JP2007108190A - Photonic crystal and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
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。
The present invention relates to a method for producing a photonic crystal used in an optical device such as an optical branching unit for optical communication or a WDM transceiver module.
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。
A production method using a single-period structure mold for producing a single-period structure which is a conventional photonic crystal will be described.
Specifically, an uneven pattern is formed by pressing the substrate surface with a mold. Next, by anodizing the substrate having the uneven pattern in oxalic acid, the substrate becomes a metal oxide thin film having a periodic nanohole structure. In this way, a basic lattice of a photonic crystal is manufactured, and a groove that becomes a waveguide structure is formed by irradiating the metal oxide thin film with an ion beam, thereby manufacturing an optical waveguide using the photonic crystal. There is.
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。
However, these production methods have a problem that production takes time and labor, and the cost and labor for obtaining a three-dimensional photonic crystal are extremely large.
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。
In view of the above problems, an object of the present invention is to easily obtain an optical element using a three-dimensional photonic crystal.
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。
The present invention has been made to solve the above problems.
A first invention is a photonic crystal characterized in that a plurality of cuts are provided at predetermined intervals in a hollow optical fiber in which hollow holes are regularly arranged.
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。
A second invention is the photonic crystal according to the first invention, wherein the shape of the regularly arranged hollow holes is a square or a hexagon.
According to a third invention, in the photonic crystal of the first or second invention, when the interval between adjacent hollow holes in the cross section of the hollow optical fiber is a, the period interval of the cuts is a / The photonic crystal is 2 to 2 × a.
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。 According to a fourth invention, in the photonic crystal according to any one of the first to third inventions, when the interval between adjacent hollow holes in the cross section of the hollow optical fiber is a, the width of the region to be cut is a It is a photonic crystal characterized by being / 4 to a.
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。 According to a fifth invention, in the photonic crystal according to any one of the first to fourth inventions, the width of the region to be cut when a diameter of a hollow hole or a length of one side in a cross section of the hollow optical fiber is d. Is a photonic crystal characterized by d / 2 to 2 × d.
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。
A sixth invention is the photonic crystal according to any one of the first to fifth inventions, wherein the refractive index of the material constituting the hollow optical fiber is n, the width of the cut region is b, and the region remaining after the cut The photonic crystal is characterized in that the value of b is n × c / 2 to 2 × n × c, where c is the width of.
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。 According to a seventh invention, in the photonic crystal of any one of the first to sixth inventions, the hollow hole and the cut region are filled with a material having a refractive index different from that of the material constituting the hollow optical fiber. It is a photonic crystal characterized by this.
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。
An eighth invention is the photonic crystal according to the seventh invention, wherein the materials having different refractive indexes are liquid materials.
A ninth invention is the photonic crystal according to the eighth invention, wherein the liquid material is a material which is cured by heating or irradiation with light.
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。
A tenth invention is the photonic crystal according to any one of the seventh to ninth inventions, wherein a refractive index of a material constituting the hollow optical fiber is n1, a refractive index of a material used for the embedding is n2, and the hollow optical fiber is used. When the width of the region to be cut is b and the width of the region remaining after the cut is c, the value of b is changed from (n1 × c) / (2 × n2) to (2 × n1 × c).
) / N2.
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。 An eleventh aspect of the present invention is the photonic crystal according to any one of the first to sixth aspects, wherein a part of the hollow hole of the hollow optical fiber is made of a material having a refractive index equal to the refractive index of the material constituting the hollow optical fiber. It is a photonic crystal characterized by being embedded.
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。
A twelfth invention is a photonic crystal according to any one of the first to eleventh inventions, wherein the hollow optical fiber has a polygonal outer periphery in cross section.
A thirteenth aspect of the present invention is the photonic crystal according to the twelfth aspect of the present invention, wherein the outer periphery of the cross section of the hollow optical fiber is a quadrangle or a hexagon.
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。
A fourteenth invention is an optical element comprising the photonic crystal of any one of the first to thirteenth inventions.
A fifteenth invention is an optical fiber characterized in that the optical element having the photonic crystal of the fourteenth invention is provided on the end face of the hollow optical fiber.
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。 According to a sixteenth aspect of the present invention, in producing the photonic crystal according to any one of the first to fifteenth aspects, a step of applying a resist to a side surface of the hollow optical fiber, and a remaining on the side surface of the hollow optical fiber by an exposure device A method for producing a photonic crystal, comprising: a step of baking and developing a pattern of a region; and a step of etching a region into which a hollow optical fiber having a resist pattern formed on the side surface is cut by ion etching or ion milling. It is.
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。 In a seventeenth aspect of the present invention, in producing the photonic crystal according to any one of the first to fifteenth aspects, a step of cutting a side surface of the hollow optical fiber to form a flat surface, and applying a resist to the cut side surface of the hollow optical fiber A step of baking and developing a pattern of a region remaining on the side surface of the hollow optical fiber by an exposure apparatus; and a region of the hollow optical fiber having a resist pattern formed on the side surface is etched by ion etching or ion milling. This is a method for producing a photonic crystal, characterized by being produced by steps.
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。
According to an eighteenth aspect of the present invention, in producing the photonic crystal according to any one of the first to fifteenth aspects, the side surface of the hollow optical fiber is irradiated with a focused ion beam narrowed to a desired size to produce a cut. Is a method of manufacturing a photonic crystal characterized in that it is manufactured by periodically repeating the above.
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。
According to a nineteenth aspect of the present invention, there is provided a photonic crystal characterized in that a plurality of holes are provided at a predetermined periodic interval from a side surface of a hollow optical fiber in which hollow holes are regularly arranged.
According to a twentieth aspect of the present invention, in the photonic crystal according to the nineteenth aspect of the present invention, the unit cell periodically formed by the hollow holes adjacent to the shortest in the cross section of the hollow optical fiber is a triangle or a quadrangle. It is a nick crystal.
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。 A twenty-first aspect of the present invention is the photonic crystal according to any one of the nineteenth and twentieth aspects, wherein the hollow holes regularly arranged in the hollow optical fiber have a square or hexagonal shape. It is a crystal.
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。 According to a twenty-second invention, in the photonic crystal according to any one of the nineteenth to twenty-first inventions, when the interval between adjacent hollow holes in the cross section of the hollow optical fiber is a, the period in which the holes are formed is It is a photonic crystal characterized by a / 2 to 2 × a.
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。 According to a twenty-third aspect, in the photonic crystal according to any one of the nineteenth to twenty-second aspects, when the interval between adjacent hollow holes in the cross section of the hollow optical fiber is a, the width in which the holes are formed is The photonic crystal is a / 4 to a.
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。
A twenty-fourth aspect of the present invention is the photonic crystal according to any one of the nineteenth to twenty-third aspects, wherein the diameter of the hole formed when the diameter of the hollow hole or the length of one side in the cross section of the hollow optical fiber is d. Alternatively, the photonic crystal is characterized in that the length of one side is d / 2 to 2 × d.
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。
A twenty-fifth aspect of the present invention is the photonic crystal according to any one of the nineteenth to twenty-fourth aspects, wherein n is a refractive index of a material constituting the hollow optical fiber, and b is a width or diameter of a region where holes are formed. When the width of the region remaining after the formation of the holes is c, the value of b is n × c /
The photonic crystal is 2 to 2 × n × c.
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。 According to a twenty-sixth aspect of the present invention, in the photonic crystal according to any one of the nineteenth to twenty-fifth aspects, the region in which the hollow hole and the hole are formed is filled with a material having a refractive index different from that of the material constituting the hollow optical fiber. This is a photonic crystal characterized by that.
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。
A twenty-seventh aspect of the present invention is the photonic crystal according to the twenty-sixth aspect of the present invention, wherein the material having a different refractive index is a liquid material.
A twenty-eighth aspect of the present invention is the photonic crystal according to the twenty-seventh aspect, wherein the liquid material is a material that is cured by heating or irradiation with light.
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。
A twenty-ninth aspect of the present invention is the photonic crystal according to any of the twenty-sixth to twenty-eighth aspects, wherein the refractive index of the material constituting the hollow optical fiber is n1, the refractive index of the material used for embedding is n2, and the hollow optical fiber Where b is the diameter or width of the holes formed in, and c is the width of the region remaining after the hole formation, the value of b is from (n1 × c) / (2 × n2) to (2 × It is a photonic crystal characterized by n1 × c) / n2.
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。
A thirtieth aspect of the present invention is the photonic crystal according to any one of the nineteenth to twenty-fifth aspects, wherein a part of the hollow hole of the hollow optical fiber is made of a material having the same refractive index as that of the material constituting the hollow optical fiber. It is a photonic crystal characterized by being embedded.
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。 A thirty-first invention is the photonic crystal according to any one of the nineteenth to thirtieth inventions, wherein an outer periphery of a cross section of the hollow optical fiber is a polygon.
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。
A thirty-second invention is the photonic crystal according to the thirty-first invention, wherein the outer periphery of the cross section of the hollow optical fiber is a quadrangle or a hexagon.
A thirty-third invention is a photonic crystal according to any one of the nineteenth to thirty-second inventions, wherein a position of a hole to be formed intersects with the hollow hole.
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。 A thirty-fourth aspect of the present invention is the photonic crystal according to any one of the nineteenth to thirty-third aspects, wherein the unit cell that is periodically formed by a hollow hole adjacent to the shortest in the cross section of the hollow optical fiber is square and formed. The photonic crystal is characterized in that holes are provided perpendicular to the hollow holes.
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。 A thirty-fifth aspect of the present invention is the photonic crystal according to the thirty-fourth aspect of the present invention, wherein holes are further provided so as to be perpendicular to the hollow hole of the hollow optical fiber and the formed hole, respectively. It is a nick crystal.
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。
A thirty-sixth aspect of the invention is an optical element comprising the photonic crystal according to any of the nineteenth to thirty-fifth aspects of the invention.
A thirty-seventh invention is an optical fiber characterized in that an optical element having the photonic crystal of the thirty-fifth invention is provided on an end face of a hollow optical fiber.
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。 In a thirty-eighth aspect of the invention, in producing the photonic crystal of any of the nineteenth to thirty-seventh aspects, a resist is applied to the side surface of the hollow optical fiber, and a hole is formed in the side surface of the hollow optical fiber by an exposure device. A method for producing a photonic crystal, comprising: a step of baking and developing a pattern of a region not to be developed; and a step of etching a hollow optical fiber having a resist pattern formed on the side surface by ion etching or ion milling. is there.
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。 In a thirty-ninth aspect of the invention, in the production of the photonic crystal according to any of the nineteenth to thirty-seventh aspects, a step of cutting the side surface of the hollow optical fiber to form a flat surface, and applying a resist to the side surface of the hollow optical fiber that has been cut A step of baking and developing a pattern in a region where no hole is formed on the side surface of the hollow optical fiber by an exposure apparatus; a step of etching the hollow optical fiber having a resist pattern formed on the side surface by ion etching or ion milling; This is a method for producing a photonic crystal characterized by being produced by
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。
In a fortyth aspect of the present invention, when producing the photonic crystal according to any of the nineteenth to thirty-seventh aspects, a side surface of the hollow optical fiber is irradiated with a focused ion beam focused to a desired size to provide a hole. This is a method for producing a photonic crystal, which is produced by repeating steps.
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。
According to the present invention, there is an effect that a three-dimensional photonic crystal that has been extremely difficult to manufacture can be easily manufactured.
In addition, by providing the three-dimensional photonic crystal on the end face of the optical fiber, the conventional technique of connecting the spectroscopic element to the emission surface of the optical fiber for spectroscopic analysis can integrate the optical fiber and the three-dimensional photonic crystal. It is easy to use with a simple structure and can be easily manufactured.
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。 In this embodiment, a method for manufacturing a three-dimensional photonic crystal by photolithography will be described.
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。 In this embodiment, a so-called photonic crystal fiber having hollow holes 2 regularly formed therein is used as shown in FIG. 1A is a perspective view of a photonic crystal fiber, FIG. 1B is a cross-sectional view of the photonic crystal fiber, and FIG. 1C is a side view of the photonic crystal fiber. The photonic crystal fiber has four adjacent holes that are adjacent to each other in the shortest cross section, and forms a square when the apexes are connected. The pitch of the hollow holes 2 is 3.5 μm, the diameter of the hollow holes 2 is 2 μm, and the two holes are regularly arranged.
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。 A part of the side surface of the hollow optical fiber 1 is scraped to form a flat surface. The shaved photonic crystal fiber is shown in FIG. FIG. 2A is a perspective view of a photonic crystal fiber with a part of its side cut off, FIG. 2B is a cross-sectional view, and FIG. 2C is a side view. A resist is applied on the formed plane.
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。 A desired pattern is printed on the photonic crystal fiber coated with resist by an exposure apparatus. By performing development thereafter, the photonic crystal fiber is formed with a resist layer 3 having a width of 1.5 μm and a resist layer 3 having a width of 2 μm as shown in FIG. A periodic pattern is formed.
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。
Thereafter, dry etching of the photonic crystal fiber on which the resist pattern is formed is performed. Dry etching is performed by reactive ion etching (RIE). Specifically, after the photonic crystal fiber on which the photoresist pattern is formed is installed in a vacuum chamber so as to support the side surfaces from both sides, the chamber is evacuated by a vacuum pump. The pressure inside the chamber at this time is 1 × 10 −3 Pa or less. Thereafter, CF 4 is introduced into the chamber, and an electric field is applied to the cathode to generate plasma. In the plasma, CF 4 is separated, fluorine and the like are generated, and a region where the resist layer 3 of the photonic crystal fiber is not formed is etched by the separated particles. The pressure inside the chamber at this time is about 1 Pa. Note that the region where the photoresist pattern is formed and the portion that supports the side surfaces of the photonic crystal fiber from both sides are not exposed to plasma and are not etched. By this process, a three-dimensional photonic crystal can be created.
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。
The three-dimensional photonic crystal obtained by this process is shown in FIG. FIG. 4A is a cross-sectional view of the obtained three-dimensional photonic crystal, and FIG. 4B is a side view. This is a three-dimensional photonic crystal having a period of 3.5 μm, in which the glass part having a refractive index of 1.4 constituting the photonic crystal fiber is 1.5 μm and the hollow part 4 having a refractive index of 1 is 2 μm. It can be used for an element.
The photonic crystal thus obtained can be used by immersing it in a liquid such as oil having a high refractive index. In this case, unlike the case of air, the space portion needs to be narrowed in consideration of the refractive index.
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。
Moreover, even if it has a high refractive index, inconvenience may occur in the case of using it. In such a case, a high refractive index ultraviolet curable material is used, and after being immersed in this, it is hardened by irradiating with ultraviolet rays. This makes it easier to use.
Incidentally, by forming this three-dimensional photonic crystal on the end face of the photonic crystal fiber, it becomes possible to perform spectroscopy on the end face of the photonic crystal fiber.
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。
In addition, the hollow two portions of the photonic crystal fiber are embedded with a material having the same refractive index as the material constituting the fiber, and the three-dimensional photonic crystal can be used by leaving the portion to be used as an optical waveguide. .
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。
In this embodiment, a method for manufacturing a three-dimensional photonic crystal by lithography will be described.
In this embodiment, a photonic crystal fiber shown in FIG. 1 in which hollow holes 2 are regularly formed is used. The photonic crystal fiber has four adjacent holes that are adjacent to each other in the shortest cross section, and forms a square when the apexes are connected. The pitch of the hollow holes 2 is 3.5 μm, the diameter of the hollow holes 2 is 2 μm, and the two holes are regularly arranged.
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。
As shown in FIG. 6 (a), the hollow optical fiber 1 is processed and formed so that the side surface is cut off and the outer shape of the cross section becomes a square.
The resist is applied to all the surfaces of the side surfaces of the photonic crystal fiber whose side surfaces have been removed in this way. A desired pattern is printed on one surface of the photonic crystal fiber coated with resist by an exposure apparatus.
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。 Thereafter, development is performed to form a resist pattern having a region in which a 2 μm square resist layer is not formed at a period of 3.5 μm in length and width on the side surface of the photonic crystal fiber. The region where the resist layer is not formed is aligned so as to penetrate through the two hollow portions of the photonic crystal fiber.
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。
Thereafter, dry etching of the photonic crystal fiber on which the resist pattern is formed is performed. Dry etching is performed by reactive ion etching (RIE). Specifically, after a photonic crystal fiber on which a photoresist pattern is formed is placed in a vacuum chamber, the chamber is evacuated by a vacuum pump. The pressure inside the chamber at this time is 1 × 10 −3 Pa or less. Thereafter, CF 4 is introduced into the chamber, and an electric field is applied to the cathode to generate plasma. In the plasma, CF 4 is separated to generate a fluorine component, and the region where no resist pattern is formed is etched by the generated particles. The pressure inside the chamber at this time is about 1 Pa. By this etching, holes 5 are provided so that the two hollow portions of the photonic crystal fiber penetrate.
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。
Note that the region where the photoresist pattern is formed is not exposed to plasma and is not etched. After that, the photoresist is removed as shown in FIG.
Shown in b).
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。
Thereafter, the photoresist is again applied to the entire side surface of the photonic crystal fiber provided with the holes 5 from the cross section. A pattern similar to the previous pattern is baked on the surface where the holes 5 are not provided (the upper surface in FIG. 6C) by applying this photoresist. In this case as well, the resist pattern is baked so as to be etched through the two hollow portions and the holes 5 of the photonic crystal fiber.
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。
Thereafter, development is performed to form a pattern having a region in which a 2 μm square resist layer is not formed with a period of 3.5 μm in length and width on the side surface of the photonic crystal fiber.
This surface is similarly etched by reactive ion etching to provide holes 6. Etching is performed until the holes 6 penetrate the opposite surface. The three-dimensional photonic crystal thus completed is shown in FIG.
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。
When etching the photonic crystal fiber, the holes 6 are provided so as to penetrate through the two hollow portions, so that the amount to be etched is relatively small.
By this process, a three-dimensional photonic crystal is formed so as to intersect two hollow portions of the photonic crystal fiber.
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。
The three-dimensional photonic crystal obtained by this process is a three-dimensional 3.5 μm period in which the glass part of refractive index 1.4 constituting the photonic crystal fiber is 1.5 μm and the space where the refractive index is 1 is 2 μm. It is a photonic crystal and can be used for various optical elements.
It is also possible to immerse the photonic crystal thus obtained in a liquid such as oil having a high refractive index. In this case, unlike the case of air, the space portion needs to be narrowed by considering the refractive index.
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。
In addition, even if the refractive index is high, there may be a problem with the liquid in use. In such a case, an ultraviolet curable material having a high refractive index is used, soaked in this, and then irradiated with ultraviolet rays. It becomes easy to use by hardening.
Incidentally, by forming this three-dimensional photonic crystal on the end face of the photonic crystal fiber, it becomes possible to perform spectroscopy on the end face of the photonic crystal fiber.
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。
In addition, it is possible to use the remaining portion of the photonic fiber as a base by cutting away a part of the side surface of the photonic fiber. FIG. 5 shows a conceptual diagram of the structure in this case. FIG. 5A is a cross-sectional view, and FIG. 5B shows a side view. At this time, this portion does not need to be dry etched until it penetrates.
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。
In this embodiment, a method for manufacturing a three-dimensional photonic crystal using a focused ion beam processing apparatus will be described.
In this embodiment, an optical fiber called a photonic crystal fiber as shown in FIG. 1 in which hollow holes 2 are regularly formed is used. The photonic crystal fiber has four adjacent holes that are adjacent to each other in the shortest cross section, and forms a square when the apexes are connected. The pitch of the hollow holes 2 is 3.5 μm, the diameter of the hollow holes 2 is 2 μm, and the two holes are regularly arranged.
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。 A focused ion beam is irradiated from the side in a vertical direction so that the hollow hole 2 portion of the photonic crystal fiber penetrates. Holes 5 are provided from the side surface of the photonic crystal fiber portion by the focused ion beam.
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。 Specifically, the apparatus for providing the holes 5 in the photonic crystal fiber is a focused ion beam processing apparatus provided with an ECR ion source inside a vacuum chamber, and oxygen ions or gallium ions are generated from the generated ion source. It is generated and etching is performed with these ions.
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。 A photonic crystal fiber is installed inside the chamber of the focused ion beam processing apparatus, and the surface to be processed is set facing the ion source. Thereafter, the inside of the chamber is evacuated to a pressure of 1 × 10 −3 Pa or less by a vacuum pump.
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。 After that, alignment is performed so that the adjacent hollow holes 2 of the photonic crystal fiber are connected from the side surface by the irradiated ion beam, and then the ion beam is irradiated to form a 2 μm square hole 5.
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。 Similarly, the process of providing the holes 5 by this focused ion beam is performed two-dimensionally in a vertical and horizontal direction so as to penetrate through the two hollow portions of the photonic crystal fiber at a period of 3.5 microns, as shown in FIG. A structure is formed.
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。 Thereafter, the photonic crystal fiber is further irradiated with a focused ion beam on the side surface where the holes 5 are not provided to open the holes 6. At this time, the focused ion beam is irradiated so as to be perpendicular to the hollow two portions of the photonic crystal fiber and the holes 5 provided earlier.
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。
By repeating this process, a three-dimensional hole is provided as shown in FIG. 6D, and a three-dimensional photonic crystal is formed.
This three-dimensional photonic crystal has a refractive index of 1.4 that constitutes a photonic crystal fiber, and a refractive index of 1 for hollow and hole portions, and can be used for various optical elements.
It is also possible to immerse the photonic crystal thus obtained in a liquid such as oil having a high refractive index. In this case, unlike the case of air, the spatial region needs to be narrowed by considering the refractive index.
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。 Also, liquids such as oil with a high refractive index may cause inconvenience in use. In such a case, after immersion in an ultraviolet curable material with a high refractive index, it can be used by irradiating it with ultraviolet rays and solidifying it. It becomes easy.
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。
Incidentally, by forming this three-dimensional photonic crystal on the end face of the photonic crystal fiber, it is possible to perform spectroscopy on the end face of the photonic crystal fiber.
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
1 Hollow optical fiber 2 Hollow hole (hollow)
3 resist layer 4 hole 5 hole 6 hole
Claims (40)
A photonic crystal characterized in that a plurality of cuts are provided at predetermined intervals in a hollow optical fiber in which hollow holes are regularly arranged.
2. The photonic crystal according to claim 1, wherein the shape of the regularly arranged hollow holes is a square or a hexagon.
3. The photonic crystal according to claim 1, wherein when the interval between adjacent hollow holes in the cross section of the hollow optical fiber is a, the incision period interval is a / 2 to 2 × a. A photonic crystal characterized by
4. The photonic crystal according to claim 1, wherein when the interval between adjacent hollow holes in the cross-section of the hollow optical fiber is a, the width of the cut region is a / 4 to a. A photonic crystal characterized by
5. The photonic crystal according to claim 1, wherein a width of the cut region is d / when a diameter of a hollow hole or a length of one side in a cross section of the hollow optical fiber is d. A photonic crystal characterized by being 2 to 2 × d.
するフォトニック結晶。
6. The photonic crystal according to claim 1, wherein a refractive index of a material constituting the hollow optical fiber is n, a width of a region to be cut is b, and a width of a region remaining by the cutting is c. In this case, the photonic crystal is characterized in that the value of b is from n × c / 2 to 2 × n × c.
The photonic crystal according to any one of claims 1 to 6, wherein the hollow hole and the cut region are filled with a material having a refractive index different from that of the material constituting the hollow optical fiber. Photonic crystal.
8. The photonic crystal according to claim 7, wherein the materials having different refractive indexes are liquid materials.
9. The photonic crystal according to claim 8, wherein the liquid material is a material that is cured by heating or irradiation with light.
10. The photonic crystal according to claim 7, wherein a refractive index of a material constituting the hollow optical fiber is n1, a refractive index of a material used for the embedding is n2, and the hollow optical fiber is cut. The value of b is (n1 × c) / (2 × n2) to (2 × n1 × c) / n2 where b is the width of the region and c is the width of the region remaining after cutting. Photonic crystal characterized by
7. The photonic crystal according to claim 1, wherein a part of a hollow hole of the hollow optical fiber is embedded with a material having a refractive index equal to a refractive index of a material constituting the hollow optical fiber. A photonic crystal characterized by
12. The photonic crystal according to claim 1, wherein an outer periphery of a cross section of the hollow optical fiber is a polygon.
13. The photonic crystal according to claim 12, wherein an outer periphery of a cross section of the hollow optical fiber is a quadrangle or a hexagon.
An optical element comprising any one of the photonic crystals according to claim 1.
An optical fiber, wherein the optical element having the photonic crystal according to claim 14 is provided on an end face of a hollow optical fiber.
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。
In producing the photonic crystal according to any one of claims 1 to 15,
Applying a resist to a side surface of the hollow optical fiber;
A step of baking and developing a pattern of a region remaining by cutting on a side surface of the hollow optical fiber by an exposure device;
Etching a region into which a hollow optical fiber having a resist pattern formed on the side surface is cut by ion etching or ion milling;
A method for producing a photonic crystal, which is produced by the method described above.
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。
In producing the photonic crystal according to any one of claims 1 to 15,
Scraping a side surface of the hollow optical fiber to form a flat surface;
Applying a resist to the shaved side of the hollow optical fiber;
A step of baking and developing a pattern of a region remaining by cutting on a side surface of the hollow optical fiber by an exposure device;
Etching a region into which a hollow optical fiber having a resist pattern formed on the side surface is cut by ion etching or ion milling;
A method for producing a photonic crystal, which is produced by the method described above.
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。
In producing the photonic crystal according to any one of claims 1 to 15,
A method for producing a photonic crystal, which is produced by periodically repeating a step of producing a cut by irradiating a side surface of the hollow optical fiber with a focused ion beam narrowed to a desired size.
A photonic crystal characterized in that a plurality of holes are provided at predetermined intervals from the side surface of a hollow optical fiber in which hollow holes are regularly arranged.
20. The photonic crystal according to claim 19, wherein a unit cell periodically formed by a hollow hole adjacent to the shortest in a cross section of the hollow optical fiber is a triangle or a quadrangle.
21. The photonic crystal according to claim 19, wherein the shape of the hollow holes regularly arranged in the hollow optical fiber is a square or a hexagon.
The photonic crystal according to any one of claims 19 to 21, wherein a period in which the holes are formed is from a / 2, where a is a distance between adjacent hollow holes in a cross section of the hollow optical fiber. A photonic crystal characterized by being 2 × a.
23. The photonic crystal according to any one of claims 19 to 22, wherein when the interval between adjacent hollow holes in the cross section of the hollow optical fiber is a, the width in which the holes are formed is from a / 4. A photonic crystal, which is a.
。
24. The photonic crystal according to any one of claims 19 to 23, wherein a diameter of a hollow hole or a length of one side is defined as d when a diameter or a side length of a hollow hole in a cross section of the hollow optical fiber is d. Is a photonic crystal characterized by being d / 2 to 2 × d.
ｎ×ｃであることを特徴とするフォトニック結晶。
25. The photonic crystal according to any one of claims 19 to 24, wherein n is a refractive index of a material constituting the hollow optical fiber, b is a width or diameter of a region where a hole is formed, and When the width of the remaining region is c, the value of b is changed from n × c / 2 to 2 ×
A photonic crystal characterized by being n × c.
The photonic crystal according to any one of claims 19 to 25, wherein a region in which the hollow hole and the hole are formed is filled with a material having a refractive index different from a refractive index of a material constituting the hollow optical fiber. A photonic crystal.
27. The photonic crystal according to claim 26, wherein the material having a different refractive index is a liquid material.
28. The photonic crystal according to claim 27, wherein the liquid material is a material that is cured by heating or irradiation with light.
×ｃ）/ｎ２であることを特徴とするフォトニック結晶。
29. The photonic crystal according to any one of claims 26 to 28, wherein a refractive index of a material constituting the hollow optical fiber is n1, and a refractive index of a material used for the embedding is n2, and the hollow optical fiber is formed. When the diameter or width of the hole is b and the width of the region remaining after the hole formation is c, the value of b is changed from (n1 × c) / (2 × n2) to (2 × n1).
Xc) / n2.
26. The photonic crystal according to claim 19, wherein a part of a hollow hole of the hollow optical fiber is embedded with a material having a refractive index equal to a refractive index of a material constituting the hollow optical fiber. A photonic crystal characterized by
31. The photonic crystal according to claim 19, wherein an outer periphery of a cross section of the hollow optical fiber is a polygon.
32. The photonic crystal according to claim 31, wherein an outer periphery of a cross section of the hollow optical fiber is a quadrangle or a hexagon.
33. The photonic crystal according to any one of claims 19 to 32, wherein a position of a hole to be formed intersects with the hollow hole.
34. The photonic crystal according to any one of claims 19 to 33, wherein a unit cell periodically formed by a hollow hole adjacent to the shortest in a cross section of the hollow optical fiber is a quadrangle, and the formed void is the square A photonic crystal characterized by being provided perpendicular to the hollow hole.
35. The photonic crystal according to claim 34, wherein holes are further provided so as to be perpendicular to the hollow hole of the hollow optical fiber and the formed hole, respectively.
36. An optical element comprising the photonic crystal according to any one of claims 19 to 35.
36. An optical fiber, wherein the optical element having the photonic crystal according to claim 35 is provided on an end face of a hollow optical fiber.
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。
In producing the photonic crystal according to any one of claims 19 to 37, a step of applying a resist to a side surface of the hollow optical fiber;
A step of printing and developing a pattern of a region where no hole is formed on a side surface of the hollow optical fiber by an exposure device;
Etching the hollow optical fiber having a resist pattern formed on the side surface by ion etching and ion milling;
A method for producing a photonic crystal, which is produced by the method described above.
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。
In producing a photonic crystal according to any one of claims 19 to 37, a step of cutting a side surface of the hollow optical fiber to form a plane;
Applying a resist to the shaved side of the hollow optical fiber;
A step of printing and developing a pattern of a region where no hole is formed on a side surface of the hollow optical fiber by an exposure device;
Etching the hollow optical fiber having a resist pattern formed on the side surface by ion etching and ion milling;
A method for producing a photonic crystal, which is produced by the method described above.
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Family Cites Families (11)
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| US6227699B1 (en) * | 1999-12-20 | 2001-05-08 | Corning Incorporated | Spiral cut honeycomb body for fluid mixing |
| JP2001272566A (en) * | 2000-03-27 | 2001-10-05 | Minolta Co Ltd | Method for manufacturing photonic crystal |
| JP3587302B2 (en) * | 2000-06-21 | 2004-11-10 | 松下電器産業株式会社 | Photonic crystal fabrication method and optical device using photonic crystal |
| JP2002228868A (en) * | 2001-02-02 | 2002-08-14 | Mitsubishi Cable Ind Ltd | Manufacturing method of photonic crystal waveguide |
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9581762B2 (en) | 2012-09-16 | 2017-02-28 | Shalom Wertsberger | Pixel structure using a tapered core waveguide, image sensors and camera using same |
| US9823415B2 (en) | 2012-09-16 | 2017-11-21 | CRTRIX Technologies | Energy conversion cells using tapered waveguide spectral splitters |
| US9952388B2 (en) * | 2012-09-16 | 2018-04-24 | Shalom Wertsberger | Nano-scale continuous resonance trap refractor based splitter, combiner, and reflector |
| US11158950B2 (en) | 2012-09-16 | 2021-10-26 | Shalom Wertsberger | Continuous resonance trap refractor based antenna |
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