(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め電荷をためられた複数個の微小粒子を流動性溶液に含ませることで得られるゾル状物質と、
前記微小粒子と同極性の電荷を帯電した対向する二つの面を有し、前記二つの面の間の空間に前記ゾル状物質を保持する保持部材と、
前記ゾル状物質を前記保持部材内の前記空間に流入させ、前記保持部材内の前記空間で保持されていた前記ゾル状物質を流出させる流動手段と、
を備えることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記ゾル状物質中の前記流動性溶液の屈折率を調整する溶液屈折率調整手段をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
【請求項３】
前記ゾル状物質に含まれる前記微小粒子の電荷量を調整する微小粒子電荷量調整手段をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
【請求項４】
前記ゾル状物質中の前記流動性溶液のイオン濃度を調整するイオン濃度調整手段をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
【請求項５】
前記ゾル状物質に含まれる前記微小粒子の粒径を調整する粒径調整手段をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
【請求項６】
前記流動手段は、前記保持部材内の空間から流出した前記ゾル状物質を循環し、再度前記保持部材内の空間へ流入させることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
【請求項７】
前記ゾル状物質の温度を制御する温度制御手段を更に備えることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
【請求項８】
前記流動手段、前記保持部材及び前記ゾル状物質の流れる流路が基板に集積化されていることを特徴とする請求項６記載の光学素子。
【請求項９】
請求項１記載の光学素子を光の経路上に用いたことを特徴とする光学装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学素子及びその光学素子を用いた光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のホトニック結晶の理解を容易にするために、半導体単結晶について説明する。半導体単結晶は、特定の原子が周期的かつ規則的に配列してなる物質である。このような半導体単結晶中での電子伝搬特性は、結晶を構成している原子の種類とその配列の原子間隔とによって決定される。すなわち、半導体単結晶中での電子伝搬特性は、構成原子による周期ポテンシャルと電子の波動性とに起因して発生するエネルギーバンドギャップを有するバンド構造を示す。
【０００３】
これに対して、ホトニック結晶は、電子に対する上記のバンド構造と同様に、光に対するバンド構造を有するものとしてヤブラノビッチ（Yablonovich）等によって提案された構造体である。
【０００４】
ホトニック結晶中の光の伝搬は、半導体中の電子の伝搬と同様に制限を受ける。ホトニック結晶は、光に対する禁止帯を有しており、この禁止帯をホトニックバンドギャップと言う。このホトニックバンドギャップが存在することで、特定の波長帯域の光は、ホトニック結晶内を伝搬できなくなる。
【０００５】
従来、様々なホトニック結晶が提案されている。例えば、サブミクロンサイズの粒子が光の波長程度の周期で配列されているもの、また、マイクロ波帯であれば、粒子としてのポリマー球が空間中に配列されているものなどである。
【０００６】
この他に、ポリマー球が金属内で固化され、固化後に、ポリマー球が化学的に溶解されることにより、周期的微小空間が金属中に形成されているもの、金属中に等間隔で穴が開けられているもの、固体材料中にレーザー光を用いて屈折率が周囲と異なる領域を形成されているもの、などである。
【０００７】
これらのホトニック結晶は、ホトニックバンドギャップが存在するという特性から、近年注目され、様々な光学素子に利用可能である。
【０００８】
また、この光学素子は、レーザー核融合装置、レーザー光による加工装置、レーザー発振装置など各種の光学装置にも利用可能である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの上述したホトニック結晶は、高強度の光を照射すると光学的ダメージを受けてしまう場合があり、光学的ダメージを受けてしまうと再利用できなく、また上述したホトニック結晶を用いた光学装置も、高強度の光を照射され、ホトニック結晶に光学的ダメージ受けることで使用できなくなってしまうものであった。
【００１０】
このような問題に鑑みて、本発明は、光学的ダメージを受けても再利用可能な光学素子及びその光学素子を用いた光学装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するために、本発明に係る光学素子は、予め電荷をためられた複数個の微小粒子を流動性溶液に含ませることで得られるゾル状物質と、微小粒子と同極性の電荷を帯電した対向する二つの面を有し、二つの面の間の空間にゾル状物質を保持する保持部材と、ゾル状物質を保持部材内の空間に流入させ、保持部材内の空間で保持されていたゾル状物質を流出させる流動手段と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
これにより、予め電荷をためられた複数個の微小粒子を流動性溶液に含ませることで得られたゾル状物質は、微小粒子と同極性の電荷を帯電した対向する二つの面を有する保持部材内の空間で保持され、保持部材内の空間へ流動手段によって流入し、流入後、保持部材内の空間から流動手段によって流出する。また、ゾル状物質は、保持部材に保持されている間で、微小粒子同士の静電相互作用及び微小粒子と保持部材との静電相互作用によりホトニック結晶の特性を持つ。したがって、ゾル状物質が保持部材内の空間に流入し、ホトニック結晶と同様の特性を持ち、その後、保持部材内の空間から流出し、あらたなゾル状物質が保持部材内の空間に流入するため、高強度の光が保持部材に照射されて、ゾル状物質が光学的ダメージを受けても、光学素子の再利用が可能となる。
【００１３】
また、本発明に係る光学素子は、ゾル状物質中の流動性溶液の屈折率を調整する溶液屈折率調整手段をさらに備えることを特徴とする。この場合、ゾル状物質中の流動性溶液は、その屈折率が溶液屈折率調整手段により調整される。したがって、保持部材の空間内でのゾル状物質の特性は、照射光の波長や強度等にあわせて調整可能となる。
【００１４】
また、本発明に係る光学素子は、ゾル状物質に含まれる微小粒子の電荷量を調整する微小粒子電荷量調整手段をさらに備えることを特徴とする。この場合、ゾル状物質に含まれる微小粒子は、その電荷量が微小粒子電荷量調整手段により調整される。したがって、保持部材の空間内でのゾル状物質の特性は、照射光の波長や強度等にあわせて調整可能となる。
【００１５】
また、本発明に係る光学素子は、ゾル状物質中の流動性溶液のイオン濃度を調整するイオン濃度調整手段をさらに備えることを特徴とする。この場合、ゾル状物質中の流動性溶液のイオン濃度は、イオン濃度調整手段により調整される。したがって、保持部材の空間内でのゾル状物質の特性は、照射光の波長や強度等にあわせて調整可能となる。
【００１６】
また、本発明に係る光学素子は、ゾル状物質に含まれる微小粒子の粒径を調整する粒径調整手段をさらに備えることを特徴とする。この場合、ゾル状物質に含まれる微小粒子の粒径は、粒径調整手段により調整される。したがって、保持部材の空間内でのゾル状物質の特性は、照射光の波長や強度等にあわせて調整可能となる。
【００１７】
また、本発明に係る光学素子では、流動手段は、保持部材内の空間から流出したゾル状物質を循環し、再度保持部材内の空間へ流入させることを特徴とする。したがって、ゾル状物質を排出することがなく無駄無く使用できる。
【００１８】
また、本発明に係る光学素子は、ゾル状物質の温度を制御する温度制御手段を更に備えることを特徴とする。この場合、ゾル状物質は、その温度が温度制御手段により制御される。したがって、保持部材の空間内でのゾル状物質は、その温度が調整されて、ゾル状物質内の微小粒子の規則的配列を保つ。
【００１９】
また、本発明に係る光学素子は、流動手段、保持部材及びゾル状物質の流れる流路が基板に集積化されていることを特徴とする。この場合、流動手段、保持部材及びゾル状物質が流れる流路は、基板に集積化される。したがって、光学素子全体がコンパクトに作成できる。
【００２０】
本発明に係る光学装置は、上述した光学素子を光の経路上に用いたことを特徴とする。この場合、光学素子は、光の経路上に用いられ、光学装置に利用される。したがって、光学素子を再利用可能な光学装置が提供される。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。
【００２２】
図１は本実施形態に係るゾル状物質１の構成を示す斜視図である。本実施形態のゾル状物質１は、流動性を有している。ゾル状物質１は、微小粒子１ａと流動性溶液１ｂとで構成される。微小粒子１ａは、シリカまたはチタン酸バリウムなどの微小球（光学的な微結晶）である。この微小粒子１ａは、入力光の波長帯域に応じて光の波長の半分から１／４程度の大きさに設定され、光学的に透明であるか、または適当な透過率を有するものである。また、この微小粒子１ａは、予め負の電荷をためられている。
【００２３】
流動性溶液１ｂは、イオン濃度が適当に調整された流動性を有する溶液である。この流動性溶液１ｂのイオン濃度は、流動性溶液１ｂ内での微小粒子１ａの配列に影響を与える。また、この流動性溶液１ｂも微小粒子１ａと同様に、光学的に透明であるか、または適当な透過率を有するものである。
【００２４】
この微小粒子１ａ及び流動性溶液１ｂで構成されるゾル状物質１は、微小粒子１ａがゾル状物質１内で規則的に配列することにより、固化されたホトニック結晶と同等の特性をもつ。そこで、以下、固化されたホトニック結晶と同等の特性をもったゾル状物質１を流動性ホトニック結晶と称する。
【００２５】
また、ゾル状物質１が流動性ホトニック結晶となったときの特性は、微小粒子１ａの粒径や屈折率や電荷量及び流動性溶液１ｂのイオン濃度や屈折率に影響される。従って、微小粒子１ａの粒径や屈折率や電荷量及び流動性溶液１ｂのイオン濃度や屈折率を調整することで、流動性ホトニック結晶は、入力光の波長帯域に最適化した特性を有するようになる。また、流動性ホトニック結晶の微小粒子１ａの規則的配列は、温度に影響される。したがって、流動性ホトニック結晶は、その温度が調整されることで、含有される微小粒子１ａの規則的配列を保つ。
【００２６】
このように、様々な要因が流動性ホトニック結晶の特性に影響する。これらのゾル状物質１に含まれる微小粒子１ａの粒径や屈折率や電荷量、ゾル状物質１中の流動性溶液１ｂのイオン濃度や屈折率及びゾル状物質１の温度は、前もって設定可能である。しかし、ゾル状物質１自体が流動性を有しているので、流動性溶液１ｂ内に含有する微小粒子１ａは、単に含有させても規則的に配列しない。従って、ゾル状物質１は、従来から存在するホトニック結晶と同等の特性を得るために、ゾル状物質１に含有される微小粒子１ａを規則的に配列させなければならない。
【００２７】
図２に本実施形態に係るゾル状物質１を用いた光学素子２の構成を示す。また、図３に本実施形態に係る光学素子２の保持部材４の詳細な構成を示す。図２に示すように、光学素子２は、ポンプ３、保持部材４、流路５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ及び液溜め６からなる。また、保持部材４は、図３に示すように、ガラス板７ａ，７ｂ及びスペーサー８ａ，８ｂを備え、それらで囲まれる空間には、前述したゾル状物質１が流入するようになっている。なお、この光学素子２を光学装置に用いた場合、保持部材４のガラス板７ａ，７ｂには、レーザー光などの照射光が照射されるようになっている。
【００２８】
図２に示される構成について説明する。ポンプ３は、ゾル状物質１を保持部材４内の空間に流入させ、保持部材４内の空間から流出させる流動源である。保持部材４は、前述した微小粒子１ａと同じ負の電荷を帯電している。また、保持部材４は、ゾル状物質１を流入する流入口４１とゾル状物質１を流出する流出口４２とを備えている。流路５ａは、ポンプ３へゾル状物質１を供給するための接続管の役割を果たしている。流路５ｂは、ポンプ３から流出してきたゾル状物質１を液溜め６へ送るための接続管の役割を果たしている。流路５ｃは、液溜め６から保持部材４の流入口４１へゾル状物質１を流入させるための接続管の役割を果たしている。流路５ｄは、保持部材４内を流れて流出口４２から流出したゾル状物質１を排出先などに導くための接続管の役割を果たしている。
【００２９】
液溜め６は、ポンプ３から流入したゾル状物質１を一度溜めておく。一般的にポンプは、脈動を有し、その脈動は、流動させる流動物に乱流を生み出してしまう。乱流であると、後述する静電相互作用をもってしても、微小粒子１ａは、後に流入する保持部材４内で規則的に配列しなくなる。そこで、ゾル状物質１の流れを乱流から層流に変えるために、液溜め６は、ポンプ３から流入したゾル状物質１を溜めておく。こうすることで、液溜め６に流入してきたゾル状物質１が流入時に乱流であっても、保持部材４に送り出す際には、層流でゾル状物質１を送り出すことが可能となる。
【００３０】
これら構成要素により、ゾル状物質１は、次々に流され、保持部材４内に流れ込み、保持部材４内から流出する。よって、常に新しいゾル状物質１が、保持部材４内に満たされる。
【００３１】
次に図３に示される構成について説明する。ガラス板７ａとガラス板７ｂとは、互いに対向して配置されている。また、ガラス板７ａとガラス板７ｂとは、光学的に透明な性質と光学的に半透明な性質とのどちらか一方の性質を有している。なお、ガラス板７ａ及びガラス板７ｂの性質は、光学的に透明な性質と光学的に半透明な性質とのうち、互いに同じ性質を有する必要はなく、使用目的や使用状態等の様々な条件にあわせて互いに異なる性質を有しても良い。また、ガラス板７ａ，７ｂは、板であるが、特に板である必要はなく、ゾル状物質１を保持可能なガラス容器などでも良い。なお、ガラス板７ａ，７ｂは、前述したように負に帯電している。
【００３２】
スペーサー８ａ，８ｂは、それぞれガラス板７ａ及びガラス板７ｂにより挟持されている。このように、スペーサー８ａ，８ｂをガラス板７ａ及びガラス板７ｂで挟持することにより、保持部材４は、スペーサー８ａ，８ｂとガラス板７ａ，７ｂとで囲まれる空間を持ち、この空間でゾル状物質１を保持する。
【００３３】
なお、ガラス板７ａ，７ｂ及びスペーサー８ａ，８ｂに囲まれる空間は、ゾル状物質１で充満されていることが望ましい。これは、空気等の異物がガラス板７ａ，７ｂ及びスペーサー８ａ，８ｂに囲まれる空間に入るのを防ぐためである。空気等がガラス板７ａ，７ｂ及びスペーサー８ａ，８ｂに囲まれる空間に入り、その空気等がレーザー光などの光路中に存在してしまうと、空気等と流動性ホトニック結晶との屈折率の違いなどにより、光学素子２の透過後の光路等が影響を受けてしまうからである。
【００３４】
ゾル状物質１に含有される微小粒子１ａは、予め負の電荷をためられている。また、ガラス板７ａ，７ｂも負に帯電している。従って、微小粒子１ａ同士及び微小粒子１ａとガラス板７ａ，７ｂとの間で静電相互作用が働き、微小粒子１ａは、前述した流動性溶液１ｂのイオン濃度等の条件によって決まる間隔で均一かつ規則的に配列する。これにより、ゾル状物質１は、流動性ホトニック結晶となり、従来から存在するホトニック結晶と同等の特性を持つことができる。なお、静電相互作用とは、それぞれの物質のもつ電荷によってそれぞれの物質が反発または引き寄せ合う現象である。本実施形態の場合、微小粒子１ａとガラス板７ａ，７ｂとは、同じ極性に帯電しているため反発し合う。
【００３５】
このように、光学素子２は、ゾル状物質１が保持部材４内の空間を流れている間で流動性ホトニック結晶となり、ポンプ３によりゾル状物質１が保持部材４内の空間に流入し、また、保持部材４内の空間から流出する。したがって、光学素子２は、再利用可能である。
【００３６】
次に、流動性ホトニック結晶を作成した実験例を図４を用いて説明する。なお、ここで説明する保持部材４は、前述した保持部材４と同じ構成である。ここで用いられる微小粒子１ａはシリカ微小球であり、流動性溶液１ｂは脱イオン水である。また、ガラス板７ａ及びガラス板７ｂの間の距離は０．１ｍｍである。保持部材４内は、脱イオン水（流動性溶液１ｂ）のみをその内部の空間に保持している。
【００３７】
流動性ホトニック結晶の作成には、まず、脱イオン水（流動性溶液１ｂ）にシリカ微小球（微小粒子１ａ）を混ぜた溶液（ゾル状物質１）を保持部材４の流入口４１の上方から垂らす。この垂らす時点で、シリカ微小球（微小粒子１ａ）は、負の電荷をたくわえている。なお、シリカ微小球（微小粒子１ａ）の粒径は約０．１μｍである。
【００３８】
脱イオン水（流動性溶液１ｂ）にシリカ微小球（微小粒子１ａ）を混ぜた溶液（ゾル状物質１）が流入口４１に垂らされると、毛管現象と拡散現象とによって、シリカ微小球（微小粒子１ａ）は、脱イオン水（流動性溶液１ｂ）で充満したガラス容器（保持部材４）内に流れ込む。なお、毛管現象とは、液体中に毛細管を立てると水面が管内を上昇し又は下降する現象であり、拡散現象とは、濃度の異なる液体同士を接触させると混合が始まり、やがて同一の濃度になる現象である。
【００３９】
また、シリカ微小球（微小粒子１ａ）の滴下の際に保持部材４が予め負に帯電しているので、静電相互作用は、負の電荷を持ったシリカ微小球（微小粒子１ａ）と負に帯電した保持部材４との間で働き、また、負の電荷を持ったシリカ微小球（微小粒子１ａ）同士でも働く。したがって、シリカ微小球（微小粒子１ａ）は、前述した種々の条件によって決まる間隔で均一かつ規則的に配列する。これにより、脱イオン水（流動性溶液１ｂ）にシリカ微小球（微小粒子１ａ）を含ませることで得られる保持部材４内の溶液（ゾル状物質１）は、流動性ホトニック結晶となり、従来から存在するホトニック結晶と同等の特性をもつようになる。
【００４０】
図５は本実施形態に係る光学素子２の変形例の構成を示す図である。なお、図２と同一の構成要素については説明を省略し、相違点のみを述べる。相違点は、図５に示される光学素子２１が調整器９を含む点、ゾル状物質１がポンプ３から調整器９に流入するための流路５ｅを有する点及びゾル状物質１が調整器９から保持部材４内の空間に流入するための流路５ｆを有する点である。この調整器９は、前述した流動性ホトニック結晶の特性を調整するために設けられている。なお、この調整器９は、手動にて調整内容を設定するものや、流出口４２から流れ出たゾル状物質１を分析し、調整内容を自動設定するもののどちらであっても良い。
【００４１】
図６は本実施形態に係る光学素子２１の調整器９の詳細構成を示す図である。調整器９は、溶液屈折率調整器９１と、微小粒子電荷量調整器９２と、イオン濃度調整器９３と、粒径調整器９４と、それらの構成を繋ぐ流路５ｇ，５ｈ，５ｉとからなる。
【００４２】
流路５ｇは、溶液屈折率調整器９１と微小粒子電荷量調整器９２とを繋ぐ接続管の役割を果たしている。流路５ｈは、微小粒子電荷量調整器９２とイオン濃度調整器９３とを繋ぐ接続管の役割を果たしている。流路５ｉは、イオン濃度調整器９３と粒径調整器９４とを繋ぐ接続管の役割を果たしている。
【００４３】
溶液屈折率調整器９１は、ゾル状物質１中の流動性溶液１ｂの屈折率を調整する。具体的には、他の溶液を備える容器などと流路を介して接続され、現在流れているゾル状物質１の流動性溶液１ｂと他の溶液を混合し、流動性溶液１ｂの屈折率を調整する。
【００４４】
微小粒子電荷量調整器９２は、ゾル状物質１に含有される微小粒子１ａの電荷量を調整する。具体的には、用いる微少粒子によってその電荷量の調整法は異なるが、微小粒子１ａそれぞれの表面に負あるいは正のイオン性分子を吸着させ、その吸着量を制御することで電荷量を調整する。つまり、微小粒子電荷量調整器９２には、そのようなイオン性分子を貯蓄する部分とその濃度を調整する部分とを内蔵し、イオン濃度をモニターすることで、吸着するイオン性分子濃度を調整する機構を有する。
【００４５】
イオン濃度調整器９３は、ゾル状物質１中の流動性溶液１ｂのイオン濃度を調整する。具体的には、イオンを除去するためにイオン交換樹脂を充填させたカラム構造と流動性溶液１ｂをその内部で循環するポンプとイオン濃度モニターとを内蔵し、そのイオン濃度が規定値以下になるように調整する機構を有する。
【００４６】
粒径調整器９４は、ゾル状物質１に含有される微小粒子１ａの粒径を調整する。具体的には、流路５ｉを通過してきた微小粒子１ａを含むゾル状物質１に対して、レーザーによる粒径計測装置などを用いてその分布を計測し、必要とする粒径以外の微少粒子１ａを、粒径の大きさによる溶液内の流動速度の違いを用いた分級法を用いて分離する調整機構を有する。
【００４７】
これらの各種調整器９１〜９４は、前述した通り手動にて調整内容を設定するものや、流出口４２から流れ出たゾル状物質１を分析し、調整内容を自動設定するものなどのどちらであっても良い。これにより、ゾル状物質１は、各種調整器９１〜９４に調整され、保持部材４で照射される光の波長や強度等に適合したホトニック結晶の特性を得ることができる。
【００４８】
図７は本実施形態に係る光学素子２の第二変形例の構成を示す図である。なお、図２と同一の構成要素については説明を省略し、相違点のみを述べる。相違点は、図７に示される光学素子２２が第一の液溜め６ａと第二の液溜め６ｂとを有する点、光学素子２２がろ過器１０を有する点、ゾル状物質１が保持部材４から第二の液溜め６ｂに流入するための流路５ｊを有する点、ゾル状物質１が第二の液溜め６ｂからろ過器１０に流入するための流路５ｋを有する点及びゾル状物質１がろ過器１０からポンプ３に流入するための流路５ｌを有する点である。
【００４９】
第一の液溜め６ａは、図２で説明された液溜め６と同様の機能を有する。第二の液溜め６ｂは、保持部材４から流出したゾル状物質１を一度溜めておく。詳細に説明すると、第二の液溜め６ｂは、ゾル状物質１を保持部材４内からスムーズに流出させる為にゾル状物質１を一度溜めておく。一般的なろ過器は、その性質上、多くの溶液を一度にろ過することができず、ある一定時間内にある一定の溶液量しかろ過できない。仮に第二の液溜め６ｂが設けられていなかった場合、ろ過器１０のろ過量が保持部材４から流出したゾル状物質１の量に追いつかず、ゾル状物質１が保持部材４から流出できずに保持部材４内で滞留してしまう恐れがある。そこで、第二の液溜め６ｂは、一度ゾル状物質１を溜めておき、保持部材４内のゾル状物質１（流動性ホトニック結晶）をスムーズに流出させるようにしている。これにより、保持部材４内から流出するはずのゾル状物質１（流動性ホトニック結晶）が保持部材４内に滞留しないようになる。
【００５０】
ろ過器１０は、第二の液溜め６ｂから流れてきたゾル状物質１の不純物を取り除く。このろ過器１０は、複数の微小口をもつ薄膜などを備えており、その薄膜が微小口よりも大きい不純物を取り除き、ゾル状物質１を通過させている。但し、この薄膜に設けられている微小口は、微小粒子１ａの径の大きさよりも大きい。
【００５１】
さらに、ここでは、ゾル状物質１の流量を決定するポンプ３の調整を行うと良い。ポンプ３によって流されるゾル状物質１の流量をろ過器１０のろ過量よりも大きく設定してしまうと、ろ過器１０のろ過量がポンプ３によって流されるゾル状物質１の流量に追いつかなくなる。ろ過器１０のろ過量がポンプ３によって流されるゾル状物質１の流量に追いつかなくなると、第二の液溜め６ｂにゾル状物質１が溜まってしまい、ゾル状物質１（流動性ホトニック結晶）が保持部材４内の空間から流出せずに保持部材４内の空間で滞留してしまう。したがって、ポンプ３の一定時間内に流せる流量は、ろ過器１０の一定時間内のろ過量と整合をとると良い。
【００５２】
以上の構成要素を備える光学素子２２により、ゾル状物質１は、ポンプ３から流路５ｂへ流れ、流路５ｂから第一の液溜め６ａに流入し、第一の液溜め６ａから流路５ｃを介して保持部材４内の空間に流入する。保持部材４内の空間に流入したゾル状物質１は、微小粒子１ａ同士の静電相互作用及び微小粒子１ａと保持部材４との静電相互作用により流動性ホトニック結晶となり、流路５ｊへ流出する。流路５ｊへ流入したゾル状物質１は、第二の液溜め６ｂへ流入し、その後、流路５ｋを介してろ過器１０へ流入し、流路５ｌを介してポンプ３に流入する。
【００５３】
以上により、光学素子２２は、保持部材４内の空間から流出したゾル状物質１を再度ポンプ３へ流し込み循環させることができるので、ゾル状物質１を無駄無く使用する事ができる。さらに、光学素子２２は、保持部材４内の空間から流出したゾル状物質１をろ過器１０に流入させる以前に第二の液溜め６ｂに一度ためておくので、ゾル状物質１をスムーズに循環させることができる。
【００５４】
図８は本実施形態に係る光学素子２の第三変形例の構成を示す図である。なお、保持部材４内のゾル状物質１（流動性ホトニック結晶）中の微小粒子１ａは、温度条件に依存してその規則的配列を保っている。つまり、ゾル状物質１の温度が微小粒子１ａの規則的配列を保つための温度領域を超えた温度であると、微小粒子１ａは規則的配列を保てなくなり、ゾル状物質１は流動性ホトニック結晶としての特性を示さなくなる。そこで、ゾル状物質１の温度を制御し、微小粒子１ａの規則的配列を保つ第三変形例を提供する。
【００５５】
なお、図２と同一の構成要素については説明を省略し、相違点のみを述べる。相違点は、図８に示される光学素子２３が保持部材４内のゾル状物質１（流動性ホトニック結晶）の温度を測定する温度センサ１１を有する点、ポンプ３と液溜め６との間に温度制御器１２を有する点、ゾル状物質１がポンプ３から温度制御器１２に流入するための流路５ｍを有する点及びゾル状物質１が温度制御器１２から保持部材４内の空間に流入する流路５ｎを有する点である。
【００５６】
温度センサ１１は、保持部材４内のゾル状物質１（流動性ホトニック結晶）の温度を測定する。温度センサ１１の設置場所は、前述したガラス基板７ａ，７ｂとスペーサー８ａ，８ｂとに囲まれる空間でも良いし、保持部材４のガラス基板７ａ，７ｂ上やスペーサー８ａ，８ｂ上であっても良いし、また、ガラス基板８ａ，８ｂ又はスペーサー８ａ，８ｂにガラス基板８ａ，８ｂとスペーサー８ａ，８ｂに囲まれる空間までつながる孔を形成し、その孔に温度センサ１１を挿入し、温度センサ１１のセンサ部をゾル状物質１に触れるようにしても良い。但し、これらの設置場所は、液溜め６で層流となったゾル状物質１の流れを乱すことがなく、かつ、保持部材４に照射されるレーザー光の光路を乱すことがない位置でなければならない。
【００５７】
温度制御器１２は、温度センサ１１からの温度情報を基にゾル状物質１の温度を予め指定された温度に制御したり、自動的に各状態毎の最適な温度に制御したりする。この制御する温度は、各種ゾル状物質１の微小粒子１ａの電荷量や流動性溶液１ｂの屈折率に影響を与え、また、光学素子２３が使用される各種用途にも依存する。例えば、高強度のレーザー光に対して本発明の装置を用いた場合、系によるわずかな光吸収により系全体の温度が上昇しやすい。よって、温度制御器１２を用いることにより、装置に入射するレーザー光強度の変化によって、装置の温度依存性を低減することが可能となる。
【００５８】
温度制御器１２は、クーリングファンやヒーター等の冷却手段及び加熱手段（図示せず）をその内部に有している。また、この冷却手段及び加熱手段は、クーリングファンやヒーターのようにそれぞれ別々に設けなくとも良く、１部材で加熱機能と冷却機能との両方の機能を備える加熱冷却手段であっても良い。加熱冷却手段は、保持部材４内の空間に流入させるゾル状物質１の温度を予めＴ℃と定めている状態で、Ｔ℃からｔ℃以上ゾル状物質１の温度が高くなるとＴ℃になるように冷却し、Ｔ℃からｔ℃以上ゾル状物質１の温度が低くなるとＴ℃になるように加熱する手段などである。
【００５９】
以上により、光学素子２３は、流動性ホトニック結晶中の微小粒子１ａの規則的配列を維持するようにゾル状物質１の温度の調整を可能としている。
【００６０】
図９は本実施形態に係る光学素子２の第四変形例の構成を示す図である。図９に示される光学素子２４は、ポンプ３、保持部材４、第一の液溜め６ａ、第二の液溜め６ｂ、調整器９、ろ過器１０及び温度制御器１２を備えている。また、これら構成要素は流路５ｂ，５ｃ，５ｊ，５ｋ，５ｏ，５ｐ，５ｑで接続されている。また、光学素子２４は、保持部材４内のゾル状物質１（流動性ホトニック結晶）の温度の測定が可能な温度センサ１１を備えている。さらに、光学素子２４は、上記の構成要素すべてが基板１３に集積化されている。次に前述していない構成についてのみ説明する。
【００６１】
流路５ｏは、ろ過器１０から調整器９へゾル状物質１を流入させる接続管の役割を果たし、流路５ｐは、調整器９から温度制御器１２へゾル状物質１を流入させる接続管の役割を果たし、流路５ｑは、温度制御器１２からポンプ３へゾル状物質１を流入させる接続管の役割を果たす。また、基板１３は、基板１３以外の各構成要素を集積化している。
【００６２】
以上より、図９に示される光学素子２４は、上記した各構成要素が基板１３上に集積化されている。したがって、光学素子２４は、コンパクトに形成することが可能である。
【００６３】
次に上記した各構成要素を集積化した具体例の構成を示す。図１０は本実施形態に係る光学素子２４をマイクロ化学用に集積化した具体例を示す図である。なお、図１０では、流路５ｂ，５ｃ，５ｊ，５ｋ，５ｏ，５ｐ，５ｑの図示を省略している。本具体例では、基板１３としてガラス基板１３ａを用いている。このガラス基板１３ａは、マイクロ化学用の微小ガラス基板である。このガラス基板１３ａは、例えば、レーザー光の照射を用いるレーザー加工によって形成された各構成要素を集積化している。レーザー光によって照射されたガラス基板１３ａの箇所は、分子の化学結合が切断され、ガラス基板１３ａから刳り貫かれるような形で孔が形成されている。なお、刳り貫かれるような形で孔が形成されているので、前述した保持部材４はここでは必要なく、ガラス板７ａ，７ｂとスペーサー８ａ，８ｂとで囲まれる空間が存在しておれば良い。この空間を保持空間４ａとする。保持空間４ａは、前述した保持部材４内の空間と同様の機能を有している。また、前述した保持部材４は帯電していなければならないので、ガラス基板１３ａ全体が帯電していることとなる。
【００６４】
以上より、光学素子２４ａは、マイクロ化学用の微小ガラス基板であるガラス基板１３ａ内に各構成要素を形成しているため、コンパクトであり、かつ、外的要因から影響されにくく、さらには、マイクロ化学用にも使用可能である。
【００６５】
図１１は本実施形態に係る光学素子２の第五変形例の構成を示す図である。図１１に示される光学素子２５は、ポンプ３、保持部材４、第一の液溜め６ａ、第二の液溜め６ｂ、調整器９、ろ過器１０及び温度制御器１２を備えている。また、これらは流路５ｂ，５ｃ，５ｊ，５ｋ，５ｏ，５ｐ，５ｑで接続されており、さらに光学素子２５は、保持部材４内のゾル状物質１（流動性ホトニック結晶）の温度の測定が可能な温度センサ１１を備えている。また、図１１に示される光学素子２５は、照射される光のうち一部を反射し残部を透過する光分岐鏡１４ａ，１４ｂと光の波長や強度等を測定する光検出器１５ａ，１５ｂとを備えている。
【００６６】
次に前述していない構成要素についてのみ説明する。光分岐鏡１４ａは、保持部材４に入射する光のうち一部を反射し残部を透過するハーフミラー等である。同様に光分岐鏡１４ｂは、保持部材４を透過した光のうち一部を反射し残部を透過するハーフミラー等である。
【００６７】
光検出器１５ａは、光分岐鏡１４ａにより反射された光を受光し、その反射された光の波長や強度等を測定する。同様に光検出器１５ｂは、光分岐鏡１４ｂにより反射された光を受光し、その反射された光の波長や強度等を測定する。
【００６８】
この光検出器１５ａ，１５ｂで測定することで得られた測定結果は、データ化されて、図示していない装置に供給される。例えば、測定結果を表示する表示装置や、データ解析と調整器９や温度調整器１２の制御とを行う解析制御装置である。なお、表示装置等に測定結果のデータが供給される場合は、装置の使用者等が表示装置の表示内容に従って手動で調整器９や温度調整器１２の調整内容を調整する。解析制御装置等に測定結果のデータが供給される場合は、解析制御装置が、データを解析して、その解析された結果に基づいて調整器９や温度調整器１２の調整内容を自動調整する。
【００６９】
以上により、光学素子２５は、各光分岐鏡１４ａ，１４ｂにより入射光及び透過光を反射し、反射された光を各光検出器１５ａ，１５ｂで測定し、その測定結果を用いて調整器９及び温度制御器１２の自動制御や手動による制御を可能としている。
【００７０】
また、上記した光学素子２，２１，２２，２３，２４，２５は、レーザー核融合装置、レーザー光による加工装置、レーザー発振装置など各種の光学装置に利用しても良い。
【００７１】
図１２は本実施形態に係る光学素子２を適用したレーザー核融合装置１７の構成を示す図である。図１２に示されるレーザー核融合装置１７は、前述した光学素子２と、レーザー発振装置１８と、容器１９と、燃料ペレット２０とからなる。なお、図１２では、上記構成要素しか図示していないが、レーザー核融合装置１７は、この他に熱交換器や発電機などを備えている。また、図１２に示される光学素子２は、それぞれ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄとする。
【００７２】
レーザー発振装置１８は、レーザー光を発振する。このレーザー発振装置１８から発振されたレーザー光は、ある一点で集光する。この集光する点には、燃料ペレット２０が設置される。燃料ペレット２０は、重水素と３重水素とが低極温で固化されたものなどである。この燃料ペレット２０は、レーザー光が照射されることにより、核燃焼をおこすプラズマ球となる。また、この燃料ペレット２０は、容器１９で覆われている。図示しないが、容器１９の内側には、燃料ペレット２０を取り囲む壁が設けられており、燃料ペレット２０を取り囲む壁の外側であり容器１９の内側である空間を液体金属が流れている。
【００７３】
液体金属は、燃料ペレットで発生する熱を奪い取り、図示しない熱交換器に流れ込む。熱交換器は、液体金属の熱を奪い取る。また、熱交換器は、発電機に接続されており、この発電機が発電を行う。
【００７４】
光学素子２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄは、レーザー光を集光させる。図１２に示されるように、光学素子２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄは、レーザー光の経路上に設置される。この光学素子２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄは、ゾル状物質１が保持部材４内でホトニック結晶と同等の特性を持ち、ホトニック結晶を用いた光学素子２と同等の構成を有する。
【００７５】
このように、レーザー核融合装置１７は、光学素子２の流動性ホトニック結晶が光学的ダメージを受けても、光学素子２を取り替えることなく再利用することが可能である。
【００７６】
また、レーザー光による加工装置、レーザー発振装置などの他の光学装置も同様に、光学素子２が光（レーザー光）の経路上に設置されており、流動性ホトニック結晶が光学的ダメージを受けても、光学素子２を取り替える必要がなく再利用することが可能である。
【００７７】
また、前述の光学装置では、光学素子２を用いたが、前述の他の変形例で説明した光学素子２１，２２，２３，２４，２５を用いても良い。
【００７８】
【発明の効果】
本発明の光学素子及びその光学素子を用いた光学装置は、集光された高強度光源からの光が照射されて、光学的ダメージが与えられても、再利用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係るゾル状物質１の構成を示す図である。
【図２】本実施形態に係るゾル状物質１を用いた光学素子２の構成を示す図である。
【図３】本実施形態に係る光学素子２の保持部材４の詳細な構成を示す図である。
【図４】本実施形態に係る流動性ホトニック結晶を作成した実験例の構成を示す図である。
【図５】本実施形態に係る光学素子２の変形例の構成を示す図である。
【図６】本実施形態に係る光学素子２１の調整器９の構成を示す図である。
【図７】本実施形態に係る光学素子２の第二変形例の構成を示す図である。
【図８】本実施形態に係る光学素子２の第三変形例の構成を示す図である。
【図９】本実施形態に係る光学素子２の第四変形例の構成を示す図である。
【図１０】本実施形態に係る光学素子２４をマイクロ化学用に集積化した具体例の構成を示す図である。
【図１１】本実施形態に係る光学素子２の第五変形例の構成を示す図である。
【図１２】本実施形態に係る光学素子２を適用したレーザー核融合装置１７の構成を示す図である。
【符号の説明】
１…ゾル状物質、１ａ…微小粒子、１ｂ…流動性溶液、２，２１，２２，２３，２４，２５…光学素子、３…ポンプ、４…保持部材、５ａ〜５ｑ…流路、７…ガラス板、９…調整器、１１…温度センサ、１２…温度調整器、１３…基板、１３ａ…ガラス基板、１４ａ，１４ｂ…光分岐鏡、１５ａ，１５ｂ…光検出器、９１…溶液屈折率調整器、９２…微小粒子電荷量調整器、９３…イオン濃度調整器、９４…粒径調整器。
【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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