DE60118475T2

DE60118475T2 - Optisches Element

Info

Publication number: DE60118475T2
Application number: DE60118475T
Authority: DE
Inventors: Toshihiko Yamato-shi Kanagawa Baba; Takeharu Ashigarakami-gun Tani
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2000-09-01
Filing date: 2001-08-29
Publication date: 2006-11-16
Anticipated expiration: 2021-08-30
Also published as: DE60118475D1; JP3923244B2; EP1184690B1; US20020041425A1; EP1184690A3; US6522448B2; JP2002071981A; EP1184690A2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft allgemein ein optisches Element und insbesondere betrifft die Erfindung ein optisches Element unter Verwendung von photonischen Kristallen, deren Brechungsindizes periodisch geändert sind, abhängig von ihrer Lage.
Beschreibung des Standes der Technik
In jüngster Zeit sind in effizienter Weise photonische Kristalle entwickelt worden, die spezielle Dispersionseigenschaften besitzen, verglichen mit herkömmlichen optischen Kristallen. Damit wird von solchen photonischen Kristallen in starkem Maß erwartet, daß sie in verschiedenen Arten optischer Elemente eingesetzt werden, so zum Beispiel in optischen Modulationselementen, optischen Ablenkelementen und Schaltelementen. Da ein photonischer Kristall derart aufgebaut ist, daß in einem ersten Material zweite Materialien mit einem von dem ersten Material verschiedenen Brechungsindex in einem einer Lichtwellenlänge entsprechenden Intervall angeordnet sind, besitzt dieses photonische Kristall eine derartige Beschaffenheit, daß sein Brechungsindex sich abhängig von den Positionen dieses photonischen Kristalls periodisch ändert.
Die oben erläuterte Eigenschaft eines solchen photonischen Kristalls ist im einzelnen beispielsweise in der Veröffentlichung „Superprism phenomena in photonic crystals" von H. Kosaka et al., in Physical Review B Vol. 58, Nr. 16 vom 15. Oktober 1998 beschrieben.
In den optischen Elementen unter Einsatz der oben beschriebenen photonischen Kristalle gibt es allerdings beträchtliche optische Reflexionsverluste, die an den Grenzflächen zwi schen den photonischen Kristallen und dem Normalmedium auftreten. Dies stellt ein zu lösendes Problem dar, was durch extensive Analysen aufgedeckt wurde, die durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung vorgenommen wurden.
Die WO 98 53351 zeigt die Veränderung des effektiven Brechungsindex' in der Zone zwischen der photonischen Kristallstruktur und dem Normalmedium. Eine solche allmähliche Änderung des Brechungsindex wird gemäß der WO 98 53351 realisiert durch entweder progressives Verringern der Größe der Löcher oder durch progressives Verringern der Packungsdichte der Löcher in der Zone zwischen der photonischen Kristallstruktur und dem Normalmedium.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um das oben erläuterte Problem zu lösen, und es ist alternativ ein Ziel der Erfindung, ein optisches Element anzugeben, welches einen kleinen Lichtreflexionsverlust an einer Grenzfläche zwischen einem photonischen Kristall und dem Normalmedium aufweist, was durch die beigefügten Ansprüche erreicht wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Draufsicht, welche die allgemeine Struktur eines optischen Elements veranschaulicht;
2 zeigt ein photonisches Banddiagramm zum Erläutern eines Falls, bei dem Licht in die photonische Kristallzone nach 1 parallel zur Zeichnungsebene eingebracht wird, wobei eine Polarisationsebene dieses Licht parallel zu der Zeichnungsebene verläuft;
3 ist ein Diagramm, welches beispielhaft eine erste Brillouin-Zone des in 1 gezeigten photonischen Kristall zeigt, der bei einer spezifischen normierten Frequenz aufgeschnitten ist;
4 ist eine graphische Darstellung, die eine Beziehung zwischen einer normierten Frequenz, einer Transmittanz und eines Reflexionsvermögens für den Fall veranschaulicht, das zu einem Ausbreitungsband der photonischen Kristallzone gemäß 1 gehöriges Licht durch dieses Ausbreitungsband läuft;
5 ist eine Draufsicht, die eine Struktur eines optischen Elements gemäß der Erfindung darstellt;
6 ist ein Diagramm, welches eine Beziehung zwischen einer normierten Frequenz, einer Transmittanz und eines Reflexionsvermögens für den Fall zeigt, daß zu dem Ausbreitungsband der in 5 gezeigten photonischen Kristallzone gehöriges Licht durch dieses Ausbreitungsband läuft, während ein Längen-Breiten-Verhältnis in der in 5 dargestellten Zwischenzone den Wert „1" hat;
7 ist ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen einer normierten Frequenz, einer Transmittanz und eines Reflexionsvermögens für den Fall zeigt, daß zu dem Ausbreitungsband der in 5 gezeigten photonischen Kristallzone gehöriges Licht durch dieses Ausbreitungsband läuft, während das Breiten-Längen-Verhältnis in der in 5 gezeigten Zwischenzone auf Zwei eingestellt ist;
8 ist ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen einer normierten Frequenz, einer Transmittanz und eines Reflexionsvermögens für den Fall zeigt, daß zu dem Ausbreitungsband der in 5 gezeigten photonischen Kristallzone gehöriges Licht durch dieses Ausbreitungsband läuft, während das Breiten-Längen-Verhältnis in der in 5 gezeigten Zwischenzone auf Drei eingestellt ist;
9 ist ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen einer normierten Frequenz, einer Transmittanz und eines Reflexionsvermögens für den Fall zeigt, daß zu dem Ausbreitungsband der in 5 gezeigten photonischen Kristallzone gehöriges Licht durch dieses Ausbreitungsband läuft, während das Breiten-Längen-Verhältnis in der in 5 gezeigten Zwischenzone auf Vier eingestellt ist;
10 ist ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen einer normierten Frequenz, einer Transmittanz und eines Reflexionsvermögens für den Fall zeigt, daß zu dem Ausbreitungsband der in 5 gezeigten photonischen Kristallzone gehöriges Licht durch dieses Ausbreitungsband läuft, während das Breiten-Längen-Verhältnis in der in 5 gezeigten Zwischenzone auf Fünf eingestellt ist;
11 ist ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen einer normierten Frequenz, einer Transmittanz und eines Reflexionsvermögens für den Fall zeigt, daß zu dem Ausbreitungsband der in 5 gezeigten photonischen Kristallzone gehöriges Licht durch dieses Ausbreitungsband läuft, während das Breiten-Längen-Verhältnis in der in 5 gezeigten Zwischenzone auf Sechs eingestellt ist;
12 ist ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen einer normierten Frequenz, einer Transmittanz und eines Reflexionsvermögens für den Fall zeigt, daß zu dem Ausbreitungsband der in 5 gezeigten photonischen Kristallzone gehöriges Licht durch dieses Ausbreitungsband läuft, während das Breiten-Längen-Verhältnis in der in 5 gezeigten Zwischenzone auf Sieben eingestellt ist;
13 ist ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen einer normierten Frequenz, einer Transmittanz und eines Reflexionsvermögens für den Fall zeigt, daß zu dem Ausbreitungsband der in 5 gezeigten photonischen Kristallzone gehöriges Licht durch dieses Ausbreitungsband läuft, während das Breiten-Längen-Verhältnis in der in 5 gezeigten Zwischenzone auf Acht eingestellt ist;
14 ist ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen einer normierten Frequenz, einer Transmittanz und eines Reflexionsvermögens für den Fall zeigt, daß zu dem Ausbreitungsband der in 5 gezeigten photonischen Kristallzone gehöriges Licht durch dieses Ausbreitungsband läuft, während das Breiten-Längen-Verhältnis in der in 5 gezeigten Zwischenzone auf Neun eingestellt ist;
15 ist ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen einer normierten Frequenz, einer Transmittanz und eines Reflexionsvermögens für den Fall zeigt, daß zu dem Ausbreitungsband der in 5 gezeigten photonischen Kristallzone gehöriges Licht durch dieses Ausbreitungsband läuft, während das Breiten-Längen-Verhältnis in der in 5 gezeigten Zwischenzone auf Zehn eingestellt ist.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Nunmehr auf die Zeichnungen bezugnehmend, wird die Erfindung im einzelnen beschrieben. Es versteht sich, daß gleiche Bezugszeichen für gleiche Teile oder ähnliche Bauelemente verwendet werden, so daß auf ihre Erläuterung verzichtet wird: Es sei außerdem angemerkt, daß, weil die unten angegebenen verschiedenen numerischen Werte typische Werte sind, die Erfindung aber nicht auf diese typischen Werte beschränkt ist, sondern auch in Verbindung mit anderen Werten anwendbar ist, die im technischen Schutzumfang der Erfindung liegen.
1 ist eine Grundriß, der schematisch eine Allzweckstruktur eines optischen Elements 100 zeigt, welches in der Weise gestaltet ist, daß eine photonische Kristallzone 102 in einem Mittelbereich eines aus Silicium bestehenden Substrats 101 gebildet ist.
In der photonischen Kristallzone 102 gemäß 1 sind mehrere zylindrische Löcher 103 in fünf Schichten ausgebildet und in einer zweidimensionalen Dreieck-Gitterform derart angeordnet, daß die Löcher 103 rechtwinklig zur Lichtausbreitungsrichtung angeordnet sind. In den Löchern 103 befindet sich Luft. Während der effektive Brechungsindex des Substrats 101 auf 3,065 eingestellt ist, beträgt die interessierende Lichtwellenlänge des im Vakuum sich ausbreitenden Lichts beispielsweise 1,55 μm, ein Radius R eines Lochs 103 ist zu 0,387 μm gewählt, und ferner beträgt der Mittenabstand A der angeordneten Löcher 103 hier 0,93 μm.
Eine solche photonische Kristallzone 102 wird derart hergestellt, daß beispielsweise nach dem Aufbringen eines Resists auf einem Teil oberhalb des Substrats 101 dort, wo keine Löcher 103 entstehen sollen, das resultierende Substrat 101 durch Trockenätzung mit vorherrschenden Vertikaleigenschaften behandelt wird.
Licht, welches sich durch einen photonischen Kristall ausbreitet, wird abträglich beeinflußt durch ein Mehrfachstreuphänomen, verursacht durch eine periodische (zyklische oder abwechselnde) Struktur dieses photonischen Kristalls. Diese Ausbreitungseigenschaft läßt sich anhand eines photonischen Banddiagramms erläutern, ähnlich einem Elektronenbanddiagramm bei einem Halbleiter. Beispielsweise ist dann, wenn sich das Licht durch die in 1 gezeigte photonische Kristallzone 102 parallel zur Zeichnungsebene ausbreitet und außerdem eine Polarisationsebene dieses Lichts parallel zur Zeichnungsebene verläuft, ein Photonenbanddiagramm (ein reduziertes Zonenschema) gemäß 2 definiert. In Photonenbanddiagramm kann eine Beziehung wiedergeben zwischen einem Wellenvektor und einer normierten Frequenz Ω = ω A/2 π c) in einem reziproken Gitterraum. Es sei angemerkt, daß „ω" eine Winkelfrequenz des Lichts, „A" ein Löcher-Mittenabstand und „c" eine Lichtgeschwindigkeit im Vakuum bedeutet.
Es sei außerdem angemerkt, daß „Γ", „M", „K" auf der Abszisse in 2 spezifische Wellenvektoren in einer ersten Brillouin-Zone gemäß 3 angeben.
Wie in 2 dargestellt ist, gibt es ein derartiges normiertes Frequenzband (nämlich eine Photonenbandlücke), in welchem Licht sich nicht innerhalb eines photonischen Bandes durch einen photonischen Kristall ausbreiten kann. Als Konsequenz kann Licht, welches in einem normierten Frequenzband unterhalb der Photonenbandlücke oder oberhalb der Photonenbandlücke durch den photonischen Kristall ausbreiten. In 2 entspricht ein normiertes Frequenzband von 0,29 bis 0,45 der photonischen Bandlücke. Außerdem gibt es in einem normierten Frequenzband (das heißt einem Ausbreitungsband) von 0,45 bis 0,80 Licht, welches sich durch die photonische Kristallzone 102 in Minusrichtung der Y-Achse ausbreitet (das heißt, Wellenvektoren vom Punkt „Γ" zum Punkt „M").
Wird ein optisches Element unter Verwendung einer Transmissionskennlinie eines photonischen Kristalls in bezug auf Licht gefertigt, werden Verluste dieses Lichts, welches zu dem Ausbreitungsband des photonischen Kristalls gehört, im Idealfall gering, wobei die Verluste dann auftreten, wenn dieses Licht durch den photonischen Kristall läuft. Als Konsequenz hieraus haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung sowohl eine Transmittanz als auch eine Reflexionsfähigkeit auf der Grundlage der Intensität des durch folgende Simulation erhaltenen Lichts berechnet. Einer Gauß-Verteilung entsprechendes, impulsförmiges Licht, welches zu dem normierten Frequenzband von 0,5 bis 0,75 gemäß 2 gehört, wird in Richtung des Pfeils gemäß 1 zur Ausbreitung gebracht, und die Intensität des Lichts wird an einer Stelle P simuliert, die direkt nach der Stelle angeordnet ist, an der das einer Gauß-Verteilung entsprechende impulsförmige Licht aus der photonischen Kristallzone 102 projiziert wurde. Sowohl die Transmittanz als auch das Reflexionsvermögen wurden basierend auf der Intensität des durch eine Simulation erhaltenen Lichts berechnet. Es sei angemerkt, daß diese Simulation unter Verwendung der FDTD (finite difference time domain)-Methode durchgeführt wurde, wobei es sich um ein Verfahren handelt, welches im allgemeinen bei der numerischen Analyse eines photonischen Kristalls genutzt wird.
4 zeigt graphisch eine Beziehung zwischen der normierten Frequenz, der Transmittanz und des Reflexionsvermögens, gewonnen durch die oben erläuterte Berechnung. In 4 zeigt eine ausgezogene Linie die Transmittanz, eine gestrichelte Linie das Reflexionsvermögen. Wie in 4 gezeigt ist, ist zwar, obschon das zu der Ausbreitungszone der photonischen Kristallzone 102 gemäß 1 gehörige Licht durch diese photonische Kristallzone 102 ausgebreitet wird, die Transmittanz –8 dB bis –10 dB. Damit fällt die Intensität des Lichts, welches nach dem Durchgang durch die photonische Kristallzone 102 gemessen wird, um etwa eine Ziffernstelle ab im Vergleich zur Intensität des Lichts vor dem Durchgang durch die Zone. Außerdem ist das Reflexionsvermögen des Lichts an der Grenzfläche der photonischen Kristallzone 102 groß, wobei dieses Licht zu der Ausbreitungszone dieser photonischen Kristallzone 102 gehört. Im Ergebnis läßt sich vorhersagen, daß ein an der Grenzfläche der photonischen Kristallzone 102 auftretende Reflexionsverlust als Hauptursache dafür gelten kann, daß die Intensität des durch die photonische Kristallzone 102 gelaufenen Lichts geringer wird. Ein solcher Reflexionsverlust ist dann ungeeignet, wenn das zu der Ausbreitungszone des photonischen Kristalls gehörige Durchgangslicht genutzt wird, weil der Rauschabstand (S/N-Verhältnis) des Ausgangssignals beeinträchtigt wird und außerdem eine Lichtquelle mit hoher Leistung erforderlich ist.
In dieser photonischen Kristallzone 102 wird, was sich auch aus dem Flächenverhältnis ergibt, weil die Löcher 103 vorherrschen, ein gemittelter Brechungsindex der photonischen Kristallzone 102 niedriger als derjenige von Silicium. Ein gemittelter Brechungsindex N_AV einer solchen photonischen Kristallzone, in der Löcher in einem zweidimensionalen Dreieckgitter angeordnet sind, ist durch folgende Formel (1) gegeben:
wobei:

N₁: einen Brechungsindex eines in ein Loch gefüllten Werkstoffs angibt, und
N₂: ein Brechungsindex eines Hintergrundmaterials ist.

Wenn beispielsweise die unten angegebenen numerischen Werte auf die obige Formel (1) angewendet werden, ergibt sich der gemittelte Brechungsindex N_AV zu 1,32. Das heißt: N₁ = 1, N₂ = 3,065; A = 0,93 μm und R = 0,387 μm. Unter der Annahme, daß der Brechungsindex N des Materials der Normalmediumzone einen Wert von 3,065 hat, wird dann ein Verhältnis dieses Brechungsindex N zu dem gemittelten Brechungsindex N_AV 2,3, was ein großer Wert ist. Im Ergebnis läßt sich auch erkennen, daß selbst dann, wenn Licht, welches zum Ausbreitungsband des photonischen Kristalls gehört, verwendet wird, das Licht an der Grenzfläche stark reflektiert wird, da eine Fehlanpassung der Impedanz an der Grenzfläche zwischen dem photonischen Kristall und dem Normalmedium herrscht. Wenn dann das Verhältnis des Brechungsindex N zu dem gemittelten Brechungsindex N_AV ein Wert wird, der größer als 2,3 ist, wird das Licht noch stärker an der Grenzfläche zwischen dem photonischen Kristall und dem Normalmedium reflektiert.
Unter derartigen Umständen haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung versucht, die Transmittanz von Licht, welches zur Ausbreitungszone des photonischen Kristalls gehört, dadurch zu erhöhen, daß sie die oben erläuterte Zwischenzone zwischen die Normalmediumzone und die photonische Kristallzone plazierten.
5 ist eine Draufsicht, die schematisch eine Struktur eines optischen Elements gemäß der Erfindung veranschaulicht.
Wie in dieser Zeichnung angegeben ist, ist ein optisches Element 10 derart ausgestaltet, daß eine photonische Kristallzone 13 in einem Mittelbereich eines Substrats 11 ausgebildet ist, welches als Medium Silicium enthält, wobei außerdem zwischen einer Normalmediumzone 12 am oberen Teil des Substrats 11 und der photonischen Kristallzone 13 eine Zwischenzone 14 ausgebildet ist.
In der photonischen Kristallzone 13 sind mehrere Löcher 15 zylindrischer Form in einer zweidimensionalen Dreieck-Gitterform angeordnet, und diese Löcher 15 sind mit Luft gefüllt. Andererseits sind in der Zwischenzone 14 Löcher 16 mit Vorsprungabschnitten 17 in einem regelmäßigen Intervall in einer seitlichen Spalte angeordnet (in Plusrichtung der X-Achse). Die Vorsprungabschnitte 17 verjüngen sich und besitzen in Richtung der Normalmediumzone 12 scharfe Kanten, wobei untere Hälften der Vorsprungabschnitte 17 zu halbzylindrischen Abschnitten 18 vereint sind. Ähnlich der photonischen Kristallzone 13 sind diese Löcher 16 mit Luft gefüllt.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben sowohl die Transmittanz als auch das Reflexionsvermögen von Licht, welches zu dem Ausbreitungsband der photonischen Kristallzone 13 gehört, in bezug auf diese photonische Kristallzone 13 gemessen, wobei das Breiten-Längen-Verhältnis geändert wurde. Dieses Breiten-Längen-Verhältnis ist definiert zwischen einer Länge B der Vorsprungabschnitte 17 der Löcher 16 in der Zwischenzone 14 und einem Mittenabstand A zwischen diesen Löchern 15 in der photonischen Kristallzone 13. 6 bis 15 sind graphische Darstellungen der Beziehungen zwischen normierten Frequenzen, Transmittanzwerten und Reflexionsvermögen in den einzelnen Fäl len, in denen das Breiten-Längen-Verhältnis zu Eins zu Zehn ausgewählt wurde. Es sei außerdem angemerkt, daß in diesen Graphiken eine ausgezogene Linie für eine Transmittanz steht, eine gestrichelte Linie hingegen Reflexionsvermögen angibt. Diese graphischen Darstellungen veranschaulichen folgende Tatsachen: wenn das Breiten-Längen-Verhältnis auf gleich oder größer 3 gewählt ist, erhöhen sich die Transmittanzwerte des zu der Ausbreitungszone des photonischen Kristalls gehörigen Lichts in bezug auf diesen photonischen Kristall in einem breiten Bereich der Ausbreitungszone (das heißt in einem normierten Frequenzband von 0,5 bis 0,75) dieses photonischen Kristalls. Man kann also sehen, daß sich die Transmittanz durchschnittlich um 4 dB bis 5 dB verbessern läßt. In diesem Fall wird angenommen, daß ein Verhältnis eines gemittelten Brechungsindex der Zwischenzone 14 zu einem gemittelten Brechungsindex der photonischen Kristallzone 13 auf einen Wert kleiner als 2,3 gewählt wurde.
Weil die Löcher 16 in der Zwischenzone 14 in Richtung der Normalmediumzone 12 verjüngt sind, nimmt der Brechungsindex in der Zwischenzone 14 allmählich ab, ausgehend vom Brechungsindex in der Normalmediumzone 12, bis hin zu dem mittleren Brechungsindex der photonischen Kristallzone 13. Im Ergebnis läßt sich das Problem der Fehlanpassung der Impedanz zwischen der Normalmediumzone 12 und der photonischen Kristallzone 13 in der Zwischenzone 14 allmählich lösen, so daß die Reflexionsverluste des Lichts an der Grenze der photonischen Kristallzone unterdrückt werden können.
Wie oben ausgeführt wurde, wird das Licht an der Grenzfläche zwischen der Normalmediumzone 12 und der photonischen Kristallzone 13 stark reflektiert, wenn das Verhältnis des Brechungsindex N der Normalmediumzone 12 zu dem gemittelten Brechungsindex N_AV der photonischen Kristallzone 13 größer als 2,3 wird. Da allerdings die oben erläuterte Zwischenzone 14 neu vorgesehen ist, läßt sich der Reflexionsverlust des Lichts an der Grenzfläche der photonischen Kristallzone 13 in ähnlicher Weise unterdrücken, wie es oben erläutert wurde.
Die Ausgestaltungsform der Löcher in der photonischen Kristallzone ist nicht auf ein zweidimensionales dreieckiges Gitter beschränkt, wie es in 2 gezeigt ist, es läßt sich auch durch andere zweidimensionale, periodische Formen realisieren (zum Beispiel als zweidimensionale kubische Gitterform), oder in Form von dreidimensionalen Gittern. Selbst dann, wenn die Löcher in den oben beschriebenen Ausgestaltungsformen angeordnet sind, lassen sich ähnliche Effekte erzielen, da das erste bis dritte Ausführungsbeispiel entsprechend Anwendung finden.
Alternativ können dann, wenn die Löcher und das Medium der photonischen Kristallzone durch Werkstoffe gebildet werden, deren Brechungsindizes sich durch ein elektrisches Feld ändern lassen, die optischen Elemente als optisches Modulationselement, optisches Ablenkelement oder optisches Schaltelement einsetzen. Im einzelnen: während Elektroden an den einzelnen Kantenflächen der photonischen Kristallzone des optischen Elements derart befestigt werden, daß sich diese Elektroden einander gegenüberliegen, lassen sich, weil mit Hilfe dieser Elektroden elektrische Felder angelegt werden können, um den Brechungsindex der photonischen Kristallzone zu ändern, sowohl die Intensität als auch die Richtung des durch die photonische Kristallzone laufenden Lichts ändern. Im Ergebnis kann man eine Modulation des Lichts, eine Ablenkung des Lichts oder einen Schaltvorgang des Lichts vornehmen. Außerdem sei angemerkt, daß als Werkstoff, dessen Brechungsindex sich durch ein elektrisches Feld ändern läßt, beispielsweise Lithiumniobat verwendet werden kann.
Wie oben im einzelnen beschrieben wurde, läßt sich erfindungsgemäß der Reflexionsverlust von Licht an der Grenzfläche zwischen dem photonischen Kristall und dem Normalmedium unterdrücken, und somit läßt sich ein optisches Element mit überlegener Transmissionseigenschaft herstellen.

Claims

Optisches Element, umfassend: eine Normalmediumzone (12) mit einem ersten Brechungsindex; eine photonische Kristallzone (13) mit einem Brechungsindex, der sich abhängig von der Lage periodisch ändert, wobei die photonische Kristallzone (13) als gemittelten Brechungsindex einen zweiten Brechungsindex besitzt, der verschieden ist von dem ersten Brechungsindex; und eine Zwischenzone (14) zwischen der Normalmediumzone (12) und der photonischen Kristallzone (13), wobei die Zwischenzone (14) einen Brechungsindex aufweist, der sich allmählich von dem ersten Brechungsindex hin zu dem zweiten Brechungsindex ändert, wobei die photonische Kristallzone (13) derart gebildet ist, daß mehrere Löcher (15) in einem Abschnitt eines ersten Materials angeordnet sind, welches die Normalmediumzone (12) bildet, und mit Luft oder einem zweiten Material, welches sich von dem ersten Material unterscheidet, gefüllt sind; dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenzone (14) derart ausgebildet ist, daß eine Mehrzahl von Löchern (16) in einem anderen Abschnitt des ersten Materials angeordnet und mit Luft oder einem dritten, von dem ersten Material verschiedenen Material gefüllt sind, und jedes der Löcher (16), die in der Zwischenzone (14) angeordnet sind, eine Form aufweist, die einen Vorsprungabschnitt (17), welcher in Richtung der Normalmediumzone (12) verjüngt ist, enthält.
Optisches Element nach Anspruch 1, bei dem die in der photonischen Kristallzone (13) angeordneten Löcher (15) mit Luft gefüllt sind, und die in der Zwischenzone (14) angeordneten Löcher (16) mit Luft gefüllt sind.
Optisches Element nach Anspruch 1, bei dem die in der photonischen Kristallzone (13) angeordneten Löcher (15) mit einem zweiten, von dem ersten Material verschiedenen Material gefüllt sind, und die in der Zwischenzone (14) angeordneten Löcher (15) mit dem dritten, von dem ersten Material verschiedenen Material gefüllt sind.
Optisches Element nach Anspruch 1, bei dem die in der photonischen Kristallzone (13) angeordneten Löcher (15) mit dem zweiten, von dem ersten Material verschiedenen Material gefüllt sind; und die in der Zwischenzone (14) angeordneten Löcher (16) mit Luft gefüllt sind.
Optisches Element nach Anspruch 1, bei dem die in der photonischen Kristallzone (13) angeordneten Löcher (15) mit Luft gefüllt sind; und die in der Zwischenzone (14) angeordneten Löcher (16) mit dem dritten, von dem ersten Material verschiedenen Material gefüllt sind.
Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem ein Größenverhältnis mindestens drei beträgt, wobei das Größenverhältnis einem Verhältnis einer Länge der Vorsprungabschnitte (17) der Löcher (16), die in der Zwischenzone (14) angeordnet sind, zu einem Anordnungs-Mittenabstand der in der photonischen Kristallzone (13) angeordneten Löcher (15) entspricht.
Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die in der photonischen Kristallzone (13) angeordneten Löcher (15) in einer zweidimensionalen Dreieck-Gitterform innerhalb des ersten Materials innerhalb der photonischen Kristallzone (13) angeordnet sind.
Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das erste Material Silicium enthält.
Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem das optische Element einem bei der optischen Modulation verwendeten optischen Modulationselement entspricht.
Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem das optische Element einem optischen Ablenkelement zum Ablenken von Licht abhängig von einer Wellenlänge des Lichts und/oder einem Einfallwinkel des Lichts entspricht.
Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem das optische Element einem Schaltelement entspricht.