成果報告書詳細
管理番号20100000002420
タイトル平成18年度-平成21年度成果報告書 次世代光波制御材料・素子化技術
公開日2011/1/25
報告書年度2006 - 2009
委託先名パナソニック株式会社 コニカミノルタオプト株式会社 日本山村硝子株式会社 五鈴精工硝子株式会社
プロジェクト番号P06032
部署名ナノテクノロジー・材料技術開発部
和文要約波長レベルもしくはそれ以下の周期をもつ微細な周期構造は、回折、偏光分離、反射防止等の特異な性質を有しており、このような周期構造を有する光学部材は、次世代光学部材として期待されている。そこで、このような周期構造をガラス表面に形成した次世代光波制御素子を製造するための基盤技術の開発を行った。具体的には、広い透過波長域、高屈折率、低屈伏点等の特性を兼ね備え、かつ、モールドによる成型に適した新規ガラス材料を開発するとともに、高温域でのガラスへの微細構造の形成が可能な耐熱モールドの形成技術を開発、及び耐熱モールドを用いた精密成型技術の開発を行った。ビスマスリン酸塩系ガラス及びビスマス硼酸塩系ガラスの開発を行った。ビスマスリン酸塩系ガラスでは、屈折率1.79、屈伏点約440℃、内部透過率83%のガラスを開発した。ビスマス硼酸塩系ガラスでは屈折率1.81、屈伏点温度460℃、内部透過率80%以上のガラスを得た。ビスマスリン酸塩系ガラスでは2次元周期構造を、ビスマス硼酸塩系ガラスでは一次元周期構造の転写実験を行った結果、いずれも、周期構造の転写が可能であった。回折・屈折光学素子のために、分散を制御したニオブリン酸塩系ガラスの開発も行った。モールド上に微細周期構造を形成するために、電子線描画によりモールド上にレジストパターンを描画する方法を検討した。周期200-300nmの一次元周期構造のレジストパターン、周期約250-300nmの二次元周期構造のレジストパターンをSiCモールド上に電子線描画法で作製した。特に、二次元周期構造においては、大面積化のための高速描画の方法を開発するとともに、電子線描画装置を改造することにより曲面モールド上への描画を可能にした。これらのレジストパターンを用い、ドライエッチングを行い、微細構造を有するモールドを作製した。このモールドを用い、ガラスの成型実験を行った。成型実験においては、片面成型及び両面成型を検討した。その結果、周期300nmの一次元周期構造をガラスの両面に成型することに成功し、このガラスは波長400nm付近において位相差0.23λを発現した。周期300nmの二次元周期構造を直径50mmのガラス平面上に成型することに成功し、このガラスにおいて反射率0.2%を達成した。このような反射防止構造を球面レンズ上へ形成することにも成功した。また、超精密機械加工により耐熱モールド上に鋸歯構造を作製する技術を開発し、このモールドをもちいて分散制御したガラスを成型し、その後樹脂を塗布することによりガラス樹脂ハイブリッド回折素子を作製することができた。
英文要約Title:Next-generation Nanostructured Photonic Device and Process Technology (FY2006-FY2009) Final Report
Periodic structures with periods near or less than the wavelength of light show some peculiar functions such as anti-reflection, polarization separation and diffraction. Optical elements having such fine structures are promising candidates of the next generation optical elements. We have developed the fundamental technologies to fabricate such fine structures on glass surfaces. More specifically, we have conducted the development of new glasses for precision molding which have high transmittance in wide wavelength region, high refractive index, low deformation temperature and formability of fine structure, the development of fabrication technologies of fine structures on heat resistant molds and the development of precision molding technologies. Formation and properties of bismuth phosphate and bismuth borate glasses have been studied for the precision molding. In the bismuth phosphate systems, the glass with a refractive index of 1.79, a deformation temperature of about 440oC and an internal transmittance of 83% have been developed. In the bismuth borate systems, the glass with a refractive index of 1.82, a deformation temperature of 460oC and an internal transmittance more than 80% have been developed. It was possible to fabricate one- or two-dimensional periodic structure on these glasses by the precision molding. In addition, niobium phosphate glasses with controlled dispersion have been developed for diffractive refractive optical elements. Periodic fine structures were formed on molds by electron beam lithography and dry etching techniques. Resist patterns of one-dimensional periodic structures with periods from 200 to 300 nm and two-dimensional periodic structures with periods from 250 to 300nm have been formed on molds by the electron beam lithography. In particular, a fast drawing technique has been developed for the large area fabrication of two-dimensional periodic structures. A drawing technique on curved surface has been developed by modifying a sample stage of the electron beam drawing machine. Molding experiments have been conducted to fabricate periodic structures on single and double sides of glasses, using the developed mold with the periodic structures. A one-dimensional periodic structure with a period of 300nm has been successfully fabricated on the double sides of a glass, which had a birefringence of 0.23 at 400nm wavelength. A two-dimensional periodic structure with a period of 300nm has been formed on an area of 50 mm diameter, which showed a reflectance of 0.2%. It was possible to fabricate such an anti-reflection structure on a spherical lens. In addition, glass/resin hybrid diffractive optical elements has been produced by molding the glass using a heat resistant mold on which saw-tooth structures was fabricated by ultra-precise machining and by coating a resin on it.
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