WO2020031763A1 - 光学素子及び電子機器 - Google Patents

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Definitions

  • the dielectric film may be made of a material having a tensile modulus of 200 MPa or less.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a structure of an optical element 100 according to an embodiment of the present technology.
  • the optical element 100 may have any configuration as long as a predetermined potential difference can be applied between the first conductor film 103 and the second conductor film 104. Both the first conductor film 103 and the light reflection film 102 are connected to the power supply P and the ground E. It does not need to be connected to.
  • FIG. 2B shows a state in which a potential difference is applied between the first conductor film 103 and the second conductor film 104.
  • a potential difference is applied between the first conductor film 103 and the second conductor film 104, the carrier concentration in the first conductor film 103 and the second conductor film 104 changes.
  • the method for manufacturing the optical element 100 is not particularly limited.
  • the optical element 100 can be manufactured as follows.
  • the wavelength of the modulated light can be arbitrarily controlled, and the interference optical path length can be controlled by the potential difference applied between the first conductor film 103 and the second conductor film 104. It is possible to control the wavelength of the modulated light on the order of nm.
  • a metal mask pattern for forming a take-out terminal is provided on a substrate mainly made of polyethylene terephthalate, which is a smooth elastic body, and metallic silver is deposited on the masked substrate by vapor deposition. Terminals).
  • the thickness of the light reflection film was about 100 nm.
  • a metal mask having a predetermined opening was arranged on the second conductive film, and metal silver having a thickness of 50 nm was deposited using the metal mask to form an upper extraction terminal.
  • the wavelength to be modulated can be changed by the applied voltage, and the wavelength to be modulated is limited to a narrow band. That is, this optical element can control the wavelength to be modulated with high accuracy by the applied voltage.
  • the present technology can have the following configurations.
  • An optical element comprising: a dielectric film having optical transparency and elasticity, disposed between the first conductive film and the second conductive film.

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Abstract

【課題】応答速度が速く、変調波長の制御性が高い光学素子及び電子機器を提供すること。 【解決手段】本技術に係る光学素子は、第１の導体膜と、第２の導体膜と、誘電体膜とを具備する。第１の導体膜は、光透過性を有し、フェルミ準位調整によって光学遷移エネルギーの制御が可能である。第２の導体膜は、光透過性を有し、フェルミ準位調整によって光学遷移エネルギーの制御が可能である。誘電体膜は、第１の導体膜と第２の導体膜の間に配置され、光透過性及び弾性を有する。

Description

光学素子及び電子機器
　本技術は、光干渉効果による光変調を行う光学素子及び電子機器に関する。
　光を変調させる素子として、主にマッハツェンダー型素子やＥＯ（Electro Optical)素子等があるが、小型化が困難であった。一方で光の干渉を利用したファブリペロー型素子は特定波長のみを反射する光学素子であり、その干渉光路長を制御することで特定波長のみを反射あるいは透過させるフィルタ（以下、ファブリペローフィルタ）として用いられている。
　近年、その反射界面にグラフェンを用いて（例えば、特許文献１参照）電気的にその光学特性を変えることで、反射特性を変調させることが可能となってきている（例えば、非特許文献１参照）。しかしながら、ファブリペローフィルタは、事前に設計された光路長に応じて特定の波長の光のみを取り出す構造となっており、その波長自体は固定され、任意に変化させることができない。
　ここで、最近では、光路を規定する膜の変位をナノスケールオーダーで電気的に制御する手法が提案されている（例えば、非特許文献２参照）。これは光吸収導体膜であるグラフェンを中空中に吊るした状態とし、この導体膜に電圧を印加することで発生する静電引力によって導体膜の変位を制御し、素子内部を伝搬する光の干渉光路長を変動させるものである。
　これにより、ファブリペローフィルタでありながら、干渉する光の波長を制御することができ、１５０Ｖといった高電圧を印加することで、素子内部を伝搬して反射された光のスペクトルのピーク波長を５ｎｍ～２０ｎｍ程度の範囲でシフトさせることが可能となったとされている。
特開２０１３－２５７４８２号公報
Francisco J. Rodriguez,外４名,「Solid-State Electrolyte-Gated Graphene in Optical Modulators」,ADVANCED MATERIALS 2017, 1606372 P.A. Thomas,外７名，「Nanomechanical electro-optical modulator based on atomic heterostructures」,Nature Communications, DOI: 10.1038/ncomms13590
　しかしながら、原子層薄膜であるグラフェン等の導体膜は一定の機械強度と柔軟性を有する材料であるが、素子内部で周辺部を金属で接触させるのみで、中空状態で安定的に吊るすことは極めて困難である。
　また空気自体の比誘電率は1であり、静電的な引力を発生させるためには非常に大きな電圧印加が必要となり、周辺回路の大型化や大きな消費電力が要求される。また、中空状態を形成する際にはばらつきが大きくなり、目標とする波長をｎｍオーダーで制御することは極めて困難である。
　また、グラフェンと空気層との屈折率差が大きくなるため、界面反射によって取り出す干渉光に大幅なロスが発生するという問題もある。更には中空状態で機械的に薄膜を動作させるため、共振等が発生することで動作遅延等の発生によって入力に対するリニアな応答が出来ない。
　以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、応答速度が速く、変調波長の制御性が高い光学素子及び電子機器を提供することにある。
　上記目的を達成するため、本技術に係る光学素子は、第１の導体膜と、第２の導体膜と、誘電体膜とを具備する。
　上記第１の導体膜は、光透過性を有し、フェルミ準位調整によって光学遷移エネルギーの制御が可能である。
　上記第２の導体膜は、光透過性を有し、フェルミ準位調整によって光学遷移エネルギーの制御が可能である。
　上記誘電体膜は、上記第１の導体膜と上記第２の導体膜の間に配置され、光透過性及び弾性を有する。
　この構成によれば、第１の導体膜と第２の導体膜は、フェルミ準位調整（電荷濃度の調整等）によって光学遷移エネルギーを制御することにより、特定の波長（変調波長）の光吸収量を変動させることができる。また、第１の導体膜と第２の導体膜の間に電位差によって第１の導体膜と第２の導体膜の間に静電引力が生じ、誘電体膜が弾性変形を生じる。これにより、第１の導体膜と第２の導体膜の膜間距離が変化し、変調波長を変化させることが可能となる。
　上記誘電体膜は、比誘電率が１．８以上１００以下であり、引張弾性率が３０００ＭＰａ以下の材料からなるものであってもよい。
　上記誘電体膜は、引張弾性率が１０ＭＰａ以上９００ＭＰａ以下の材料からなるものであってもよい。
　上記誘電体膜は、引張弾性率が２００ＭＰａ以下の材料からなるものであってもよい。
　上記誘電体膜は、ＡＳＴＭ　Ｄ６３８規格に規定されている伸び試験による伸びの値が１００％以上８００％以下の材料からなるものであってもよい。
　請求項１に記載の光学素子であって、
　上記誘電体膜はＡＳＴＭ　Ｄ６９５規格に規定されている圧縮強さ試験による圧縮強さの値が５００ｋｇ／ｃｍ２以上の材料からなるものであってもよい。
　上記誘電体膜は、エラストマー、ゴム、低密度ポリエチレン、テトラフルオロエチレン、シリコーン、酢酸セルロース又はエチレン・酢酸ビニル共重合体からなるものであってもよい。
　上記誘電体膜は、１００ｎｍ以上１０ｍｍ以下の厚みを有するものであってもよい。
　上記第１の導体膜及び上記第２の導体膜は、キャリア濃度が増減することで光吸収係数が変化するものであってもよい。
　上記第１の導体膜及び上記第２の導体膜は、弾性を有するものであってもよい。
　上記第１の導体膜及び上記第２の導体膜はそれぞれ、グラファイト、カーボンナノチューブ、ナノグラファイト、フラーレン類、カーボンファイバ又はカーボンブラックからなるものであってもよい。
　上記光学素子は、上記第１の導体膜の上記誘電体膜とは反対側に配置され、光反射性を有する光反射膜をさらに具備してもよい。
　上記光反射膜は弾性を有するものであってもよい。
　光学素子。
　上記光反射膜は、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル又はチタン化合物からなるものであってもよい。
　上記第１の導体膜及び上記第２の導体膜は、上記第１の導体膜及び上記第２の導体膜の間に電位差を付与する電源に接続され、
　上記誘電体膜は、上記第１の導体膜及び上記第２の導体膜の間に電位差が付与されると、上記第１の導体膜と上記第２の導体膜の間に生じる静電引力によって上記第１の導体膜と上記第２の導体膜から押圧されて弾性変形を生じ、膜厚が変化するものであってもよい。
　上記目的を達成するため、本技術に係る光学素子は、光学素子を具備する。上記光学素子は、光透過性を有し、フェルミ準位調整によって光学遷移エネルギーの制御が可能な第１の導体膜と、光透過性を有し、フェルミ準位調整によって光学遷移エネルギーの制御が可能な第２の導体膜と、上記第１の導体膜と上記第２の導体膜の間に配置され、光透過性及び弾性を有する誘電体膜とを備える。
　以上のように、本技術によれば、応答速度が速く、変調波長の制御性が高い光学素子及び電子機器を提供することができる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
本技術の実施形態に係る光学素子の断面図である。 同光学素子の動作を示す模式図である。 本技術の実施例に係る光学素子の反射率の時間応答（７５Ｖ）を示すグラフである。 本技術の実施例に係る光学素子の反射率の時間応答（５５Ｖ）を示すグラフである。
　本技術の実施形態に係る光学素子について説明する。
　［光学素子の構造］
　図１は本技術の実施形態に係る光学素子１００の構造を示す断面図である。
　図１に示すように、光学素子１００は、基材１０１、光反射膜１０２、第１導体膜１０３、第２導体膜１０４及び誘電体膜１０５を備える。
　基材１０１は、光学素子１００の各層を支持する。基材１０１は弾性を有し、表面が平滑なものが好適であり、例えばポリカーボネートやポリエチレンテレフタレート等からなるものとすることができる。
　光反射膜１０２は、第１導体膜１０３側から入射する光を反射する。光反射膜１０２は、基材１０１上であって第１導体膜１０３の誘電体膜１０５とは反対側に配置され、第１導体膜１０３に当接する。光反射膜１０２は、光反射率が高い金属表面を有し、弾性を有するものが好適である。光反射膜１０２の材料として、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル及びチタン化合物等が挙げられる。光反射膜１０２の厚みは特に限定されないが、例えば１００ｎｍとすることができる。
　第１導体膜１０３は、光反射膜１０２上に配置され、光透過性を有する導体薄膜であって、フェルミ準位調整によって光学遷移エネルギーの制御が可能な薄膜であり、換言すれば、キャリア濃度を調整することによって光学特性が変化する薄膜である。
　具体的には、第１導体膜１０３は、キャリア濃度が増減することで光吸収係数が変化する導体膜とすることができる。また第１導体膜１０３は、弾性を有するものが好適である。
　このような第１導体膜１０３の材料として、グラファイト、カーボンナノチューブ、ナノグラファイト、フラーレン類、カーボンファイバ及びカーボンブラックを挙げることができる。第１導体膜１０３の厚みは特に限定されないが、例えば１０ｎｍとすることができる。
　第２導体膜１０４は、誘電体膜１０５上に配置され、光透過性を有する導体薄膜であって、フェルミ準位調整によって光学遷移エネルギーの制御が可能な薄膜であり、換言すれば、キャリア濃度を調整することによって光学特性が変化する薄膜である。
　具体的には、第２導体膜１０４は、キャリア濃度が増減することで光吸収係数が変化する導体膜とすることができる。また第２導体膜１０４は、弾性を有するものが好適である。
　このような第２導体膜１０４の材料として、グラファイト、カーボンナノチューブ、ナノグラファイト、フラーレン類、カーボンファイバ及びカーボンブラックを挙げることができる。
　なお、第２導体膜１０４の材料は第１導体膜１０３の材料と同一でもよく、異なってもよい。第２導体膜１０４の厚みは特に限定されないが、例えば１０ｎｍとすることができる。
　誘電体膜１０５は、第１導体膜１０３と第２導体膜１０４の間に配置され、光透過性及び弾性を有する。誘電体膜１０５は、比誘電率が大きく、引張弾性率が小さい材料からなるものが好適であり、具体的には、比誘電率が１．８以上１００以下であり、引張弾性率が３０００ＭＰａ以下の材料からなるものとすることができる。なお、比誘電率が１００以下という数値範囲は、強誘電体弾性結晶と呼ばれる材料の値を上限としたものである。
　このような材料としては、ポリスチレン、ポリアセタール及びその他のポリマー系材料を挙げることができる。
　また、誘電体膜１０５は引張弾性率がより小さいものが好適であり、具体的には引張弾性率が１０ＭＰａ以上９００ＭＰａ以下の材料からなるものとすることができる。なお、引張弾性率が１０ＭＰａ以上９００ＭＰａ以下という数値範囲はエラストマーの引張弾性率の範囲に相当する。
　このような材料としては、一般的なエラストマー材料及び一般的なゴム材料に加え、低密度ポリエチレン、テトラフルオロエチレン、シリコーン、酢酸セルロース又はエチレン・酢酸ビニル共重合体を挙げることができる。
　また、誘電体膜１０５は、引張弾性率がさらに小さいものであってもよく、具体的には引張弾性が２００ＭＰａ以下の材料からなるものとすることができる。
　このような材料としては、シリコーン等のエラストマーを挙げることができる。なお、上記の各引張弾性率は室温（２５℃）での値である。
　また、誘電体膜１０５の材料は、引張特性が大きい材料とすることも可能である。具体的には誘電体膜１０５は、比誘電率が１．８以上１００以下であって、ＡＳＴＭ　Ｄ６３８規格に規定されている伸び試験による伸びの値が１００％以上８００％以下の材料からなるものが好適である。なお、この伸びの値が１００％以上８００％以下という数値範囲はエラストマーの伸びの値の範囲に相当する。
　また、誘電体膜１０５の材料は、圧縮強さが大きい材料とすることも可能である。具体的には誘電体膜１０５は、比誘電率が１．８以上１００以下であって、ＡＳＴＭ　Ｄ６９５規格に規定されている圧縮強さ試験による圧縮強さの値が５００ｋｇ／ｃｍ２以上の材料からなるものが好適である。
　さらに、誘電体膜１０５の材料は、溶解パラメータ及び誘電正接が大きい材料とすることも可能である。具体的には誘電体膜１０５は比誘電率が１．８以上１００以下であって、溶解パラメータが１０ＭＰａ１／２以上かつ誘電正接が１００ＭＨｚ以上１０ＧＨｚ以下の周波数帯域中で０．０００２より大きい材料からなるものが好適である。
　このような材料としては、ＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合樹脂）、ＨＤＰＥ（高密度ポリエチレン）、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）、カプトン、ナイロン、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のテフロン（登録商標）、シリコーン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリプロピレン及びポリスチレン等の高分子材料並びにブチルゴム、ネオプレンゴム、ガッタパーチャ及びアクリル酸エステル等の誘電エラストマー材料が挙げられる。
　誘電体膜１０５の厚みは、１００ｎｍ以上１０ｍｍ以下が好適である。光学素子１００の変調波長は誘電体膜１０５の歪量に依存して変化するが、歪量は印加する電圧と誘電体膜１０５の厚みによって決まる電場に依存する。誘電体膜１０５の厚みを、１００ｎｍ以上１０ｎｍ以下とすると、誘電体膜１０５に０．１～１０％の面積歪みが発生し、可視光波長（＞３００ｎｍ）から遠赤外波長（～２００００ｎｍ）まで変調波長の制御が可能となる。
　［電気的接続について］
　図１に示すように、光反射膜１０２及び第２導体膜１０４はそれぞれ電源Ｐに接続され、電源ＰはアースＥに接続されている。
　これにより光学素子１００では、第１導体膜１０３と第２導体膜１０４の間に所定の電位差を付与することが可能に構成されている。
　なお、光学素子１００は第１導体膜１０３と第２導体膜１０４の間に所定の電位差を付与できる構成であればよく、第１導体膜１０３及び光反射膜１０２の両方が電源Ｐ及びアースＥに接続されていなくてもよい。
　例えば第２導体膜１０４はアースに接続され、光反射膜１０２はアースに対して所定の電位差を生じさせる電源に接続されていてもよい。また、光反射膜１０２がアースに接続され、第２導体膜１０４がアースに対して所定の電位差を生じさせる電源に接続されていてもよい。また、第２導体膜１０４と光反射膜１０２のいずれか一方はフローティング電極を構成してもよい。
　なお、図１では、第２導体膜１０４に直接配線が接続されているが、第２導体膜１０４上に導電性材料からなる電極を設け、この電極を介して配線と第２導体膜１０４を電気的に接続してもよい
　［光学素子の動作］
　光学素子１００の動作について説明する。図２は、光学素子１００の動作を示す模式図である。
　図２（ａ）は、第１導体膜１０３と第２導体膜１０４の間に電位差が付与されていない状態を示す。なお、この状態における誘電体膜１０５の厚みを厚みＤ１として示す。この状態において第２導体膜１０４側（図中、上方）から光を光学素子１００に入射させると、光は、第２導体膜１０４、誘電体膜１０５及び第１導体膜１０３を透過し、光反射膜１０２によって反射される。
　ここで、光学素子１００への入射光と光反射膜１０２によって反射された反射光は干渉を生じ、特定の波長の成分が吸収される。即ち光干渉効果による光変調が生じる。
　図２（ｂ）は、第１導体膜１０３と第２導体膜１０４の間に電位差が付与されている状態を示す。第１導体膜１０３と第２導体膜１０４の間に電位差が付与されると第１導体膜１０３と第２導体膜１０４においてキャリア濃度が変化する。
　第１導体膜１０３及び第２導体膜１０４は、フェルミ準位調整によって光学遷移エネルギーの制御が可能な薄膜であり、キャリア濃度の変化によって光吸収係数が変化するため、電位差の付与によって光の吸収率が変動する。
　さらに、第１導体膜１０３と第２導体膜１０４の間に電位差が付与されることにより、第１導体膜１０３と第２導体膜１０４の間に静電引力が生じ、第１導体膜１０３と第２導体膜１０４から誘電体膜１０５が押圧される。
　誘電体膜１０５は弾性体からなるため、第１導体膜１０３と第２導体膜１０４から押圧されることにより弾性変形を生じ、誘電体膜１０５の厚みは厚みＤ１から厚みＤ２に減少する。なお、実際の厚みの変化は微小であるが、図２では変化を強調して示している。これにより、第１導体膜１０３と第２導体膜１０４の膜間距離が減少し、干渉光路長が変化するため、光干渉効果によって変調される光の波長が変動する。
　第１導体膜１０３と第２導体膜１０４の間の電位差をなくすと、第１導体膜１０３と第２導体膜１０４の間の静電引力が消失し、第２導体膜１０４は元の厚みに戻る。
　このように、光学素子１００においては、第１導体膜１０３及び第２導体膜１０４のキャリア濃度変化による光の吸収率変動に加え、誘電体膜１０５の厚み変動による変調光の波長変動が生じる。したがって、第１導体膜１０３と第２導体膜１０４の間に付与する電位差によって変調光の波長を任意に制御することができる。
　なお、誘電体膜１０５が弾性変形を生じる際、誘電体膜１０５に隣接する第１導体膜１０３及び第２導体膜１０４が変形しにくい膜であると、誘電体膜１０５の弾性変形が妨げられ、あるいは第１導体膜１０３及び第２導体膜１０４に破損が生じるおそれがある。
　このため、第１導体膜１０３及び第２導体膜１０４は、弾性を有し、誘電体膜１０５の弾性変形に追随して変形を生じるものが好適である。また、光反射膜１０２及び基材１０１も同様に弾性を有するものが好適である。
　［光学素子の製造方法］
　光学素子１００の製造方法は特に限定されないが、例えば以下のようにして製造することが可能である。
　基材１０１上に取り出し端子を形成するメタルマスクパターンを配置する。続いて、マスキングされた基材１０１上に光反射膜１０２（下部取出し端子）を形成する。光反射膜１０２は、金属を蒸着させることにより形成することができる。
　続いて、光反射膜１０２上に第１導体膜１０３を形成する。第１導体膜１０３はシート状の導体材料を転写することによって形成することができる。
　続いて、光反射膜１０２上に誘電体膜１０５を形成する。誘電体膜１０５は誘電体材料のスプレーコートによって形成することができる。誘電体膜１０５の厚みはスプレーコートの時間によって制御することができる。
　続いて、誘電体膜１０５上に第２導体膜１０４を形成する。第２導体膜１０４はシート状の導体材料を転写することによって形成することができる。
　続いて、第２導体膜１０４上に一定の開口部を設けたメタルマスクを配置し、メタルマスクを用いて上部取り出し端子（図示せず）を形成する。取り出し端子は金属を蒸着させることにより形成することができる。
　続いて光反射膜１０２（下部取り出し端子）と上部取り出し端子を電源と接続する。この接続は異方性導電膜の圧着によって行うことができる。
　光学素子１００は以上のようにして製造することが可能である。
　［光学素子の効果］
　上記のように、光学素子１００においては、変調光の波長を任意に制御することができ、干渉光路長は第１導体膜１０３と第２導体膜１０４の間に付与する電位差によって制御できるため、ｎｍオーダーで変調光の波長を制御することが可能である。
　また、上記非特許文献２に記載のようなグラフェンを中空中に吊るした構造（以下、中空構造）は、グラフェンの変位量に応じて電位を調整する必要があるのに対し、光学素子１００では定電圧で駆動させることが可能である。
　また、光学素子１００は中空構造を設ける必要がなく、層を積層することで製造することができるため、高い歩留まりで製造することが可能である。
　また、中空構造ではグラフェンの撓み等によって大きな公差が生じ得るが、光学素子１００ではこのような公差の原因がなく、公差の小さい光変調素子を実現することができる。
　また、中空構造では、屈折率差が大きい空気とグラフェンの界面が存在し、界面反射による光量の損失が生じるが、光学素子１００では、空気との界面がなく、界面反射による光量の損失を抑制することができる。
　また、誘電体膜１０５は弾性体であり、第１導体膜１０３と第２導体膜１０４の間の電位差がなくなると元の厚みに戻るため、光学素子１００は繰り返し再現性の高い光変調動作が可能である。
　さらに、変調周波数が高いと中空構造ではグラフェンの変位が追随できなくなるのに対し、光学素子１００では誘電体膜１０５が速やかに弾性変形を生じるため、高い変調周波数でのリニアな応答動作が可能である。
　［フェルミ準位調整について］
　上記光学素子１００は、第１導体膜１０３と第２導体膜１０４の間に電位差を付与することにより第１導体膜１０３及び第２導体膜１０４の電荷濃度を制御し、光学特性を変化させるものとしたが、電位差の付与以外の方法で光学特性を変化させてもよい。
　第１導体膜１０３及び第２導体膜１０４は、フェルミ準位調整によって光学遷移エネルギーの制御が可能なものであればよく、例えば、光等の外場によって第１導体膜１０３及び第２導体膜１０４の電荷濃度を制御し、光学特性を変化させるものとすることも可能である。
　［電子機器について］
　本実施形態に係る光学素子１００は、上記のように所望の波長域における光吸収を制御する光変調素子として用いることが可能であるが、その他にも光学素子１００の構造を用いて各種の電子機器を実現することが可能である。
　例えば光学素子１００によって、特定波長域の反射光量を制御する反射光型ディスプレイ又は波長選択ミラーを実現することが可能である。また、光学素子１００によって、特定波長域の透過光量を制御する波長選択フィルタ又は透過光型ディスプレイを実現することが可能である。
　さらに、光学素子１００は、特定波長域の光検出を可能とする光検出素子を実現することが可能である。これらの電子機器においてターゲットとする光変調域又は光検出帯域は、各層構造における材料選択及び構造設計によって、可視光領域から遠赤外光領域（３００～２００００ｎｍ）の間で任意に変調波長、検出波長及び半値幅を決定することができる。
　以下のように実施例に係る光学素子を作製した。
　平滑な弾性体であるポリエチレンテレフタレートを主材とする基板上に、取り出し端子を形成するメタルマスクパターンを設置し、マスキングされた基板上に金属銀を蒸着により成膜し、光反射膜（下部取り出し端子）を形成した。光反射膜の厚みは１００ｎｍ程度とした。
　光反射膜上に多層グラフェンを転写し、第１導体膜を形成した。転写は、高配向性熱分解グラファイトを熱剥離型の粘着シートを用いて剥離させ、これを光反射膜上に密着させ、基板に７０℃の熱を加えて粘着シートを剥がすことで行った。転写した多層グラフェンは３０層構造であり、膜厚は１０ｎｍとした。
　続いて、第１導体膜上に粘度５０ｍＰａＳのアクリル酸エステルをスプレー塗布し、誘電体膜を形成した。また、アクリル酸エステルの他に粘度の低いＰＶＣ(ポリ塩化ビニル）、シリコーン又はポリイミドでも誘電体膜を形成した。これらの膜はいずれもスプレーコードの時間によって膜厚を制御することができ、１μｍから２０μｍまでの異なる膜厚で成膜を行った。
　続いて、誘電体膜上に多層グラフェンを転写し、第２導体膜を形成した。転写は、高配向性熱分解グラファイトを熱剥離型の粘着シートを用いて剥離させ、これを誘電体膜上に密着させ、基板に７０℃の熱を加えて粘着シートを剥がすことで行った。転写した多層グラフェンは３０層構造であり、膜厚は１０ｎｍとした。
　続いて、第２導体膜上に一定の開口部を設けたメタルマスクを配置し、メタルマスクを用いて厚み５０ｎｍの金属銀を蒸着させ、上部取り出し端子を形成した。
　光反射膜（下部取り出し端子）及び上部取り出し端子に異方性導電膜を圧着により接合し、フレキシブルプリント基板を介して電源に接続した。以上のようにして、実施例に係る光学素子を作製した。
　作製した光学素子について反射スペクトルの測定を実施した。電源に１Ｈｚ、１ｋＨｚ、１ＭＨｚの周波数で、ピークトゥピークで７５Ｖの正弦波を印加すると同時に、直上から１５００ｎｍ～２５００ｎｍの赤外光を１５°の角度で入射させた。
　反射スペクトルを分光光度計測定すると、いずれの周波数帯域でも反射スペクトルが変調されることが確認された。さらに、印加電圧を変化させると変調する反射スペクトルのピーク波長がシフトすることが確認された。
　次に、作製した光学素子について反射率の変化を測定した。光学素子に１ｋＨｚの周波数で７５Ｖと０Ｖの正弦波を印加し、半導体レーザーＦＰＬ１０５９Ｓ（発振波長１６５０ｎｍ、Ｔｈｏｒｌａｂｓ社製）を用いてレーザー光を照射した。
　図３は、この時の反射率の時間応答を示すグラフである。縦軸の相対反射率は電圧無印加時の反射率で規格化した反射率を示す。０Ｖの時には反射率に変化はないが、７５Ｖ印加時には反射率が約４％高くなっている。
　なお、この波長とは５０ｎｍ異なる波長のレーザー光源を用いた場合、反射率の変調幅は極めて小さく、最大でも０．０４％程度の変化であった。
　次に、光学素子に１ｋＨｚの周波数で５５Ｖと０Ｖの正弦波を印加し、半導体レーザーＦＰＬ１０４０Ｓ（発振波長１９４０ｎｍ、Ｔｈｏｒｌａｂｓ社製）を用いてレーザー光を照射した。
　図４は、この時の反射率の時間応答を示すグラフである。縦軸の相対反射率は電圧無印加時の反射率で規格化した反射率を示す。０Ｖの時には反射率に変化はないが、５５Ｖ印加時には反射率が約２．８％高くなっている。
　以上のように、実施例に係る光学素子は、印加電圧によって変調対象となる波長を変更することができ、また変調対象となる波長は狭帯域に限定されている。即ち、この光学素子は、印加電圧によって変調対象の波長を高精度に制御可能である。
　なお、本技術は以下のような構成もとることができる。
　（１）
　光透過性を有し、フェルミ準位調整によって光学遷移エネルギーの制御が可能な第１の導体膜と
　光透過性を有し、フェルミ準位調整によって光学遷移エネルギーの制御が可能な第２の導体膜と、
　上記第１の導体膜と上記第２の導体膜の間に配置され、光透過性及び弾性を有する誘電体膜と
　を具備する光学素子。
　（２）
　上記（１）に記載の光学素子であって、
　上記誘電体膜は、比誘電率が１．８以上１００以下であり、引張弾性率が３０００ＭＰａ以下の材料からなる
　光学素子。
　（３）
　上記（２）に記載の光学素子であって、
　上記誘電体膜は、引張弾性率が１０ＭＰａ以上９００ＭＰａ以下の材料からなる
　光学素子。
　（４）
　上記（３）に記載の光学素子であって、
　上記誘電体膜は、引張弾性率が２００ＭＰａ以下の材料からなる
　光学素子。
　（５）
　上記（１）に記載の光学素子であって、
　上記誘電体膜は、ＡＳＴＭ　Ｄ６３８規格に規定されている伸び試験による伸びの値が１００％以上８００％以下の材料からなる
　光学素子。
　（６）
　上記（１）に記載の光学素子であって、
　上記誘電体膜はＡＳＴＭ　Ｄ６９５規格に規定されている圧縮強さ試験による圧縮強さの値が５００ｋｇ／ｃｍ２以上の材料からなる
　光学素子。
　（７）
　上記（３）に記載の光学素子であって、
　上記誘電体膜は、エラストマー、ゴム、低密度ポリエチレン、テトラフルオロエチレン、シリコーン、酢酸セルロース又はエチレン・酢酸ビニル共重合体からなる
　光学素子。
　（８）
　上記（１）から（７）のいずれか一つに記載の光学素子であって、
　上記誘電体膜は、１００ｎｍ以上１０ｍｍ以下の厚みを有する
　光学素子。
　（９）
　上記（１）から（８）のいずれか一つに記載の光学素子であって
　上記第１の導体膜及び上記第２の導体膜は、キャリア濃度が増減することで光吸収係数が変化する
　光学素子。
　（１０）
　上記（１）から（９）のいずれか一つに記載の光学素子であって
　上記第１の導体膜及び上記第２の導体膜は、弾性を有する
　光学素子。
　（１１）
　上記（９）に記載の光学素子であって、
　上記第１の導体膜及び上記第２の導体膜はそれぞれ、グラファイト、カーボンナノチューブ、ナノグラファイト、フラーレン類、カーボンファイバ又はカーボンブラックからなる
　光学素子。
　（１２）
　上記（１）から（１１）のいずれか一つに記載の光学素子であって
　上記第１の導体膜の上記誘電体膜とは反対側に配置され、光反射性を有する光反射膜
　をさらに具備する光学素子。
　（１３）
　上記（１２）に記載の光学素子であって、
　上記光反射膜は弾性を有する
　光学素子。
　（１４）
　上記（１３）に記載の光学素子であって、
　上記光反射膜は、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル又はチタン化合物からなる
　光学素子。
　（１５）
　上記（１）から（１４）のいずれか一つに記載の光学素子であって
　上記第１の導体膜及び上記第２の導体膜は、上記第１の導体膜及び上記第２の導体膜の間に電位差を付与する電源に接続され、
　上記誘電体膜は、上記第１の導体膜及び上記第２の導体膜の間に電位差が付与されると、上記第１の導体膜と上記第２の導体膜の間に生じる静電引力によって上記第１の導体膜と上記第２の導体膜から押圧されて弾性変形を生じ、膜厚が変化する
　光学素子。
　（１６）
　光透過性を有し、フェルミ準位調整によって光学遷移エネルギーの制御が可能な第１の導体膜と、光透過性を有し、フェルミ準位調整によって光学遷移エネルギーの制御が可能な第２の導体膜と、上記第１の導体膜と上記第２の導体膜の間に配置され、光透過性及び弾性を有する誘電体膜とを備える光学素子
　を具備する電子機器。
　１００…光学素子
　１０１…基材
　１０２…光反射膜
　１０３…第１導体膜
　１０４…第２導体膜
　１０５…誘電体膜

Claims (16)

  1. 　光透過性を有し、フェルミ準位調整によって光学遷移エネルギーの制御が可能な第１の導体膜と
    　光透過性を有し、フェルミ準位調整によって光学遷移エネルギーの制御が可能な第２の導体膜と、
    　前記第１の導体膜と前記第２の導体膜の間に配置され、光透過性及び弾性を有する誘電体膜と
    　を具備する光学素子。
  2. 　請求項１に記載の光学素子であって、
    　前記誘電体膜は、比誘電率が１．８以上１００以下であり、引張弾性率が３０００ＭＰａ以下の材料からなる
    　光学素子。
  3. 　請求項２に記載の光学素子であって、
    　前記誘電体膜は、引張弾性率が１０ＭＰａ以上９００ＭＰａ以下の材料からなる
    　光学素子。
  4. 　請求項３に記載の光学素子であって、
    　前記誘電体膜は、引張弾性率が２００ＭＰａ以下の材料からなる
    　光学素子。
  5. 　請求項１に記載の光学素子であって、
    　前記誘電体膜は、ＡＳＴＭ　Ｄ６３８規格に規定されている伸び試験による伸びの値が１００％以上８００％以下の材料からなる
    　光学素子。
  6. 　請求項１に記載の光学素子であって、
    　前記誘電体膜はＡＳＴＭ　Ｄ６９５規格に規定されている圧縮強さ試験による圧縮強さの値が５００ｋｇ／ｃｍ２以上の材料からなる
    　光学素子。
  7. 　請求項３に記載の光学素子であって、
    　前記誘電体膜は、エラストマー、ゴム、低密度ポリエチレン、テトラフルオロエチレン、シリコーン、酢酸セルロース又はエチレン・酢酸ビニル共重合体からなる
    　光学素子。
  8. 　請求項１に記載の光学素子であって、
    　前記誘電体膜は、１００ｎｍ以上１０ｍｍ以下の厚みを有する
    　光学素子。
  9. 　請求項１に記載の光学素子であって、
    　前記第１の導体膜及び前記第２の導体膜は、キャリア濃度が増減することで光吸収係数が変化する
    　光学素子。
  10. 　請求項１に記載の光学素子であって、
    　前記第１の導体膜及び前記第２の導体膜は、弾性を有する
    　光学素子。
  11. 　請求項１０に記載の光学素子であって、
    　前記第１の導体膜及び前記第２の導体膜はそれぞれ、グラファイト、カーボンナノチューブ、ナノグラファイト、フラーレン類、カーボンファイバ又はカーボンブラックからなる
    　光学素子。
  12. 　請求項１に記載の光学素子であって、
    　前記第１の導体膜の前記誘電体膜とは反対側に配置され、光反射性を有する光反射膜
    　をさらに具備する光学素子。
  13. 　請求項１２に記載の光学素子であって、
    　前記光反射膜は弾性を有する
    　光学素子。
  14. 　請求項１３に記載の光学素子であって、
    　前記光反射膜は、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル又はチタン化合物からなる
    　光学素子。
  15. 　請求項１に記載の光学素子であって、
    　前記第１の導体膜及び前記第２の導体膜は、前記第１の導体膜及び前記第２の導体膜の間に電位差を付与する電源に接続され、
    　前記誘電体膜は、前記第１の導体膜及び前記第２の導体膜の間に電位差が付与されると、前記第１の導体膜と前記第２の導体膜の間に生じる静電引力によって前記第１の導体膜と前記第２の導体膜から押圧されて弾性変形を生じ、膜厚が変化する
    　光学素子。
  16. 　光透過性を有し、フェルミ準位調整によって光学遷移エネルギーの制御が可能な第１の導体膜と、光透過性を有し、フェルミ準位調整によって光学遷移エネルギーの制御が可能な第２の導体膜と、前記第１の導体膜と前記第２の導体膜の間に配置され、光透過性及び弾性を有する誘電体膜とを備える光学素子
    　を具備する電子機器。
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