(57)【要約】【課題】材料選択の自由度が高く、コンパクトで低コスト化を図ることができ、所望の光学特性に調整された状態を継続して保持することが可能となるフォトニック結晶の光学特性調整方法、該光学特性調整方法を用いた光学素子の作製方法及び光学素子の作製装置を提供する。【解決手段】機械的外力印加手段を用いてフォトニック結晶を変形させ、該フォトニック結晶の光学特性を調整し、該フォトニック結晶の変形状態を固定するようにしてフォトニック結晶の光学特性調整方法を構成し、光学素子の作製方法及び光学素子の作製装置においては、前記光学特性調整方法を用い前記変形状態の固定後に機械的外力印加手段を取り外して光学素子を完成させる。【選択図】　　　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械的外力印加手段を用いてフォトニック結晶を変形させ、該フォトニック結晶の光学特性を調整するステップと、
前記フォトニック結晶の光学特性を調整した位置において変形状態を固定するステップと、
を有することを特徴とするフォトニック結晶の光学特性調整方法。
【請求項２】
前記フォトニック結晶の変形状態を固定するステップにおいて、前記機械的外力印加手段によって変形されたフォトニック結晶の前記変形状態を保持する保持部材と、該保持部材によって前記フォトニック結晶の変形状態を保持する位置で該保持部材を固定する固定手段とを用い、前記変形状態を固定することを特徴とする請求項１に記載のフォトニック結晶の光学特性調整方法。
【請求項３】
前記固定手段が、光硬化材料または熱硬化材料を用い、該材料に光を照射し、または熱を加えて前記フォトニック結晶の変形状態を固定する手段であることを特徴とする請求項２に記載のフォトニック結晶の光学特性調整方法。
【請求項４】
前記フォトニック結晶を変形させ、該フォトニック結晶の光学特性を調整するステップにおいて、フォトニック結晶を熱可塑性材料で構成し、フォトニック結晶を加熱した後、機械的外力印加手段を用いて変形させる一方、
前記フォトニック結晶の光学特性を調整した位置における変形状態を固定するステップにおいて、前記加熱後変形されたフォトニック結晶を冷却して変形状態を固定することを特徴とする請求項１に記載のフォトニック結晶の光学特性調整方法。
【請求項５】
光学素子を作製する方法であって、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のフォトニック結晶の光学特性調整方法を用い、前記フォトニック結晶の変形状態を固定するステップにおいて該フォトニック結晶の変形状態が固定された後、前記機械的外力印加手段を取り外し、所望の光学特性に調整された光学素子を作製することを特徴とする光学素子の作製方法。
【請求項６】
フォトニック結晶を外部からの機械的外力によって変形させる着脱可能な機械的外力印加手段と、
前記機械的外力印加手段により変形されたフォトニック結晶の光学特性を調整する手段と、
前記フォトニック結晶の光学特性を調整した位置において変形状態を固定する手段と、
を有することを特徴とする光学素子の作製装置。
【請求項７】
前記固定手段が、光硬化材料または熱硬化材料と、該材料に光を照射する手段または熱を加える手段からなることを特徴とする請求項６に記載の光学素子の作製装置。
【請求項８】
前記固定手段が、熱可塑性材料で構成されたフォトニック結晶を加熱手段によって加熱し、前記機械的外力印加手段を用いて変形させた後、該フォトニック結晶を冷却して変形状態を固定する手段からなることを特徴とする請求項６に記載の光学素子の作製装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォトニック結晶の光学特性調整方法、該光学特性調整方法を用いた光学素子の作製方法及び光学素子の作製装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、屈折率の異なる物質を波長程度の間隔で周期的に配列した「フォトニック結晶」と呼ばれる新しい人工結晶が提案され、（Ｅ．Ｙａｂｌｏｎｏｖｉｔｃｈ，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．，５８（１９８７）２０５９−２０６２）、注目を集めている。この人工結晶は、半導体のバンド構造に類似した、いわゆるフォトニックバンド構造に起因する光の禁制帯、見かけ上の屈折率異常といった特異な光学的特性を示し、その特性を構造やスケールで人為的に設計可能なことから、光学素子としての研究開発が盛んに行われるようになっている。
【０００３】
これら研究開発の中で注目されるものの１つとして、特性を調整可能な光学素子が挙げられる。これは、設計時のみならず、使用中に外部から光学特性を能動的に制御可能な素子であり、可変フィルタ、光スイッチ等、幅広い分野への応用が期待されている。
【０００４】
このような従来技術として、ファイバ回折格子の周囲にアクチュエータ配置し、これを伸縮してファイバに張力を与えることにより、ファイバ内の屈折率分布を制御する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、結晶中に圧電素子等、屈折率や透過率が外部制御可能な物質を導入し、その物質の伸縮や特性変化によって結晶の周期性を乱す方法が提案されている（特許文献２参照）。
また、フォトニック結晶に外部より圧力を加え、格子間隔を制御する方法が提案されている（特許文献３参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２５３８２９号公報
【特許文献２】特開２００１−０９１９１１号公報
【特許文献３】特開２００２−０９８９１６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、フォトニック結晶の実用化に向けての重要な課題の１つに加工精度の問題がある。前述のように、フォトニック結晶を構成する構造の周期は、使用する光の半分程度と非常に小さく、また、周期構造を構成する個々の部材のサイズによって、光学特性が非常に大きく変化するため、数〜１０ｎｍ程度の加工精度が要求される。現在最先端の加工技術を用いてもこのような精度要求に対して、製造時の歩留まりの低下は避けられない。
【０００７】
また、コスト上の別の懸念も存在する。電子線、Ｘ線、ＥＵＶ等を用いたリソグラフィー技術を例に取って考えても、高価なマスクを使用波長毎に用意しなければならないばかりか、上述のような精度要求に対応するため、フォトニック結晶自身の熱膨張に対し、使用温度ごとに異なる設計を適用せざるを得ないということになりかねない。
【０００８】
このような問題に対し、製造されたフォトニック結晶を、前述した各方法を用いて使用時に調整することはもちろん可能である。
しかしながら、例えば上記した特許文献１や特許文献３については、フォトニック結晶に外力を印加するため、前述のような精度で精密に動作するアクチュエータを常時必要とする。このようなアクチュエータは一般に高価で大きく、デバイス全体のコスト増や大型化につながる。
また、上記した特許文献２においても、フォトニック結晶中に、結晶構造を乱す手段を作り込む必要があり、製造時の作業工程が煩雑になる。また、使用可能な材料にも制限が大きい。
【０００９】
そこで、本発明は、上記課題を解決し、材料選択の自由度が高く、コンパクトで低コスト化を図ることができ、所望の光学特性に調整された状態を継続して保持することが可能となるフォトニック結晶の光学特性調整方法、該光学特性調整方法を用いた光学素子の作製方法及び光学素子の作製装置を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、つぎのように構成した、フォトニック結晶の光学特性調整方法、該光学特性調整方法を用いた光学素子の作製方法及び光学素子の作製装置を提供するものである。
本発明の光学特性調整方法は、機械的外力印加手段を用いてフォトニック結晶を変形させ、該フォトニック結晶の光学特性を調整するステップと、前記フォトニック結晶の光学特性を調整した位置において変形状態を固定するステップと、を有することを特徴としている。
また、本発明の光学素子の作製方法は、前記フォトニック結晶の光学特性調整方法を用い、前記フォトニック結晶の変形状態を固定するステップにおいて該フォトニック結晶の変形状態が固定された後、前記機械的外力印加手段を取り外し、所望の光学特性に調整された光学素子を作製することを特徴としている。
また、本発明の光学素子の作製装置は、フォトニック結晶を外部からの機械的外力によって変形させる着脱可能な機械的外力印加手段と、前記機械的外力印加手段により変形されたフォトニック結晶の光学特性を調整する手段と、前記フォトニック結晶の光学特性を調整した位置において変形状態を固定する手段と、を有することを特徴としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態においては、上記構成を適用することにより、例えば、製造後の調整段階で、フォトニック結晶を変形して光学特性を調整した後、固定部材の可動部分を接着するなどして固定する事で変形状態を保持し、アクチュエータを取り外して光学素子として使用する、あるいは、フォトニック結晶を加熱して軟化させ、フォトニック結晶を変形して光学特性を調整した後、フォトニック結晶を冷却して硬化させる事で、変形状態を継続して保持することができる。したがって、このようにして光学特性を調整した後に、アクチュエータ及びヒーターを取り外す事で、所望の光学特性に調整された状態を継続して保持し得る光学素子を形成することができる。
また、上記構成によれば、部材への制限が小さく、材料選択時の自由度が上がり、作製プロセスを簡便にするものを適宜選択することができ、コンパクトかつ低コストな光学特性調整方法を提供することができる。
【００１２】
【実施例】
以下に、図面を用いて、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
図１は、本実施例の光学素子の作製装置の装置構成を示す図である。
図１に示すように、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）からなるフォトニック結晶１０１は、相対的に可動する第１の固定部材１０２、第２の固定部材１０３で囲まれる。両部材間には光硬化樹脂１０４が配置される。
アクチュエータ１０５は、図中伸縮方向１１４に示す向きに伸縮し、押し付け部材１０６を介して第１の固定部材１０２と接続され、フォトニック結晶１０１を変形させる。これら各機構は、アクチュエータ１０５が第１の筐体部材１０７と、第２の固定部材１０３が第２の筐体部材１０８と接続され、両筐体部材から構成される分割可能な筐体に収められる。
【００１３】
第１の筐体部材１０７と第２の固定部材１０３には光路を確保するため、フォトニック結晶１０１を挟んで両側に穴があけられており、レーザ１１２からのレーザ光はこの光路を通ってフォトニック結晶１０１を透過し、受光器１１１に入射する。受光器１１１はフォトダイオードからなり、入射された光の強度を制御回路１０９に送る。
制御回路１０９は受光器１１１に入射する光量が所望の値になるように、制御量を演算して駆動回路１１０に送り、アクチュエータ１０５を駆動させ、フォトニック結晶１０１を変形させる。
【００１４】
受光器１１１に入射する光量が所望の値になると、制御回路１０９は光源１１３を点灯させる。紫外線ランプからなる光源１１３からの紫外光は、第１の筐体１０７にあけられた窓（不図示）を通って、光硬化樹脂１０４を硬化させる。これにより、第１の固定部材１０２と第２の固定部材１０３の位置関係が固定され、フォトニック結晶１０１の変形量が保持される。
【００１５】
最後に、レーザ１１２及び、光源１１３を消灯し、フォトニック結晶１０１、第１の固定部材１０２、第２の固定部材１０３、光硬化樹脂１０４以外の機構を取り外し、図２に示すような、所望の光学特性をもつ光学素子が完成する。
なお、フォトニック結晶１０１の材質は前述の例に限るものではなく、屈折率、ヤング率といった物理的特性や、作製時のプロセス適合性、温度、湿度といった使用環境に対する適合性等から、適宜選択可能である。
【００１６】
また、本実施例においては、アクチューエータ１０１として圧電素子を用いたが、送りねじ機構、ボイスコイル等、他の駆動機構を選択することも可能である。
また、本実施例においては、第１の固定部材１０２と第２の固定部材１０３の位置関係を固定するために光硬化樹脂を用いたが、熱硬化樹脂やねじ固定等、他の固定手段を選択することも可能である。
また、本実施例においては、光学特性として透過率の調整に本発明を適用したが、例えば反射率等、他の光学特性に対しても適用可能であることは言うまでもない。
【００１７】
［実施例２］
図３は、本実施例の光学素子の作製装置の装置構成を示す図である。
図３に示すように、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）からなるフォトニック結晶１０１が、ヒーター２０１、断熱部材２０２を介してアクチュエータ１０５に接続される。
アクチュエータ１０５は、図中伸縮方向１１４に示す向きに伸縮し、フォトニック結晶１０１を変形させる。これら各機構は、アクチュエータ１０５が第１の筐体部材１０７と、フォトニック結晶１０１が第２の筐体部材１０８と接続され、両筐体部材から構成される分割可能な筐体に収められる。
【００１８】
第１の筐体部材１０７には光路を確保するため、フォトニック結晶１０１を挟んで両側に穴があけられており、レーザ１１２からのレーザ光はこの光路を通ってフォトニック結晶１０１を透過し、受光器１１１に入射する。受光器１１１はフォトダイオードからなり、入射された光の強度を制御回路１０９に送る。制御回路１０９は、ヒーター２０１に通電し、フォトニック結晶１０１が軟化するまで加熱した後、受光器１１１に入射する光量が所望の値になるように、制御量を演算して駆動回路１１０に送り、アクチュエータ１０５を駆動させ、フォトニック結晶１０１を変形させる。
【００１９】
受光器１１１に入射する光量が所望の値になると、制御回路１０９はヒータ２０１の電源を切り、フォトニック結晶１０１を冷却して硬化させる。これにより、フォトニック結晶１０１の変形量が継続して保持される。
最後に、レーザ１１２を消灯し、第１の筐体部材１０７と第２の筐体部材１０８とを分割してフォトニック結晶１０１を取り出す事で、所望の光学特性を継続して保持し得る光学素子が完成する。
なお、フォトニック結晶１０１の材質は前述の例に限るものではなく、熱可塑性の材料の中から、屈折率、ヤング率といった物理的特性や、作製時のプロセス適合性、温度、湿度といった使用環境に対する適合性等から、適宜選択可能である。
【００２０】
また、本実施例においては、アクチューエータ１０１として圧電素子を用いたが、送りねじ機構、ボイスコイル等、他の駆動機構を選択することも可能である。
また、本実施例においては、光学特性として透過率の調整に本発明を適用したが、例えば反射率等、他の光学特性に対しても適用可能であることは言うまでもない。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、材料選択の自由度が高く、コンパクトで低コスト化を図ることができ、所望の光学特性に調整された状態を継続して保持することが可能となるフォトニック結晶の光学特性調整方法、該光学特性調整方法を用いた光学素子の作製方法及び光学素子の作製装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における光学素子の作製装置の装置構成を説明する図。
【図２】本発明の実施例１における光学素子の構成を説明する図。
【図３】本発明の実施例２における光学素子の作製装置の装置構成を説明する図。
【符号の説明】
１０１：フォトニック結晶
１０２：第１の固定部材
１０３：第２の固定部材
１０４：光硬化樹脂
１０５：アクチュエータ
１０６：押付部材
１０７：第１の筐体部材
１０８：第２の筐体部材
１０９：制御回路
１１０：駆動回路
１１１：受光器
１１２：レーザ
１１３：光源
１１４：伸縮方向
２０１：ヒーター
２０２：断熱部材
【図１】
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【図２】
2004126114.tif 000004
【図３】
2004126114.tif 000005