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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
x 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. Wie für Kristallstrukturen, die anders
als das Dreiecksgitter z.B. das Vierecksgitter sind, 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., Physical 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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Der
Artikel „Designing
finite-height two-dimension photonic crystal waveguides" von T. Sondergard
et al., Applied Physics Letters, Vol. 77, No. 6, 7. Aug. 2000, offenbart
Zeilendefekt-Wellenleiter in photonischen Kristallen mit Breiten,
die kleiner oder größer als
die Gitterkonstante sind.
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Die
Europäische
Patent-Anmeldung
EP 0 964 305 offenbart
ebenso Zeilendefekt-Wellenleiter in photonischen Kristallen, die
mehrere Gitterkonstante breit sind.
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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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Das
obige ziel kann erreicht werden durch einen zweidimensionalen photonischen
Kristallplatten-Wellenleiter, der durch einen Zeilendefekt in einer Gitterstruktur
eines zweidimensionalen photonischen Kristallplatte gebildet wird,
wobei die photonische Kristallplatte an jeder Seite des Zeilendefekts
eine reguläre
Gitterstruktur von Gitterpunkten mit niedrigem Brechungsindex mit
einer gemeinsamen Gitterkonstante umfasst und derart orientiert
ist, dass die Gitterpunkte in geraden Linien parallel zu dem Zeilendefekt liegen,
die Gitterstrukturen an jeder Seite des Zeilendefekts, wobei die
Gitterstrukturen an jeder Seite des Zeilendefekts relativ zueinander
in der Richtung des Zeilendefekts ausgerichtet sind, wie wenn der
Zeilendefekt durch eine einzelne Zeile von Gitterpunkten gebildet
worden wäre,
die entlang des nicht-existierenden Zeilendefekts liefe, so dass der
Zeilendefekt gebildet wird, wobei die Breite des Wellenleiters derart
ist, dass:
eine erste Breite, die eine Entfernung zwischen
den Zentren der nahesten zwei Gitterpunkte ist, die an entgegen
gesetzten Seiten des Wellenleiter liegen, unterschiedlich zu einer
zweiten Breite ist, die eine Entfernung zwischen den Zentren der
nahesten zwei Gitterpunkte ist, die an entgegen gesetzten Seiten
eines Zeilendefekts liegen, der in einer zweidimensionalen photonischen
Kristallplatte mit einer regulären Gitterstruktur
und einer gemeinsamen Gitterkonstante gebildet werden würde, der
einfach Gitterpunkte einer einzelnen Zeile fehlen,
wobei die
erste Breite ein Wert zwischen 1,3 bis 1,6 der zweiten Breite ist.
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Der
zweidimensionale photonische Kristallplatten-Wellenleiter kann als
ein photonischer Kristallwellenleiter mit einem einzelnen Loch-Fehl-Zeilendefekt
bezeichnet werden.
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In
dem zweidimensionalen photonischen Kristallplatten-Wellenleiter kann
die Gitterstruktur durch Luft-Loch-Dreiecksgitter gebildet werden und der
zweidimensionale photonische Kristallplatten-Wellenleiter kann eine
Oxid-Hülle
oder eine Polymer-Hülle
umfassen. Zusätzlich
kann der zweidimensionale photonische Kristallplatten-Wellenleiter
unter Verwendung eines Silizium-auf-Isolator-Substrats (SOI) gebildet
werden.
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Gemäß der Erfindung
kann ein optischer Wellenleiter bereitgestellt werden, der eine
einzelne, wellenleitende Mode eines niedrigen Verlustes oberhalb
der Lichtlinie bilden kann.
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Weiter
können
in dem zweidimensionalen, photonischen Kristallplatten-Wellenleiter
Silizium, Germanium, Gallium-Arsenid-Basis
Verbindung, Indium-Phosphid-Basis Verbindung oder Indium-Antimon-Basis-Verbindungen
als ein Material der dielektrischen Dünnfilmplatte verwendet werden
und Silica, Polyimid-Basis-Organische-Verbindung, Epoxid-Basis-organische-Verbindung,
Acryl-Basis-organische-Verbindung, Luft oder Vakuum können als
Material von anderen Teilen 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-Wehlenleiters
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 eine
Dispersionsbeziehung wellenleitender Moden eines herkömmlichen,
typischen photonischen Kristall-Wellenleiters mit einem einzelnen Loch-Fehl-Zeilendefekt
zeigt;
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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 und 5B Figuren
sind, die eine Struktur eines photonischen Kristallplatten-Wellenleiters
mit einem Loch- Fehl-Zeilendefekt
gemäß einer Ausführung der
vorliegenden Erfindung zeigen, in denen 5A eine
Draufsicht und 5B eine B-B'-Schnittansicht zeigt;
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6 eine
Dispersionsbeziehung von wellenleitenden Moden des photonischen
Kristallplatten-Wellenleiters mit einem Loch-Fehl-Zeilendefekt gemäß der Ausführung der
vorliegenden Erfindung zeigt;
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7 die
Abhängigkeit
der Bandbreite einer Einzel-Mode oberhalb der Lichtlinie (gezeigt
durch eine gepunktete Linie) und des Ausbreitungsverlusts (gezeigt
durch eine durchgezogene Linie) von der Breite des optischen Wellenleiterteils
gemäß der Ausführung der
vorliegenden Erfindung zeigt, und
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8A bis 8C Figuren
zum Erklären über Modenberechnung
des zweidimensionalen photonischen Kristallwellenleiters sind.
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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,
in dem ein Teil der Löcher
in einer Gitterstruktur einer zweidimensionalen photonischen Kristallplatte
nicht linear vorliegen, so dass ein Zeilendefekt gebildet wird,
eine erste Breite, die eine Entfernung zwischen Mittelpunkten von
nahesten zwei Gitterpunkten ist, die an beiden Seiten des Zeilendefekts
lokalisiert sind, weiter von einer zweiten Breite ist, die eine
Entfernung zwischen Mittelpunkten von nahesten zwei Gitterpunkten
ist, die an beiden Seiten eines Zeilendefekts in einem normalen
zweidimensionalen photonischen Kristallplatten-Wellenleiter lokalisiert
sind, dem einfach Löcher
einer einzelnen Zeile fehlen. Durch Bilden des Wellenleiters in
dieser Art kann eine Struktur mit niedrigem Verlust und großer Gruppengeschwindigkeit
und ein Ermöglichen einer
einzelnen wellenleitenden Mode realisiert werden, während Lichteinsperrung
unter Verwendung einer photonischen Bandlücke und eines Unterschieds
der Brechungsindizes durchgeführt
wird.
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Die
zweidimensionale photonische Kristallplatte ist ein photonischer
Kristall, in dem dielektrische, zylindrische oder vieleckige Säulen einen
niedrigeren Brechungsindex als den einer dielektrischen Dünnfilmplatte
in einem zweidimensionalen Gittermuster aufweisen 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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In
dem Folgenden werden Ausführungen
der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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Die
Ausführung
der vorliegenden Erfindung wird beschrieben.
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5A und 5B sind
Figuren, die eine Struktur eines photonischen Kristall-Wellenleiters 1A mit
einem einzelnen Lochfehl-Zeilendefekt gemäß einer zweiten Ausführung der
vorliegenden Erfindung zeigen. 5A zeigt
eine Draufsicht und 5B zeigt eine B-B'-Schnittansicht.
In dieser Ausführung ist,
wenn ein einzelner Zeilendefekt in einer zweidimensionalen photonischen
Kristallplatte auf einer Oxydhülle
gebildet wird, die Breite des Zeilendefekts durch Verschieben des
gesamten Kristallgitters beider Seiten des Zeilendefekts verbreitert.
Als ein Ergebnis kann eine wellenleitende Mode mit einer großen Gruppengeschwindigkeit
oberhalb der Lichtlinie der Hülle
erhalten werden.
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Das
heißt,
ein photonischer Luftloch-Dreiecksgitter-Kristall einer Gitterkonstante
a = 0,39 μm wurde
auf einem SOI-Substrat hergestellt, das aus einer Si-Schicht 2 von
0,2 μm Dicke
und einer SiO2-Schicht von 2,3 μm Dicke besteht,
durch Elektronenstrahl-Lithografie und trockenes Ätzen und
unterschiedliche Einzelzeilendefekte unterschiedlicher Breiten wurden
auf den photonischen Luftloch-Dreiecksgitter-Kristall angewendet. Abstimmen der Breite des
optischen Wellenleiterteils wird durch Verschieden von Kristallgittern
beider Seiten des Zeilendefekts um eine vorbestimmte Entfernung
in einer Richtung senkrecht zu dem Zeilendefekt durchgeführt, so dass
die Breite verbreitert wird.
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Gemäß einer
Ausführung
beträgt
die Breite des optischen Wellenleiterteils 1,5 Mal die normale Breite
eines optischen Wellenleiterteils.
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Ebenso
wird in diesem Fall die normale Breite des Zeilendefekts eines normalen,
photonischen Kristall-Wellenleiter
mit einem einzelnen Lochfehl-Zeilendefekt als eine Entfernung zwischen
Mittelpunkten von nahesten Gitterpunkten 4 beider Seiten
des Zeilendefekts eines normalen, photonischen Kristall-Wellenleiters
mit einem Lochfehl-Zeilendefekt definiert. Eine Breite des Zeilendefekts
dieser Ausführung
kann durch eine konstante Zahl dargestellt werden – Male der
normalen Breite W. Der photonische Kristall selbst weist die photonische
Bandlücke
zwischen einer Wellenlänge
von 1,33 μm
und einer Wellenlänge
von 1,57 μm
auf. Daher wurde eine Weiterleitung des Lichts nicht in Teilen beobachtet, die
keinen Defekt in dem Kristall innerhalb des Wellenlängenbereichs
aufweisen.
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Als
Nächstes
wurde ein Licht-Transmissionsspektrum für jeden Zeilendefekt gemessen.
Wie für einen
einfachen (normalen) einzelnen Zeilendefekt (die Breite ist 1,0W)
wurde keine Lichttransmission in dem Bandlücken-Frequenzbereich beobachtet. Wenn
andererseits ein Wellenleiter mit der Breite von 1,5W verwendet
wird, wurde Lichttransmission in einem Frequenzband in der Bandlücke klar
beobachtet.
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6 zeigt
eine Dispersionsbeziehung von wellenleitenden Moden eines photonischen
Kristall-Wehlenleiters mit einem einzelnen Lochfehl-Zeilendefekt
gemäß der Ausführung der
vorliegenden Erfindung. Die Lichtlinie der Hülle (SiO2 dieser
Ausführung)
wird in 6 wie in 2 überlagert.
Der Wellenlängenbereich,
in dem Lichttransmission durch ein Experiment beobachtet wurde,
ist der gleiche wie ein Bereich, innerhalb dessen eine gerade Mode
in dem Einzelmodenbereich in 6 existiert. In
diesem Fall existiert der Einzelmodenbereich in der photonischen
Bandlücke
oberhalb der Lichtlinie. Jedoch wird in diesem Fall das Problem
des Lichtentweichens durch Verbreitern der Breite des optischen Wellenleiterteils
gelöst,
da ein Beugungsverlust abnimmt. Das heißt, eine wellenleitende Mode
eines niedrigen Verlustes kann erhalten werden, obwohl die wellenleitende
Mode oberhalb der Lichtlinie existiert.
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7 zeigt
eine Abhängigkeit
der Bandbreite einer Einzelmode oberhalb der Lichtlinie (gezeigt durch
eine gepunktete Linie) und einen Ausbreitungsverlust (gezeigt durch
eine durchgezogene Linie) von der Breite des optischen Wellenleiterteils
gemäß der Ausführung der
vorliegenden Erfindung. Die Breite wird durch eine Mittenfrequenz
des Einzelmodenbands normalisiert. Wie in 7 gezeigt,
nimmt, da die Breite verbreitert ist, die Bandbreite der Einzelmode
nach dem Erhöhen
zu und die Einzelmoden-Bandbreite kann dann nicht erhalten werden, wenn
die Breite 1,6W überschreitet.
Der Grund, dass die Einzelmoden-Bandbreite sich in dieser Art und Weise
verändert,
ist der, dass die Mode in der photonischen Bandlücke in 6 sich zu
der Niederfrequenzseite durch Verbreitern der Wellenleiterbreite verschiebt.
Der Ausbreitungsverlust nimmt ab, da die Breite verbreitert ist.
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Als
ein Ergebnis des Berechnens wellenleitender Moden-Dispersion durch
das Finite-Unterschied-Zeitdomänen-Verfahren (finite-difference
time-domain method) durch Verwenden unterschiedlicher struktureller
Parameter wurde entdeckt, dass eine wellenleitende Mode, die der
Einzelmodenbedingung genügt,
oberhalb der Lichtlinie gebildet werden, wenn die Breite auf einen
Wert gleich oder kleiner als 1,6W gesetzt wird und der Ausbreitungsverlust
wird gleich oder kleiner als 20 dB/mm wird, der ein praktischer
Verlust ist, wenn die Breite auf einen Wert gleich oder größer als
1,3W gesetzt wird. Zusätzlich
wurde Lichtausbreitung innerhalb der Breite dieses Bereichs in den
Experimenten beobachtet. Das heißt, durch Setzen der Wellenleiterbreite
als einen Wert zwischen 1,3W bis 1,6W kann die wellenleitende Mode,
die der Einzelmodenbedingung genügt und
Ausbreitungsverlust unter den praktischen Verlust drückt, erhalten
werden.
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Es
ist schwierig, eine Struktur mit einer wellenleitenden Mode einer
großen
Gruppengeschwindigkeit an der Niederfrequenzseite der Lichtlinie
zu realisieren, wenn die Breite verbreitert ist. Da jedoch eine
Störung,
die durch die Kristallperiodizität
verursacht wird, durch Verbreitern der Breite des wellenleiterteils
klein wird, wird die Gruppengeschwindigkeit erhöht und der Beugungsverlust
wird unterdrückt.
Als ein Ergebnis kann, wie in 6 gezeigt,
Ausbreitungsverlust effektiv vermindert werden, selbst obwohl die
Einzelmode oberhalb der Lichtlinie existiert (die Hochfrequenzseite).
Da jedoch ein effektiver Brechungsindex des Wellenleiters ansteigt,
da die Breite verbreitert wird, verschiebt sich das Einzelmodenband
wie oben erwähnt
zu der Niederfrequenzseite, so dass die Einzelmodenbandbreite allmählich schmaler
wird. Daher ist es zum Realisieren der Einzelmode notwendig, dass
die Breite gleich oder kleiner als 1,6W ist.
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Im
Folgenden wird ein Berechnungsverfahren der wellenleitenden Moden-Dispersionskurven (6 und Ähnliche)
beschrieben, die zur Erklärung der
vorliegenden Erfindung verwendet werden.
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Die
Dispersionskurve kann durch Analysieren der Maxwell-Gleichung durch Verwenden
eines Berechnungsverfahrens erhalten werden, das FDTD-Verfahren
genannt wird (Finite-difference
Time-domain method). In dem Folgenden wird das Analyseverfahren
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 Extrahierens der Eigen-Mode durch Verwenden des FDTD-Verfahrens
beschrieben. 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. 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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8A zeigt
die Struktur aus 1. 8B ist
eine vergrößerte Ansicht
eines Teils in einer Box mit einer gepunkteten Linie aus 8A und 8C zeigt
eine perspektivische Ansicht der Struktur aus 8B,
die die Einheitszelle des photonischen Kristall-Wellenleiters ist.
Der Wellenzahl-Frequenz-Graph kann durch Lösen der Maxwell-Gleichung durch das
FDTD-Verfahren für
die Einheitszelle erhalten werden. Der Graph ist die in dieser Beschreibung
beschriebene Dispersionskurve.
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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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Für den Wellenleiter,
bei dem die Breite des optischen Wellenleiterteils eingeengt wird,
wurde erkannt, dass der Einzelmodenbereich lediglich an der Niederfrequenzseite
der Lichtlinie existiert, jedoch eberso an der Hochfrequenzseite
der Lichtlinie.
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In
der Ausführung
können
die Wellenleiter durch Verwenden zum Beispiel des Silizium-auf-Isolator
(SOI) unter Verwendung von Si und SiO2 als
das Medium hergestellt werden. Jedoch ist es klar, dass der Effekt
der vorliegenden Erfindung ebenso durch Verwenden anderer Materialien
erhalten werden kann. Wenn im Allgemeinen ein Wellenleiter mit einem
einzelnen Zeilendefekt durch Verwenden der photonischen Kristallplatte
gebildet wird, in der ein Dielektrikum eines niedrigen Brechungsindex
unter einem Dünnfilmmedium
eines hohen Brechungsindex platziert wird, ist es durch Einstellen
der Breite wie in der oben erwähnten
Ausführung
möglich,
eine wellenleitende Mode zu bilden, die der Einzelmodenbedingung
oberhalb oder unterhalb der Lichtlinie genügt.
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Zum
Beispiel kann ein Halbleiter wie zum Beispiel Gallium-Arsenid-Basis-Verbindung
(GaAs, InGaAsP und Ähnliche),
Indium-Phosphid-Basis-Verbindung (InP und Ähnliches) und Ähnliches
statt Si verwendet werden. Zusätzlich
können
Polymer, Aluminium und Ähnliches
statt SiO2 verwendet werden. Obwohl weiter
SiO2 als die Unter-Hülle und Luft als die Ober-Hülle in den Ausführungen
verwendet wird, ist es klar, dass ein gleicher Effekt erhalten werden kann,
falls eine dielektrische Hülle,
wie zum Beispiel SiO2, sowohl für die Ober-
als auf für
die Unter-Hülle verwendet
wird.
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Als
Materialien, wenn Infrarotes Licht zur Kommunikation nahe 1,55 μm Wellenlänge als
Wellenleiterlicht verwendet wird, kann Silizium, Germanium, Gallium
Arsenid-Basis-Verbindung, Indium-Phosphid-Basis-Verbindung, Indium-Antimon-Basis-Verbindung und Ähnliches
als Material der dielektrischen Dünnfilmplatte verwendet werden, die
einen hohen Brechungsindex aufweist, Infrarotes Licht transmittieren
kann und ein geringes Problem bei der Herstellbarkeit und Stabilität aufweist.
Der Brechungsindex der Materialien liegt ungefähr zwischen 3,0 bis 4,5. Zusätzlich können Silica,
Polyimid-Basis-Verbindung, Epoxid-Basis-organische-Verbindung, Acryl-Basis-organische-Verbindung,
Luft und Vakuum und Ähnliches
als das Material der anderen Teile als die dielektrische Dünnfilmplatte
verwendet werden, die einen niedrigen Brechungsindex aufweist, Infrarotlicht
transmittierten kann und ein geringes Problem bei der Herstellbarkeit
und der Stabilität
aufweist. Der Brechungsindex dieser Materialien liegt ungefähr zwischen
1,0 bis 1,7.
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Auswirkungen der vorliegenden
Erfindung
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Wie
zuvor erwähnt,
wird der zweidimensionale photonische Kristallplatten-Wellenleiter
der vorliegenden Erfindung derart geformt, dass ein Teil der Löcher in
einer Gitterstruktur einer zweidimensionalen photonischen Kristallplatte
nicht linear existiert, so dass ein Zeilendefekt gebildet wird,
und dass eine erste Breite, die eine Entfernung zwischen Mittelpunkten
von nahesten zwei Gitterpunkten, die an beiden Seiten des Zeilendefekts
lokalisiert sind, weiter ist als eine zweite Breite, die eine Entfernung
zwischen Mittelpunkten nahesten zwei Gitterpunkte ist, die an beiden
Seiten eines Zeilendefekts in einem normalen zweidimensionalen photonischen
Kristallplatten-Wellenleiters
lokalisiert sind, dem einfach Löcher
einer einfachen Zeile fehlen. Daher kann ein optischer Wellenleiter,
der eine einzelne wellenleitende Mode mit einem niedrigen Verlust
oberhalb der Lichtlinie bilden kann, bereitgestellt werden.
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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.