JP2004125919A - Polarizing and splitting element - Google Patents

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JP2004125919A
JP2004125919A JP2002286532A JP2002286532A JP2004125919A JP 2004125919 A JP2004125919 A JP 2004125919A JP 2002286532 A JP2002286532 A JP 2002286532A JP 2002286532 A JP2002286532 A JP 2002286532A JP 2004125919 A JP2004125919 A JP 2004125919A
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photonic crystal
crystal structure
transfer
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dimensional photonic
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Application number
JP2002286532A
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Japanese (ja)
Inventor
Kenji Iida
飯田 健二
Kimihiko Saito
齊藤 公彦
Koichi Mizuma
水間 浩一
Takashi Shioda
塩田 剛史
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Mitsui Chemicals Inc
Original Assignee
Mitsui Chemicals Inc
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polarizing and splitting element in which the high selectivity of the element and miniaturization of the element are attained and moldability of elements is raised and the mass-production of two-dimensional photonic structure can be also realized by producing the polarizing and splitting element having two-dimensional photonic crystal structure with polymer system material. <P>SOLUTION: The high selectivity in polarization separation of the polarizing and splitting element is realized by the photonic bandgap effect and the miniaturization of the element is realized by transfer-molding the two-dimensional crystal structure which is formed by periodic structure in which there is reflective index difference of at least 0.3 or more on polymer system material using a transferring mold and the mass-production of the elements is realized by raising the moldability of the elements while using polymer system material and by simplifying the producing process of the elements with the transferring molding. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信システム、光計測機器などに用いられる光学素子、とくに偏光素子に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、インターネットの急速な普及により、光ファイバー通信網の容量増大が強く求められており、その手段としてWDM(波長多重)通信の開発が急速に進められている。WDM通信においては、わずかな波長差の光が個別の情報を伝達することから、波長選択性の良い光分波器、フィルタ、アイソレータ、サーキュレータといった光学機能素子が必要である。このような光学機能素子中には偏光分離素子が使用されるのが一般的であり、それに対して高選択比、量産性、小型化などが強く求められている。
【0003】
現在用いられている偏光分離素子は、水晶などの複屈折結晶材料や、45°の斜め面に多層膜を施した偏光ビームスプリッターなどが一般的である。しかし、複屈折結晶は光ファイバやレンズなど他の光学要素とは異質の材料であり、これを用いて光学部品を構成する場合、小型化、集積化には不適な材料であり、偏光分離の選択比も大きく取れない。また、多層膜を用いる偏光ビームスプリッターも、斜め面を有することから厚みが大きくなり、これを用いた光学装置は大型化するという問題点があった。このような問題点を解決するために、特許文献1(特開2002−82221)や特許文献2(特開2001−51122)に記載の偏光分離素子では、その構造にフォトニック結晶構造を用いることを提案している。フォトニック結晶構造を用いるとフォトニックバンドギャップ効果により、偏光分離の選択比が高く取れる上、薄膜化が可能であるため素子の小型化も実現できる。
【0004】
【特許文献1】特開2002−82221号
【0005】
【特許文献2】特開2001−51122号
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら特許文献1や特許文献2に記載の前記フォトニック結晶構造を用いた偏光分離素子においては、素子作製にプラズマCVD法や自己クローニング法を用いているため、作製するのに大型な装置が必要となる上に作業時間もかかるため、量産化が難しいといった問題がある。またこれらの偏光分離素子は材料として主にSiやSiOを用いるために、素子自体が固く成形しにくい上に柔軟性も悪いといった問題がある。
【0007】
本発明の目的は、上記の課題を克服するためポリマー系材料で2次元フォトニック結晶構造を有する偏光分離素子を作製することで素子の高選択比、小型化、及び成形性の向上を図り、且つ前記2次元フォトニック結晶構造の量産化も実現可能とした偏光分離素子を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、使用波長に対して透明なポリマー系材料に屈折率の周期的構造を有する2次元フォトニック結晶構造が形成されたスラブ型の光学素子において、前記屈折率の周期構造を成す材料間の屈折率差が少なくとも0.3以上ある偏光分離素子である。本発明に従えば、フォトニックバンドギャップ効果により高選択比な偏光分離と薄膜化による素子の小型化ができる上、ポリマー系材料を用いることで素子の成形性向上と柔軟化もできる。
【0009】
本発明において、前記フォトニック結晶構造の一部、もしくは全部が転写型を用いた転写により成形されていることが好ましい。前記フォトニック結晶構造作製に転写型を用いることでプロセスが簡略化され量産化もできる。
【0010】
さらに本発明は、前記ポリマー系材料が使用波長に対して透明なフッ素化ポリイミド樹脂で形成されていることが好ましい。このように耐熱性の高い透明な材料を用いることで、耐熱性の優れた偏光分離素子を作製でき、多様な環境下で動作する光学機能素子への登載が可能となる。
【0011】
さらに本発明は、前記転写型がポリイミド樹脂、もしくはそれと同等な熱膨張係数を有する材料で形成されていることが好ましい。このように転写型とそれによって成形されるフッ素化ポリイミド樹脂との間の熱膨張係数差を小さくすることで、熱収縮の際に生じる応力を緩和することができ、クラックが少なく光損失も少ない素子を作製できる。
【0012】
さらに本発明は、前記フォトニック結晶構造が三角格子配列で形成されており、各格子柱のアスペクト比が少なくとも5以上あることが好ましい。三角格子配列を用い、且つ各格子柱のアスペクト比を5以上とすることで、十分なフォトニックバンドギャップを形成することができ、素子の広帯域動作化が可能となる上に、入射光との結合も効率よく簡単にできる。
【0013】
また前記転写型を用いてポリマー系材料に転写成形する際に、転写型と成形材料との間に薄い剥離層を形成し、それを溶液処理することで転写型から成形材料を剥がすことが好ましい。このように薄い剥離層を形成することで、転写型と成形材料との剥離性を良くし、無駄な応力がかからずに再現良く転写成形ができる。
【0014】
【発明の実施形態】
本発明者らは屈折率差が少なくとも0.3以上取れる周期構造を有するスラブ型2次元フォトニック結晶構造をポリマー系材料に適応すれば、フォトニックバンドギャップ効果が発現し、所望の波長帯でTE波とTM波を完全に分離できることを見出した。また前記2次元フォトニック結晶構造を、転写型を用いた転写成形で作製することにより、大型装置などを使わなくても作製できる簡便なプロセスを見出した。周期構造を成す材料としては、例えばポリマー系材料と空気の組合わせで、屈折率差を0.3以上にすることができる。
【0015】
したがって本発明では、転写型を用いて、屈折率差が少なくとも0.3以上ある周期構造で形成される2次元フォトニック結晶構造をポリマー系材料に転写成形することで、フォトニックバンドギャップ効果により偏光分離の高選択比と小型化を実現し、且つポリマー系材料を用いることで素子の成形性を向上し、さらに転写成形によりプロセスを簡略化し、量産化を実現する。
【0016】
以下に、実施例を挙げ、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に説明する。
【0017】
【実施例】
本発明の一実施例を、図1を用いて説明する。本実施例の構造は、高屈折率2次元フォトニック結晶層1とそれを保持する薄い基板2を挟むように低屈折率空気クラッド層が形成されたスラブ構造をしている。前記2次元フォトニック結晶層1は高屈折率ポリマー系材料の円柱3と低屈折率の空気の周期構造によって構成されており、図2の様な三角格子配列が面内に分布した構造をしている。また、十分なフォトニックバンドギャップを得るために、前記2次元フォトニック結晶層1面内に形成されている各格子柱のアスペクト比(b/a)が5以上あるように作製されている。
【0018】
本実施例では前記2次元フォトニック結晶層1の円柱部分にポリマー系材料を用い、円柱外部は空気で構成したが、図3及び図4のように円柱部分を空気穴5とし円柱外部をポリマー系材料6で構成することもできる。この場合2次元フォトニック結晶層4を保持する薄い基板は無くても良い。
【0019】
前記2次元フォトニック結晶層の作製方法についてその一例を、図5を用いて説明する。まずポリイミド基板7上に2光束干渉法や電子線描画法などで三角格子配列のレジストパターニング8を施す(図5(a))。次にドライエッチングでポリイミド部分をエッチングした後レジストを除去することで、三角格子配列の2次元フォトニック結晶構造のポリイミド転写型が作製できる(図5(b))。このポリイミド転写型に剥離層としてSiO10もしくは金属材料などを薄く蒸着、もしくはスパッタする(図5(c))。
【0020】
以上の過程を終えた転写型に、転写成形するフッ素化ポリイミド材料11の溶液(ポリアミド酸ワニス)をコーティングする(図5(d))。乾燥によりイミド化した後、フッ酸水溶液などの剥離液に浸して、転写型から転写成形されたフッ素化ポリイミド材料部分11を剥離する(図5(e))ことで、フッ素化ポリイミド材料で作製された2次元フォトニック結晶構造の偏光分離素子を作製することができる(図5(f))。このように作製した前記偏光分離素子は、ポリイミド転写型とそれによって成形されるフッ素化ポリイミドとの間の熱膨張係数差が小さいので、クラックが少なく精度が良い偏光分離素子を作製することが可能となり、光損失を少なくできる。また、前記ポリイミド転写型は再利用することが可能であり且つその再現性も良好なので、ドライエッチングなどの大型装置が必要となるプロセスを通さなくても、転写成形といった簡便なプロセスで精度良く偏光分離素子を作製することができ、量産化ができる。また、上記の転写過程で作製された偏光分離素子はフィルム状であるので、従来の偏光分離素子よりも柔軟性が高く成形性が向上しているので、小型化などもし易いことが分かる。
【0021】
本実施例では転写型としてポリイミド材料、転写成形材料としてフッ素化ポリイミドを適用したが、例えば転写型及び転写成形材料の両方にPMMAを用いるなどして両者の間の熱膨張係数差を小さくすれば、どのようなポリマー系材料でも適用できる。また本実施例では、転写型を作製するのにドライエッチングを適用しているが、レーザーアブレーション法なども適応可能であり、さらに転写型を無機材料などで構成すればウェットエッチングなどで作製することも可能である。また本実施例では剥離層としてSiOもしくは金属材料を適用したが、転写型の表面を疎水処理すれば剥離層が無くても転写型から転写成形部を良好に剥がすことができる。
【0022】
上記の過程で作製可能な2次元フォトニック結晶構造型偏光分離素子の周期構造を設計するのにあたって、完全フォトニックバンドギャップを発現させるのに必要な屈折率差の値を屈折率差と周波数ギャップの相関図として図6に示す。図から分かるように、完全フォトニックバンドギャップを発現させるにはTE、TM両偏光の入射光に対して少なくとも屈折率差が0.3以上必要であることがわかる。屈折率差0.3以上の周期構造で構成された2次元フォトニック結晶構造型偏光分離素子のフォトニックバンドギャップ計算結果の一例を図7に示す。例えば半径0.19umの円柱内部をフッ素化ポリイミドで作製し円柱外部を空気として、周期0.66umの三角格子配列の周期構造を作製すれば、波長1.25〜1.37umのTE波に対して完全なフォトニックバンドギャップを形成できることがわかる。
【0023】
同様の条件で作製した前記2次元フォトニック結晶構造型偏光分離素子内に、波長1.31umのTE波及びTM波を導波させた場合の計算結果を図9、図10にそれぞれ示し、合わせて図8にその計算モデルを示す。図8で配列している白丸がフォトニック結晶構造の格子柱に相当し、図9、図10では黒丸が格子柱に相当する。
TE波は完全に反射されているのに対してTM波は透過しており、TE波とTM波を完全に分離する偏光分離素子として機能していることがわかる。また図8の計算モデルからわかるように、10周期程度つまり7um×7umの大きさでも十分に偏光分離素子として機能することがわかる。このように2次元フォトニック結晶構造を偏光分離素子に適応することで、小さい面積でありながら偏光を完全に分離することができ、偏光の高選択比及び素子の小型化が可能となる。
【0024】
【発明の効果】
以上のように、本発明の偏光分離素子を用いれば、フォトニックバンドギャップ効果により高選択比と小型化が実現でき、且つポリマー系材料を用いることで素子の成形性を向上し、さらに転写成形によりプロセスが簡略化され、量産化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施例の偏光分離素子を説明する図である。
【図2】本実施例の2次元フォトニック結晶構造を説明する図である。
【図3】本実施例の偏光分離素子を説明する図である。
【図4】本実施例の2次元フォトニック結晶構造を説明する図である。
【図5】本実施例の2次元フォトニック結晶構造型偏光分離素子の作製プロセスを説明する図である。
【図6】本実施例の2次元フォトニック結晶構造における屈折率差と周波数ギャップの相関を説明する図である。
【図7】本実施例の2次元フォトニック結晶構造のフォトニックバンドギャップ計算結果を示す図である。
【図8】本実施例の2次元フォトニック結晶構造の計算モデルを示す図である。
【図9】本実施例の2次元フォトニック結晶構造に対してTE波を入射した場合の光伝搬過程を説明する図である。
【図10】本実施例の2次元フォトニック結晶構造に対してTM波を入射した場合の光伝搬過程を説明する図である。
【符号の説明】
1  2次元フォトニック結晶層
2  保持基板
3  高屈折率ポリマー系材料で構成された円柱
4  2次元フォトニック結晶層
5  円柱型空気穴
6  高屈折率ポリマー系材料
7  ポリイミド基板
8  レジストパターン
9  エッチングにより削られた部分
10  SiO剥離層
11  転写成形されたフッ素化ポリイミド
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical element used for an optical communication system, an optical measuring instrument, and the like, and particularly to a polarizing element.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the rapid spread of the Internet, there has been a strong demand for an increase in the capacity of an optical fiber communication network, and as a means therefor, the development of WDM (wavelength multiplexing) communication has been rapidly advanced. In WDM communication, since light with a slight difference in wavelength transmits individual information, optical functional elements such as an optical demultiplexer, a filter, an isolator, and a circulator having good wavelength selectivity are required. Generally, a polarization splitting element is used in such an optical function element, and a high selection ratio, mass productivity, miniaturization, and the like are strongly demanded.
[0003]
Currently used polarizing beam splitters are generally a birefringent crystal material such as quartz, or a polarizing beam splitter having a multilayer film formed on a 45 ° oblique surface. However, a birefringent crystal is a material different from other optical elements such as an optical fiber and a lens, and when it is used to constitute an optical component, it is unsuitable for miniaturization and integration. The selection ratio is not large. Also, the polarizing beam splitter using the multilayer film has a problem that the thickness is increased due to the slanted surface, and the optical device using the polarizing beam splitter is increased in size. In order to solve such a problem, in a polarization separation element described in Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-82221) or Patent Document 2 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-51212), a photonic crystal structure is used for its structure. Has been proposed. When a photonic crystal structure is used, a high selection ratio of polarization separation can be obtained due to a photonic band gap effect, and the device can be reduced in size because it can be thinned.
[0004]
[Patent Document 1] JP-A-2002-82221
[Patent Document 2] Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-51122
[Problems to be solved by the invention]
However, in the polarization separation element using the photonic crystal structure described in Patent Documents 1 and 2, since a plasma CVD method or a self-cloning method is used for manufacturing the element, a large-sized apparatus is required for manufacturing. In addition, there is a problem that it is difficult to mass-produce because of the work time required. In addition, since these polarization separation elements mainly use Si or SiO 2 as a material, there is a problem that the elements themselves are hard and difficult to mold and have poor flexibility.
[0007]
An object of the present invention is to improve the selectivity, miniaturization, and moldability of the element by producing a polarization separation element having a two-dimensional photonic crystal structure with a polymer material in order to overcome the above-described problems. It is another object of the present invention to provide a polarization beam splitting element capable of realizing mass production of the two-dimensional photonic crystal structure.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention relates to a slab-type optical element in which a two-dimensional photonic crystal structure having a periodic structure of a refractive index is formed on a polymer material transparent to a wavelength to be used. Is a polarization separation element having a refractive index difference of at least 0.3 or more. According to the present invention, the device can be miniaturized by polarization separation with a high selectivity and a thin film by the photonic band gap effect, and the moldability of the device can be improved and made flexible by using a polymer material.
[0009]
In the present invention, it is preferable that a part or all of the photonic crystal structure is formed by transfer using a transfer mold. The use of a transfer mold for the production of the photonic crystal structure simplifies the process and enables mass production.
[0010]
Further, in the present invention, it is preferable that the polymer-based material is formed of a fluorinated polyimide resin that is transparent with respect to the wavelength used. By using such a transparent material having high heat resistance, a polarization separation element having excellent heat resistance can be manufactured, and can be mounted on an optical functional element that operates in various environments.
[0011]
Furthermore, in the present invention, it is preferable that the transfer mold is formed of a polyimide resin or a material having a thermal expansion coefficient equivalent to the polyimide resin. Thus, by reducing the difference in thermal expansion coefficient between the transfer mold and the fluorinated polyimide resin molded thereby, it is possible to reduce the stress generated at the time of thermal shrinkage, reduce cracks and reduce light loss. An element can be manufactured.
[0012]
Further, in the present invention, it is preferable that the photonic crystal structure is formed in a triangular lattice arrangement, and each lattice column has an aspect ratio of at least 5 or more. By using a triangular lattice arrangement and setting the aspect ratio of each lattice column to 5 or more, a sufficient photonic band gap can be formed, and a wide band operation of the element can be achieved. Coupling can be done efficiently and easily.
[0013]
Further, when transfer molding to a polymer material using the transfer mold, it is preferable to form a thin release layer between the transfer mold and the molding material, and to peel off the molding material from the transfer mold by performing a solution treatment. . By forming such a thin release layer, the releasability between the transfer die and the molding material is improved, and transfer molding can be performed with good reproducibility without applying unnecessary stress.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
If the present inventors apply a slab-type two-dimensional photonic crystal structure having a periodic structure capable of taking a refractive index difference of at least 0.3 or more to a polymer-based material, a photonic bandgap effect appears, and a desired wavelength band is obtained. It has been found that the TE wave and the TM wave can be completely separated. In addition, the present inventors have found a simple process that can be manufactured without using a large-sized device by manufacturing the two-dimensional photonic crystal structure by transfer molding using a transfer mold. As a material forming the periodic structure, for example, a combination of a polymer material and air can have a refractive index difference of 0.3 or more.
[0015]
Therefore, in the present invention, a two-dimensional photonic crystal structure formed of a periodic structure having a refractive index difference of at least 0.3 or more is transferred to a polymer-based material using a transfer mold, so that the photonic band gap effect is achieved. Achieving a high selection ratio and miniaturization of polarization separation, improving the moldability of the device by using a polymer material, further simplifying the process by transfer molding, and realizing mass production.
[0016]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described specifically and in detail with reference to the accompanying drawings.
[0017]
【Example】
One embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The structure of the present embodiment has a slab structure in which a low refractive index air clad layer is formed so as to sandwich a high refractive index two-dimensional photonic crystal layer 1 and a thin substrate 2 holding the same. The two-dimensional photonic crystal layer 1 is composed of a column 3 of a high-refractive-index polymer material and a periodic structure of air having a low refractive index, and has a triangular lattice arrangement in a plane as shown in FIG. ing. In addition, in order to obtain a sufficient photonic band gap, the lattice columns formed in one plane of the two-dimensional photonic crystal layer are manufactured so that the aspect ratio (b / a) is 5 or more.
[0018]
In this embodiment, a polymer material is used for the cylindrical portion of the two-dimensional photonic crystal layer 1 and the outside of the cylinder is made of air. However, as shown in FIGS. It can also be composed of the system material 6. In this case, there is no need to provide a thin substrate for holding the two-dimensional photonic crystal layer 4.
[0019]
An example of a method for manufacturing the two-dimensional photonic crystal layer will be described with reference to FIGS. First, a resist pattern 8 having a triangular lattice arrangement is formed on the polyimide substrate 7 by a two-beam interference method or an electron beam drawing method (FIG. 5A). Next, a polyimide transfer mold having a two-dimensional photonic crystal structure having a triangular lattice arrangement can be manufactured by removing the resist after etching the polyimide portion by dry etching (FIG. 5B). SiO x 10 or a metal material is thinly deposited or sputtered as a release layer on the polyimide transfer mold (FIG. 5C).
[0020]
The transfer die after the above process is coated with a solution (polyamic acid varnish) of the fluorinated polyimide material 11 to be transfer-molded (FIG. 5D). After being imidized by drying, it is immersed in a stripping solution such as an aqueous solution of hydrofluoric acid to peel off the fluorinated polyimide material portion 11 which has been transfer-molded from the transfer mold (FIG. 5 (e)), thereby producing the fluorinated polyimide material. Thus, a polarized light separating element having a two-dimensional photonic crystal structure can be manufactured (FIG. 5F). Since the polarization separation element thus manufactured has a small difference in thermal expansion coefficient between the polyimide transfer mold and the fluorinated polyimide formed by the polyimide transfer mold, it is possible to manufacture a polarization separation element with less cracks and high accuracy. Thus, light loss can be reduced. In addition, since the polyimide transfer mold can be reused and has good reproducibility, polarization can be accurately performed by a simple process such as transfer molding without passing through a process that requires a large device such as dry etching. A separation element can be manufactured and mass production can be performed. In addition, since the polarized light separating element produced in the above-described transfer process is in a film shape, it has higher flexibility and improved moldability than the conventional polarized light separating element, so that it is easy to reduce the size.
[0021]
In this example, a polyimide material was used as the transfer mold, and a fluorinated polyimide was used as the transfer molding material.However, for example, by using PMMA for both the transfer mold and the transfer molding material, if the thermal expansion coefficient difference between the two was reduced, Any polymer-based material can be applied. In this embodiment, dry etching is applied to manufacture the transfer mold. However, laser ablation method and the like can be applied, and if the transfer mold is made of an inorganic material, the transfer mold can be manufactured by wet etching. Is also possible. Also in this embodiment the application of the SiO x or a metal material as the release layer, can be satisfactorily peeled off transfer molding portion of the surface of the transfer mold from a transfer mold even if no release layer be hydrophobic treatment.
[0022]
In designing the periodic structure of the two-dimensional photonic crystal structure type polarization splitting element that can be manufactured in the above process, the value of the refractive index difference required to express a complete photonic band gap is determined by the refractive index difference and the frequency gap. 6 is shown in FIG. As can be seen from the figure, in order to develop a complete photonic band gap, at least a difference in refractive index of 0.3 or more with respect to incident light of both TE and TM polarized lights is necessary. FIG. 7 shows an example of a calculation result of a photonic band gap of a two-dimensional photonic crystal structure type polarization separation element having a periodic structure having a refractive index difference of 0.3 or more. For example, if the inside of a cylinder having a radius of 0.19 um is made of fluorinated polyimide and the outside of the cylinder is made of air to form a periodic structure of a triangular lattice arrangement with a period of 0.66 um, a TE wave having a wavelength of 1.25 to 1.37 um It can be seen that a complete photonic band gap can be formed.
[0023]
FIGS. 9 and 10 show calculation results in the case where a 1.31 μm wavelength TE wave and a TM wave are guided in the two-dimensional photonic crystal structure type polarization separation element manufactured under the same conditions. FIG. 8 shows the calculation model. The white circles arranged in FIG. 8 correspond to lattice columns having a photonic crystal structure, and the black circles correspond to lattice columns in FIGS. 9 and 10.
While the TE wave is completely reflected, the TM wave is transmitted, and it can be seen that the device functions as a polarization splitting element that completely separates the TE wave and the TM wave. Further, as can be seen from the calculation model of FIG. 8, it can be understood that about 10 periods, that is, a size of 7 μm × 7 μm can sufficiently function as a polarization splitting element. By adapting the two-dimensional photonic crystal structure to the polarization splitting element as described above, it is possible to completely separate the polarized light while having a small area, and it is possible to achieve a high polarization selectivity and a small element size.
[0024]
【The invention's effect】
As described above, by using the polarization separation element of the present invention, a high selectivity and miniaturization can be realized by the photonic band gap effect, and the moldability of the element is improved by using a polymer material, and further, transfer molding is performed. This simplifies the process and enables mass production.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining a polarization beam splitter of the present embodiment.
FIG. 2 is a diagram illustrating a two-dimensional photonic crystal structure of the present embodiment.
FIG. 3 is a diagram illustrating a polarization beam splitter of the present embodiment.
FIG. 4 is a diagram illustrating a two-dimensional photonic crystal structure of the present embodiment.
FIG. 5 is a diagram for explaining a manufacturing process of the two-dimensional photonic crystal structure type polarization separation element of the present embodiment.
FIG. 6 is a diagram illustrating a correlation between a refractive index difference and a frequency gap in the two-dimensional photonic crystal structure of the present embodiment.
FIG. 7 is a diagram illustrating a calculation result of a photonic band gap of a two-dimensional photonic crystal structure according to the present embodiment.
FIG. 8 is a diagram illustrating a calculation model of a two-dimensional photonic crystal structure according to the present embodiment.
FIG. 9 is a diagram illustrating a light propagation process when a TE wave is incident on the two-dimensional photonic crystal structure of the present embodiment.
FIG. 10 is a diagram illustrating a light propagation process when a TM wave is incident on the two-dimensional photonic crystal structure of the present embodiment.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 1 2D photonic crystal layer 2 Holding substrate 3 Cylinder composed of high refractive index polymer material 4 2D photonic crystal layer 5 Cylindrical air hole 6 High refractive index polymer material 7 Polyimide substrate 8 Resist pattern 9 By etching Shaved portion 10 SiO x release layer 11 Transfer molded fluorinated polyimide

Claims (5)

使用波長に対して透明なポリマー系材料に屈折率の周期的構造を有する2次元フォトニック結晶構造が形成されたスラブ型の光学素子において、前記屈折率の周期構造を成す材料間の屈折率差が0.3以上あることを特徴とする偏光分離素子。In a slab-type optical element in which a two-dimensional photonic crystal structure having a periodic structure of a refractive index is formed in a polymer material transparent to a used wavelength, a refractive index difference between the materials forming the periodic structure of the refractive index Is 0.3 or more. 前記フォトニック結晶構造の一部、もしくは全部が転写型を用いた転写により成形されていることを特徴とする請求項1に記載の偏光分離素子。2. The polarization separation element according to claim 1, wherein a part or all of the photonic crystal structure is formed by transfer using a transfer mold. 前記ポリマー系材料が使用波長に対して透明なフッ素化ポリイミド樹脂で形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の偏光分離素子。The polarization separation element according to claim 1, wherein the polymer material is formed of a fluorinated polyimide resin transparent to a wavelength used. 前記転写型がポリイミド樹脂、もしくはそれと同等な熱膨張係数を有する材料で形成されていることを特徴とする請求項2または3のいずれかに記載の偏光分離素子。4. The polarization separation element according to claim 2, wherein the transfer mold is made of a polyimide resin or a material having a thermal expansion coefficient equivalent to the polyimide resin. 前記フォトニック結晶構造が三角格子配列で形成されており、各格子柱のアスペクト比が5以上あることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の偏光分離素子。The polarization splitting device according to any one of claims 1 to 4, wherein the photonic crystal structure is formed in a triangular lattice arrangement, and each lattice column has an aspect ratio of 5 or more.
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