(57)【要約】      （修正有）【課題】三次元フォトニック結晶を容易に作成する方法。【解決手段】フォトニック結晶ファイバーといわれる中空の穴2が規則的に配列された中空光ファイバー1に所定の周期間隔で切込み或いは空孔4を設けることにより、容易に三次元のフォトニック結晶を作成することができる。又、フォトニック結晶ファイバーの端面にこのような三次元フォトニック結晶を作成することにより、分光素子とファイバーを一体化させたものを容易に作製することができる。【選択図】図７
2007108190.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空の穴が規則的に配列された中空光ファイバーに、所定の周期間隔で複数の切込みを設けたことを特徴とするフォトニック結晶。
【請求項２】
請求項１に記載されたフォトニック結晶において、規則的に配列された中空穴の形状が、正方形または六角形であることを特徴とするフォトニック結晶。
【請求項３】
請求項１または２に記載されたいずれかのフォトニック結晶において、前記中空光ファイバーの断面における隣接する中空穴の間隔をａとした場合に、前記切込みの周期間隔が、ａ/２から２×ａであることを特徴とするフォトニック結晶。
【請求項４】
請求項１から３に記載されたいずれかのフォトニック結晶において、前記中空光ファイバーの断面における隣接する中空穴の間隔をａとした場合に、前記切込まれる領域の幅が、ａ/４からａであることを特徴とするフォトニック結晶。
【請求項５】
請求項１から４に記載されたいずれかのフォトニック結晶において、前記中空光ファイバーの断面における中空穴の直径或いは一辺の長さをｄとしたときに、前記切込まれる領域の幅が、ｄ/２から２×ｄであることを特徴とするフォトニック結晶。
【請求項６】
請求項１から５に記載されたいずれかのフォトニック結晶において、前記中空光ファイバーを構成する材料の屈折率をｎとし、切込まれる領域の幅をｂとし、切込みにより残存する領域の幅をｃとした場合に、ｂの値が、ｎ×ｃ/２から２×ｎ×ｃであることを特徴と
するフォトニック結晶。
【請求項７】
請求項１から６に記載されたいずれかのフォトニック結晶において、前記中空光ファイバーを構成する材料の屈折率と、異なる屈折率の材料により中空穴及び切込まれた領域を埋めたことを特徴とするフォトニック結晶。
【請求項８】
請求項７に記載されたフォトニック結晶において、前記異なる屈折率の材料が液体材料であることを特徴とするフォトニック結晶。
【請求項９】
請求項８に記載されたフォトニック結晶において、前記液体材料が、加熱或いは光を照射することにより硬化する材料であることを特徴とするフォトニック結晶。
【請求項１０】
請求項７から９に記載されたいずれかのフォトニック結晶において、前記中空光ファイバーを構成する材料の屈折率をｎ１とし、前記埋め込みに用いられる材料の屈折率をｎ２とし、中空光ファイバーの切込まれる領域の幅をｂとし、切込みにより残存する領域の幅をｃとした場合に、ｂの値が、（ｎ１×ｃ）/（２×ｎ２）から（２×ｎ１×ｃ）/ｎ２であることを特徴とするフォトニック結晶。
【請求項１１】
請求項１から６に記載されたいずれかのフォトニック結晶において、前記中空光ファイバーを構成する材料の屈折率と同じ値の屈折率の材料により、前記中空光ファイバーの中空穴の一部を埋め込んだものであることを特徴とするフォトニック結晶。
【請求項１２】
請求項１から１１に記載されたいずれかのフォトニック結晶において、前記中空光ファイバーの断面の外周が多角形であることを特徴とするフォトニック結晶。
【請求項１３】
請求項１２に記載されたフォトニック結晶において、前記中空光ファイバーの断面の外周が、四角形或いは六角形であ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から１３に記載されたいずれかのフォトニック結晶を有することを特徴とする光学素子。
【請求項１５】
請求項１４に記載されたフォトニック結晶を有する光学素子が、中空光ファイバーの端面に設けられていることを特徴とする光ファイバー。
【請求項１６】
請求項１から１５に記載されたいずれかのフォトニック結晶を作製する場合において、
前記中空光ファイバーの側面にレジストを塗布するステップ、
露光装置により前記中空光ファイバーの側面に切込みにより残存する領域のパターンを焼き付け現像するステップ、
前記側面にレジストパターンの形成された中空光ファイバーの切込まれる領域をイオンエッチング或いはイオンミーリングによりエッチングするステップ、
により作製したことを特徴とするフォトニック結晶の作製方法。
【請求項１７】
請求項１から１５に記載されたいずれかのフォトニック結晶を作製する場合において、
前記中空光ファイバーの側面を削り平面を形成するステップ、
前記中空光ファイバーの削られた側面にレジストを塗布するステップ、
露光装置により前記中空光ファイバーの側面に切込みにより残存する領域のパターンを焼き付け現像するステップ、
前記側面にレジストパターンの形成された中空光ファイバーの切込まれる領域をイオンエッチング或いはイオンミーリングによりエッチングするステップ、
により作製したことを特徴とするフォトニック結晶の作製方法。
【請求項１８】
請求項１から１５に記載されたいずれかのフォトニック結晶を作製する場合において、
前記中空光ファイバーの側面に所望の大きさに絞られた収束イオンビームを照射し切込みを作製するステップを周期的に繰り返すことにより、作製したことを特徴とするフォトニック結晶の作製方法。
【請求項１９】
中空の穴が規則的に配列された中空光ファイバーの側面より、所定の周期間隔で複数の空孔を設けたことを特徴とするフォトニック結晶。
【請求項２０】
請求項１９に記載されたフォトニック結晶において、前記中空光ファイバーの断面における最短に隣接する中空穴により周期的に構成される単位格子が、三角形または四角形であることを特徴とするフォトニック結晶。
【請求項２１】
請求項１９または２０に記載されたいずれかのフォトニック結晶において、前記中空光ファイバーに規則的に配列された中空穴の形状が、正方形または六角形であることを特徴とするフォトニック結晶。
【請求項２２】
請求項１９から２１に記載されたいずれかのフォトニック結晶において、前記中空光ファイバーの断面における隣接する中空穴の間隔をａとした場合に、前記空孔が形成される周期が、ａ/２から２×ａであることを特徴とするフォトニック結晶。
【請求項２３】
請求項１９から２２に記載されたいずれかのフォトニック結晶において、前記中空光ファイバーの断面における隣接する中空穴の間隔をａとした場合に、前記空孔の形成される幅が、ａ/４からａであることを特徴とするフォトニック結晶。
【請求項２４】
請求項１９から２３に記載されたいずれかのフォトニック結晶において、前記中空光ファイバーの断面における中空穴の直径或いは一辺の長さをｄとしたときに、形成される空孔の直径或いは一辺の長さが、ｄ/２から２×ｄであることを特徴とするフォトニック結晶
。
【請求項２５】
請求項１９から２４に記載されたいずれかのフォトニック結晶において、前記中空光ファイバーを構成する材料の屈折率をｎとし、空孔の形成される領域の幅あるいは直径をｂとし、空孔形成により残存する領域の幅をｃとした場合に、ｂの値が、ｎ×ｃ/２から２×
ｎ×ｃであることを特徴とするフォトニック結晶。
【請求項２６】
請求項１９から２５に記載されたいずれかのフォトニック結晶において、前記中空光ファイバーを構成する材料の屈折率と異なる屈折率の材料により中空穴及び空孔の形成された領域を埋めたことを特徴とするフォトニック結晶。
【請求項２７】
請求項２６に記載されたフォトニック結晶において、前記異なる屈折率の材料が液体材料であることを特徴とするフォトニック結晶。
【請求項２８】
請求項２７に記載されたフォトニック結晶において、前記液体材料が、加熱或いは光を照射することにより硬化する材料であることを特徴とするフォトニック結晶。
【請求項２９】
請求項２６から２８に記載されたいずれかのフォトニック結晶において、前記中空光ファイバーを構成する材料の屈折率をｎ１とし、前記埋め込みに用いられる材料の屈折率をｎ２とし、中空光ファイバーに形成される空孔の直径又は幅をｂとし、空孔形成により残存する領域の幅をｃとした場合に、ｂの値が、（ｎ１×ｃ）/（２×ｎ２）から（２×ｎ１
×ｃ）/ｎ２であることを特徴とするフォトニック結晶。
【請求項３０】
請求項１９から２５に記載されたいずれかのフォトニック結晶において、前記中空光ファイバーを構成する材料の屈折率と同じ値の屈折率の材料により、前記中空光ファイバーの中空穴の一部を埋め込んだものであることを特徴とするフォトニック結晶。
【請求項３１】
請求項１９から３０に記載されたいずれかのフォトニック結晶において、前記中空光ファイバーの断面の外周が多角形であることを特徴とするフォトニック結晶。
【請求項３２】
請求項３１に記載されたフォトニック結晶において、前記中空光ファイバーの断面の外周が、四角形或いは六角形であることを特徴とするフォトニック結晶。
【請求項３３】
請求項１９から３２に記載されたいずれかのフォトニック結晶において、形成される空孔の位置が、前記中空穴と交差していることを特徴とするフォトニック結晶。
【請求項３４】
請求項１９から３３に記載されたいずれかのフォトニック結晶において、前記中空光ファイバーの断面における最短に隣接する中空穴により周期的に構成される単位格子が四角形であり、形成される空孔が前記中空穴に対し垂直に設けられていることを特徴とするフォトニック結晶。
【請求項３５】
請求項３４に記載されたフォトニック結晶において、前記中空光ファイバーの中空穴、前記形成される空孔に対し、それぞれ垂直となるように更に空孔を設けたことを特徴とするフォトニック結晶。
【請求項３６】
請求項１９から３５に記載されたいずれかのフォトニック結晶を有することを特徴とする光学素子。
【請求項３７】
請求項３５に記載されたフォトニック結晶を有する光学素子が、中空光ファイバーの端面に設けられていることを特徴とする光ファイバー。
【請求項３８】
請求項１９から３７に記載されたいずれかのフォトニック結晶を作製する場合において、前記中空光ファイバーの側面にレジストを塗布するステップ、
露光装置により前記中空光ファイバーの側面に空孔が形成されない領域のパターンを焼き付け現像するステップ、
前記側面にレジストパターンの形成された中空光ファイバーをイオンエッチング、イオンミーリングの手法によりエッチングを行うステップ、
により作製したことを特徴とするフォトニック結晶の作製方法。
【請求項３９】
請求項１９から３７に記載されたいずれかのフォトニック結晶を作製する場合において、前記中空光ファイバーの側面を削り平面を形成するステップ、
前記中空光ファイバーの削られた側面にレジストを塗布するステップ、
露光装置により前記中空光ファイバーの側面に空孔が形成されない領域のパターンを焼き付け現像するステップ、
前記側面にレジストパターンの形成された中空光ファイバーをイオンエッチング、イオンミーリングの手法によりエッチングを行うステップ、
により作製したことを特徴とするフォトニック結晶の作製方法。
【請求項４０】
請求項１９から３７に記載されたいずれかのフォトニック結晶を作製する場合において、前記中空光ファイバーの側面に所望の大きさに絞られた収束イオンビームを照射し、空孔を設けるステップを繰り返すことにより作製したことを特徴とするフォトニック結晶の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信用の光分岐器やＷＤＭ送受信モジュールなどの光デバイスに使用されるフォトニック結晶の作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のフォトニック結晶である単一周期構造を作製する単一周期構造のモールドを使用した作製方法について説明する。
具体的には、基板表面にモールドによりプレスして凹凸パターンを形成する。次に、その凹凸パターンを有する基板をシュウ酸中で陽極酸化することにより、基板は周期的ナノホール構造を有する金属酸化物薄膜となる。このようにして、フォトニック結晶の基本格子を作製し、この金属酸化物薄膜に対しイオンビームを照射することにより、導波路構造となる溝を形成し、フォトニック結晶による光導波路を作製する方法がある。
【０００３】
また、この他３次元フォトニック結晶の基本格子の作製に関しては、微小角材を井桁のように積層することにより作製する手法がある。
しかしながら、これらの作製方法においては作製に手間と時間がかかり、３次元フォトニック結晶を得る為の費用と労力は極めて多大なものであるといった問題点があった。
【特許文献１】特開２０００−２５８６５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、上記問題点を鑑み、3次元のフォトニック結晶による光学素子を容易
に得ることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は上記課題を解決するためになされたものである。
第１の発明は、中空の穴が規則的に配列された中空光ファイバーに、所定の周期間隔で複数の切込みを設けたことを特徴とするフォトニック結晶である。
【０００６】
第２の発明は、第１の発明のフォトニック結晶において、規則的に配列された中空穴の形状が、正方形または六角形であることを特徴とするフォトニック結晶である。
第３の発明は、第１又は第２のいずれかの発明のフォトニック結晶において、前記中空光ファイバーの断面における隣接する中空穴の間隔をａとした場合に、前記切込みの周期間隔が、ａ/２から２×ａであることを特徴とするフォトニック結晶である。
【０００７】
第４の発明は、第１から３のいずれかの発明のフォトニック結晶において、前記中空光ファイバーの断面における隣接する中空穴の間隔をａとした場合に、前記切込まれる領域の幅が、ａ/４からａであることを特徴とするフォトニック結晶である。
【０００８】
第５の発明は、第１から４のいずれかの発明のフォトニック結晶において、前記中空光ファイバーの断面における中空穴の直径或いは一辺の長さをｄとしたときに、前記切込まれる領域の幅が、ｄ/２から２×ｄであることを特徴とするフォトニック結晶である。
【０００９】
第６の発明は、第１から５のいずれかの発明のフォトニック結晶において、前記中空光
ファイバーを構成する材料の屈折率をｎとし、切込まれる領域の幅をｂとし、切込みにより残存する領域の幅をｃとした場合に、ｂの値が、ｎ×ｃ/２から２×ｎ×ｃであること
を特徴とするフォトニック結晶である。
【００１０】
第７の発明は、第１から６のいずれかの発明のフォトニック結晶において、前記中空光ファイバーを構成する材料の屈折率と、異なる屈折率の材料により中空穴及び切込まれた領域を埋めたことを特徴とするフォトニック結晶である。
【００１１】
第８の発明は、第７の発明のフォトニック結晶において、前記異なる屈折率の材料が液体材料であることを特徴とするフォトニック結晶である。
第９の発明は、第８の発明のフォトニック結晶において、前記液体材料が、加熱或いは光を照射することにより硬化する材料であることを特徴とするフォトニック結晶である。
【００１２】
第１０の発明は、第７から９のいずれかの発明のフォトニック結晶において、前記中空光ファイバーを構成する材料の屈折率をｎ１とし、前記埋め込みに用いられる材料の屈折率をｎ２とし、中空光ファイバーの切込まれる領域の幅をｂとし、切込みにより残存する領域の幅をｃとした場合に、ｂの値が、（ｎ１×ｃ）/（２×ｎ２）から（２×ｎ１×ｃ
）/ｎ２であることを特徴とするフォトニック結晶である。
【００１３】
第１１の発明は、第１から６のいずれかの発明のフォトニック結晶において、前記中空光ファイバーを構成する材料の屈折率と同じ値の屈折率の材料により、前記中空光ファイバーの中空穴の一部を埋め込んだものであることを特徴とするフォトニック結晶である。
【００１４】
第１２の発明は、第１から１１のいずれかの発明のフォトニック結晶において、前記中空光ファイバーの断面の外周が多角形であることを特徴とするフォトニック結晶である。
第１３の発明は、第１２の発明のフォトニック結晶において、前記中空光ファイバーの断面の外周が、四角形或いは六角形であることを特徴とするフォトニック結晶である。
【００１５】
第１４の発明は、第１から１３のいずれかの発明のフォトニック結晶を有することを特徴とする光学素子である。
第１５の発明は、第１４の発明のフォトニック結晶を有する光学素子が、中空光ファイバーの端面に設けられていることを特徴とする光ファイバーである。
【００１６】
第１６の発明は、第１から１５のいずれかの発明のフォトニック結晶を作製する場合において、前記中空光ファイバーの側面にレジストを塗布するステップ、露光装置により前記中空光ファイバーの側面に切込みにより残存する領域のパターンを焼き付け現像するステップ、前記側面にレジストパターンの形成された中空光ファイバーの切込まれる領域をイオンエッチング或いはイオンミーリングによりエッチングするステップ、により作製したことを特徴とするフォトニック結晶の作製方法である。
【００１７】
第１７の発明は、第１から１５のいずれかの発明のフォトニック結晶を作製する場合において、前記中空光ファイバーの側面を削り平面を形成するステップ、前記中空光ファイバーの削られた側面にレジストを塗布するステップ、露光装置により前記中空光ファイバーの側面に切込みにより残存する領域のパターンを焼き付け現像するステップ、前記側面にレジストパターンの形成された中空光ファイバーの切込まれる領域をイオンエッチング或いはイオンミーリングによりエッチングするステップ、により作製したことを特徴とするフォトニック結晶の作製方法である。
【００１８】
第１８の発明は、第１から１５のいずれかの発明のフォトニック結晶を作製する場合において、前記中空光ファイバーの側面に所望の大きさに絞られた収束イオンビームを照射
し切込みを作製するステップを周期的に繰り返すことにより、作製したことを特徴とするフォトニック結晶の作製方法である。
【００１９】
第１９の発明は、中空の穴が規則的に配列された中空光ファイバーの側面より、所定の周期間隔で複数の空孔を設けたことを特徴とするフォトニック結晶である。
第２０の発明は、第１９の発明のフォトニック結晶において、前記中空光ファイバーの断面における最短に隣接する中空穴により周期的に構成される単位格子が、三角形または四角形であることを特徴とするフォトニック結晶である。
【００２０】
第２１の発明は、第１９または２０のいずれかの発明のフォトニック結晶において、前記中空光ファイバーに規則的に配列された中空穴の形状が、正方形または六角形であることを特徴とするフォトニック結晶である。
【００２１】
第２２の発明は、第１９から２１のいずれかの発明のフォトニック結晶において、前記中空光ファイバーの断面における隣接する中空穴の間隔をａとした場合に、前記空孔が形成される周期が、ａ/２から２×ａであることを特徴とするフォトニック結晶である。
【００２２】
第２３の発明は、第１９から２２のいずれかの発明のフォトニック結晶において、前記中空光ファイバーの断面における隣接する中空穴の間隔をａとした場合に、前記空孔の形成される幅が、ａ/４からａであることを特徴とするフォトニック結晶である。
【００２３】
第２４の発明は、第１９から２３のいずれかの発明のフォトニック結晶において、前記中空光ファイバーの断面における中空穴の直径或いは一辺の長さをｄとしたときに、形成される空孔の直径或いは一辺の長さが、ｄ/２から２×ｄであることを特徴とするフォト
ニック結晶である。
【００２４】
第２５の発明は、第１９から２４のいずれかの発明のフォトニック結晶において、前記中空光ファイバーを構成する材料の屈折率をｎとし、空孔の形成される領域の幅あるいは直径をｂとし、空孔形成により残存する領域の幅をｃとした場合に、ｂの値が、ｎ×ｃ/
２から２×ｎ×ｃであることを特徴とするフォトニック結晶である。
【００２５】
第２６の発明は、第１９から２５のいずれかの発明のフォトニック結晶において、前記中空光ファイバーを構成する材料の屈折率と異なる屈折率の材料により中空穴及び空孔の形成された領域を埋めたことを特徴とするフォトニック結晶である。
【００２６】
第２７の発明は、第２６の発明のフォトニック結晶において、前記異なる屈折率の材料が液体材料であることを特徴とするフォトニック結晶である。
第２８の発明は、第２７の発明のフォトニック結晶において、前記液体材料が、加熱或いは光を照射することにより硬化する材料であることを特徴とするフォトニック結晶である。
【００２７】
第２９の発明は、第２６から２８のいずれかの発明のフォトニック結晶において、前記中空光ファイバーを構成する材料の屈折率をｎ１とし、前記埋め込みに用いられる材料の屈折率をｎ２とし、中空光ファイバーに形成される空孔の直径又は幅をｂとし、空孔形成により残存する領域の幅をｃとした場合に、ｂの値が、（ｎ１×ｃ）/（２×ｎ２）から
（２×ｎ１×ｃ）/ｎ２であることを特徴とするフォトニック結晶である。
【００２８】
第３０の発明は、第１９から２５のいずれかの発明のフォトニック結晶において、前記中空光ファイバーを構成する材料の屈折率と同じ値の屈折率の材料により、前記中空光ファイバーの中空穴の一部を埋め込んだものであることを特徴とするフォトニック結晶であ
る。
【００２９】
第３１の発明は、第１９から３０のいずれかの発明のフォトニック結晶において、前記中空光ファイバーの断面の外周が多角形であることを特徴とするフォトニック結晶である。
【００３０】
第３２の発明は、第３１の発明のフォトニック結晶において、前記中空光ファイバーの断面の外周が、四角形或いは六角形であることを特徴とするフォトニック結晶である。
第３３の発明は、第１９から３２のいずれかの発明のフォトニック結晶において、形成される空孔の位置が、前記中空穴と交差していることを特徴とするフォトニック結晶である。
【００３１】
第３４の発明は、第１９から３３のいずれかの発明のフォトニック結晶において、前記中空光ファイバーの断面における最短に隣接する中空穴により周期的に構成される単位格子が四角形であり、形成される空孔が前記中空穴に対し垂直に設けられていることを特徴とするフォトニック結晶である。
【００３２】
第３５の発明は、第３４の発明のフォトニック結晶において、前記中空光ファイバーの中空穴、前記形成される空孔に対し、それぞれ垂直となるように更に空孔を設けたことを特徴とするフォトニック結晶である。
【００３３】
第３６の発明は、第１９から３５のいずれかの発明のフォトニック結晶を有することを特徴とする光学素子である。
第３７の発明は、第３５の発明のフォトニック結晶を有する光学素子が、中空光ファイバーの端面に設けられていることを特徴とする光ファイバーである。
【００３４】
第３８の発明は、第１９から３７のいずれかの発明のフォトニック結晶を作製する場合において、前記中空光ファイバーの側面にレジストを塗布するステップ、露光装置により前記中空光ファイバーの側面に空孔が形成されない領域のパターンを焼き付け現像するステップ、前記側面にレジストパターンの形成された中空光ファイバーをイオンエッチング、イオンミーリングの手法によりエッチングを行うステップ、により作製したことを特徴とするフォトニック結晶の作製方法である。
【００３５】
第３９の発明は、第１９から３７のいずれかの発明のフォトニック結晶を作製する場合において、前記中空光ファイバーの側面を削り平面を形成するステップ、前記中空光ファイバーの削られた側面にレジストを塗布するステップ、露光装置により前記中空光ファイバーの側面に空孔が形成されない領域のパターンを焼き付け現像するステップ、前記側面にレジストパターンの形成された中空光ファイバーをイオンエッチング、イオンミーリングの手法によりエッチングを行うステップ、により作製したことを特徴とするフォトニック結晶の作製方法である。
【００３６】
第４０の発明は、第１９から３７のいずれかの発明のフォトニック結晶を作製する場合において、前記中空光ファイバーの側面に所望の大きさに絞られた収束イオンビームを照射し、空孔を設けるステップを繰り返すことにより作製したことを特徴とするフォトニック結晶の作製方法である。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、従来作製が極めて困難であった３次元フォトニック結晶を容易に作製することができる効果がある。
又、光ファイバーの端面に当該３次元フォトニック結晶を設けることにより、従来は光ファイバーの射出面に分光素子を接続し分光していたものが、光ファイバーと３次元フォトニック結晶とを一体化させることができ、簡単な構成で使い勝手もよく、容易に作製することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
本実施例では、光リソグラフィにより、３次元フォトニック結晶を作製する方法について説明する。
【実施例１】
【００３９】
本実施例では、図１に示すような内部に規則的に中空穴２が空けられたフォトニック結晶ファイバーと呼ばれるものを用いる。図１(ａ)はフォトニック結晶ファイバーの斜視図、図１(ｂ)はフォトニック結晶ファイバーの断面図、図１(ｃ)はフォトニック結晶ファイバーの側面図である。このフォトニック結晶ファイバーは、断面において最短に隣接する隣接穴が４つ存在するものであり、この頂点を結ぶと正方形を構成する。この中空穴２のピッチが３．５μｍ、中空穴２の径は２μｍで、２次元に規則的に配列された構成である。
【００４０】
この中空光ファイバー１の側面の一部を削り取り平面を形成する。この削り取られたフォトニック結晶ファイバーを図２に示す。図２(ａ)は側面の一部を削り取られたフォトニック結晶ファイバーの斜視図、図２(ｂ)は断面図、図２(ｃ)は側面図である。この形成された平面上にレジストを塗布する。
【００４１】
レジストの塗布されたフォトニック結晶ファイバーに露光装置により所望のパターンの焼付を行う。この後現像を行うことにより、フォトニック結晶ファイバーには、図３に示すように３．５μｍ周期で、１．５μｍ巾のレジスト層３が形成され、２μｍ巾ではレジスト層３は形成されていない周期的なパターンが形成される。
【００４２】
この後、レジストパターンの形成されたフォトニック結晶ファイバーのドライエッチングを行う。ドライエッチングは、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により行われる。具体的には、真空チャンバー内に、フォトレジストパターンを形成したフォトニック結晶ファイバーの側面を両側より支える形で設置した後、チャンバー内を真空ポンプにより真空にする。このときのチャンバー内部の圧力は、１×１０-3Ｐａ以下である。この後、ＣＦ4をチャンバー内部に導入し、カソードに電界を印加してプラズマを発生させる。プラズ
マ中では、ＣＦ4は分離し、フッ素等が発生し、この分離した粒子によりフォトニック結
晶ファイバーのレジスト層３の形成されていない領域がエッチングされる。このときのチャンバー内部の圧力は、約１Ｐａである。尚、フォトレジストのパターンが形成されている領域、フォトニック結晶ファイバーの側面を両側から支える部分については、プラズマに曝されることもなくエッチングされることはない。このプロセスにより、３次元フォトニック結晶を作成することができる。
【００４３】
このプロセスで得られた３次元フォトニック結晶を図４に示す。図４(ａ)は得られた３次元フォトニック結晶の断面図、図４(ｂ)は側面図である。これは、フォトニック結晶ファイバーを構成する屈折率１.４のガラス部分が１．５μｍ、屈折率が１となる中空部分
４が２μｍの３．５μｍ周期の３次元フォトニック結晶であり、各種光学素子に利用することができる。
また、このように得られたフォトニック結晶は、高屈折率の油等の液体に浸して使用することも可能である。この場合、空間部分は空気の場合と異なり、屈折率を考慮した分狭
くする必要がある。
【００４４】
また、高屈折率であっても使用する上で液体では不都合が生じる場合があり、このような場合には高屈折率の紫外線硬化材料を用い、これに浸した後、紫外線を照射して固めることにより使用がしやすくなる。
尚、フォトニック結晶ファイバーの端面に、この３次元フォトニック結晶を形成することにより、フォトニック結晶ファイバーの端面での分光が可能となる。
【００４５】
また、フォトニック結晶ファイバーの中空２部分がファイバーを構成する材料と同じ屈折率を示す材料で埋め込まれ、その部分を残して３次元フォトニック結晶とすることにより、光導波路としても使用可能である。
【実施例２】
【００４６】
本実施例では、リソグラフィにより、３次元フォトニック結晶を作製する方法について説明する。
本実施例では、図１に示されるフォトニック結晶ファイバーと呼ばれる内部に規則的に中空穴２が空けられたものを用いる。このフォトニック結晶ファイバーは、断面において最短に隣接する隣接穴が４つ存在するものであり、この頂点を結ぶと正方形を構成する。この中空穴２のピッチが３．５μｍ、中空穴２の径は２μｍで、２次元に規則的に配列された構成である。
【００４７】
この中空光ファイバー１を図６(ａ)に示すように、側面を削り取り断面の外形が四角形となるように加工形成を行う。
このように側面を削り取ったフォトニック結晶ファイバー側面の全ての面にレジストを塗布する。レジストの塗布されたフォトニック結晶ファイバーの一つの面を露光装置により所望のパターンの焼付を行う。
【００４８】
この後、現像を行うことにより、フォトニック結晶ファイバーの側面には、縦横３．５μｍ周期で２μｍ角のレジスト層が形成されていない領域を有するレジストパターンが形成される。なお、レジスト層が形成されていない領域は、フォトニック結晶ファイバーの中空２部分を貫くように、位置合わせがなされている。
【００４９】
この後、レジストパターンの形成されたフォトニック結晶ファイバーのドライエッチングを行う。ドライエッチングは、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により行われる。具体的には、真空チャンバー内に、フォトレジストパターンの形成されたフォトニック結晶ファイバーを設置した後、チャンバー内を真空ポンプにより真空にする。このときのチャンバー内部の圧力は、１×１０-3Ｐａ以下である。この後、ＣＦ4をチャンバー内部に導
入し、カソードに電界を印加してプラズマを発生させる。プラズマ中では、ＣＦ4は分離
しフッ素成分が発生し、発生した粒子により、レジストパターンの形成されていない領域がエッチングされる。このときのチャンバー内部の圧力は、約１Ｐａである。このエッチングによりフォトニック結晶ファイバーの中空２部分が貫通するように空孔５が設けられる。
【００５０】
尚、フォトレジストのパターンが形成されている領域については、プラズマに曝されることもなくエッチングされることはない。この後フォトレジストを除去したものを図６(
ｂ)に示す。
【００５１】
この後、再び断面からの空孔５が設けられたフォトニック結晶ファイバーの側面全面に
再度フォトレジストを塗布する。このフォトレジストを塗布したものを空孔５が設けられていない面（図６(ｃ)の上面）に、先程と同様のパターンを露光装置により焼き付ける。この場合も同様に、フォトニック結晶ファイバーの中空２部分及び空孔５を貫きエッチングされるようレジストパターンの焼付を行う。
【００５２】
この後現像を行うことにより、フォトニック結晶ファイバーの側面には、縦横３．５μｍ周期で２μｍ角のレジスト層が形成されていない領域を有するパターンが形成される。
この面を同様に反応性イオンエッチングによるエッチングを行うことにより空孔６を設ける。エッチングは空孔６が反対面に貫通するまで行う。このように出来上がった三次元フォトニック結晶を図６(ｄ)に示す。
【００５３】
尚、フォトニック結晶ファイバーのエッチングをする際、中空２部分を貫通するように空孔６を設けるため、エッチングされる量は、比較的少ないものとなる。
このプロセスにより、フォトニック結晶ファイバーの中空２部分を交差するように３次元フォトニック結晶が形成される。
【００５４】
このプロセスで得られた３次元フォトニック結晶はフォトニック結晶ファイバーを構成する屈折率１．４のガラス部分が１．５μｍ、屈折率が１となる空間分が２μｍの３．５μｍ周期の３次元フォトニック結晶であり、各種光学素子に利用することができる。
また、このように得られたフォトニック結晶を、高屈折率の油等の液体に浸して使用することも可能である。この場合、空間部分は空気の場合と異なり、屈折率を考慮した分狭める必要がある。
【００５５】
また、高屈折率であっても、使用する上で液体では不都合が生じる場合があり、このような場合には高屈折率の紫外線硬化材料を用い、これに浸した後、紫外線を照射して固めることにより使用がしやすくなる。
尚、フォトニック結晶ファイバーの端面に、この３次元フォトニック結晶を形成することにより、フォトニック結晶ファイバーの端面での分光が可能となる。
【００５６】
また、フォトニックファイバーの側面の一部を削り残すことにより、削り残した部分を土台とすることも可能であり、この場合の構造の概念図を図５に示す。図５(ａ)は断面図であり、図５(ｂ)に側面図を示す。この際、この部分については貫通するまでドライエッチングをする必要はない。
【実施例３】
【００５７】
本実施例では、収束イオンビーム加工装置により、３次元フォトニック結晶を作製する方法について説明する。
本実施例では、図１に示すようなフォトニック結晶ファイバーと呼ばれる光ファイバー内に規則的に中空穴２が空けられたものを用いる。このフォトニック結晶ファイバーは、断面において最短に隣接する隣接穴が４つ存在するものであり、この頂点を結ぶと正方形を構成する。この中空穴２のピッチが３．５μｍ、中空穴２の径は２μｍで、２次元に規則的に配列された構成である。
【００５８】
このフォトニック結晶ファイバーの中空穴２部分が貫通するよう、側面より垂直方向から収束イオンビームを照射する。この収束イオンビームによりフォトニック結晶ファイバー部の側面より空孔５が設けられる。
【００５９】
具体的には、フォトニック結晶ファイバーに空孔５を設ける装置は、真空チャンバー内部にＥＣＲ型イオン源を備えた収束イオンビーム加工装置であって、発生するイオン源からは酸素イオンあるいはガリウムイオンを発生させ、このイオンによりエッチング加工を行うものである。
【００６０】
収束イオンビーム加工装置のチャンバー内部にフォトニック結晶ファイバーを設置する、この際加工される面をイオン源に向けて設置する。この後、真空ポンプによりチャンバー内部を１×１０-3Ｐａ以下の圧力まで排気する。
【００６１】
この後、照射されるイオンビームにより、フォトニック結晶ファイバーの隣接する中空穴２が、側面よりつながるように位置合わせをした後、イオンビームを照射し２μｍ角の空孔５を設ける。
【００６２】
この収束イオンビームにより空孔５を設けるプロセスを同様に、３．５ミクロン周期で、フォトニック結晶ファイバーの中空２部分を貫くように縦横２次元的に行うことにより、図６(ｂ)に示す構造のものが形成される。
【００６３】
この後、フォトニック結晶ファイバーを空孔５の設けられていない側面に、更に収束イオンビームを照射し空孔６を空けていく。この際、フォトニック結晶ファイバーの中空２部分及び先程設けた空孔５と垂直になるよう収束イオンビームを照射する。
【００６４】
このプロセスを繰り返すことにより、図６(ｄ)に示すような、３次元的な空孔が設けられ、３次元フォトニック結晶が形成される。
この３次元フォトニック結晶は、フォトニック結晶ファイバーを構成するガラスの屈折率が１.４、中空や空孔部分は屈折率が１であり、各種光学素子に利用することができる
。
また、このように得られたフォトニック結晶を、高屈折率の油等の液体に浸して使用することも可能である。この場合、空間領域は空気の場合と異なり、屈折率を考慮した分狭める必要がある。
【００６５】
また、高屈折率の油等の液体では使用上不都合が生じる場合があり、このような場合には高屈折率の紫外線硬化材料に浸した後、紫外線を照射して固めることにより使用等がしやすくなる。
【００６６】
尚、フォトニック結晶ファイバーの端面に、この３次元フォトニック結晶を形成することにより、フォトニック結晶ファイバーの端面での分光も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】は、本発明に用いられるフォトニック結晶ファイバーの構成図である。
【図２】は、本発明に係る３次元フォトニック結晶を作製するプロセスの途中の段階を示すもので、表面の一部を削り取った状態を示した図である。
【図３】は、本発明に係る３次元フォトニック結晶を作製するプロセスの途中の段階を示すもので、削り取られた面にフォトレジストパターンを形成した状態を示した図である。
【図４】は、本発明の第１の実施例により作製された３次元フォトニック結晶を示しており、本発明に係る３次元フォトニック結晶の一例を示した図である。
【図５】は、本発明の第２或いは第３実施例により作製される３次元フォトニック結晶の一例を示した図である。
【図６】は、本発明の第２或いは第３実施例により作製される３次元フォトニック結晶及びその作製プロセスの一例を示した図である。
【図７】は、本発明の第１実施例において、中空の光ファイバーの端面に３次元フォトニック結晶を設けたフォトニック結晶光ファイバーの側面図である。
【符号の説明】
【００６８】
１  中空光ファイバー
２  中空穴(中空)
３  レジスト層
４  空孔
５  空孔
６  空孔
【図１】
2007108190.tif 000003
【図２】
2007108190.tif 000004
【図３】
2007108190.tif 000005
【図４】
2007108190.tif 000006
【図５】
2007108190.tif 000007
【図６】
2007108190.tif 000008
【図７】
2007108190.tif 000009