JP2006258866A - Optical component and manufacturing method thereof - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical element capable of taking out light as a deflection angle of a large outgoing angle by enlarging an incident angle of light even when the light is largely bent in a photonic crystal, and to provide a manufacturing method of the optical component. <P>SOLUTION: In the optical component, a (111) surface of a dielectric periodical structure (photonic crystal 20) having face-centered cubic crystal formed on a transparent dielectric substrate 10 is brought into contact with the transparent dielectric substrate 10, wherein surfaces of the dielectric periodical structure 20 include a surface (for example, oblique surface) other than (111) surface and (-1-1-1) surface. The dielectric periodical structure 20 is such a structure that globular voids are arranged in transparent dielectric 1 into a surface-centered cubic crystal shape and, in the globular voids, transparent dielectric 2 having a refractive index different from that of the transparent dielectric 1 is packed or such an inverse opal crystal that the globular voids are arranged in the transparent dielectric into a face-centered cubic crystal. The dielectric periodical structure 20 has a pattern shape of island, belt or island connected by belt. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、誘電体周期構造体を有するフォトニック結晶の異常光学特性を利用した光学部品に係り、特に、微粒子を利用したフォトニック結晶を用いて光路を走査する微小デバイスやそれを応用した光学システムなどに好適な光学部品とその製造方法に関する。   The present invention relates to an optical component that uses the anomalous optical characteristics of a photonic crystal having a dielectric periodic structure, and in particular, a microdevice that scans an optical path using a photonic crystal that uses fine particles and an optical device using the same. The present invention relates to an optical component suitable for a system and the like, and a manufacturing method thereof.

フォトニック結晶のスーパープリズム効果を用いた光走査に関する従来文献としては次のようなものがある。   The following documents are related to optical scanning using the super prism effect of a photonic crystal.

特開２００４−１５７４２１号公報「１次元フォトニック結晶を用いた光学素子」（特許文献１）には、多層膜構造を基本とする１次元フォトニック結晶において、膜面とは平行でない第２の傾斜面を形成することにより、入射光の光束がある程度太くても対応できるようにした光学素子が開示されている。   Japanese Patent Laid-Open No. 2004-157421 “Optical Element Using One-Dimensional Photonic Crystal” (Patent Document 1) discloses a second one that is not parallel to the film surface in a one-dimensional photonic crystal based on a multilayer structure. There has been disclosed an optical element that can cope with an incident light beam having a certain thickness by forming an inclined surface.

また、特開２００３−３２９８２３号公報「１次元フォトニック結晶を用いた光学素子およびそれを用いた分光装置」（特許文献２）には、多層膜からなる１次元フォトニック結晶を三角プリズム状に加工し、光の入射端面側に位相変調手段を設けることにより、特定の高次バンド光のみ伝播できるようにし、これを光導波路内に形成することにより、高い分解能を有する小型の分光装置が構成できるようにした技術が開示されている。   Japanese Patent Laid-Open No. 2003-329823, “Optical Element Using One-Dimensional Photonic Crystal and Spectroscopic Device Using The Same” (Patent Document 2) describes a one-dimensional photonic crystal formed of a multilayer film in a triangular prism shape. By processing and providing phase modulation means on the light incident end face side, only specific high-order band light can be propagated, and by forming this in the optical waveguide, a compact spectroscopic device with high resolution can be configured A technique that enables this is disclosed.

また、特開２００３−２５５１１６号公報「光学素子」（特許文献３）には、従来、２次元フォトニック結晶では、プリズムとして利用する場合には、出射面側に斜め加工を施す必要があり、これは従来非常に困難であったが、この公報では、２次元フォトニック結晶の繰り返し構造を有しているｘ軸とｙ軸のｙ−ｚ平面から光を入射させることにより、上記問題を解決するようにした光学素子が開示されている。   In addition, in JP-A-2003-255116, “optical element” (Patent Document 3), in a conventional two-dimensional photonic crystal, when used as a prism, it is necessary to perform oblique processing on the exit surface side. This has been very difficult in the past, but in this publication, the above problem is solved by making light incident from the yz planes of the x-axis and y-axis having a repetitive structure of a two-dimensional photonic crystal. An optical element configured to do so is disclosed.

また、特開２００３−１９５００２号公報「光学デバイス」（特許文献４）には、有機材料を用いた有機フォトニック結晶による光偏向素子、光合波素子および走査装置などの光学デバイスについて開示されている。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-195002 “Optical Device” (Patent Document 4) discloses an optical device such as an optical deflection element, an optical multiplexing element, and a scanning device using an organic photonic crystal using an organic material. .

また、特開２００２−７１９８２号公報「光素子、光偏向素子、光合波素子および走査装置」（特許文献５）には、フォトニック結晶において、出射光を大きく振るためには、入射面とは異なる面から出射する必要があり、この異なる入射面と出射面の間で光が通る条件にて、入射面と出射面の角度を決めるようにした素子が開示されている。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-71982 “Optical Element, Optical Deflection Element, Optical Multiplexing Element, and Scanning Device” (Patent Document 5) describes an incident surface in a photonic crystal in order to greatly shake emitted light. An element is disclosed in which the angle between the incident surface and the exit surface is determined under the condition that light must be emitted from different surfaces and light passes between the different entrance surfaces and the exit surface.

特開２００４−１５７４２１号公報JP 2004-157421 A 特開２００３−３２９８２３号公報JP 2003-329823 A 特開２００３−２５５１１６号公報JP 2003-255116 A 特開２００３−１９５００２号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-195002 特開２００２−７１９８２号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2002-71982

フォトニック結晶は、屈折率の異なった二つ以上の材料（一方は空気でも可）が、空間的な対称性・規則性を有して、配置された周期構造を有する材料である。フォトニック結晶は、この規則構造・周期構造を有することにより、従来の光学材料では得られなかった特性を発揮するようになる。   A photonic crystal is a material having a periodic structure in which two or more materials having different refractive indexes (one may be air) have spatial symmetry and regularity. Since the photonic crystal has this regular structure / periodic structure, the photonic crystal exhibits characteristics that cannot be obtained by conventional optical materials.

そして、フォトニック結晶の期待されている特性のひとつとして、通常の光学材料では実現できないようなプリズム特性を有するスーパープリズム効果や、光が広がらずに結晶中を伝搬するスーパーコリメート効果などがある。   One of the expected characteristics of the photonic crystal is a super prism effect having prism characteristics that cannot be realized by a normal optical material, and a super collimating effect in which light propagates through the crystal without spreading.

図１２（ａ）は通常のプリズムの場合の光の屈折例を示す図であり、図１２（ｂ）はスーパープリズム効果を有する場合の光の屈折例を示す図である。このように、スーパープリズムでは通常のプリズムとは全く異なる特性を示している。また、図１３は、スーパーコリメート効果を説明するための図であり、光が結晶中を広がらずに伝搬する様子を示している。   FIG. 12A is a diagram showing an example of light refraction in the case of a normal prism, and FIG. 12B is a diagram showing an example of light refraction in the case of having a super prism effect. As described above, the super prism exhibits completely different characteristics from the normal prism. Moreover, FIG. 13 is a figure for demonstrating the super collimating effect, and has shown a mode that light propagates without spreading in a crystal | crystallization.

このようなフォトニック結晶のスーパープリズム効果やスーパーコリメート効果などの特性を利用可能とすることにより、小さな空間で大きく光路を連続的に曲げたり、急激に光路を変更させたりすることが可能になる。   By making it possible to use characteristics such as the super prism effect and super collimation effect of photonic crystals, it becomes possible to bend the light path continuously in a small space or to change the light path rapidly. .

次に、こうしたスーパープリズム効果やスーパーコリメータ効果がどのようにして発現するかを、等周波数となる波数（ｋ）の位置を波数空間（ｋ空間）にて描いた分散面を考えることにより説明する。   Next, how such a super prism effect and a super collimator effect are expressed will be described by considering a dispersive surface in which the positions of wave numbers (k) having equal frequencies are drawn in the wave number space (k space). .

分散面による考え方を説明するために、まず、最初に、図面を用いて、等方的な通常媒質から屈折率の異なる通常媒質に光が入射した場合の考え方について説明を行う。   In order to explain the concept based on the dispersion surface, first, the concept when light is incident on an ordinary medium having a different refractive index from an isotropic ordinary medium will be described with reference to the drawings.

話を簡単にするために、ここでは、入射側の通常光学媒質が、屈折率１（n = 1.0）の真空（あるいは空気）の場合について説明するが、屈折率が１以外の一般的な通常光学媒質からの光入射でも同様の原理に従って、光は伝播する。   For the sake of simplicity, the case where the normal optical medium on the incident side is a vacuum (or air) with a refractive index of 1 (n = 1.0) will be described here. Light propagates according to the same principle even when light is incident from an optical medium.

図１４（ａ）に示すように、通常の等方的な光学媒質では、分散面の形状は球となり、ｋ空間の原点を通る任意の断面では、ck = nω により定められる円となる。ここで、c は真空中の光速、n は屈折率、ω は角周波数である。   As shown in FIG. 14A, in a normal isotropic optical medium, the shape of the dispersion surface is a sphere, and in an arbitrary cross section passing through the origin of the k space, it is a circle defined by ck = nω. Here, c is the speed of light in vacuum, n is the refractive index, and ω is the angular frequency.

ｎ= 1.0 の真空（あるいは空気）中の光の分散面と n = 1.5 の媒質中の分散面は、図１４（ｂ）に示すような大きさの異なる円として表現できる。   A light dispersion surface in a vacuum (or air) of n = 1.0 and a dispersion surface in a medium of n = 1.5 can be expressed as circles having different sizes as shown in FIG.

今、図１４（ｃ）に示すように、真空（あるいは空気）から n = 1.5 の媒質に光が入射する場合を考える。このとき、ｋ空間（波数空間）の分散面表現では、図１４（ｄ）中に示す「真空中のｋベクトル」の矢印のごとく現すことができる。   Consider a case where light is incident on a medium of n = 1.5 from vacuum (or air) as shown in FIG. At this time, in the dispersion plane representation of the k space (wave number space), it can appear as indicated by the arrow “k vector in vacuum” shown in FIG.

入射光となる真空中の光のkベクトルと媒質中の光のｋベクトルは、媒質表面に平行な成分について保存するので、図１４（ｄ）に示すごとく、「表面からの垂線を反映した補助線」を利用して、媒質中の分散面（大きな円）と補助線との交点から媒質中のkベクトルを得ることができる。媒質中のｋベクトルを知ることにより、媒質中での光の伝播方向がわかる。   The k vector of the light in the vacuum and the k vector of the light in the medium, which is the incident light, are stored for the component parallel to the surface of the medium. Therefore, as shown in FIG. Using the “line”, the k vector in the medium can be obtained from the intersection of the dispersion surface (large circle) in the medium and the auxiliary line. By knowing the k vector in the medium, the propagation direction of light in the medium can be known.

次に、フォトニック結晶の光伝播について説明する。
フォトニック結晶中の光伝播は、フォトニック結晶のバンド構造に支配されているが、高次のバンドにより形成される分散面は、球とは異なった異方性を有する形状となり、利用する光の周波数を適切に選択することにより、こうした異方性を有する分散面を利用することができる。例えば、面心立方晶のバンド３の分散面は、図１５（ａ）に示すような形状になり、ｋ_ｘ=ｋ_ｙでの断面形状は図１５（ｂ）のようになる。 Next, the light propagation of the photonic crystal will be described.
Light propagation in the photonic crystal is governed by the band structure of the photonic crystal, but the dispersion surface formed by higher-order bands has a shape with anisotropy different from that of a sphere, and the light used By appropriately selecting the frequency, it is possible to use a dispersion surface having such anisotropy. For example, the dispersion surface of the band 3 of a face-centered cubic becomes a shape as shown in FIG. 15 (a), the cross-sectional shape in the k _x = k _y is as Figure 15 (b).

ここで、図１５（ｃ）に示すように、真空（あるいは空気）から（００１）に配向した面心立方晶タイプのフォトニック結晶に、光が入射する場合を考える。   Here, as shown in FIG. 15C, consider a case where light is incident on a face-centered cubic type photonic crystal oriented from (001) to (001) in a vacuum.

図１４で説明した通常媒質の場合と同様に、本例の場合は図１５（ｂ）中に示すような「入射光ｋベクトル（真空中）」と「表面からの垂線を反映した補助線」を描くことができる。   As in the case of the normal medium described with reference to FIG. 14, in the case of this example, “incident light k vector (in vacuum)” and “auxiliary line reflecting the perpendicular from the surface” as shown in FIG. Can be drawn.

また、これも通常媒質の場合と同様にして、「表面からの垂線を反映した補助線」と「フォトニック結晶中での分散面」との交点から「フォトニック結晶中でのｋベクトル」を得ることができる。   Also, as in the case of normal media, the “k vector in the photonic crystal” is calculated from the intersection of the “auxiliary line reflecting the perpendicular from the surface” and the “dispersion plane in the photonic crystal”. Obtainable.

媒質中での光伝播の群速度ｖ_ｇは、分散面の勾配∇ｋωによって決まる（ｖ_ｇ=∇_ｋω）ので、フォトニック結晶内の光伝播は、「表面からの垂線を反映した補助線」と「フォトニック結晶中での分散面」の交点から分散面と垂直な方向に伝播していくことになり、図１５（ｂ）中の「フォトニック結晶中での光伝播」の矢印で示した方向に光は伝播する。以上のように、光は、フォトニック結晶中で、通常の光学媒質とは大きく異なった挙動を示す。 Since the group velocity v _g of light propagation in the medium is determined by the gradient ∇kω of the dispersion surface (v _g = ∇ _kω ), the light propagation in the photonic crystal is “an auxiliary line reflecting the perpendicular from the surface” And “dispersion plane in photonic crystal” are propagated in the direction perpendicular to the dispersion plane, and are indicated by arrows of “light propagation in photonic crystal” in FIG. The light propagates in the opposite direction. As described above, light behaves greatly different from a normal optical medium in a photonic crystal.

次に、図１６−１（ａ）に示すように、屈折率 1.5 の通常光学媒質から、（１１１）に配向した面心立方晶タイプのフォトニック結晶に、（１１１）結晶面から、光が入射角θ_１、θ_２、θ_３、θ_４ で入射する場合を考える。 Next, as shown in FIG. 16A, light is emitted from a normal optical medium having a refractive index of 1.5 to a face-centered cubic type photonic crystal oriented to (111) from a (111) crystal plane. Consider the case of incidence at incident angles θ ₁ , θ ₂ , θ ₃ , and θ ₄ .

考え方は、上述の説明と同様であるが、結晶の表面（光の入射面）が異なるため、結晶表面において、ｋが保存しなければならない方向が異なってくるため、「表面からの垂線を反映した補助線」の描き方が異なってくる。   The idea is the same as described above, but since the crystal surface (light incident surface) is different, the direction in which k must be stored on the crystal surface is different. The drawing method of “Auxiliary Line” is different.

入射角θ_１、θ_２、θ_３、θ_４の場合の分散面による表記は、図１６−１（ｂ）、（ｃ）、図１６−２（ｄ）および（ｅ）に示す。 The notation by the dispersion surface in the case of incident angles θ ₁ , θ ₂ , θ ₃ , θ ₄ is shown in FIGS. 16-1 (b), (c), FIGS. 16-2 (d), and (e).

この考察から、フォトニック結晶内での光は、図１７（ａ）に示すように伝播する。さらに、フォトニック結晶から通常光学媒質へ光が出て行く際には、やはり、媒質境界面に平行なｋ成分が保存するという原理にしたがい、図１７（ｂ）に示すように、光の伝播方向は、元の伝播方向に戻される。   From this consideration, the light in the photonic crystal propagates as shown in FIG. Further, when light exits from the photonic crystal to the normal optical medium, the propagation of the light is performed as shown in FIG. 17B, according to the principle that the k component parallel to the medium boundary surface is preserved. The direction is returned to the original propagation direction.

こうした光伝播の挙動のため、フォトニック結晶中で光が大きく曲げられても、（１１１）面側から光を入射し、（−１−１−１）面から光を取り出す限り、光の入射角を拡大して、出射角の振れ角として取り出すような光走査デバイスとして利用することはできないという問題がある。なお、本明細書および特許請求の範囲では、（１１１）と等価な結晶面で（１１１）と平行な面を（−１−１−１）と表現する。   Because of this light propagation behavior, even if light is greatly bent in the photonic crystal, light is incident as long as light enters from the (111) plane side and is extracted from the (-1-1-1) plane. There is a problem that it cannot be used as an optical scanning device in which the angle is enlarged and taken out as the deflection angle of the emission angle. In the present specification and claims, a crystal plane equivalent to (111) and a plane parallel to (111) is expressed as (-1-1-1).

本発明は、光走査デバイスとして用いる際に問題となるこの上記問題点を解決することをその目的としている。以下、各請求項毎のより具体的な目的について述べる。   An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems that are problematic when used as an optical scanning device. Hereinafter, more specific purposes for each claim will be described.

ａ）請求項１記載の発明の目的
（１１１）に配向した面心立方晶タイプのフォトニック結晶において、光走査デバイスとして用いる際に、取り出し光の走査角度を大きくとれるようすることである。 a) Object of the invention of claim 1 In the face-centered cubic type photonic crystal oriented in (111), when used as an optical scanning device, the scanning angle of the extracted light can be made large.

ｂ）請求項２および請求項３記載の発明の目的
請求項１に記載の光学部品において、（１１１）に配向した面心立方晶タイプのフォトニック結晶となりえる誘電体周期構造体を具体的に提示することである。 b) Object of the invention of claim 2 and claim 3 In the optical component of claim 1, a dielectric periodic structure that can be a face-centered cubic type photonic crystal oriented in (111) is specifically described. Is to present.

ｃ）請求項４および請求項５記載の発明の目的
請求項１に記載の光学部品において、面心立方晶タイプのフォトニック結晶が良好な（１１１）配向を維持したまま、（１１１）面および（−１−１−１）面以外の面を出すための構造を提示することである。 c) Object of the invention according to claim 4 and claim 5 In the optical component according to claim 1, the (111) plane and the face-centered cubic type photonic crystal maintain good (111) orientation. It is to present a structure for producing a surface other than the (-1-1-1) surface.

ｄ）請求項６および請求項７記載の発明の目的
請求項１に記載する光学部品を製造するにあたり、面心立方晶タイプのフォトニック結晶が良好な（１１１）配向を維持したまま、（１１１）面および（−１−１−１）面以外の面を出すための製造方法を提示することである。 d) Object of the Inventions of Claims 6 and 7 In manufacturing the optical component according to claim 1, (111) orientation is maintained while maintaining the (111) orientation of the face-centered cubic crystal type photonic crystal. ) Plane and a manufacturing method for producing planes other than the (-1-1-1) plane.

本発明は、上記目的を達成するために次のような構成を有している。以下、請求項毎の構成を述べる。   The present invention has the following configuration in order to achieve the above object. Hereinafter, the structure for each claim will be described.

ａ）請求項１記載の発明は、透明誘電体基板に形成された面心立方晶を有する誘電体周期構造体の（１１１）面が前記透明誘電体基板に接している光学部品であって、前記誘電体周期構造体の表面は（１１１）面および（−１−１−１）面以外の面を含むことを特徴としている。 a) The invention according to claim 1 is an optical component in which a (111) plane of a dielectric periodic structure having a face-centered cubic crystal formed on a transparent dielectric substrate is in contact with the transparent dielectric substrate, The surface of the dielectric periodic structure includes a plane other than the (111) plane and the (-1-1-1) plane.

ｂ）請求項２記載の発明は、請求項１に記載の光学部品において、前記誘電体周期構造体は、透明誘電体１中に球状の空隙が面心立方晶状に配置されており、この球状の空隙には前記透明誘電体１とは屈折率の異なる透明誘電体２が満たされた構造であることを特徴としている。 b) The invention according to claim 2 is the optical component according to claim 1, wherein the dielectric periodic structure has spherical voids arranged in a face-centered cubic crystal in the transparent dielectric 1. The spherical gap is characterized by being filled with a transparent dielectric 2 having a refractive index different from that of the transparent dielectric 1.

ｃ）請求項３記載の発明は、請求項１に記載の光学部品において、前記誘電体周期構造体は、透明誘電体中に球状の空隙が面心立方晶状に配置しているインバースオパール結晶であることを特徴としている。 c) The invention according to claim 3 is the optical component according to claim 1, wherein the periodic dielectric structure is an inverse opal crystal in which spherical voids are arranged in a face-centered cubic form in a transparent dielectric. It is characterized by being.

ｄ）請求項４記載の発明は、請求項２に記載の光学部品において、前記透明誘電体基板上の誘電体周期構造体は島状、もしくは、帯状、もしくは、帯により連結された島状のパターン形状を有していることを特徴としている。 d) The invention according to claim 4 is the optical component according to claim 2, wherein the dielectric periodic structure on the transparent dielectric substrate has an island shape, a band shape, or an island shape connected by a band. It has a pattern shape.

ｅ）請求項５記載の発明は、請求項３に記載の光学部品において、前記透明誘電体基板上のインバースオパール結晶は島状、もしくは、帯状、もしくは、帯により連結された島状のパターン形状を有していることを特徴としている。 e) The invention according to claim 5 is the optical component according to claim 3, wherein the inverse opal crystal on the transparent dielectric substrate is island-shaped, band-shaped, or island-shaped pattern connected by bands. It is characterized by having.

ｆ）請求項６記載の光学部品の製造方法の発明は、オパール結晶成長用基板の片側表面に、凹凸パターンの稜および谷が直線で構成され、且つ、凹部分の形状が、島状、もしくは、帯状、もしくは、帯により連結された島状となるように凸パターンを形成し、凹部分に透明誘電体１の球状粒子によるオパール結晶を形成した後、上記オパール結晶を透明誘電体基板で挟み、前記オパール結晶の透明誘電体１の球状粒子間に流動体を注入し固化させることにより透明誘電体２とした後、前記オパール結晶成長用基板および前記凸パターンを除去することを特徴としている。 f) In the invention of the method for manufacturing an optical component according to claim 6, the ridges and valleys of the concavo-convex pattern are constituted by straight lines on one surface of the substrate for growing an opal crystal, and the shape of the concave portion is an island shape, or Then, a convex pattern is formed so as to be in the shape of a band or an island connected by a band, and an opal crystal made of spherical particles of the transparent dielectric 1 is formed in the concave portion, and then the opal crystal is sandwiched between transparent dielectric substrates The transparent dielectric 2 is formed by injecting and solidifying a fluid between spherical particles of the transparent dielectric 1 of the opal crystal, and then the opal crystal growth substrate and the convex pattern are removed.

ｇ）請求項７記載の光学部品の製造方法の発明は、オパール結晶成長用基板の片側表面に、凹凸パターンの稜および谷が直線で構成され、且つ、凹部分の形状が、島状、もしくは、帯状、もしくは、帯により連結された島状となるように、凸パターンを形成し、凹部分に球状粒子によるオパール結晶を形成した後、上記オパール結晶を透明誘電体基板で挟み、前記オパール結晶の球状粒子間に流動体を注入し固化させることにより透明誘電体とした後に、前記球状粒子と前記オパール結晶成長用基板および前記凸パターンを除去することを特徴としている。 g) In the invention of the method for manufacturing an optical component according to claim 7, the ridges and valleys of the concavo-convex pattern are constituted by straight lines on one surface of the substrate for growing an opal crystal, and the shape of the concave portion is an island shape, or After forming a convex pattern so as to form a band or an island connected by a band and forming an opal crystal with spherical particles in the concave portion, the opal crystal is sandwiched between transparent dielectric substrates, and the opal crystal The spherical particles, the opal crystal growth substrate and the convex pattern are removed after a fluid is injected between the spherical particles and solidified to form a transparent dielectric.

本発明によれば、（１１１）に配向した面心立方晶タイプのフォトニック結晶において、光走査デバイスとして用いる際に取り出し光の走査角度を大きくとれるようになる。以下、各請求項毎の効果を述べる。   According to the present invention, in a face-centered cubic type photonic crystal oriented in (111), a scanning angle of extracted light can be increased when used as an optical scanning device. The effects of each claim will be described below.

ａ）請求項１記載の発明の効果
請求項１に記載の光学部品は、フォトニック結晶が結晶内で大きな振れ角をとれるという特性を活かして、光の大きな走査角を得られるようになる。 a) Effect of Invention of Claim 1 The optical component of Claim 1 can obtain a large scanning angle of light by utilizing the characteristic that the photonic crystal can take a large deflection angle in the crystal.

ｂ）請求項２記載の発明の効果
請求項２に記載の光学部品は、光学部品のフォトニック結晶部を弱変調状態とすることが可能となる。 b) Effects of Invention of Claim 2 The optical component according to claim 2 enables the photonic crystal part of the optical component to be in a weakly modulated state.

ｃ）請求項３記載の発明の効果
請求項３に記載する光学部品は、光学部品のフォトニック結晶部を強変調状態とすることが可能となる。 c) Effect of the Invention According to Claim 3 The optical component according to claim 3 can make the photonic crystal portion of the optical component in a strongly modulated state.

ｄ）請求項４および請求項５記載の発明の効果
請求項４に記載の光学部品は、パターンの周辺領域が（１１１）面および（−１−１−１）面以外の面となっていることから、この領域を出射面とすることにより、出射光の走査角を大きくすることが可能になる。また、請求項５記載する光学部品は、パターンの形状から、光走査デバイスとして用いる際には、光の入射角度を傾斜させる方向がわかる。 d) Effects of Inventions of Claims 4 and 5 In the optical component of Claim 4, the peripheral area of the pattern is a surface other than the (111) plane and the (-1-1-1) plane. Therefore, it is possible to increase the scanning angle of the emitted light by setting this region as the exit surface. Further, when the optical component described in claim 5 is used as an optical scanning device, the direction in which the incident angle of light is inclined is known from the pattern shape.

ｅ）請求項６記載の発明の効果
請求項６に記載の光学部品の製造方法は、オパール結晶形成の際に、島状、もしくは、帯状、もしくは、帯により連結された島状の凹パターンを形成し、この凹領域にオパール結晶を形成することにより、良好な（１１１）配向を有し、同時に、（１１１）面および（−１−１−１）面以外の面を有したオパール結晶を形成することが可能となり、このオパール結晶の粒子間に誘電体が充填された弱変調状態のフォトニック結晶による光学部品の製造が可能になる。 e) Effect of the Invention of Claim 6 The optical component manufacturing method according to claim 6 is characterized in that island-shaped, band-shaped, or island-shaped concave patterns connected by bands are formed during opal crystal formation. By forming and forming an opal crystal in this concave region, an opal crystal having a good (111) orientation and simultaneously having a plane other than the (111) plane and the (-1-1-1) plane is formed. It becomes possible to form an optical component using a weakly modulated photonic crystal in which a dielectric is filled between the opal crystal particles.

ｆ）請求項７記載の発明の効果
請求項７に記載の光学部品の製造方法は、オパール結晶形成の際に、島状、もしくは、帯状、もしくは、帯により連結された島状の凹パターンを形成し、この凹領域にオパール結晶を形成することにより、良好な（１１１）配向を有し、同時に、（１１１）面および（−１−１−１）面以外の面を有したオパール結晶を形成することが可能となり、これを元型としてインバース構造とすることにより、強変調状態のフォトニック結晶による光学部品の製造が可能になる。 f) Effect of the Invention of Claim 7 The method of manufacturing an optical component according to claim 7 is characterized in that when forming the opal crystal, the island-shaped, band-shaped, or island-shaped concave pattern connected by the band is formed. By forming an opal crystal in this concave region, an opal crystal having a good (111) orientation and at the same time having a plane other than the (111) plane and the (-1-1-1) plane It is possible to form an optical component using a photonic crystal in a strongly modulated state by using an inverse structure as a prototype.

（発明の概要）
上で説明したように、誘電体基板上で（１１１）に配向した面心立方晶タイプのフォトニック結晶では、（１１１）面側から光を入れて、（−１−１−１）面側から光を取り出す限り、出射光は入射光と同じ方向に戻ってしまうため、光走査デバイスとして利用することはできない。そこで、本発明では、フォトニック結晶が（１１１）配向でありつつ、（１１１）面および（−１−１−１）面以外の面を含む構造とし、出射面をこの（１１１）面、（−１−１−１）面以外の面とすることにより、光の入射角を拡大して、出射角の振れ角として取り出せるようにしたものである。 (Summary of Invention)
As described above, in the face-centered cubic type photonic crystal oriented to (111) on the dielectric substrate, light enters from the (111) plane side, and the (-1-1-1) plane side As long as light is extracted from the light, the emitted light returns in the same direction as the incident light, and therefore cannot be used as an optical scanning device. Therefore, in the present invention, the photonic crystal has a (111) orientation and includes a surface other than the (111) plane and the (-1-1-1) plane, and the exit plane is the (111) plane, ( 1-1-1) By using a surface other than the surface, the incident angle of light can be expanded and extracted as a deflection angle of the emission angle.

（本発明の理論的説明）
まず、本発明の理論的な説明を、図面を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明の実施例に係る光学部品を示す図である。
本発明では、図１に示すように、透明誘電体基板１０の片面に（１１１）に配向した面心立方晶タイプのフォトニック結晶２０が形成されており、フォトニック結晶の表面の一部が（−１−１−１）面以外の面を有した構造となっている。 (Theoretical description of the present invention)
First, a theoretical description of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing an optical component according to an embodiment of the present invention.
In the present invention, as shown in FIG. 1, a face-centered cubic type photonic crystal 20 oriented in (111) is formed on one side of a transparent dielectric substrate 10, and a part of the surface of the photonic crystal is formed. The structure has a surface other than the (-1-1-1) surface.

図１に示すように、上記の構造体において、真空から透明誘電体基板１０へ光が入射し、透明誘電体基板１０から、フォトニック結晶２０の（１１１）結晶面へと光が入り、フォトニック結晶２０中を光が伝播した後、（−１−１−１）面とは異なる傾斜面から光が出射する場合を考える。   As shown in FIG. 1, in the above structure, light is incident on the transparent dielectric substrate 10 from a vacuum, light enters the (111) crystal plane of the photonic crystal 20 from the transparent dielectric substrate 10, and photo Consider a case where light is emitted from an inclined plane different from the (-1-1-1) plane after light propagates through the nick crystal 20.

以下からは、上で説明した方法と同様のｋ空間における分散面を用いた方法にて、光の伝播を説明するが、以下の説明では透明誘電体基板１０の屈折率は 1.5 としている。   Hereinafter, light propagation will be described by a method using a dispersion surface in k-space similar to the method described above. In the following description, the refractive index of the transparent dielectric substrate 10 is 1.5.

また、（−１−１−１）面とは異なる傾斜面の傾斜角は、（−１−１−１）面から４８°傾いた面としているが、これは、分散面上で角伝播光およびｋベクトルを図示する際に、重なりが少なく見やすいという理由により選んだ。実際に使用する際には、この傾斜角によって、出射光の方向が異なるので、利用者が目的に合った傾斜角を選択すればよい。   In addition, the inclination angle of the inclined surface different from the (-1-1-1) plane is a surface inclined by 48 ° from the (-1-1-1) plane, which is an angular propagation light on the dispersion surface. The k and k vectors were chosen because they are easy to see with little overlap. In actual use, since the direction of the emitted light varies depending on the tilt angle, the user may select a tilt angle suitable for the purpose.

また、以下の説明では、スーパープリズム効果がもっとも大きく現れるケースについて、すなわち、フォトニック結晶中の光の伝播方向が正方向から負の方向へ大きく変化する場合について説明する。これは、図１７（ｂ）中における入射角θ_２からθ_３への変化に対応したケースである。 Further, in the following description, a case where the super prism effect appears most greatly, that is, a case where the propagation direction of light in the photonic crystal changes greatly from the positive direction to the negative direction will be described. This is a case corresponding to a change from the incident angle θ ₂ to θ ₃ in FIG.

まず、フォトニック結晶中の光伝播が正方向となる（図１７（ｂ）中のθ２に対応する）場合について、図２を用いて説明する。   First, the case where light propagation in the photonic crystal is in the positive direction (corresponding to θ2 in FIG. 17B) will be described with reference to FIG.

図２（ａ）中で、“真空から誘電体基板への入射光ｋベクトル”の矢印の方向から、透明誘電体基板に光が入射する。   In FIG. 2A, light enters the transparent dielectric substrate from the direction of the arrow of “incident light k vector from vacuum to dielectric substrate”.

このとき、透明誘電体基板１０の表面に平行なｋの成分は、真空側と透明誘電体基板１０側で保存しなければならないので、“誘電体基板中での分散面”と“入射表面からの垂線を反映した補助線”との交点を、原点中心から指し示す矢印が、透明誘電体基板中でのｋベクトル（等方媒質なので光の伝播方向と一致している）となる。   At this time, since the component of k parallel to the surface of the transparent dielectric substrate 10 must be stored on the vacuum side and the transparent dielectric substrate 10 side, the “dispersion plane in the dielectric substrate” and the “incident surface” The arrow pointing from the center of the origin to the intersection with the “auxiliary line reflecting the vertical line” is the k vector in the transparent dielectric substrate (which is an isotropic medium and coincides with the light propagation direction).

透明誘電体基板の表面は、フォトニック結晶の（１１１）面と平行であるから、“入射表面からの垂線を反映した補助線”は、フォトニック結晶の（１１１）面の垂線と平行に引かれている。   Since the surface of the transparent dielectric substrate is parallel to the (111) plane of the photonic crystal, the “auxiliary line reflecting the perpendicular from the incident surface” is drawn parallel to the perpendicular of the (111) plane of the photonic crystal. It has been.

次に、透明誘電体基板１０からフォトニック結晶２０に光が入射する場合は、図２（ｂ）に示すように、“フォトニック結晶中での分散面”と“入射表面からの垂線を反映した補助線” との交点を、原点中心から指し示す矢印が、フォトニック結晶中でのｋベクトルとなるが、分散面が等方的ではないため、ｋベクトルの方向と光の伝播方向は一致せず、図２（ｂ）中の“フォトニック結晶中での光伝播”の矢印の方向に光は伝播する。   Next, when light is incident on the photonic crystal 20 from the transparent dielectric substrate 10, as shown in FIG. 2B, "dispersion plane in the photonic crystal" and "perpendicular from the incident surface are reflected. The arrow pointing to the intersection with the auxiliary line from the origin center is the k vector in the photonic crystal, but since the dispersion surface is not isotropic, the direction of the k vector and the light propagation direction must match. First, light propagates in the direction of the arrow “light propagation in the photonic crystal” in FIG.

最後に、フォトニック結晶２０の（−１−１−１）面から４８°傾いた面から真空へ、光が出射される場合は、図２（ｃ）のように、“真空中での分散面”と“出射表面からの垂線を反映した補助線” との交点を、原点中心から指し示す矢印が、出射光の方向となる。   Finally, in the case where light is emitted from a plane inclined by 48 ° from the (-1-1-1) plane of the photonic crystal 20 to the vacuum, as shown in FIG. An arrow pointing from the center of the origin to the intersection of the “surface” and “auxiliary line reflecting the perpendicular from the emission surface” is the direction of the emitted light.

出射面は（−１−１−１）面から４８°傾いているので、“出射表面からの垂線を反映した補助線”は、“入射表面からの垂線を反映した補助線”から見て、４８°傾いている。   Since the exit surface is inclined by 48 ° from the (-1-1-1) plane, the “auxiliary line reflecting the perpendicular from the exit surface” is viewed from the “auxiliary line reflecting the perpendicular from the entrance surface” It is tilted 48 °.

フォトニック結晶中の光伝播が負方向となる（図１７中のθ３に対応する）場合についても、上記と同様の手順にて、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、透明誘電体基板１０中の光伝播、フォトニック結晶２０中の光伝播、出射光の方向を得ることができる。   Also in the case where the light propagation in the photonic crystal is in the negative direction (corresponding to θ3 in FIG. 17), as shown in FIGS. In addition, the light propagation in the transparent dielectric substrate 10, the light propagation in the photonic crystal 20, and the direction of the emitted light can be obtained.

図２、図３の結果を用いて、図１の構造体中の光伝播および出射光を図示すると、図４のようになり、光の入射角を拡大して、出射角の振れ角として取り出せるようになる。   Using the results of FIGS. 2 and 3, the light propagation and emission light in the structure of FIG. 1 is illustrated as shown in FIG. 4, and the incident angle of the light can be enlarged and extracted as the deflection angle of the emission angle. It becomes like this.

（実施例の説明）
次に、本発明の光学素子の実施例を、図面を用いて、その製造方法と合わせて詳細に説明する。 (Description of Examples)
Next, examples of the optical element of the present invention will be described in detail with reference to the drawings together with the manufacturing method thereof.

（実施例１）
本実施例は、請求項１、請求項２、請求項４および請求項６に係る発明の実施例である。 Example 1
This embodiment is an embodiment of the invention according to claim 1, claim 2, claim 4 and claim 6.

本実施例において、粒径 350 nm の球形状単分散シリカ粒子をエタノール分散媒中に 4 wt％で分散させた原料液をオパール結晶成長用の容器に入れて、用意する。   In this example, a raw material liquid in which spherical monodispersed silica particles having a particle diameter of 350 nm are dispersed in ethanol dispersion medium at 4 wt% is prepared by putting it in a container for growing opal crystals.

オパール結晶成長用基板は、シリコン基板を利用し、アセトン超音波洗浄を行った後、濃硫酸と過酸化水素水の混合液に１時間浸漬し、純水リンス後に乾燥させた後、感光性樹脂を用いてパターニングすることにより、凸パターンを形成する。   The opal crystal growth substrate uses a silicon substrate, and after ultrasonic cleaning with acetone, it is immersed in a mixture of concentrated sulfuric acid and hydrogen peroxide for 1 hour, rinsed with pure water, dried, and then photosensitive resin. A convex pattern is formed by patterning using.

本発明の請求項で述べている“凹凸パターンの稜および谷が直線で構成され、且つ、凹部分の形状が、島状、もしくは、帯状、もしくは、帯により連結された島状”とは、図５に示すようなパターンのことを述べている。   In the claims of the present invention, “the ridges and valleys of the concavo-convex pattern are constituted by straight lines, and the shape of the concave portion is an island shape, a band shape, or an island shape connected by a band” The pattern as shown in FIG. 5 is described.

本実施例では、パターン形状は、図５（ａ）に示すように凹領域３２の形状が島状となるパターンを用いた。パターニング後、ベーキング条件を適切に設定することにより、凸領域３１の部分の壁が適度にだれて、凸パターンの壁を傾斜面とすることができる。   In the present embodiment, the pattern shape is such that the shape of the recessed region 32 is an island shape as shown in FIG. By appropriately setting the baking conditions after patterning, the wall of the convex region 31 can be moderately inclined, and the wall of the convex pattern can be an inclined surface.

以上のようにして作成したオパール結晶成長用基板４０を、図６に示すように、立てた状態で、先に用意しておいた成長用容器内の原料液に漬けて、恒温雰囲気４１の雰囲気温度50℃に保ち、放置する。   As shown in FIG. 6, the opal crystal growth substrate 40 created as described above is immersed in the raw material solution in the growth vessel prepared in the upright state as shown in FIG. Keep at a temperature of 50 ° C and leave.

原料液は次第に乾燥し、原料液が後退したあとにオパール結晶が形成されるが、オパール結晶は、パターンの凹領域に優先的に形成される。必要領域長が得られた時点で、オパール結晶成長用基板４０を引き上げて回収する。   The raw material liquid is gradually dried, and an opal crystal is formed after the raw material liquid has receded, but the opal crystal is preferentially formed in the concave region of the pattern. When the necessary region length is obtained, the opal crystal growth substrate 40 is pulled up and collected.

オパール結晶の膜厚は、原料液濃度と原料液の乾燥速度により制御が可能で、凸パターンの壁の高さに合わせた膜厚のオパール結晶を凹領域に形成することができる。   The thickness of the opal crystal can be controlled by the concentration of the raw material liquid and the drying speed of the raw material liquid, and an opal crystal having a film thickness that matches the height of the convex pattern wall can be formed in the concave region.

また、この際に、条件に合わせて、適度な電解質を原料液に加えると、オパール結晶の膜厚の均一性も確保できる。   At this time, if an appropriate electrolyte is added to the raw material liquid according to the conditions, the uniformity of the thickness of the opal crystal can be ensured.

また、パターンの凹領域に形成されるオパール結晶の粒子４３の配列は、図７に示すように、凸領域４２に囲まれた凹領域のパターンの壁に沿って並ぶため、パターン形状により、結晶の面内方位を制御することができる。４４は入射光の傾斜方向（{１１０}断面）を示す。   Further, as shown in FIG. 7, the array of the opal crystal particles 43 formed in the concave area of the pattern is arranged along the wall of the pattern of the concave area surrounded by the convex area 42. It is possible to control the in-plane orientation. Reference numeral 44 denotes an inclination direction ({110} cross section) of incident light.

本発明では、このパターンの壁に沿って粒子を規則正しく並べる効果を得るために、パターン形状は、直線で構成された幾何学形状としている。   In the present invention, in order to obtain the effect of regularly arranging particles along the wall of the pattern, the pattern shape is a geometric shape constituted by straight lines.

また、同じ理由により、図５（ａ）に示すような島状パターンの場合は、隣り合う辺の間の角度は120度、あるいは60度であることが望ましい。   For the same reason, in the case of an island pattern as shown in FIG. 5A, the angle between adjacent sides is desirably 120 degrees or 60 degrees.

以上のように、シリコン基板５０上の感光性樹脂層５１に設けられた凹領域にオパール結晶５２を形成した後、図８に示すように、オパール結晶５２が形成された面に、透明樹脂基板５３を貼り合わせる。貼りあわせた面間に狙いとする屈折率の樹脂を注入し、固化させる。   As described above, after the opal crystal 52 is formed in the concave region provided in the photosensitive resin layer 51 on the silicon substrate 50, the transparent resin substrate is formed on the surface on which the opal crystal 52 is formed as shown in FIG. 53 are pasted together. A resin having a target refractive index is injected between the bonded surfaces and solidified.

この後、シリコン基板５０と感光性樹脂層５１による凸パターンを、ＫＯＨなどのアルカリ液を用いて除去することにより、図９に示すような、透明樹脂基板５５上に傾斜面５７を有し、上面が（−１−１−１）面の誘電体１と誘電体２による弱変調フォトニック結晶５６からなる光学部品を得ることができる。   Thereafter, the convex pattern formed by the silicon substrate 50 and the photosensitive resin layer 51 is removed using an alkaline solution such as KOH, thereby having an inclined surface 57 on the transparent resin substrate 55 as shown in FIG. An optical component composed of the weakly modulated photonic crystal 56 made of the dielectric 1 and the dielectric 2 having the (1-1-1) upper surface can be obtained.

本発明では、光学部品のフォトニック結晶部分の形状より、使用する際に、どの方向に入射光を傾斜させればよいを確認することができる（図７および図９）。   In the present invention, from the shape of the photonic crystal portion of the optical component, it is possible to confirm in which direction the incident light should be inclined when used (FIGS. 7 and 9).

図８および図９では、形状がよくわかるように、１個の島だけを書き出したが、実際には、図５（ａ）に示すような多数の凸領域（感光性樹脂）３１と凹領域（石英）３２からなる島状パターンの繰り返しパターン、図５（ｂ）に示すような複数の多数の凸領域（感光性樹脂）３３と凹領域（石英）３４からなる帯状パターンの繰り返しパターン、図５（ｃ）に示すような多数の凸領域（感光性樹脂）３５と凹領域（石英）３６からなる帯により連結された島状パターンであってもよい。   In FIG. 8 and FIG. 9, only one island is written so that the shape can be clearly understood. However, in reality, a large number of convex regions (photosensitive resin) 31 and concave regions as shown in FIG. A repetitive pattern of island-shaped patterns made of (quartz) 32, a repetitive pattern of band-shaped patterns made of a plurality of convex regions (photosensitive resin) 33 and concave regions (quartz) 34 as shown in FIG. It may be an island pattern connected by a band composed of a large number of convex regions (photosensitive resin) 35 and concave regions (quartz) 36 as shown in FIG.

（実施例２）
本実施例は、請求項１、請求項３、請求項５および請求項７に係る発明の実施例である。 (Example 2)
This embodiment is an embodiment of the invention according to claim 1, claim 3, claim 5 and claim 7.

実施例１と同様に、粒径 350 nm の球形状単分散シリカ粒子をエタノール分散媒中に 4 wt％で分散させた原料液をオパール結晶成長用の容器に入れて、用意する。   In the same manner as in Example 1, a raw material liquid in which spherical monodispersed silica particles having a particle diameter of 350 nm are dispersed at 4 wt% in an ethanol dispersion medium is placed in a container for growing an opal crystal.

本実施例では、オパール結晶成長用基板にパイレックス（登録商標）ガラス基板を利用する。この後の洗浄工程およびパターン形成工程は実施例１と同様で、アセトン超音波洗浄を行った後、濃硫酸と過酸化水素水の混合液に１時間浸漬し、純水リンス後に乾燥させた後、感光性樹脂を用いてパターニングすることにより、凸パターンを形成する。   In this embodiment, a Pyrex (registered trademark) glass substrate is used as an opal crystal growth substrate. The subsequent cleaning step and pattern formation step are the same as in Example 1. After ultrasonic cleaning with acetone, the substrate was immersed in a mixed solution of concentrated sulfuric acid and hydrogen peroxide solution for 1 hour, rinsed with pure water and dried. A convex pattern is formed by patterning using a photosensitive resin.

パターン形状は、図５（ａ）に示すように凹領域の形状が島状となるパターンを用いた。パターニング後、適切においてベーキングをすることにより、凸パターンの壁を所望の傾斜角度にする。   As the pattern shape, a pattern in which the shape of the concave region is an island shape as shown in FIG. After patterning, the walls of the convex pattern are brought to the desired tilt angle by baking appropriately.

以上のようにして作成したオパール結晶成長用基板４０を、図６に示すように、立てた状態で、先に用意しておいた成長用容器内の原料液に漬けて、恒温雰囲気４１の雰囲気温度50℃に保ち、放置する。   As shown in FIG. 6, the opal crystal growth substrate 40 created as described above is immersed in the raw material solution in the growth vessel prepared in the upright state as shown in FIG. Keep at a temperature of 50 ° C and leave.

原料液は次第に乾燥し、原料液が後退したあとにオパール結晶が形成されるが、オパール結晶は、パターンの凹領域に優先的に形成される。必要領域長が得られた時点で、オパール結晶成長用基板４０を引き上げて回収する。   The raw material liquid is gradually dried, and an opal crystal is formed after the raw material liquid has receded, but the opal crystal is preferentially formed in the concave region of the pattern. When the necessary region length is obtained, the opal crystal growth substrate 40 is pulled up and collected.

以上のようにして、パイレックス（登録商標）ガラス基板６０上の感光性樹脂層６１に設けられた凹領域にオパール結晶６２を形成した後、図１０に示すように、オパール結晶６２が形成された面に、透明樹脂基板６３を貼り合わせる。貼りあわせた面間に狙いとする屈折率の樹脂を注入し、固化させる。   As described above, after the opal crystal 62 is formed in the recessed region provided in the photosensitive resin layer 61 on the Pyrex (registered trademark) glass substrate 60, the opal crystal 62 is formed as shown in FIG. A transparent resin substrate 63 is bonded to the surface. A resin having a target refractive index is injected between the bonded surfaces and solidified.

この後、パイレックス（登録商標）ガラス基板６０、シリカ粒子および感光性樹脂による凸パターンをフッ酸を用いて除去することにより、図１１に示すような、透明樹脂基板６５上に傾斜面６７を有し、上面が（−１−１−１）面のインバース構造による強変調フォトニック結晶６６からなる光学部品を得ることができる。   Thereafter, a convex pattern made of Pyrex (registered trademark) glass substrate 60, silica particles and photosensitive resin is removed using hydrofluoric acid, thereby providing an inclined surface 67 on the transparent resin substrate 65 as shown in FIG. In addition, an optical component made of the strongly modulated photonic crystal 66 having an inverse structure with the top surface of the (-1-1-1) plane can be obtained.

図１０および図１１では、形状がよくわかるように、１個の島だけを書き出したが、実際には、図５（ａ）に示すような多数の凸領域（感光性樹脂）３１と凹領域（石英）３２からなる島状パターンの繰り返しパターン、図５（ｂ）に示すような複数の多数の凸領域（感光性樹脂）３３と凹領域（石英）３４からなる帯状パターンの繰り返しパターン、図５（ｃ）に示すような多数の凸領域（感光性樹脂）３５と凹領域（石英）３６からなる帯により連結された島状パターンであってもよい。   In FIG. 10 and FIG. 11, only one island is written out so that the shape can be clearly understood, but in reality, a large number of convex regions (photosensitive resin) 31 and concave regions as shown in FIG. A repetitive pattern of island-shaped patterns made of (quartz) 32, a repetitive pattern of band-shaped patterns made of a plurality of convex regions (photosensitive resin) 33 and concave regions (quartz) 34 as shown in FIG. It may be an island pattern connected by a band composed of a large number of convex regions (photosensitive resin) 35 and concave regions (quartz) 36 as shown in FIG.

真空〜透明誘電体基板〜フォトニック結晶への入射・伝播を説明するための図である。It is a figure for demonstrating incidence / propagation to a vacuum-a transparent dielectric substrate-a photonic crystal. 真空〜透明誘電体基板〜フォトニック結晶への入射・伝播を説明するための図である（θ２の場合）。It is a figure for demonstrating the incidence and propagation to a vacuum-a transparent dielectric substrate-a photonic crystal (in the case of (theta) 2). 真空〜透明誘電体基板〜フォトニック結晶への入射・伝播を説明するための図である（θ３の場合）。It is a figure for demonstrating the incidence and propagation to a vacuum-a transparent dielectric substrate-a photonic crystal (in the case of (theta) 3). 本発明の光学部品による光伝播例を示す図である（真空〜透明誘電体基板〜フォトニック結晶への入射・伝播）。It is a figure which shows the example of light propagation by the optical component of this invention (injection and propagation to vacuum-transparent dielectric substrate-photonic crystal). パターン形状を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a pattern shape. オパール結晶成長法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the opal crystal growth method. 基板のパターンにより方位が制御された粒子配列を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the particle arrangement by which the direction was controlled by the pattern of the board | substrate. オパール結晶と透明誘電体基板との貼りあわせを説明するための図である。It is a figure for demonstrating bonding of an opal crystal and a transparent dielectric substrate. 実施例１による光学部品を示す図である。1 is a diagram illustrating an optical component according to Example 1. FIG. オパール結晶と透明誘電体基板との貼りあわせを説明するための図である。It is a figure for demonstrating bonding of an opal crystal and a transparent dielectric substrate. 実施例２による光学部品を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating an optical component according to a second embodiment. スーパープリズム効果を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the super prism effect. スーパーコリメート効果を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a super collimating effect. 分散面による光伝播の考察（通常光学媒質）を示す図である。It is a figure which shows the consideration (normal optical medium) of the light propagation by a dispersion surface. 分散面による光伝播の考察を示す図である（（００１）配向フォトニック結晶）。It is a figure which shows consideration of the light propagation by a dispersion surface ((001) orientation photonic crystal). 分散面による光伝播の考察を示す図である（（１１１）配向フォトニック結晶；その１）。It is a figure which shows consideration of the light propagation by a dispersion surface ((111) orientation photonic crystal; the 1). 分散面による光伝播の考察を示す図である（（１１１）配向フォトニック結晶；その２）。It is a figure which shows consideration of the light propagation by a dispersion surface ((111) orientation photonic crystal; the 2). 通常光学媒質からフォトニック結晶への入射・伝播を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the incidence and propagation from a normal optical medium to a photonic crystal.

符号の説明Explanation of symbols

Ａ：入射光
Ｂ：出射光
１０：透明誘電体基板
２０：フォトニック結晶
３１，３３，３５：凸領域（感光性樹脂）
３２，３４，３６：凹領域（石英）
４０：オパール結晶成長用基板
４１：恒温雰囲気
４２：凸領域
４３：粒子
４４：入射光の傾斜方向（｛１１０｝断面）
５０：シリコン基板
５１：パターン形成のための感光性樹脂層
５２：オパール結晶
５３，５５：透明樹脂基板
５６：誘電体１および誘電体２による弱変調フォトニック結晶
５７：傾斜面
６０：パイレックス（登録商標）ガラス基板
６１：パターン形成のための感光性樹脂層
６２：オパール結晶
６３：透明樹脂基板
６５：透明樹脂基板
６６：インバース構造による強変調フォトニック結晶
６７：傾斜面 A: Incident light B: Emission light 10: Transparent dielectric substrate 20: Photonic crystal 31, 33, 35: Convex region (photosensitive resin)
32, 34, 36: concave area (quartz)
40: Opal crystal growth substrate 41: Constant temperature atmosphere 42: Convex region 43: Particle 44: Direction of inclination of incident light ({110} cross section)
50: Silicon substrate 51: Photosensitive resin layer for pattern formation 52: Opal crystal 53, 55: Transparent resin substrate 56: Weakly modulated photonic crystal by dielectric 1 and dielectric 2 57: inclined surface 60: Pyrex (registered) Trademark) Glass substrate 61: Photosensitive resin layer for pattern formation 62: Opal crystal 63: Transparent resin substrate 65: Transparent resin substrate 66: Strongly modulated photonic crystal with inverse structure 67: Inclined surface

Claims (7)

透明誘電体基板に形成された面心立方晶を有する誘電体周期構造体の（１１１）面が前記透明誘電体基板に接している光学部品であって、前記誘電体周期構造体の表面は（１１１）面および（−１−１−１）面以外の面を含むことを特徴とする光学部品。   An optical component in which a (111) plane of a dielectric periodic structure having face-centered cubic crystals formed on a transparent dielectric substrate is in contact with the transparent dielectric substrate, and the surface of the dielectric periodic structure is ( 111) an optical component including a plane other than the (1-1-1) plane. 請求項１に記載の光学部品において、前記誘電体周期構造体は、透明誘電体１中に球状の空隙が面心立方晶状に配置されており、この球状の空隙には前記透明誘電体１とは屈折率の異なる透明誘電体２が満たされた構造であることを特徴とする光学部品。   2. The optical component according to claim 1, wherein in the dielectric periodic structure, spherical voids are arranged in a face-centered cubic shape in the transparent dielectric 1, and the transparent dielectric 1 is disposed in the spherical voids. And an optical component characterized by having a structure filled with transparent dielectrics 2 having different refractive indexes. 請求項１に記載の光学部品において、前記誘電体周期構造体は、透明誘電体中に球状の空隙が面心立方晶状に配置しているインバースオパール結晶であることを特徴とする光学部品。   The optical component according to claim 1, wherein the dielectric periodic structure is an inverse opal crystal in which spherical voids are arranged in a face-centered cubic crystal form in a transparent dielectric. 請求項２に記載の光学部品において、前記透明誘電体基板上の誘電体周期構造体は島状、もしくは、帯状、もしくは、帯により連結された島状のパターン形状を有していることを特徴とする光学部品。   3. The optical component according to claim 2, wherein the dielectric periodic structure on the transparent dielectric substrate has an island shape, a band shape, or an island-like pattern shape connected by a band. Optical parts. 請求項３に記載の光学部品において、前記透明誘電体基板上のインバースオパール結晶は島状、もしくは、帯状、もしくは、帯により連結された島状のパターン形状を有していることを特徴とする光学部品。   4. The optical component according to claim 3, wherein the inverse opal crystal on the transparent dielectric substrate has an island shape, a band shape, or an island-like pattern shape connected by a band. Optical component. オパール結晶成長用基板の片側表面に、凹凸パターンの稜および谷が直線で構成され、且つ、凹部分の形状が、島状、もしくは、帯状、もしくは、帯により連結された島状となるように凸パターンを形成し、凹部分に透明誘電体１の球状粒子によるオパール結晶を形成した後、上記オパール結晶を透明誘電体基板で挟み、前記オパール結晶の透明誘電体１の球状粒子間に流動体を注入し固化させることにより透明誘電体２とした後、前記オパール結晶成長用基板および前記凸パターンを除去することを特徴とする光学部品の製造方法。   The ridges and valleys of the concavo-convex pattern are composed of straight lines on one surface of the substrate for growing an opal crystal, and the shape of the concave portion is an island shape, a strip shape, or an island shape connected by a strip. After forming a convex pattern and forming an opal crystal with spherical particles of the transparent dielectric 1 in the concave portion, the opal crystal is sandwiched between transparent dielectric substrates, and a fluid is formed between the spherical particles of the transparent dielectric 1 of the opal crystal. A method of manufacturing an optical component comprising: removing the opal crystal growth substrate and the convex pattern after forming transparent dielectric 2 by injecting and solidifying. オパール結晶成長用基板の片側表面に、凹凸パターンの稜および谷が直線で構成され、且つ、凹部分の形状が、島状、もしくは、帯状、もしくは、帯により連結された島状となるように、凸パターンを形成し、凹部分に球状粒子によるオパール結晶を形成した後、上記オパール結晶を透明誘電体基板で挟み、前記オパール結晶の球状粒子間に流動体を注入し固化させることにより透明誘電体とした後に、前記球状粒子と前記オパール結晶成長用基板および前記凸パターンを除去することを特徴とする光学部品の製造方法。   The ridges and valleys of the concavo-convex pattern are composed of straight lines on one surface of the substrate for growing an opal crystal, and the shape of the concave portion is an island shape, a strip shape, or an island shape connected by a strip. After forming a convex pattern and forming an opal crystal with spherical particles in the concave portion, the opal crystal is sandwiched between transparent dielectric substrates, and a fluid is injected between the spherical particles of the opal crystal to solidify the transparent dielectric. A method for producing an optical component, comprising: removing the spherical particles, the opal crystal growth substrate, and the convex pattern after forming a body.

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