JPWO2018109966A1 - 導波シート及び光電変換装置 - Google Patents
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Abstract
本開示の導波シートは、入射される入射光を取り込み、内部で入射光の入射方向と交差する方向に光を導波する。導波シートは、入射光の進行方向を変える回折格子層と、複数の第1の透光対と、を備える。第1の透光対は、入射方向と交差する方向である第1方向に第1凹条と第1凸条とが繰り返す形状を有する第1の透光層と、第1の透光層に層状に配置される第2の透光層と、を有する。複数の第1の透光対は、第1の透光層が、回折格子層側に位置するように、且つ、入射方向において、第1の透光層の隣り合う第1凸条の間に、第1の透光層に隣接する他の第1の透光層の第1凹条が位置するように、層状に配置される。
Description
本開示は、回折を利用して光の取り込みを行う導波シート及び当該導波シートを用いた光電変換装置に関する。
特許文献1は、光の回折を利用して光の取り込みを行う導波シートを開示する。特許文献1に記載の導波シートは、透光シートと、当該透光シート内に光結合構造とを備える。光結合構造は、第1の透光層と、第2の透光層と、これらに挟まれた第3の透光層とを含む。また、第1及び第2の透光層の屈折率は、透光シートの屈折率よりも小さく、第3の透光層の屈折率は、第1及び第2の透光層の屈折率よりも大きい。また、第3の透光層は、回折格子を有する。これにより、広い波長範囲の光を、広い入射角度で取り込むことが可能となる。
本開示は、入射される入射光を取り込み、内部で当該入射光の入射方向と交差する方向に光を導波する導波シートであって、当該導波シート内部に取り込んだ光を、内部に保持しやすい導波シートを提供する。また、本開示は、当該導波シートを用いた光電変換装置を提供する。
本開示の導波シートは、入射される入射光を取り込み、内部で入射光の入射方向と交差する方向に光を導波する。導波シートは、入射光の進行方向を変える回折格子層と、複数の第1の透光対と、を備える。第1の透光対は、入射方向と交差する方向である第1方向に第1凹条と第1凸条とが繰り返す形状を有する第1の透光層と、第1の透光層に層状に配置される第2の透光層と、を有する。複数の第1の透光対は、第1の透光層が、回折格子層側に位置するように、且つ、入射方向において、第1の透光層の隣り合う第1凸条の間に、第1の透光層に隣接する他の第1の透光層の第1凹条が位置するように、層状に配置される。
また、本開示の光電変換装置は、上述した導波シートと、光を受光する受光面を有し、受光面で受光した光を電力に変換する光電変換素子と、備える。光電変換素子は、入射方向と交差する方向に位置する導波シートの端面と対向して受光面が位置するように、導波シートの周囲に配置される。
本開示の導波シートによれば、当該導波シート内部に取り込んだ光を、内部に保持しやすい。
また、本開示の光電変換装置によれば、導波シートによって広い面積で外部からの入射光を取り込み、取り込んだ入射光を効率よく当該導波シートの端面側に配置された光電変換素子へと導くことができるため、入射光を効率よく光電変換できる。
(本開示の基礎となった知見)
まず、発明者らの着眼点が、下記に説明される。
まず、発明者らの着眼点が、下記に説明される。
光は、光速で伝播し続ける素粒子である。光を単一の光伝播媒質に移すこと、及び光を当該光伝播媒質の内部で保持することは、一般的に難しい。従来、空気等の環境媒質から、透明なシート内部に光を取り込む技術として、例えば、グレーティング結合法がある。
図18は、グレーティング結合法の原理を説明するための図である。具体的には、図18の(a)は、表面に回折格子ピッチΛの直線グレーティング(回折格子22)が設けられた透光層20の断面図であり、図18の(b)は、図18の(a)に示す透光層20の平面図である。
回折格子22が設けられた透光層20は、グレーティングカプラと呼ばれる。図18の(a)に示すように、波長λの入射光23aを透光層20の回折格子22が形成された面の法線に対して所定の入射角度θ傾けて回折格子22に入射させると、入射光23aは、透光層20内を伝播する導波光23bに結合させることができる。ここで、透光層20には、波長λ、入射角度θ等の決められた条件を満たす入射光のみが取り込まれ、条件を満たさない入射光は取り込まれない。
図18の(c)は、図18の(a)における入射光23aのベクトルダイアグラムを示す説明図である。
図18の(c)において、円24及び円25は、点Oを中心とした円である。また、円24の半径は、透光層20の周囲に位置する環境媒質21の屈折率n0と等しくなるように設定される。また、円25の半径は、導波光23bの実効屈折率(neff)と等しくなるように設定される。実効屈折率(neff)は、透光層20の膜厚に依存し、透光層20内を伝播する伝播光の導波モードに応じて、環境媒質21の屈折率n0から透光層20の屈折率n1までの間の特定の値をとる。また、点Pは、点Oから入射角度θ(y軸に対する傾き角)に沿って線を引き、当該線と円24とが交わる点である。点P’は、点Pからx軸へ引いた垂線の足(当該垂線とx軸との交点)である。点Q及び点Q’は、円25とx軸との交点である。
図18の(d)は、導波光23bがTEモードで伝播する場合の、実効的な膜厚(teff)と実効屈折率(neff)との関係(分散特性)を示す。ここで、実効的な膜厚とは、回折格子22がない場合には、透光層20の膜厚そのものであり、回折格子22がある場合には、透光層20の膜厚に回折格子22の平均高さを加えたものである。なお、図18の(d)は、透光層20の周囲を覆う環境媒質21をSiO2、透光層20をTa2O5とした場合の実効的な膜厚(teff)と実効屈折率(neff)との関係である。
図18の(d)に示すように、透光層20内を伝播する導波光には、0次、1次、2次等の複数の導波モードが存在し、それぞれ特性カーブが異なる。
ここで、図18の(c)に示すように、x軸正方向への光の結合条件は、P’Qの長さがλ/Λの整数倍に等しいことであり、x軸負方向への光の結合条件はP’Q’の長さがλ/Λの整数倍に等しいことである。具体的には、x軸正方向への光の結合条件は、下記の式(1)で表される。ただし、λは光の波長であり、Λは回折格子ピッチであり、qは整数で表わされる回折次数である。
式(1)において、n0、neff、q、λ、Λ、θが式(1)を満たす場合、n0、neff、q、λ、Λが同じ値であればθ以外の入射角度では、透光層20に入射する入射光は透光層20内で導波光に結合しない。また、式(1)において、n0、neff、q、λ、Λ、θが式(1)を満たす場合、n0、neff、q、Λ、θが同じ値であればλ以外の波長では、やはり透光層20に入射する入射光は透光層20内で導波光に結合しない。
上記は、入射光23aが、回折格子22が透光層20の表面に延在する方向に対して垂直な方向から入射される場合についての説明である。ここで、図18の(b)に示すように、入射光23aが透光層20に入射される方向(回折格子22の延在方向と垂直な方向)から回転角度φ1だけシフト(回転)した入射光23Aが透光層20に入射される場合について考える。この場合、回折格子22の実質的なピッチはΛ/cosφ1となる。このため、透光層20に入射する入射光における入射方向がシフト(回転)した入射光では、式(1)を満たす条件(n0、neff、q、λ、Λ、θ)において、異なる入射角度及び波長でも光の結合条件を満たす場合がある。これにより、透光層20における入射光の導波光への結合条件はある程度緩和されるが、入射角度及び波長が限定されることには変わりない。
また、導波光23bは、回折格子22の領域を伝播する間に、回折格子22が形成された透光層20の入射光が入射された面の方向に放射光23Bとして放射される。このため、透光層20の表面に形成された回折格子22の端部(グレーティング端部22a)から離れた位置で入射光が入射し、透光層20内を導波光23bとして伝播することができても、導波光23bは、グレーティング端部22aに至る際には減衰する。つまり、導波光23bは、グレーティング端部22aに到達せずに放射光23Bとして透光層20の外部へと放射される。したがって、グレーティング端部22aに近い位置で入射する入射光23a’のみが放射による減衰を受けることなく、導波光23b’として透光層20内を伝播することができる。つまり、多くの入射光を導波光として透光層20内で結合させるため、回折格子22の面積を大きくしても、回折格子22に入射する入射光の全てを導波光23b’として伝播させることはできないといった問題がある。以上の問題点を鑑み、発明者らは本開示を創作するに至った。
以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
なお、発明者らは、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面及び以下の説明を提供するのであって、これらによって請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。
また、各図におけるx軸及びy軸は、z軸に直交する方向であるとする。また、x軸は、y軸と直交する方向であるとする。また、本明細書において、z軸の正方向を上方と定義する。また、z軸方向を積層方向として記載する場合がある。
また、本明細書において、「上方」及び「下方」という用語は、絶対的な空間認識における上方向(鉛直上方)及び下方向(鉛直下方)を指すものではない。また、「上方」及び「下方」という用語は、2つの構成要素が互いに間隔をあけて配置されて2つの構成要素の間に別の構成要素が存在する場合のみならず、2つの構成要素が互いに密着して配置されて2つの構成要素が接する場合にも適用される。
また、本明細書において、平行とは、略平行すなわち製造上の誤差を含む。
(実施の形態1)
以下、図1〜図11を用いて、実施の形態1を説明する。
以下、図1〜図11を用いて、実施の形態1を説明する。
[導波シートの構造]
図1の(a)は、実施の形態1に係る光電変換装置を示す模式的な斜視図である。図1の(b)は、図1の(a)に示す光電変換装置をIb−Ibに沿って切断した断面を示す断面図である。
図1の(a)は、実施の形態1に係る光電変換装置を示す模式的な斜視図である。図1の(b)は、図1の(a)に示す光電変換装置をIb−Ibに沿って切断した断面を示す断面図である。
図1に示すように、光電変換装置100は、導波シート10と、導波シート10の端面102に配置される光電変換素子11とを備える。
光電変換装置100は、太陽光や照明光等の入射光5を、導波シート10の内部に取り込み、取り込んだ入射光5を電力に変換する装置である。言い換えると、入射光5は、導波シート10の内部に取り込まれ、導波シート10内部で導波光6と結合する。導波光6は、導波シート10内部を伝播し、導波シート10の端面102まで到達する。端面102まで到達した導波光6は、光電変換素子11の受光面101で受光され、電力に変換される。
光電変換素子11は、受光した光を電力に変換する光電変換素子である。一具体例としては、光電変換素子11は、太陽電池である。光電変換素子11の材料としては、例えば、結晶シリコン、単結晶シリコン又は多結晶シリコン等の半導体が採用される。或いは、光電変換素子11の材料としては、例えば、GaAs又はInGaAs等の化合物系半導体が採用されてもよい。
光電変換素子11は、例えば、導波シート10の端面102を覆うように導波シート10の周囲に配置される。具体的には、光電変換素子11は、導波シート10に入射される入射光5の受光方向と交差する方向に、導波シート10の端面102と対向して受光面101が位置するように、導波シート10の周囲に配置される。導波シート10に取り込まれた導波光6は、導波シート10の端面102から出射され、光電変換素子11で受光される。受光された導波光6は、光電変換素子11で電力に変換される。
導波シート10は、入射光5を内部に取り込む光学シートである。導波シート10は、取り込んだ入射光5を内部で保持し、入射光5を導波光6と結合して導波シート10の端面102へ伝播させる。具体的には、導波シート10は、入射光5を内部に取り込み、入射光5の進行方向を変えて、受光方向と交差する方向に位置する導波シート10の端面102へと導波する。より具体的には、導波シート10は、入射光5を内部に取り込み、入射光5の進行方向とは異なる方向に導波シート10内部を進行(導波)する導波光6に結合する。また、導波シート10は、導波光6を、導波シート10外部(具体的には図1に示すz軸方向側)への放射を抑制しながら端面102へと導く機能を有する。
図2は、導波シート10の一部を切り出した模式的な拡大断面図である。具体的には、図2は、実施の形態1に係る導波シート10への光入力及び光伝播の様子を説明するための模式的な断面を示す模式図である。図2に示すように、導波シート10は、積層体60a(第1の積層体)及び積層体60b(第2の積層体)を備える。
積層体60aは、回折格子層1、蛇行層3(第1の透光層)及び平行層4(第2の透光層)を備える積層構造体である。具体的には、積層体60aは、入射光5の進行方向を変える回折格子層1を備える。また、積層体60aは、さらに回折格子層1に層状に配置され、入射光5の入射方向と交差する方向である第1方向に、第1凹条70と第1凸条71とが繰り返す形状を有する蛇行層3を備える。また、積層体60aは、さらに蛇行層3に層状に配置される平行層4を備える。ここで、蛇行層3と、蛇行層3に層状に配置される平行層4とあわせて透光対61(第1の透光対)と呼称する。積層体60aは、層状に配置される複数の透光対61を備える。ここで、第1凹条70と第1凸条71は、それぞれy軸方向に筋状に伸びる凹部と凸部である。
複数の透光対61は、蛇行層3の隣り合う第1凸条71が配置される位置の間に、入射光5の入射方向に蛇行層3に隣接する他の蛇行層3の第1凹条70が位置するように、層状に配置される。
回折格子層1は、図2に示すxy面に平行な表面(上面及び下面)に、回折格子ピッチΛ、且つ回折格子深さdの、y軸方向に延在する直線状の、断面形状が矩形である回折格子19が形成された透光性を有する層である。また、回折格子層1の積層方向における上面側及び下面側には、xy面にあって、x軸に沿って蛇行ピッチPxで蛇行する蛇行層3と、xy面に平行な平行層4とが交互に積層(配置)して形成されている。
回折格子層1は、入射光5を内部に取り込む。また、回折格子層1は、取り込んだ入射光5を内部で保持し、入射光5を導波光6と結合して回折格子層1に層状に配置された蛇行層3へ導波光6を導波する。具体的には、回折格子層1は、入射光5を内部に取り込み、入射光5の進行方向を変えて、受光方向と交差する方向に位置する導波シート10の端面102側へと導波する。回折格子層1内を導波する導波光6は、回折格子層1に層状に配置された蛇行層3へと移行する。
蛇行層3は、光透過性を有する光学シートである。蛇行層3は、断面視(図2に示すxz面で切断された面)において第1方向(図2においてはx軸方向)に波状であり、第1方向に蛇行して延在した形状を有する層である。具体的には、蛇行層3が蛇行した形状に形成されることで、蛇行層3の上面側(又は下面側)に位置する回折格子層1と蛇行層3とは、積層方向において近接と離間とを繰り返す。なお、近接とは、接触及び非接触を含む。つまり、蛇行層3は、回折格子層1に層状に配置され、入射光5の入射方向と交差する方向である第1方向に、第1凹条70と第1凸条71とが繰り返す形状を有する。蛇行層3の第1凹条70と第1凸条71とが繰り返す蛇行方向(x軸方向)は、回折格子19の並ぶ方向と実質的に同じである。
また、第1凹条70及び第1凸条71は、断面視において、所定の曲率を有するように形成されるとよい。具体的には、第1凹条70及び第1凸条71は、断面視において、角張った部分を有さないように形成されるとよい。
なお、以降の説明において、凹条と凸条とが繰り返す方向を蛇行方向として記載する場合がある。また、図2において、蛇行層3における蛇行のz方向全振幅は、振幅aとして示す。また、本明細書において振幅aは、積層方向(z軸方向)における、上面側の最もz軸正方向側の点と、上面側の最もz軸負方向側の点との間隔である。
平行層4は、光透過性を有する光学シートである。実施の形態1においては、平行層4は、平行層4の積層方向側に位置する上面及び下面が略平行に形成された光学シートである。
積層体60aにおいて、平行層4は、蛇行層3に層状に配置される。積層体60aは、平行層4が蛇行層3に層状に配置された透光対61を複数備える。
回折格子層1、蛇行層3及び平行層4の材料は、例えばアクリル等の透明な樹脂、又は、Ta2O5、SiN等の透明な高屈折率誘電体が採用される。具体的には、回折格子層1、蛇行層3及び平行層4の材料は、回折格子層1、蛇行層3及び平行層4の間に位置する透明層2の材料よりも高い屈折率を有する材料が採用される。
また、蛇行層3が蛇行する形状を有することで、蛇行層3と回折格子層1との間、及び、蛇行層3と平行層4との間には、透明層2が介在する。
透明層2は、蛇行層3と平行層4との間に位置する光透過性を有する層である。透明層2の材料としては、例えば回折格子層1、蛇行層3及び平行層4よりも屈折率が低い低屈折率のフッ素樹脂、又は、SiO2等の低屈折率誘電体が採用される。なお、透明層2は、回折格子層1、蛇行層3及び平行層4よりも屈折率が低ければよく、例えば、空気でもよい。
また、積層体60aにおいて、回折格子層1の積層方向の一方の側(上側)及び一方の側の反対側である他方の側(下側)の両面には、それぞれ蛇行層3が位置するように、透光対61が層状に配置される。上下の蛇行層3は、一方の側の蛇行層3における隣り合う第1凹条70が配置される位置の間に、他方の側の蛇行層3の第1凸条71が位置するように、回折格子層1に対して配置される。
また、第1方向(蛇行方向)において、平行層4の一方の面における蛇行層3と近接する位置の間に、平行層4の一方の面と反対側の他方の面において蛇行層3と近接する位置があるように、複数の透光対61は層状に配置される。具体的には、図2に示すように、x軸方向において、平行層4の一方の面(上面)における蛇行層3と平行層4との隣り合う近接部3C’と近接部3C’’との間に、平行層4の他方の面(下面)における蛇行層3と平行層4との近接部3Cが位置するように、複数の透光対61はに層状に配置される。言い換えると、複数の透光対61は、入射方向において、蛇行層3における隣り合う第1凸条71が配置される位置の間に、その蛇行層3に隣接する他の蛇行層3の第1凹条70が位置するように、層状に配置される。
一具体例としては、断面視において、層状に配置される蛇行層3のそれぞれの波形状の蛇行周期は、同期しているとよい。言い換えると、断面視において、層状に配置される蛇行層3のそれぞれの第1凸条71の位置と第1凹条70の位置とが積層方向において略一致しているとよい。
積層体60bは、積層体60aと同様の構造を有し、回折格子層1’、蛇行層3’及び平行層4’が積層された積層構造を有する。ここで、積層体60bは、積層体60aをz軸周りに回転角度φだけ回転させたものである。そのため、積層体60bにおける蛇行層3’の蛇行方向(第3方向)は、積層体60aにおける蛇行層3の蛇行方向(第1方向)からz軸周りに回転角度φだけ回転している。具体的には、積層体60bは、積層体60aと同様に、回折格子19’が形成された回折格子層1’の上下に蛇行層3’が層状に配置される。また、積層体60bは、蛇行層3’と平行層4’とが、積層された透光対61’を備える。蛇行層3’が蛇行する形状を有することで、蛇行層3’と回折格子層1’、及び蛇行層3’と平行層4’との間には透明層2’が介在する。
積層体60bの回折格子層1’は、入射光5をその内部に取り込み、導波光に結合する。ここで、回折格子層1’が取り込んだ導波光の導波方向が積層体60aの回折格子層1と異なるように、積層体60bは積層体60aに層状に配置される。ここで、導波方向とは、導波シート10内を伝播する導波光において、最も導波する導波光が多い主たる導波方向である。
また、積層体60aと積層体60bとの間には、平行層4Sが配置される。積層体60aと積層体60bとの境目の平行層4Sは、それぞれの平行層4と平行層4’とに相当する共通の層である。
なお、蛇行層3並びに平行層4の厚さ及び回折格子層1の実効的な厚さ(グレーティングの凹凸を平均化した場合の厚さ)は膜厚tとする。また、蛇行層3と平行層4との隙間、及び、蛇行層3と回折格子層1との隙間は、いずれも隙間sとする。
なお、以降の説明において、特に断らない限りは、回折格子層1、蛇行層3及び平行層4の材料をTa2O5とし、透明層2をSiO2とし、蛇行ピッチPx=5.85μm(マイクロメータ/ミクロン)、膜厚t=0.34μm、振幅a=0.30μm、隙間s=0μm、回折格子ピッチΛ=0.45μm、回折格子深さd=0.16μmの条件として説明する。また、上述した条件を条件Aとして説明する場合がある。
また、条件Aは、回折格子層1、蛇行層3及び平行層4の構造の一具体例であるが、各寸法及び材料を限定するものではない。回折格子層1、蛇行層3及び平行層4の寸法の条件は、例えば、回折格子層1、蛇行層3及び平行層4に採用される材料にあわせて適宜変更されてもよい。回折格子層1、蛇行層3及び平行層4の分散特性は、図18の(d)に示すP1点に相当する。
次に、図2を用いて導波シート10への光入力及び光伝播の様子を説明する。図2に示すように、導波シート10に入射する入射光5及び入射光5’は、積層体60aの回折格子層1に入射し、回折格子層1に形成された回折格子19で結合されて、回折格子層1内を伝播する導波光6及び導波光6’に結合する。
導波光6は、回折格子層1の下側に隣接する蛇行層3に移行して導波光6aとなり、その下側に隣接する平行層4に移行して導波光6bとなり、その下側に隣接する蛇行層3に移行して導波光6cとなり、以上の移行を繰り返す。この導波光の移行現象は、導波光にとって最も近接した移行層(具体的には、導波光が導波している層に近接している蛇行層3又は平行層4)に対して行なわれる。また、蛇行層3の蛇行の曲率半径(断面視における波形状)や隙間sの最適化により、理論的にはほぼ100%の効率で実現され得る。
また、導波光6は、回折格子層1の上側に隣接する蛇行層3に移行して導波光6Aとなり、その上側に隣接する平行層4にも移行して導波光6Bとなり、以上の移行を繰り返す。
また、導波光6’は、回折格子層1の下側に隣接する蛇行層3に移行して導波光6a’となり、その下側に隣接する平行層4に移行して導波光6b’となり、その下側に隣接する蛇行層3に移行して導波光6c’となり、以上の移行を繰り返す。
また、導波光6’は、回折格子層1の上側に隣接する蛇行層3にも移行して導波光6A’となり、その上側に隣接する平行層4に移行して導波光6B’となり、以上の移行を繰り返す。
なお、回折格子層1に形成された回折格子19は、回折格子層1のxy面(上面及び下面)の全面に渡り形成されているとよい。こうすることにより、回折格子層1に入射光5が入射した場合に、回折格子層1は、広い領域(面積)で入射光5を取り込み、且つ取り込んだ入射光5を導波光6へ結合することができる。
上述した導波光の移行を繰り返した結果、導波光6cは、積層体60aと積層体60bとの境目にある平行層4Sに到達して導波光7となる。積層体60aと積層体60bとがz軸周りに所定の角度をなして接しているので、境界の平行層4Sでは、平行層4Sの上面側にある蛇行層3との近接部3A(図8参照)、平行層4Sの下にある蛇行層3との近接部3A’(図8参照)が互いに交差する。具体的には、蛇行層3の蛇行方向に垂直な方向に延在する近接部3Aと、蛇行層3の蛇行方向に垂直な方向に延在する近接部3A’とは、交差する。上述したように、積層体60aの蛇行層3の蛇行方向は、積層体60bの蛇行層3’の蛇行方向とは異なる。この様な条件では、導波光が導波している層から別の層へ移行する光の移行効率は低下する。例えば、導波光7の一部は下側に隣接する蛇行層3’に移行して導波光7aとなるが、蛇行層3’に移行しなかった導波光7の残りは、平行層4Sに留まり導波光7Aとなる。
また、積層体60aに対して積層体60bがz軸周りに回転して層状に配置されているため、蛇行層3’の蛇行方向と導波光7aの伝播方向とは大きく乖離する。そのため、積層体60bに入射光が入射された際には、入射光を第1導波方向(回折格子層1が取り込んだ光を導波する導波方向)とは異なる方向である第2導波方向に光を導波する。また、この乖離により、導波光7a及びその派生光(例えば、導波光7b、7c等)の光の移行効率も低下したままで、移行毎に分離を繰り返す(図7参照)。例えば、導波光7aは、図2に示すように、導波光7bと導波光7b’とに分離され、導波光7bは、導波光7cと導波光7c’とに分離される。
また、導波光7a及び導波光7Aとも伝播方向がxz面内から逸れるので、平行層4Sに留まった導波光7Aの蛇行層3への光の移行効率も低下し、移行毎に分離を繰り返す(図7参照)。例えば、導波光7Aは、導波光7Bと導波光7B’とに分離され、導波光7Bは、導波光7Cと導波光7C’とに分離される。
例えば、移行効率を50%ずつとすると、導波光7a、7b、7c及び導波光7A、7B、7Cは、光量が1/2、1/4、1/8と低下し、平行層4Sから離れるにしたがって、導波光のエネルギーは減衰する。言い換えると、積層体60aと積層体60bとの境目にある平行層4Sまで到達した導波光7は、その後、平行層4Sの近傍の蛇行層3、蛇行層3’、平行層4、平行層4’又は平行層4Sに閉じ込められる。また、閉じ込められた導波光は、xy面に沿って拡散した導波光として上述したいずれかの層内を伝播する。図1の(a)に示すように、当該導波光が、導波シート10の端面102側の周囲に取り付けられた光電変換素子11で受光される。
なお、以下の説明では、回折格子層1、1’、透明層2、2’、蛇行層3、3’及び平行層4、4’を、それぞれ総じて、回折格子層1、透明層2、蛇行層3及び平行層4と称する場合がある。
次に、導波シート10に取り込まれた光が導波シート10内部を伝播する様子の解析結果(シミュレーション結果)について説明する。
図3は、実施の形態1に係る回折格子層1の光入力(入射光5の入射)の様子を示す説明図である。具体的には、図3の(a)は、実施の形態1に係る回折格子層1を示す模式断面図である。図3の(b)は、回折格子層1への入射光のコヒーレンス長を説明するための説明図である。図3の(c)は、図3の(a)に示す回折格子層1への光入力と、入力された光の回折格子内を伝播する様子を示す説明図である。より具体的には、図3の(a)は、図2に示す回折格子19が形成された回折格子層1を結合長Wの範囲で切り取った2次元モデルである。なお、回折格子層1は、上述した条件Aを満たす。また、結合長Wは、蛇行ピッチPx(図2参照)の半分の長さで設定した。また、回折格子層1は、透明層2に囲まれているものとした。図3の(b)は、図3の(a)の回折格子層1に、幅(スポット径)=結合長W=5.6μm、波長λ=0.85μmの光を回折格子層1のxy面に対して垂直に入射させ、導波光6を結合させた場合のシミュレーション結果を示す光強度分布図である。
ここで、回折格子層1の実効屈折率は、図18の(d)のP1点からneff=1.95と算出される。この結果から、式(1)の右辺は、−1.95+0.85/0.45=−0.06となり、ほぼ垂直な入射(入射角度θ=0度)で導波光6が結合されることが分かる。
図4は、図3に示す回折格子層1に入射光を入射した場合の、光入力効率を示す説明図である。具体的には、図4の(a)は、図3の(c)に示す入射光5の波長に対する光入力効率を示す波長依存性の解析結果である。また、図4の(b)は、図3の(c)に示す入射光5の入射角度θに対する光入力効率を示す角度依存性の解析結果である。ここで、波長依存性とは、入射光5の波長を変えた場合の、波長に対する入射光5が回折格子層1に取り込まれて導波光6に結合される効率(カップリング効率)である。また、角度依存性とは、入射光5の入射角度θ(図3の(c)参照)を変えた場合の、入射角度θに対する入射光5が回折格子層1に取り込まれて導波光6に結合される効率(カップリング効率)である。
なお、回折格子層1に入射する入射光5を発する光源には、パルス光を用いた。すなわち、当該解析に用いた入射光5は、コヒーレンス長L(図3の(b)参照)の光であり、光速をCとした場合にL/Cで定義される時間幅の範囲で、波長λの均質な電磁波を形成する光とした。また、解析に用いた入射光5の、電磁波が形成されるコヒーレンス長Lの範囲外での電磁波振幅は、ゼロとなるように設定した。ここで、コヒーレンス長Lとは、導波シート10に入射される入射光5のコヒーレンス長を意味する。図4に示す解析結果は、コヒーレンス長Lをパラメータとしてプロットしている。
図4の(a)に示すように、コヒーレンス長Lが長い場合(いわゆる可干渉な光の場合)には、波長に対するカップリング効率は、波長が0.83μm(図18の(d)のP1に対応)の場合と、波長が0.71μm(図18の(d)のP2に対応)の場合とにカップリング効率の高い2つのピーク(導波光6の0次モードと1次モードとに対応)を有する、ピーク幅の狭い先鋭なカーブをなす。コヒーレンス長Lが短くなるにつれて(いわゆる非干渉な光になるにしたがって)、複数確認されたピークは、幅が広がったカーブになる。
図4の(b)に示すように、コヒーレンス長Lが長い場合には、入射角度が0度(図18の(d)のP1に対応)と21度(図18の(d)のP2に対応)とにカップリング効率の高い2つのピーク(導波光6の0次モードと1次モードとに対応)を有する。また、当該2つのピークは、ピーク幅の狭い先鋭なカーブをなす。コヒーレンス長Lが短くなるにつれて、2つのピークは、ピーク幅が広がったカーブになる。
ここで、例えば、光源を太陽として考えた場合、太陽光のコヒーレンス長Lは数μmである。つまり、導波シート10は、回折格子層1に形成される回折格子19の回折格子ピッチΛを適切に設定することで、例えば太陽光が入射される場合に、広い波長範囲、且つ広い入射角度範囲で、光入力効率(カップリング効率)の変化を少なくすることができる。
次に、蛇行層3内及び平行層4内を伝播する導波光について説明する。図5の(a)は、実施の形態1に係る導波シート10の光伝播を解析で確認するために、透明層2を挟んで隣接した平行層4と蛇行層3とが交互に複数積層された積層構造の解析モデルを示す模式断面図である。なお、解析モデルは2次元モデルであり、解析に用いた透明層2、蛇行層3及び平行層4の構造条件は、条件Aに従った。ただし、条件Aから、蛇行ピッチPxをPx=10μmに変更した。また、図5の(a)に示す紙面左右側の解析境界は周期境界条件(Periodic Boundary Condition:PBC)とし、紙面上下側の解析境界は吸収境界条件(Perfectly Matched Layer:PML)とした。また、図5の(a)において、説明をわかりやすくするために、蛇行層3及び平行層4に対応する部分には、ハッチングを入れて図示している。
図5の(b)〜(j)は、図5の(a)に対応し、蛇行層3と平行層4との間を移行しながら伝播する導波光の強度分布を示す解析結果を、(b)(c)(d)・・・(h)(i)(j)の順に時系列に並べた説明図である。最上層(z軸正方向側)にある蛇行層3の紙面左端に波長0.85μmの光源を配置し、全方位に向けて光源を発光させると、光源から発せられた光は、蛇行層3に入射し、蛇行層3内を伝播するTEモードの導波光6f及び導波光6gに結合される。また、図5の(b)に示すように、紙面左右の解析境界がPBCなので、導波光6f及び導波光6gは紙面左側(x軸負方向側)及び紙面右側(x軸正方向側)から蛇行層3の中心側(x軸方向における蛇行層3の中央側)に向かう。
図5の(d)及び(e)に示すように、導波光6f及び導波光6gは、蛇行層3のx軸方向における中央で交差するとともに、蛇行層3の下側にある平行層4に移行し、蛇行層3(平行層4)の中央から左右端側に向かう。紙面左端に到達した導波光6fは、紙面右端から現れ、紙面右端に到達した導波光6gは紙面左端から現れる。この場合に、導波光6f及び導波光6gは、平行層4の下側にある蛇行層3に移行している。このように、導波光6f及び導波光6gは、図5の(b)〜(e)で起こった現象を、図5の(f)〜(j)で繰り返しながら、下側に位置する蛇行層3と平行層4とに移行を繰り返し、伝播していく。以上の解析結果から、平行層4及び蛇行層3に取り込まれた導波光(導波光6f及び導波光6g)は、平行層4及び蛇行層3から漏出しにくいことが分かる。
図6の(a)は、図5の(a)と同様に、実施の形態1に係る導波シート10の光伝播を解析で確認するために、透明層2を挟んで隣接した平行層4と蛇行層3とが交互に複数積層された積層構造の断面を示す模式図である。なお、解析モデルは2次元モデルであり、構造条件は条件Aとした。ただし、蛇行ピッチPxは、Px=10μmに変更している。また、紙面左右(x軸方向)の解析境界は周期境界条件(PBC)とし、紙面上下(z軸方向)の解析境界は吸収境界条件(PML)とした。
また、図6の(a)においては、図5の(a)とは異なり、平行層4と蛇行層3とが交互に複数積層された積層構造の、積層方向における略中央に回折格子層1を設定した。また、その紙面上下をそれぞれ平行層4及び蛇行層3のセット(透光対61)を10組重ねるように設定した。また、回折格子層1に近接する上下には、蛇行層3を配置した。また、平行層4及び蛇行層3のセットのz軸方向の外側は、境界(PML)まで透明層2と同じ材料(SiO2)となるように設定した。また、図6に示す解析においては、幅5μmの光源を紙面上側(z軸正方向側)境界の直近に配置し、当該光源からz軸負方向に向かって、波長0.85μmで、S偏光の入射光5を、20μmの長さでパルス発振させた。
図6の(b)〜(d)は、図6の(a)の模式図に対応し、回折格子層1へ入射光5を光入力後に、平行層4と蛇行層3との間を移行しながら伝播する導波光の光強度分布を(b)、(c)、(d)の順に時系列に並べた説明図である。図6の(e)は、平行層4及び蛇行層3を伝播する導波光の伝播光路長に対する、解析領域内の光の総エネルギーをプロットした説明図である。ここで、光の総エネルギーとは、図6に示す全解析領域(図6の(b)、(c)、(d)の四角で囲まれた領域内)での光のエネルギー(具体的には、光の電界ベクトルの2乗)の総和である。光源の発振が終了した時点で、全解析領域内における光の総エネルギーは最大になる。なお、図6の(b)〜(d)において、解析領域内の黒色で示される部分が、光が存在する部分であることを示す。
図6の(b)に示されるように、回折格子層1に到達した入射光5は、導波光に結合し、回折格子層1に近接される蛇行層3及び平行層4に移行を繰り返し伝播している。また、回折格子層1に結合されなかった光は、図6の(b)の紙面下側(z軸負方向側)の境界に到達する。回折格子層1に結合されなかった入射光5は、解析領域の外部へ抜け出す。光の総エネルギーは、図6の(b)の後、解析領域の外部への入射光5の漏出が続くため、伝播光路長が100μmまでは減少し続けるが、伝播光路長が100μm〜500μmの間では安定する。これは、図5で示したように、導波光が蛇行層3及び平行層4の間で移行を繰り返し、蛇行層3又は平行層4の内部にとどまっているためである。図6の(c)に示すように、導波光は蛇行層3及び平行層4の間で移行を繰り返し、蛇行層3及び平行層4の内部にとどまる。したがって、実施の形態1の導波シート10は、複数の蛇行層3のそれぞれと複数の平行層4それぞれとが交互に積層された積層構造によって、ある程度の時間(距離)、取り込んだ入射光5を導波光に結合して導波シート10内部に閉じ込めておける。
なお、積層構造の外縁層まで進んだ導波光は、当該外縁層で反射し、回折格子層1のある中心側に戻ってくる。外縁層を伝播する導波光に関しては、後述する。
導波光が回折格子層1を伝播すると、光入力結合(入射光5の取り込み)とは逆のプロセスで回折格子19からほぼ垂直に光が放射され、紙面上下(z軸方向)から解析領域の外部に抜け出す。図6の(d)に示すように、回折格子層1に伝播した導波光は、紙面上下方向(z軸方向)に放射光として放射される。これにより、伝播光路長500μm以上においては、光の総エネルギーは緩やかに減衰する。つまり、図6に示す解析モデルでは図6の(e)に示すように、光の総エネルギーの減衰が伝播光路長500μmの近傍から生じているが、複数の蛇行層3それぞれと複数の平行層4のそれぞれとが交互に積層された積層構造の、蛇行層3及び平行層4の積層数を増やすことにより、光の総エネルギーの減衰が生じる伝播光路長を500μm以上にすることができる。
次に、導波シート10内を伝播する導波光の伝播方向の傾きに対する光の移行効率の変化について説明する。
図7は、導波光の伝播方向の傾きの変化と、光の移行効率の変化をシミュレーションした結果を示す説明図である。具体的には、図7の(a)は、条件Aに従う蛇行層3及び平行層4をxz面で切断した断面を示す模式図である。図7の(a)に示す蛇行層3及び平行層4の断面構造が、y軸方向に延在する。なお、図7の(a)においては、蛇行層3及び平行層4をそれぞれ1層ずつのみとした。また、図7に示す解析においては、全ての解析領域の境界条件を吸収境界条件(PML)とした。
図7の(a)に示すように、TEモードの導波光6を、z軸周りの傾斜角度(平行層4内を伝播する導波光6のx軸となす角度)をパラメータにして、平行層4の紙面上端(x軸正方向側)から導入すると、導波光6の一部は平行層4から蛇行層3に移行する(導波光6i)。蛇行層3に移行しなかった導波光6hは平行層4内を伝播する。光の移行前後の導波光6、6h、6iの光量を仮想的にそれぞれ検出器M0、M1、M2を設置して計測することで、導波光6の平行層4への入射条件(傾斜角度)に対する光の移行効率の変化を読み取る。
図7の(b)は、導波光の伝播方向がxy面内でz軸周りに傾く場合の、光の移行効率の変化の解析結果を示す説明図である。なお、図7の(b)に示す移行効率(M2/M0)は、検出器M0で検出された光量に対する、検出器M2で検出された光量の比である。
図7の(b)に示すように、移行効率は、傾斜角度の増大とともに低下する。図7の(b)の解析結果は、導波光6に複数のモードが発生するため、定性的な傾向を示す。これは、蛇行層3と平行層4との間で形成される結合長が、導波光6の伝播方向により変わるためである。理論的には、傾斜角度が0度のときの光の移行効率が100%の場合、傾斜角度が60度になると結合長が倍になるために、光の移行効率は0%になる。なお、図7の(b)において、入射導波光の傾斜角が0度から10度付近における移行効率が1.0を超えているが、これは、数値解析における計算誤差によるもので、実際は1.0を超えない。
次に、導波シート10の積層体60a、60bの境界付近における導波光の伝播について説明する。図8の(a)は、実施の形態1に係る導波シート10において、平行層4Sが、蛇行方向の違う蛇行層3及び蛇行層3’で挟まれる場合の導波光の伝播の様子を示す説明図である。また、蛇行層3と蛇行層3’との蛇行方向(隣接する平行層に対して近接と離間とを繰り返す方向)の角度差は回転角度φである。具体的には、蛇行層3’の蛇行方向は、蛇行層3の蛇行方向に対してz軸周りに回転角度φだけ回転した方向である。
図8の(a)に示すように、蛇行層3から伝播してきた導波光は、平行層4Sに移行し、導波光7となる。導波光7は、導波光7の一部が蛇行層3’又は平行層4’に移行して導波光7a又は導波光7bとなり、残りが平行層4Sに留まって導波光7A又は導波光7Bとなる。
ここで、平行層4S及び蛇行層3において、平行層4Sと蛇行層3とが近接した近接部3Aは、実効的に導波層の厚みが厚くなっており、それぞれの層内において他の部分と実効屈折率が異なる。例えば、蛇行層3において、近接部3A以外の部分では実効屈折率が1.95であるのに対し、近接部3Aでは実効屈折率が2.05になる(図18の(d)のP1、P3参照)。同様に、平行層4S及び蛇行層3’において、平行層4Sと蛇行層3’とが近接した近接部3A’が実効的に層の厚みが厚くなっており、平行層4S及び蛇行層3’の近接部3A’は、近接部3A’以外の部分と実効屈折率が異なる。
なお、図8の(a)において、近接部3Aは、破線で囲まれた領域の内側に位置する蛇行層3及び平行層4Sの一部分であり、近接部3A’は、蛇行層3’及び平行層4Sの一部分である。言い換えると、近接部3Aは、破線で囲まれた領域の内側に位置する蛇行層3及び平行層4Sを含み、近接部3A’は、破線で囲まれた領域の内側に位置する蛇行層3’及び平行層4Sを含む。
図8の(b)は、図8の(a)に示す光の移行現象を2次元モデルに置き換え、平行層4Sを伝播する導波光がz軸負方向側に移行する場合の、z軸正方向側から見た場合の実効屈折率の分布を示す説明図である。また、図8の(b)を用いて、平行層4S、蛇行層3’及び平行層4’を伝播する導波光の様子を説明する。図8の(c)は、図8の(a)に示す光の移行現象を2次元モデルに置き換え、平行層4Sを伝播する導波光がz軸正方向側に移行する場合の、z軸正方向側から見た場合の実効屈折率の分布を示す説明図である。また、図8の(c)を用いて、平行層4S及び蛇行層3を伝播する導波光の様子を説明する。なお、導波光の感じる実効屈折率は、近接部3A及び近接部3A’においては、高屈折率(neff=2.05)であり、それ以外においては低屈折率(neff=1.95)である。また、図8の(b)及び図8の(c)に示す近接部3A及び近接部3A’は断面を示すものではないが、説明のためにハッチングで示している。
図8の(b)に示すモデルでは、導波光7が平行層4Sから蛇行層3’に移行する過程で、近接部3A’の延在方向が回転角度φで近接部3Aの延在方向に対して傾いているため、屈折率差(導波光が感じる実効屈折率の差)が楔形状に形成される。そのため、導波光7は屈折し、導波光7aから導波光7bへと移行する。導波光7a及び導波光7bの伝播方向がxz面内から逸れ、且つ蛇行方向も蛇行層3と蛇行層3’とでずれているために、光の移行効率は低下する。
図8の(c)に示すモデルでは、導波光7は、平行層4S内における近接部3A‘を通過する過程で、近接部3A’の延在方向が回転角度φで近接部3Aの延在方向に対して傾いているため、上述した楔形状に形成された実効屈折率差によって屈折し、導波光7Aから導波光7Bへと移行する。近接部3A’に入射する導波光7’の場合は、導波光7とは逆方向に屈折して導波光7A’、7B’に移行する。導波光7A、導波光7A’、導波光7B及び導波光7B’の伝播方向はxz面に対して傾斜した方向となるので、光の移行効率は低下する。
図9の(a)は、実施の形態1に係る導波シート10の最表面における構造を示す模式図であり、図9の(b)及び図9の(c)は、蛇行層3の曲率半径と光の移行との関係を説明するための断面図である。
図9の(b)に示すように、蛇行層3が平行層4と接する位置での曲率半径R1を最適化することで、蛇行層3と平行層4との間の実効的な結合長W1を調整することができる。これにより、蛇行層3を伝播する導波光8aを理論的には100%の効率で、平行層4を伝播する導波光8bに移行させることができる。平行層4が最表面(導波シート10が外部環境と接する面)にある場合、最表面の平行層4を伝播する導波光8bは、理論的には100%の効率で蛇行層3を伝播する導波光8dに移行し、導波シート10の内部に戻って行く。しかしながら、平行層4の表面に水滴などの異物12が付着すると、異物12の付着部分で導波光8bが散乱し、平行層4(導波シート10)の外部に放射される。
そのため、図9の(a)及び(c)に示すように、導波シート10の最外層に位置する透光対61a(第4の透光対)を、蛇行層3の曲率半径R1より大きい曲率半径R2を有する蛇行層3a(第7の透光層)と最表面に位置する平行層4a(第8の透光層)とにより構成することによって、導波光の外部への放射を抑制できる。蛇行層3aは、第3凹条74と第3凸条75とが繰り返す形状を有する。図9の(c)に示すように、蛇行層3aの第3凹条74の曲率半径R2は、蛇行層3の第1凸条71の曲率半径R1より大きく設定され、さらにこれを最適化するとよい。平行層4aは実質的に平行層4と同じである。
透光対61の平行層4を伝播する導波光8bは、透光対61aの蛇行層3aに移行して導波光8Bとなる。ここで、平行層4と蛇行層3aと間の実効的な結合長W2が結合長W1よりも長い(具体的には、結合長W2は結合長W1の倍程度の長さ)ので、蛇行層3aに移行した導波光8Bは再び平行層4に移行し導波光8cとなる。導波光8bから導波光8cまでの光の移行効率は、蛇行層3aの曲率半径R2を最適化すれば、理論的にはほぼ100%である。平行層4に戻った導波光8cは、理論的には100%の光の移行効率で蛇行層3を伝播する導波光8dに移行し、導波シート10の内側に戻って行く。こうすることによって、最表面の平行層4aの表面に水滴などの異物12が付着した場合においても、導波光8Bは平行層4aに移行しないため異物12と接触しないので、導波光8Bが散乱されることが抑制される。そのため、導波シート10の最外層を図9の(c)に示す透光対61aで構成することにより、導波シート10の外部に導波光が放射されることが抑制される。
[導波シートの製造方法]
次に、実施の形態1に係る導波シート10の製造方法について説明する。
次に、実施の形態1に係る導波シート10の製造方法について説明する。
図10は、実施の形態1に係る導波シート10を製造する手順の一例を示す模式的な図である。なお、図10の(a)において、平行層4は、厚さ0.5μm程度のアクリル製の光学シートである。0.5μmの厚さのアクリル製の光学シートは、厚さが240分用カセットレコーダテープの樹脂ベースと同じであるため、従来から当該樹脂ベースを作製するために利用されている圧延工法を応用することによって作製できる。この平行層4の作成に用いたアクリル製の光学シートに2光束干渉法で光を照射することにより、蛇行層3を作製する。例えば、2光束干渉法に用いられる光源は、紫外光を出射するレーザ光源(紫外レーザ光源)である。2つの紫外レーザ光源から発せられる紫外レーザ光14(平面波)を、2つの紫外レーザ光14の光軸を所定の角度をなして交差させることで、均一ピッチのストライプ状の干渉縞13が形成される。この干渉縞13が発生する位置に平行層4の作成に用いたアクリル製の光学シートを配置することにより、光強度が強い位置でアクリル製の光学シートの硬化収縮が発生する。これにより、アクリル製の光学シートは、図10の(b)に示す蛇行層3として形成される。
次に、図10の(c)に示すように、1層目の蛇行層3を無接触状態にて懸垂保持し、基板上に置かれた1層目の平行層4の上に移動させる。
次に、図10の(d)に示すように、1層目の蛇行層3の上下で圧力差を加えて、1層目の平行層4の上に重ねる。
次に、図10の(e)に示すように、2層目の平行層4を無接触状態にて懸垂保持し、1層目の蛇行層3の上に移動させる。
次に、図10の(f)に示すように、2層目の平行層4の上下で圧力差を加えて、1層目の蛇行層3の上に重ねる。
次に、図10の(g)に示すように、2層目の蛇行層3を無接触状態にて懸垂保持し、1層目と2層目の蛇行層3の蛇行がx軸方向に同期するように2層目の平行層4の上に移動させる。
次に、図10の(h)に示すように、2層目の蛇行層3の上下で圧力差を加えて、2層目の平行層4の上に重ねる。
以上の工程を繰り返すことにより、図2に示す蛇行層3と平行層4とが交互に層状に配置される積層構造が製造される。なお、平行層4と蛇行層3とを交互に積層する工程において、当該工程の途中で平行層4を回折格子層1に差し替えることにより、積層体60aは作製される。また、蛇行層3と平行層4とより透光対61を作製し、回折格子層1に対して複数の透光対61を積層することにより、積層体60aを作製してもよい。
導波シート10は、積層体60aと、同様に作製された積層体60bとを所定の角度を回転させて層状に1又は複数配置されて構成される。この場合、積層体60aと積層体60bとの境界に位置する平行層を、共通の平行層4Sとして共有するように構成する。なお、導波シート10は、積層体を複数層状に配置しなくでもよい。つまり、導波シート10は、積層体60aでもよい。
次に、実施の形態1に係る導波シート10の別の製造方法について説明する。図11は、実施の形態1に係る導波シート10を製造する、他の手順の一例を示す模式図である。
図11の(a)に示すように、ナノプリント技術で薄い平板15の片側表面にピッチ0.2μm以下の微細な突起(凹条及び凸条)を形成し、突起構造15aのエンベロープがx軸に沿った蛇行形状をなすようにする。この突起構造15aが形成された平板15を蛇行の周期がπだけずれる関係で交互に重ねる。
次に、図11の(b)に示すように、プレス機17でz軸方向に加圧し隙間を埋める。加圧後には、プレス機17の表面に形状が揃う形で、平板15は蛇行層3と平行層4とに変形し、それらの間に突起構造15aが埋まった構造となる。
なお、図11の(c)に示すように、ナノプリント技術で薄い平板16の両側表面にピッチ0.2μm以下の微細な突起(凹条及び凸条)を形成し、突起構造16a及び突起構造16bのエンベロープがx軸に沿った蛇行形状をなすようにしてもよい。蛇行の周期は、表面(例えば、z軸正方向側に位置する面)側と裏面(当該表面側と反対側に位置する面)側とでπだけずれる関係にある。そして、突起構造16a及び突起構造16bが形成された平板16と平行層4とを交互に積層する。
次に、図11の(d)に示すように、プレス機17でz軸方向に加圧し隙間を埋める。加圧後には、蛇行層3と平行層4との間に突起構造16a及び突起構造16bが埋まった構造となる。
突起構造15a、15bのピッチ、又は、突起構造16a、16bのピッチが、平行層4及び蛇行層3を伝播する導波光の波長の1/3以下ならば光の回折が発生せず、実効的に屈折率が平均化された媒質として作用する。そのため、突起構造15a、16a、16bは、図1に示す透明層2として機能する。
なお、平板15及び平板16は、上述した加工を施されて蛇行層3となる。つまり、平板15及び平板16の材料は、上述した蛇行層3と同様の材料が採用される。また、突起構造15a、16a、16bは、加工されて上述した透明層2として機能する。そのため、突起構造15a、16a、16bの材料は、上述した透明層2と同様の材料が採用される。
以上の製造工程により作製される蛇行層3、透明層2及び平行層4の積層体を回折格子層1に積層することで、図2に示す積層体60aは製造できる。導波シート10は、積層体60aと、同様に作製された積層体60bとを所定の角度を回転させて層状に1又は複数配置されて構成される。
なお、蛇行層3、平行層4の厚さと回折格子層1の実効的な厚さとは等しくてもよいし、違う厚さでもよく、蛇行層3、平行層4の厚さと回折格子層1の実効的な厚さは限定されない。
また、蛇行層3と、平行層4と、回折格子層1とは、それぞれ異なった材料によって作製されてもよい。
また、積層体60bの回折格子層1’のグレーティング条件(回折格子ピッチΛ及び/又は回折格子深さd等)は、積層体60aの回折格子層1のグレーティング条件と同じでもよいし、異なってもよい。
また、積層体60bにおける回折格子層1’、蛇行層3’及び平行層4’の膜条件(膜厚t及び/又は材料)は、積層体60aの膜条件と同じでもよいし、異なってもよい。
また、積層体60a及び積層体60bと仕様(グレーティング条件及び/又は膜条件等)の異なる積層体をさまざまに組み合わせ、重ねて合わせることにより、導波シート10は作製されてもよい。
[効果等]
以上説明したように、実施の形態1の導波シート10は、入射される入射光を取り込み、内部で当該入射光の入射方向と交差する方向に光を導波する導波シート10である。導波シート10は、入射光の進行方向を変える回折格子層1を備える。また、導波シート10は、さらに回折格子層1に層状に配置され、入射方向と交差する方向である第1方向に、第1凹条70と第1凸条71とが繰り返す形状を有する第1の透光層(蛇行層3)と、蛇行層3に層状に配置される第2の透光層(平行層4)とを備える。層状に配置された蛇行層3と平行層4とは透光対61を構成する。導波シート10は、複数の透光対61を備える。複数の透光対61は、入射方向において、蛇行層3における隣り合う第1凸条71が配置される位置の間に、次の蛇行層3の第1凹条70が位置するように、層状に配置される。
以上説明したように、実施の形態1の導波シート10は、入射される入射光を取り込み、内部で当該入射光の入射方向と交差する方向に光を導波する導波シート10である。導波シート10は、入射光の進行方向を変える回折格子層1を備える。また、導波シート10は、さらに回折格子層1に層状に配置され、入射方向と交差する方向である第1方向に、第1凹条70と第1凸条71とが繰り返す形状を有する第1の透光層(蛇行層3)と、蛇行層3に層状に配置される第2の透光層(平行層4)とを備える。層状に配置された蛇行層3と平行層4とは透光対61を構成する。導波シート10は、複数の透光対61を備える。複数の透光対61は、入射方向において、蛇行層3における隣り合う第1凸条71が配置される位置の間に、次の蛇行層3の第1凹条70が位置するように、層状に配置される。
これにより、導波シート10に入射された入射光5は、回折格子層1で導波光6に結合され、蛇行層3及び平行層4へと移行される。そのため、導波シート10は、導波シート10内部に取り込んだ入射光5を、導波シート10内部に導波光6として保持しやすい。
また、導波シート10は、さらに、透光対61が層状に積層される回折格子層1の面とは反対側の面に、蛇行層3が配置されるように、透光対61が層状に配置されてもよい。
これにより、導波シート10は、導波シート10内部に取り込んだ入射光5を、導波シート10内部に導波光6としてより保持しやすい。
また、導波シート10は、さらに、入射光を入射方向と交差する方向である第1導波方向に光を導波する、回折格子層1と、蛇行層3と、平行層4とを有する第1の積層体60aと、第1の積層体60aと同様の構造を有する第2の積層体60bとを備えてもよい。第2の積層体60bは、入射光を第1導波方向とは異なる方向である第2導波方向に光を導波するように第1の積層体60aに層状に配置されてもよい。
つまり、導波シート10は、例えば回折格子ピッチΛ等の回折格子の条件が異なる複数の回折格子層を備えることにより、広い波長範囲、広い角度範囲の入射光5を取り込むことができる。そのため、例えば入射光5が太陽光であれば、導波シート10は、広い面積にわたり、広い波長範囲、広い角度範囲で太陽光を取り込み、取り込んだ光を導波シート10内部に効果的に閉じ込め、端面102から放出させることができる。
また、光電変換装置100は、導波シート10と、光を受光する受光面101を有し、受光面101で受光した光を電力に変換する光電変換素子11と、を備える。導波シート10に入射される入射光を受光する受光方向に、透光対61は回折格子層1に層状に配置される。光電変換素子11は、受光方向と交差する方向に位置する導波シート10の端面102と対向して受光面101が位置するように、導波シート10の周囲に配置される。
これにより、導波シート10は、取り込んだ入射光5を導波光6として効果的に光電変換素子11へと導くことができる。そのため、光電変換装置100によれば、例えば、光電変換素子11で直接入射光5を受光する場合と比較して、光電変換素子11は、多くの光を受光することが可能となる。つまり、光電変換装置100によれば、例えば、光電変換素子11で直接入射光5を受光する場合と比較して、小さい面積でも多くの電力を発生させることができる。言い換えると、光電変換装置100によれば、導波シート10によって広い面積で外部からの入射光5を取り込み、取り込んだ入射光5を効率よく光電変換素子11へと導くことができるため、入射光5を効率よく光電変換できる。
(実施の形態2)
以下、図12を用いて、実施の形態2を説明する。実施の形態2に係る導波シートは、実施の形態1に係る導波シート10とは、積層体60aと積層体60bとの間に、さらに積層体60c(第3の積層体)が挟まる点が異なる。なお、実施の形態2に係る導波シートの説明において、実施の形態1に係る導波シート10と実質的に同一の構造について、重複する説明は省略又は簡略化する場合がある。
以下、図12を用いて、実施の形態2を説明する。実施の形態2に係る導波シートは、実施の形態1に係る導波シート10とは、積層体60aと積層体60bとの間に、さらに積層体60c(第3の積層体)が挟まる点が異なる。なお、実施の形態2に係る導波シートの説明において、実施の形態1に係る導波シート10と実質的に同一の構造について、重複する説明は省略又は簡略化する場合がある。
[導波シートの構造]
図12は、実施の形態2に係る導波シートを示す模式的な断面図である。
図12は、実施の形態2に係る導波シートを示す模式的な断面図である。
図12に示すように、導波シート10aは、積層体60aと、積層体60bと、積層体60cと、を備える。積層体60aと積層体60bは、図2に示す実施の形態1の積層体60a及び積層体60bと同じであり、実施の形態2においては、積層体60aと積層体60bとの間に積層体60cが挟まっている。
積層体60cは、透明層2’’を挟んで蛇行層3’’、平行層4’’が交互に積層されたものである。図12の場合では、蛇行層3’’の蛇行方向がz軸周りに交互に回転している。蛇行層3’’が蛇行層3及び蛇行層3’に対し回転していることで、積層体60a又は積層体60bから積層体60cに伝播してくる導波光の導波方向が蛇行層3’’の蛇行方向と乖離する。この乖離により、導波光及びその派生光は、その移行効率が低下し、積層体60cの近傍に閉じ込められ、xy面に沿って拡散する。
なお、積層体60c内に形成される少なくとも一つの蛇行層3’’は、蛇行層3’’の蛇行方向が蛇行層3の蛇行方向又は蛇行層3’の蛇行方向と異なる蛇行方向となるように形成されていればよい。
例えば、図12に示すように、積層体60cは、蛇行層3’’として互いに蛇行方向が異なる2種類の蛇行層31、32を備え、平行層4’’と透明層2’’を介して蛇行層31と蛇行層32とが交互に複数層状に配置された構造でもよい。積層体60cにおいて、蛇行層31(第3の透光層)と平行層4’’(第4の透光層)とは透光対(第2の透光対)を構成し、蛇行層32(第5の透光層)と平行層4’’(第6の透光層)とは透光対(第3の透光対)を構成する。この場合、蛇行層31の蛇行方向(第4方向)は積層体60bにおける蛇行層3の蛇行方向(第3方向)と実質的に同一であってもよいし異なってもよく、蛇行層32の蛇行方向(第5方向)は積層体60aにおける蛇行層3の蛇行方向(第1方向)と実質的に同一であってもよいし異なってもよい。
以上のように、実施の形態2に係る導波シート10aは、蛇行層32の角度変化(蛇行方向)に多様性があるので、当該角度変化を適宜調整することにより、実施の形態1に係る導波シート10と比較して、光の閉じ込め効果をより高めることができる。したがって、実施の形態2に係る導波シート10aは、実施の形態1に係る導波シート10と同様の光閉じ込め効果を有する。
また、実施の形態2に係る導波シート10aの端面に太陽電池等の光電変換素子11を設置して光電変換装置100が作製されてもよい。導波シート10aは、取り込んだ入射光を導波光としてより効果的に光電変換素子11へと導くことができる。そのため、導波シート10aを備える光電変換装置100によれば、例えば、光電変換素子11で直接入射光5を受光する場合と比較して、光電変換素子11は、より多くの光を受光することが可能となる。つまり、導波シート10aを備える光電変換装置100によれば、例えば、光電変換素子11で直接入射光5を受光する場合と比較して、小さい面積でも多くの電力を発生させることができる。
なお、積層体60cは、回折格子が形成された回折格子層を有してもよいし、有しなくてもよく、限定されない。
(実施の形態3)
以下、図13及び図14を用いて、実施の形態3を説明する。実施の形態3に係る導波シートは、実施の形態1に係る導波シート10とは、平行層(第2の透光層)の形状が異なる。なお、実施の形態3に係る導波シートの説明において、実施の形態1に係る導波シート10と実質的に同一の構造について、重複する説明は省略又は簡略化する場合がある。
以下、図13及び図14を用いて、実施の形態3を説明する。実施の形態3に係る導波シートは、実施の形態1に係る導波シート10とは、平行層(第2の透光層)の形状が異なる。なお、実施の形態3に係る導波シートの説明において、実施の形態1に係る導波シート10と実質的に同一の構造について、重複する説明は省略又は簡略化する場合がある。
[導波シートの構造]
図13は、実施の形態3に係る導波シート内を導波する導波光の様子を示す説明図である。
図13は、実施の形態3に係る導波シート内を導波する導波光の様子を示す説明図である。
図13に示すように、蛇行層3の上面には、実施の形態1に係る導波シート10と異なり、平行層4のような完全な平面ではなく、y軸方向に緩やかに蛇行している(蛇行ピッチPy)蛇行層40(第2の透光層)が積層される。つまり、蛇行層40は、導波シート10bに外部から入射される入射光の入射方向と交差する方向である第2方向(図13においてはy軸方向)に、第2凹条73と第2凸条72とが繰り返す形状を有する。
導波シート10bは、図示しないが、図2に示す積層体60aのように、回折格子層1と、回折格子層1の上面側及び下面側には、複数の蛇行層3のそれぞれと複数の蛇行層40のそれぞれとが、交互に積層された積層構造とを備える。その結果、蛇行層40と蛇行層3の間の隙間の間隔は、隙間sから隙間s’までの間で変動する。蛇行層40の蛇行全振幅は、s’−sである。蛇行層40をx軸方向に伝播する導波光9は蛇行層3に移行し、導波光9aとなる。
ここで、蛇行層40と蛇行層3の隙間sが、移行効率が理論的に100%となるように調整されている場合(最適値である場合)について考える。この場合、異なったy座標でx軸方向に沿って伝播する導波光9’は、蛇行層3に移行して導波光9a’となる。また、隙間s’が蛇行層40から蛇行層3へ光が移行するための最適値である隙間sとは異なるため光の移行効率が低下し、導波光9’の一部は移行せずに蛇行層40に留まり、導波光9b’となる。
蛇行層40と蛇行層3との近接した近接部3Bは、実効的な層の厚みが厚くなっているため、層内における他の部分と実効屈折率が異なる。例えば、層内の近接部3Bと異なる他の部分では実効屈折率が1.95であるのに対し、近接部3Bでは実効屈折率が2.05になる(図18の(d)のP1及びP3参照)。
なお、蛇行層40と蛇行層3との隙間が大きくなると、実効的な層の厚みは小さくなる。
図14は、図13に示す構造を有する導波シート10b内の光の移行現象を2次元モデル(xy断面)によって解析した解析結果である。具体的には、図14の(a)は、実施の形態3に係る導波シート10bの光の移行現象を2次元モデルによるシミュレーションで用いた屈折率分布図を示す説明図である。図14の(b)は、図14の(a)に示す光の移行現象を示す2次元モデルのシミュレーション結果であるポインティングベクトルの強度比の伝播光路長依存性を示す説明図である。
なお、図14の(a)において、近接部3B1、3B2、3B3、3B4等のハッチングで示す領域は、蛇行形状の位相が図13に示すy軸方向にランダムに並んだ実効屈折率2.05の領域(蛇行層40と蛇行層3とが近接する領域)であることを示す。また、図14の(a)において、ハッチングで示していないその他の部分は実効屈折率1.95の領域50である。図14の(a)において、解析領域の上下左右の境界条件はPBCとし、y軸方向の解析幅は30μmとした。また、解析領域に導入する導波光9は、S偏光とし、幅(スポット径)は30μmとし、波長は0.85μmとし、コヒーレンス長Lは20μmのパルス光とした。また、蛇行層40の蛇行全振幅(s’−s)は、0.1μmとした。
図14の(b)に示すように、y軸方向のポインティングベクトルQyの強度比(Qy/(Qx+Qy))が伝播長に伴って増大する。なお、ポインティングベクトルQyは、y軸方向のポインティングベクトルであり、ポインティングベクトルQxは、x軸方向のポインティングベクトルである。
また、図14の(a)に示す解析領域内を伝播する導波光は、xy面内で拡散する。当該導波光がxy面内で拡散すると、導波光の導波方向が蛇行層3の蛇行方向と乖離する。そのため、導波光の移行効率は低下し、導波光が導波している層から、近接している層への光の移行が起こりにくくなる。つまり、導波光は、導波シート10bの内部に閉じ込められやすくなる。
なお、蛇行層40のy軸方向への蛇行形状は設計的に与えてもよいが、図10及び図11に示す製造方法では、ランダムな歪みとして自然に存在する場合もある。この蛇行形状によって、回折格子19の形成された回折格子層1から、蛇行層40及び蛇行層3への移行を繰り返して回折格子層1から遠ざかる導波光は、次第に伝播方向が変化する。そのため、回折格子層1から離れた位置で、しだいに他の層への光の移行が発生しにくくなり、導波光は導波している層に閉じ込められた状態でxy面に沿って拡散する。したがって、実施の形態3に係る導波シート10bは、実施の形態1に係る導波シート10と同様の光閉じ込め効果を有する。
なお、実施の形態3においては、蛇行層40をy軸方向に沿って蛇行させた形状としたが、蛇行層3をさらにy軸方向に沿って蛇行させた形状としてもよい。つまり、蛇行層40(第2の透光層)及び蛇行層3(第1の透光層)は、蛇行層3の蛇行方向(x軸方向)と交差する方向に、近接と離間とを繰り返す蛇行形状を有してもよい。
[効果等]
以上説明したように、導波シート10bは、第2の透光層(蛇行層40)は、入射方向と交差する方向である第2方向に、第2凹条73と第2凸条72とが繰り返す形状を有する。
以上説明したように、導波シート10bは、第2の透光層(蛇行層40)は、入射方向と交差する方向である第2方向に、第2凹条73と第2凸条72とが繰り返す形状を有する。
これにより、導波シート10bは、導波シート10b内部に取り込んだ入射光を、導波シート10b内部に導波光としてより保持しやすい。また、導波シート10b内を導波する導波光は、効率良く導波シート10bの端面から出射される。これにより、導波シート10bを用いた光電変換装置100は、導波シート10bの周囲に配置される光電変換素子11に効率よく光を供給することができる。
(実施の形態4)
以下、図15を用いて、実施の形態4を説明する。実施の形態4に係る導波シートは、実施の形態1に係る導波シート10とは、平行層の形状が異なる。なお、実施の形態3に係る導波シートの説明において、実施の形態1に係る導波シート10と実質的に同一の構造について、重複する説明は省略又は簡略化する場合がある。
以下、図15を用いて、実施の形態4を説明する。実施の形態4に係る導波シートは、実施の形態1に係る導波シート10とは、平行層の形状が異なる。なお、実施の形態3に係る導波シートの説明において、実施の形態1に係る導波シート10と実質的に同一の構造について、重複する説明は省略又は簡略化する場合がある。
[導波シートの構造]
図15は、実施の形態4に係る導波シートを示す模式図である。導波シート10cは、実施の形態1の導波シート10と異なり、平行層4に替えて平面ではない蛇行層41を有する。蛇行層41は蛇行層3と同じ形状である。つまり、導波シート10cは、回折格子層1と、蛇行層3と、蛇行層41(第2の透光層)とを備える。また、導波シート10cは、図示しないが、図2に示す積層体60aのように、回折格子層1の上面側及び下面側に、蛇行層3と蛇行層41とが交互に複数積層された構造を有する。
図15は、実施の形態4に係る導波シートを示す模式図である。導波シート10cは、実施の形態1の導波シート10と異なり、平行層4に替えて平面ではない蛇行層41を有する。蛇行層41は蛇行層3と同じ形状である。つまり、導波シート10cは、回折格子層1と、蛇行層3と、蛇行層41(第2の透光層)とを備える。また、導波シート10cは、図示しないが、図2に示す積層体60aのように、回折格子層1の上面側及び下面側に、蛇行層3と蛇行層41とが交互に複数積層された構造を有する。
ここで、蛇行層41は、蛇行方向において、蛇行層3に対して蛇行の位相(周期)がx軸方向に半周期ずれている。こうすることにより、導波シート10cは蛇行層3と蛇行層41とが周期的に近接と離間とを繰り返し、蛇行層3と平行層4とが周期的に近接と離間とを繰り返す実施の形態1に係る導波シート10と同様に光閉じ込め効果を有する。また、導波シート10cは、平行層4を必要としないため、層構造の種類が少なくできるので、実施の形態1に係る導波シート10よりも、作製しやすいメリットがある。
(実施の形態5)
以下、図16及び図17を用いて、実施の形態5を説明する。
以下、図16及び図17を用いて、実施の形態5を説明する。
実施の形態5に係る導波シートは、実施の形態1に係る導波シート10とは、平行層及び/又は蛇行層の一部に、導波光の導波方向を所望の方向へ変更するための回折格子を形成する点が異なる。なお、実施の形態5に係る導波シートの説明において、実施の形態1に係る導波シート10と実質的に同一の構造について、重複する説明は省略又は簡略化する場合がある。
[導波シートの構造]
図16は、実施の形態5に係る導波シート10dを示す模式図である。導波シート10dは、回折格子層1と、蛇行層3と、平行層42とを備える。また、導波シート10dは、図示しないが、図2に示す積層体60aのように、回折格子層1の上面側及び下面側に、蛇行層3と平行層42とが交互に複数積層された構造を有する。ここで、図16に示すように、実施の形態5の平行層42の一部には、回折格子18が形成される。
図16は、実施の形態5に係る導波シート10dを示す模式図である。導波シート10dは、回折格子層1と、蛇行層3と、平行層42とを備える。また、導波シート10dは、図示しないが、図2に示す積層体60aのように、回折格子層1の上面側及び下面側に、蛇行層3と平行層42とが交互に複数積層された構造を有する。ここで、図16に示すように、実施の形態5の平行層42の一部には、回折格子18が形成される。
回折格子層1に入射した入射光が結合した導波光は、蛇行層3及び平行層42の層間の移行を繰り返し、x軸正方向へ伝播しつつ回折格子層1から積層方向側へ遠ざかる。回折格子18が形成された平行層42まで到達した導波光7は、平行層42上に形成された回折格子18に入射する。この際に、x軸正方向に伝播していた導波光7は、回折格子18によってy軸方向に導波方向が折り曲げられ、導波光7Lとなる。同様に、蛇行層3をx軸方向に伝播する導波光7’も、y軸方向に導波方向が折り曲げられ、導波光7L’となる。
なお、回折格子18は、平行層42と蛇行層3とが近接する位置に分散的に形成されてもよいし、平行層42と蛇行層3とに独立に形成されていてもよい。
図17は、図16に示す導波光の伝播方向の変化の様子を示す説明図である。なお、図17は、回折格子18が形成された平行層42を下面側から見た下面図である。
図17に示すように、回折格子18の格子ベクトルは、一例として、y軸方向に対し、角度(β+π/2)をなすように形成される。回折格子18の回折格子ピッチΛは、0.32μmである。回折格子18の外形は、y軸方向に対し角度αをなす方向に沿って回折格子幅Waで形成されている。平行層42の実効屈折率は、1.90とし、回折格子18が形成された部分の実効屈折率は、1.90と1.45との組み合わせとした。
上述した回折格子18の条件で導波光の導波方向を解析した結果、角度α=35度、角度β=45度の場合に、導波光7は、y軸正方向側に垂直に回折し(導波光7L)、回折効率は81%であった。すなわち、回折格子18を平行層42に形成することで、導波光の伝播方向を効率的に蛇行層3の蛇行方向から乖離させることができ、回折格子18の形成層の近傍に導波光が閉じ込められる。したがって、実施の形態5に係る導波シート10dは、実施の形態1に係る導波シート10と同様の光閉じ込め効果を有する。
なお、上述した回折格子18の形状は一例であり、回折格子ピッチΛの長さや回折格子18の外形等は、限定されない。
また、回折格子18は、平行層42ではなく、蛇行層3に形成されてもよい。また、回折格子18は、平行層42及び蛇行層3のそれぞれに形成されてもよい。つまり、平行層42(第2の透光層)及び蛇行層3(第1の透光層)の少なくとも一方の表面又は内部の一部には、回折格子18が形成されてもよい。なお、回折格子18は、実施の形態3に係る導波シート10bの蛇行層40及び蛇行層3の少なくとも一方に形成されてもよいし、実施の形態4に係る導波シート10cの蛇行層41及び蛇行層3の少なくとも一方に形成されてもよい。
[効果等]
以上説明したように、導波シート10dは、第1の透光層(蛇行層3)及び第2の透光層(平行層42)の少なくとも一方には、回折格子18が形成される。
以上説明したように、導波シート10dは、第1の透光層(蛇行層3)及び第2の透光層(平行層42)の少なくとも一方には、回折格子18が形成される。
これにより、導波シート10dは、導波シート10d内部に取り込んだ入射光を、導波シート10d内部に導波光として保持しやすい。また、導波シート10d内を導波する導波光は、効率良く導波シート10dの端面から出射される。これにより、導波シート10dを用いた光電変換装置100は、導波シート10dの周囲に配置される光電変換素子11に効率よく光を供給することができる。
(他の実施の形態)
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態1、2、3、4及び5を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、上記実施の形態1、2、3、4及び5で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。そこで、以下、他の実施の形態を例示する。
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態1、2、3、4及び5を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、上記実施の形態1、2、3、4及び5で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。そこで、以下、他の実施の形態を例示する。
例えば、以上の実施の形態で、回折格子は導波層(回折格子層、蛇行層及び平行層)の表面の凹凸形状であるとして説明したが、これに限定されない。例えば、回折格子は当該導波層内部に形成された屈折率差のある周期構造であってもよい。
また、以上の実施の形態を任意に組み合わせた構成も考えられ、実施の形態1と同様の光閉じ込め効果を持つとともに、導波シート端面に太陽電池等の光電変換素子を設置し、取り込まれた光を受光する場合、シートの厚さを薄く構成することで光電変換素子の面積を大幅に少なくしても、光電変換装置の低コスト化が可能である。
以上のように、本開示における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面及び詳細な説明を提供した。
したがって、添付図面及び詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。
また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、請求の範囲又はその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
本開示の導波シートは、広い面積で光を取り込むことが可能な光学シートに有用である。また、本開示の導波シートを用いた光電変換装置は、例えば広い面積で、広い波長の範囲(例えば可視光全域)に渡って太陽光と取り込むことができるため、太陽光発電装置等に有用である。
1,1’ 回折格子層
2,2’,2’’ 透明層
3,3’,3’’,3a,31,32,40,41 蛇行層
3A,3B,3A’,3B1,3B2,3B3,3B4,3C,3C’’,3C’’ 近接部
4,4’,4’’,4a,4S,42 平行層
5,5’,5’’,23’,23a,23a’,23A 入射光
6,6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6A,6B,6a’,6b’,6c’,6A’,6B’,7,7a,7b,7c,7A,7B,7C,7b’,7c’,7A’,7B’,7C’,7L,7L’,8a,8b,8c,8d,8B,9,9’,9a,9a’,9b’,23b,23b’ 導波光
10,10a,10b,10c,10d 導波シート
11 光電変換素子
12 異物
13 干渉縞
14 紫外レーザ光
15,16 平板
15a,16a,16b 突起構造
17 プレス機
18,19,19’,22 回折格子
20 透光層
21 環境媒質
22a グレーティング端部
23B 放射光
24,25 円
50 領域
60a,60b,60c 積層体
61,61a 透光対
70 第1凹条
71 第1凸条
72 第2凸条
73 第2凹条
74 第3凹条
75 第3凸条
100 光電変換装置
101 受光面
102 端面
Λ 回折格子ピッチ
L コヒーレンス長
M0,M1,M2 検出器
W,W1,W2 結合長
Wa 回折格子幅
R1,R2 曲率半径
Px,Py 蛇行ピッチ
Qx,Qy ポインティングベクトル
a,a’ 振幅
d 回折格子深さ
s,s’ 隙間
t 膜厚
θ 入射角度
φ,φ1 回転角度
λ 波長
α,β 角度
2,2’,2’’ 透明層
3,3’,3’’,3a,31,32,40,41 蛇行層
3A,3B,3A’,3B1,3B2,3B3,3B4,3C,3C’’,3C’’ 近接部
4,4’,4’’,4a,4S,42 平行層
5,5’,5’’,23’,23a,23a’,23A 入射光
6,6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6A,6B,6a’,6b’,6c’,6A’,6B’,7,7a,7b,7c,7A,7B,7C,7b’,7c’,7A’,7B’,7C’,7L,7L’,8a,8b,8c,8d,8B,9,9’,9a,9a’,9b’,23b,23b’ 導波光
10,10a,10b,10c,10d 導波シート
11 光電変換素子
12 異物
13 干渉縞
14 紫外レーザ光
15,16 平板
15a,16a,16b 突起構造
17 プレス機
18,19,19’,22 回折格子
20 透光層
21 環境媒質
22a グレーティング端部
23B 放射光
24,25 円
50 領域
60a,60b,60c 積層体
61,61a 透光対
70 第1凹条
71 第1凸条
72 第2凸条
73 第2凹条
74 第3凹条
75 第3凸条
100 光電変換装置
101 受光面
102 端面
Λ 回折格子ピッチ
L コヒーレンス長
M0,M1,M2 検出器
W,W1,W2 結合長
Wa 回折格子幅
R1,R2 曲率半径
Px,Py 蛇行ピッチ
Qx,Qy ポインティングベクトル
a,a’ 振幅
d 回折格子深さ
s,s’ 隙間
t 膜厚
θ 入射角度
φ,φ1 回転角度
λ 波長
α,β 角度
また、第1方向(蛇行方向)において、平行層4の一方の面における蛇行層3と近接する位置の間に、平行層4の一方の面と反対側の他方の面において蛇行層3と近接する位置があるように、複数の透光対61は層状に配置される。具体的には、図2に示すように、x軸方向において、平行層4の一方の面(上面)における蛇行層3と平行層4との隣り合う近接部3C’と近接部3C”との間に、平行層4の他方の面(下面)における蛇行層3と平行層4との近接部3Cが位置するように、複数の透光対61は層状に配置される。言い換えると、複数の透光対61は、入射方向において、蛇行層3における隣り合う第1凸条71が配置される位置の間に、その蛇行層3に隣接する他の蛇行層3の第1凹条70が位置するように、層状に配置される。
上述した導波光の移行を繰り返した結果、導波光6cは、積層体60aと積層体60bとの境目にある平行層4Sに到達して導波光7となる。積層体60aと積層体60bとがz軸周りに所定の角度をなして接しているので、境界の平行層4Sでは、平行層4Sの上面側にある蛇行層3との近接部3A(図8参照)、平行層4Sの下にある蛇行層3’との近接部3A’(図8参照)が互いに交差する。具体的には、蛇行層3の蛇行方向に垂直な方向に延在する近接部3Aと、蛇行層3’の蛇行方向に垂直な方向に延在する近接部3A’とは、交差する。上述したように、積層体60aの蛇行層3の蛇行方向は、積層体60bの蛇行層3’の蛇行方向とは異なる。この様な条件では、導波光が導波している層から別の層へ移行する光の移行効率は低下する。例えば、導波光7の一部は下側に隣接する蛇行層3’に移行して導波光7aとなるが、蛇行層3’に移行しなかった導波光7の残りは、平行層4Sに留まり導波光7Aとなる。
Claims (9)
- 入射される入射光を取り込み、内部で前記入射光の入射方向と交差する方向に光を導波する導波シートであって、
前記入射光の進行方向を変える回折格子層と、
前記入射方向と交差する方向である第1方向に第1凹条と第1凸条とが繰り返す形状を有する第1の透光層と、前記第1の透光層に層状に配置される第2の透光層と、を有する複数の第1の透光対と、を備え、
前記複数の第1の透光対は、
前記第1の透光層が、前記回折格子層側に位置するように、且つ、
前記入射方向において、前記第1の透光層の隣り合う前記第1凸条の間に、前記第1の透光層に隣接する他の前記第1の透光層の前記第1凹条が位置するように、
層状に配置される、導波シート。 - 前記複数の第1の透光対は、前記回折格子層の両面に配置される、
請求項1に記載の導波シート。 - 前記第2の透光層は、前記入射方向と交差する方向である第2方向に、第2凹条と第2凸条とが繰り返す形状を有する、
請求項1又は2に記載の導波シート。 - 前記第2の透光層は、前記第1方向に、第1凹条と第1凸条とが繰り返す形状を有する、
請求項1又は2に記載の導波シート。 - 前記第1の透光層及び前記第2の透光層の少なくとも一方には、回折格子が形成される、
請求項1から4のいずれか1項に記載の導波シート。 - 前記回折格子層と、前記第1の透光層と、前記第2の透光層とを含む第1の積層体と、
前記第1の積層体と同様の構造を有する第2の積層体と、を有し、
前記第2の積層体は、前記第2の積層体の前記第1の透光層における前記第1凹条と前記第1凸条とが繰り返す方向が、前記第1の積層体における前記第1方向とは異なる第3方向となるように、前記第1の積層体に層状に配置される、
請求項1から5のいずれか1項に記載の導波シート。 - さらに、前記第1の積層体と前記第2の積層体との間に配置され、第2の透光対と第3の透光対とが交互に積層される第3の積層体を備え、
前記第2の透光対は、前記第1凹条と前記第1凸条とが繰り返す形状を有する第3の透光層と、前記第3の透光層に層状に配置される第4の透光層と、を有し、
前記第3の透光対は、前記第1凹条と前記第1凸条とが繰り返す形状を有する第5の透光層と、前記第5の透光層に層状に配置される第6の透光層と、を有し、
前記第3の透光層における前記第1凹条と前記第1凸条とが繰り返す方向は前記第1方向と異なる第4方向であり、前記第5の透光層における前記第1凹条と前記第1凸条とが繰り返す方向は、前記第3方向及び前記第4方向と異なる第5方向である、
請求項6に記載の導波シート。 - さらに、第3凹条と第3凸条とが繰り返す形状を有する第7の透光層と、前記第7の透光層に層状に配置される第8の透光層と、を有する第4の透光対を備え、
前記第4の透光対は、前記第8の透光層が最表面に位置するように配置され、
前記第3凹条の曲率半径は、前記第1凸条の曲率半径より大きい、
請求項1から7のいずれか1項に記載の導波シート。 - 請求項1から8のいずれか1項に記載の導波シートと、
光を受光する受光面を有し、前記受光面で受光した光を電力に変換する光電変換素子と、を備え、
前記光電変換素子は、前記入射方向と交差する方向に位置する前記導波シートの端面と対向して前記受光面が位置するように、前記導波シートの周囲に配置される、
光電変換装置。
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Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20100288352A1 (en) * | 2009-05-12 | 2010-11-18 | Lightwave Power, Inc. | Integrated solar cell nanoarray layers and light concentrating device |
JP2011515018A (ja) * | 2008-02-12 | 2011-05-12 | クォルコム・メムズ・テクノロジーズ・インコーポレーテッド | 2層式薄膜ホログラフィック太陽光コレクタ及び太陽光コンセントレータ |
WO2013069248A1 (ja) * | 2011-11-08 | 2013-05-16 | パナソニック株式会社 | 光取り込みシートおよびロッド、ならびに、それらを用いた受光装置および発光装置 |
JP2014120706A (ja) * | 2012-12-19 | 2014-06-30 | Toshiba Corp | 集光体及び太陽電池 |
WO2014199572A1 (ja) * | 2013-06-13 | 2014-12-18 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 光取り込みシートおよび光取り込みロッド、ならびにそれらを用いた受光装置、発光装置および光ファイバー用増幅器 |
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Patent Citations (5)
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---|---|---|---|---|
JP2011515018A (ja) * | 2008-02-12 | 2011-05-12 | クォルコム・メムズ・テクノロジーズ・インコーポレーテッド | 2層式薄膜ホログラフィック太陽光コレクタ及び太陽光コンセントレータ |
US20100288352A1 (en) * | 2009-05-12 | 2010-11-18 | Lightwave Power, Inc. | Integrated solar cell nanoarray layers and light concentrating device |
WO2013069248A1 (ja) * | 2011-11-08 | 2013-05-16 | パナソニック株式会社 | 光取り込みシートおよびロッド、ならびに、それらを用いた受光装置および発光装置 |
JP2014120706A (ja) * | 2012-12-19 | 2014-06-30 | Toshiba Corp | 集光体及び太陽電池 |
WO2014199572A1 (ja) * | 2013-06-13 | 2014-12-18 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 光取り込みシートおよび光取り込みロッド、ならびにそれらを用いた受光装置、発光装置および光ファイバー用増幅器 |
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