[發明專利]太赫茲波用光學元件和太赫茲波用光學元件的制造方法

在審

• 申請號: 202011472005.6
• 申請日: 2020-12-15
• 公開（公告）號: CN113009603A
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發明（設計）人: 林昌平;下村哲志;藤原弘康
• 申請（專利權）人: 浜松光子學株式會社
• 主分類號: G02B3/00
• 分類號: G02B3/00;G02B1/00
• 代理公司: 北京尚誠知識產權代理有限公司 11322
• 代理人: 楊琦;王昊

本發明的目的在于提供太赫茲波用光學元件和太赫茲波用光學元件的制造方法，太赫茲波用透鏡包括具有形成有使太赫茲波的相位變化的凹凸結構的表面的基片，凹凸結構具有周期性地配置的多個孔部，凹凸結構具有分別有多個孔部的多個區域，孔部的基片的厚度方向的高度和直徑按每個區域不同，厚度方向上的凹凸結構的外側端部位于同一平面上。

技術領域

本發明涉及太赫茲波用光學元件和太赫茲波用光學元件的制造方法。

背景技術

近年來，利用能夠進行安全且高精度的分析的太赫茲頻段的電磁波(太赫茲波)的技術受到矚目。為了利用太赫茲波，需要有用于對太赫茲波進行準直或聚光的聚光光學系統(透鏡等)。為了避免聚光光學系統的大型化，優選盡量使用小型的透鏡。在現有技術中，作為與普遍使用的球面鏡相比小型同時為能夠實現比較高的NA的透鏡，已知有在基片表面形成有細微的凹凸結構(電介質凹凸結構排列)的平板狀的平面透鏡(超透鏡)。

例如，在專利文獻1(日本專利第6356557號公報)中公開有如下技術方式：準備在Si基片上依次形成有由SiO₂構成的阻蝕層和由Si構成的硅層的SOI基片，在SOI基片的硅層的表面形成與凹凸結構圖案對應的掩模，通過蝕刻將未被掩模的硅層的部分除去，由此形成上述那樣的凹凸結構。此外，在專利文獻2(日本特開2007-57622號公報)中，公開有利用使用將激光干涉和激光加工組合的方法，在基片上形成調制空間結構的高度而得到的凹凸結構的技術方式。

發明內容

根據上述專利文獻1中記載的技術方式，蝕刻在阻蝕層露出的階段停止，因此能夠使凹凸結構的高度(即，蝕刻深度)均勻。但是，用作阻蝕層SiO₂具有吸收太赫茲區域的光的特性，因此對太赫茲波用的光學元件不適合。此外，在上述專利文獻2中記載的技術方式中，需要有高亮度的加工用激光和干涉用的掩模等，并且存在用于形成凹凸結構的工序復雜的問題。此外，由于凹凸結構的高度(最外面的位置)變得不整齊，還存在容易產生像差的問題。

本發明的一個方面的目的在于，提供能夠實現小型化且抑制像差的產生的太赫茲波用光學元件及其制造方法。

本發明的一個方面的太赫茲波用光學元件包括具有形成有使太赫茲波的相位變化的凹凸結構的表面的基片，凹凸結構具有由周期性地配置的凹部構成的多個凹凸結構部，凹凸結構具有分別配置有多個凹凸結構部的多個區域，凹凸結構部的基片的厚度方向的高度和與厚度方向正交的方向的寬度按每個區域不同，厚度方向上的凹凸結構的外側端部位于同一平面上。

在上述太赫茲波用光學元件，構成凹凸結構的凹凸結構部的高度和寬度按每個區域不同。由此，能夠對透射的太赫茲波賦予按每個區域不同的相位差。此外，通過使用在表面形成有凹凸結構的基片，與球面鏡等相比較能夠降低透鏡的厚度，因此能夠實現透鏡的小型化。進一步，通過使得厚度方向上的凹凸結構的外側端部的高度位置整齊，能夠抑制像差的產生。

也可以彼此相鄰的凹凸結構部的中心間的距離一定。根據上述結構，各凹凸結構部的配置間隔(周期)一定，凹凸結構部的配置設計變得容易。

也可以凹凸結構部的寬度越大，凹凸結構部的高度就越高。根據上述結構，能夠通過利用蝕刻中的微負載效應，容易地形成按每個區域凹凸結構部的高度和寬度不同的凹凸結構。

多個區域也可以由沿規定方向排列的第1區域～第N區域的N個(N為2以上的整數)區域構成，多個區域各自的有效折射率也可以隨著從第1區域向第N區域去而逐步變小。根據上述結構，能夠通過以隨著從第1區域向第N區域去而有效折射率逐步變小的方式排列多個區域，使太赫茲波用光學元件作為折射率分布型透鏡發揮作用。

也可以隨著從第1區域向第N區域去，屬于各區域的凹凸結構部的高度變高。根據上述結構，與僅使凹凸結構部的寬度按每個區域不同的情況相比較，能夠在區域間高效率地產生相位差。

多個區域也可以具有以使得彼此相鄰的區域間的相位差成為第1相位差的方式設定的第1相位差區域和以使得彼此相鄰的區域間的相位差成為比第1相位差小的第2相位差的方式設定的第2相位差區域。根據上述結構，與使區域間的相位差均等的情況相比較，能夠靈活地進行相位分布設計。