バンドパスフィルター
【課題】十分な透過特性を備え、偏光特性の無いバンドパスフィルターを提供することを課題とする。
【解決手段】一面側に入射した電磁波のうち特定の周波数の電磁波のみを他面側から出射、もしくは前記一面側に反射するバンドパスフィルターであって、基板３と、基板３の一面３ａを覆うマスク部４と、を有し、マスク部４には、基板３の一面を露出させる複数の開口部２が格子状に設けられ、開口部２に、開口部２の縁部から中心方向に向けて先細り形状とされた突出部が４つ以上備えられており、突出部の先端部の開き角度が３０°以下であり、先端部同士の最短の間隔ｄが０．１〜１０μｍであるバンドパスフィルター１０を用いることによって前記課題を解決できる。
【解決手段】一面側に入射した電磁波のうち特定の周波数の電磁波のみを他面側から出射、もしくは前記一面側に反射するバンドパスフィルターであって、基板３と、基板３の一面３ａを覆うマスク部４と、を有し、マスク部４には、基板３の一面を露出させる複数の開口部２が格子状に設けられ、開口部２に、開口部２の縁部から中心方向に向けて先細り形状とされた突出部が４つ以上備えられており、突出部の先端部の開き角度が３０°以下であり、先端部同士の最短の間隔ｄが０．１〜１０μｍであるバンドパスフィルター１０を用いることによって前記課題を解決できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バンドパスフィルターに関する。特に、テラヘルツ波のバンドパスフィルターに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、テラヘルツ技術はセキュリティシステム、封筒内の薬物識別、耐熱フォームの密着性評価などに用いられ、注目されている。従来、良質の信号源がなく、利用が難しかったが、近年、良質の信号源の利用が可能になったためである。
テラヘルツ波とは、０．１〜１００ＴＨｚの帯域の電磁波を指す。この帯域は、分子の振動や分子間相互作用に対応する帯域であり、従来得られなかった情報を得ることができると期待されている。
しかし、テラヘルツ波は、空気中の水蒸気により吸収されやすいという問題があった。そのため、大気中の実用的な利用は困難であった。
【０００３】
テラヘルツ波を大気中で利用するための一つの方法として、バンドパスフィルターを用いる方法がある。バンドパスフィルター（Ｂａｎｄ−ｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒ）とは、必要な範囲の周波数の電磁波のみを通し、他の周波数の電磁波を通さないフィルターであり、信号処理技術などで用いられている。
バンドパスフィルターを用いて、テラヘルツ波のうち水分の影響を受けない周波数成分を選ぶことができれば、大気中でもテラヘルツ波を各種検査や通信などへ利用できる。
しかし、テラヘルツ波のバンドパスフィルターで実用的なものはあまり報告されていない。
【０００４】
特許文献１は共振型テラヘルツ波または赤外フィルターに関するものであり、透過共振特性が貫通口の非対称的な形状により制御される高透過性の多重共振フィルターが開示されている。しかし、このバンドパスフィルターは透過特性が十分でないとともに、偏光特性が見られるなどの問題があった。
【０００５】
非特許文献１には、円形状の複数の穴が設けられた金属薄膜と誘電体基板とからなるバンドパスフィルターが記載されている。しかし、このバンドパスフィルターも、０．１〜３．０ＴＨｚの周波数領域の電磁波の透過率が９０％以下であり、透過特性が十分でなかった。
【０００６】
非特許文献２、３には、実用的な観点から、抵抗率の高い単結晶ＳｉやＴｓｕｒｕｐｉｃａ（製品名）のような板厚の厚い透過基板を用いることにより、金属フィルムに複数の穴を設けたメッシュなどに比べて、耐久性、取扱性を向上させたバンドパスフィルターが記載されている。しかし、これらのバンドパスフィルターも透過特性が十分でなかった。
【０００７】
非特許文献４には、２つの扇状の部分が連結された開口部を有するバンドパスフィルターが記載されている。しかし、このバンドパスフィルターも透過特性が十分でなく、また、偏光特性が見られるなどの問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−１９３２９８号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ａ．Ｋ．Ａｚａｄ ａｎｄ Ｗ．Ｚｈａｎｇ，Ｒｅｓｏｎａｎｔ ｔｅｒａｈｅｒｔｚ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｉｎ ｓｕｂｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｍｅｔａｌｌｉｃ ｈｏｌｅ ａｒｒａｙｓ ｏｆ ｓｕｂ−ｓｋｉｎ−ｄｅｐｔｈ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ，Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ．，３０，２９４５−２９４７（２００５）
【非特許文献２】Ｄ．Ｄｒａｇｏｍａｎ ａｎｄ Ｍ．Ｄｒａｇｏｍａｎ，Ｔｒａｈｅｒｔｚ ｆｉｅｌｄｓ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｐｒｏｇ．Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．，２８，１−６６（２００４）
【非特許文献３】Ｅ．Ｋａｔｏ，Ｋ．Ｓｕｉｚｕ，ａｎｄ Ｋ．Ｋａｗａｓｅ， Ｓｔｒｏｎｇ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｒａｈｅｒｔｚ Ｗａｖｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｌｏｗ−Ｐｏｒｏｓｉｔｙ Ｍｅｔａｌ Ａｒｒａｙ ｗｉｔｈ Ｂｏｗ−Ｔｉｅ−Ｓｈａｐｅｄ Ａｐｅｒｔｕｒｅｓ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｅｘｐｒｅｓｓ，２，１２２３０２−１−１２２３０２−３（２００９）
【非特許文献４】Ｋ．Ｉｓｈｉｈａｒａ，Ｋ．Ｏｈａｓｈｉ，Ｔ．Ｉｋａｒｉ，Ｈ．Ｍｉｎａｍｉｄｅ，Ｈ． Ｙｏｋｏｙａｍａ，Ｊ．Ｓｈｉｋａｔａ，ａｎｄ Ｈ．Ｉｔｏ，，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，８９，２０１１２０−１−２０１１２０−３（２００６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
十分な透過特性を備え、偏光特性の無いバンドパスフィルターを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のバンドパスフィルターは、一面側に入射した電磁波のうち特定の周波数の電磁波のみを他面側から出射、もしくは前記一面側に反射するバンドパスフィルターであって、基板と、前記基板の一面もしくは両面を覆うマスク部を有し、前記マスク部には、前記基板の一面を露出させる複数の開口部が格子状に設けられており、前記開口部には、前記開口部の縁部から中心方向に向けて先細り形状とされた突出部が４つ以上備えられており、前記突出部の先端部の開き角度が３０°以下であり、前記先端部同士の最短の間隔が０．１〜１０μｍであることを特徴とする。開き角度が３０°より大きくなると、フィルターとしてのシャープネスが低下し、半値全幅（ＦＷＭＨ）で約０．０５ＴＨｚ以下を実現できない。このため、３０°以下とすることが好ましい。先端部同士の最短距離が１０μｍ以上となると、透過もしくは反射波の信号強度が低下する。このため、１０μｍ以下とすることが好ましい。
【００１２】
本発明のバンドパスフィルターは、前記先端部の開き角度が５〜２５°であることを特徴とする。
本発明のバンドパスフィルターは、前記開口部の中心同士の間隔が互いに等間隔とされ、前記間隔が３０〜５００μｍであることを特徴とする。この距離はバンドパスフィルターのピーク周波数と大きな相関があり、０．１〜３．０ＴＨｚの帯域にピーク周波数を得るためには、開口の中心間隔は３０〜５００μｍであることが望ましい。
本発明のバンドパスフィルターは、前記基板の厚さが０．１〜３．０ｍｍであることを特徴とする。厚さが０．１ｍｍ以下となると、開口による回折ピークだけでなく、基板内での多重反射によるピークが大きくなってしまう。逆に厚さが３．０ｍｍ以上となってくると透過強度が低下してくる。このため、基板の厚さは０．１〜３．０ｍｍであることが好ましい。
【００１３】
本発明のバンドパスフィルターは、前記基板がＳｉ、光透過性樹脂又は光透過性ガラスのいずれかからなることを特徴とする。
本発明のバンドパスフィルターは、前記マスク部の厚さが０．１〜１．０μｍであることを特徴とする。厚さが０．１μｍ以下となると、電磁波の表皮深さよりも小さくなってくるため、マスク部の無開口部であっても透過できるようになり、シャープな帯域を有するバンドパスフィルターとして機能しなくなる。一方で厚さが１．０μｍ以上となってくると透過率は飽和し、さらに厚くすると減少していく。このため、マスク部の厚さが０．１〜１．０μｍであることが好ましい。
本発明のバンドパスフィルターは、前記マスク部が金属又は合金からなることを特徴とする。
【００１４】
本発明のバンドパスフィルターは、前記金属がＡｌ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｐｂ、又はＮｉのいずれかの金属からなることを特徴とする。
本発明のバンドパスフィルターは、前記合金がＡｌ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｐｂ、又はＮｉのいずれかの金属を含有することを特徴とする。
テラヘルツ波の照射により、マスク部表面を電磁表面波が伝播する。周期的な開口が存在すると、この表面波が開口部にて回折干渉を起こし、開口の周期性に対応した共振ピークを有する透過波もしくは反射波となって発信される。このため、マスク部表面は導電体であり、電磁波が少なくとも数１００μｍ伝播出来る必要がある。高い電気伝導性を持つ材料ほど表面電磁波の伝播距離が長くなり、開口の周期が大きくても共鳴させることができ、フィルターのピーク周波数の制御幅を大きくすることができる。
本発明のバンドパスフィルターは、一面側に入射したテラヘルツ波のうちピーク周波数が０．１０〜３．００ＴＨｚの範囲内にあるテラヘルツ波のみを他面側から出射することを特徴とする。
本発明のバンドパスフィルターは、各開口部で前記突出部が偶数個設けられており、各突出部の先端部はそれぞれいずれか他の突出部の先端部に対向するように設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のバンドパスフィルターは、一面側に入射した電磁波のうち特定の周波数の電磁波のみを他面側から出射、もしくは前記一面側に反射するバンドパスフィルターであって、基板と、前記基板の一面もしくは両面を覆うマスク部を有し、前記マスク部には、前記基板の一面を露出させる複数の開口部が格子状に設けられ、前記開口部に、前記開口部の縁部から中心方向に向けて先細り形状とされた突出部が４つ以上備えられており、前記突出部の先端部の開き角度が３０°以下であり、前記先端部同士の最短の間隔が０．１〜１０μｍである構成なので、基板内の多重反射の干渉と、規則的に配列した開口部による近接場の干渉により、十分な透過特性を備え、偏光特性の無いバンドパスフィルターを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態であるバンドパスフィルターの一例を示す平面図である。
【図２】図１のＡ部拡大図である。
【図３】図２のＢ−Ｂ’線における断面図である。
【図４】図２のＣ部の拡大図である。
【図５】バンドパスフィルターの透過率を測定する装置構成概略図である。
【図６】図５の矢印Ｄ方向から見たサンプル及びサンプル保持部の概略図である。
【図７】実施例１のバンドパスフィルターの光学顕微鏡写真であって、開口部が格子状に並んでいる写真である。
【図８】一つの開口部の拡大写真である。
【図９】実施例１のバンドパスフィルターの透過率の測定結果を示すグラフである。
【図１０】図９の０．６〜１．０ＴＨｚの領域の測定結果を示すグラフである。
【図１１】図７の矢印Ｄ方向から見た入射波の入射位置を示す概略図である。
【図１２】入射波の入射位置を移動させて得られた実施例１のバンドパスフィルターの透過率の測定結果を示すグラフである。
【図１３】入射電磁波の偏光方向の透過率の測定方法を説明する概略図である。
【図１４】バンドパスフィルターをＸＹ面内において回転させたときの電磁波の透過率を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（本発明の実施形態）
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態であるバンドパスフィルターを説明する。
図１は、本発明の実施形態であるバンドパスフィルター１０の一例を示す平面図であり、図２は図１のＡ部拡大図であり、図３は図２のＢ−Ｂ’線における断面図であり、図４は図２のＣ部の拡大図である。
図１に示すように、バンドパスフィルター１０は、基板３の一部を略四角形状に覆うマスク部４に格子状に開口部２が設けられて構成されている。
図２に示すように、開口部２は、その中心Ｏ同士の間隔ｌが互いに等間隔とされている。
前記間隔ｌは０．０３〜０．５ｍｍとすることが好ましく、０．０５〜０．３ｍｍとすることがより好ましく、０．０８〜０．１５ｍｍとすることが更に好ましい。また、開口部２ａから隣接する２つの開口部２ｂ、２ｃへ結ぶ線の間の角度βが６０°とされている。
【００１８】
このように対称的な開口部２は規則的に配列することが好ましい。上記間隔ｌで規則的に開口部２を配列することにより、近接場の干渉を強めることができる。
本実施形態では、一の開口部２ａから隣接する２つの開口部２ｂ、２ｃへ結ぶ線の間の角度βが６０°としたが、角度βはこれに限られず、例えば、９０°としてもよい。
【００１９】
図３に示すように、基板３の一面３ａ上にマスク部４が積層されてなる。マスク部４に設けられた開口部２はマスク部４を貫通し、基板３の一面３ａを露出させている。
基板３の厚さは０．１〜３．０ｍｍとすることが好ましく、０．２〜２．５ｍｍとすることがより好ましく、０．３〜１．４ｍｍとすることが更に好ましい。基板３の厚さを前記範囲とすることにより、基板３内で多重反射の干渉を効率よく生じさせることができる。
また、基板３は、Ｓｉ、光透過性樹脂又は光透過性ガラスのいずれかからなることが好ましい。例えば、Ｓｉ基板を用いた場合には、Ｓｉ基材内での多重反射の干渉と、規則的に整列した開口部２による近接場の干渉を組み合わせて、十分な透過特性を発現させることができる。このように、バンドパスの透過率は、Ａｌからなるマスク部４だけでなく、基板３内の干渉によっても影響を受ける。つまり、前記干渉は、基板３の厚さに影響される。
なお、このバンドパスフィルター１０に入射させる電磁波は、マスク部４の一面４ａ側から、または基板３の他面３ｂ側からのどちら側から入射させてもよい。電磁波は、それぞれの面に略垂直な方向から入射させる。
【００２０】
マスク部４の厚さは１００ｎｍ〜１．０μｍとすることが好ましく、２００ｎｍ〜９０５ｎｍとすることがより好ましく、３００ｎｍ〜８００ｎｍとすることが更に好ましい。マスク部４の厚さを前記範囲とすることにより、規則的に配列した開口部２による近接場の干渉を強めることができる。
また、マスク部４が金属又は合金からなることが好ましく、前記金属はＡｌ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｐｂ、又はＮｉのいずれかの金属からなることが好ましく、前記合金はＡｌ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｐｂ、又はＮｉのいずれかの金属を含有することが好ましい。マスク部４を前記金属又は前記合金からなるものとすることにより、規則的に配列した開口部２による近接場の干渉を強めることができる。
【００２１】
図４に示すように、開口部２には、縁部５から中心方向に向けて先細り形状とされた突出部６が４つ備えられている。先端部７は他の先端部７と対向するように形成されている。
４つの鋭く対向する先端部７を備えることにより、Ｓｉ／Ａｌ界面の表面プラズモンの生成を促進して、マスク部４に入射されるＴＨｚ電磁場を強める。結果として、テラヘルツ光は、先端部間の狭いギャップで、特別な共鳴周波数に狭められ、すなわち、マスク部の反対側への透過を高める。
【００２２】
なお、本発明の実施形態であるバンドパスフィルター１０の開口部２は、４つの突出部６を有する構成としたが、これに限られるものではなく、４つ以上であればよい。４つ以上の突出部６を設けることにより、先端部７に発生する近接場の効果を強めることができる。
突出部６は各開口部２で偶数個設けることが好ましく、各突出部６の先端部７はそれぞれいずれか他の突出部６の先端部７に対向するように設けることが好ましい。これにより、各開口部２の中心の周りに突出部６を対称的に配置することができ、基板を光照射面の方向を維持したまま光照射面内で回転させても、出射光に偏光特性を生じさせることはない。
【００２３】
先端部７の開き角度αは３０°以下とされている。先端部７の開き角度αは５〜２５°とすることがより好ましく、７〜２０°とすることが更に好ましい。これにより、先端部７に発生する近接場の効果を強めることができる。
【００２４】
突出部６の先端部７は互いに接触しないように、先端部７の間には間隙（ギャップ）が設けられている。開口部２を有するマスク部４に電磁波が照射されると、この間隙（ギャップ）の間に近接場を形成して、基板３側に電磁波を出射できる。
突出部６の先端部７同士の最短の間隔ｄ、すなわち、間隙（ギャップ）の距離ｄは０．１〜１０μｍとすることが好ましく、０．５〜５μｍとすることがより好ましく、１〜３μｍとすることが更に好ましい。これにより、先端部７に発生する近接場の効果を強めることができる。
開口部２の径ｍは、１０〜２００μｍとすることが好ましく、２０〜１００μｍとすることがより好ましく、３０〜５０μｍとすることが更に好ましい。これにより、先端部７に発生する近接場の効果を強めることができる。
【００２５】
以上の構造を有する開口部２を設けることにより、テラヘルツ光（テラヘルツ波）の透過率を高くする。
また、このように開口部２の構造を制御することにより、バンドパスの位置をＴＨｚの領域内で調整でき、共鳴透過率の鋭さ、すなわち、半値幅を制御できる。
【００２６】
＜バンドパスフィルターの特性評価＞
図５は、バンドパスフィルターの透過率を測定する装置構成概略図である。
図５に示すように、バンドパスフィルターの特性評価装置１００の一端側には、フェムト秒パルスレーザー１１が配置されている。フェムト秒パルスレーザー１１から出射された光は、ビームスプリッター１２で、ポンプ光１３とプローブ光２１に分離される。ポンプ光１３はレンズ１４ａを透過し、ＧａＡｓ基板と低温成長ＧａＡｓフィルムからなる光伝導性アンテナ１５ａに入射される。光伝導性アンテナ１５ａには電圧計１６が取り付けられ、光伝導性を制御できる構成とされている。光伝導性アンテナ１５ａのＳｉレンズ１８ａから出射されたポンプ光は、２枚の軸外パラボラミラー１７ａ、１７ｂを経由して、サンプルであるバンドパスフィルター１０に一面１０ａ側から入射される。その後、バンドパスフィルター１０の他面１０ｂ側から光が出射され、２枚の軸外パラボラミラー１７ｃ、１７ｄを経由して、光伝導性アンテナ１５ｂのＳｉレンズ１８ｂに入射される。この光伝導性アンテナ１５ｂには電流計１９が取り付けられるとともに、電流アンプ２５に接続され、電流の変化が記録システム２４に記録される構成とされている。
【００２７】
なお、ビームスプリッター１２で分離されたプローブ光２１は、２枚のミラー２０ａ、２０ｂ、１枚のコーナーミラー２３、３枚のミラー２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ及びレンズ１４ｂを介して、光伝導性アンテナ１５ｂに入射される構成とされている。コーナーミラー２４は可動式とされており、ポンプ光に対するプローブ光の遅延時間（Ｔｉｍｅ ｄｅｌａｙ）を制御できる構成とされている。これにより、異なるタイミングでのポンプ光による電場変化を計測することができ、各遅延時間での測定結果を合わせることにより、ポンプ光の電場変化を時間波形として測定できる。
【００２８】
図６は図５の矢印Ｄ方向から見たサンプル及びサンプル保持部の概略図である。
図６に示すように、一面側の一部マスク部４で覆われた基板３からなるバンドパスフィルター１０は、サンプルフォルダー３１に取り付けられている。サンプルフォルダー３１は、保持部材３０の上をＸ方向に移動自在とされている。これにより、バンドパスフィルター１０上の電磁波の照射位置をＸ方向に移動自在とされている。
また、サンプルフォルダーは回転部３２によりＸ方向と垂直なＹ方向に回転自在とされている。これにより、バンドパスフィルター１０の偏光特性を測定することができる。
【００２９】
次に、本発明の実施形態であるバンドパスフィルター１０の製造プロセスの一例について説明する。マスク部４はリソグラフィ―法により形成する。
まず、所定の大きさの基板３の両面を、公知の方法により研磨する。
次に、マスク部４の一面にレジストを塗布してから、乾燥する。次に、前記レジスト上に所定のパターンを設けた露光マスクを配置してから前記レジストを露光する。
次に、露光部のレジストのみを除去した後、マスク部４を蒸着法により形成する。
次に、レジスト除去剤を用いて、前記レジストを完全に除去して、マスク部４に開口部２を形成して、本発明の実施形態であるバンドパスフィルター１０を製造する。
【００３０】
本発明の実施形態であるバンドパスフィルター１０は、一面側に入射した電磁波のうち特定の周波数の電磁波のみを他面側から出射するバンドパスフィルターであって、基板３と、前記基板３の一面３ａを覆うマスク部４と、を有し、マスク部４には、前記基板３の一面３ａを露出させる複数の開口部２が格子状に設けられており、開口部２には、開口部２の縁部５から中心Ｏ方向に向けて先細り形状とされた突出部６が４つ以上備えられており、突出部６の先端部７の開き角度αが３０°以下であり、前記突出部６の先端部７同士の最短の間隔が０．１〜１０μｍである構成なので、Ｓｉ／Ａｌ界面の表面プラズモンの生成を促進して、マスク部４に入射される電磁波を強めることができるとともに、先端部７間の狭いギャップで電磁波を特別な共鳴周波数に狭めることができ、基板内の多重反射の干渉と、規則的に配列した開口部による近接場の干渉により、十分な透過特性を備え、偏光特性の無いバンドパスフィルターを提供することができる。
【００３１】
本発明の実施形態であるバンドパスフィルター１０は、先端部７の開き角度αが５〜２５°である構成なので、先端部７間の狭いギャップで電磁波を特別な共鳴周波数に狭めることができ、その電磁波を基板３側から出射することができる。
【００３２】
本発明の実施形態であるバンドパスフィルター１０は、開口部２の中心Ｏ同士の間隔ｌが互いに等間隔とされ、間隔ｌが１０〜３００ｍｍである構成なので、規則的に配列した開口部２による近接場の干渉により、十分な透過特性を備え、偏光特性の無いバンドパスフィルターを提供することができる。
【００３３】
本発明の実施形態であるバンドパスフィルター１０は、基板３の厚さが０．１〜３．０ｍｍである構成なので、基板３内で多重反射の干渉を効率よく生じさせ、十分な透過特性を備え、偏光特性の無いバンドパスフィルターを提供することができる。
【００３４】
本発明の実施形態であるバンドパスフィルター１０は、基板３がＳｉ、光透過性樹脂又は光透過性ガラスのいずれかからなる構成なので、基板３内で多重反射の干渉を生じさせ、十分な透過特性を備え、偏光特性の無いバンドパスフィルターを提供することができる。
【００３５】
本発明の実施形態であるバンドパスフィルター１０は、マスク部４の厚さが１００ｎｍ〜１．０μｍである構成なので、規則的に配列した開口部２による近接場の干渉を強めて、十分な透過特性を備え、偏光特性の無いバンドパスフィルターを提供することができる。
【００３６】
本発明の実施形態であるバンドパスフィルター１０は、マスク部４が金属又は合金からなる構成なので、規則的に配列した開口部２による近接場の干渉を強めて、十分な透過特性を備え、偏光特性の無いバンドパスフィルターを提供することができる。
【００３７】
本発明の実施形態であるバンドパスフィルター１０は、前記金属がＡｌ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｐｂ、又はＮｉのいずれかの金属からなる構成なので、規則的に配列した開口部２による近接場の干渉を強めて、十分な透過特性を備え、偏光特性の無いバンドパスフィルターを提供することができる。
【００３８】
本発明の実施形態であるバンドパスフィルター１０は、前記合金がＡｌ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｐｂ、又はＮｉのいずれかの金属を含有する構成なので、規則的に配列した開口部２による近接場の干渉を強めて、十分な透過特性を備え、偏光特性の無いバンドパスフィルターを提供することができる。
【００３９】
本発明の実施形態であるバンドパスフィルター１０は、一面側にテラヘルツ波を入射する構成なので、基板３内で効率よく多重反射の干渉を生じさせ、これと規則的に配列した開口部２による近接場の干渉により、十分な透過特性を備え、偏光特性の無いテラヘルツ波を出射するバンドパスフィルターを提供することができる。
【００４０】
本発明の実施形態であるバンドパスフィルター１０は、各開口部２で突出部６が偶数個設けられており、各突出部６の先端部７はそれぞれいずれか他の突出部６の先端部７に対向するように設けられている構成なので、基板３内で効率よく多重反射の干渉を生じさせ、これと規則的に配列した開口部２による近接場の干渉により、十分な透過特性を備え、偏光特性の無いテラヘルツ波を出射するバンドパスフィルターを提供することができる。
なお、本発明の実施形態であるバンドパスフィルターは、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で、種々変更して実施することができる。本実施形態の具体例を以下の実施例で示す。しかし、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００４１】
（実施例１）
＜バンドパスフィルター製造プロセス＞
リソグラフィ法により、以下のようにして基板にマスク部を形成した。
まず、板厚４００μｍ、縦３０ｍｍ、横３０ｍｍのＳｉ基板の両面を、公知の方法によりポリッシュした。
次に、前記Ｓｉ基板の一面の所定の位置に、レジストを塗布してから、乾燥した。
次に、前記レジスト上に所定のパターンが格子状に設けられた露光マスクを配置してから前記レジストを露光した。
次に、露光部を公知の方法により除去した後、膜厚０．４μｍ、縦１ｃｍ、横１ｃｍのＡｌからなるマスク部を蒸着法により形成した。
次に、レジスト除去剤を用いて、前記レジストを全て除去して、マスク部に開口部を形成して、バンドパスフィルターを製造した。
【００４２】
図７及び図８は、以上のプロセスにより作成したバンドパスフィルターのマスク部及び開口部のＳＥＭ写真である。図８に示すように、開口径５０μｍの開口部を備え、開口部中心に突出する先細り形状の４つの突出部を備え、突出部の先端部の間隔が１０μｍ、突出部の開き角度２０°であるマスク部を備えたバンドパスフィルターを作成した。
【００４３】
＜バンドパスフィルターの特性評価＞
次に、図５に示したバンドパスフィルターの特性評価装置を用いて、実施例１のバンドパスフィルターの特性評価結果を行った。
図９及び図１０は、実施例１のバンドパスフィルターの特性評価結果（Ａｒｒａｙ ｏｎ Ｓｉ ｉｎ ａｉｒ）である。サンプルを置かない場合の測定結果、すなわち、空気に対する測定結果（Ａｉｒ）及びＳｉ基板のみの測定結果（Ｓｉ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｉｎ Ａｉｒ）を比較の為、併せて表示している。
図９に示すように、実施例１のバンドパスフィルターは、０．５〜１．５ＴＨｚの範囲で複数のピークを有し、０．８１ＴＨｚに最も大きなピークを示した。
０．８１ＴＨｚを第１のピークとする出射光は０．８３ＴＨｚ付近に第２のピークを有しており、０．７８〜０．８５ＴＨｚの光を出射した。つまり、実施例１のバンドフィルターは、０．７８〜０．８５ＴＨｚの特定の周波数の電磁波のみを他面側から出射した。
【００４４】
図１０に示すように、０．８１ＴＨｚにおけるＳｉ基板の光強度１．６×１０５に対して、バンドパスフィルターの光強度は、２×１０５となり、Ｓｉ基板に対して１４５％の透過率を示した。
【００４５】
次に、図１１に示すように、入射波の入射位置をＸ方向に移動させて実施例１のバンドパスフィルターの透過率の測定を行った。
まず、バンドパスフィルター１０の一面１０ａに略垂直な方向から図１１に示すＸ０の位置に電磁波を照射し、空気を通過させて対面側で電磁波をパラボラミラーにより光伝導性アンテナに取り込み、強度を測定した。
その後、保持部材３０上を、サンプルフォルダー３１を移動させながら、Ｘ０からＸ５４０００の位置までの電磁波強度を測定した。
その結果、図１１に示すＡｉｒ、Ｓｉ、Ａｌ、Ａｒｒａｙ、Ａｌ、Ｓｉ、Ａｉｒに対応する位置の電磁波が得られた。
【００４６】
図１２は、このときの電磁波の測定結果を示すグラフであって、入射波の入射位置を移動させて得られた実施例１のバンドパスフィルターの透過率の測定結果を示すグラフである。
電磁波として、０．８１ＴＨｚの電磁波を用いた場合のほかに、比較の為、１．８５ＴＨｚの電磁波を用いた場合を示している。マスク部４（図１２では、Ａｒｒａｙと表示）の領域では、１．８５ＴＨｚの電磁波の場合には、出射電磁波の強度がほぼ０であるのに対し、０．８１ＴＨｚの電磁波の場合は、約４５％の透過率であった。Ｓｉ基板の透過率が約３５％であることから、マスク部４（Ａｒｒａｙ）により、約１０％透過率が向上したことが分かった。
【００４７】
次に、図１３に示す通り、バンドパスフィルターをＸＹ面内において、４５°、９０°反時計回りに回転させ、入射電磁波の偏光方向の透過率への影響を測定した。入射電磁波は電場の向きが図の水平方向となるように偏光されていた。
【００４８】
図１４は、このときの電磁波の透過率を示すグラフである。０°、４５°、９０°、いずれの角度であっても、透過率に変化が認められなかった。これにより、入射波の偏光状態によらず同一周波数帯のバンドパスフィルターとして機能することを確認した。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明のバンドパスフィルターは、テラヘルツ波のバンドパスフィルターとして用いることができ、テラヘルツ技術を用いるセキュリティシステム、封筒内の薬物識別、耐熱フォームの密着性評価などの産業に利用可能性がある。
【符号の説明】
【００５０】
２…開口部、２ａ、２ｂ、２ｃ…開口部、３…基板、３ａ…一面、３ｂ…他面、４…マスク部、４ａ…一面、５…縁部、６…突出部、７…先端部、１０…バンドパスフィルター、１０ａ…一面、１０ｂ…他面、１１…フェムト秒パルスレーザー、１２…ビームスプリッター、１３…ポンプ光、１４ａ、ｂ…レンズ、１５ａ、ｂ…光伝導性アンテナ、１６…電圧計、１７…軸外パラボラミラー、１８ａ、ｂ…レンズ、１９…電流計、２０ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ…ミラー、２１…プローブ光、２３…コーナー反射体、２４…記録システム、２５…電流アンプ、３０…サンプルフォルダー台座、３１…サンプルフォルダー支柱、１００…特性評価装置、ｌ、ｍ、ｄ…長さ、α、β…角度。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バンドパスフィルターに関する。特に、テラヘルツ波のバンドパスフィルターに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、テラヘルツ技術はセキュリティシステム、封筒内の薬物識別、耐熱フォームの密着性評価などに用いられ、注目されている。従来、良質の信号源がなく、利用が難しかったが、近年、良質の信号源の利用が可能になったためである。
テラヘルツ波とは、０．１〜１００ＴＨｚの帯域の電磁波を指す。この帯域は、分子の振動や分子間相互作用に対応する帯域であり、従来得られなかった情報を得ることができると期待されている。
しかし、テラヘルツ波は、空気中の水蒸気により吸収されやすいという問題があった。そのため、大気中の実用的な利用は困難であった。
【０００３】
テラヘルツ波を大気中で利用するための一つの方法として、バンドパスフィルターを用いる方法がある。バンドパスフィルター（Ｂａｎｄ−ｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒ）とは、必要な範囲の周波数の電磁波のみを通し、他の周波数の電磁波を通さないフィルターであり、信号処理技術などで用いられている。
バンドパスフィルターを用いて、テラヘルツ波のうち水分の影響を受けない周波数成分を選ぶことができれば、大気中でもテラヘルツ波を各種検査や通信などへ利用できる。
しかし、テラヘルツ波のバンドパスフィルターで実用的なものはあまり報告されていない。
【０００４】
特許文献１は共振型テラヘルツ波または赤外フィルターに関するものであり、透過共振特性が貫通口の非対称的な形状により制御される高透過性の多重共振フィルターが開示されている。しかし、このバンドパスフィルターは透過特性が十分でないとともに、偏光特性が見られるなどの問題があった。
【０００５】
非特許文献１には、円形状の複数の穴が設けられた金属薄膜と誘電体基板とからなるバンドパスフィルターが記載されている。しかし、このバンドパスフィルターも、０．１〜３．０ＴＨｚの周波数領域の電磁波の透過率が９０％以下であり、透過特性が十分でなかった。
【０００６】
非特許文献２、３には、実用的な観点から、抵抗率の高い単結晶ＳｉやＴｓｕｒｕｐｉｃａ（製品名）のような板厚の厚い透過基板を用いることにより、金属フィルムに複数の穴を設けたメッシュなどに比べて、耐久性、取扱性を向上させたバンドパスフィルターが記載されている。しかし、これらのバンドパスフィルターも透過特性が十分でなかった。
【０００７】
非特許文献４には、２つの扇状の部分が連結された開口部を有するバンドパスフィルターが記載されている。しかし、このバンドパスフィルターも透過特性が十分でなく、また、偏光特性が見られるなどの問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−１９３２９８号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ａ．Ｋ．Ａｚａｄ ａｎｄ Ｗ．Ｚｈａｎｇ，Ｒｅｓｏｎａｎｔ ｔｅｒａｈｅｒｔｚ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｉｎ ｓｕｂｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｍｅｔａｌｌｉｃ ｈｏｌｅ ａｒｒａｙｓ ｏｆ ｓｕｂ−ｓｋｉｎ−ｄｅｐｔｈ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ，Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ．，３０，２９４５−２９４７（２００５）
【非特許文献２】Ｄ．Ｄｒａｇｏｍａｎ ａｎｄ Ｍ．Ｄｒａｇｏｍａｎ，Ｔｒａｈｅｒｔｚ ｆｉｅｌｄｓ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｐｒｏｇ．Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．，２８，１−６６（２００４）
【非特許文献３】Ｅ．Ｋａｔｏ，Ｋ．Ｓｕｉｚｕ，ａｎｄ Ｋ．Ｋａｗａｓｅ， Ｓｔｒｏｎｇ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｒａｈｅｒｔｚ Ｗａｖｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｌｏｗ−Ｐｏｒｏｓｉｔｙ Ｍｅｔａｌ Ａｒｒａｙ ｗｉｔｈ Ｂｏｗ−Ｔｉｅ−Ｓｈａｐｅｄ Ａｐｅｒｔｕｒｅｓ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｅｘｐｒｅｓｓ，２，１２２３０２−１−１２２３０２−３（２００９）
【非特許文献４】Ｋ．Ｉｓｈｉｈａｒａ，Ｋ．Ｏｈａｓｈｉ，Ｔ．Ｉｋａｒｉ，Ｈ．Ｍｉｎａｍｉｄｅ，Ｈ． Ｙｏｋｏｙａｍａ，Ｊ．Ｓｈｉｋａｔａ，ａｎｄ Ｈ．Ｉｔｏ，，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，８９，２０１１２０−１−２０１１２０−３（２００６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
十分な透過特性を備え、偏光特性の無いバンドパスフィルターを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のバンドパスフィルターは、一面側に入射した電磁波のうち特定の周波数の電磁波のみを他面側から出射、もしくは前記一面側に反射するバンドパスフィルターであって、基板と、前記基板の一面もしくは両面を覆うマスク部を有し、前記マスク部には、前記基板の一面を露出させる複数の開口部が格子状に設けられており、前記開口部には、前記開口部の縁部から中心方向に向けて先細り形状とされた突出部が４つ以上備えられており、前記突出部の先端部の開き角度が３０°以下であり、前記先端部同士の最短の間隔が０．１〜１０μｍであることを特徴とする。開き角度が３０°より大きくなると、フィルターとしてのシャープネスが低下し、半値全幅（ＦＷＭＨ）で約０．０５ＴＨｚ以下を実現できない。このため、３０°以下とすることが好ましい。先端部同士の最短距離が１０μｍ以上となると、透過もしくは反射波の信号強度が低下する。このため、１０μｍ以下とすることが好ましい。
【００１２】
本発明のバンドパスフィルターは、前記先端部の開き角度が５〜２５°であることを特徴とする。
本発明のバンドパスフィルターは、前記開口部の中心同士の間隔が互いに等間隔とされ、前記間隔が３０〜５００μｍであることを特徴とする。この距離はバンドパスフィルターのピーク周波数と大きな相関があり、０．１〜３．０ＴＨｚの帯域にピーク周波数を得るためには、開口の中心間隔は３０〜５００μｍであることが望ましい。
本発明のバンドパスフィルターは、前記基板の厚さが０．１〜３．０ｍｍであることを特徴とする。厚さが０．１ｍｍ以下となると、開口による回折ピークだけでなく、基板内での多重反射によるピークが大きくなってしまう。逆に厚さが３．０ｍｍ以上となってくると透過強度が低下してくる。このため、基板の厚さは０．１〜３．０ｍｍであることが好ましい。
【００１３】
本発明のバンドパスフィルターは、前記基板がＳｉ、光透過性樹脂又は光透過性ガラスのいずれかからなることを特徴とする。
本発明のバンドパスフィルターは、前記マスク部の厚さが０．１〜１．０μｍであることを特徴とする。厚さが０．１μｍ以下となると、電磁波の表皮深さよりも小さくなってくるため、マスク部の無開口部であっても透過できるようになり、シャープな帯域を有するバンドパスフィルターとして機能しなくなる。一方で厚さが１．０μｍ以上となってくると透過率は飽和し、さらに厚くすると減少していく。このため、マスク部の厚さが０．１〜１．０μｍであることが好ましい。
本発明のバンドパスフィルターは、前記マスク部が金属又は合金からなることを特徴とする。
【００１４】
本発明のバンドパスフィルターは、前記金属がＡｌ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｐｂ、又はＮｉのいずれかの金属からなることを特徴とする。
本発明のバンドパスフィルターは、前記合金がＡｌ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｐｂ、又はＮｉのいずれかの金属を含有することを特徴とする。
テラヘルツ波の照射により、マスク部表面を電磁表面波が伝播する。周期的な開口が存在すると、この表面波が開口部にて回折干渉を起こし、開口の周期性に対応した共振ピークを有する透過波もしくは反射波となって発信される。このため、マスク部表面は導電体であり、電磁波が少なくとも数１００μｍ伝播出来る必要がある。高い電気伝導性を持つ材料ほど表面電磁波の伝播距離が長くなり、開口の周期が大きくても共鳴させることができ、フィルターのピーク周波数の制御幅を大きくすることができる。
本発明のバンドパスフィルターは、一面側に入射したテラヘルツ波のうちピーク周波数が０．１０〜３．００ＴＨｚの範囲内にあるテラヘルツ波のみを他面側から出射することを特徴とする。
本発明のバンドパスフィルターは、各開口部で前記突出部が偶数個設けられており、各突出部の先端部はそれぞれいずれか他の突出部の先端部に対向するように設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のバンドパスフィルターは、一面側に入射した電磁波のうち特定の周波数の電磁波のみを他面側から出射、もしくは前記一面側に反射するバンドパスフィルターであって、基板と、前記基板の一面もしくは両面を覆うマスク部を有し、前記マスク部には、前記基板の一面を露出させる複数の開口部が格子状に設けられ、前記開口部に、前記開口部の縁部から中心方向に向けて先細り形状とされた突出部が４つ以上備えられており、前記突出部の先端部の開き角度が３０°以下であり、前記先端部同士の最短の間隔が０．１〜１０μｍである構成なので、基板内の多重反射の干渉と、規則的に配列した開口部による近接場の干渉により、十分な透過特性を備え、偏光特性の無いバンドパスフィルターを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態であるバンドパスフィルターの一例を示す平面図である。
【図２】図１のＡ部拡大図である。
【図３】図２のＢ−Ｂ’線における断面図である。
【図４】図２のＣ部の拡大図である。
【図５】バンドパスフィルターの透過率を測定する装置構成概略図である。
【図６】図５の矢印Ｄ方向から見たサンプル及びサンプル保持部の概略図である。
【図７】実施例１のバンドパスフィルターの光学顕微鏡写真であって、開口部が格子状に並んでいる写真である。
【図８】一つの開口部の拡大写真である。
【図９】実施例１のバンドパスフィルターの透過率の測定結果を示すグラフである。
【図１０】図９の０．６〜１．０ＴＨｚの領域の測定結果を示すグラフである。
【図１１】図７の矢印Ｄ方向から見た入射波の入射位置を示す概略図である。
【図１２】入射波の入射位置を移動させて得られた実施例１のバンドパスフィルターの透過率の測定結果を示すグラフである。
【図１３】入射電磁波の偏光方向の透過率の測定方法を説明する概略図である。
【図１４】バンドパスフィルターをＸＹ面内において回転させたときの電磁波の透過率を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（本発明の実施形態）
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態であるバンドパスフィルターを説明する。
図１は、本発明の実施形態であるバンドパスフィルター１０の一例を示す平面図であり、図２は図１のＡ部拡大図であり、図３は図２のＢ−Ｂ’線における断面図であり、図４は図２のＣ部の拡大図である。
図１に示すように、バンドパスフィルター１０は、基板３の一部を略四角形状に覆うマスク部４に格子状に開口部２が設けられて構成されている。
図２に示すように、開口部２は、その中心Ｏ同士の間隔ｌが互いに等間隔とされている。
前記間隔ｌは０．０３〜０．５ｍｍとすることが好ましく、０．０５〜０．３ｍｍとすることがより好ましく、０．０８〜０．１５ｍｍとすることが更に好ましい。また、開口部２ａから隣接する２つの開口部２ｂ、２ｃへ結ぶ線の間の角度βが６０°とされている。
【００１８】
このように対称的な開口部２は規則的に配列することが好ましい。上記間隔ｌで規則的に開口部２を配列することにより、近接場の干渉を強めることができる。
本実施形態では、一の開口部２ａから隣接する２つの開口部２ｂ、２ｃへ結ぶ線の間の角度βが６０°としたが、角度βはこれに限られず、例えば、９０°としてもよい。
【００１９】
図３に示すように、基板３の一面３ａ上にマスク部４が積層されてなる。マスク部４に設けられた開口部２はマスク部４を貫通し、基板３の一面３ａを露出させている。
基板３の厚さは０．１〜３．０ｍｍとすることが好ましく、０．２〜２．５ｍｍとすることがより好ましく、０．３〜１．４ｍｍとすることが更に好ましい。基板３の厚さを前記範囲とすることにより、基板３内で多重反射の干渉を効率よく生じさせることができる。
また、基板３は、Ｓｉ、光透過性樹脂又は光透過性ガラスのいずれかからなることが好ましい。例えば、Ｓｉ基板を用いた場合には、Ｓｉ基材内での多重反射の干渉と、規則的に整列した開口部２による近接場の干渉を組み合わせて、十分な透過特性を発現させることができる。このように、バンドパスの透過率は、Ａｌからなるマスク部４だけでなく、基板３内の干渉によっても影響を受ける。つまり、前記干渉は、基板３の厚さに影響される。
なお、このバンドパスフィルター１０に入射させる電磁波は、マスク部４の一面４ａ側から、または基板３の他面３ｂ側からのどちら側から入射させてもよい。電磁波は、それぞれの面に略垂直な方向から入射させる。
【００２０】
マスク部４の厚さは１００ｎｍ〜１．０μｍとすることが好ましく、２００ｎｍ〜９０５ｎｍとすることがより好ましく、３００ｎｍ〜８００ｎｍとすることが更に好ましい。マスク部４の厚さを前記範囲とすることにより、規則的に配列した開口部２による近接場の干渉を強めることができる。
また、マスク部４が金属又は合金からなることが好ましく、前記金属はＡｌ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｐｂ、又はＮｉのいずれかの金属からなることが好ましく、前記合金はＡｌ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｐｂ、又はＮｉのいずれかの金属を含有することが好ましい。マスク部４を前記金属又は前記合金からなるものとすることにより、規則的に配列した開口部２による近接場の干渉を強めることができる。
【００２１】
図４に示すように、開口部２には、縁部５から中心方向に向けて先細り形状とされた突出部６が４つ備えられている。先端部７は他の先端部７と対向するように形成されている。
４つの鋭く対向する先端部７を備えることにより、Ｓｉ／Ａｌ界面の表面プラズモンの生成を促進して、マスク部４に入射されるＴＨｚ電磁場を強める。結果として、テラヘルツ光は、先端部間の狭いギャップで、特別な共鳴周波数に狭められ、すなわち、マスク部の反対側への透過を高める。
【００２２】
なお、本発明の実施形態であるバンドパスフィルター１０の開口部２は、４つの突出部６を有する構成としたが、これに限られるものではなく、４つ以上であればよい。４つ以上の突出部６を設けることにより、先端部７に発生する近接場の効果を強めることができる。
突出部６は各開口部２で偶数個設けることが好ましく、各突出部６の先端部７はそれぞれいずれか他の突出部６の先端部７に対向するように設けることが好ましい。これにより、各開口部２の中心の周りに突出部６を対称的に配置することができ、基板を光照射面の方向を維持したまま光照射面内で回転させても、出射光に偏光特性を生じさせることはない。
【００２３】
先端部７の開き角度αは３０°以下とされている。先端部７の開き角度αは５〜２５°とすることがより好ましく、７〜２０°とすることが更に好ましい。これにより、先端部７に発生する近接場の効果を強めることができる。
【００２４】
突出部６の先端部７は互いに接触しないように、先端部７の間には間隙（ギャップ）が設けられている。開口部２を有するマスク部４に電磁波が照射されると、この間隙（ギャップ）の間に近接場を形成して、基板３側に電磁波を出射できる。
突出部６の先端部７同士の最短の間隔ｄ、すなわち、間隙（ギャップ）の距離ｄは０．１〜１０μｍとすることが好ましく、０．５〜５μｍとすることがより好ましく、１〜３μｍとすることが更に好ましい。これにより、先端部７に発生する近接場の効果を強めることができる。
開口部２の径ｍは、１０〜２００μｍとすることが好ましく、２０〜１００μｍとすることがより好ましく、３０〜５０μｍとすることが更に好ましい。これにより、先端部７に発生する近接場の効果を強めることができる。
【００２５】
以上の構造を有する開口部２を設けることにより、テラヘルツ光（テラヘルツ波）の透過率を高くする。
また、このように開口部２の構造を制御することにより、バンドパスの位置をＴＨｚの領域内で調整でき、共鳴透過率の鋭さ、すなわち、半値幅を制御できる。
【００２６】
＜バンドパスフィルターの特性評価＞
図５は、バンドパスフィルターの透過率を測定する装置構成概略図である。
図５に示すように、バンドパスフィルターの特性評価装置１００の一端側には、フェムト秒パルスレーザー１１が配置されている。フェムト秒パルスレーザー１１から出射された光は、ビームスプリッター１２で、ポンプ光１３とプローブ光２１に分離される。ポンプ光１３はレンズ１４ａを透過し、ＧａＡｓ基板と低温成長ＧａＡｓフィルムからなる光伝導性アンテナ１５ａに入射される。光伝導性アンテナ１５ａには電圧計１６が取り付けられ、光伝導性を制御できる構成とされている。光伝導性アンテナ１５ａのＳｉレンズ１８ａから出射されたポンプ光は、２枚の軸外パラボラミラー１７ａ、１７ｂを経由して、サンプルであるバンドパスフィルター１０に一面１０ａ側から入射される。その後、バンドパスフィルター１０の他面１０ｂ側から光が出射され、２枚の軸外パラボラミラー１７ｃ、１７ｄを経由して、光伝導性アンテナ１５ｂのＳｉレンズ１８ｂに入射される。この光伝導性アンテナ１５ｂには電流計１９が取り付けられるとともに、電流アンプ２５に接続され、電流の変化が記録システム２４に記録される構成とされている。
【００２７】
なお、ビームスプリッター１２で分離されたプローブ光２１は、２枚のミラー２０ａ、２０ｂ、１枚のコーナーミラー２３、３枚のミラー２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ及びレンズ１４ｂを介して、光伝導性アンテナ１５ｂに入射される構成とされている。コーナーミラー２４は可動式とされており、ポンプ光に対するプローブ光の遅延時間（Ｔｉｍｅ ｄｅｌａｙ）を制御できる構成とされている。これにより、異なるタイミングでのポンプ光による電場変化を計測することができ、各遅延時間での測定結果を合わせることにより、ポンプ光の電場変化を時間波形として測定できる。
【００２８】
図６は図５の矢印Ｄ方向から見たサンプル及びサンプル保持部の概略図である。
図６に示すように、一面側の一部マスク部４で覆われた基板３からなるバンドパスフィルター１０は、サンプルフォルダー３１に取り付けられている。サンプルフォルダー３１は、保持部材３０の上をＸ方向に移動自在とされている。これにより、バンドパスフィルター１０上の電磁波の照射位置をＸ方向に移動自在とされている。
また、サンプルフォルダーは回転部３２によりＸ方向と垂直なＹ方向に回転自在とされている。これにより、バンドパスフィルター１０の偏光特性を測定することができる。
【００２９】
次に、本発明の実施形態であるバンドパスフィルター１０の製造プロセスの一例について説明する。マスク部４はリソグラフィ―法により形成する。
まず、所定の大きさの基板３の両面を、公知の方法により研磨する。
次に、マスク部４の一面にレジストを塗布してから、乾燥する。次に、前記レジスト上に所定のパターンを設けた露光マスクを配置してから前記レジストを露光する。
次に、露光部のレジストのみを除去した後、マスク部４を蒸着法により形成する。
次に、レジスト除去剤を用いて、前記レジストを完全に除去して、マスク部４に開口部２を形成して、本発明の実施形態であるバンドパスフィルター１０を製造する。
【００３０】
本発明の実施形態であるバンドパスフィルター１０は、一面側に入射した電磁波のうち特定の周波数の電磁波のみを他面側から出射するバンドパスフィルターであって、基板３と、前記基板３の一面３ａを覆うマスク部４と、を有し、マスク部４には、前記基板３の一面３ａを露出させる複数の開口部２が格子状に設けられており、開口部２には、開口部２の縁部５から中心Ｏ方向に向けて先細り形状とされた突出部６が４つ以上備えられており、突出部６の先端部７の開き角度αが３０°以下であり、前記突出部６の先端部７同士の最短の間隔が０．１〜１０μｍである構成なので、Ｓｉ／Ａｌ界面の表面プラズモンの生成を促進して、マスク部４に入射される電磁波を強めることができるとともに、先端部７間の狭いギャップで電磁波を特別な共鳴周波数に狭めることができ、基板内の多重反射の干渉と、規則的に配列した開口部による近接場の干渉により、十分な透過特性を備え、偏光特性の無いバンドパスフィルターを提供することができる。
【００３１】
本発明の実施形態であるバンドパスフィルター１０は、先端部７の開き角度αが５〜２５°である構成なので、先端部７間の狭いギャップで電磁波を特別な共鳴周波数に狭めることができ、その電磁波を基板３側から出射することができる。
【００３２】
本発明の実施形態であるバンドパスフィルター１０は、開口部２の中心Ｏ同士の間隔ｌが互いに等間隔とされ、間隔ｌが１０〜３００ｍｍである構成なので、規則的に配列した開口部２による近接場の干渉により、十分な透過特性を備え、偏光特性の無いバンドパスフィルターを提供することができる。
【００３３】
本発明の実施形態であるバンドパスフィルター１０は、基板３の厚さが０．１〜３．０ｍｍである構成なので、基板３内で多重反射の干渉を効率よく生じさせ、十分な透過特性を備え、偏光特性の無いバンドパスフィルターを提供することができる。
【００３４】
本発明の実施形態であるバンドパスフィルター１０は、基板３がＳｉ、光透過性樹脂又は光透過性ガラスのいずれかからなる構成なので、基板３内で多重反射の干渉を生じさせ、十分な透過特性を備え、偏光特性の無いバンドパスフィルターを提供することができる。
【００３５】
本発明の実施形態であるバンドパスフィルター１０は、マスク部４の厚さが１００ｎｍ〜１．０μｍである構成なので、規則的に配列した開口部２による近接場の干渉を強めて、十分な透過特性を備え、偏光特性の無いバンドパスフィルターを提供することができる。
【００３６】
本発明の実施形態であるバンドパスフィルター１０は、マスク部４が金属又は合金からなる構成なので、規則的に配列した開口部２による近接場の干渉を強めて、十分な透過特性を備え、偏光特性の無いバンドパスフィルターを提供することができる。
【００３７】
本発明の実施形態であるバンドパスフィルター１０は、前記金属がＡｌ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｐｂ、又はＮｉのいずれかの金属からなる構成なので、規則的に配列した開口部２による近接場の干渉を強めて、十分な透過特性を備え、偏光特性の無いバンドパスフィルターを提供することができる。
【００３８】
本発明の実施形態であるバンドパスフィルター１０は、前記合金がＡｌ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｐｂ、又はＮｉのいずれかの金属を含有する構成なので、規則的に配列した開口部２による近接場の干渉を強めて、十分な透過特性を備え、偏光特性の無いバンドパスフィルターを提供することができる。
【００３９】
本発明の実施形態であるバンドパスフィルター１０は、一面側にテラヘルツ波を入射する構成なので、基板３内で効率よく多重反射の干渉を生じさせ、これと規則的に配列した開口部２による近接場の干渉により、十分な透過特性を備え、偏光特性の無いテラヘルツ波を出射するバンドパスフィルターを提供することができる。
【００４０】
本発明の実施形態であるバンドパスフィルター１０は、各開口部２で突出部６が偶数個設けられており、各突出部６の先端部７はそれぞれいずれか他の突出部６の先端部７に対向するように設けられている構成なので、基板３内で効率よく多重反射の干渉を生じさせ、これと規則的に配列した開口部２による近接場の干渉により、十分な透過特性を備え、偏光特性の無いテラヘルツ波を出射するバンドパスフィルターを提供することができる。
なお、本発明の実施形態であるバンドパスフィルターは、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で、種々変更して実施することができる。本実施形態の具体例を以下の実施例で示す。しかし、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００４１】
（実施例１）
＜バンドパスフィルター製造プロセス＞
リソグラフィ法により、以下のようにして基板にマスク部を形成した。
まず、板厚４００μｍ、縦３０ｍｍ、横３０ｍｍのＳｉ基板の両面を、公知の方法によりポリッシュした。
次に、前記Ｓｉ基板の一面の所定の位置に、レジストを塗布してから、乾燥した。
次に、前記レジスト上に所定のパターンが格子状に設けられた露光マスクを配置してから前記レジストを露光した。
次に、露光部を公知の方法により除去した後、膜厚０．４μｍ、縦１ｃｍ、横１ｃｍのＡｌからなるマスク部を蒸着法により形成した。
次に、レジスト除去剤を用いて、前記レジストを全て除去して、マスク部に開口部を形成して、バンドパスフィルターを製造した。
【００４２】
図７及び図８は、以上のプロセスにより作成したバンドパスフィルターのマスク部及び開口部のＳＥＭ写真である。図８に示すように、開口径５０μｍの開口部を備え、開口部中心に突出する先細り形状の４つの突出部を備え、突出部の先端部の間隔が１０μｍ、突出部の開き角度２０°であるマスク部を備えたバンドパスフィルターを作成した。
【００４３】
＜バンドパスフィルターの特性評価＞
次に、図５に示したバンドパスフィルターの特性評価装置を用いて、実施例１のバンドパスフィルターの特性評価結果を行った。
図９及び図１０は、実施例１のバンドパスフィルターの特性評価結果（Ａｒｒａｙ ｏｎ Ｓｉ ｉｎ ａｉｒ）である。サンプルを置かない場合の測定結果、すなわち、空気に対する測定結果（Ａｉｒ）及びＳｉ基板のみの測定結果（Ｓｉ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｉｎ Ａｉｒ）を比較の為、併せて表示している。
図９に示すように、実施例１のバンドパスフィルターは、０．５〜１．５ＴＨｚの範囲で複数のピークを有し、０．８１ＴＨｚに最も大きなピークを示した。
０．８１ＴＨｚを第１のピークとする出射光は０．８３ＴＨｚ付近に第２のピークを有しており、０．７８〜０．８５ＴＨｚの光を出射した。つまり、実施例１のバンドフィルターは、０．７８〜０．８５ＴＨｚの特定の周波数の電磁波のみを他面側から出射した。
【００４４】
図１０に示すように、０．８１ＴＨｚにおけるＳｉ基板の光強度１．６×１０５に対して、バンドパスフィルターの光強度は、２×１０５となり、Ｓｉ基板に対して１４５％の透過率を示した。
【００４５】
次に、図１１に示すように、入射波の入射位置をＸ方向に移動させて実施例１のバンドパスフィルターの透過率の測定を行った。
まず、バンドパスフィルター１０の一面１０ａに略垂直な方向から図１１に示すＸ０の位置に電磁波を照射し、空気を通過させて対面側で電磁波をパラボラミラーにより光伝導性アンテナに取り込み、強度を測定した。
その後、保持部材３０上を、サンプルフォルダー３１を移動させながら、Ｘ０からＸ５４０００の位置までの電磁波強度を測定した。
その結果、図１１に示すＡｉｒ、Ｓｉ、Ａｌ、Ａｒｒａｙ、Ａｌ、Ｓｉ、Ａｉｒに対応する位置の電磁波が得られた。
【００４６】
図１２は、このときの電磁波の測定結果を示すグラフであって、入射波の入射位置を移動させて得られた実施例１のバンドパスフィルターの透過率の測定結果を示すグラフである。
電磁波として、０．８１ＴＨｚの電磁波を用いた場合のほかに、比較の為、１．８５ＴＨｚの電磁波を用いた場合を示している。マスク部４（図１２では、Ａｒｒａｙと表示）の領域では、１．８５ＴＨｚの電磁波の場合には、出射電磁波の強度がほぼ０であるのに対し、０．８１ＴＨｚの電磁波の場合は、約４５％の透過率であった。Ｓｉ基板の透過率が約３５％であることから、マスク部４（Ａｒｒａｙ）により、約１０％透過率が向上したことが分かった。
【００４７】
次に、図１３に示す通り、バンドパスフィルターをＸＹ面内において、４５°、９０°反時計回りに回転させ、入射電磁波の偏光方向の透過率への影響を測定した。入射電磁波は電場の向きが図の水平方向となるように偏光されていた。
【００４８】
図１４は、このときの電磁波の透過率を示すグラフである。０°、４５°、９０°、いずれの角度であっても、透過率に変化が認められなかった。これにより、入射波の偏光状態によらず同一周波数帯のバンドパスフィルターとして機能することを確認した。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明のバンドパスフィルターは、テラヘルツ波のバンドパスフィルターとして用いることができ、テラヘルツ技術を用いるセキュリティシステム、封筒内の薬物識別、耐熱フォームの密着性評価などの産業に利用可能性がある。
【符号の説明】
【００５０】
２…開口部、２ａ、２ｂ、２ｃ…開口部、３…基板、３ａ…一面、３ｂ…他面、４…マスク部、４ａ…一面、５…縁部、６…突出部、７…先端部、１０…バンドパスフィルター、１０ａ…一面、１０ｂ…他面、１１…フェムト秒パルスレーザー、１２…ビームスプリッター、１３…ポンプ光、１４ａ、ｂ…レンズ、１５ａ、ｂ…光伝導性アンテナ、１６…電圧計、１７…軸外パラボラミラー、１８ａ、ｂ…レンズ、１９…電流計、２０ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ…ミラー、２１…プローブ光、２３…コーナー反射体、２４…記録システム、２５…電流アンプ、３０…サンプルフォルダー台座、３１…サンプルフォルダー支柱、１００…特性評価装置、ｌ、ｍ、ｄ…長さ、α、β…角度。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一面側に入射した電磁波のうち特定の周波数の電磁波のみを他面側から出射、もしくは前記一面側に反射するバンドパスフィルターであって、
基板と、前記基板の一面もしくは両面を覆うマスク部とを有し、
前記マスク部には、前記基板の一面を露出させる複数の開口部が格子状に設けられており、
前記開口部には、前記開口部の縁部から中心方向に向けて先細り形状とされた突出部が４つ以上備えられており、
前記突出部の先端部の開き角度が３０°以下であり、前記先端部同士の最短の間隔が０．１〜１０μｍであることを特徴とするバンドパスフィルター。
【請求項２】
前記先端部の開き角度が５〜２５°であることを特徴とする請求項１に記載のバンドパスフィルター。
【請求項３】
前記開口部の中心同士の間隔が互いに等間隔とされ、前記間隔が３０〜５００μｍであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のバンドパスフィルター。
【請求項４】
前記基板の厚さが０．１〜３．０ｍｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のバンドパスフィルター。
【請求項５】
前記基板がＳｉ、光透過性樹脂又は光透過性ガラスのいずれかからなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のバンドパスフィルター。
【請求項６】
前記マスク部の厚さが０．１〜１．０μｍであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のバンドパスフィルター。
【請求項７】
前記マスク部が金属又は合金からなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のバンドパスフィルター。
【請求項８】
前記金属がＡｌ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｐｂ、又はＮｉのいずれかの金属からなることを特徴とする請求項６に記載のバンドパスフィルター。
【請求項９】
前記合金がＡｌ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｐｂ、又はＮｉのいずれかの金属を含有することを特徴とする請求項６に記載のバンドパスフィルター。
【請求項１０】
一面側に入射したテラヘルツ波のうちピーク周波数が０．１０〜３．００ＴＨｚの範囲内にあるテラヘルツ波のみを他面側から出射することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のバンドパスフィルター。
【請求項１１】
各開口部で前記突出部が偶数個設けられており、各突出部の先端部はそれぞれいずれか他の突出部の先端部に対向するように設けられていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のバンドパスフィルター。
【請求項１】
一面側に入射した電磁波のうち特定の周波数の電磁波のみを他面側から出射、もしくは前記一面側に反射するバンドパスフィルターであって、
基板と、前記基板の一面もしくは両面を覆うマスク部とを有し、
前記マスク部には、前記基板の一面を露出させる複数の開口部が格子状に設けられており、
前記開口部には、前記開口部の縁部から中心方向に向けて先細り形状とされた突出部が４つ以上備えられており、
前記突出部の先端部の開き角度が３０°以下であり、前記先端部同士の最短の間隔が０．１〜１０μｍであることを特徴とするバンドパスフィルター。
【請求項２】
前記先端部の開き角度が５〜２５°であることを特徴とする請求項１に記載のバンドパスフィルター。
【請求項３】
前記開口部の中心同士の間隔が互いに等間隔とされ、前記間隔が３０〜５００μｍであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のバンドパスフィルター。
【請求項４】
前記基板の厚さが０．１〜３．０ｍｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のバンドパスフィルター。
【請求項５】
前記基板がＳｉ、光透過性樹脂又は光透過性ガラスのいずれかからなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のバンドパスフィルター。
【請求項６】
前記マスク部の厚さが０．１〜１．０μｍであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のバンドパスフィルター。
【請求項７】
前記マスク部が金属又は合金からなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のバンドパスフィルター。
【請求項８】
前記金属がＡｌ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｐｂ、又はＮｉのいずれかの金属からなることを特徴とする請求項６に記載のバンドパスフィルター。
【請求項９】
前記合金がＡｌ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｐｂ、又はＮｉのいずれかの金属を含有することを特徴とする請求項６に記載のバンドパスフィルター。
【請求項１０】
一面側に入射したテラヘルツ波のうちピーク周波数が０．１０〜３．００ＴＨｚの範囲内にあるテラヘルツ波のみを他面側から出射することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のバンドパスフィルター。
【請求項１１】
各開口部で前記突出部が偶数個設けられており、各突出部の先端部はそれぞれいずれか他の突出部の先端部に対向するように設けられていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のバンドパスフィルター。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１１−２５３１４２（Ｐ２０１１−２５３１４２Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２８６５２（Ｐ２０１０−１２８６５２）
【出願日】平成２２年６月４日（２０１０．６．４）
【出願人】（３０１０２３２３８）独立行政法人物質・材料研究機構 (1,333)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月４日（２０１０．６．４）
【出願人】（３０１０２３２３８）独立行政法人物質・材料研究機構 (1,333)
【Ｆターム（参考）】
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