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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen photonischen Kristall-Wellenleiter,
der als eine Grundstruktur verwendet werden kann, die photonische Geräte, wie
zum Beispiel Laser und photonische IC's, bildet, die zur optischen Informationsverarbeitung, optischen Übertragung
und Ähnlichem
verwendet werden können.
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2. Beschreibung des Standes der Technik
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In
einem herkömmlichen
photonischen Gerät muss,
da Lichteinsperrung unter Verwendung eines Unterschieds von Brechungsindizes
durchgeführt wird,
ein Raum zur Lichteinsperrung groß sein. Daher kann das Gerät nicht
sehr klein konfiguriert sein. Wenn zusätzlich ein steil gebogener
Wellenleiter verwendet wird, um das Maßstab der Integration des Gerätes zu erhöhen, entsteht
ein Streuverlust. Daher ist es schwierig, photonische Kreise zu
integrieren und es ist schwierig, das photonische Gerät zu verkleinern.
Als ein Ergebnis ist die Größe des photonischen
Gerätes
sehr viel größer als
die eines elektrischen Gerätes.
Daher erwartet man, dass der photonische Kristall, ein neues photonisches
Material ist, dass das oben erwähnte
Problem lösen
kann, in dem der photonische Kristall eine Lichteinsperrung mittels eines
Konzeptes durchführen
kann, das komplett unterschiedlich zu dem herkömmlichen ist.
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Der
photonische Kristall weist eine künstliche, multidimensionale,
periodische Struktur auf, in der eine Periodizität, die beinahe die gleiche
wie die Lichtwellenlänge
ist, unter Verwendung von mehr als einer Art von Medium gebildet
wird, das unterschiedliche Brechungsindizes aufweist, und der photonische
Kristall eine Bandstruktur des Lichtes aufweist, ähnlich zu
einer Bandstruktur eines Elektrons. Daher tritt ein verbotenes Lichtband
(photonische Bandlücke)
in einer bestimmten Struktur auf, so dass der photonische Kristall
mit der bestimmten Struktur als ein Nichtleiter für Licht
funktioniert.
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Es
ist theoretische bekannt, dass, wenn ein Zeilendefekt, der die Periodizität des photonischen Kristalls
stört,
in dem photonischen Kristall eingeschlossen ist, ein optischer Wellenleiter
realisiert werden kann, der vollständig Licht einsperrt und eine Wellenleiter-Mode
in einem Frequenzbereich der photonischen Bandlücke aufweist (J. D. Joannopoulos,
P. R. Villeneuve, und S. Fan, Photonic Crystal: putting a new twist
on light, Nature 386, 143 (1997). J. D. Joannopoulos und Andere
wendeten einen Zeileneffekt in einem zweidimensionalen photonischen Kristall
an, in dem zylindrische Säulen
mit einem großen
Brechungsindex, der beinahe der gleiche wie derjenige eines Halbleiters
ist, auf einem quadratischen Gitter der Gitterkonstanten „a" angeordnet sind,
die ungefähr
die Lichtwellenlänge
ist, und der Radius jeder zylindrischen Säule a/5 beträgt, und
J. D. Joannopoulos und Andere zeigten theoretisch, dass ein optischer
Wellenleiter mit keinem Streuverlust realisiert werden kann, selbst
wenn dieser steil gebogen wird. Dieser Wellenleiter kann sehr wichtig für ein Realisieren
eines in großem
Maßstab
integrierten optischen Kreises sein.
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Um
den optischen Wellenleiter zum Bilden des in großem Maßstab integrierten optischen Schaltkreises
zu realisieren, ist es nötig,
eine einzelne wellenleitende Mode in dem photonischen Bandlücken-Frequenzband
zu realisieren. Wenn ein Multi-Moden-Wellenleiter mit einer Vielzahl
von Moden als ein gebogener Wellenleiter verwendet wird, entsteht
ein Problem zum Beispiel darin, dass in einem gebogenen Teil ein
Teil der Mode in eine unterschiedliche Mode umgewandelt werden kann.
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Daher
kann der Multi-Moden-Wellenleiter nicht als ein effektiver, gebogener
Wellenleiter verwendet werden, der notwendig für ein Realisieren eines in
großem
Maßstab
integrierten optischen Kreises ist. Das ist der Grund für ein Benötigen der
Einzel-Mode. Zusätzlich
ist der Multi-Moden-Wellenleiter nicht
zur Hochgeschwindigkeitskommunikation geeignet.
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Es
wurden einige Arten von Wellenleitern hergestellt. Unter den unterschiedlichen
Wellenleitern sind Wellenleiter, die einen zweidimensionalen photonischen
Kristall verwenden, viel versprechend, da es sehr schwierig ist,
Wellenleiter durch einen dreidimensionalen photonischen Kristall
herzustellen, der eine volle Bandlücke aufweist. Wenn der zweidimensionale
photonische Kristall als Wellenleiter verwendet wird, ist es nötig, Licht
in der Richtung senkrecht zu der zweidimensionalen Ebene einzusperren.
Es wurden mehrere Verfahren als das Verfahren einer Lichteinsperrung
vorgeschlagen. Bei den Verfahren ist ein Verwenden einer zweidimensionalen,
photonischen Kristallplatte auf einer Oxid-Hülle vorzuziehen, da durch die
zweidimensionale, photonische Kristallplatte leicht eine Struktur mit
einem großen
Bereich hergestellt werden kann und es leicht ist, unterschiedliche
Funktionselemente zu der gleichen Struktur hinzuzufügen. Die
zweidimensionale, photonische Kristallplatte auf einer Oxid-Hülle basiert
auf einer Struktur, bei der ein dünner Halbleiterfilm eines hohen
Brechungsindex (von 3 bis 3,5) auf einem Dielektrikum eines niedrigen
Brechungsindex (Oxid oder Polymer in vielen Fällen, der Brechungsindex ist
ungefähr
1,5) abgelagert wird.
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Zusätzlich wird
ein Substrat, das als Silizium-auf-Isolator (SOI) Substrat bezeichnet
wird, auf die LSI's
angewendet und Hochqualitäts-SOI-Substrat
kann in den vergangenen Jahren hergestellt werden. Das SOI-Substrat
wird durch Bereitstellen eines Silizium-Dünnfilms (Silizium – Si) auf
Silica (SiO2) gebildet. Durch Verwenden
des SOI-Substrats gibt es einen Vorteil, dass die zweidimensionale,
photonische Kristallplatte auf einer Oxid-Hülle leicht mit einer hohen
Qualität
hergestellt werden kann. Der Vorteil kann nicht durch Verwenden
anderer Strukturen erhalten werden (z.B. eine zweidimensionale,
photonische Kristall-Luftbrücken-Platte,
bei der eine Hülle beider
Seiten Luft ist).
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Wie
zuvor erwähnt,
weist die zweidimensionale, photonische Kristallplatte auf einer
Oxid-Hülle den
Vorteil auf, leichter als die zweidimensionale, photonische Kristall-Luftbrücken-Platte und Ähnliches
hergestellt zu werden. Jedoch weist die Struktur die folgenden Probleme
auf, so dass die wellenleitende Einzel-Mode nicht in dem photonischen
Bandlücken-Frequenzband
gemäß der herkömmlichen Struktur
realisiert wurde.
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Bei
den wellenleitenden Moden, die durch den Zeilendefekt in den optischen
Wellenleitern der zweidimensionalen, photonischen Kristallplatte
erzeugt werden, wird Licht stark in den Richtungen der zweidimensionalen
Ebene durch die photonische Bandlücke eingesperrt und in den
Richtungen existiert kein Streuverlust. Jedoch ist Licht im Allgemeinen
in einem Hochfrequenzbereich oberhalb einer Lichtlinie der Hülle undicht,
d.h. das Licht kann zu der Hülle
entweichen. (Die Lichtlinie stellt die niedrigste Frequenz in Bezug
auf eine Ausbreitungskonstante dar, bei der sich Licht in der Hülle ausbreiten
kann, und die Lichtlinie kann durch eine Linie dargestellt werden,
die durch w = ck/n definiert ist (w: Winkelfrequenz, c: Lichtgeschwindigkeit,
n: Brechungsindex, k: Wellenzahl)). Daher ist es üblich, einen
Niederfrequenzbereich unter der Lichtlinie zu verwenden, so dass
das Wellenleiterlicht nicht zu den Hüllschichten beider Seiten entweicht.
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1A und 1B sind
schematische Diagramme einer Struktur eines photonischen Kristall-Wellenleiters
mit einem einzelnen Loch-Fehl-Zeilendefekt eines typischen Luft-Loch-Typs
gemäß der herkömmlichen
Technologie. 1A zeigt eine Draufsicht und 1B zeigt
eine B-B'-Schnittansicht. Der
herkömmliche,
photonische Kristall-Wellenleiter mit einem einzelnen Loch-Fehl-Zeilendefekt
kann ebenso als ein normaler, photonischer Kristallplatten-Wellenleiter
in dieser Spezifikation genannt werden. In 1A und 1B zeigt 5 einen
optischen Wellenleiterteil an, 2 zeigt eine Si-Schicht
an, 3 zeigt eine SiO2-Schicht an,
die die Hüllschicht
ist und 4 zeigt einen Luftloch-Dreiecksgitterpunkt an,
in dem die Gitterkonstante als „a" dargestellt ist. Jedes Luftloch ist
eine zylindrische Säule
oder eine vieleckige Säule,
die die Si-Schicht 2 durchdringt. Der Durchmesser des Luftlochs
beträgt
0,215 μm
in diesem Beispiel. In dem Luftloch-Dreiecksgitter wird das Luftloch
an jedem Gitterpunkt des Dreieckgitters angeordnet. Das Dreiecksgitter
ist ein reguläres
Gitter, bei dem Gitterpunkte an Eckpunkten regulärer Dreiecke angeordnet sind,
die über
die zweidimensionale Ebene angeordnet sind.
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Als
typische zweidimensionale, photonische Kristalle mit der photonischen
Bandlücke
gibt es zwei Strukturen. Eine ist eine Struktur, bei der Säulen eines
hohen Brechungsindex in Luft bereitgestellt werden. Eine andere
ist eine Struktur, bei der Luftlöcher in
einer Schicht eines hohen Brechungsindex wie in dem oben erwähnten Beispiel
bereitgestellt werden. (Die Luftlöcher können ebenso als Säulen eines
niedrigen Brechungsindex oder als zylindrische Säulen eines niedrigen Brechungsindex
bezeichnet werden). Die ehemalige Struktur, die von J. D. Joanopoulos und
Anderen verwendet wurde, benötigt
eine Hüllschicht
zum Unterstützen
der Säulen.
Da der Brechungsindex der Hüllschicht
größer als
der von Luft ist, die einen Kern für den Zeilendefekt-Wellenleiter bildet,
sind sehr lange Säulen
notwendig, um ein Lichtentweichen zu den oberen und unteren Seiten zu
verhindern, so dass das Herstellen solcher Strukturen sehr schwierig
wird. Auf der anderen Seite kann wie für die letztere Struktur, da
das Luftloch von selbst stehen kann, die Hüllschicht frei ausgewählt werden,
und es ist leicht, einen Kern mit einem Brechungsindex zu bestimmen,
der größer als
der der Hüllschicht
ist. Daher ist eine Begrenzung beim Herstellen klein, so dass es
leicht ist, eine strukturelle Bedingung auszuwählen, dass Licht kaum zu den oberen
und unteren Seiten entweicht.
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Obwohl
zusätzlich
die Löcher
auf der zweidimensionalen Ebene der Hoch-Brechungsindex-Platte des
photonischen Kristalls in unterschiedlichen Weise angeordnet werden
können,
ist bekannt, dass eine Struktur, bei der die Löcher (zylindrische Säulen oder
vieleckige Säulen)
in einem Dreiecks-Gittermuster angeordnet sind, eine photonische
Bandlücke aufweist,
die sich über
ein breites Frequenzband erstreckt. Das bedeutet, dass diese Struktur
als ein Nichtleiter für
Licht in einem breiten Frequenzband funktioniert. Diese Struktur
ist vorzuziehen, da eine Frequenz aus einem breiten Frequenzbereich
ausgewählt
werden kann, wenn ein Wellenleiter gestaltet wird.
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2 zeigt
eine Dispersionsbeziehung von wellenleitenden Moden eines herkömmlichen
photonischen Kristall-Wellenleiters mit einem einzelnen Loch-Fehl-Zeilendefekt.
Wenn ein derartiger Wellenleiter unter Verwendung der zweidimensionalen,
photonischen Kristallplatte auf einer Oxid-Hülle gebildet wird, werden die
wellenleitenden Moden wie in 2 gezeigt.
In der Figur wird eine normalisierte Frequenz verwendet, die von
einer (Gitterkonstanten/Wellenlänge)
dargestellt wird, die eine dimensionslose Zahl ist. Zusätzlich wird
eine normalisierte Ausbreitungskonstante verwendet, die durch (Wellenzahl × Gitterkonstante/2π) dargestellt
wird. Die Lichtlinie der Hülle
(SiO2, Brechungsindex 1,46) ist ebenso in 2 gezeigt.
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In
der herkömmlichen
Struktur, die in 2 gezeigt ist, befindet sich
die wellenleitende Mode, die der Bedingung genügt, dass kein Licht zu der
Hüllschicht
entweicht, lediglich in einem Bereich, der durch eine Ellipse eingekreist
ist, die unterhalb der Lichtlinie liegt. Jedoch ist die Inklination
der wellenleitenden Mode in diesem Bereich sehr klein, so dass eine
Gruppengeschwindigkeit (Energie-Ausbreitungsgeschwindigkeit) der
wellenleitenden Mode, die in Abhängigkeit
der Inklination bestimmt wird, sehr klein ist. Es gibt viele Probleme
zum Verwenden des Wellenleiters mit der wellenleitenden Mode einer sehr
kleinen Gruppengeschwindigkeit, da die Zeit zur Lichtübertragung
lang wird. Da zusätzlich
in einer tatsächlichen
Struktur bis zu einem gewissen Ausmaß Heterogenität existiert,
wird die Mode der sehr kleinen Gruppengeschwindigkeit von der Heterogenität betroffen,
so dass sich Licht nicht ausbreiten kann. Zusätzlich kann sich Licht in der
Mode oberhalb der Lichtlinie (Hochfrequenzbereich) nicht ausbreiten,
da der Beugungsverlust in dem photonischen Kristall zu groß ist. Das
heißt,
Licht in dem photonischen Kristall-Wellenleiter breitet sich aus,
während
es von der periodischen Struktur des photonischen Kristalls gestört wird
und Licht entweicht zu der Hüllschicht durch
Beugungsverlust in der Mode oberhalb der Lichtlinie.
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Die
Erfinder stellten den herkömmlichen photonischen
Kristall-Wellenleiter mit einem Loch-Fehl-Zeilendefekt tatsächlich her.
Jedoch wurde eine Lichtausbreitung überhaupt nicht detektiert. Die
Ursache des Problems ist, dass es keine realistischer Weise verwendbare
wellenleitende Mode gibt, die unter der Lichtlinie eine Gruppengeschwindigkeit aufweist,
die nicht zu klein ist und dass der Beugungsverlust in dem Bereich
oberhalb der Lichtlinie sehr groß ist.
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Um
die Mode unterhalb der Lichtlinie zu verwenden, ist es nötig, die
Lichtlinie nach oben zu bewegen oder die wellenleitende Mode geeignet
in dem Graph in 2 zu bewegen. So lange jedoch
die Oxid-Hüllenstruktur
verwendet wird, kann die Position der Lichtlinie nicht groß verändert werden,
da die Position der Lichtlinie von dem Brechungsindex der Hülle bestimmt
wird. Wie für
die wellenleitende Mode ist es schwierig, unter der in 1 gezeigten Struktur eine wellenleitende
Mode zu erhalten, die eine große Gruppengeschwindigkeit
unterhalb der Lichtlinie aufweist. Für andere Kristallstrukturen
als das Dreiecksgitter, z.B. das Vierecksgitter, ist es schwieriger,
eine solche wellenleitende Mode zu erhalten. Daher ist es sehr schwierig,
wellenleitende Moden unterhalb der Lichtlinie zu verwenden.
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Die
herkömmliche
Technologie wird weiter aus einem anderen Gesichtspunkt im Folgenden
beschrieben.
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3A bis 3C sind
Figuren zum Erklären
des herkömmlichen,
photonischen Kristall-Wellenleiters mit einem einzelnen Loch-Fehl-Zeilendefekt
(optischer Wellenleiter). 3A zeigt
eine Draufsicht des optischen Wellenleiters, 3B zeigt
eine A-A'-Schnittansicht
und 3C zeigt eine B-B'-Schnittansicht.
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In 3A umfasst
der optische Wellenleiter 30 eine dielektrische Dünnfilmplatte 31 (die
der zuvor erwähnten
Platte eines hohen Brechungsindex entspricht), die zwischen einer
Ober-Hüllschicht 36 und einer
Unter-Hüllschicht 37 geschichtet
ist. Eine photonische Kristall-Struktur wird in der dielektrischen Dünnfilmplatte 31 durch
Bereitstellen zylindrischer Säulen 35 eines
niedrigen Brechungsindex in einem Dreiecks-Gittermuster bereitgestellt,
die einen niedrigeren Brechungsindex aufweisen als der der dielektrischen
Dünnfilmplatte 31.
Zusätzlich
wird eine Zeile der zylindrischen Säulen 35 eines niedrigen
Brechungsindex durch ein Dielektrikum ersetzt, das den gleichen
Brechungsindex wie die dielektrische Dünnfilmplatte 31 aufweist,
so dass der Teil der einen Zeile als optischer Wellenleiterteil 32 verwendet
werden kann. Pfeile ↔ in
dem optischen Wellenleiterteil 32 zeigen optische Ausbreitungsrichtungen
an. Der in 1 gezeigte Wellenleiter
ist ein Beispiel einer in 3 gezeigten Struktur,
in der die Ober-Hüllschicht 36 und
die zylindrische Säule 35 eines
niedrigen Brechungsindex Luft sind, die Unter-Hüllschicht 37 SiO2 ist und die dielektrische Dünnfilmplatte 31 Si
ist.
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Hier
wird angenommen, dass Brechungsindizes der dielektrischen Dünnfilmplatte 31,
der zylindrischen Säule 35 eines
niedrigen Brechungsindex, der Ober-Hüllschicht 36 und der
Unterhüllschicht 37 n1 = 3,5, n2 = 1,0,
bzw. n3 = n4 = 1,46
sind, und dass ein Radius der zylindrischen Säule 35 eines niedrigen
Brechungsindex 0,275a beträgt
und eine Dicke der dielektrischen Dünnfilmplatte 31 0,50a
beträgt, wobei „a" die Gitterkonstante
(Dreiecksgitter in diesem Beispiel) des photonischen Kristalls darstellt. Die
zylindrische Säule 35 eines
niedrigen Brechungsindex mit einem Brechungsindex 1,0 ist die gleiche
wie ein Luftloch. Eigenschaften des optischen Wellenleiters 30 werden
im Folgenden beschrieben.
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Die
Brechungsindizes des optischen Wellenleiters 30 entsprechen
denen von Si, Luft (Vakuum) und SiO2, die
oft verwendet werden, um Wellenleiter zu bilden, die auf Infrarotlicht
für optische
Kommunikation gerichtet sind, das eine Wellenlänge von 1,55 μm aufweist.
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Da
eine relative dielektrische Konstante einem Quadrat des Brechungsindex
entspricht, kann in dieser Beschreibung „relative dielektrische Konstante" oder „dielektrische
Konstante" statt „Brechungsindex" verwendet werden.
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4A bis 4C sind
Figuren zum Erklären
wellenleitender Moden des oben erwähnten optischen Wellenleiters. 7 zeigt Dispersionskurven von wellenleitenden
Moden, die sich durch den optischen Wellenleiterteil ausbreiten
können.
Die Dispersionskurven der wellenleitenden Moden werden unter Verwendung
eines Ausbreitungsverfahrens für ebene
Wellen erhalten (R. D. Meade et al., Physical Review B 48,8434 (1993)),
auf das eine periodische Grenzbedingung angewendet wird.
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Diese
Figur ist ähnlich
zu 2. 4B zeigt eine magnetische Feldkomponente,
die senkrecht zu der dielektrischen Dünnfilmplatte gemäß einer
Mode 1 in 4A ist und 4C zeigt
eine magnetische Feldkomponente, die senkrecht zu der dielektrischen
Dünnfilmplatte
gemäß einer
Mode 2 in 4A ist.
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Jeder
Betrag in 4A wird durch die Gitterkonstante
oder die Lichtgeschwindigkeit c normalisiert. Die diagonal schattierten
Bereiche entsprechen der Außenseite
der photonischen Bandlücke
(J. D. Joannopoulos, R. D. Meade, J. N. Winn, „Photonic Crystals", Princeton University
Press, Princeton (1995)), d.h. die diagonal schattierten Bereiche
zeigen Bereiche, in denen Licht nicht in dem optischen Wellenleiterteil 32 eingesperrt
werden kann (A. Mekis et al., Physical Review B 58,4809 (1998)).
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In
dem vertikal schraffierten Bereich wird die Leistung einer Lichteinsperrung,
die durch Unterschiede der Brechungsindizes zwischen der dielektrischen
Dünnfilmplatte 31 und
der Ober-Hüllschicht 36/Unter-Hüllschicht 37 erzeugt
werden, abgeschwächt,
so dass Licht nicht in dem optischen Wellenleiterteil 32 eingesperrt
werden kann (S. G. Johnson et al., Physcal Review B 60,5751 (1999)).
Der vertikal schraffierte Bereich entspricht dem oben erwähnten Bereich
der Lichtlinie. Das heißt,
ein zu berücksichtigender
Bereich, der für
den Wellenleiter verwendet wird, ist lediglich ein weißer Bereich
in 4A.
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Wie
es durch die Figur verständlich
wird, existieren zwei wellenleitende Moden 1 und 2 in dem weißen Bereich
des herkömmlichen
optischen Wellenleiters 30. Weiter können wellenleitende Moden existieren,
wenn die Bandlücke
breiter ist, jedoch werden hier die zwei Moden 1 und 2 aus Einfachheitsgründen betrachtet.
Die Mode 1 entspricht der Mode, die in 2 von der
Ellipse eingekreist wird und die Mode 2 entspricht der Mode der
oberen gepunkteten Linie.
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In
diesen zwei Moden 1 und 2 weist die Mode 1 an der Niederfrequenzseite
im Allgemeinen eine in 4B gezeigte Magnetfeldverteilung
auf und die Mode 2 weist an der Hochfrequenzseite eine in 4C gezeigte
Magnetfeldverteilung auf.
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In
diesen wellenleitenden Moden 1 und 2 ist Mode 1 praktisch, da Mode
1 eine elektrische Feldverteilung aufweist, die beinahe die gleiche
wie diejenige eines allgemeinen Einzel-Moden-Wellenleiters ist. Andererseits
ist die elektrische Feldverteilung der Mode 2 stark unterschiedlich
zu derjenigen, des allgemeinen Einzel-Moden-Wellenleiters. Daher
ist es schwierig, nicht von einem Außenseiten-Kreis unter Verwendung
der Mode 2 zu leiten. Das heißt
die Mode 2 ist keine praktische wellenleitende Mode. Zusätzlich ist
es in der gleichen Weise aus dem allgemeinen Argument des Wellenleiters
heraus klar, dass wellenleitende Moden einer höheren Frequenzseite, die erscheint,
wenn die Bandlücke
breit ist, nicht praktisch sind, da die wellenleitende Mode stark
unterschiedlich zu derjenigen des allgemeinen Einzel-Moden-Wellenleiters ist.
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Daher
wird die Mode 1 für
den herkömmlichen
Wellenleiter verwendet. Jedoch ist es aus 4A bekannt,
dass, da sich die Frequenz kaum ändert,
selbst wenn die Ausbreitungskonstante sich in dieser Mode 1 ändert, die
Mode 1 einen Defekt aufweist, dass das verwendbare Frequenzband
sehr klein ist. In diesem Beispiel ist das Frequenzband ungefähr 1%.
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Die
Tatsache, dass die Frequenz sich kaum ändert, selbst wenn sich die
Ausbreitungskonstante ändert,
bedeutet, dass die Gruppengeschwindigkeit der wellenleitenden Mode
sehr niedrig ist. Daher weist der herkömmliche Wellenleiter einen
Mangel auf, dass eine Übertragungszeit
sehr lang wird und Ausbreitungsverlust aufgrund von Absorptions-
und Streuungsverlusten in dem Wellenleiter groß wird.
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Die
Internationale Patentanmeldung WO 98/53350 beschreibt einen optischen
Wellenleiter in einem photonischen Kristall, wobei ein einzelner Stab
aus seiner regulären
Gitterposition verschoben wird, um einen Strahlteilerbereich zu
bilden.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die oben erwähnten Probleme
in dem photonischen Kristall-Wellenleiter zu lösen und einen zweidimensionalen,
photonischen Kristallplatten-Wellenleiter bereitzustellen, der eine
Einzel-Moden-Übertragung
erlaubt, bei der eine Gruppengeschwindigkeit erhöht ist und der Ausbreitungsverlust
vermindert wird.
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Die
obigen Ziele können
durch einen zweidimensionalen, photonischen Kristallplatten-Wellenleiter
gemäß Anspruch
1 erreicht werden.
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Ebenso
kann gemäß der Erfindung
ein optischer Wellenreiter bereitgestellt werden, der eine einzelne
wellenleitende Mode bildet, die eine große Gruppengeschwindigkeit unter
der Lichtlinie aufweist. Die dielektrischen, zylindrischen oder
vieleckigen Säulen
oder die dielektrischen Säulen
sind Säulen
eines niedrigen Brechungsindex, die einen niedrigeren Brechungsindex
als den der dielektrischen Dünnfilmplatte
aufweisen.
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In
dem zweidimensionalen photonischen Kristallplatten-Wellenleiter kann
ein erster Durchmesser der dielektrischen Säulen in dem optischen Wellenleiterteil
unterschiedlich zu einem zweiten Durchmesser von anderen dielektrischen
Säulen sein,
die in anderen Teilen als dem optischen Wellenleiterteil lokalisiert
sind und der erste Durchmesser ist ein Wert, bei dem die dielektrischen
Säulen
sich nicht mit anderen dielektrischen Säulen berühren.
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Zusätzlich können in
dem zweidimensionalen photonischen Kristallplatten-Wellenleiter
Positionen der dielektrischen Säulen,
die eine Zeile des Gitters der zweidimensionalen photonischen Kristallplatte
für einen
optischen Wellenleiterteil bilden, in einer optischen Ausbreitungsrichtung
um eine Hälfte der
Gitterkonstante der normalen zweidimensionalen photonischen Kristallplatte
verschoben sein.
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Das
heißt,
jede dielektrische Säule
der dielektrischen Säulen
in dem optischen Wellenleiterteil kann von einer Position, bei der
jede dielektrische Säule
in der normalen zweidimensionalen photonischen Kristallplatte positioniert
sein sollte, um eine Hälfte
der Gitterkonstante der normalen zweidimensionalen photonischen
Kristallplatte getrennt sein.
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In
dem zweidimensionalen, photonischen Kristallplatten-Wellenleiter können die
dielektrischen zylindrischen oder vieleckigen Säulen in einem Dreiecksgittermuster
angeordnet sein, das eine Gitterkonstante „a" aufweist, einen Radius oder eine Halbbreite
der dielektrischen, zylindrischen oder vieleckigen Säulen, der
zwischen 0,2a bis 0,45a liegt und der Radius der Halbbreite derart
bestimmt wird, dass die dielektrischen, zylindrischen oder vieleckigen
Säulen sich
nicht mit dielektrischen Säulen
in dem optischen Wellenleiterteil berühren.
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In
dem zweidimensionalen, photonischen Kristallplatten-Wellenleiter kann
ein Brechungsindex der dielektrischen Dünnfilmplatte zwischen 3,0 und 4,5
liegen und jeder der Brechungsindizes von anderen Teilen als die
dielektrische Dünnfilmplatte
kann zwischen 1,0 und 1,7 liegen.
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Zusätzlich können in
dem zweidimensionalen, photonischen Kristallplatten-Wellenleiter
die dielektrischen, zylindrischen oder vieleckigen Säulen in einem
Quadratgittermuster angeordnet sein, das eine Gitterkonstante „a" aufweist, ein Radius
oder eine Halbbreite der dielektrischen, zylindrischen oder vieleckigen
Säulen
zwischen 0,35a bis 0,45a liegt und der Radius der Halbbreite derart
bestimmt wird, dass, wobei die dielektrischen, zylindrischen oder vieleckigen
Säulen
sich nicht mit dielektrischen Säulen
in dem optischen Wellenleiterteil berühren.
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Weiter
können
in dem zweidimensionalen, photonischen Kristallplatten-Wellenleiter
Silizium, Germanium, eine Gallium-Arsenid-Basisverbindung, eine
Indium-Phosphid-Basisverbindung
oder eine Indium-Antimon-Basisverbindung als ein Material der dielektrischen
Dünnfilmplatte
verwendet werden und Silica, eine Polyimid-Basis organische Verbindung, eine
Epoxid-Basis organische Verbindung, eine Acryl-Basis organische
Verbindung, Luft oder Vakuum als ein Material der anderen Teile
als die dielektrische Dünnfilmplatte
verwendet werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Andere
Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus
der folgenden, detaillierten Beschreibung ersichtlich, wenn diese
in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen gelesen wird, in
denen:
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1A und 1B schematische
Diagramme einer Struktur eines photonischen Kristall-Wellenleiters
mit einem einzelnen Loch-Fehl-Zeilendefekt von
einem typischen Luftlochtyp gemäß einer
herkömmlichen
Technologie sind, wobei 1A eine Draufsicht
zeigt und 1B eine B-B'-Schnittansicht zeigt;
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2 zeigt
eine Dispersionsbeziehung wellenleitender Moden eines herkömmlichen,
typischen photonischen Kristall-Wellenleiters
mit einem einzelnen Loch-Fehl-Zeilendefekt;
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3A bis 3C Figuren
zum Erklären des
herkömmlichen
photonischen Kristall-Wellenleiters mit einem einzelnen Loch-Fehl-Zeilendefekt
(optischer Wellenleiter) sind, bei denen 3A eine Draufsicht
des optischen Wellenleiters zeigt, 3B eine
A-A'-Schnittansicht
zeigt und 3C eine B-B'-Schnittansicht
zeigt;
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4A bis 4C Figuren
zum Erklären von
wellenleitenden Moden des herkömmlichen
photonischen Kristall-Wellenleiters mit einem einzelnen Loch-Fehl-Zeilendefekt
sind;
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5A bis 5C Figuren
zum Erklären über eine
Moden-Berechnung
des zweidimensionalen photonischen Kristall-Wellenleiters sind;
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6A bis 6B Figuren
zum Erklären
eines zweidimensionalen photonischen Kristallplatten-Wellenleiters
eines Beispiels 1 sind, bei dem 6A eine
Draufsicht des optischen Wellenleiters zeigt und 6B eine
A-A'-Schnittansicht
zeigt;
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7A bis 7C Figuren
zum Erklären von
Wellenleiter-Moden in dem photonischen Kristall-Wellenleiter in
dem Beispiel 1 sind;
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8A bis 8B Figuren
zum Erklären
eines zweidimensionalen photonischen Kristallplatten-Wellenleiters
eines Beispiels 2 sind, bei dem 8A eine
Draufsicht des optischen Wellenleiters zeigt und 8B eine
A-A'-Schnittansicht
zeigt;
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Detaillierte Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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Der
optische Wellenleiter in den Ausführungen ist derart strukturiert,
dass in einem zweidimensionalen photonischen Kristallplatten-Wellenleiter
ein Zeilendefekt durch Verändern
des Radius eines Teils der Löcher
in einer Gitterstruktur einer zweidimensionalen photonischen Kristallplatte
gebildet wird. Durch Bilden des Wellenleiters in einer derartigen
weise kann eine Struktur mit einem niedrigen Verlust und einer großen Gruppengeschwindigkeit
und ein Ermöglichen
einer einzelnen wellenleitenden Mode realisiert werden, während eine
Lichteinsperrung durch Verwenden einer photonischen Bandlücke und
Unterschiede der Brechungsindizes durchgeführt wird.
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Die
zweidimensionale photonische Kristallplatte ist ein photonischer
Kristall, in dem dielektrische, zylindrische oder vieleckige Säulen mit
niedrigerem Brechungsindex als der einer dielektrischen Dünnfilmplatte,
in der dielektrischen Dünnfilmplatte
in einem zweidimensionalen Gittermuster bereitgestellt werden und
die dielektrische Dünnfilmplatte
mit einer Ober-Hüllschicht
und einer Unter-Hüllschicht
geschichtet ist, die einen niedrigeren Brechungsindex als den der
dielektrischen Dünnfilmplatte
aufweisen. Die Ober- oder Unter-Hüllschicht und/oder die dielektrischen
zylindrischen oder vieleckigen Säulen
können
Luft oder Vakuum sein.
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Im
Folgenden werden Ausführungen
der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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Im
Folgenden wird ein Berechnungsverfahren von Dispersionskurven einer
wellenleitenden Mode beschrieben, die zur Erklärung der vorliegenden Erfindung
verwendet werden.
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Die
Dispersionskurve kann durch Analysieren der Maxwell-Gleichungen unter
Verwendung eines Berechnungsverfahrens erhalten werden, das als
FDTD-Verfahren (Finite-difference Time-domain mehtod) bezeichnet
wird. Im Folgenden wird das Analyseverfahren beschrieben.
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Zunächst wird
eine Analyse auf einer Elektronen-Bandstruktur in gewöhnlichen
Kristallen und Ähnliches
beschrieben.
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Ein
periodische-Struktur-ähnlicher
Kristall kann durch die Wiederholung einer Einheitszelle dargestellt
werden. Es ist wohl bekannt, dass das Gebiet in derartigen Strukturen
eine Bloch-Welle wird. Bei der Bandanalyse wird eine periodische
Grenzbedingung, die der Bloch-Bedingung genügt, auf die Grenze der Einheitszellen
angewendet und Felder, die der Bedingung genügen, werden als Eigen-Moden
extrahiert. Zu dieser Zeit ist das zu analysierende Subjekt die
Schrödinger-Gleichung. Da eine
Verteilung eines räumlichen
Potentials unterschiedlich zu dem Material ist, können unterschiedliche
Bandstrukturen existieren. Diese Idee wird auf den photonischen
Kristall angewendet, der eine periodische dielektrische Struktur
ist. Da jedoch das Subjekt Licht statt des Elektrons ist, ist die
zu betrachtende Gleichung die Maxwell-Gleichung und eine Brechungsindex-(dielektrische
Konstante-)Verteilung wird zur Berechnung statt der Potentialverteilung
verwendet.
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Als
Nächstes
wird ein Verfahren des Extrahieren der Eigen-Mode durch Verwenden des FDTD-Verfahrens
beschrieben.
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Durch
das FDTD-Verfahren wird die Maxwell-Gleichung in Zeit und Raum in
Finite-Differenz-Gleichungen diskretisiert und ein elektromagnetisches
Feld des Lichts, das sich in der Struktur ausbreitet (räumliche
Verteilung des Brechungsindex), wird durch sequenzielle Berechnung
erhalten. Das heißt,
das FDTD-Verfahren ist kein Verfahren zum direkten Erhalten der
Eigenwerte. Jedoch kann das Verfahren Moden einer gegebenen Struktur
in der folgenden Art und Weise erhalten.
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Zunächst wird
ein geeignetes anfängliches Feld
in der Struktur gegeben. Nach Durchführen der sequenziellen Berechnung
bleiben Felder übrig,
die für
die Struktur anwendbar sind, und andere Felder werden nicht ausgewählt.
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Durch
Durchführen
einer Fourier-Umwandlung auf die Zeitvariation des Feldes kann ein
Frequenzspektrum erhalten werden. Wenn es ein Gebiet gibt, das für die Struktur
anwendbar ist, erscheint eine Spitze in dem Frequenzspektrum. Da
die Bloch-Bedingung, die bei der Berechnung verwendet wird, eine
Funktion der Wellenzahl ist, wird die Frequenz, bei der die Spitze
erscheint, eine Funktion der Wellenzahl. Die Bandfigur des photonischen
Kristalls kann durch Zeigen der Funktion erhalten werden.
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Als
Nächstes
wird eine Moden-Berechnung des zweidimensionalen photonischen Kristall-Wellenleiters
beschrieben. Grundsätzlich
wird die gleiche Berechnung wie die oben beschriebene durchgeführt. Jedoch
wird in dem photonischen Kristall, der bei der vorliegenden Erfindung
verwendet wird, der Zeilendefekt im Inneren des Kristalls aufgenommen, so
dass die Periodizität
in der Richtung senkrecht zu dem Zeilendefekt gestört wird.
Daher wird eine in den 5A bis 5C gezeigte
Struktur als die Einheitszelle verwendet. Das heißt, die
periodische Grenzbedingung, die der Bloch-Bedingung genügt, wird in der Ausbreitungsrichtung
des Lichts angewendet. In der Richtung senkrecht zu der Lichtausbreitungsrichtung wird
eine periodische Struktur unter Verwendung einer Spiegelgrenze realisiert,
bei der Wellenleiter derart angeordnet werden, dass keine große Interferenz auftritt
und ein Bereich zum Absorbieren entweichenden Lichtes, das nicht
zu einer Mode wird, wird in der Richtung der Dicke bereitgestellt.
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5A zeigt
die Struktur aus 1. 5B ist
eine vergrößerte Ansicht
eines Teils in einem Punktlinien-Kästchen aus 5A und 5C zeigt eine
stereoskopische Ansicht der Struktur aus 5B, die
die Einheitszelle des photonischen Kristall-Wellenleiters ist. Der
Wellenzahl-Frequenz-Graph
kann durch lösen
der Maxwell-Gleichung durch das FDTD-Verfahren der Einheitszelle erhalten
werden. Der Graph ist die Dispersionskurve, die in dieser Beschreibung
beschrieben wird.
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In
dieser Berechnung kann eine andere Mode als die Eigen-Mode als eine
Spitze des Spektrums ausgewählt
werden, falls die Mode über
eine längere
Zeit in dem Wellenleiter existiert. Dadurch wird eine Analyse für die undichte
Mode verfügbar, die
oberhalb der Lichtlinie der Hüllschicht
liegt. Dieses Merkmal dieses Verfahrens ist ein vorteilhafter Punkt,
der nicht durch andere Eigenwert-Analyseverfahren erhalten werden
kann. Da zusätzlich
eine Lebensdauer von wellenleitenden Moden in dem Wellenleiter gemäß diesem
Berechnungsverfahren berechnet werden kann, kann theoretischer Ausbreitungsverlust
unter Verwendung einer Gruppengeschwindigkeit (Energie-Ausbreitungsgeschwindigkeit)
dargestellt werden, die durch die Dispersionskurve erhalten wird.
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<Erste
Ausführung>
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Als
Nächstes
wird die Ausführung
der vorliegenden Erfindung unter Verwendung der Beispiele 1 bis
2 beschrieben.
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In
dieser Ausführung
kann eine Frequenz, eine Gruppengeschwindigkeit und Ähnliches
der wellenleitenden Moden durch Bereitstellen zylindrischer Säulen eines
niedrigen Brechungsindex oder vieleckiger Säulen eines niedrigen Brechungsindex
in dem optischen Wellenleiterteil des herkömmlichen, in 3 und 4 beschriebenen, optischen Wellenleiters verbessert
werden.
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(Beispiel 1)
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6A bis 6B sind
Figuren zum Erklären
eines zweidimensionalen photonischen Kristallplatten-Wellenleiters des
Beispiels 1. 6A zeigt eine Draufsicht des
optischen Wellenleiters, 6B zeigt
eine A-A'-Schnittansicht.
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Das
heißt,
die Struktur dieser Ausführung
ist derart gebildet, dass zylindrische Säulen eines Dielektrikums, das
einen niedrigeren Brechungsindex als den der dielektrischen Dünnfilmplatte
aufweist, in einem Dreiecks-Gittermuster angeordnet sind und dass
eine einzelne Zeile der Säulen
in dem optischen Wellenleiterteil 12 in dem optischen Wellenleiter 10 um
eine halbe Entfernung der Periode (Gitterkonstante) des Dreieck-Gitters
in der Ausbreitungsrichtung verschoben ist. Zusätzlich wird der Radius der Säulen, die
an der verschobenen Position platziert sind, wie benötigt gemäß den Eigenschaften
des optischen Wellenleiters verändert.
Hier wird als ein Beispiel angenommen, dass die Brechungsindizes
der dielektrischen Dünnfilmplatte 11,
der Säule 15 eines niedrigen
Brechungsindex, der Ober-Hüllschicht 16 und
der Unter-Hüllschicht 17 und
der Säule
A13 eines niedrigen Brechungsindex n1 =
3,5, n2 = 1,0, n3 = n4 =1,46 bzw. n5 =
1,0 sind und das Radius der Säule 15 eines
niedrigen Brechungsindex 0,275a beträgt und eine Dicke der dielektrischen
Dünnfilmplatte 11 0,50a
beträgt,
wobei der Radius der Säule
A13 eines niedrigen Brechungsindex, die in dem optischen Wellenleiterteil 12 angeordnet
ist, 0,225a beträgt.
Eigenschaften des optischen Wellenleiters 10 werden im Folgenden
beschrieben.
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7A bis 7C sind
Figuren zum Erklären
einer wellenleitenden Mode in dem photonischen Kristall-Wellenleiter in dem
Beispiel 1. 7A zeigt Dispersionskurven von
wellenleitenden Moden. 7B zeigt eine magnetische Feldkomponente senkrecht
zu der dielektrischen Dünnfilmplatte
in den in 7A gezeigten Moden 1 und 2 und 7C zeigt
eine magnetische Feldkomponente senkrecht zu der dielektrischen
Dünnfilmplatte
in einer in 7A gezeigten Mode 3.
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In
diesem Fall zeigt 7A Dispersionskurven von wellenleitenden
Moden, die durch den optischen Wellenleiterteil 12 passieren
können.
Wie in 7A gezeigt, existieren drei
wellenleitende Moden. Wie in 7B gezeigt,
ist die elektromagnetische Feldverteilung der Mode 1 und der Mode
2, sind die erste und zweite Mode von der Niederfrequenzseite her ähnlich zu
derjenigen eines allgemeinen Einzel-Moden-Wellenleiters. Insbesondere ist in der 2.
Mode (Mode 2) ein Änderungsbetrag
der Frequenz in Bezug auf eine Ausbreitungskonstante in dem gesamten
effektiven Ausbreitungskonstantenbereich groß. Als ein Ergebnis wird das
effektive Frequenzband um ungefähr
4,7% erhöht
und die Gruppengeschwindigkeit wächst
an.
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Wenn
diese Struktur auf Infrarotes Licht für optische Kommunikation nahe
1,55 μm
angewendet wird und wenn Si für
die dielektrische Dünnfilmplatte 11 verwendet
wird, wird Luft (oder Vakuum) für
die Säule 15 eines
niedrigen Brechungsindex und für
die Säule
A13 eines niedrigen Brechungsindex verwendet und SiO2 wird
für die
anderen Teile verwendet, die Periode des Dreiecksgitters wird ungefähr 0,42 μm, der Radius
der Säule 15 eines
niedrigen Brechungsindex wird ungefähr 0,115 μm, der Radius der Säule A13
eines niedrigen Brechungsindex, die in dem optischen Wellenleiterteil 12 angeordnet
wird, wird ungefähr
0,094 μm.
Diese Struktur mit diesen Werten kann durch Verwenden einer herkömmlichen
Halbleiter verarbeitenden Technologie hergestellt werden.
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Obwohl
in diesem Beispiel der Radius der Säule A13 eines niedrigen Brechungsindex,
die in der verschobenen Position in dem optischen Wellenleiterteil 12 angeordnet
ist, 0,225a beträgt,
ist es nahe liegend, dass ein Frequenzband oder eine Gruppengeschwindigkeit
durch Verändern
des Radius verändert
werden kann. Unter Berücksichtigung der
Struktur des optischen Wellenleiters 10, das heißt unter
Berücksichtigung
eines Bereichs, in dem die Säule
A13 eines niedrigen Brechungsindex in dem optischen Wellenleiterteil 12 angeordnet
ist und andere Säulen
niedriger Brechungsindizes sich nicht miteinander berühren, ist
es praktisch, dass der Radius der Säule A13 eines niedrigen Brechungsindex ungefähr 0,1–0,4 Mal
die minimale Breite des optischen Wellenleiterteils 12 beträgt.
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Obwohl
zusätzlich
die zylindrischen Säulen eines
niedrigen Brechungsindex in einem Dreiecksgittermuster bereitgestellt
werden, um den photonischen Kristall in der Außenseite des optischen Wellenleiterteils 12 zu
bilden, können
vieleckige Säulen, wie
zum Beispiel rechteckige Säulen
oder hexagonale Säulen,
statt der zylindrischen Säulen
verwendet werden und die gleichen Effekte können erhalten werden. Zusätzlich wie
für den
Bereich des Radius der zylindrischen Säulen oder der vieleckigen Säulen, kann
der gleiche Effekt innerhalb eines Bereiches erhalten werden, in
dem eine photonische Bandlücke
existieren kann. Wenn ein Brechungsindex der dielektrischen Dünnfilmplatte
ungefähr
zwischen 3,0 bis 4,5 liegt und ein Brechungsindex der Teile eines
niedrigen Brechungsindex von ungefähr 1 bis 1,7 liegt, liegt der
Radius der Säulen
zwischen 0,2a bis 0,45a und es ist praktischer und effektiver, dass
der Radius der Säulen
zwischen 0,275a bis 0,375a liegt.
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Obwohl
zusätzlich
zylindrische Säulen
für die
Säulen
A13 eines niedrigen Brechungsindex verwendet werden, die in einer
verschobenen Position in dem optischen Wellenleiterteil 12 in
dem oben erwähnten
Beispiel angeordnet sind, kann der gleiche Effekt erhalten werden,
wenn elliptische Säulen
oder vieleckige Säulen
statt der zylindrischen Säulen
verwendet werden. Zusätzlich
kann der Brechungsindex der Säulen
zum Bilden des photonischen Kristalls, der Brechungsindex der Hülle und
der Brechungsindex der Säulen
in dem optischen Wellenleiterteil der gleiche sein oder unterschiedlich
sein, so lange dieser niedriger ist als derjenige der dielektrischen Dünnfilmplatte.
Jedenfalls kann der gleiche Effekt erhalten werden.
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Als
Materialien können,
wenn Infrarotlicht zur Kommunikation nahe einer Wellenlänge von
1,55 μm als
Wellenleiterlicht verwendet wird, Silizium, Germanium, eine Gallium-Arsenid-Basisverbindung,
eine Indium-Phosphid-Basisverbindung oder eine Indium-Antimon-Basisverbindung
und Ähnliches
als ein Material der dielektrischen Dünnfilmplatte verwendet werden,
das einen hohen Brechungsindex aufweist, Infrarotes Licht fortleitet
und wenige Probleme bei der Herstellungsstabilität aufweist.
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Der
Brechungsindex des Materials liegt ungefähr zwischen 3,0 bis 4,5. Zusätzlich können Silica, Polyimid-Basis
organische Verbindung, Epoxid-Basis organische Verbindung, Acryl-Basis
organische Verbindung, Luft und Vakuum und Ähnliches als Material der anderen
Teile als der dielektrischen Dünnfilmplatte
verwendet werden, das einen niedrigen Brechungsindex aufweist, Infrarotes
Licht fortleiten kann und wenige Probleme bei der Herstellung und
Stabilität
aufweist. Der Brechungsindex dieser Materialien liegt ungefähr zwischen
1,0 bis 1,7.
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Der
zweidimensionale photonische Kristallplatten-Wellenleiter der Ausführung kann
durch Verwenden des Silizium-auf-Isolator-Substrat
(SOI) hergestellt werden.
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(Beispiel 2)
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8A bis 8B sind
Figuren zum Erklären
eines zweidimensionalen photonischen Kristallplatten-Wellenleiters
des Beispiels 2. 8A zeigt eine Draufsicht des
optischen Wellenleiters, 8B zeigt
eine A-A'-Schnittansicht.
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In
dem Beispiel 1 kann, obwohl ein Bereich mit einem niedrigen Brechungsindex
von zylindrischen Säulen
oder vieleckigen Säulen
in der Außenseite
des optischen Wellenleiterteils 12 in dem Dreiecksgittermuster
bereitgestellt wird, um den photonischen Bereich zu realisieren,
ein gleicher Effekt durch Verwenden eines in 8A gezeigten
quadratischen Gittermusters statt des Dreieckgittermusters erhalten
werden. Das heißt,
in einer Struktur, in der Säulen 25 eines
niedrigen Brechungsindex, die einen niedrigeren Brechungsindex als
den der dielektrischen Dünnfilmplatte 21 aufweisen,
in dem Quadratgittermuster bereitgestellt werden und die dielektrische
Dünnfilmplatte 21 mit
einer Ober-Hüllschicht 26 und
einer Unter-Hüllschicht 27 geschichtet
ist, die einen niedrigeren Brechungsindex als den der dielektrischen
Dünnfilmplatte 21 aufweisen,
wird eine einzelne Zeile der Säulen 25 eines
niedrigen Brechungsindex, die in einem Teil existiert, um ein optischer
Wellenleiterteil 22 zu werden, in einer Position angeordnet,
die um eine halbe Entfernung der Gitterkonstante des quadratischen
Gitters von der normalen Gitterposition in der optischen Ausbreitungsrichtung
verschoben ist, wobei zusätzlich
der Radius der verschobenen Säulen
eines niedrigen Brechungsindex wie benötigt gemäß der Wellenleitereigenschaft geändert wird.
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Der
Bereich des Radius der Säulen
eines niedrigen Brechungsindex zum Bereitstellen des photonischen
Kristalls kann ein Bereich sein, der die Existenz einer photonischen
Bandlücke
erlaubt. Gemäß einer
theoretischen Berechnung durch das Ausbreitungsverfahren für ebene
Wellen liegt, wenn der Brechungsindex der dielektrischen Dünnfilmplatte 21 ungefähr zwischen
3 bis 4,5 liegt und der Brechungsindex anderer Teile ungefähr zwischen
1 bis 1,7 liegt, der Radius der Säulen 25 eines niedrigen
Brechungsindex ungefähr
von 0,35a bis 0,45a.
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Zusätzlich erweisen
sich Gegenstände
auf eine Verbesserung der Wellenleitereigenschaften hin, einer Form
der Säule
eines niedrigen Brechungsindex, eines Brechungsindex von jedem Teil
und eines Material eines jeden Teils, das in den Beispielen 3-1
beschrieben ist, in diesem Beispiel als wahr, da das Prinzip unter
den Beispielen das Gleiche ist.
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Effekt der vorliegenden Erfindung
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Wie
zuvor erwähnt,
wird der zweidimensionale photonische Kristallplatten-Wellenleiter
der vorliegenden Erfindung durch Verschieben von Positionen von
Säulen
eines niedrigen Brechungsindex gebildet, die eine Zeile des Gitters
der zweidimensionalen photonischen Kristallplatte in der optischen
Ausbreitungsrichtung bilden oder zusätzlich dazu wird es durch Ändern des
Radius der Säulen
möglich,
einen optischen Wellenleiter bereitzustellen, der eine einzelne
wellenleitende Mode bilden kann, die eine große Gruppengeschwindigkeit unterhalb
der Lichtlinie aufweist.
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Daher
kann erfindungsgemäß eine Mikro-miniaturisierte
optische Wellenleiterstruktur bereitgestellt werden, die eine Gruppengeschwindigkeit
verbessert und einen kleinen Verlust aufweist.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die spezifisch offenbarten Ausführungen
beschränkt
und Variationen und Modifikationen können durchgeführt werden,
ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen.