CN1701246A - 2维光子晶体 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种2维光子晶体，其在将短边(X1)的长为(x1)、长边(Y1)的长为(y1)的长方形作为单元晶格、且邻接的4个单元晶格排列成共有1个角的平面上，将具有短边(X2)的长为(x2)、长边(Y2)的长为(y2)的长方形截面的柱状的第1电介质区配置在各长方形单元晶格(L)的短边(X1)和长边(Y1)上。在该2维光子晶体中，配置第1电介质区使长方形截面的中心与短边(X1)的中点及长边(Y1)的中点大体一致；且各第1电介质区的长边(Y2)彼此大致平行。

Description

2维光子晶体
技术领域
本发明涉及2维光子晶体。
背景技术
近年，作为使介电常数周期性地发生变化的2维或3维结构体的光子晶体备受瞩目。在此，所谓2维、3维是以具有周期的方向数为基础来确定的。当向由2种电介质的周期结构所构成的光子晶体入射电磁波而产生布拉格衍射时，将产生2个驻波，分别为在低介电常数区域产生的高能量的驻波、和在高介电常数区域产生的低能量的驻波。由于具有在这2个驻波的能量之间的某个能量的波不能存在，因而在光子晶体中出现光子带隙。处于光子带隙中的能量(波长)范围的电磁波不能通过光子晶体。这里所说的光子带隙是与晶体内电子能级的带隙(禁带)同样地捕捉上述现象的。
在此，如果在具有光子带隙的晶体内部引入打乱周期的缺陷，则只在该缺陷部分可以有光的存在。因此，如果在该晶体内制作缺陷使之成为闭合区域，则能够得到光的共振器。另外，如果在该晶体内制作线缺陷，则能得到波导。例如在2维光子晶体的场合，可将电场成分分成与周期结构的平面平行的TE波(Transverse Electric Wave)、和与周期结构的平面垂直的TM波(Transverse Magnetic Wave)。一般地说，与各自的光相对应的光子带隙的频率ω的范围未必一致。所以，当存在对于TE波和TM波两方同时产生光子带隙的频率范围时，其光子带隙有时被称为“完全带隙”。
人们已经知道在2维结构中存在完全带隙的结构比较简单的光子晶体。该光子晶体例如特开2001-272555号公报所公开的那样，是在电介质中将贯通孔(空气孔)排列成3边形晶格状的光子晶体。在此情况下，得到最宽的完全带隙是半径(r/a)为0.48、同时频率(ωa/2πc)为0.5左右之时。其中，r是孔的半径，a是光子晶体的晶格常数，ω是光的角振动频率，c是真空中的光速。
可是，在将空气孔排列成3边形晶格状的现有技术的2维光子晶体中，得到完全带隙是孔的直径d(＝2r)＝0.95a之时。此时，孔间的壁厚极薄，在最小部分为0.05a，也就是为0.035μm，因此难于制作可得到完全带隙的2维光子晶体。
发明内容
本发明是基于这样的技术课题而完成的，其目的在于：提供一种制造容易、且对于TE波和TM波可具有完全带隙的具有2维周期结构的光子晶体。
本发明为这样的2维光子晶体：在将短边X1的长为x1、长边Y1的长为y1的长方形作为单元晶格、且邻接的4个单元晶格排列成共有1个角的平面上，将具有短边X2的长为x2、长边Y2的长为y2的长方形截面的柱状的第1电介质区配置在各长方形单元晶格的短边X1和长边Y1上。
本发明在上述2维光子晶体中，对第1电介质区进行配置使得长方形截面的中心与短边X1的中点及长边Y1的中点大体一致，各第1电介质区的长边Y2彼此大致平行。进而设定
Figure A20048000091000061
x1∶x2∶y2＝1∶0.133∶0.48～1∶0.158∶0.58。
在本发明的2维光子晶体中，优选设定x1∶x2∶y2＝1∶0.135∶0.48～1∶0.150∶0.54，进一步优选设定为1∶0.135∶0.52～1∶0.140∶0.54。
根据以上的本发明，由于第1电介质区最小具有0.10μm×0.37μm左右的长方形截面，因此与现有技术将空气孔排列成3边形晶格状的2维光子晶体比，其制造性格外优异。而且正如后面所叙述的那样，在实用方面具有充分的完全带隙宽。
在本发明的2维光子晶体中，有时包含有围绕在第1电介质区的周围且具有与第1电介质区不同的介电常数的第2电介质区。在此，第1电介质区及第2电介质区不仅包括有形物，还具有包含气体的概念。因此在本发明中，可由电介质材料构成第1电介质区及第2电介质区的任一方，由气体构成另一方。气体的典型例是空气。另外，在本发明中，称为电介质材料时意指有形物。
作为上述的电介质材料，例如可以使用BaO-TiO2系或BaO-Nd2O3-TiO2系的电介质材料。
另外，也能够用具有各自不同的介电常数的电介质材料构成第1电介质区及第2电介质区。
在此种情况下，第1电介质区及第2电介质区可以制成烧结体。据此能够得到机械强度和介电常数得到进一步提高的2维光子晶体。
再者，基于本发明的2维光子晶体可以设定为这样的形态：它具有平板状的基部、和由与基部相同的电介质材料构成并从基部竖立设置的多个第1电介质区。第2电介质区可以设定为空气等气体，也可以设定为电介质材料。
另外，本发明是周期性地配置有第1电介质区、和具有与第1电介质区不同的介电常数的第2电介质区的2维光子晶体，其特征在于：包含具有长方形截面的柱状的第1电介质区、和围绕在第1电介质区的周围的第2电介质区；在X方向连结邻接的2个第1电介质区的中心的线段Lx、和在与X方向正交的Y方向连结邻接的2个第1电介质区的中心的线段Ly，在相互的大致中点大致正交；而且线段Lx的长x3与线段Ly的长y3之比设定为
Figure A20048000091000071
线段Lx的长x3、第1电介质区的X方向的长x2及Y方向的长y2之比设定成1∶0.133∶0.48～1∶0.158∶0.58。
在本发明的2维光子晶体中，优选设定x3∶x2∶y2＝1∶0.135∶0.48～1∶0.150∶0.54，进一步优选为1∶0.135∶0.52～1∶0.140∶0.54。
在基于本发明的2维光子晶体中，可以由电介质材料构成第1电介质区及第2电介质区的任一方，由气体构成另一方。
另外，在基于本发明的2维光子晶体中，第1电介质区及第2电介质区也可以由具有各自不同的介电常数的电介质材料构成。
基于本发明的2维光子晶体可以具有20.0％或以上的完全带隙宽(full band gap)。在此，本发明将在完全带隙对于频率连续存在的情况下，其频带除以频带的中心频率所得的值叫做完全带隙宽(％)。
附图说明
图1是表示基于本发明的光子晶体的一个实例的立体图。
图2表示基于本发明的光子晶体的单元晶格及棱柱结构体的排列。
图3是说明在基于本发明的光子晶体中单元晶格及棱柱结构体的尺寸的图。
图4是表示基于本发明的光子晶体的其它例子的立体图。
图5是表示通过模拟得到的完全带隙宽的散布图。
图6是表示通过模拟得到的完全带隙宽的散布图。
图7是表示非常适合于基于本发明的光子晶体的制造方法的流程框图。
图8表示非常适合于本发明的光子晶体的制造方法的预定工序。
具体实施方案
以下说明本发明的实施方案。
图1是表示本实施方案中的光子晶体1的结构的立体图。在图1中，基于本实施方案的光子晶体1形成有在基部12上排列多个棱柱结构体11的结构。棱柱结构体11及基部12例如可由BaO-TiO2系、BaO-Nd2O3-TiO2系等电介质材料构成。构成棱柱结构体11及基部12的电介质材料可以相同，也可以不同。邻接的棱柱结构体11之间是空隙13，空隙13中存在空气。因此，棱柱结构体11构成第1电介质区，而邻接的棱柱结构体11之间的空隙13构成第2电介质区。因此，光子晶体1具有2维周期结构。
图2用于说明光子晶体1中的、构成第1电介质区的棱柱结构体11的配置，是俯视光子晶体1的模式图。
如图2所示，在光子晶体1上用虚线表示的正六边形被假想排列成蜂窝状。构成该正六边形的边之中，在与图中Y方向平行的边上竖立设置着棱柱结构体11。图2只记载光子晶体1的一部分，且棱柱结构体11也只记载着其一部分。
利用围绕预定正六边形H的4个棱柱结构体11构成棱柱结构体11的周期的结构单元。在本发明中将该周期的结构单元定义为单元晶格L。该单元晶格L由与X方向平行地配置的2个短边X1及在与X方向垂直的Y方向配置的2个长边Y1构成，形成为长方形。而且邻接的4个单元晶格L共有1个角C。这里所说的单元晶格L不用说通过对它进行平移操作，便能无重复和无间隙地填尽平面的单元晶格。
在单元晶格L中，在与X方向平行地配置的2个短边X1上、及与Y方向平行地配置的2个长边Y1上分别配设棱柱结构体11。该棱柱结构体11构成第1电介质区。另外，围绕在棱柱结构体11的周围的部分构成第2电介质区。图2的前提虽然是用电介质材料构成由棱柱结构体11组成的第1电介质区，并将在其周围存在的第2电介质区设定为空气，但也可将第1电介质区的部分设定为空气，并由电介质材料构成在其周围存在的第2电介质区。另外，如图4所示，能够用由第1电介质材料构成的棱柱结构体111、和由第2电介质材料构成并围绕棱柱结构体111的第2电介质区113构成基于本发明的光子晶体100。第1电介质材料和第2电介质材料具有不同的介电常数。光子晶体100的基部112由第1电介质材料构成。
基于本发明的光子晶体1所具有的特征在该单元晶格L及配设在单元晶格L中的棱柱结构体11的尺寸上。于是，下面基于图3就其特征点加以说明。
图3(a)记载着基于本实施方案的光子晶体1的单元晶格L。图3(b)除去棱柱结构体11只记载单元晶格L，另外，图3(c)只记载着棱柱结构体11。
基于本发明的光子晶体1将图3(b)所示的单元晶格L的短边X1的长x1和长边Y1的长y1设定成 x1∶y1严格地讲是
Figure A20048000091000102
但考虑到有误差，从而设定为 在本发明中，其它使用“约”的场合也同样。在此，各个单元晶格L的短边X1之间、以及长边Y1之间相互大致平行。另外，棱柱结构体11的短边X2与单元晶格L的短边X1大致平行，长边Y2与单元晶格L的长边Y1平行。
另外，将图3(c)所示的棱柱结构体11的短边X2的长x2和长边Y2的长y2设定成x1∶x2∶y2＝1∶0.133∶0.48～1∶0.158∶0.58。
在此，如图3(a)所示，在X方向连结邻接的2个棱柱结构体11的中心的线段Lx、和在Y方向连结邻接的2个棱柱结构体11的中心的线段Ly，在相互的大致中点大致正交。线段Lx的长与线段Ly的长具有 的比率。
另外，配置在短边X1上的棱柱结构体11，其中心与短边X1的中点大致一致，而配置在长边Y1上的棱柱结构体11的中心与长边Y1的中点大致一致。
所谓棱柱结构体11的中心是指平面方向的中心。
在本发明中，以上所采用的比率是基于通过模拟(详细情况后述)而求出的完全带隙宽。
图5表示固定 x 1 : y 1 = 1 : 3 , 并改变x2和y2而进行的完全带隙宽的模拟结果。如图5所示，通过选择x2和y2，可以得到高的完全带隙宽。
图6记录了预定的x2、y2下的完全带隙宽的值。
在图6中，将得到22.5％或以上的宽的完全带隙宽的图(plot)涂成黑色。黑色图包括在x1∶x2∶y2＝1∶0.133∶0.48～1∶0.158∶0.58的范围内。在1∶0.133∶0.48～1∶0.148∶0.53的范围内，能够得到26％或以上的完全带隙宽。另外，在1∶0.133∶0.52～1∶0.148∶0.53的范围内，能够得到28％或以上的完全带隙宽。
下面就以上通过模拟进行的完全带隙宽的计算方法的概况进行说明。
计算使用了光子晶体的透射特性模拟器Translight。该软件是Andrew Reynolds氏在Glasgow大学就读期间开发的。作为计算方法，使用了转移矩阵法(Transfer Matrix Method)。该软件是自由地配置圆柱和棱柱，对于作为这些集合体的光子晶体的结构，当入射TE波及TM波时，用于计算反射及透射特性。入射能够在0～90°的任意角度范围内进行，能对任意的频率范围求解。
向模拟器代入要计算的光子晶体的结构形状、频带、TE波及TM波的入射角范围、以及使用的电介质的介电常数。入射角设定为0～90°。由于计算的光子晶体的结构以x-y(有必要与图3的x-y整合)平面为对称面，因此覆盖了以该入射角从y-z(有必要与图3的x-y整合)面入射的所有电磁波入射。通过对它进行计算(模拟)，在TE波及TM波的各入射角度下，便得到相对于频率的反射及透射衰减量。当该透射衰减量为50dB或以上时，便认定产生了带隙。于是，对于TE波及TM波提取透射衰减量为50dB或以上的入射角度及频率。对于某个频率，对TE波及TM波的所有入射角产生带隙时，就在该频率下形成了完全带隙。于是，对各频率确认了有无完全带隙。当完全带隙相对于频率连续地存在时，其频带除以频带的中心频率得到的值便作为完全带隙宽(％)。将该完全带隙宽对光子晶体形状(棱柱结构体11的x2及y2的值)绘图，所绘出的图为图5和图6。
下面用图7和图8说明光子晶体1的优选的制造方法。
此制造方法使用麻省理工学院(MASSACHUSETTS INSTITUTEOF TECHNOLOGY)开发的料浆基(slurry base)的3DP(ThreeDimensional Printing)工艺。该3DP工艺的基本的流程如图7所示。可适用该工艺的材料只要是能够料浆化的即可，材料选择不受限制。例如氧化铝(Al2O3)、碳化硅(SiC)、钛酸钡(BaTiO3)、钛锆酸铅(PLT)、BaO-Nd2O3-TiO2等陶瓷当然不用说，也可以使用丙烯酸酯和聚碳酸酯等塑料、Al和Cu、Ag等金属、Si和GaAs等半导体。
在3DP工艺中，首先如图7所示，在料浆制作工序S1，将构成棱柱结构体11及基部12的电介质粉末分散在溶剂中并使之料浆化。溶剂可使用醇等有机溶剂，但从没有毒性、操作容易、对电介质粉末的影响小等理由考虑，优选以水为基质。还可根据需要在溶剂中添加分散剂等。也可以使用2种或以上的电介质粉末制作棱柱结构体11及基部12。
其次，在料浆印刷工序S2，使用喷墨打印法在基材的表面只印刷形成1层含有电介质粉末的料浆。所印刷的电介质层的层厚应根据干燥工序中的收缩率等来决定。
在接着进行的干燥工序S3，从料浆印刷工序S2印刷形成的电介质层中通过干燥去除溶剂。干燥的方法可以是自然干燥，也可以是加热干燥。
其次，在粘合剂印刷工序S4，在已经形成的电介质层的预定部分，采用喷墨打印法印刷涂布粘合剂。粘合剂涂布在构成棱柱结构体11及基部12的部分上。粘合剂的喷出量调整成渗透在1层电介质层中。
在粘合剂印刷工序S4中使用的粘合剂的种类没有特别限制，从操作的容易、对电介质粉末的影响少、没有毒性等的理由考虑，优选以水为溶剂的水溶性粘合剂。另外，通过在水中进行的再分散处理，从电介质的成型体中去除未被粘合剂固化的粉末(工序S8)，为此，必须使粘合剂在固化后成为非水溶性。再者，考虑到固化后的机械强度等，作为粘合剂优选使用热固性树脂，特别优选聚丙烯酸(PAA：polyacrylic acid)。
其次，在粘合剂干燥工序S5，干燥以去除渗透在电介质层中的粘合剂所含的溶剂。干燥方法可以是自然干燥，也可以是加热干燥。经过了该粘合剂干燥工序S5的电介质层，通过该粘合剂粘接存在于粘合剂产生渗透的区域内的电介质粉末。
将从上述料浆印刷工序S2到粘合剂干燥工序S5的各工序重复预定次数(图7、判断工序S6)。于是，形成了电介质粉末被粘合剂所粘接的区域(粘接区域)、和非粘接的区域(非粘接区域)混合存在的块状成型体。具体的情况在后面叙述，上述粘接区域构成形成第1电介质区的棱柱结构体11，而上述未粘接区域构成形成第2电介质区的空隙13。在粘合剂印刷工序S4中印刷粘合剂使得：该2个粘接区域和未粘接区域，从上往下看，则如图2、图3所示的那样被周期性地配置在一起。
重复预定次数的上述各工序后，便进入粘合剂固化工序S7中。
在粘合剂固化工序S7，将通过重复上述各工序印刷预定层数而得到的成型体进行热处理等，便使在粘合剂印刷工序S4中渗透到电介质层中的粘合剂充分固化。通过该处理，电介质粉末彼此由固化的粘合剂牢固地粘接在一起，因此电介质粉末彼此的粘接强度提高，从而后面的操作将变得极为容易。
在粘合剂固化工序S7之后，实施未粘接区域的去除工序S8。
在未粘接区域的去除工序S8，从成型体中去除存在于未粘接区域的电介质粉末。该去除工序可通过下述方法来进行，也就是将由层叠的电介质层构成的成型体浸渍在水中。也就是说，未被粘合剂粘接的电介质粉末通过浸渍在水中，从电介质层脱离下来，从而再分散到水中。
优选在料浆制作工序S1中预先向料浆中添加分散剂，以便使未被粘合剂粘接的电介质粉末在去除工序(工序S8)易于再分散到水中。作为分散剂，例如可以使用聚乙二醇(PEG：Polyethylene glycol)。在进行再分散时，对浸渍成型体的水或该成型体本身外加超声波是有效果的。
去除工序(工序S8)结束之后，从水中取出电介质粉末被粘合剂粘接成为棱柱结构体11的形状的成型体，实施干燥工序S9。该干燥工序S9可以自然干燥，也可以加热干燥。
可以将经过了干燥工序S9的成型体原封不动地用作光子晶体1，也可以根据需要进一步在烧成工序S10进行烧成制成烧结体。通过制成烧结体，进一步提高了机械强度和介电常数。
以上在经过了粘合剂固化工序S7之后，实施了未粘接区域的去除工序S8。可是，根据粘合剂所渗透的区域的电介质粉末的密度、使用的粘合剂的性状等，也能够不经过粘合剂固化工序S7就实施未粘接区域去除工序S8。
其次，参照图8就上述光子晶体1的制造方法的各工序进行更具体的说明。
图8(a)示意地表示出下述情形：在料浆印刷工序S2中，从喷墨打印头22喷出含有电介质粉末的料浆23，在衬底21上形成第1层电介质层。
一边使料浆喷出用喷墨打印头22进行平面扫描，一边使含有电介质粉末的料浆23连续地喷出，由此在衬底21上的一面印刷形成了1层料浆23。在此，也可以固定喷墨打印头22而使衬底21移动。
当衬底21为多孔材料时，所印刷的电介质层中的溶剂被吸收到衬底21中，电介质粉末的密集度提高，从而电介质粉末的成型密度提高。为此目的，可将烧结氧化铝等用作衬底21，也可以将包含构成料浆23的电介质粉末的成型体本身作为衬底21。
在料浆干燥工序S3，通过干燥以去除料浆23中所含的溶剂，便形成了1层电介质层。
在形成了第1层电介质层之后，正如图8(b)所示的那样，实施粘合剂印刷工序S4。
图8(b)示意地表示出下述情形：在粘合剂印刷工序S4，从喷墨打印头24喷出粘合剂25，只在预定部分印刷涂布粘合剂。
一边使粘合剂喷出用喷墨打印头24进行扫描，一边使粘合剂25连续地喷出，由此使粘合剂25渗透到印刷形成的电介质层的整个面上。在图8中，对粘合剂25渗透的区域实施网纹阴影层次(gradation)。对从喷墨打印头24喷出的粘合剂25的量进行控制，以便使之充分渗透到电介质层的整个区中。在印刷涂布粘合剂25之后，实施通过干燥以去除粘合剂25的粘合剂干燥工序S5。
对第1层电介质层实施粘合剂干燥工序S5之后，与上述同样地实施第2层的料浆23的印刷、对第2层的电介质层印刷粘合剂25并进行干燥、进而印刷第3层的料浆23。在印刷第3层的料浆23、并去除了料浆23中所含的溶剂之后，进行粘合剂25的印刷。图8(c)示出了这种情况。在图8(c)中，一边扫描喷墨打印头24，一边断续地喷出粘合剂25。在图8(c)中，在画有剖面线的电介质层中的拔白区域所对应的部分，停止粘合剂25的喷出。在该拔白的区域粘合剂25未渗透。
与图8(c)同样地实行断续的粘合剂25的印刷，直到第5层的电介质层为止。这样得到的成型体示于图8(d)。
如图8(d)所示，该成型体周期性地配设有存在粘合剂25的区域、和不存在粘合剂25的区域。图8(d)所示的成型体接着供给粘合剂固化工序S7。在该工序中，实施用于固化渗透到成型体中的粘合剂25的热处理。
图8(e)示意地表示出下述情形：从图8(d)所示的成型体中去除存在于未被粘合剂25所固化的区域(上述的未粘接区域)的电介质粉末。从衬底21拆下经过了粘合剂固化工序S7的成型体，将其浸渍在水中。这样一来，成型体中未粘接区域中存在的电介质粉末再分散到水中而得以去除。去除了电介质粉末的部分成为存在空气的空隙13。此时，外加超声波是有效的。由于去除了电介质粉末的区域成了空隙13，因此该成型体构成周期性地配置有存在电介质粉末的棱柱结构体11、和由空气构成的空隙13的光子晶体1。另外，如上所述，也可以进一步烧成该结构体。
图8(e)所示的成型体是使用空气作为第2电介质区的光子晶体1，但也能够制作使用空气以外的电介质材料作为第2电介质区的光子晶体1。
图8(f)表示采用上述方法制作图8(e)所示的成型体或烧结体后、在其空隙113a中填充与棱柱结构体111不同的电介质材料而得到的光子晶体100。第1电介质区和第2电介质区的介电常数之差可以根据目标光子晶体100的特性来决定。
图8表示的是光子晶体1(100)的侧截面，但在俯视的情况下，如图3所示，喷墨打印头24进行扫描以便配置棱柱结构体11。此时，粘合剂25印刷在形成棱柱结构体11(111)的部分上。
另外，以上就采用3DP工艺得到本发明的光子晶体1、100的方法进行了说明，但也能够采用干刻法、自凸面加工法(自己クロ一ニング法)及光造型法等公知的方法。下面简单地言及各方法。
干刻法是使用采用光刻技术制作的掩模通过蚀刻气体将材料蚀刻成为所要求的形状的方法。自凸面加工法是通过用特定的模式(mode)进行偏压溅射(bias sputtering)，藉此保存基材的凹凸的周期，同时在与基材垂直的方向堆积材料的方法。另外，光造型法是对液体状的光固化性树脂进行紫外光束扫描，只是照射区域发生聚合反应，从而使光固化性树脂固化成为所要求的形状的方法。
在这些方法之外，只要不脱离本发明主旨，也能够取舍选择在上述实施方案中举出的构成、或适宜变更成其它的构成，这是不言而喻的。例如在晶体内形成闭合的缺陷区域能够得到光的共振器，而在该晶体内形成线缺陷能够得到波导。
根据本发明，能够提供一种制造容易、且对于TE波及TM波可具有完全带隙的具有2维周期结构的光子晶体。

Claims (17)

1.一种2维光子晶体，其在将短边X1的长为x1、长边Y1的长为y1的长方形作为单元晶格、且邻接的4个单元晶格排列成共有1个角的平面上，将具有短边X2的长为x2、长边Y2的长为y2的长方形截面的柱状的第1电介质区配置在各长方形单元晶格的短边X1和长边Y1上，其特征在于：对所述第1电介质区进行配置使得所述长方形截面的中心与短边X1的中点及长边Y1的中点大体一致；且所述各第1电介质区的所述长边Y2彼此大致平行；其中，x1∶y1＝1∶约
Figure A2004800009100002C1
x1∶x2∶y2＝1∶0.133∶0.48～1∶0.158∶0.58。
2.根据权利要求1所述的2维光子晶体，其特征在于：所述第1电介质区的长方形截面的所述长边Y2与单元晶格的所述长边Y1大致平行地排列。
3.根据权利要求1或2所述的2维光子晶体，其特征在于：x1∶x2∶y2＝1∶0.135∶0.48～1∶0.150∶0.54。
4.根据权利要求1或2所述的2维光子晶体，其特征在于：x1∶x2∶y2＝1∶0.135∶0.52～1∶0.140∶0.54。
5.根据权利要求1或2所述的2维光子晶体，其特征在于：所述长方形截面的尺寸是0.10μm×0.37μm或以上。
6.根据权利要求1所述的2维光子晶体，其特征在于：包含有围绕在所述第1电介质区的周围且具有与所述第1电介质区不同的介电常数的第2电介质区，所述第1电介质区及所述第2电介质区的任一方由电介质材料构成，另一方由气体构成。
7.根据权利要求6所述的2维光子晶体，其特征在于：所述电介质材料是BaO-TiO2系电介质材料或BaO-Nd2O3-TiO2系电介质材料。
8.根据权利要求6所述的2维光子晶体，其特征在于：具备平板状的基部、和由与所述基部相同的电介质材料构成并从所述基部竖立设置的多个所述第1电介质区。
9.根据权利要求1所述的2维光子晶体，其特征在于：包含围绕在所述第1电介质区的周围且具有与所述第1电介质区不同的介电常数的第2电介质区，所述第1电介质区及所述第2电介质区由具有各自不同的介电常数的电介质材料构成。
10.根据权利要求9所述的2维光子晶体，其特征在于：所述第1电介质区及所述第2电介质区是烧结体。
11.根据权利要求9所述的2维光子晶体，其特征在于：具备平板状的基部、从所述基部竖立设置并由与所述基部相同的电介质材料构成的多个所述第1电介质区、和围绕在所述第1电介质区的周围的第2电介质区。
12.一种2维光子晶体，其周期性地配置有第1电介质区、和具有与所述第1电介质区不同的介电常数的第2电介质区，其特征在于：包含具有长方形截面的柱状的所述第1电介质区、和围绕在所述第1电介质区的周围的所述第2电介质区；在X方向连结邻接的2个所述第1电介质区的中心的线段Lx、和在与所述X方向正交的Y方向连结邻接的2个所述第1电介质区的中心的线段Ly，在相互的大致中点大致正交；且所述线段Lx的长x3与所述线段Ly的长y3之比为1∶约
Figure A2004800009100003C1
所述线段Lx的长x3、所述第1电介质区的所述X方向的长x2及所述Y方向的长y2之比设定为1∶0.133∶0.48～1∶0.158∶0.58。
13.根据权利要求12所述的2维光子晶体，其特征在于：x3∶x2∶y2＝1∶0.135∶0.48～1∶0.150∶0.54。
14.根据权利要求12所述的2维光子晶体，其特征在于：x3∶x2∶y2＝1∶0.135∶0.52～1∶0.140∶0.54。
15.根据权利要求12所述的2维光子晶体，其特征在于：所述第1电介质区及所述第2电介质区的任一方由电介质材料构成，另一方由气体构成。
16.根据权利要求12所述的2维光子晶体，其特征在于：所述第1电介质区及所述第2电介质区由具有各自不同的介电常数的电介质材料构成。
17.根据权利要求1或12所述的2维光子晶体，其特征在于：所述2维光子晶体具有20.0％或以上的完全带隙宽。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4769658B2 (ja) * 2006-07-31 2011-09-07 キヤノン株式会社 共振器
EP2221854B1 (en) * 2007-11-27 2016-02-24 Sophia School Corporation Iii nitride structure and method for manufacturing iii nitride structure
WO2010011036A2 (ko) * 2008-07-23 2010-01-28 한국전기연구원 습식공정으로 제작된 광결정 소자 및 그 제조방법
WO2012062005A1 (zh) * 2010-11-12 2012-05-18 深圳大学 光子晶体磁光环行器及其制造方法

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5784400A (en) * 1995-02-28 1998-07-21 Massachusetts Institute Of Technology Resonant cavities employing two dimensionally periodic dielectric materials
US5739796A (en) * 1995-10-30 1998-04-14 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Ultra-wideband photonic band gap crystal having selectable and controllable bad gaps and methods for achieving photonic band gaps
US6104334A (en) * 1997-12-31 2000-08-15 Eremote, Inc. Portable internet-enabled controller and information browser for consumer devices
JP3407693B2 (ja) * 1999-06-09 2003-05-19 日本電気株式会社 フォトニック結晶
JP2001072414A (ja) * 1999-09-01 2001-03-21 Japan Science & Technology Corp フォトニック結晶とその製造方法
JP3925769B2 (ja) * 2000-03-24 2007-06-06 関西ティー・エル・オー株式会社 ２次元フォトニック結晶及び合分波器
JP4573942B2 (ja) 2000-04-11 2010-11-04 キヤノン株式会社 フォトニック構造を有する屈折率周期構造体の製造方法、及びそれを用いた光機能素子
JP2002162525A (ja) * 2000-11-29 2002-06-07 Minolta Co Ltd 光機能素子
DE60129286T2 (de) * 2000-12-27 2007-11-22 Nippon Telegraph And Telephone Corp. Photonenkristall-Wellenleiter
JP2002303836A (ja) * 2001-04-04 2002-10-18 Nec Corp フォトニック結晶構造を有する光スイッチ
US7339104B2 (en) * 2001-04-17 2008-03-04 Kabushiki Kaisha Kenwood System for transferring information on attribute of, for example, CD
US6560006B2 (en) * 2001-04-30 2003-05-06 Agilent Technologies, Inc. Two-dimensional photonic crystal slab waveguide
US6898362B2 (en) * 2002-01-17 2005-05-24 Micron Technology Inc. Three-dimensional photonic crystal waveguide structure and method
JP3721142B2 (ja) * 2002-03-26 2005-11-30 独立行政法人科学技術振興機構 ２次元フォトニック結晶点欠陥干渉光共振器及び光反射器
US6728457B2 (en) * 2002-07-10 2004-04-27 Agilent Technologies, Inc. Waveguides in two dimensional slab photonic crystals with noncircular holes
US7155087B2 (en) * 2002-10-11 2006-12-26 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Photonic crystal reflectors/filters and displacement sensing applications
JP3682289B2 (ja) * 2002-12-06 2005-08-10 独立行政法人科学技術振興機構 境界反射を利用した２次元フォトニック結晶光分合波器
US20040151327A1 (en) * 2002-12-11 2004-08-05 Ira Marlow Audio device integration system
JP3847261B2 (ja) * 2003-02-10 2006-11-22 国立大学法人京都大学 ２次元フォトニック結晶中の共振器と波長分合波器
US7136561B2 (en) * 2003-03-26 2006-11-14 Tdk Corporation Two-dimensional photonic crystal, and waveguide and resonator using the same
US7158710B1 (en) * 2004-03-05 2007-01-02 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Reconfigurable photonic band gap device
JP4560348B2 (ja) * 2004-08-04 2010-10-13 キヤノン株式会社 ３次元フォトニック結晶およびそれを用いた光学素子

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