炭化ケイ素は、その例外的に高い屈折率 (≥2.6) のおかげで、光導波路構造における「レインボー効果」を排除するための根本的な物理的解決策を提供します。この現象は、周囲光が AR 導波路を通過するときに発生します。回折角は波長によって異なり、白色光を虹のスペクトルに分割する分散が発生します。炭化ケイ素の高い屈折率は、次の 2 つの重要な方法でこの課題に対処します。
屈折率が高いため、設計の柔軟性が高まり、より微細な格子周期の使用が可能になります。格子周期がナノスケールに減少すると、周囲光の回折角が大幅に増加し、多くの場合、光が人間の目の知覚範囲外に移動し、それにより、気が散る回折光の視覚的な視認性が低下します。
波動光学の観点から見ると、回折格子によって入射光に与えられる位相ベクトルは、波長に正比例し、回折格子の周期に反比例します。したがって、周期が小さいほど、回折光の偏向角は大きくなります。大きな角度で入射する光の場合、格子周期が小さすぎると回折光が導波モードをサポートする導波路の K 空間の環状領域の外側にシフトし、有効視野が制限されます。したがって、モノリシックシステムでフルカラー透過で広い視野を実現するには、小さすぎる格子周期を避ける必要があります。
「レインボー効果」を軽減する炭化ケイ素 (SiC) の利点は、基本的にその高い屈折率によってもたらされる設計の柔軟性に由来します。高屈折率構造は光の実効波長を圧縮し、格子周期を大幅に小さくすることができます。たとえば、従来のガラス基板では通常 500 nm が必要であるのに対し、SiC 基板では 300 nm の周期が実現可能です。固定の入射角では、この周期圧縮効果により、さまざまな波長にわたる分散角の分散が大幅に減少します。実験データによると、400 ～ 700 nm の可視光範囲内で、SiC ベースの回折格子は従来の材料で作られた回折格子よりも分散角の分散が約 40% 少ないことが示されています。最適化された設計により、虹効果の原因となる迷光を人間の目の可視範囲から遠ざけることができ、虹のアーチファクトの出現を効果的に抑制できます。
さらに、研究では、SiC 基板と多層 SiO2/TiO2/ITO 薄膜構造を組み合わせた設計を採用することで、レンズ表面での可視光の反射を効果的に低減し、それによって光の透過率を高めることができることを示しています。一方で、多層構造は光の反射によって引き起こされる色の偏差を最小限に抑え、間接的に虹効果を軽減します。一方、多層薄膜構造は青色光を遮断し、虹効果の軽減にも役立ちます。青色光は波長が短く、虹効果の主な原因である散乱を受けやすいためです。
炭化ケイ素は優れた硬度と化学的安定性を備えているため、ナノインプリント リソグラフィーや電子ビーム リソグラフィーなどの精密プロセスに最適であり、レインボー効果の問題を解決するサブミクロンの格子構造の高精度製造が可能になります。
出典：厦門中新京燕
