(57)【要約】【課題】サブ波長周期格子を共振器として用いて、レーザ光を発生させる。【解決手段】図に示した格子は、レーザ色素を格子に加工するのではなく、屈折率の低いＳｉＯ２基板（屈折率１．４５）２３０に格子形状を加工し、その後、レーザ色素（Rhodamine 6G）を溶かしたメタクリル酸メチル樹脂(Polymethylmethacrylate:ＰＭＭＡ，屈折率１．４９）２２０を塗布するだけで、格子層２２２，導波層２２４を形成する。このような共鳴格子２００に励起光が入射すると、入射した光が導波層２２４で多重反射するときに、光が増幅されてレーザ光が発振する。  この構成は、構造が簡単で、１度のエッチング過程で加工が完了するからである。また、仮に色素が劣化しても、レーザ色素を再塗布することで、共振器の再形成が容易にできる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定のピッチで配列したゲイン材質のサブ波長周期格子で構成された共振器と、
前記共振器に励起光を入射する励起光源と
を備えることを特徴とするレーザ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザ装置において、
前記共振器は、格子層と導波層を有する２層格子であることを特徴とするレーザ装置。
【請求項３】
請求項１に記載のレーザ装置において、
前記共振器は、液体又は気体のゲイン材質中に、バネ形状を有する固体の非ゲイン材質の周期構造を有するとともに、前記周期構造は、周期を可変とするアクチュエータに接続されており、
前記アクチュエータにより、前記周期構造の周期を変えることで、共振器の共振波長を変えることを特徴とするレーザ装置。
【請求項４】
請求項１に記載のレーザ装置において、
前記共振器は、真空、液体又は気体の非ゲイン材質中に、バネ形状を有する固体のゲイン材質の周期構造を有するとともに、前記周期構造は、周期を可変とするアクチュエータに接続されており、
前記アクチュエータにより、前記周期構造の周期を変えることで、共振器の共振波長を変えることを特徴とするレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サブ波長周期格子を用いたレーザ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
サブ波長周期格子とは、波長より短い周期を持ち、高次の回折波を発生しない周期構造体である。これを用いた共鳴格子、偏向素子、位相板、反射防止構造などの様々な素子が提案されている。
その一例として、図１に共鳴格子の構造を示す（非特許文献１参照）。図１（ａ）に示すように、共鳴格子１００は、屈折率が異なる２つの物質（屈折率２．１の物質）１１４，（屈折率２．０の物質）１１２で、幅３１４ｎｍ，厚さ１３４ｎｍとして作成し、屈折率１．５２の物質１３０上に載せた構成である。光をこの格子に入力し、その反射波を計測する（図１（ｂ）参照）と、波長５５０ｎｍのところで、反射率はほぼ１となり、そのところではほぼ全反射していることが分かる。これは、光が格子内部を伝播し、多重反射して共鳴を起こしているのである。この共鳴波長や共鳴帯域は、格子に関するパラメータである周期、屈折率、厚さ、周囲の屈折率等で定まる。
このサブ波長周期格子の共鳴を、レーザの共振器として利用したレーザ装置は未だ提案されていない。
【０００３】
【非特許文献１】S. Tibuleac and R. Magnusson, “Reflection and transmission guided-mode resonancefilters,” J.Opt. Soc. Am. A, Vol.14, No.7, (1997), pp.1617-1626.
【非特許文献２】D. Sameoto, T. Hubbard, and M. Kujath, “Operation of electrothermal and electrostatic MUMPs microactuators underwater,” J. Micromech. Microeng. Vol. 14 (2004), pp.1359-1366.
【非特許文献３】Young-Hyun Jin, Kyoung-Sun Seo, Young-Ho Cho, Sang-Shin Lee, Ki-Chang Song and Jong-Uk Bu, “An optical microswitch chip integrated with silicon waveguides and touch-down electrostatic micromirrors,” J. Micromech. Microeng., vol.14 (2004) pp.1674-1681.
【非特許文献４】「次世代精密位置決め技術」、フジ・テクノシステム出版、2000年4月25日初版第1刷発行
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、サブ波長周期格子の共鳴をレーザの共振器として利用した、簡便なレーザ装置を提供することである。また、サブ波長周期格子を利用したレーザ装置を、半導体微細加工技術を用いて作成することも本発明の目的である。さらに、サブ波長周期格子を機械的なピッチ制御という単純な原理に基づき、発生するレーザ光を広範囲な波長に亘って連続的に波長可変とすることも本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明は、一定のピッチで配列したゲイン材質のサブ波長周期格子で構成された共振器と、前記共振器に励起光を入射する励起光源とを備えることを特徴とするレーザ装置である。
前記共振器は、格子層と導波層を有する２層格子とし、作成が簡単にできる構成とすることが望ましい。
【０００６】
また、前記共振器は、液体又は気体のゲイン材質中に、バネ形状を有する固体の非ゲイン材質の周期構造を有するとともに、前記周期構造は、周期を可変とするアクチュエータに接続されており、前記アクチュエータにより、前記周期構造の周期を変えることで、共振器の共振波長を変えることもできる。
前記共振器は、真空、液体又は気体の非ゲイン材質中に、バネ形状を有する固体のゲイン材質の周期構造を有するとともに、前記周期構造は、周期を可変とするアクチュエータに接続されており、前記アクチュエータにより、前記周期構造の周期を変えることで、共振器の共振波長を変えることもできる。
【発明の効果】
【０００７】
上述の構成により、サブ波長周期格子の共鳴をレーザの共振器として利用して、簡便なレーザ装置を提供できる。また、サブ波長周期格子を利用したレーザ装置は、半導体微細加工技術を用いて作成することもできる。さらに、サブ波長周期格子をアクチュエータによる機械的なピッチ制御という単純な原理に基づき、発生するレーザ光を広範囲な波長に亘って連続的に波長可変とすることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図面を用いて、本発明の実施形態を説明する。
まず、レーザ装置に使用したサブ波長周期格子（共鳴格子）の実施形態を図２に示す。図２（ａ）は、図１（ａ）に示したような、屈折率が異なる２つの物質１１２，１１４で構成した単層格子である。図２（ｂ）は、共鳴格子の実施形態であり、２層格子の例である。この２層格子は、格子層と導波層の２つの分かれた構成である。図２（ａ）の単層格子は、複数の材料１１２，１１４で周期構造を形成し、格子層が導波層も兼ねているのである。以下で説明する本発明の実施形態は、２層格子を用いてレーザを構成しているが、単層格子でも当然に構成することができる。
【０００９】
図３で２層格子を詳しく説明する。図３（ａ）に示す２層格子の格子層，導波層は、図３（ｂ）に示すように、周囲より屈折率が高い必要がある。屈折率の高い導波層内部では、回析波が発生する。そして、図３（ａ）において、入射波ｉが入射すると、透過波ｔ，ｓの波の位相が互いに打ち消しあう条件の時に共鳴が発生する。以下に、図３に示した２層格子の解析を説明する。その中でも共鳴格子の基本原理モデルについて以下に詳しく説明する。
【００１０】
＜基本原理モデル＞
ここでは格子層は非常に薄いと仮定し、図３(ａ）に示すように入射波ｉが格子に角度θで入射している状態であるとする。また、入射光の電界ベクトルは格子の溝に平行(TE偏光)であるとする。共鳴現象には、図中における透過波ｔと回折波ｓの二つの波が１８０度位相のずれた状態で干渉を起こし、この干渉により下層へ抜ける波のエネルギーが互いに打ち消しあって０になる事が必要である。打ち消し合い下層へ抜けるエネルギーが０であるので、このとき光は下層へは透過しないことになる。つまり入射光はすべて反射される。
【００１１】
まず、入射波ｉに対する回折波の関係は次式で表される。
【数１】
2006332565.tif 000003
ここで、ｋは波数ベクトルでｋ＝２π／λ、Ｋ＝２π／Λ、ｍは任意の整数である。この式（１）は一般的な回折波の式である。ここで、透過波ｔと回折波ｓの位相差をΦとすると、ΦはΦ＝Φｐ＋Φｒ＋２Φｄの式で表すことができる。ここでΦｐは光路差による位相のずれ。Φｒは導波層下面での全反射による位相のずれ。Φｄは格子による回折の影響で受ける位相のずれを表している。
一つ目の光路差による位相の違いは次式で表される。
【数２】
2006332565.tif 000004
ここで、ｋ３は導波層における伝搬定数でｋ３＝ｎ３ｋｓｉｎ（φ）で表され、ｖは導波層の厚さ、ｐは任意の整数である。
【００１２】
次に導波層での全反射による位相変化は、ＴＥ偏光におけるフレネルの式から
【数３】
2006332565.tif 000005
で表される。ここで、Φ４は導波層と基板面の屈折率差で生じるフレネルの位相変化で表される。
最後に回折による位相変化である。ここではまず、回折でπ／２の位相変化が生じる。さらに格子と周囲媒質との屈折率差から生じるフレネルの位相変化（Φ１とする）を考慮すると
【数４】
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で表される。以上より、ｔとｓの波の総位相変化は式（２）（３）（４）から
【数５】
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で表される。この位相変化がちょうどπとなる時、ｔとｓは互いに打ち消しあう干渉を起こし、共鳴反射する基本条件となる。
【００１３】
上述した２層の共鳴格子をレーザの共振器として利用する。そのために、例えば、図４に示すように、レーザ色素（Rhodamine 6G）を溶かしたメタクリル酸メチル樹脂(Polymethylmethacrylate:ＰＭＭＡ，屈折率１．４９）で、格子層２２２，導波層２２４を有する共鳴格子２００を作成する。このような共鳴格子２００に励起光が入射すると、入射した光が導波層２２４で多重反射するときに、光が増幅されてレーザ光が発振する。
【００１４】
＜共振器構造＞
図５に、実際に作成した共振器２００を示す。図５に示した格子は、レーザ色素を格子に加工するのはなく、屈折率の低いＳｉＯ２基板（屈折率１．４５）２３０に格子形状を加工し、その後、レーザ色素を溶かしたＰＭＭＡ２２０を塗布するだけで、格子層２２２，導波層２２４を形成できる。これは、構造が簡単で、１度のエッチング過程で加工が完了するからである。また、仮に色素が劣化しても、レーザ色素を再塗布することで、共振器の再形成が容易にできる。
【００１５】
図６は、図５のように作成した共鳴格子（図６（ａ）参照）としての反射率を計測した結果を示している。図６（ｂ）に示すように、単一波長５９１．３ｎｍで、ほぼ全反射をしている。そして、図６（ｃ）に示すように、格子周期とピーク波長は比例関係となっている。これで明らかなように、周期が変わるとピーク波長が変化している。そこで、ここで用いている色素（Rhodamine 6G）の蛍光帯域（５６０〜６５０ｎｍ）を考えて、ピーク波長がこの帯域内にあるように格子周期を決定した。具体的には３６０，３８０，３９０，４００，４１０，４２０，４４０，４６０ｎｍの格子周期のものを作成した。
【００１６】
＜作製プロセス＞
図７に製作プロセスの概略を示す。
図７（ａ）は、パターン作成で、電子線レジスト（EB resist）２４０を石英ガラス２３０上に、格子を作成するために塗布して、電子描画（ＥＢ描画）を行う。ガラス２３０とレジスト２４０の密着性を上げるために、レジスト塗布前に、Hexamethyldisilazane (HMDS)を塗布した。また、ガラス２３０は非伝導体であるのでチャージアップなどの現象が起き、基本的にＥＢ描画をしてもきれいにパターニングできない。そこで今回はレジストの上に導電性ポリマーを塗布した。これにより非伝導体材料にもＥＢ描画が可能となる。
【００１７】
次に、ＦＡＢ（Fast Atom Beam）エッチングを行い、石英ガラス２３０に格子を作成する（図７（ｂ）参照）。
そして、格子が作成された石英ガラス上に、Rhodamine6G-PMMA溶液２２０を基板に滴下し、スピンコートにより均一に広げる。およそ２０００ｒｐｍ  ２０ｓで、厚さ７００ｎｍ程度になった。スピンコート後、はじめに５０℃で１時間、続いて８０℃で３時間ベークして有機溶剤を揮発させて固化する。はじめに１時間ベークするのは急な温度上昇により内部に気泡が発生するのを防ぐためである（図７（ｃ）参照）。
上述では、スピンコートにより、ゲイン材質である溶液を塗布したが、エピタキシャル成長法、スパッタ法、蒸着法、堆積法等によりゲイン材質を形成することもできる。
【００１８】
＜実施形態に使用したレーザ色素＞
さて、上述したように、本実施形態では、レーザ色素としてキサンチン系の色素であるRhodamine6G・Perchlorateを使用した。Rhodamine6Gの吸収波長域はおよそ４５０ｎｍ〜５５０ｎｍであり、蛍光帯域は５５０ｎｍ〜６５０ｎｍである。
レーザ色素を固体化するための高分子としてＰＭＭＡを使用した。ＰＭＭＡは可視領域において透過率９０％と非常に透明な物質であり、低複屈折率であるためにプラスチック光学部品として広く使われている材料である。キサンチン系の色素は周囲の環境によって蛍光強度が変化する。一般的な性質として、極性溶液中では分子レベルで溶解し量子効率が高いが、無極性溶液中では溶解せずに沈殿し消光状態となる。よってＰＭＭＡ溶液にRhodamine6Gを溶かすには極性を持ちＰＭＭＡに可溶な溶剤が必要となる。
【００１９】
実施形態で使用したRhodamine6G-PMMA溶液の組成は、表１の通りである。まず、エタノール(Ethanol)にRhodamine6Gを溶かしよく攪拌する。攪拌はホットスターラ（４５℃程度）上で丸１日程行った。その後、メチルイソブチルケトン(Methyl Isobutyl Ketone)を加えて再び同条件で攪拌する。また、別の容器で、クロロベンゼン(Chlorobenzene)にＰＭＭＡをよく溶かす（攪拌条件は上記に同じ）。最後にこれら２種類の溶液を混合、再び(同条件で)十分攪拌することでRhodamine6G-PMMA溶液の完成となる。色素からの十分な蛍光を得るためには混合する薬品の順番がとても重要である。
【表１】
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【００２０】
＜レーザ発振＞  
このようにして作成した、２層格子を用いたレーザ発振について、以下に説明する。図８に示すように、励起光をサブ波長周期格子２００に入射して、発光したレーザ光をレンズ３４０を介して、ＣＣＤカメラ３２０と分光器３１０で観察した。
実際には、励起光として、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第二高調波（５３２ｎｍ）パルス光（パルス幅約１０ｎｍ）（強度：１９．１ｍＪ／ｃｍ２）を印加したときの発光を観測した。励起光の入射角はおよそ４５度である。その結果、図９（ａ）に示すように、格子周期３９０，４００，４１０，４２０ｎｍの共振器から、シングルモードのレーザ光の発振スペクトルを観測した。発振波長は、格子周期と対応しており、それぞれ、５７７．５、５９１．３、６０５．２、６１９．２ｎｍでピークが観察された。また、周期４４０ｎｍの格子からは三つのピークが観察され、マルチモード発振しているのが分かる。この時の周期とピーク波長の関係を計算値と共に図９（ｂ）に示す。各格子周期と発振波長には比例関係があるのが分かる。ここでの計算値は、Ｒ６Ｇ−ＰＭＭＡの屈折率を１．５とした。この時、計算値と測定値のピーク波長がよく一致しているのが確認できる。測定したピークの半値幅（Full Width Half Maximum :ＦＷＨＭ）はいずれも似た値を取っており、およそ〜０．６ｎｍ程度であった。
【００２１】
＜波長可変レーザ＞
上述のように、サブ波長周期格子（共鳴格子）を用いて、レーザ発振を行うことができるので、このサブ波長周期格子の周期を変化させることで、波長可変レーザを構成することができる。
その構成の概念図を図１０に示す。図１０（ａ）において、例えば、基板４２０に対して自立的にレーザ色素を含んでいるようなゲイン材質の共鳴格子４１０を設けて、その共鳴格子の格子周期を、アクチュエータを用いて変化させることで波長可変レーザを実現する。なお、周囲は空気等の非ゲイン材質である。
図１０（ｂ）は非ゲイン材質で作製した共鳴格子４１０をゲイン材質４３０の中に設けた構成である。この構成でも波長可変レーザとすることができる。ゲイン材質は気体や液体で、非ゲイン材質は固体とし、非ゲイン材質で作製した格子をアクチュエータで動かしている。なお、ゲイン材質と非ゲイン材質や、格子構造（周期構造）とアクチュエータとの関係は、後で説明する。
【００２２】
＜波長可変レーザの構成例＞
波長可変レーザの構成例を図１１に示す。図１１において、波長可変レーザ４００の構成は、シリコンで構成したサブ波長周期格子４１０，それを可動とするための櫛型静電型アクチュエータ４４０、そして、アクチュエータ４４０と共鳴格子４１０との間のアクチュエータ支持バネ４４２から構成されている。共鳴格子も両端は三又バネで支えられている（図１１（ｂ）参照）。
この波長可変レーザの可動の様子を図１２で示す。図１２（ａ）に示すように、電極４５１，４５２の間に電圧を印加することで、櫛型静電アクチュエータ４４０の間でプラス・マイナスの間の電圧により、アクチュエータが引き合い、サブ波長周期格子４１０の周期が変化する（図１２（ｂ）参照）。電圧−変位特性を図１３（ａ）に示す。このように、格子周期が変化する場合、石英を格子材質とする非ゲイン格子型構造の格子周期とレーザ発振波長との関係を図１３（ｂ）に示す。この図により、格子周期の増加に伴い、発振波長が連続的かつ線形に増加することが分かる。
【００２３】
＜格子形状＞
格子の形状としては、各格子が等間隔で変形する構造であればよい。例えば、図１４（ａ），図１４（ｂ）に示した形状の格子を形成した。図１４（ａ）に示す形状１では、各格子の梁を同形状のバネで両端を接続する形を取った。この構造の利点は格子周期が均一に変化できるという点である。パターン密度の集中は制作上避けたいので、形状１では三又バネ（図１１（ｂ）参照）とした。こうすることでバネ部分の周期を格子周期の２／３程度（４００ｎｍ）に軽減することができる。
図１４（ｂ）に示す形状２では、格子内部にバネが組み込まれ蛇腹状に形成されている。ＭＥＭＳデバイスでよく問題に挙がることの１つとして、可動部リリース後のStictionがある。これは例えば予期せぬ力がプロセスの最中、または完成後のデバイスに加わり、可動部分が基板や別の構造体に接触して固着してしまう現象である。Stictionの原因は空気中に含まれる水分と言われており、その表面張力が構造体同士を吸い寄せ固定してしまう。このStictionは空気中にデバイスがある限り避けられない問題であるが、構造設計を工夫することでその症状を小さくすることができる。自立構造にある細長い格子の梁は横方向の力に弱くたわみやすい。形状２の格子の梁の間に支柱を入れて蛇腹状にすることで格子の各梁同士のStictionを防ごうと考えた。格子をバネと一体化することでパターン密度の集中も避けることができる。
【００２４】
＜可変サブ波長周期格子による波長可変レーザの構造＞
図１５，図１６に、可変サブ波長周期格子による波長可変レーザ４００の構造例を示す。ここで示した構成は、ゲイン材質，非ゲイン材質による格子とアクチュエータとの構造を示した模式図である。ゲイン材質が固体のときは、非ゲイン材質は真空、液体又は気体を使い、ゲイン材質が気体又は液体のときは、非ゲイン材質は固体を使う。なお、図１５，図１６で示した各型の可変サブ波長周期格子による波長可変レーザ４００の最上部は、カバー４７０で覆われている。
【００２５】
図１５（ａ）は、ゲイン格子上部アクチュエータ型を示している。この構成は、固体のゲイン材質から構成されるバネ状の可変サブ波長周期格子（周期構造）４１０が、同じ層に形成されたアクチュエータ４４０に接続されている。アクチュエータ４４０を駆動させることにより、バネ状の周期構造（格子）４１０の周期が可変する。周期構造４１０は、非ゲイン材質４８０から成る真空、気体あるいは液体で満たされている。アクチュエータ４４０および、周期構造４１０を支えているもう一方の片端は、基板４２０の上に形成された犠牲層材質４６０で支持されている。
【００２６】
図１５（ｂ）は、非ゲイン格子上部アクチュエータ型を示している。この構成は、固体の非ゲイン材質から構成されるバネ状の可変サブ波長周期格子（周期構造）４１０が、同じ層に形成されたアクチュエータ４４０に接続されている。アクチュエータ４４０を駆動させることにより、周期構造（格子）４１０の周期が可変する。周期構造４１０は、ゲイン材質から成る気体あるいは液体４３０で満たされている。アクチュエータ４４０および周期構造４１０を支えているもう一方の片端は、基板４２０の上に形成された犠牲層材質４６０で支持されている。
【００２７】
図１６（ａ）は、ゲイン格子下部アクチュエータ型を示している。この構成は、固体のゲイン材質から構成されるバネ状の可変サブ波長周期格子（周期構造）４１０が、基板層４２０に形成されたアクチュエータ４４０に、犠牲層材質４６０を介して接続されており、アクチュエータ４４０を駆動させることにより、周期構造（格子）４１０の周期が可変する。周期構造４１０は、非ゲイン材質から成る真空、気体あるいは液体４８０で満たされている。周期構造４１０を支えているもう一方の片端は基板４２０の上に形成された犠牲層材質４６０で支持されている。
【００２８】
図１６（ｂ）は、非ゲイン格子下部アクチュエータ型を示している。この構成は、固体の非ゲイン材質から構成されるバネ状の可変サブ波長周期格子（周期構造）４１０が、基板層４２０に形成されたアクチュエータ４４０に、犠牲層材質４６０を介して接続されている。アクチュエータ４４０を駆動させることにより、周期構造（格子）４１０の周期が可変する。周期構造４１０は、ゲイン材質から成る気体あるいは液体４３０で満たされている。周期構造４１０を支えているもう一方の片端は、基板４２０の上に形成された犠牲層材質４６０で支持されている。
【００２９】
＜可変サブ波長周期格子による波長可変レーザの作製＞
作製プロセスを図１７，図１８の（ａ）〜（ｉ）に示す。図１７に示した格子は、Ｓｉによる非ゲイン格子（周期構造）である。大まかな流れとして、初めに静電アクチュエータを作りその後回折格子を形成する。最後にこれらを支えている犠牲層を除去して可動部のリリースを行い完成である。
【００３０】
（１）  製作には図１７（ａ）に示すように、silicon on insulator（ＳＯＩ）基板を使用した。ＳＯＩ基板は、Ｓｉからなる支持基板層の上にＳｉＯ２からなる絶縁層があり、さらにその上にＳｉ層が形成された３層からなる基板である。ＳＯＩは半導体の製作で広く使われているが、近年ＳｉＯ２を犠牲層とするＭＥＭＳ用のデバイス製作にも用いられている。デバイスを形成する上層は単結晶Ｓｉからなるため内部応力が少なく、可動部のリリースを行っても構造が歪まないという利点がある。
【００３１】
（２）  つぎに、図１７（ｂ）に示すように、ＥＢレジスト上で、電子線による櫛型静電アクチュエータのパターニングを行う。μｍスケールのアクチュエータなのでフォトリソグラフィでもパターニングは可能であるが、アクチュエータを支持するバネの幅を〜1μm程度まで細く形成したかった為、描画精度の高い電子線(Electron Beam：ＥＢ)露光装置を使用した。
【００３２】
（３）  アクチュエータを形成するために、図１７（ｃ）に示すように、ＩＣＰ−ＲＩＥによりＳｉを垂直にエッチングする。今回使用したＩＣＰ−ＲＩＥは高アスペクト比の加工を実現するためにBoschプロセスを用いている。ＳＦ６とＣ４Ｆ８の二つのガスを交互に流すことで、構造体側壁に保護膜を形成しながら深くエッチングすることが可能である。このプロセスの段階では、アクチュエータを完全に加工しない。エッチングは回折格子を形成するためにデバイスＳｉの厚さが３００ｎｍになった時点で止める。またこの時、パターン密度の高いアクチュエータ部分はエッチング・ガスが入りにくいので全体よりもエッチング速度が遅くなっている。
【００３３】
（４）  ここでは前プロセスで残したデバイスＳｉ（３００ｎｍ厚）をレジストで保護して、ＥＢリソグラフィを用いている（図１７（ｄ）参照）。なお、フォトリソグラフィでもよい。
（５）  上述のプロセス（３）と同様に、エッチングを行い、アクチュエータを完成する。（図１７（ｅ）参照）
（６）  図１８（ｆ）に示すように、塗布したレジストを除去する。
【００３４】
（７）  レジストを塗布して、回折格子の描画を電子線（ＥＢ）により行う（図１８（ｇ）参照）。事前に加工してあった各アクチュエータへ、ＥＢを用いて一つ一つピンポイントでアライメントを行い描画する。これにはＥＢのアライメント機能を使用した。Ｘ、Ｙ、θ軸のアライメントが可能である。
（８）  図１８（ｈ）に示すように、エッチングによる回折格子の形成には、高速原子線(ＦＡＢ：Fast Atom Beam)加工装置を用いた。ＲＩＥと異なり、粒子が中性なので加工時のチャージアップの影響を受けずにエッチングできる。そのため垂直性に優れていて微細パターンのエッチングに向いている。反応性エッチングではなく粒子の衝突による物理的な加工要素の方が大きいため、エッチングレートが遅くレジストとの選択比が悪いことが欠点である。
【００３５】
（９）  最後に、犠牲層エッチングを行った（図１８（ｉ）参照）。ウェットエッチングでは、乾燥時に液体の表面張力の影響で、形成した回折格子がStictionを起こし壊れてしまう。そのため、ここでは、気相のＨＦ蒸気でエッチングする方法を採用した。
以上のようにして、非ゲイン格子を有する波長可変レーザの基本構成を作製することができる。
【００３６】
＜アクチュエータについて＞
上述では、静電型アクチュエータを用いた例を示した。しかしながら、いろいろなアクチュエータを使用して、格子周期を変更することができる。
本発明で利用できるアクチュエータとして、櫛歯型静電アクチュエータ（非特許文献２参照）、熱膨張アクチュエータ（非特許文献２参照）、ホット・コールド・アーム  熱アクチュエータ（非特許文献２参照）、静電アクチュエータ（非特許文献３参照）、ピエゾアクチュエータ（非特許文献４参照）、形状記憶合金アクチュエータなどがある。
アクチュエータで使用する材質は、熱アクチュエータの場合、ヒータで使われているような材質であり、例えばシリコン、Niなどを使う。静電アクチュエータの場合、シリコンやNiなどを使う。ピエゾアクチュエータの場合、PZTなどの圧電材質を使う。
【００３７】
＜使用するゲイン材質について＞
上述では、ゲイン材質を構成するのに、レーザ色素を溶かしたプラスチック（ＰＭＭＡ）を用いている。しかし、他のゲイン材質の例として、色素レーザで使われている色素（表２参照）、半導体レーザで使われる活性層物質（ＧａＮ、ＧａＡｌＡｓなど）、りん光発光体、蛍光発光体（有機ＥＬディスプレイなどで使われている有機ＥＬ材料もその一つ）などがある。
上述の色素およびりん光発光体、蛍光発光体は、ＰＭＭＡなどのプラスチック材料にドープすることにより固体のゲイン材質になり、溶剤で溶かすことにより液体のゲイン材質になる。半導体レーザで使われる活性層物質は固体として使う。
【００３８】
【表２】
2006332565.tif 000009
【００３９】
＜使用する非ゲイン材質について＞
使用する非ゲイン材質としては、レーザ発振波長に対して透明な物質ならば良い。例えば、可視光の波長可変レーザの場合、非ゲイン材質として、固体ならば、石英、ガラス、プラスチック、セラミックスなどがあり、液体ならば、水、メタノール、エタノール、ＩＰＡ、フロリナートなどがあり、気体ならば、空気、真空、窒素、希ガスなどが実用上、有力な候補の材質となる。
なお、図１５、図１６で説明したように、ゲイン材質が固体のときは、非ゲイン材質は、真空、液体又は気体を使い、ゲイン材質が気体又は液体のときは、非ゲイン材質は固体を使う。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】従来のサブ波長周期格子（共鳴格子）を示す図である。
【図２】単層格子と２層格子の構成を示す図である。
【図３】２層格子の働きを示すモデルの図である。
【図４】２層の共鳴格子をレーザの共振器として使用できることを示す図である。
【図５】作製した２層格子の構成を示す図である。
【図６】図５の２層格子の反射率を計測した結果を示す図である。
【図７】２層格子の共振器作成法を示す図である。
【図８】作製した２層格子のレーザ光観測を行う構成を示す図である。
【図９】観測したレーザ光を示す図である。
【図１０】可変サブ波長周期格子を用いた波長可変レーザの構成を示す図である。
【図１１】作製した可変サブ波長周期格子を用いた波長可変レーザの基本構成を示す図である。
【図１２】作製した波長可変レーザの周期を可変できることを示す図である。
【図１３】変位と電圧、発生するレーザ光の波長を示す図である。
【図１４】格子の形状の例を示す図である。
【図１５】波長可変レーザ装置のゲイン材質、非ゲイン材質やアクチュエータの構成を示す図である。
【図１６】波長可変レーザ装置のゲイン材質、非ゲイン材質やアクチュエータの他の構成を示す図である。
【図１７】波長可変レーザ装置の基本構成の作製法を示す図である。
【図１８】波長可変レーザ装置の基本構成の作製法の続きを示す図である。
【図１】
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【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１３】
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