(57)【要約】この発明は、フォトニック結晶の分野に関しており、このフォトニック結晶は、公知の逆オパールに類似しているが、特に第５および第６バンドの間、または、第８と第９のバンドの間に、未知のバンドギャップまたは大きな擬似バンドギャップを有している。この発明は、更に、フォトニック結晶の製造方法およびその使用、例えば、レーザー共振器、光導波路用のマトリックス、乳白光顔料、ビームスプリッタ、スペクトルフィルタ、または、これらの装置の部品に関する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
主として凸状成形物の逆の構造と位相的に均等な構造を有するフォトニック結晶であって、
主として凸状の構造を備え、そして、
第５バンドと第６バンドの間にバンドギャップまたは擬似バンドギャップを備え、および／または、第８バンドと第９バンドの間にバンドギャップまたは擬似バンドギャップを備え、
少なくとも１つのバンドギャップまたは擬似バンドギャップは、フォトニック結晶と同一材料からなる主として凸状の成形物の逆の構造のそれよりも大きいことを特徴とするフォトニック結晶。
【請求項２】
下記ステップからなる、主として凸状成形物に基づいてフォトニック結晶を製造する方法：
（Ａ）前記凸状成形物のキャビティにマトリックス前駆物質を挿入し、
（Ｂ）前記マトリックス前駆物質をマトリックスフォーマに変換し、
（Ｃ）位相を維持しつつ、前記キャビティ内に位置するマトリックス前駆物質／マトリックスフォーマ、および／または、これらの中間ステージを再配分し、    
（Ｄ）成形物を除去する。
【請求項３】
前記（Ｃ）ステップおよび前記（Ｄ）ステップを同時に行うことができることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
導入された前記マトリックスフォーマは、成形物の前記キャビティを完全に満たしていないことを特徴とする、請求項２または３に記載の方法。
【請求項５】
焼成、エッチングまたは溶解によって前記成形物を除去することを特徴とする、請求項２から４の何れか１項に記載の方法。
【請求項６】
位相を維持する前記再配分は、焼成、乾燥、および／または前記マトリックス前駆物質の凝縮の間の収縮によって行われることを特徴とする、請求項２から５の何れか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記焼成は、４５０から７００℃の間の温度で、２から１２時間の間行われることを特徴とする、請求項２から６の何れか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記マトリックス前駆物質は下記群から選ばれた少なくとも１つの化合物からなっている、請求項２から７の何れか１項に記載の方法：
（１）一般式Ｍｎ＋（−ＯＲ）ｎで表される金属アルコキシド、
Ｒは１から１２の炭素原子を有する分枝または直鎖状炭化水素基、Ｍは元素の周期表におけるIIｂ、IIIａ、IIIｂ、IVａ、IVｂおよびVIIIｂ族から選ばれた１つの金属
（２）一般式Ｍｎ＋（Ｘ−）ｎで表される金属ハロゲン化物および硝酸塩、
ＸはＦ−、Ｃｌ−、Ｂｒ−、およびＩ−から選ばれた１つのハロゲン化物イオン、または、硝酸イオン（ＮＯ３−）、Ｍは元素の周期表におけるIIｂ、IIIａ、IIIｂ、IVａ、IVｂおよびVIIIｂ類から選ばれた１つの金属。
【請求項９】
前記マトリックス前駆物質が、チタンイソプロポキシド、塩化アルミニウム、硝酸アルミニウム、塩化鉄（III）および硝酸（III）からなる群から選んだ少なくとも１つの化合物からなっていることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記マトリックス前駆物質に、メタノール、エタノール、１−プロパノールまたは２−プロパノール、および、１−、２−またはテトラ−ブタノールからなる群から選んだ少なくとも１つの溶剤を添加することを特徴とする、請求項２から９の何れか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記成形物がオパール構造を有していることを特徴とする請求項２から１０の何れか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記成形物が、ポリスチレン、ポリメチルメタクリル酸エステル（ＰＭＭＡ）、ポリジビニルベンゼン、ポリ(スチレン−ｃｏ−ジビニルベンゼン)、メラミン樹脂および二酸化シリコンからなる群から選んだポリマーまたは無機酸化物からなっていることを特徴とする請求項２から１１の何れか１項に記載の方法。
【請求項１３】
請求項２から１２の何れか１つに記載の方法によって得られるフォトニック結晶であって、
主として凸状の構造を備え、そして、
第５バンドと第６バンドの間にバンドギャップまたは擬似バンドギャップを備え、および／または、
第８バンドと第９バンドの間にバンドギャップまたは擬似バンドギャップを備えていることを特徴とするフォトニック結晶。
【請求項１４】
請求項１または１３に記載のフォトニック結晶であって、同時に２以上のバンドギャップを有していることを特徴とするフォトニック結晶。
【請求項１５】
請求項１、１３または１４に記載のフォトニック結晶であって、相互に結合している円筒状の素材からなっていることを特徴とするフォトニック結晶。
【請求項１６】
レーザ共振器、マトリックスまたは光導波路、乳白光顔料、ビームスプリッター、または、スペクトルフィルタ、または、これらの部品として使用されることを特徴とする、請求項１、および、１３から１５の何れか１項に記載のフォトニック結晶の使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、フォトニック結晶の分野に関しており、このフォトニック結晶は、公知の逆オパールに類似しているが、特に第５および第６バンドの間、または、第８と第９のバンドの間に、未知のバンドギャップまたは大きな擬似バンドギャップを有している。この発明は、更に、フォトニック結晶の製造方法およびその使用、例えば、レーザー共振器、光導波路用のマトリックス、乳白光顔料、ビームスプリッタ、スペクトルフィルタ、または、これらの装置の部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
フォトニック結晶は、３次元において屈折率が周期的に変化する材料であり、格子定数が光の波長の領域にあることに特に関心がある。材料の周期的な変化はこれらの媒質中を伝播する光波に適用される（例えば、J.D. Joannopoulos, R.D. Meade, J.N. Winn, Photonic Crystals: Molding the flow of light. Princeton University Press, 1995）。このように周期的に変調された光は、如何なる周波数に対しても、選択された方向に、生成されることはないことが判明した。特に、これらの波の波長がフォトニック結晶におけるネットワーク面の間隙と一致する場合には、伝播は複数の散乱によって大きく変調されて、その周波数は小さくなり、または大きくなる。その結果、周波数において間隙が生じ、そこにおいては、周期的に変化する物質中を伝播する電磁波の問題を解決する数学的な解はない。これらの間隙が電磁波の全ての方向に対して生じるのか、または、制限された範囲の方向に対してのみ生じるのかによって、これらの周波数間隙は、バンドギャップまたは擬似バンドギャップと呼ばれる。これらの計算は、電磁場に対する波動方程式の処理が必要であり、このために、周期的ポテンシャルにおけるシュレーディンガー方程式と類似の方法を使用する方法が開発されてきた（J.D. Joannopoulos, R.D. Meade, J.N. Winn, Photonic Crystals: Molding the flow of light. Princeton University Press, 1995; K. Busch, S.John, Phys. Rev. E58(1998) 3896; S.G.Johnson, J.D. Joannopoulos, Optics Express 8 (2000) 173参照）。
【０００３】
フォトニック結晶の使用は、特に光部品において有利である。このことは、例えば、通信産業において使用される光部品において言える。特に、大きな光バンドギャップを有する材料によって、新規な光の機能性が得られる(F. Marlow, Nachrichten Chem, [Information Chem.] 49 (2001)1018)参照)。
【０００４】
フォトニック結晶は、球体を詰め合わせることに基づいて生成される。しかし、高い屈折率を有する球体の緻密な詰め合わせでは、完全なバンドギャップを全く備えていない。それと逆の構造である、高い屈折率を備えた材料の中に、近接して配置された球体状のキャビティを備えている構造では、完全なバンドギャップを備えている。製造方法はこのことから導かれた。即ち、最初の球体パッケージは、逆構造のための成形物（ネガティブモールド）として使用され、モールドを完全に満たすとき、残容積構造(Remaining Volume Structure (RVS))と呼ばれる(Y.A. Vlasov, N.Yao, D.J. Norris, Adv. Mater. 11 (1999) 165; A. Zakhidov et al. US Patent 6,261, 469参照)。更に、シェル構造に対する製造方法が見出された。その方法においては、成形物は材料の層によって満たされる(J.E. Wijnhoven, W. L. Vos, Science, 281 (1998) 802)。
【０００５】
残容積構造（ＲＶＳ）は、凸状成形体（球体パッケージ）から生成されているので、主として凹状である。この特徴は、全表面積がＡである構造の平均曲率半径
2005516254.tif 000002
によって次のように表される：
【０００６】
【数１】
2005516254.tif 000003
2005516254.tif 000004
【０００７】
この場合、Ｒ１およびＲ２は、点ｘにおける表面の２つの最大曲率半径である。曲率円の中心が密度の高い材料に位置するとき、これらは、正と定義する。従って、例えば、半径ＲＰＳの球体からなるポリスチレンオパールの平均曲率半径＜Ｒ＞はＲＰＳである（即ち、正の＜Ｒ＞である）。対応する理想的なＲＶＳ（逆オパール）の平均曲率半径＜Ｒ＞は−ＲＰＳである（即ち、負の＜Ｒ＞である）。正の＜Ｒ＞を備える構造を主として凸状であるといい、負の＜Ｒ＞を備える構造を主として凹状であるという。
【０００８】
しかし、主として凹状の構造は、範囲の問題がある。その理由は、このような構造は、一般的に鋭い縁部（即ち、極めて小さい正の曲率半径を備えた相対的に小さい領域）を備えている。これらの縁部は、凹表面の要素を結合する。これらの縁部における電磁場の動きは極めて複雑である。このことは、計算を困難にし（収束問題）、正確な縁部形状に大きく依存して、光特性の直接制御選択枝を制限することは明らかである。更に、最初のオパールにおける孔を完全に満たすこと、および、正確な縁部形状の非常に正確な制御が必要とされるので、このような構造を実行する選択枝は制限される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
図１は、（面心立法結晶格子を備えた）六方晶系の密度の高い球体パッケージの八面体および四面体のキャビティの中心点をお互いに接続するシリンダからなるモデルシステムのバンド構造を示す。周波数は単位ｃ／ａで表され、ｃは真空中の光の速度、ａは面心立法結晶格子の通常の立方単位胞（最初のセル（胞）の４倍の容積）の縁部の長さである。波動ベクトルｋは、ブリュアンゾーン内において変化し、ｘからＵ、Ｌ、Γ、Ｘ、Ｗ、Ｋを通ってΓに戻る。J.D. Joannopoulos, R.D. Meade, J.N. Winn, Photonic Crystals: Molding the flow of light. Princeton University Press, 1995, page 80におけるような標準と比較して、Ｋ点とΓ点の間の結びつきが新たに考察された。
図２は、スケルトン構造の走査型電子顕微鏡（加速電圧２５ｋＶ、電子顕微鏡の倍率４００００倍）の記録を示す。結合部は円筒形状で、円筒半径は約０．０６ａである。  
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
この発明は、主として凸状構造を有するフォトニック結晶、並びに、その製造方法を提供するものであり、オパール構造に基づいて構造パラメータ、特にシリンダの厚さ、の変更が可能で、且つ、適用範囲の広いフォトニック結晶の再生可能な合成が得られる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明の第１の態様は、主として凸状成形物の逆の構造と位相的に均等な構造を有するフォトニック結晶であって、
主として凸状の構造を備え、そして、
第５バンドと第６バンドの間にバンドギャップまたは擬似バンドギャップを備え、および／または、第８バンドと第９バンドの間にバンドギャップまたは擬似バンドギャップを備え、
少なくとも１つのバンドギャップまたは擬似バンドギャップは、フォトニック結晶と同一材料からなる主として凸状の成形物の逆の構造のそれよりも大きいことを特徴とするフォトニック結晶である。
【００１２】
この発明の第２の態様は、下記ステップからなる、主として凸状成形物に基づいてフォトニック結晶を製造する方法である：
（Ａ）前記凸状成形物のキャビティにマトリックス前駆物質を挿入し、
（Ｂ）前記マトリックス前駆物質をマトリックスフォーマに変換し、
（Ｃ）位相を維持しつつ、前記キャビティ内に位置するマトリックス前駆物質／マトリックスフォーマ、および／または、これらの中間ステージを再配分し、    
（Ｄ）成形物を除去する。
【００１３】
この発明の第３の態様は、上述した方法によって得られるフォトニック結晶に関する。
この発明の第４の態様は、レーザ共振器、マトリックスまたは光導波路、乳白光顔料、ビームスプリッター、または、スペクトルフィルタ、または、これらの部品として使用されることを特徴とするフォトニック結晶の使用方法である。
【００１４】
この発明の好ましい態様は、従属請求項に記載されている。
この発明のフォトニック結晶は、円筒状または変形円筒状または類似の個々の部分から形成することができるので、スケルトン構造と称される。これら個々の部分は、凸状構造であり、小さな凹状のフィレットのみによって結合される。
【００１５】
この発明による構造の製造に対して、成形物の不完全な充填によってバンドギャップが大きくなるということが重要である。更に、適切な製造方法を使用するときに、スケルトン構造の製造の最終段階が成形物の除去と同時に行われると、スケルトン構造が数学的に成形物と重なることができる。
【００１６】
この発明のフォトニック結晶に対して、「ネガティブ成形物」として使用されている、基本的に主として凸状成形物は、オパール構造を有している。先行技術から公知のオパールの製造方法、例えば堆積によると、成形物は多くの数の材料を使用して得ることができる。緊要な要因は、使用される材料は対応する小さな球体を形成する形にできることである。ポリマーおよびアモルファス無機酸化物が特に適していることが判明し、ポリスチレン、ポリメチルメタクリル酸エステル（ＰＭＭＡ）、ポリジビニルベンゼン、ポリ(スチレン−ｃｏ−ジビニルベンゼン)、メラミン樹脂および二酸化シリコンからなる群から選ばれる。
【００１７】
この発明の構造を形成する好ましい物質（従って、マトリックスフォーマーと呼ぶ）は、酸化物、半導体、金属およびポリマーであって、マトリックス前駆物質、好ましくは溶剤、の形で入手することができる。適切なマトリックス前駆物質は、下記群から選ばれた少なくとも１つの化合物からなっている：
（３）一般式Ｍｎ＋（−ＯＲ）ｎで表される金属アルコキシド、
Ｒは１から１２の炭素原子を有する分枝または直鎖状炭化水素基、Ｍは元素の周期表におけるIIｂ、IIIａ、IIIｂ、IVａ、IVｂおよびVIIIｂ族から選ばれた１つの金属
（４）一般式Ｍｎ＋（Ｘ−）ｎで表される金属ハロゲン化物および硝酸塩、
ＸはＦ−、Ｃｌ−、Ｂｒ−、およびＩ−から選ばれた１つのハロゲン化物イオン、または、硝酸イオン（ＮＯ３−）、Ｍは元素の周期表におけるIIｂ、IIIａ、IIIｂ、IVａ、IVｂおよびVIIIｂ類から選ばれた１つの金属。
【００１８】
これらの化合物の例として、チタンイソプロポキシド、塩化アルミニウム、硝酸アルミニウム、塩化鉄（III）および硝酸（III）がある。
【００１９】
上述した化合物のための適切な溶剤または添加物は、好ましくはアルコールまたはそれらの混合物であり、メタノール、エタノール、１−プロパノールまたは２−プロパノール、および、１−、２−またはテトラ−ブタノールからなる群から選ばれる。溶剤または添加物としての水の使用は、それ自体または上述した溶剤との混合の形の何れでも有利である。液体の前駆物質の場合は、溶剤または添加物の使用に際して、これと完全に調合することができる。次に述べる、前駆物質およびその結果の構造物のパラメータの特徴は、溶剤および添加物による。
【００２０】
マトリックス前駆物質からマトリックスフォーマーへの変換は、成形物のキャビティへの挿入後、焼成、凝縮、加水分解、酸化、還元、乾燥、または上述した反応の組み合わせによって行われる。
【００２１】
マトリックス前駆物質からマトリックスフォーマーへの変換に要求される正確な反応条件は、選択されたマトリックス前駆物質の性質に依っている。例えば、加水分解および凝縮による変換のための前駆物質としての金属アルコキシドの使用は、空気中の湿度との接触を要求する。
【００２２】
しかし、全ての場合において緊要な要因（ファクタ）は、成形物のキャビティはマトリックス前駆物質／フォーマーの収縮によって完全に満たされないことである。このような収縮は、マトリックス前駆物質のマトリックスフォーマーへの変換の間に生じる。
【００２３】
この収縮によって、マトリックス前駆物質／フォーマーの、成形物におけるキャビティの所定の容積部分中への周到な再配分が可能になり、所望のスケルトン構造を形成する。
【００２４】
多くの場合において、構造パラメータの実現可能な範囲に対する緊要な要因として、マトリックス前駆物質（Ｃ）の再配分、および、成形物（Ｄ）の除去が同時に生じるということである。
【００２５】
この場合、オパールの空隙における逆の構造として、ゲル状の中間物の段階が好ましく使用される。これは、例えば、マトリックス前駆物質のマトリックスフォーマーへの変換の間に、凝縮の結果として生じる。
【００２６】
特に上述したゲル状の中間物を使用するときには、ステップ（Ｂ）および（Ｃ）は、同時に行うことができる。
【００２７】
他の選択枝として、逆オパールを製造する公知の方法（例えば、A. Zakhidov外、米国特許Ｎｏ．６，２６１，４６９）を使用するのがある。その場合には、先ず、低密度の逆オパールを生成し、次いで、引き続き収縮または熱処理を行い、これによって、構造の位相を維持しながら、個々の構造要素の形を変更する。エッチング処理の使用も、引き続き逆オパールを形成する１つの可能な方法である。
【００２８】
スケルトン構造から形成物（Ｃ）を除去することは、焼成、エッチングまたは溶解によって行われる。
【００２９】
それぞれの形成物およびマトリックス前駆物質／フォーマーによって、焼成処理は、４５０から７００℃、好ましくは５００から６５０℃、特に好ましくは５５０から６００℃の範囲内の温度で、２から１２時間、好ましくは４から１０時間、特に好ましくは５から８時間行う。この場合には、実際の焼成処理に先立って、加熱速度０．８から１０℃／分、好ましくは２から８℃／分、特に好ましくは５から６℃／分で加熱し、そして、冷却速度１から１５℃／分、好ましくは４から１２℃／分、特に好ましくは８から１０℃／分で冷却する。焼成処理は、多くの数の異なる鍋において行うことができる。適した鍋は先行技術に記載され、当業者に長い期間知られている。
【００３０】
エッチングまたは溶解による成形物の除去は、使用される成形物が高い熱安定性を備えた材料からなっているときに好ましく行われる。例えば、その非常に高い熱安定性のゆえに焼成では除去できない二酸化ケイ素からなる成形物は、フッ化水素酸（ＨＦ）の助けによって、スケルトン構造から除去することができる。しかしながら、フッ化水素酸によってマトリックスフォーマーが侵されないことが必要である。
【００３１】
この発明の方法によって製造されるフォトニック結晶は、主として凸状の構造を備え、そして、第５バンドと第６バンドの間にバンドギャップまたは擬似バンドギャップを備え、および／または、第８バンドと第９バンドの間にバンドギャップまたは擬似バンドギャップを備えている。
【００３２】
この発明のフォトニック結晶の化学成分は、公知のＲＶＳまたはシェル構造と類似している、しかし、この発明のフォトニック結晶は、顕著に異なる３次元の形状をしている。
【００３３】
主として凸状の成形物（例えば、球体状物）におけるキャビティを不完全に充填することによって生成されたこの発明のフォトニック結晶は、少なくとも１つの完全なバンドギャップまたは擬似バンドギャップを備えている。この場合のバンドギャップ／擬似バンドギャップは、本発明のフォトニック結晶と同一材料でつくられた主として凸状の成形物の逆の構造のバンドギャップまたは擬似バンドギャップよりも大きい。
【００３４】
この発明の他の態様においては、フォトニック結晶は、同時に２以上のバンドギャップを有している。
【００３５】
バンドギャップは、モデル計算によって確認された。モデル計算は、先行技術(S.G.Johnson and J.D. Joannopoulos in Optics Express 8 (2000) 173)から公知のＭＩＴフォトニック結晶バンドソフトウエア（http://abinitio.mit.edu/mpbでフリウエアとして入手可能）の助けによって行った。典型的に、グリッドサイズ(１６  １６  １６)、メッシュサイズ７およびトレランス１０−７のパラメータで１０バンドが計算された。
【００３６】
位相的に、この発明のフォトニック結晶のスケルトン構造は、ＲＶＳまたはその変形（例えば、丸くなった縁部）であるとき、オパールまたは焼結オパールの逆の構造と同一である。従って、（ａ）格子形は同一、（ｂ）キャビティ間のリンク（窓）の存在は変わらない、（ｃ）構造クロッシング間のリンクの存在は変わらない。スケルトン構造とＲＶＳの相違は、特に、構造クロッシング間のリンクの形状（円形断面積またはスケルトン構造における円と類似の断面積）、および、構造クロッシングの形状において生じる。
【００３７】
成形物の最大のキャビティ（群）（例えば、形状を与える球体パッケージにおける８面体、４面体または他の可能な中間スペース）の中における密度の高い材料（マトリックスフォーマー）の堆積は、構造クロッシングと呼ばれる。これら中間スペースは、少なくとも４つの球体によって形成される。
【００３８】
スケルトン構造におけるキャビティ（群）は、この場合には、好ましくは空気で満たされた（但し、スケルトン構造よりも低い屈折率の材料で満たされてもよい）キャビティを意味している。
【００３９】
スケルトン構造は、密度の高い材料（マトリックスフォーマー）の堆積の全体を指している。
【００４０】
スケルトン構造のモデル計算の結果、バンドギャップは、第８バンドと第９バンドの間の公知のバンドギャップの代わりに、または、追加して、第５バンドと第６バンドの間に生じている（それぞれ、５−６材料、または５−６／８−９材料という）。この場合、円筒形状物から形成され、面心立方結晶構造（面心立方格子）を備えたオパールにおける８面体および４面体のキャビティの中心点を相互に接続するスケルトン構造が使用された。第５バンドおよび第６バンドの間のバンドギャップは、最適構造における屈折率比ｎ（キャビティの屈折率に対する構造の屈折率の比）が２．９である上に生じた（図１参照）。例えば、最適半径を有する円筒形状物からなるスケルトン構造を使用するとき、これは、約ｋ＝０．８２ｋ（Ｋ）におけるブリュアン帯内のガンマ点における第５バンドの最大、および、第６バンドの最小によって特徴づけられている。この場合には、ｋ（Ｋ）はブリュアン帯のＫ点における準インパルスである（Ｋ点およびガンマ点の定義については、O. Madelung, Festkorpertheorie[Solid body theory]. Springer Berlin, 1972, page 87参照）。これまで、このバンドギャップは、RVSまたはシェル構造に対して、予知も発見もされていない。
【００４１】
更に、円筒状物からつくられた面心立方結晶のスケルトン構造において、第１０バンドの下（即ち、相対的に低い周波数域）に、数個のバンドギャップが同時に生じている。第５バンドおよび第６バンドの間のバンドギャップとして、約ｎ＝３．１５の上に円筒物の半径ｒｚｙ＝０．０９８６aの構造物に対して、第８バンドと第９バンドの間のバンドギャップが開いている。この場合、aは面心立方格子の標準のカルテシアン単位胞の縁部の長さであり、そこでは、面心立方格子の最初の単位ベクトルがその表面の半−対角線と一致する（例えば、Ch. Kittel, Einfuhrung in die Festkorperphysik [Introduction to solid body physics], Oldenbourg Verlag, Munich 1999, page 14参照）。
【００４２】
更に、スケルトン構造の部分がRVSに付加されて、処理中にRVSの部分と置換されるとき、第８バンドと第９バンドとの間にバンドギャップの拡大が見られた。その結果、例えば、屈折率比ｎ＝３．４に対して、バンドギャップの中央の周波数の６．７％のバンドギャップが得られた。
【００４３】
これらの特性によって、光回路および乳白光顔料に対するフォトニックバンドギャップ材としての新しい適用が展望される。これらのフォトニック結晶に基づいて、大きな且つより容易に達成できるバンドギャプを利用して、例えば、低閾値エネルギーのレーザ、極めて小さい曲率半径での光ファイバの接続、光ビームスプリッタ、スペクトルフィルタの部品を、より良く製造することができる。同時に生じるバンドギャップは、異なる周波数域の同時処理、例えば上述した部品における２つの通信ウインドウの処理に用いることができる。更に、それによって、２つの発光スピーシーズが使用されるレーザまたは類似の部品が得られ、各場合において、発光は異なるバンドギャップによって抑制される。
【００４４】
この発明を実施例によって更に詳細に説明する。但し、この発明はこれらの実施例に限定されることはない。
【実施例】
【００４５】
ポリスチレンオパール（PSオパール）の助けによって逆TiO２オパールを生成した。これは、全て製造業者から供給される純粋な化学物質を使用して行われた。第１段階として、PS粒子（Microparticles Company製、直径：２７０ナノメートル、濃度１重量％）の希薄な懸濁液から、室温でゆっくりと乾燥（覆われたペトリ皿の中で約２週間）してPSオパールを生成した。このように生成したPSオパールの約１−３ｍｍ２の部分を前駆物質の溶液に１０分から１５日漬けて、前駆物質の溶液をオパールに浸潤させた。前駆物質の溶液は、典型的に、チタンイソプロポキシド（Ti(O-i-C3H7)4、Merck Company）８０容積％およびエタノール（Merck Company）２０容積％からなっている。浸潤後、飽和状態のオパールの部分を大気中に少なくも１時間（典型的には数日）さらして、空気中の水分と反応させた。このようにして生成された複合材料を、最後に、４５０から７００℃の範囲内の温度で焼成した。
【００４６】
（前駆物質の浸潤後）選択された乾燥条件において、生成したサンプルは、１−３ｍｍ２サンプル部分において層構造を有していた。サンプルの走査型電子顕微鏡（加速電圧２５ｋＶ、電子顕微鏡の倍率４００００倍）検査は、外面に常に、約１０ナノメートルの大きさの範囲で、正規の構造を伴わない約１−５μｍの厚さのTiO2層を示していた。その層は、独立した孔を含んでいても良い。これは、約１から５０μｍの範囲内の厚さの遷移層に隣接しており、遷移層において、異なる構造(RVS、シェル構造およびスケルトン)の逆オパールが生じている。この場合は、特に、面心立方格子が観察された。しかし、サンプル粒子のコアは、実質的に全体がスケルトン構造からなっている（図２参照）。この場合には、構造クロッシング間のリンクは、実質的に円筒形状であり、これらのリンクによって形成されるウインドウは、多角形（正四角錐形、五角形、六角形に近い）であり、円筒形状のリンクと比較して構造クロッシングの密度は全く増加していない。半径０．０４aから０．１２aの範囲内である円筒形物が得られた。これは、０．０８aから０．２４aの範囲内の正の平均曲率半径と一致する。従来の単位胞の縁部の長さaは、２５０から３６０ナノメートルの範囲内である。モデル計算に基づいて、この構造の第５バンドおよび第６バンドの間に擬似バンドギャップを認識することができた。これらの擬似バンドギャップは、位相的に均等なRVSのそれよりも大きい。モデル計算は、先行技術(S.G.Johnson and J.D. Joannopoulos in Optics Express 8 (2000) 173)から公知のＭＩＴフォトニック結晶バンドソフトウエア（http://abinitio.mit.edu/mpbでフリウエアとして入手可能）を使用して行った。典型的に、グリッドサイズ(１６  １６  １６)、メッシュサイズ７およびトレランス１０−７のパラメータで１０バンドが計算された。
【図１】
2005516254.tif 000005
【図２】
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【国際調査報告】
2005516254.tif 000007
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