensional or one-dimensional period of unevenness or sawtooth as shown in FIG. Manufactured with a film formation process concentrated in a specific direction (anisotropic deposition or anisotropic etching), and the average incident direction 1703 of the incident angle of deposited particles or etched particles with respect to the substrate is oblique to the substrate Is desirable. Further, as shown in FIG. 18, the angle formed by the period 1803 of the unevenness formed on the substrate 1801 and the average incident direction 1802 of the deposited particles or etching particles is between 0 ° and 45 °, preferably 0 ° to 10 °, most Preferably it is 0 degree. When the angle is 0 degree, the angle between the second PTV 202 in FIG. 2 and the XY plane (the plane including the first and third PTVs) is minimized, and the degree of symmetry breaking is maximized.

2次元周期構造体に関して最も簡便な方法は、図19および図20のようにターゲットの軸外(直上から外れている)に基板を配置し、かつ基板に形成された周期の方向1903と円筒形のターゲット1901の中心と基板の重心を結ぶ方向が互いに平行となるように配置して、スパッタリング法を用いることである。スパッタリング法ではターゲットから飛び出すデポジション粒子は方向性を持ち(粒子の飛ぶ方向がランダムではない)、ターゲットの軸外に飛散するデポジション粒子は平均の入射方向1904の方向に指向性を有する。そのため、凸部の頂点1705に凸部の頂点1704より多くの粒子が堆積し、結果として図1に示すAC-2DPhCが得られる。   The simplest method for the two-dimensional periodic structure is that the substrate is arranged off the axis of the target (displaced from just above) as shown in FIGS. 19 and 20, and the direction 1903 of the period formed on the substrate and the cylindrical shape In other words, the sputtering method is used in such a manner that the direction connecting the center of the target 1901 and the center of gravity of the substrate are parallel to each other. In the sputtering method, the deposition particles jumping out of the target have directionality (the particle flying direction is not random), and the deposition particles scattered off the axis of the target have directivity in the average incident direction 1904. Therefore, more particles are accumulated on the vertex 1705 of the convex portion than the vertex 1704 of the convex portion, and as a result, AC-2DPhC shown in FIG. 1 is obtained.

3次元周期構造体に関しては、ターゲットの直上外(軸外)に非特許文献2の231ページ中の図3(b)に記載されるような正方格子の2次元周期をもつ面内パターンをもつ基板が配置され、かつ基板に形成された周期の方向と堆積粒子またはエッチング粒子の平均の入射方向が互いに約45度となるように配置することが簡便である。一方、所望の伝搬方向を得るために基板に形成された周期の方向と、堆積粒子またはエッチング粒子の平均の入射方向がなす角度を利用することが可能である。   As for the three-dimensional periodic structure, an in-plane pattern having a two-dimensional period of a square lattice as described in FIG. 3B in page 231 of Non-Patent Document 2 is provided directly above (off-axis) the target. It is convenient to arrange the substrate so that the direction of the period formed on the substrate and the average incident direction of the deposited particles or etching particles are about 45 degrees from each other. On the other hand, in order to obtain a desired propagation direction, it is possible to use the angle formed by the direction of the period formed on the substrate and the average incident direction of the deposited particles or etching particles.

例えば、堆積粒子またはエッチング粒子の平均の入射方向と凹凸の周期の一方(周期1とする)がなす角度を0度とし、堆積粒子またはエッチング粒子の平均の入射方向と凹凸の周期のもう一方(周期2とする)のなす角度を90度として作製すれば、H型伝搬(A)、(E)の伝搬は周期1の方向のみに生じる。また堆積粒子またはエッチング粒子の平均の入射方向と周期1のなす角度を45度として作製すれば、H型伝搬(A)、(E)の伝搬は周期1および周期2の方向に生じる。また前記角度の値によって周期1の方向に生じるH型伝搬(E)の光の強度および周期2の方向に生じるH型伝搬(E)の光の強度の比を調節できる。   For example, the angle formed by the average incident direction of the deposited particles or etching particles and one of the period of irregularities (referred to as period 1) is 0 degree, and the other is the other of the average incident direction of the deposited particles or etching particles and the period of irregularities ( If the angle formed by (cycle 2) is 90 degrees, the propagation of H-type propagation (A) and (E) occurs only in the direction of cycle 1. If the angle formed by the average incident direction of the deposited particles or etching particles and the period 1 is 45 degrees, the propagation of the H-type propagations (A) and (E) occurs in the directions of the period 1 and the period 2. The ratio of the intensity of the H-type propagation (E) light generated in the direction of the period 1 and the intensity of the H-type propagation (E) light generated in the direction of the period 2 can be adjusted by the value of the angle.

一方、堆積粒子が基板と垂直な方向に指向性を持ち、エッチング粒子が基板に対して斜め方向に入射する(基板と垂直ではない方向に指向性を有する)工法でも同様に図1記載の周期構造体を作製できる。   On the other hand, in the construction method in which the deposited particles have directivity in a direction perpendicular to the substrate and the etching particles enter the substrate obliquely (has directivity in a direction not perpendicular to the substrate), the period shown in FIG. A structure can be manufactured.

また、図16に示すPrCを用いた2次元PhCの製造方法としては、ブレーズド回折格子のような形状の凹凸を有する基板の上に自己クローニング法で製膜することで実現できる。ブレーズド回折格子のような形状の凹凸を有する基板の製造方法としては、ステップ型のブレーズド回折格子に適切な条件下でスパッタデポジションを行うことが有効である。ターゲットと基板の位置関係は直上でよい。なお、ナノインプリントでもブレーズド型回折格子のような断面形状を有する基板を作製できる。   Further, the two-dimensional PhC manufacturing method using PrC shown in FIG. 16 can be realized by forming a film by self-cloning on a substrate having irregularities such as a blazed diffraction grating. As a method of manufacturing a substrate having irregularities such as a blazed diffraction grating, it is effective to perform sputter deposition under conditions suitable for a step-type blazed diffraction grating. The positional relationship between the target and the substrate may be directly above. Note that a substrate having a cross-sectional shape such as a blazed diffraction grating can be manufactured by nanoimprinting.

7.第23から第25の発明の説明
以下、第23から第25の発明について、例示的に図面を参照しつつ、詳細に説明する。上記第1から第21の発明は、他の関連技術や他のデバイスと組み合わせてさらに応用範囲を広げることができる。
7). Description of the 23rd to 25th Inventions Hereinafter, the 23rd to 25th inventions will be described in detail with reference to the drawings. The above first to twenty-first inventions can be further expanded in application range by combining with other related technologies and other devices.

第1から第15の発明は、別途電磁波源(光源)がなければ、その機能を発現しない。また、第11から第14の発明は、対称性の崩れに伴い偏光依存性をもつことから、別途偏光分離素子、偏光子又は位相板などと組み合わせて利用すること有効である。また、従来の光の伝搬を制御するデバイスであるレンズ、金属ミラーなどの反射手段と組み合わせることが有効である。   The first to fifteenth inventions do not exhibit their functions unless there is a separate electromagnetic wave source (light source). In addition, since the eleventh to fourteenth inventions have polarization dependency due to the breaking of symmetry, it is effective to separately use them in combination with a polarization separation element, a polarizer, a phase plate, or the like. It is also effective to combine with a reflection means such as a lens or a metal mirror, which is a conventional device for controlling the propagation of light.

一方、H型伝搬を示す周期構造体とミラーとを組み合わせた間において、ビームを往復させればビームの数をねずみ算式に増やすことができる。またH型伝搬の結果生じた平行に進む複数のビームとレンズとを組み合わせれば、同一光源から生じた複数のビームを一点に集光させることができる。この集光させた一点に感光体を配置させれば光記録装置となる。   On the other hand, if the beam is reciprocated between the combination of the periodic structure showing the H-type propagation and the mirror, the number of beams can be increased to the calculation formula. In addition, if a plurality of parallel beams and lenses generated as a result of H-type propagation are combined, a plurality of beams generated from the same light source can be condensed at one point. An optical recording device can be obtained by arranging a photoconductor at this condensed point.

また、前記H型伝搬(E)によって生じた互いに平行に進むビームはほぼ同一偏光状態をもつが、偏光消光比が劣化しているため、偏光子、反射型偏光分離素子及びウォークオフ型偏光分離素子などと組み合わせて偏光消光比を回復させることが望ましい。   Further, the beams traveling parallel to each other generated by the H-type propagation (E) have substantially the same polarization state, but the polarization extinction ratio is deteriorated, so that the polarizer, the reflection type polarization separation element, and the walk-off type polarization separation are obtained. It is desirable to recover the polarization extinction ratio in combination with an element.

また、光を信号伝達に用いる場合には、変調器や受光器が必要であり、適宜反射手段や回折格子などを組み合わせることも有効である。さらに、前記H型伝搬(E)によって生じた互いに平行に進むビームを各々個別に利用する場合には、光導波路と組み合わせることが望ましい。   In addition, when light is used for signal transmission, a modulator and a light receiver are necessary, and it is also effective to combine a reflecting means and a diffraction grating as appropriate. Further, in the case where beams parallel to each other generated by the H-type propagation (E) are used individually, it is desirable to combine them with an optical waveguide.

次に、第24の発明について説明する。第24の発明によるデバイスを用いれば、一つのビームを複数の同一方向に伝搬するビームに分岐させる機能を有する光学素子に1つの光源からでたビームを何度も入射させることが可能である。さらに、ビームの分岐方向が異なる複数の前記光学素子を用いれば、ビームの強度を分散して前記光学素子の有効範囲内でほぼ均一にすることができる。また一つの平行ビームが複数の同一方向に伝搬するビームに分岐する前記H型伝搬を生じさせる周期構造体と反射型偏光子、ミラー及び波長板等を組み合わせることでも同様の効果を得ることができる。なお、最初に外部から入射されるビームは複数であってもかまわない。   Next, the twenty-fourth invention will be explained. By using the device according to the twenty-fourth invention, it is possible to make a beam emitted from one light source incident on an optical element having a function of branching one beam into a plurality of beams propagating in the same direction. Furthermore, if a plurality of the optical elements having different beam branching directions are used, the intensity of the beam can be dispersed and made substantially uniform within the effective range of the optical elements. A similar effect can also be obtained by combining a periodic structure that generates the H-type propagation, in which one parallel beam branches into a plurality of beams propagating in the same direction, a reflective polarizer, a mirror, a wave plate, and the like. . There may be a plurality of beams incident from the outside first.

次に、第25の発明について説明する。第25の発明は、例えば光学的記録装置として有効である。また、該デバイスは、場合によっては、電荷結合素子アレイ受光器またはCMOSセンサアレイや前記周期構造体と反射方向が同一である反射手段を備えてもよい。特に、周期構造体によって、入射光が同一方向に伝搬する2つ以上のビームに分岐され、前記2つ以上のビームのうち少なくとも1つのビームが前記空間光変調器を透過または反射し、前記2つ以上のビームのうち前記空間光変調器を透過または反射したビームを含む少なくとも2つのビームが前記レンズを介して感光体中の同一の箇所に集光するデバイスは光学的記録装置として有効である。特に、一つのビームを複数の同一方向に伝搬するビームに分岐させる機能と1つのレンズを用いれば、2つのビームを正確に1点に集光させることができる(ただし、スポットの広がりを無視する)。さらに、2つのビームの一方または双方に2次元の強度分布変化を与えればホログラフィック記録に利用できる。   Next, a twenty-fifth aspect of the invention is described. The twenty-fifth invention is effective, for example, as an optical recording apparatus. In some cases, the device may include a charge coupled device array light receiver, a CMOS sensor array, or reflection means having the same reflection direction as that of the periodic structure. In particular, the periodic structure splits incident light into two or more beams propagating in the same direction, and at least one of the two or more beams transmits or reflects the spatial light modulator, and the 2 A device that condenses at least two beams including a beam transmitted or reflected from the spatial light modulator among two or more beams at the same position in the photosensitive member through the lens is effective as an optical recording apparatus. . In particular, if one beam is used to branch a beam into a plurality of beams propagating in the same direction and one lens can be used, two beams can be accurately collected at one point (however, the spread of the spot is ignored) ). Furthermore, if a two-dimensional intensity distribution change is given to one or both of the two beams, it can be used for holographic recording.

8.フォトニック結晶の反対称モードと外部平面波の結合効率を制御する方法
さらに発明者は「PhCの反対称モードと外部平面波の結合効率を制御する方法」についても検討した。以下(1)、(2)については非特許文献4において知られており、そのまま活用できる。
(1)PhCの反対称モードと外部平面波の結合効率は入射角に依存する。
(2)PhCの反対称モードと外部平面波の結合効率は層数(周期数)に依存する。
8). A method for controlling the coupling efficiency between the antisymmetric mode of the photonic crystal and the external plane wave Further, the inventor has also studied “a method for controlling the coupling efficiency between the antisymmetric mode of PhC and the external plane wave”. The following (1) and (2) are known in Non-Patent Document 4 and can be used as they are.
(1) The coupling efficiency between the antisymmetric mode of PhC and the external plane wave depends on the incident angle.
(2) The coupling efficiency between the antisymmetric mode of PhC and the external plane wave depends on the number of layers (period number).

なおここまで光を中心に解説した事柄は、電磁波一般に適用できる。   In addition, the matter explained so far mainly on light is applicable to electromagnetic waves in general.

上述するように、第1から第19の発明に係る周期構造体の特殊性が明らかにされている。そこで従来の周期構造体やPhCと区別するため、第1から第10の発明に該当する周期構造体に特別な呼称を与えることとする。すなわち、図2に示すPrC及びBAS及び同等のPrC及びBASを「2D-横崩しACBC」、該「2D-横崩しACBC」による周期構造体を「2D-横崩しACPC」、図2に示すPrC及びBASを3次元に拡張したPrC及びBASを「3D-横崩しACBC」、該「3D-横崩しACBC」による周期構造体を「3D-横崩しACPC」、図16に示すPrC及びBAS及び同等のPrC及びBASを「2D-内崩しACBC」、該「2D-内崩しACBC」による周期構造体を「2D-内崩しACPC」と呼称することとする。   As described above, the peculiarities of the periodic structure according to the first to nineteenth inventions are clarified. Therefore, in order to distinguish from conventional periodic structures and PhC, special names are given to the periodic structures corresponding to the first to tenth inventions. That is, PrC and BAS shown in FIG. 2 and equivalent PrC and BAS are “2D-collapsed ACBC”, and the periodic structure by “2D-collapsed ACBC” is “2D-collapsed ACPC”, and PrC shown in FIG. PrC and BAS expanded to 3D and BAS are "3D-collapse ACBC", the periodic structure by "3D-collapse ACBC" is "3D-collapse ACPC", PrC and BAS shown in Fig. 16 and equivalent PrC and BAS are referred to as “2D-inside-inverted ACBC”, and the periodic structure formed by “2D-inside-inside ACBC” is referred to as “2D-inside-inverted ACPC”.

本発明の実施例1に係る光伝搬の制御素子について、図面を用いて詳細に説明する。
図1記載の基板上に形成された周期構造体を用い、n≒1.5の媒質としてSiO2、n≒2.4の媒質として五酸化ニオブ(以下、Nb2O5)を用いる。
The light propagation control element according to the first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
The periodic structure formed on the substrate shown in FIG. 1 is used, and SiO 2 is used as a medium with n≈1.5, and niobium pentoxide (hereinafter, Nb 2 O 5 ) is used as a medium with n≈2.4.

図1に示す「2D-横崩しACPC」の製造方法について説明する。図1の構造は自己クローニング法及び第22の発明に従い、はじめに基板母材上に凹凸を形成し、次に基板上に整形層を形成し、ついで多層膜を積層することにより製造できる。   A method of manufacturing “2D-collapse ACPC” shown in FIG. 1 will be described. The structure of FIG. 1 can be manufactured according to the self-cloning method and the twenty-second invention by first forming irregularities on a substrate base material, then forming a shaping layer on the substrate, and then laminating a multilayer film.

まず基板124について説明する。図21は図1に示す基板124を表す模式的な斜視図である。符号2101は基板母材、符号2102は基板母材上に形成された凹凸の凸部を表す。基板母材上に形成された凹凸の周期性はX方向にのみ有しており、Y方向には一様である。   First, the substrate 124 will be described. FIG. 21 is a schematic perspective view showing the substrate 124 shown in FIG. Reference numeral 2101 denotes a substrate base material, and reference numeral 2102 denotes an uneven protrusion formed on the substrate base material. The periodicity of the irregularities formed on the substrate base material has only in the X direction and is uniform in the Y direction.

基板124の材質として溶融石英を用い、平面溶融石英基板上には電子ビーム(以下EB)露光によるリソグラフィー工程とドライエッチングで410nm周期(凸部(突起部)の高さおよび幅は205nm)の矩形の凹凸(以下基板パターンとする)が形成されている。基板上への基板パターンの形成方法について補足すると、EBによるリソグラフィーとエッチングを組み合わせた工程、光又はX線露光によるリソグラフィーとエッチングを組み合わせた工程、又はナノインプリント等が利用できる。また紫外線領域で不透明な材料の基板又は透明基板上に積層された十分な厚さの紫外線領域で不透明材質の膜を用いれば、干渉露光とエッチングを組み合わせた工程でも基板上への凹凸を形成できる。本実施例では凸凹の形状精度に優れエッチングが容易であることから、溶融石英基板に対してEBによるリソグラフィーとエッチングを組み合わせた工程を採用することが好ましい。   A fused silica is used as the material of the substrate 124, and a rectangular fused with a period of 410 nm (the height and width of the protrusions (projections) is 205 nm) by a lithography process using electron beam (EB) exposure and dry etching on a flat fused quartz substrate. Are formed (hereinafter referred to as a substrate pattern). Supplementing the method of forming a substrate pattern on the substrate, a process combining EB lithography and etching, a process combining lithography and etching by light or X-ray exposure, or nanoimprinting can be used. In addition, if an opaque material film is used in an ultraviolet region of sufficient thickness laminated on a transparent substrate or an opaque material substrate in the ultraviolet region, irregularities on the substrate can be formed even in a process combining interference exposure and etching. . In this embodiment, since the shape accuracy of the unevenness is excellent and etching is easy, it is preferable to employ a process in which lithography and etching by EB are combined with a fused quartz substrate.

次に中間層(整形層)112について説明する。図22は図1に示す基板124および整形層112を表す図である。符号2201は図21記載の基板を表し、符号2202は整形層(中間層112と同じ)を表す。周期性はX方向にのみ有している。
図21記載の基板上に凹凸を形成した後、該基板上に適切な条件下でrfバイアススパッタリング法(スパッタエッチングも効果を伴うrfスパッタリング)によりSiO2膜を堆積させることで三角形形状の整形層を形成する。このとき図19および図20のように、基板をターゲットの直上から外し、かつターゲットの径方向と基板の周期方向をほぼ同一方向とすることで、ZX平面での断面が非二等辺三角形(三辺の長さが異なる三角形)形状の整形層が実現できる。
Next, the intermediate layer (shaping layer) 112 will be described. FIG. 22 shows the substrate 124 and the shaping layer 112 shown in FIG. Reference numeral 2201 represents the substrate shown in FIG. 21, and reference numeral 2202 represents the shaping layer (same as the intermediate layer 112). The periodicity is only in the X direction.
After forming irregularities on the substrate shown in FIG. 21, a SiO 2 film is deposited on the substrate by an rf bias sputtering method (rf sputtering with an effect of sputter etching) under appropriate conditions, thereby forming a triangular shaped shaping layer. Form. At this time, as shown in FIGS. 19 and 20, by removing the substrate from directly above the target and making the radial direction of the target and the periodic direction of the substrate substantially the same direction, the cross section in the ZX plane is a non-isosceles triangle (three Triangular shaped layers with different side lengths can be realized.

次に、図1に示すSiO2層101から111およびNb2O5層113から123よりなる多層膜について説明する。図22に示す整形層2202が積層された基板の上に、さらに図19および図20の配置でNb2O5、SiO2を交互に積層すれば図1に示す断面形状が得られる。SiO2層およびNb2O5層の積層はrfバイアススパッタリングにて行う。Next, a multilayer film composed of the SiO 2 layers 101 to 111 and the Nb 2 O 5 layers 113 to 123 shown in FIG. 1 will be described. If the Nb 2 O 5 and SiO 2 layers are alternately laminated on the substrate on which the shaping layer 2202 shown in FIG. 22 is laminated, the sectional shape shown in FIG. 1 is obtained. The lamination of the SiO 2 layer and the Nb 2 O 5 layer is performed by rf bias sputtering.

図23は実際に作製した2次元自己クローニング型PhC(2D-横崩しACPC)のZX平面における断面の電子顕微鏡写真である。なお積層周期は11周期である。図23において、白に近い外観の層はNb2O5層、黒に近い外観の層はSiO2層であり、基板および整形層は同一組成の材料からなるため区別がつかない。FIG. 23 is an electron micrograph of a cross section in the ZX plane of a two-dimensional self-cloning PhC (2D-collapsed ACPC) actually produced. The stacking cycle is 11 cycles. In FIG. 23, the layer with the appearance close to white is the Nb 2 O 5 layer, the layer with the appearance close to black is the SiO 2 layer, and the substrate and the shaping layer are made of materials of the same composition, so they cannot be distinguished.

図23によれば膜の成長方向が約4度傾いていることがわかる。図23では多層膜の初期の3層目までは形状が安定せず、4層目から形状が安定化しているが、別段問題ない。なお膜の成長方向が第3のPTVの方向となり、この第3のPTVを図1におけるXY平面に投影した方向がH型伝搬(A)から(E)における光の伝搬または分岐が生じる方向となる。   FIG. 23 shows that the growth direction of the film is inclined by about 4 degrees. In FIG. 23, the shape is not stable up to the initial third layer of the multilayer film, and the shape is stabilized from the fourth layer, but there is no particular problem. Note that the film growth direction is the direction of the third PTV, and the direction in which the third PTV is projected onto the XY plane in FIG. 1 is the direction in which the propagation or branching of light from H-type propagation (A) to (E) occurs. Become.

次に周期構造体の作製方法について補足する。Nb2O5膜を積層する場合、ターゲットとしては例えばNb2O5焼結体、堆積ガスとしては例えばアルゴンと酸素の混合ガス、ガス圧力としては例えば0.3Paから1.0Pa(好ましくは0.4Paから0.8Pa、より好ましくは膜の在留応力と密度のバランスがとれる条件の0.5Paから0.7Paである)、酸素ガス流量比としては例えば10%程度(好ましくは5%以上20%以下、より好ましくは製膜速度(時間あたりの膜厚増加量)と組成の安定性のバランスがとれる条件の7%以上15%以下である)であることが好ましい。SiO2膜を積層する場合、ターゲットとしては例えば石英であり、堆積ガスとしては例えばアルゴンと酸素の混合ガス、ガス圧力としては例えば0.3Paから2.0Pa(好ましくは0.6Paから1.8Pa、より好ましくは、膜の在留応力と密度のバランスのとれる条件の0.8Paから1.5Paである)であることが好ましい。印加するバイアスはその最適値に他の成膜条件に対する依存性や装置依存性があるものの、数十V程度であることが好ましい。薄膜プロセスにおける基板加熱温度は通常では媒質の融点の0.3倍以上が望ましいとされるが、好ましくは0.3倍以上0.5倍以下、より好ましくは、膜の密度と加熱冷却に必要な時間のバランスのとれる0.31倍以上0.4倍以下である。本実施例では基板加熱温度を約600Kとすることが好ましい。Next, it supplements about the preparation methods of a periodic structure. When stacking Nb 2 O 5 films, the target is, for example, an Nb 2 O 5 sintered body, the deposition gas is, for example, a mixed gas of argon and oxygen, and the gas pressure is, for example, 0.3 Pa to 1.0 Pa (preferably from 0.4 Pa). 0.8 Pa, more preferably 0.5 Pa to 0.7 Pa, which is a condition that balances the residence stress and density of the film, and the oxygen gas flow rate ratio is, for example, about 10% (preferably 5% or more and 20% or less, more preferably It is preferable that the film forming speed (the amount of increase in film thickness per hour) is 7% or more and 15% or less of a condition that balances the stability of the composition. When laminating the SiO 2 film, the target is, for example, quartz, the deposition gas is, for example, a mixed gas of argon and oxygen, and the gas pressure is, for example, 0.3 Pa to 2.0 Pa (preferably 0.6 Pa to 1.8 Pa, more preferably It is preferably 0.8 Pa to 1.5 Pa, which is a condition that balances the residence stress and density of the film. The bias to be applied is preferably about several tens of volts, although the optimum value has dependency on other film forming conditions and device dependency. The substrate heating temperature in the thin film process is usually preferably 0.3 times or more the melting point of the medium, but preferably 0.3 to 0.5 times, more preferably a balance between the film density and the time required for heating and cooling. It is 0.31 times or more and 0.4 times or less. In this embodiment, the substrate heating temperature is preferably about 600K.

また、前記rfバイアススパッタリング法、ECRスパッタリング法、ピラミッド型に整形された基板上にバイアスを加えないrfマグネトロンスパッタリングとスパッタリング、イオンガン、RIEなどのエッチングの組み合わせによっても2D-横崩しACPCを作製することが可能である。   Also, a 2D-collapsed ACPC is produced by a combination of the rf bias sputtering method, the ECR sputtering method, rf magnetron sputtering without applying a bias on a substrate shaped into a pyramid type, and etching such as sputtering, ion gun, and RIE. Is possible.

なお、膜の成長方向(PTVの方向に等しい)はターゲットの径方向と基板の周期方向の間の角度を変えることで制御することが可能であり、かつターゲットと基板の距離などでも制御可能である。また「3D-横崩しACPC」は、例えば図18におけるエッチング粒子の平均の入射方向1802と凹凸の周期1803のなす角度を0度から90度の間で調整することにより、PTVの方向を制御できる。   The film growth direction (equal to the PTV direction) can be controlled by changing the angle between the radial direction of the target and the periodic direction of the substrate, and can also be controlled by the distance between the target and the substrate. is there. In addition, “3D-collapse ACPC” can control the direction of PTV by adjusting the angle formed by the average incident direction 1802 of the etching particles in FIG. 18 and the unevenness period 1803 between 0 degrees and 90 degrees, for example. .

本実施例ではPhCにおける高屈折率媒質としてNb2O5を用いたが、SiC、SiOx(ただし0<x<2)、五酸化タンタル(Ta2O5)、二酸化チタン(TiO2)、ガリウムナイトライド(GaN)、アルミニウムナイトライド(AlN)、酸化亜鉛(ZnO)、ZnSe、ITO(Indium Thin Oxide)、酸化ハフニウム(HfO2)、a-SiO、SiN等のn≧2の媒質のいずれかを組み合わせて用いることも有効である。また低屈折率媒質としてフッ化マグネシウム(MgF)、フッ化カルシウム(CaF)などのn≦1.6の媒質のいずれかを組み合わせて用いることも有効である。In this example, Nb 2 O 5 was used as a high refractive index medium in PhC, but SiC, SiOx (where 0 <x <2), tantalum pentoxide (Ta 2 O 5 ), titanium dioxide (TiO 2 ), gallium. Any of n ≧ 2 media such as nitride (GaN), aluminum nitride (AlN), zinc oxide (ZnO), ZnSe, ITO (Indium Thin Oxide), hafnium oxide (HfO 2 ), a-SiO, SiN, etc. It is also effective to use in combination. It is also effective to use a combination of any of n ≦ 1.6 media such as magnesium fluoride (MgF) and calcium fluoride (CaF) as the low refractive index medium.

図1(および図23)に示す周期構造体は前記H型伝搬を示す。図24は図1に示す基板上に形成された周期構造体の、スネルの法則に従って透過したビームの垂直入射時における透過率波長依存性を示すグラフである。図24(a)は入射ビームがTE偏波、図24(b)は入射ビームがTM偏波の場合にそれぞれ対応する特性である。図24(a)及び(b)に示すように、図1(および図23)に示す周期構造体は回折格子や波長選択フィルタ等の従来の光学素子とは異なる透過率波長依存性をもつことが分かる。   The periodic structure shown in FIG. 1 (and FIG. 23) exhibits the H-type propagation. FIG. 24 is a graph showing the transmittance wavelength dependency of the periodic structure formed on the substrate shown in FIG. 1 at the time of vertical incidence of the beam transmitted according to Snell's law. FIG. 24A shows characteristics corresponding to the case where the incident beam is a TE polarized wave, and FIG. 24B shows characteristics corresponding to the case where the incident beam is a TM polarized wave. As shown in FIGS. 24 (a) and 24 (b), the periodic structure shown in FIG. 1 (and FIG. 23) has transmittance wavelength dependency different from that of conventional optical elements such as diffraction gratings and wavelength selective filters. I understand.

本実施形態は、H型伝搬(E)を利用して、例えば光の入射位置及び分岐光の出射位置にレンズ付き光ファイバを設置することで、光通信に用いられる光分岐装置(スターカプラ)として利用できる。また1つのレーザー光源からの平行ビームを3つに分岐させることで、トラッキングと読み書きを行う3ビームピックアップを容易に実現でき、光記録装置に利用できる。   In the present embodiment, an optical branching device (star coupler) used for optical communication by using an H-type propagation (E), for example, by installing an optical fiber with a lens at an incident position of light and an outgoing position of branched light. Available as Further, by splitting the parallel beam from one laser light source into three, a three-beam pickup for tracking and reading / writing can be easily realized and can be used for an optical recording apparatus.

また、H型伝搬(I)を利用して、本実施形態に対してZ方向から、異なる波長のビームを各波長の分離距離と等しい間隔でかつ同一方向で入射すれば、波長合成機構として利用でき、例えばDVDとCDから信号を読みとるピックアップの構造を簡略化できる。
また、本実施形態に対してZ方向から、広いスペクトルをもつビームを入射すれば波長分岐機構として利用でき、例えば分光器として活用できる。
In addition, using H-type propagation (I), if beams of different wavelengths are incident in the same direction and in the same direction as the separation distance of each wavelength from the Z direction with respect to the present embodiment, it is used as a wavelength synthesizing mechanism. For example, the structure of a pickup that reads signals from DVDs and CDs can be simplified.
Further, if a beam having a wide spectrum is incident on the present embodiment from the Z direction, it can be used as a wavelength branching mechanism, for example, as a spectroscope.

また、他の発明としては、前記H型伝搬(E)を生じさせる周期構造体を用い、ビームと同数のレンズを用いれば、同一波長を利用する複数種類の光記録ディスクに対応するピックアップを1台で実現できる。   As another invention, if a periodic structure that generates the H-type propagation (E) is used and the same number of lenses as the beam are used, one pickup corresponding to a plurality of types of optical recording disks using the same wavelength is used. Can be realized with a stand.

本発明の実施例2に係るホログラフィック光記録装置について、図面を用いて詳細に説明する。本実施例はH型伝搬を利用したホログラフィック光記録装置である。   A holographic optical recording apparatus according to Embodiment 2 of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. This embodiment is a holographic optical recording apparatus using H-type propagation.

図25はホログラフィック記録装置の基本構成を示す側面図である。ホログラフィック記録装置はレーザー光源2501、レンズ2502、H型伝搬(E)による光分岐機能を有する周期構造体2503、隣り合わせに一体化された空間光変調器であるDMD2504(ディジタルマイクロミラーデバイス)とミラー2505、反射型偏光分離素子2506、1/4波長板2507、レンズ2508、記録媒体2509、2次元撮像素子(CMOSセンサ)を有する。なお以後H型伝搬(E)〜H型伝搬(K)による光分岐機能を有するデバイスを「HBS」と略記する。   FIG. 25 is a side view showing the basic configuration of the holographic recording apparatus. The holographic recording apparatus includes a laser light source 2501, a lens 2502, a periodic structure 2503 having an optical branching function by H-type propagation (E), a DMD 2504 (digital micromirror device) that is a spatial light modulator integrated adjacently, and a mirror. 2505, a reflective polarization separation element 2506, a quarter-wave plate 2507, a lens 2508, a recording medium 2509, and a two-dimensional image sensor (CMOS sensor). Hereinafter, a device having an optical branching function based on H-type propagation (E) to H-type propagation (K) is abbreviated as “HBS”.

図26は記録時の動作を示す側面図である。符号2601はHBS2503に対する入射平行ビーム、符号2602及び符号2603はHBS2503から透過側に出力される出力ビーム、符号2604はミラーで反射されたビーム、符号2605はDMD2504で反射されたビーム、符号2606及び符号2607はHBS2503から反射側に出力される出力ビームをそれぞれ表す。   FIG. 26 is a side view showing the operation during recording. Reference numeral 2601 is an incident parallel beam to the HBS 2503, reference numerals 2602 and 2603 are output beams output from the HBS 2503 to the transmission side, reference numeral 2604 is a beam reflected by the mirror, reference numeral 2605 is a beam reflected by the DMD 2504, reference numeral 2606 and reference code Reference numeral 2607 denotes an output beam output from the HBS 2503 to the reflection side.

図26を用いて記録時の動作を説明する。レーザー光源から出力された平行ビームがHBSに入射した後、透過側から2つの平行に伝搬するビームとして出力される。その後2つのビームの一方がDMDにより2次元ページデータを付与され、もう一方のビームはDMDと同一基板上に形成された誘電体多層膜によるミラーで反射される。ついで各々のビームは、共通のレンズの焦点位置に集光し、感光物質からなる記録媒体に干渉縞の形でデータを記録する。   The operation during recording will be described with reference to FIG. After the parallel beam output from the laser light source enters the HBS, it is output as two beams propagating in parallel from the transmission side. Thereafter, one of the two beams is given two-dimensional page data by the DMD, and the other beam is reflected by a mirror made of a dielectric multilayer film formed on the same substrate as the DMD. Then, each beam is condensed at the focal position of a common lens, and data is recorded in the form of interference fringes on a recording medium made of a photosensitive material.

図27は再生時の動作を示す側面図である。符号2701はHBS2503に対する入射平行ビーム、符号2702及び符号2703はHBS2503から透過側に出力される出力ビーム、符号2704はミラーで反射されたビーム、符号2705は記録媒体2509で反射されたビーム、符号2706は反射型偏光分離素子2506で反射されたビームをそれぞれ表す。   FIG. 27 is a side view showing the operation during reproduction. Reference numeral 2701 denotes an incident parallel beam to the HBS 2503, reference numerals 2702 and 2703 are output beams output from the HBS 2503 to the transmission side, reference numeral 2704 is a beam reflected by the mirror, reference numeral 2705 is a beam reflected by the recording medium 2509, reference numeral 2706 Represents the beams reflected by the reflective polarization separation element 2506, respectively.

図27を用いて再生時の動作を説明する。レンズの付いたレーザー光源から出力された平行ビームがHBSに入射した後、透過側から2つの平行に伝搬するビームとして出力される。その後、全ての画素がオフ状態のDMDにより、2つのビームの一方が遮断され、もう一方のビームはDMDと同一基板上に形成された誘電体多層膜によるミラーで反射される。この反射されたビームは、反射型偏光分離素子及び1/4波長板を透過した後、レンズにより焦点位置に集光され、記録媒体の干渉縞の形で強度分布情報が付与される。該情報が付与されて記録媒体から反射されたビームは、反射型偏光分離素子で反射されて、2次元撮像素子に入射する。   The operation during playback will be described with reference to FIG. A parallel beam output from a laser light source with a lens enters the HBS, and then is output as two parallel propagating beams from the transmission side. After that, one of the two beams is blocked by DMD in which all the pixels are in the off state, and the other beam is reflected by a mirror made of a dielectric multilayer film formed on the same substrate as the DMD. The reflected beam passes through the reflective polarization separation element and the quarter-wave plate, and is then focused on the focal position by the lens, and is given intensity distribution information in the form of interference fringes on the recording medium. The beam to which the information is applied and reflected from the recording medium is reflected by the reflective polarization separation element and enters the two-dimensional image sensor.

信号処理等については従来のホログラフィック記録と同様でよい。またDMDは原則として再生時にはオフ状態とされるが、DMDがオン状態であってもDMD反射光とミラー反射光は2次元撮像素子の十分離れた位置に入射するため再生に悪影響は与えないが、記録媒体の感光材料を劣化させる場合があるためオフ状態にすることが望ましい。   Signal processing and the like may be the same as those of conventional holographic recording. In principle, the DMD is turned off at the time of reproduction. However, even if the DMD is on, the DMD reflected light and the mirror reflected light are incident at sufficiently separated positions of the two-dimensional image sensor, but the reproduction is not adversely affected. Since the photosensitive material of the recording medium may be deteriorated, it is desirable to turn it off.

図28は本実施例に用いるHBSを示す図である。HBS中の第1の領域2801と第3の領域2803は自己クローニング型3次元PhC「3D-横崩しACPC」で、XY平面上の凹凸の周期が180nmの正方格子状の周期構造を有する。第2の領域2802は図1と同様に作製された基板の凹凸の周期が205nmの「2D-横崩しACPC」である。第4の領域2804は1次元周期構造体である。符号2805はビームの入射および出射位置、符号2806はビームの出射位置である。   FIG. 28 is a diagram showing an HBS used in this embodiment. The first region 2801 and the third region 2803 in the HBS are self-cloning type three-dimensional PhC “3D-collapsed ACPC”, and have a square lattice-like periodic structure with a period of unevenness of 180 nm on the XY plane. The second region 2802 is “2D-collapsed ACPC” in which the period of unevenness of the substrate manufactured in the same manner as in FIG. 1 is 205 nm. The fourth region 2804 is a one-dimensional periodic structure. Reference numeral 2805 denotes a beam entrance and exit position, and reference numeral 2806 denotes a beam exit position.

図28を用いてHBS2503を説明する。HBS2503中の第1の領域2801は自己クローニング型3次元PhCで、XY平面上の凹凸の周期が180nmの正方格子状の周期構造を有する。第2の領域2802は実施例1と同様に作製された基板の凹凸の周期が205nmの「2D-横崩しACPC」である。第3の領域2803は第1の領域2801と同じである。第4の領域2804はXY方向に周期を持たない1次元多層膜である。第1の領域2801は波長405nmでバンドギャップを持ち、第2の領域2802からY方向への漏れ光を抑制する。また第2の領域2802の寸法はビームが2つ出射するよう4mmとした。また反射側に出射されるビームはレーザー光源のモニタ用として利用できる。なお第2の領域2802は「2D-内崩しACPC」であってもかまわない。   The HBS 2503 will be described with reference to FIG. The first region 2801 in the HBS 2503 is a self-cloning type three-dimensional PhC, and has a square lattice-like periodic structure with a period of unevenness of 180 nm on the XY plane. The second region 2802 is “2D-collapsed ACPC” in which the unevenness period of the substrate manufactured in the same manner as in Example 1 is 205 nm. The third area 2803 is the same as the first area 2801. The fourth region 2804 is a one-dimensional multilayer film having no period in the XY direction. The first region 2801 has a band gap at a wavelength of 405 nm, and suppresses leakage light from the second region 2802 in the Y direction. The size of the second region 2802 is 4 mm so that two beams are emitted. The beam emitted to the reflection side can be used for monitoring a laser light source. The second area 2802 may be “2D-inverted ACPC”.

一般にホログラフィック記録では、特許文献2に記載されているように、同一のレーザー光源から多数回の反射を伴う光学系を用い、情報光と参照光を別の部品で処理するため、振動に弱く(例えば円盤形ディスクの回転時に生じる面ぶれ)、環境変化に対する安定性に乏しいとされている。しかし図28に示すHBSを用い、図25の光学系を用いれば各部品の位置ずれ、角度ずれが生じても情報光と参照光は常に同一の点に集光するため、安定した記録が可能である。   In general, in holographic recording, as described in Patent Document 2, an optical system with multiple reflections from the same laser light source is used, and information light and reference light are processed by different parts, so that they are vulnerable to vibration. It is said that the stability against the environmental change is poor (for example, the surface shake generated when the disk is rotated). However, if the HBS shown in FIG. 28 is used and the optical system in FIG. 25 is used, the information light and the reference light are always focused on the same point even if each component is misaligned or angularly displaced, enabling stable recording. It is.

本発明の実施例3に係る装置について、図面を用いて詳細に説明する。本実施例は、H型伝搬を利用した光の強度分布の均一化及び偏光変換を行う装置である。本実施例に係る装置は、特に投影型ディスプレイ(プロジェクタ)での光強度均一化及び無偏光光源からの偏光変換での使用が適している。   An apparatus according to Embodiment 3 of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present embodiment is an apparatus that performs uniform light intensity distribution and polarization conversion using H-type propagation. The apparatus according to the present embodiment is particularly suitable for use in uniform light intensity in a projection display (projector) and polarization conversion from a non-polarized light source.

従来、液晶プロジェクタでは特許文献3や特許文献5に記載されたps偏光変換素子を用いて、無偏光光源であるランプから直線偏光を得てきた。   Conventionally, in a liquid crystal projector, linearly polarized light has been obtained from a lamp which is a non-polarized light source by using a ps polarization conversion element described in Patent Documents 3 and 5.

また、ランプまたはランプに付属する反射鏡からの円形断面をもつ光束を、矩形の液晶パネルに有効に当てるためにオプティカルインテグレータ(optical integrator、以下OpIと略記する)が用いられている。OpIとしては、特許文献4、特許文献5に記載された例が知られる。   An optical integrator (hereinafter abbreviated as OpI) is used to effectively apply a light beam having a circular cross section from a lamp or a reflecting mirror attached to the lamp to a rectangular liquid crystal panel. Examples of OpI include those described in Patent Document 4 and Patent Document 5.

本実施例は、H型伝搬を示す周期構造体を用い、簡単かつ小型な構成で光強度の均一化と偏波変換を行うと共に、その出力光が1方向に集中する偏光補償型OpI(以下、「PC-OpI」と略記する)である。   In this embodiment, a periodic structure showing H-type propagation is used, the light intensity is made uniform and polarization-converted with a simple and small configuration, and the polarization-compensated OpI (hereinafter referred to as the output light is concentrated in one direction). Abbreviated as “PC-OpI”).

図29はPC-OpIの側面図及びPC-OpI内部での光の伝搬を示す図である。図29に示すPC-OpIは、レンズ付き光ファイバ2901、ミラー2902、1/4波長板2903、HBS群2904〜2907、PhC反射型偏光分離素子2908、遮光板2909を有する。符号2910はレンズ付き光ファイバ2901から出力される平行ビームを表す。レンズ付き光ファイバ2901からのビームの進行方向に対して直列に配置されたHBS群2904〜2907、2次元PhCによる反射型偏光分離素子2908、ミラー2902は平行ビーム2910に対して3度傾けて配置してあり、HBS2904とミラー2902の間隔は20mmである。   FIG. 29 is a side view of PC-OpI and a diagram showing light propagation inside PC-OpI. The PC-OpI shown in FIG. 29 includes an optical fiber 2901 with a lens, a mirror 2902, a quarter wavelength plate 2903, HBS groups 2904 to 2907, a PhC reflection type polarization separation element 2908, and a light shielding plate 2909. Reference numeral 2910 represents a parallel beam output from the optical fiber 2901 with a lens. The HBS groups 2904 to 2907 arranged in series with respect to the traveling direction of the beam from the optical fiber 2901 with a lens, the reflection type polarization separation element 2908 by the two-dimensional PhC, and the mirror 2902 are inclined with respect to the parallel beam 2910 by 3 degrees. The distance between the HBS 2904 and the mirror 2902 is 20 mm.

図29を用いて動作を説明する。まず、レンズ付き光ファイバ2901からの出力光2910は、1/4波長板2903を介してHBS2904に入射して、透過側に3本のビームに分岐されて出力される。HBS2904の透過側に出力した3本のビームは次のHBS2905に入射してビームが透過側に9本に分岐されて出力される。このように後段のHBSになるに従って透過側に出力されるビームの数は増加する。   The operation will be described with reference to FIG. First, the output light 2910 from the optical fiber 2901 with a lens is incident on the HBS 2904 via the quarter-wave plate 2903, branched into three beams on the transmission side, and output. The three beams output to the transmission side of the HBS 2904 are incident on the next HBS 2905, and the beams are branched into nine on the transmission side and output. As described above, the number of beams output to the transmission side increases as the HBS at the subsequent stage increases.

さらに、レンズ付き光ファイバ2901からの出力光2910は、1/4波長板2903を介してHBS2904に入射して、反射側に3本のビームに分岐されて出力される。HBS2904の反射側に出力した3本のビームは1/4波長板2903を透過してミラーで反射し、再び1/4波長板を透過して再度HBS2904に入射する。再度HBS2904に入射してビームが透過側に9本に分岐されて出力される。ただしビームの位置が重なるものがあるため、実際のビームの数は5本となる。また再度HBS2904に入射してビームが透過側に9本に分岐されて出力される位置は、レンズ付き光ファイバ2901からの出力光2910が1/4波長板2903を介してHBS2904に入射して、透過側に3本のビームに分岐されて出力される位置とは異なる。なお記載されないが、再度HBS2904に入射したビームは、反射側に9本(ビームの重なりによって実際は5本)に分岐されて出力する。   Further, the output light 2910 from the optical fiber 2901 with a lens enters the HBS 2904 via the quarter-wave plate 2903, and is branched into three beams on the reflection side and output. The three beams output to the reflection side of the HBS 2904 are transmitted through the quarter-wave plate 2903, reflected by the mirror, transmitted through the quarter-wave plate again, and incident on the HBS 2904 again. The light is incident on the HBS 2904 again, and the beam is split into nine beams on the transmission side and output. However, since there are some overlapping beam positions, the actual number of beams is five. Further, the position where the light is incident again on the HBS 2904 and the beam is branched into nine on the transmission side and outputted is output light 2910 from the optical fiber 2901 with a lens incident on the HBS 2904 via the quarter-wave plate 2903, The position is different from the position where the light is branched into three beams on the transmission side. Although not described, the beam incident on the HBS 2904 again is divided into nine beams on the reflection side (actually, five beams are overlapped) and output.

このようにHBS間や反射型偏光分離素子2908、ミラー2902で透過、多重反射を繰り返すごとにビームの数は増大する(その様は、例えば、核分裂における連鎖反応に似ている)。   As described above, the number of beams increases each time transmission and multiple reflection are repeated between HBSs, the reflection type polarization separation element 2908, and the mirror 2902 (such as, for example, a chain reaction in fission).

HBS間、反射型偏光分離素子2908−HBS間、HBS−ミラー間などで反射と分岐を繰り返したビームが多数存在するため、反射型偏光分離素子2908を透過した光は多くのビームが重なった強度分布が均一化された直線偏光となる。   Since there are many beams that are repeatedly reflected and branched between the HBS, between the reflective polarization separation element 2908 and the HBS, between the HBS and the mirror, etc., the intensity at which the light transmitted through the reflective polarization separation element 2908 is overlapped by many beams It becomes linearly polarized light with a uniform distribution.

また、ミラー2902、HBS2904〜2907、反射型偏光分離素子2908を平行に配置し、入射光が平行ビームであるので、反射型偏光分離素子2908を透過する光はいわゆるテレセントリックな光となる。さらにレンズ付き光ファイバを多数設置すればさらに大面積でほぼ均一な光が得られる。また遮光板2909によって反射型偏光分離素子2908を透過した光の外周部の均一性が低い光を遮断することができる。   Further, since the mirror 2902, the HBSs 2904 to 2907, and the reflective polarization separation element 2908 are arranged in parallel and the incident light is a parallel beam, the light transmitted through the reflective polarization separation element 2908 is so-called telecentric light. Furthermore, if a large number of optical fibers with lenses are installed, a substantially uniform light can be obtained with a larger area. Further, light with low uniformity at the outer peripheral portion of the light transmitted through the reflective polarization separation element 2908 can be blocked by the light shielding plate 2909.

HBS群について説明する。HBS群中の「2D-横崩しACPC」は、Z軸の回りで各々45度異なる光分岐方向を有し、各々2mmのビーム分離機能を有する。また、「2D-横崩しACPC」の周辺には面内伝搬を遮断する1次元平面多層膜が配置される。ただし、面内伝搬をより効率的に遮断するには1次元平面多層膜に代えて、製造コストの上昇を伴うが3次元周期構造体または金属膜を用いることが有効である。また、やはり製造コストの上昇を伴うが、HBSの数が多いほど図29における出力光の均一性が向上する。   The HBS group will be described. “2D-collapsing ACPC” in the HBS group has light branching directions that differ by 45 degrees around the Z axis, and each has a beam separation function of 2 mm. In addition, a one-dimensional planar multilayer film that blocks in-plane propagation is arranged around “2D-collapse ACPC”. However, in order to cut off the in-plane propagation more efficiently, it is effective to use a three-dimensional periodic structure or a metal film in place of the one-dimensional planar multilayer film with an increase in manufacturing cost. Although the manufacturing cost also increases, the uniformity of the output light in FIG. 29 improves as the number of HBS increases.

他の部品について説明する。レンズ付き光ファイバ2901は緑色のレーザー光源と接続されており、出力ビームのビーム径は1mmである。反射型偏光分離素子2908は最終的な出力光を所定の方位を有する直線偏光に選択する作用を持ち、偏光分離素子に対する入射光に含まれる出力光の偏光方向と直交する偏光成分は反射され、再度HBSに入射させる。反射型偏光分離素子として2次元PhCを用いるのは、透過率および反射率を任意に設定できるためであり、透過偏光方向についての透過率を40%程度(好ましくは20%以上60%以下、より好ましくは30%以上50%以下である)とすることで、より光強度分布を均一化できる。   Other parts will be described. The optical fiber 2901 with a lens is connected to a green laser light source, and the beam diameter of the output beam is 1 mm. The reflective polarization separation element 2908 has an action of selecting the final output light as linearly polarized light having a predetermined direction, and the polarization component orthogonal to the polarization direction of the output light included in the incident light with respect to the polarization separation element is reflected, Re-enter the HBS. The reason why the two-dimensional PhC is used as the reflective polarization separation element is that the transmittance and the reflectance can be arbitrarily set, and the transmittance in the transmitted polarization direction is about 40% (preferably 20% or more and 60% or less, more Preferably, the light intensity distribution can be made more uniform.

ミラー2902は誘電体多層膜からなり、レンズ付き光ファイバ2901からの光入射位置のみ多層膜が取り除かれており、光分岐機能を有する周期構造体の戻り光を反射させる効果を持つ。ミラーは透明ガラス板上にアルミニウム膜を付着させたものも使用可能であるが、平板ミラーであり、光吸収がないことから誘電体多層膜の方が適している。1/4波長板2903は偏波状態を変化させる機能を持ち、反射型偏光分離素子2908で反射された光が1/4波長板2903を透過し、ミラー2902で反射して再度1/4波長板2903を透過した光は、高い割合で反射型偏光分離素子2908を透過する。   The mirror 2902 is made of a dielectric multilayer film, and the multilayer film is removed only at the light incident position from the optical fiber 2901 with a lens, and has an effect of reflecting the return light of the periodic structure having an optical branching function. A mirror having an aluminum film adhered on a transparent glass plate can be used. However, since the mirror is a flat plate mirror and does not absorb light, a dielectric multilayer film is more suitable. The quarter-wave plate 2903 has a function of changing the polarization state. The light reflected by the reflective polarization separation element 2908 is transmitted through the quarter-wave plate 2903, reflected by the mirror 2902, and again the quarter wavelength. Light that has passed through the plate 2903 passes through the reflective polarization separation element 2908 at a high rate.

本実施例の効果について説明する。図29に示す構成を用いれば、ビームの分岐と反射を繰り返すことで強度分布が均一化され、かつ出力光は直線偏波となる。さらに平行ビームと全て平行に配置された反射素子と入射光を平行に伝搬する複数のビームに分岐する光分岐機能を有する周期構造体を用いるため、出力光は同一方向に伝搬する多数の平行ビームの集合となり、光が伝搬した後の遠方でも強度分布は保持される。一般にLD光源は干渉性が高く照明として用いた場合スペックルが生じるが、図29に示すPC-OpIから出力される光は、通過した光路が異なる多数のビームの集合であり、干渉性は緩和されている。   The effect of the present embodiment will be described. If the configuration shown in FIG. 29 is used, the intensity distribution is made uniform by repeating the branching and reflection of the beam, and the output light is linearly polarized. Further, since the reflecting element arranged in parallel with the parallel beam and the periodic structure having a light branching function for branching the incident light into a plurality of beams propagating in parallel, the output light has many parallel beams that propagate in the same direction The intensity distribution is maintained even in the distance after the light propagates. In general, LD light sources have high coherence and speckles occur when used as illumination. However, the light output from PC-OpI shown in Fig. 29 is a set of many beams with different optical paths, and the coherence is reduced. Has been.

なお、ミラー2902と反射型偏光分離素子2908の間に1/2波長板、複屈折結晶ウォークオフ偏光分離素子、デポラライザ等偏光素子を挿入してもかまわない。また光源としてレーザーダイオード(LD)、LEDを用いることも有効である。   Note that a polarizing element such as a half-wave plate, a birefringent crystal walk-off polarization separating element, or a depolarizer may be inserted between the mirror 2902 and the reflective polarization separating element 2908. It is also effective to use a laser diode (LD) or LED as the light source.

本発明の実施例4に係る光吸収体および光電変換装置について、図面を用いて詳細に説明する。本実施例は、H型伝搬を利用した光吸収体および光電変換装置である。   A light absorber and a photoelectric conversion device according to Example 4 of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present embodiment is a light absorber and photoelectric conversion device using H-type propagation.

一般的な光電変換装置は半導体の光起電力効果(半導体が光を吸収するときに電子と正孔に分離される)の利用をその基本動作原理とする(非特許文献7を参照)。   A general photoelectric conversion device has a basic operation principle of utilizing a photovoltaic effect of a semiconductor (separated into electrons and holes when the semiconductor absorbs light) (see Non-Patent Document 7).

半導体を用いた光電変換装置は、一般的に半導体接合を用いてキャリアを取り出す。半導体の光吸収過程は、帯間吸収、帯・局在準位間吸収、局在準位間吸収、帯内吸収に大別され、帯間吸収、帯・局在準位間吸収では自由キャリアが発生する。局在準位間吸収、帯内吸収は自由キャリア生成には関与せず、吸収されたフォトンのエネルギーは熱エネルギーに変換される。   A photoelectric conversion device using a semiconductor generally takes out carriers using a semiconductor junction. The light absorption process of semiconductors is broadly divided into interband absorption, band-localized level absorption, localized level-level absorption, and intraband absorption. In interband absorption and band-localized level absorption, free carriers Will occur. Localized interlevel absorption and in-band absorption are not involved in free carrier generation, and absorbed photon energy is converted to thermal energy.

光電変換装置のエネルギー変換には損失が存在する。この損失は、上述する自由キャリア生成部にフォトンが100%到達しないことによる第1の損失と、自由キャリア生成部がフォトンを100%吸収できないことによる第2の損失、自由キャリア生成部が吸収したフォトンが100%電気エネルギーに変換されないことによる第3の損失、及び電気的な第4の損失に分けられる。   There is a loss in the energy conversion of the photoelectric conversion device. This loss is absorbed by the free carrier generator, the first loss due to the fact that 100% of the photons do not reach the free carrier generator, and the second loss due to the fact that the free carrier generator cannot absorb 100% of the photons. It is divided into a third loss due to the fact that photons are not converted to 100% electric energy, and an electric fourth loss.

光電変換装置特に太陽電池などで用いられる光吸収体(層)において、光の吸収効率を向上させるためには厚い光吸収層が必要であるが、逆に厚い光吸収層を用いた場合、電子と正孔の再結合が生じ電気エネルギーへの変換効率が低くなるジレンマがあった。   In light absorbers (layers) used in photoelectric conversion devices, particularly solar cells, a thick light absorption layer is necessary to improve the light absorption efficiency. Conversely, when a thick light absorption layer is used, There was a dilemma in which the recombination of holes and holes resulted in low conversion efficiency to electrical energy.

一方、H型伝搬(A)及び(B)のように薄膜光学素子中の任意の位置に対して、面に垂直または任意の角度範囲で平面波を入射した場合に、光学素子の面内に光を伝搬させることが可能であるので、単体では光吸収率の小さな光吸収体(膜)をもって大きな光吸収が可能になり、ジレンマを解消できる。その際に用いる周期構造体の構成媒質は、半導体、透明導電体、または電解液などの流体が含まれることが必要である。   On the other hand, when a plane wave is incident on an arbitrary position in the thin film optical element as in the H-type propagation (A) and (B), the plane wave is incident on the surface or in an arbitrary angle range, light is incident on the surface of the optical element. Can propagate a large amount of light with a light absorber (film) having a small light absorption rate, and the dilemma can be eliminated. The constituent medium of the periodic structure used in that case needs to contain fluids, such as a semiconductor, a transparent conductor, or electrolyte solution.

以上を踏まえて、実施例4に係る光電変換装置について、図面を用いて詳細に説明する。図30はアモルファスSiC(以下「a-SiC」)と薄膜多結晶シリコン(以下「μc-Si」)からなる「2D-横崩しACPC」をベースにした光電変換装置の側面模式図である。図30に示すように、光電変換装置は、ガラス基板とガラス基板上にSiO2のバリア層(以上、図示せず)、ミラーを兼ねる裏面電極3001、ITOによる透明導電膜(TCO)3002、「2D-横崩しACPC」3003、透明導電膜3004、電極3005および3006、SiO2層3007を有する。基本構造としてはp-i-n/p-i-n/・・・/p-i-nの2端子接続スタック型である。Based on the above, the photoelectric conversion device according to Example 4 will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 30 is a schematic side view of a photoelectric conversion device based on “2D-collapsed ACPC” made of amorphous SiC (hereinafter “a-SiC”) and thin film polycrystalline silicon (hereinafter “μc-Si”). As shown in FIG. 30, the photoelectric conversion device includes a glass substrate and a SiO 2 barrier layer (not shown) on the glass substrate, a back electrode 3001 that also serves as a mirror, a transparent conductive film (TCO) 3002 made of ITO, 2D-collapsed ACPC "3003, transparent conductive film 3004, electrodes 3005 and 3006, and SiO 2 layer 3007. The basic structure is a pin / pin /... / Pin two-terminal connection stack type.

本実施例の特徴は主に以下の3点である。
(1)Z方向に導電性を持ち、かつH型伝搬(A)、(B)及び(C)を示すPhC「2D-横崩しACPC」を用いる。
(2)外部から入射した光が、H型伝搬(A)、(B)及び(C)によりPhC内部に閉じこめられつつ伝搬し、吸収されることによって、バルクの材料に比べ光吸収効率を増大させる。
(3)上記により電子のバンド構造に由来する光の吸収率を、フォトンのバンド構造と光の伝搬方向を制御することで補う。
The features of this embodiment are mainly the following three points.
(1) Use PhC “2D-collapse ACPC” which has conductivity in the Z direction and shows H-type propagation (A), (B) and (C).
(2) Light incident from outside propagates while being confined inside PhC by H-type propagation (A), (B) and (C), and is absorbed, thereby increasing light absorption efficiency compared to bulk materials. Let
(3) By the above, the light absorptance derived from the electron band structure is compensated by controlling the photon band structure and the light propagation direction.

具体的には面に垂直に入射(−Z方向に入射)した光を面内X方向で伝搬させることによりフォトンを効率的に吸収させ、±Z方向にキャリアを取り出す。これにより、より薄い光吸収層で十分な光吸収を可能にして、電子と正孔の再結合損失を抑制する。また吸収端より長波長のフォトンのエネルギー利用を可能にする(帯・局在準位間吸収によって生じる自由キャリアの取り出しを可能にする)。   Specifically, the light incident perpendicularly to the surface (incident in the −Z direction) is propagated in the in-plane X direction to efficiently absorb photons and take out carriers in the ± Z directions. Thereby, a thinner light absorption layer enables sufficient light absorption and suppresses recombination loss of electrons and holes. In addition, the energy of photons having a wavelength longer than the absorption edge can be used (free carriers generated by band-localization absorption can be extracted).

図31は図30に示す「2D-横崩しACPC」3003のPrCおよびBASを表す。図31(a)はPrCであり、X方向と平行な一つめのPTV3101の長さは350nm、二つめのPTV3102の長さは161nmでXY平面に対して86度の角度をもち、かつZX平面に対して平行であり、三つめのPTVはY方向については一様であり、長さは一意に定義できない(任意)。符号3103〜3106は格子点である。図31(b)はBASであり、一つめのPTV3101と二つめのPTV3102を含む面(ここではZX平面と平行である)と平行で、かつ三つめのPTVの中点を含む面による断面図である。   FIG. 31 shows PrC and BAS of “2D-collapse ACPC” 3003 shown in FIG. FIG. 31 (a) shows PrC, the length of the first PTV 3101 parallel to the X direction is 350 nm, the length of the second PTV 3102 is 161 nm, has an angle of 86 degrees with respect to the XY plane, and the ZX plane. The third PTV is uniform in the Y direction, and the length cannot be uniquely defined (arbitrary). Reference numerals 3103 to 3106 denote lattice points. FIG. 31 (b) is a BAS, and is a cross-sectional view of a plane parallel to the plane including the first PTV 3101 and the second PTV 3102 (here, parallel to the ZX plane) and including the midpoint of the third PTV. It is.

図31(b)のBASは、i型のμc-Siが占める領域3107及び3108、n型μc-Siが占める領域3109、p型a-SiCが占める領域3110、3111及び3112からなる。領域3107と領域3108は周期構造体としては連続する。領域3110、3111及び3112についても同様である。また屈折率分布としては領域3107、3108と領域3109は一体と見なせる。i型のμc-Si層の厚さは約100nm、n型μc-Si層の厚さは約10nm、p型a-SiC層の厚さは約50nmである。   The BAS in FIG. 31 (b) includes regions 3107 and 3108 occupied by i-type μc-Si, a region 3109 occupied by n-type μc-Si, and regions 3110, 3111 and 3112 occupied by p-type a-SiC. The region 3107 and the region 3108 are continuous as a periodic structure. The same applies to the regions 3110, 3111 and 3112. In terms of the refractive index distribution, the regions 3107 and 3108 and the region 3109 can be regarded as one body. The i-type μc-Si layer has a thickness of about 100 nm, the n-type μc-Si layer has a thickness of about 10 nm, and the p-type a-SiC layer has a thickness of about 50 nm.

次に用いた媒質について説明する。「a-SiC」は、p型半導体でEg≒2.0〜2.1eVかつn≒2.1(吸収端より長波長において)である。一方μc-Siは、Eg≒1.1eVかつn≒3.4(吸収端より長波長において)である。「μc-Si」層はノンドープの層とn型半導体の層に分かれているが、屈折率に関しては同等であり、PhCとしてフォトンに対する振る舞いを検討する場合は一体と見なせる。   Next, the medium used will be described. “A-SiC” is a p-type semiconductor with Eg≈2.0 to 2.1 eV and n≈2.1 (at a wavelength longer than the absorption edge). On the other hand, μc-Si is Eg≈1.1 eV and n≈3.4 (at a wavelength longer than the absorption edge). Although the “μc-Si” layer is divided into a non-doped layer and an n-type semiconductor layer, the refractive index is the same, and it can be regarded as one when considering the behavior with respect to photons as PhC.

本実施例ではPhCにおける高屈折率媒質としてμc-Siを用いたが、n≒3程度の媒質であれば代替えできる。例えばまたμc-Siに変えてa-Si:Hを用いることも有効である。「a-Si:H」は、μc-Siに比べ、可視領域での光吸収率が高いが、電気的な特性(キャリア輸送特性)で劣り、少数キャリア拡散長は100nm以下とされる(非特許文献7を参照)。しかしながら、PhCによるa-Si:Hを用いた可視光から2000nm程度の光吸収体のPrCとBASではa-Si:H層の厚さは100nm以下でよいので、PhCによる光電変換装置においては、a-Si:Hの問題点を抑制しつつ、利点(吸収端より長波長側でのすそ吸収が大きい、バンドギャップエネルギーが大きい、等)を利用できる。なお透明波長帯でn≧3を満たす材料としては、Si、Ge、SiGe、ガリウム砒素、アルミニウムガリウム砒素化合物などの半導体があげられる。   In this embodiment, μc-Si is used as the high refractive index medium in PhC. However, any medium having n≈3 can be substituted. For example, it is also effective to use a-Si: H instead of μc-Si. “A-Si: H” has higher light absorption in the visible region than μc-Si, but is inferior in electrical characteristics (carrier transport characteristics), and the minority carrier diffusion length is 100 nm or less (non- (See Patent Document 7). However, the thickness of the a-Si: H layer may be 100 nm or less in PrC and BAS of light absorbers of about 2000 nm from visible light using a-Si: H by PhC. While suppressing the problems of a-Si: H, it is possible to use the advantages (large bottom absorption on the longer wavelength side than the absorption edge, large band gap energy, etc.). Examples of the material satisfying n ≧ 3 in the transparent wavelength band include semiconductors such as Si, Ge, SiGe, gallium arsenide, and aluminum gallium arsenide compounds.

本実施例における理想的な光吸収層(i層)の材料を述べると、以下の5点が挙げられる
(1)電子のバンドギャップエネルギーが大きい。
(2)吸収係数が吸収端より長波長側になるに従い、急激に減少せずなだらかに減少する(すそ吸収が大きい。帯・局在準位間吸収がある)。
(3)屈折率が大きい(n≧3である。)
(4)抵抗率が小さい。
(5)p型透明導電膜との間に電気的な接合が可能である。
The material of the ideal light absorption layer (i layer) in this embodiment is described as follows. (1) The band gap energy of electrons is large.
(2) As the absorption coefficient becomes longer than the absorption edge, the absorption coefficient does not decrease suddenly but decreases gently (the bottom absorption is large. There is absorption between bands and localized levels).
(3) The refractive index is large (n ≧ 3).
(4) The resistivity is small.
(5) Electrical junction is possible with the p-type transparent conductive film.

次に窓層(フォトンを吸収せず、かつ電気伝導性を有する層)について説明する。「a-SiC」は広バンドギャップの半導体であり、太陽光スペクトル領域での光吸収が小さく太陽光に対する光電変換装置での窓層としての利用に適するが、a-SiCに替えてa-SiOを用いることも可能である(非特許文献7を参照)。   Next, a window layer (a layer that does not absorb photons and has electrical conductivity) will be described. “A-SiC” is a wide-bandgap semiconductor that has low light absorption in the solar spectrum region and is suitable for use as a window layer in photoelectric conversion devices for sunlight. Can also be used (see Non-Patent Document 7).

次に本実施例の全体の構成について述べる。まず平板の厚さ5mmの白板ガラス上に、SiO2のバリアー層を成膜し、その上に金属電極を形成する。さらにその上にITOをスパッタリングで500nm程度積層する。次いで前記ITO層に感光レジストとマスク露光を用いたパターニングを行いエッチングによりピラミッド型の凸凹を形成する。その後、バイアススパッタリングでITOによる三角形状の整形層を積層する。ついで以下の工程(1)〜(3)を11周期またはそれ以上繰り返す。Next, the overall configuration of the present embodiment will be described. First, a SiO 2 barrier layer is formed on a white plate glass having a thickness of 5 mm, and a metal electrode is formed thereon. Further, ITO is laminated thereon by sputtering to about 500 nm. Next, the ITO layer is patterned using a photosensitive resist and mask exposure, and pyramidal irregularities are formed by etching. Thereafter, a triangular shaped layer made of ITO is laminated by bias sputtering. Next, the following steps (1) to (3) are repeated for 11 cycles or more.

(1)スパッタデポジションでa-Siを10nm積層し、エキシマーレーザーでアニーリングを行い多結晶化し、その後イオン注入とランプアニールによる不純物ドーピングを行うことでn型μc-Siを形成する。なおn層への不純物ドーピングはrfスパッタリングによる成膜時にアルゴン、水素、PH混合ガスを用いることで行うことやターゲットに当該不純物を添加したものを用いることも可能である(1) A-Si is deposited to a thickness of 10 nm by sputtering deposition, annealed with an excimer laser to be polycrystallized, and then impurity doping by ion implantation and lamp annealing is performed to form n-type μc-Si. The impurity doping to the n layer can be performed by using an argon, hydrogen, or PH 3 mixed gas at the time of film formation by rf sputtering, or a target to which the impurity is added can be used.

(2)スパッタデポジションでa-Siを100nm積層し、エキシマーレーザーでアニーリングを行い多結晶化する。 (2) A-Si is deposited to a thickness of 100 nm by sputtering deposition and annealed with an excimer laser to be polycrystallized.

(3)a-SiCを上述する自己クローニング法に従い成膜する。「a-SiC」は、SiC焼結体ターゲットをアルゴン、C2H2でrfバイアススパッタリングすることで成膜する。他の方法としては、Siターゲットをアルゴン、C2H2でrfスパッタリングすることでも得られる(反応性スパッタリング)。なお、SiCにはアルミニウムを不純物としてドープしてありp型半導体とする。(3) a-SiC is formed in accordance with the self-cloning method described above. “A-SiC” is formed by rf bias sputtering of a SiC sintered compact target with argon and C 2 H 2 . As another method, the Si target can also be obtained by rf sputtering with argon and C 2 H 2 (reactive sputtering). SiC is doped with aluminum as an impurity to form a p-type semiconductor.

最後に、凸凹を埋める条件(バイアス量を多くする)で、ITO層をバイアススパッタリングにて成膜する。このITO層の上に櫛形金属電極を形成することにより、図30に示す構造は完成する。さらに反射防止層としてSiO2膜を任意の製膜方法で形成することも有効である。本実施例では、rfスパッタリングによって「2D-横崩しACPC」層が形成されるが、ほかにもECRスパッタ、CVD法とエッチングの組み合わせによっても実現可能である。Finally, an ITO layer is formed by bias sputtering under conditions for filling the unevenness (increasing the bias amount). The structure shown in FIG. 30 is completed by forming a comb-shaped metal electrode on the ITO layer. Furthermore, it is also effective to form an SiO 2 film as an antireflection layer by an arbitrary film forming method. In this embodiment, a “2D-collapsed ACPC” layer is formed by rf sputtering, but can also be realized by a combination of ECR sputtering, CVD method and etching.

本実施例ではp層側から光を入射しているが、これは正孔の輸送特性が電子の輸送特性に劣り、p層側から光を入射する方が有利であるためである(非特許文献7を参照)。また、本実施例におけるμc-Si層の1層は100nmで通常のμc-Siを用いた薄膜多層膜太陽電池の膜厚(100μm以上)に比べ薄いが、光がμc-Siの表面付近で特に強く吸収され電子正孔対を生成すること、電子正孔対を分離し接合部に移動させることから、光吸収は接合に近い部分で行われることが望ましく、本実施例のようにμc-Si層の1層が薄いことは高効率化にとって有利である。また、本実施例では「2D-横崩しACPC」としたが、「3D-横崩しACPC」をもちいれば、より広い波長帯域で高効率な光吸収が可能になる。   In this embodiment, light is incident from the p layer side because the hole transport property is inferior to the electron transport property, and it is more advantageous to enter light from the p layer side (non-patent document). Reference 7). In addition, one μc-Si layer in this example is 100 nm, which is thinner than the thickness (100 μm or more) of a thin-film multilayer solar cell using ordinary μc-Si, but the light is near the surface of the μc-Si. It is particularly strongly absorbed to generate electron-hole pairs, and the electron-hole pairs are separated and moved to the junction. Therefore, it is desirable that light absorption be performed in a portion close to the junction. A thin Si layer is advantageous for high efficiency. In this embodiment, “2D-collapsed ACPC” is used, but if “3D-collapsed ACPC” is used, light can be efficiently absorbed in a wider wavelength band.

次に、PhC部のPrCとBASについて補足する。図30の光電変換装置中のPhC部について、nの分布がほぼ同一で電気的に異なる構成が可能になる。高屈折率部がp型a-Si:H、i型a-Si:H、n型a-Si:Hによる多層膜で、低屈折率部がSnO2のPrCとBASであっても、フォトニックバンド構造はほぼ同一になり、電気的な接続もなされるので図30と同様に優れた光電変換装置を実現できる。Next, it supplements about PrC and BAS of a PhC part. The PhC portion in the photoelectric conversion device of FIG. 30 can have a configuration in which the distribution of n is substantially the same and electrically different. Even if the high refractive index portion is a multilayer film of p-type a-Si: H, i-type a-Si: H, and n-type a-Si: H, and the low refractive index portion is SnO 2 PrC and BAS, Since the nick band structures are almost the same and are electrically connected, an excellent photoelectric conversion device as in FIG. 30 can be realized.

また、ITOに代えてSnO2やZnOを用いることも有効である。It is also effective to use SnO 2 or ZnO instead of ITO.

さらに本実施例では1種類のPrCとBASによる周期構造体を用いたが、解決の手段において述べたように、異なるPrCとBASによる周期構造体をZ方向に複数接続すること等で、より広い波長で入射光を薄膜面内に伝搬させ効率的に光電変換することも可能である。異なるPrCとBASとしては、基本格子ベクトルの長さが異なるものは膜厚を変えることで、基本格子ベクトルの方向が異なるものは堆積粒子又はエッチング粒子の入射方向を変えることで実現可能である。また、屈折率分布の異なるBASとしては、堆積粒子やドーパントを変えることで実現可能である。特にi層の堆積粒子を変えることが有効で、従来の太陽電池におけるスタック型に相当する効果が得られる。   Furthermore, in this example, one kind of periodic structure composed of PrC and BAS was used. However, as described in the means for solving, a plurality of periodic structures composed of different PrC and BAS are connected in the Z direction. It is also possible to efficiently carry out photoelectric conversion by propagating incident light in the thin film plane at a wavelength. Different PrC and BAS can be realized by changing the film thickness for those having different basic lattice vector lengths, and changing the incident direction of the deposited particles or etching particles for those having different basic lattice vector directions. Further, BAS having a different refractive index distribution can be realized by changing deposited particles and dopants. In particular, it is effective to change the deposited particles of the i layer, and an effect equivalent to the stack type in the conventional solar cell can be obtained.

電極による光の遮蔽を最小限に抑えるため、外部にプリズマティックカバー(非特許文献7を参照)を加えることが有効である。プリズマティックカバーの屈折率が小さければ周期構造体3003からプリズマティックカバーに漏れる光は十分小さい。   In order to minimize light shielding by the electrodes, it is effective to add a prismatic cover (see Non-Patent Document 7) outside. If the refractive index of the prismatic cover is small, light leaking from the periodic structure 3003 to the prismatic cover is sufficiently small.

本発明の実施例16に係る一部に流体を用いた周期構造体について、図面を用いて詳細に説明する。本実施例はAC-PhC以外の第1から第10の発明に該当する周期構造体である。   A periodic structure using a fluid in part according to Example 16 of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present embodiment is a periodic structure corresponding to the first to tenth inventions other than AC-PhC.

図32はTiO2、SnO2、ヨウ素溶液を用いて作製した3次元PhCの断面図である。符号3201はTiO2、符号3202はSnO2、符号3203はヨウ素溶液、符号3204は基板をそれぞれ表す。周期構造体のPTVはX方向、Y方向およびXY平面に対して86度傾いた方向にある。FIG. 32 is a cross-sectional view of a three-dimensional PhC produced using TiO 2 , SnO 2 , and iodine solution. Reference numeral 3201 represents TiO 2 , reference numeral 3202 represents SnO 2 , reference numeral 3203 represents an iodine solution, and reference numeral 3204 represents a substrate. The PTV of the periodic structure is in a direction inclined by 86 degrees with respect to the X direction, the Y direction, and the XY plane.

本実施例の特徴は、媒質の1つとして流体を用いており、流体が外部と交換可能であることである。液体を用いた光デバイスとしては湿式太陽電池などの例があるが、液体として電解液、特にヨウ素溶液を用い、外部に電極を接続すれば、図32に示す周期構造体も湿色太陽電池として動作する。製造方法としては、SnO2とTiO2の多層膜を形成した後に、流体を注入できる穴をあけるか又は溝を形成する(特許文献6を参照)。The feature of this embodiment is that a fluid is used as one of the media, and the fluid can be exchanged with the outside. Examples of liquid optical devices include wet solar cells, etc., but using an electrolyte, especially iodine solution as the liquid, and connecting electrodes externally, the periodic structure shown in FIG. 32 is also used as a wet color solar cell. Operate. As a manufacturing method, after forming a multilayer film of SnO 2 and TiO 2, a hole into which a fluid can be injected or a groove is formed (see Patent Document 6).

本実施形態のように媒質の1つが流体である場合、伝搬特性を可変にできることや化学的反応を周期構造体内部で生じさせることができる利点がある。
次に、光の伝搬について説明する。本実施形態においても、Z方向から入射した光は周期構造体内でX方向に伝搬する。X方向への伝搬は光を周期構造体内に閉じこめることに等しく、変換効率の高い湿式太陽電池となる。
When one of the media is a fluid as in this embodiment, there are advantages that the propagation characteristics can be made variable and that a chemical reaction can be generated inside the periodic structure.
Next, light propagation will be described. Also in this embodiment, light incident from the Z direction propagates in the X direction within the periodic structure. Propagation in the X direction is equivalent to confining light within the periodic structure, resulting in a wet solar cell with high conversion efficiency.

本発明は、例えば光分岐、分光、光記録といった光学操作などの分野において好適に用いることができる。   The present invention can be suitably used in the field of optical operations such as optical branching, spectroscopy, and optical recording.

Claims (25)

屈折率が1.2より大きい2種以上の媒質からなる周期構造体であって、含まれる媒質間の屈折率の比が1:1.2より大きくなる組合せがあり、基本単位格子を構成する第1から第3の基本並進ベクトルのうち、第1及び第2の基本並進ベクトルを含む面と直交する任意の軸を含み、かつ第1の基本並進ベクトルと平行な面および/または第2の基本並進ベクトルと平行な面に対して、単位構造中の誘電率又は屈折率の分布および/または基本単位格子が非鏡映対称であることを特徴とする、屈折率または誘電率が周期的に変化する周期構造体。  There is a periodic structure composed of two or more kinds of media having a refractive index greater than 1.2, and there is a combination in which the ratio of the refractive index between the contained media is greater than 1: 1.2, which constitutes a basic unit cell Of the first to third basic translation vectors, a plane including any axis orthogonal to the plane containing the first and second basic translation vectors and parallel to the first basic translation vector and / or the second Refractive index or dielectric constant periodically, characterized in that the dielectric constant or refractive index distribution in the unit structure and / or the basic unit cell is non-mirror symmetric with respect to a plane parallel to the basic translation vector A changing periodic structure. 屈折率が1.2より大きい2種以上の媒質からなる周期構造体であって、含まれる媒質間の屈折率の比が1:1.2より大きくなる組合せがあり、単位構造中の誘電率又は屈折率の分布および/または基本単位格子が、非回転対称、非反転対称であり、基本単位格子を構成する第1から第3の基本並進ベクトルのうち第1及び第2の基本並進ベクトルを含む面と直交する任意の軸を含みかつ第1の基本並進ベクトルと平行な面および/または第2の基本並進ベクトルと平行な面に対して非鏡映対称であることを特徴とする、屈折率または誘電率が周期的に変化する周期構造体。  There is a combination of two or more types of medium having a refractive index greater than 1.2, wherein the ratio of the refractive index between the contained media is greater than 1: 1.2, and the dielectric constant in the unit structure Alternatively, the refractive index distribution and / or the basic unit cell is non-rotationally symmetric and non-inverted symmetric, and the first and second basic translation vectors among the first to third basic translation vectors constituting the basic unit cell are Refraction characterized by being non-mirror symmetric with respect to a plane containing any axis orthogonal to the containing plane and parallel to the first basic translation vector and / or parallel to the second basic translation vector A periodic structure with periodically changing permittivity or dielectric constant. 屈折率が1.2より大きい2種以上の媒質からなる周期構造体であって、含まれる媒質間の屈折率の比が1:1.2より大きくなる組合せがあり、単位構造中の誘電率又は屈折率の分布および/または基本単位格子が、並進対称性のみ有することを特徴とする、屈折率または誘電率が周期的に変化する周期構造体。  There is a combination of two or more types of medium having a refractive index greater than 1.2, wherein the ratio of the refractive index between the contained media is greater than 1: 1.2, and the dielectric constant in the unit structure Or a periodic structure having a periodically changing refractive index or dielectric constant, wherein the refractive index distribution and / or the basic unit cell has only translational symmetry. 前記第2の基本並進ベクトルはゼロでない任意の長さを取りうることを特徴とする、請求項1から3のいずれかに記載する周期構造体。  4. The periodic structure according to claim 1, wherein the second basic translation vector can take any length that is not zero. 5. 前記第1から第3の基本並進ベクトルのうちいずれか2つの基本並進ベクトルを含む面と残る1つの基本並進ベクトルとがなす角度が60度より大きく90度より小さいことを特徴とする、請求項1から4のいずれかに記載する周期構造体。  The angle formed by a surface including any two basic translation vectors among the first to third basic translation vectors and the remaining one basic translation vector is greater than 60 degrees and less than 90 degrees. The periodic structure described in any one of 1 to 4. 前記周期構造体は薄膜が複数周期積層されてなり、前記薄膜層は周期的な凹凸構造を有し、該凹凸構造における凸部は最上部から最下部までの距離が複数存在する凸部であることを特徴とする、請求項1から5のいずれかに記載する周期構造体。  The periodic structure is formed by laminating a plurality of thin films, the thin film layer has a periodic concavo-convex structure, and the convex portions in the concavo-convex structure are convex portions having a plurality of distances from the top to the bottom. The periodic structure according to claim 1, wherein: 少なくとも1つの基本並進ベクトルの長さが100nmから1000nmであり、前記単位構造に含まれる媒質のうち少なくとも1つが2以上の屈折率をもつことを特徴とする、請求項1から6のいずれかに記載する周期構造体。  The length of at least one basic translation vector is 100 nm to 1000 nm, and at least one of the media included in the unit structure has a refractive index of 2 or more. The periodic structure to be described. 第1及び第2の基本並進ベクトルを含む面と直交する任意の軸を含み、かつ第1の基本並進ベクトルと平行な面および/または第2の基本並進ベクトルと平行な面に対して、電磁場が非鏡映対称の固有モードを呈することを特徴とする、請求項1から7のいずれかに記載する周期構造体。  Electromagnetic field relative to a plane containing any axis orthogonal to the plane containing the first and second basic translation vectors and parallel to the first basic translation vector and / or parallel to the second basic translation vector Exhibits a non-mirror-symmetric eigenmode, 8. The periodic structure according to claim 1, wherein: 電磁場が、第1及び第2の基本並進ベクトルを含む面と直交する任意の軸を含み、かつ第1の基本並進ベクトルと平行な面および/または第2の基本並進ベクトルと平行な面に対して非鏡映対称であり、前記軸に対して非回転対称である、固有モードを呈することを特徴とする、請求項1から7のいずれかに記載する周期構造体。  For an electromagnetic field that includes any axis orthogonal to the plane containing the first and second basic translation vectors and is parallel to the first basic translation vector and / or a plane parallel to the second basic translation vector The periodic structure according to claim 1, wherein the periodic structure is non-mirror-symmetric and exhibits a natural mode that is non-rotational symmetric with respect to the axis. 励振の方位にかかわらず電磁場が、第1及び第2の基本並進ベクトルを含む面と直交する任意の軸を含み、かつ第1の基本並進ベクトルと平行な面および/または第2の基本並進ベクトルと平行な面に対して非鏡映対称であり、前記軸に対して3回以上の回転対称性をもたない、固有モードを呈することを特徴とする、請求項1から7のいずれかに記載する周期構造体。  A plane and / or a second basic translation vector whose electromagnetic field includes any axis perpendicular to the plane containing the first and second basic translation vectors and parallel to the first basic translation vector regardless of the direction of excitation. The present invention exhibits an eigenmode that is non-mirror-symmetric with respect to a plane parallel to the axis and does not have rotational symmetry three or more times with respect to the axis. The periodic structure to be described. 前記第1から第3の基本並進ベクトルのうちいずれか2つの基本並進ベクトルを含む面に所定の角度をもって入射した電磁波のビームを、該面と平行な方向に伝搬させるか、または該面に対して周期構造体と空気との臨界角以上の角度で伝搬させることを特徴とする、請求項1から10のいずれかに記載する周期構造体。  An electromagnetic wave beam incident at a predetermined angle on a surface including any two basic translation vectors among the first to third basic translation vectors is propagated in a direction parallel to the surface, or with respect to the surface The periodic structure according to claim 1, wherein the periodic structure is propagated at an angle greater than a critical angle between the periodic structure and air. 入射ビームを互いに平行に伝搬する複数のビームに分岐させることを特徴とする、請求項1から11のいずれかに記載する周期構造体。  The periodic structure according to claim 1, wherein the incident beam is branched into a plurality of beams propagating in parallel to each other. 請求項11に記載するビームの伝搬方向または請求項12に記載するビームの分岐方向が、前記第1又は第2の基本並進ベクトルの方向または前記第1から第3の基本並進ベクトルのうちいずれか2つの基本並進ベクトルを含む面に残る1つの基本並進ベクトルを投影した方向であることを特徴とする、請求項11または12に記載する周期構造体。  The beam propagation direction according to claim 11 or the beam branching direction according to claim 12 is one of the direction of the first or second basic translation vector or the first to third basic translation vectors. The periodic structure according to claim 11 or 12, wherein the periodic structure is a direction in which one basic translation vector remaining on a surface including two basic translation vectors is projected. 入射ビームの入射角または入射位置または入射ビームの波長を変えることにより、請求項11における面内の逆方向に伝搬する2つビームの強度比、または、請求項12における同一方向に伝搬するビームの強度比または分岐間隔の少なくともいずれか1つが変化することを特徴とする、請求項11から13のいずれかに記載する周期構造体。  By changing the incident angle or incident position of the incident beam or the wavelength of the incident beam, the intensity ratio of the two beams propagating in the opposite directions in the plane in claim 11 or the beam propagating in the same direction in claim 12 The periodic structure according to claim 11, wherein at least one of the intensity ratio and the branch interval changes. 請求項1から7のいずれかに記載する周期構造体と比べて基本単位格子の断面積又は体積が同一であり、おのおのに含まれる1つの基本並進ベクトルが同一であり、単位構造における媒質の種類、構成比率が同一であり、そして、鏡映対称な基本単位格子および単位構造による周期構造体が有する反対称モードの存在する波長相当のエネルギーの中心値の±30%以内に相当する波長において請求項11から14のいずれかに記載するビームの伝搬形態を呈することを特徴とする、屈折率または誘電率が周期的に変化する周期構造体。  The cross-sectional area or volume of the basic unit cell is the same as that of the periodic structure according to any one of claims 1 to 7, and one basic translation vector included in each is the same, and the type of medium in the unit structure Claimed at a wavelength corresponding to within ± 30% of the center value of energy corresponding to the wavelength of the antisymmetric mode of the periodic unit structure having the same composition ratio and the mirror-symmetric basic unit cell and unit structure Item 15. A periodic structure in which a refractive index or a dielectric constant periodically changes, which exhibits the beam propagation form described in any one of Items 11 to 14. 前記周期構造体の単位構造内の媒質にpn接合またはpin接合が存在することを特徴とする、請求項1から15のいずれかに記載する周期構造体。  The periodic structure according to claim 1, wherein a pn junction or a pin junction exists in a medium in the unit structure of the periodic structure. 前記周期構造体中の媒質は透明導電体材料を含有し、該周期構造体が電気伝導性をもつことを特徴とする、請求項1から16のいずれかに記載する周期構造体。  The periodic structure according to any one of claims 1 to 16, wherein the medium in the periodic structure contains a transparent conductor material, and the periodic structure has electrical conductivity. 前記周期構造体中の媒質は流体と固体とを含有することを特徴とする、請求項1から17のいずれかに記載する周期構造体。  The periodic structure according to claim 1, wherein the medium in the periodic structure contains a fluid and a solid. 前記単位構造中の媒質の一部分に非線形光学材料、発光性物質のいずれかを含有することを特徴とする、請求項1から18のいずれかに記載する周期構造体。  The periodic structure according to any one of claims 1 to 18, wherein a part of the medium in the unit structure contains either a nonlinear optical material or a luminescent substance. 請求項1から19のいずれかに記載する周期構造体と、該周期構造体に接続され該周期構造体と媒質が連続する他の周期構造体とを有し、
前記周期構造体を構成する第1から第3の基本並進ベクトルの和と前記他の周期構造体を構成する第1から第3の基本並進ベクトルの和とが異なることを特徴とする、複合周期構造体。
A periodic structure according to any one of claims 1 to 19, and another periodic structure connected to the periodic structure and having a continuous medium and the periodic structure,
A composite period characterized in that a sum of first to third basic translation vectors constituting the periodic structure is different from a sum of first to third basic translation vectors constituting the other periodic structure. Structure.
請求項1から19のいずれかに記載する周期構造体と該周期構造体に接続された一様媒質とを有することを特徴とする、複合周期構造体。  A composite periodic structure comprising the periodic structure according to claim 1 and a uniform medium connected to the periodic structure. 凹凸形状が1次元的な周期性または2次元的な周期性をもって形成された基板上に、少なくとも異方性デポジションまたは異方性エッチングのいずれか一方を用いて製造する周期構造体の製造方法であって、
堆積粒子またはエッチング粒子の基板に対する入射方向の平均が基板面に対して垂直ではなく、
前記入射方向を前記基板面に投影した方向と、前記周期性の方向とがなす角度が0度から45度の範囲であることを特徴とする、
請求項1から7のいずれかに記載する周期構造体の製造方法。
A method of manufacturing a periodic structure in which at least one of anisotropic deposition and anisotropic etching is used on a substrate on which the concavo-convex shape is formed with one-dimensional periodicity or two-dimensional periodicity. Because
The average incident direction of deposited particles or etched particles to the substrate is not perpendicular to the substrate surface,
The angle formed by the direction in which the incident direction is projected onto the substrate surface and the direction of the periodicity is in the range of 0 degrees to 45 degrees,
The manufacturing method of the periodic structure in any one of Claim 1 to 7.
請求項1から21のいずれかに記載する周期構造体または複合周期構造体と、光源、偏光子、反射型偏光分離素子、ウォークオフ型偏光分離素子、反射手段、位相板、回折格子、散乱体、空間光変調器、電極、感光体及び受光器からなる群から選ばれる少なくとも1つとを有することを特徴とする、デバイス。  A periodic structure or a composite periodic structure according to any one of claims 1 to 21, a light source, a polarizer, a reflective polarization separation element, a walk-off polarization separation element, a reflection means, a phase plate, a diffraction grating, and a scatterer And at least one selected from the group consisting of a spatial light modulator, an electrode, a photoreceptor and a light receiver. 平行ビーム源と、請求項11から14のいずれかに記載する周期構造体と、反射型偏光分離素子とを有し、
前記周期構造体における第1から第3の基本並進ベクトルのうちいずれか2つの基本並進ベクトルを含む平面と前記反射型偏光分離素子とが互いに平行であり、
前記反射型偏光分離素子により、前記平行ビーム源からのビームが前記周期構造体に複数回入射されることを特徴とする、デバイス。
A parallel beam source, the periodic structure according to any one of claims 11 to 14, and a reflective polarization separation element,
A plane including any two basic translation vectors among the first to third basic translation vectors in the periodic structure and the reflective polarization separation element are parallel to each other;
The device according to claim 1, wherein a beam from the parallel beam source is incident on the periodic structure a plurality of times by the reflective polarization separation element.
レーザー光源と、空間光変調器と、レンズと、感光体と、請求項12に記載する周期構造体とを有し、
前記周期構造体によって、前記レーザー光源から入射されたビームを、入射光と同一方向かつ互いに平行に伝搬する複数のビームに分岐させ、
前記空間光変調器によって、前記分岐させた複数のビームのうち少なくとも1つのビームを透過させるかまたは反射させ、
前記レンズにより、前記空間光変調器によって透過または反射させたビームを少なくとも含む複数のビームを前記感光体における同一の箇所に集光することを特徴とする、デバイス。
A laser light source, a spatial light modulator, a lens, a photoconductor, and the periodic structure according to claim 12;
By the periodic structure, the beam incident from the laser light source is branched into a plurality of beams propagating in the same direction and parallel to the incident light,
Transmitting or reflecting at least one of the plurality of branched beams by the spatial light modulator;
A device characterized in that a plurality of beams including at least a beam transmitted or reflected by the spatial light modulator are condensed by the lens at the same location on the photoconductor.
JP2008506175A 2006-03-17 2007-03-16 Periodic structure, method for producing periodic structure, and applied product Expired - Fee Related JP4954975B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008506175A JP4954975B2 (en) 2006-03-17 2007-03-16 Periodic structure, method for producing periodic structure, and applied product

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006073912 2006-03-17
JP2006073912 2006-03-17
JP2008506175A JP4954975B2 (en) 2006-03-17 2007-03-16 Periodic structure, method for producing periodic structure, and applied product
PCT/JP2007/000239 WO2007108212A1 (en) 2006-03-17 2007-03-16 Periodic structure and method for manufacturing periodic structure and application product

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2007108212A1 JPWO2007108212A1 (en) 2009-08-06
JP4954975B2 true JP4954975B2 (en) 2012-06-20

Family

ID=38522248

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008506175A Expired - Fee Related JP4954975B2 (en) 2006-03-17 2007-03-16 Periodic structure, method for producing periodic structure, and applied product

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP4954975B2 (en)
WO (1) WO2007108212A1 (en)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5054355B2 (en) * 2006-11-13 2012-10-24 株式会社カネカ Photoelectric conversion device
JP5084603B2 (en) * 2008-05-13 2012-11-28 日本板硝子株式会社 Polarizer and liquid crystal projector
US8866172B2 (en) 2009-10-22 2014-10-21 Nec Corporation Light emitting element and image display apparatus using the light emitting element
JP5582147B2 (en) * 2009-10-22 2014-09-03 日本電気株式会社 LIGHT EMITTING ELEMENT AND IMAGE DISPLAY DEVICE USING THE LIGHT EMITTING ELEMENT
CN102792456B (en) 2010-01-07 2015-09-09 夏普株式会社 Solar cell, solar panel and possess the device of solar cell
JPWO2011083803A1 (en) * 2010-01-07 2013-05-13 日本電気株式会社 LIGHT EMITTING ELEMENT AND IMAGE DISPLAY DEVICE USING THE LIGHT EMITTING ELEMENT
CN106248224B (en) * 2015-06-09 2020-04-14 松下知识产权经营株式会社 Light detection device and light detection system
JP6646830B2 (en) * 2016-03-30 2020-02-14 パナソニックIpマネジメント株式会社 Photodetector and photodetection system
CN113848605A (en) * 2021-11-16 2021-12-28 电子科技大学 Narrow-band light polarization converter based on dielectric super-surface

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001091701A (en) * 1999-09-25 2001-04-06 Shojiro Kawakami Photonic crystal with modulated grating
JP2002162653A (en) * 2000-11-29 2002-06-07 Minolta Co Ltd Three-dimensional photonic crystal and method of manufacturing for the same as well as optical element
JP2003050325A (en) * 2001-08-06 2003-02-21 Nec Corp Wavelength demultiplexer
JP2004077885A (en) * 2002-08-20 2004-03-11 Fuji Xerox Co Ltd Photonic crystal and its manufacturing method, and functional element
JP2004325903A (en) * 2003-04-25 2004-11-18 Photonic Lattice Inc Wavelength multiplexer/demultiplexer, and its manufacturing method
JP2006064878A (en) * 2004-08-25 2006-03-09 Nec Tokin Corp Optical device and method of controlling light

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002304760A (en) * 2001-04-06 2002-10-18 Nippon Sheet Glass Co Ltd Wavelength multiplex optical recording head
JP2005045162A (en) * 2003-07-25 2005-02-17 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor device and method of manufacturing the same

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001091701A (en) * 1999-09-25 2001-04-06 Shojiro Kawakami Photonic crystal with modulated grating
JP2002162653A (en) * 2000-11-29 2002-06-07 Minolta Co Ltd Three-dimensional photonic crystal and method of manufacturing for the same as well as optical element
JP2003050325A (en) * 2001-08-06 2003-02-21 Nec Corp Wavelength demultiplexer
JP2004077885A (en) * 2002-08-20 2004-03-11 Fuji Xerox Co Ltd Photonic crystal and its manufacturing method, and functional element
JP2004325903A (en) * 2003-04-25 2004-11-18 Photonic Lattice Inc Wavelength multiplexer/demultiplexer, and its manufacturing method
JP2006064878A (en) * 2004-08-25 2006-03-09 Nec Tokin Corp Optical device and method of controlling light

Also Published As

Publication number Publication date
WO2007108212A1 (en) 2007-09-27
JPWO2007108212A1 (en) 2009-08-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4954975B2 (en) Periodic structure, method for producing periodic structure, and applied product
KR102579589B1 (en) Diffraction grating with dual material structure
Eyderman et al. Near perfect solar absorption in ultra-thin-film GaAs photonic crystals
Scheuer Optical metasurfaces are coming of age: Short-and long-term opportunities for commercial applications
WO2015008627A1 (en) Semiconductor laser device
JP2009533875A (en) Solar cell efficiency through periodicity
US8093139B2 (en) Method for fabrication of aligned nanowire structures in semiconductor materials for electronic, optoelectronic, photonic and plasmonic devices
US20120224148A1 (en) Light emitting element, light source device, and projection display device
WO2011083693A1 (en) Solar cell, solar cell panel, and device comprising solar cell
US20080138013A1 (en) High Efficiency Optical Diffraction Device
JP2017107217A (en) Nano-optic refractive optics
US20100126577A1 (en) Guided mode resonance solar cell
US20110247676A1 (en) Photonic Crystal Solar Cell
US9116270B2 (en) Optical element, light source device, and projection display device
Wen et al. Multifunctional silicon optoelectronics integrated with plasmonic scattering color
JP2008124287A (en) Wavelength conversion device
JPS63103202A (en) Optical device
US20230161170A1 (en) Reflection-asymmetric metal grating polarization beam splitter
JP2006330616A (en) Polarizer and method for manufacturing same, and liquid crystal display apparatus
Villinger et al. Doubling the Near‐Infrared Photocurrent in a Solar Cell via Omni‐Resonant Coherent Perfect Absorption
US20100229943A1 (en) Asymmetric Waveguide
Jeong et al. Review of Metasurfaces with Extraordinary Flat Optic Functionalities
Pello Building up a membrane photonics platform in indium phosphide
Bauser et al. Amorphous silicon carbide high contrast gratings as highly efficient spectrally selective visible reflectors
JP2003279707A (en) Structure of antireflection film to one-dimensional photonic crystal and its forming method

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20100310

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20100726

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20100728

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120306

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120314

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150323

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees