(57)【要約】【課題】所望の波長の電磁波を吸収し、波長を変換して放射する、波長選択が可能な波長変換素子を提供する。【解決手段】表面から入射した電磁波の波長を変換して裏面から放射する波長変換素子が、第１面と第２面とを有する金属層と、金属層の第１面に形成された第１絶縁層と、第１絶縁層の上に周期的に形成された第１金属層と、金属層の第２面に形成された第２絶縁層と、第２絶縁層の上に第１金属層とは異なる大きさで周期的に形成された第２金属層とを含み、第１金属層の大きさは、第１波長を有する電磁波と表面プラズモン共鳴する大きさからなり、第２金属層の大きさは、第２波長を有する電磁波と表面プラズモン共鳴する大きさからなり、第１波長を有する電磁波を吸収して第２波長を有する電磁波に変換して放射する。【選択図】図３
2014211552.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面から入射した電磁波の波長を変換して裏面から放射する波長変換素子であって、
第１面と第２面とを有する金属層と、
該金属層の第１面に形成された第１絶縁層と、
該第１絶縁層の上に周期的に形成された第１金属層と、
該金属層の第２面に形成された第２絶縁層と、
該第２絶縁層の上に該第１金属層とは異なる大きさで周期的に形成された第２金属層とを含み、
該第１金属層の大きさは、第１波長を有する電磁波と表面プラズモン共鳴する大きさからなり、該第２金属層の大きさは、第２波長を有する電磁波と表面プラズモン共鳴する大きさからなり、該第１波長を有する電磁波を吸収して該第２波長を有する電磁波に変換して放射することを特徴とする波長変換素子。
【請求項２】
上記第１金属層と上記第２金属層の周期、該第１金属層と該第２金属層の膜厚、および上記第１絶縁層と上記第２絶縁層の膜厚の、少なくとも１つが異なることを特徴とする請求項１に記載の波長変換素子。
【請求項３】
上記第１金属層および上記第２金属層の、上記第１面に平行な面内での形状が、円形、正方形、楕円形、または長方形であることを特徴とする請求項１または２に記載の波長変換素子。
【請求項４】
上記第１金属層および上記第２金属層は、それぞれ上記第１絶縁層および上記第２絶縁層の上に、１次元方向または２次元方向に周期的に設けられたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の波長変換素子。
【請求項５】
上記第１金属層の膜厚は、上記入射光の波長の１／４以下であり、上記第２金属層の膜厚は、上記放射光の波長の１／４以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の波長変換素子。
【請求項６】
上記第１絶縁層の膜厚は、吸収する光の光学長が上記第１金属層の厚さの１／４以下であり、上記第２絶縁層の膜厚は、放射する光の光学長が上記第２金属層の厚さの１／４以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の波長変換素子。
【請求項７】
上記第１金属層、上記第２金属層、および上記金属層は、表面プラズモン共鳴を生じるＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、ＣｒおよびＴｉからなる群から選択される材料からなることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の波長変換素子。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の波長変換素子が、支持脚で基板上に支持された波長変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射電磁波の波長から特定の波長を選択的に吸収し、異なる波長の電磁波に変換して放射する波長変換素子、およびそれを用いた波長変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、入射電磁波の波長を変換して放射する波長変換素子としては、材料固有の放射スペクトルを利用した波長変換素子、あるいは分極反転などの光学非線形効果を利用した波長変換素子が用いられている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、入射電磁波でヒータを熱し、熱されたヒータからヒータ材料固有の波長の電磁波を放射させることにより入射電磁波の波長を変換する波長変換素子が記載されている。また、特許文献２には、入射電磁波の波長を周期的分極反転構造に基づく擬似位相整合により変換する非線形光学素子からなる波長変換素子が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平４−３５４３７８号公報
【特許文献２】特開２０１０−９３２４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、電磁波でヒータを加熱し、ヒータ材料固有の放射スペクトルに波長変換する場合、吸収スペクトル、放射スペクトルともにヒータ材料の固有の物性値に依存するため、入射電磁波および放射電磁波の波長選択の自由度が無い。具体的には、波長λｒの放射電磁波がほしい場合でも、ヒータ材料固有の放射スペクトルがλｒでなければ、波長λｒの電磁波を放射させることはできない。同様に吸収波長をλａとしたい場合でも、材料自体が波長λａの電磁波を吸収しない場合は、吸収が不可能になる。
また、非線形光学素子はレーザ光などの強い光を対象としているため、一般的な自然放出光に基づく赤外光などに対しては波長変換が困難である。
【０００６】
そこで、本発明は、所望の波長の電磁波を吸収し、波長を変換して放射する、波長選択が可能な波長変換素子、および一般的な自然放出光に対しても波長変換が可能な波長変換素子の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、表面から入射した電磁波の波長を変換して裏面から放射する波長変換素子であって、第１面と第２面とを有する金属層と、金属層の第１面に形成された第１絶縁層と、第１絶縁層の上に周期的に形成された第１金属層と、金属層の第２面に形成された第２絶縁層と、第２絶縁層の上に第１金属層とは異なる大きさで周期的に配置された第２金属層とを含み、第１金属層の大きさは、第１波長を有する電磁波と表面プラズモン共鳴する大きさからなり、第２金属層の大きさは、第２波長を有する電磁波と表面プラズモン共鳴する大きさからなり、第１波長を有する電磁波を吸収して第２波長を有する電磁波に変換して放射することを特徴とする波長変換素子である。
【０００８】
また、本発明は、上記波長変換素子が支持脚で基板上に支持された波長変換装置でもある。
【発明の効果】
【０００９】
本発明にかかる波長変換素子を用いることにより、非線形光学素子を用いることなく、特定波長の電磁波を吸収し、所望の波長の電磁波に波長変換して放射することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態にかかる波長変換素子の斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態にかかる波長変換素子の断面図を含む斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態にかかる波長変換素子の断面図である。
【図４】本発明の実施の形態にかかる波長変換素子の入射面の平面図である。
【図５】本発明の実施の形態にかかる波長変換素子の放射面の平面図である。
【図６】本発明の実施の形態にかかる波長変換素子の吸収特性を示す。
【図７】本発明の実施の形態にかかる波長変換素子の放射特性を示す。
【図８】本発明の実施の形態にかかる波長変換装置の平面図である。
【図９】本発明の実施の形態にかかる波長変換装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、全体が１００で表される、本発明の実施の形態にかかる波長変換素子の斜視図である。図２は、図１のＩ−Ｉ’における断面を含む斜視図であり、図３は、図１のＩ−Ｉ’における断面図である。また、図４は、図３をＡ方向（表面または入射面という。）から見た場合の平面図であり、図５は、図３をＢ方向（裏面または放射面という。）から見た場合の平面図である。
【００１２】
図１〜５、特に図３に示すように、波長変換素子１００は、中間金属層３と、その両面にそれぞれ設けられた上部絶縁層２および下部絶縁層４の積層構造を含む。上部絶縁層２の上には、一辺の長さがＬ１の正方形からなる上部金属層１が、直交する２方向の周期が共にＳ１となるように、マトリックス状に配置されている。一方、下部絶縁層４の下には、一辺の長さがＬ２の正方形からなる下部金属層５が、直交する２方向の周期が共にＳ２となるように、マトリックス状に配置されている。上部金属層１、下部金属層５の数は、図１〜５に縛られるものではなく、適宜選択できる。
【００１３】
上部金属層１、下部金属層５および中間金属層３は、表面プラズモン共鳴を生じやすい金属から形成されることが好ましく、例えばＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ等から形成される。換言すれば、負の誘電率を有する材料が望ましい。また、上部絶縁層２および下部絶縁層４は酸化シリコン（ＳｉＯ２）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化アルミニウム、酸化ニッケル、シリコン等の絶縁物から形成されることが好ましい。
【００１４】
本発明の実施の形態にかかる波長変換素子１００では、上部金属層１を配置した面を電磁波の入射面、下部金属層５を配置した面を電磁波の放射面として説明するが、逆にしても構わない。
【００１５】
まず最初に、本発明の実施の形態にかかる波長変換素子１００の動作原理について説明する。波長変換素子１００に光（電磁波）が入射した場合、入射面に周期Ｓ１で形成された上部金属層１のパターンによって共鳴する共鳴波長の光が、入射した光の中から選択される。更に選択された波長の光のうち、上部絶縁層２に導かれる導波モードの光がさらに選択される。
【００１６】
次に、上部金属層１と中間金属層３との間に挟まれた上部絶縁層２内で共鳴が発生し、ここでも共鳴波長の光が選択される。ここで、上部絶縁層２は、入射光の波長に比べて非常に薄いため、上部絶縁層２の厚さ方向の共鳴は支配的にはならない。よって、実質的には上部金属層１の面内方向（上部絶縁層２の表面に平行な方向）の共鳴が支配的になる。ここでは上部金属層１は正方形であるため、正方形の一辺に沿った方向の共鳴が支配的になる。
【００１７】
波長変換素子１００の入射面側では、周期的に配置した金属パターンを中心として、以上のような共鳴が生じる。これは、特に、表面プラズモン共鳴、プラズモン共鳴と呼ばれる。また、可視域から近赤外域の表面プラズモンと区別して疑似表面プラズモン、あるいはメタマテリアル、メタマテリアル効果と呼ばれることもある。明細書中では、特にこれらの共鳴の呼び方について区別はしない。入射光から所定の共鳴波長を有する光が選択されて吸収あるいは放射されることが本質である。
【００１８】
入射面から吸収された光は熱エネルギーに変換されて波長変換素子（フィルタ）１００全体を加熱する。即ち、上部絶縁層２から中間金属層３を介して下部絶縁層４に熱エネルギーが伝えられ、最終的に下部金属層５が加熱される。そして放射面が熱平衡状態に達することで熱エネルギーの放射が生じる。
【００１９】
キルヒホッフの法則から、放射エネルギーと吸収能とは同一である。このため、波長変換素子１００の放射面では、放射面の吸収能（放射面に電磁波が入射した場合に吸収することができる熱エネルギー）と同じ量の熱エネルギーが放射される。この結果、入射面と同様に、主に、放射面の下部金属層５の面内方向（下部金属層５の裏面に平行な方向）にプラズモン共鳴が生じ、共鳴波長を有する光が選択的に放射される。
【００２０】
以上で述べた原理から、波長変換素子１００では、入射光のうち、入射面側の構造で規定される共鳴波長の光が選択的に吸収され、熱エネルギーに変換される。この熱エネルギーは放射面側に伝えられ、放射面側の構造で規定される共鳴波長の光に変換されて放射面から放射される。入射面で吸収する光の波長および放射面から放射する光の波長は、それぞれ入射面側および放射面側の構造で決まるため、本実施の形態にかかる波長変換素子１００では、入射面側の構造で規定される所定の波長の光を選択的に吸収し、これを放射面側の構造で規定される所定の波長の光に変換して放射することが可能となる。
【００２１】
上部金属層１および下部金属層５の膜厚：ｈ１、ｈ２について述べる。ｈ１、ｈ２が厚くなると、熱容量も増加し応答速度が遅くなる。また、厚さ方向にも共鳴が生じるため、波長選択効果が弱くなり吸収特性が劣化する。また、ｈ１、ｈ２が厚くなると、高さ方向にも共鳴が生じるため、入射角度依存性が大きくなる。よって垂直入射以外の光を吸収しなくなり、出力が低下する傾向にある。つまり、少なくともｈ１＜Ｌ１、ｈ２＜Ｌ２を満たし、できるだけ薄くすることが好ましい。検出波長に対してδ＝（２／μσω）１／２で表される表皮効果の厚さ（skin depth）の２倍程度の厚さ（波長によって変化するが、赤外域においては、数１０ｎｍ程度から数１００ｎｍ程度）以上を有すれば、一般に入射光の漏れ出しが充分に小さいといえる。ただし、μ、σはそれぞれ上部金属層１および下部金属層５の透磁率、電気伝導率であり、ωは検出波長を有する電磁波の角振動数である。以下、解析に示すように赤外波長域においては数１０〜１００ｎｍ程度以上であれば十分な吸収が生じ、２００ｎｍ程度あれば十分である。このように上部金属層１および下部金属層５の膜厚が薄い場合、表面プラズモン共鳴は、主として、上部金属層１および下部金属層５の面内方向において生じ、吸収する入射光の波長および放射される放射光の波長は、上部金属層１および下部金属層５の大きさにより決まる。
ここで、上部金属層１および下部金属層５の大きさとは、上部金属層１および下部金属層５の、表面に平行な面内での寸法をいう。例えば、上部金属層１および下部金属層５の表面に平行な面内での形状が円形の場合はその直径を、正方形の場合は一辺の長さをいう。また、より本質的には、対称性の高い形状においては、周期を固定した場合、上部金属層１の占める面積つまり充填率によってプラズモン共鳴波長が決定されるとも言える。
【００２２】
これに対して、ｈ１、ｈ２が厚くなり、Ｌ１、Ｌ２の１／４より大きくなった場合、膜厚方向（面内方向に垂直な方向）にも共鳴が発生し、入射角度依存性が大きくなり、また共鳴方向が一か所ではないことから、吸収波長が多波長化するという問題が生じる。
【００２３】
上述のように上部金属層１の膜厚が非常に薄い場合、吸収波長は主として面内方向の共鳴によって決定されるため、結果的に、吸収波長の入射角依存性が小さくなる。この結果、入射角が変化しても吸収特性の変化は殆どおこらなくなる。
【００２４】
例えば上部金属層１の膜厚が５００ｎｍと比較的厚いが、入射光の波長の１／４以下の場合には、吸収波長の入射角依存性は生じるが、一方で、吸収光や放射光の波長には影響しない。このため、波長変換素子１００に対して入射光が垂直に入射する場合は、上部金属層１の膜厚は、入射光の波長の１／４以下となる条件であれば、比較的厚くても良い。
【００２５】
同様に、上部絶縁層２および下部絶縁層４についても、膜厚方向（上部絶縁層２および下部絶縁層４の表面に垂直な方向）での共鳴が生じないようにするために、膜厚は、対象とする光の絶縁層中の光学長が、Ｌ１、Ｌ２の１／４より小さいことが好ましく、例えば赤外波長域では２００ｎｍ程度以下であることが好ましい。但し、波長選択的効果が得られれば、膜厚は、材料、波長によって変化しても良い。光学長とは、屈折率あるいは誘電率によって決定される、物質中の光の波長である。また、上部金属層１と中間金属層３および、下部金属層５と中間金属層３の間にキャビティを形成するためには、金属のエバネッセント波長（表皮厚）から決定される値の２倍程度より大きくする必要がある。
【００２６】
中間金属層３の膜厚は、入射光および放射光が透過しない厚さとする必要がある。上述のように、これらの光の波長の表皮厚さの２倍程度またはそれ以上が好ましい。但し、入射光および放射光が透過しない範囲で、中間金属層３はできるだけ薄膜化することが望ましい。薄膜化した方が、中間金属層３の熱容量が小さくなり、応答速度が速くなるからである。なお、波長変換素子１００のような、金属／絶縁層／金属の多層構造を用いることにより、金属表面に凹凸を設けた構造を用いた波長変換素子に比較して、素子全体の膜厚を薄くすることができる。
【００２７】
ここで金属層の周期パターンと平坦な金属層との間に絶縁層が挟まれた多層構造では、表面プラズモン共鳴と絶縁層における導波モードが同時に発生する。絶縁層における導波モードとは、絶縁層の内部で共振した光のモードである。よって、表面プラズモン共鳴は金属層の周期ではなく、金属層の大きさで決まるようになる。つまり、本発明の実施の形態にかかる多層構造の場合、吸収光と放射光の波長を決定するのは、金属層の大きさ（表面に平行な面内での寸法）である。金属層が正方形の場合と同様に、円形の場合も同様の効果を得ることができる。
【００２８】
また、金属層の膜厚を、対象とする光の波長に対して十分に小さくし、かつ薄膜の絶縁層内の導波モードを利用して、金属層の面内方向に共鳴を発生させるため、深さ方向（厚さ方向）の共鳴の影響は小さい。よって、入射角依存性が小さく、より広い入射角の入射光の波長を変換することが可能となり、放射光の強度を大きくすることができる。
【００２９】
図３のＡ、Ｂ方向から見た場合の上部金属層１、下部金属層５の形状が、円形、正方形など中心点に対して点対称の形状では吸収波、放射波に偏光依存性は無いが、楕円、長方形、三角形などの非対称な形状の場合は偏光依存性が生じる。楕円においては、長径／短径、長方形においては長辺、短辺にそれぞれ対応する偏光によって吸収が異なる。つまり、電界の方向とその共振方向における上部金属層１、下部金属層５の主要な長さによって、偏光角度によって吸収が異なる。よって、非対称形状を用いると、吸収・放射特性に偏光依存性が生じる。つまり、上部金属層１、下部金属層５を非対称形状にすることで、偏光角度を検知することができる。また、上部金属層１、下部金属層５が、１次元方向のみに配列されている場合も、吸収波、放射波に偏光依存性が生じる。
このような構造を用いることにより、入射波の偏向方向を変換することも可能である。
【００３０】
以上のように本発明の実施の形態にかかる波長変換素子１００では、入射光のうち吸収される光の波長（吸収波長）は、上部金属層１、上部絶縁層２および中間金属層３の３層構造によって決定される。一方、吸収された光が変換された熱エネルギーが、再度変換されて放射される放射光の波長は、中間絶縁層３、下部絶縁層４、下部金属層５の３層構造によって決定される。このため、吸収光の波長を決定する入射光側の構造と、放射光の波長を決定する放射光側の構造とは、別個独立して形成できるため、入射光からの吸収波長および放射光の波長を独立して自由に設計することができる。
【００３１】
図６に、本発明の実施の形態にかかる波長変換素子１００の吸収特性を示すグラフであり、横軸は入射光の波長、縦軸は吸収率を表す。電磁界解析に用いた波長変換素子１００では、上部金属層１は、平面形状が正方形であり、厚さは５０ｎｍ、中間金属層３の厚さは２００ｎｍ、ともに材料はＡｕである。また、上部絶縁層２は厚さが１００ｎｍの酸化シリコン（ＳｉＯ２）である。上部金属層１の周期Ｓ１は２．０μｍとし、上部金属層１の一辺の長さＬ１が１．０μｍ（実線）ならびに１．５μｍ（破線）の場合の吸収率を電磁界解析によって求めた。中間金属層３は入射する電磁波を透過させない厚さを有しているため、中間金属層３より下部の構成については、吸収特性に影響を及ぼさない。
【００３２】
図６から分かるように、吸収波長は、それぞれ約３．８μｍ（Ｌ１＝１．０μｍ）、５．７μｍ（Ｌ１＝１．５μｍ）である。周期Ｓ１は２．０μｍで一定であるため、吸収（放射）波長は周期に依存ぜず、上部金属層１の一辺の長さにほぼ比例する。つまり、
吸収波長∝上部金属層１の一辺の長さ
の関係が成立することが分かる。
【００３３】
図７は、本発明の実施の形態にかかる波長変換素子１００の放射特性を示すグラフであり、横軸は放射波の波長、縦軸は放射率を表す。電磁界解析に用いた波長変換素子１００では、図６の構成と同じく、下部金属層５は、平面形状が正方形であり、厚さは５０ｎｍ、中間金属層３の厚さは２００ｎｍ、ともに材料はＡｕである。また、下部絶縁層４は厚さが１００ｎｍの酸化シリコン（ＳｉＯ２）である。下部金属層５の周期Ｓ２は３．０μｍとし、下部金属層５の一辺の長さＬ２が１．８μｍ（実線）ならびに２．０μｍ（破線）の場合の吸収率を電磁界解析によって求めた。中間金属層３は入射する電磁波を透過させない厚さを有しているため、中間金属層３より上部の構成については、放射特性に影響を及ぼさない。
【００３４】
図７から分かるように、放射波の波長は、それぞれ約６．５μｍ（Ｌ２＝１．８μｍ）、７．３μｍ（Ｌ２＝２．０μｍ）である。周期Ｓ２は３．０μｍで一定であるため、放射波の波長は周期に依存ぜず、下部金属層５の一辺の長さにほぼ比例する。つまり、
放射波長∝下部金属層５の一辺の長さ
の関係が成立することが分かる。かかる関係は、図６の吸収波の場合とほぼ同じであり、放射面においても、下部金属層５の大きさで決定される波長の光が放射されることが分かる。
【００３５】
このように一定周期で配置した金属層を用いる場合、吸収（放射）波長＞周期となるため、十分な吸収（放射）を達するために必要となる周期数×周期の値が小さくすることができる。つまり、波長変換フィルタ１００の大きさを小さくすることができる。
【００３６】
なお、波長変換素子１００では、金属層および絶縁層の膜厚は、膜厚方向での共鳴が発生しない程度に薄くするが、上述のように、これらの膜厚を厚くした場合、表面プラズモン共鳴は、金属層の面内方向の共鳴に加えて、金属層の膜厚方向、絶縁層の膜厚方向でも発生し、３次元的な共鳴となる。この結果、共鳴波長にも変化が生じ、吸収、放射波長が変化する。一方で、金属層等の膜厚を厚くした場合、吸収波長の入射角依存性が発生する。このため、例えば、入射光の入射角が常に垂直方向である場合のように、入射角依存性が無視できる場合は、金属層や絶縁層の膜厚を厚くすることにより共鳴波長を変化させることも可能である。
【００３７】
このように、本発明の実施の形態にかかる波長変換素子１００では、上部金属層１の大きさによって決定される波長の光を入射面で吸収し、一方、下部金属層５大きさによって決定される波長の光を放射面から放射できる。即ち、金属層等の材料の固有の物性値に依存せず、吸収・放射スペクトルを自由に決定できるようになり、任意の波長変換が可能になる。
【００３８】
図８は、本発明の実施の形態にかかる、波長変換素子１００を含む波長変換装置の上面図であり、図９は、図８のＡ−Ａ‘における断面図である。波長変換装置では、波長変換素子１００が、支持脚６で基板７に支持されている。波長変換素子１００の下部は中空構造となっている。
【００３９】
波長変換装置の製造方法では、まず、例えばＳｉなどからなる基板７を準備し、その波長変換素子形成領域に多層構造を形成する。
【００４０】
多層構造の形成は、まず、基板７上に金などの金属層をスパッタで成膜し、フォトリソグラフィ技術およびエッチング（ドライまたはウエット）技術を用いてパターニングして下部金属層５とする。リフトオフ法を用いて、直接下部金属層５を形成してもよい。
【００４１】
次に、レジストや樹脂で下部金属層５を覆った後、ＣＰＭ等の研磨を行い下部金属層５の最上面とレジスト等の上面を同一平面にする。
【００４２】
次に、蒸着やスパッタにより、例えば酸化シリコンからなる下部絶縁層４を形成する。続いて、例えば金からなる中間金属層３、酸化シリコンからなる上部絶縁層２を、同じく蒸着やスパッタにより形成する。
【００４３】
上部絶縁層２の上に、金からなる金属層を成膜した後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング（ドライまたはウエット）技術を用いてパターニングして上部金属層１とする。以上の工程で、上部金属層１／上部絶縁層２／中間金属層３／下部絶縁層４／下部金属層５の多層構造からなる波長変換素子１００が基板７の上に完成する。
【００４４】
続いて、例えば酸化シリコンからなる絶縁層を形成し、パターニングすることで、基板７の上に支持脚６を形成する。支持脚６は、上部絶縁層２や下部絶縁層４を形成する工程で同時に形成しても良い。
【００４５】
最後に、基板７の裏面からドライエッチングまたはウエットエッチングを行い、波長変換素子１００の下部を除去すれば中空断熱構造が完成する。基板７がＳｉの場合は、ＩＣＰ−ＲＩＥによるドライエッチングやＴＭＡＨ（tetra methyl ammonium hydroxide）を用いたウエットエッチングにより基板７をエッチングして中空断熱構造を形成する。
【００４６】
続いて下部金属層５の間のレジスト等を酸素アッシングなどで除去する。以上の工程で、基板７に支持脚６で支持された波長変換素子１００を有する波長変換装置が完成する。
【００４７】
図８、９に示すような中空断熱構造の場合、波長変換素子（フィルタ）１００が吸収した熱が、波長変換素子１００の外部に逃げにくいため、吸収された光の熱エネルギーのうち、外部に逃げることなく放射面から放射されるエネルギーの割合が高くなるため、波長変換効率が高くなる。
【００４８】
図８、９では、２本の支持脚６を用いたが、２本以外でも構わない。また、フィルタを保持する部分に断熱材を用いるなども同様の効果がある。
【００４９】
なお、本発明の実施の形態では、主に赤外線波長域の光を例に説明したが、本発明は赤外線以外の波長域、例えば可視、近赤外、テラヘルツ（ＴＨｚ）、マイクロ波、電波領域の波長域の電磁波に適用しても、同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００５０】
１  上部金属層、２  上部絶縁層、３  中間金属層、４  下部絶縁層、５  下部金属層、６  支持脚、７  基板、１００  波長変換素子。
【図１】
2014211552.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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