JP2001091701A - 格子変調フォトニック結晶 - Google Patents
格子変調フォトニック結晶Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来、光回路部品の構成材料としてのフォト
ニック結晶の構造は、半導体で代表される天然結晶との
アナロジーから、基本的な周期長、基本周期の方向が結
晶の面内または体積内で基本的に一定であることが前提
となっていた。このため光回路の設計の自由度は低く、
作製誤差に敏感でない回路を設計するのは困難であっ
た。この問題を解決する。 【解決手段】 基板の上への物質の積層で作製されるこ
とを特徴とする２次元または３次元フォトニック結晶に
おいて、結晶の基本的な周期長や周期性の方向を、結晶
中の位置に関し一様とせず、位置に関して徐々にまたは
緩やかな階段状に変化させ、基板と垂直な方向にも必要
により変化させること、即ち格子変調を特徴とする。こ
の技術により、フォトニック結晶型光回路部品に広範な
加工の自由度・機能の自由度を提供する。
ニック結晶の構造は、半導体で代表される天然結晶との
アナロジーから、基本的な周期長、基本周期の方向が結
晶の面内または体積内で基本的に一定であることが前提
となっていた。このため光回路の設計の自由度は低く、
作製誤差に敏感でない回路を設計するのは困難であっ
た。この問題を解決する。 【解決手段】 基板の上への物質の積層で作製されるこ
とを特徴とする２次元または３次元フォトニック結晶に
おいて、結晶の基本的な周期長や周期性の方向を、結晶
中の位置に関し一様とせず、位置に関して徐々にまたは
緩やかな階段状に変化させ、基板と垂直な方向にも必要
により変化させること、即ち格子変調を特徴とする。こ
の技術により、フォトニック結晶型光回路部品に広範な
加工の自由度・機能の自由度を提供する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、２次元的または３
次元的にほぼ周期的な構造をもつ光波帯回路素子および
その作製方法に関する。
次元的にほぼ周期的な構造をもつ光波帯回路素子および
その作製方法に関する。
【０００２】
【従来技術】本発明は、光波帯回路素子に関する応用の
極めて広い技術に関するものであるため、本発明全体に
対応する従来技術を見つけることは難しい。それゆえ、
本発明の干渉型フィルタへの応用、プリズムへの応用、
導波路への応用、曲がり導波路への応用のそれぞれに関
する従来技術を説明する。
極めて広い技術に関するものであるため、本発明全体に
対応する従来技術を見つけることは難しい。それゆえ、
本発明の干渉型フィルタへの応用、プリズムへの応用、
導波路への応用、曲がり導波路への応用のそれぞれに関
する従来技術を説明する。
【０００３】誘電体多層膜に垂直または斜めに入射する
光の干渉作用を利用する波長フィルタは重要な光学部品
である。波長分割多重通信には波長幅１ｎｍ程度の狭帯
域性が要求される。複数の波長を利用するので、別々に
作製したフィルタをそれぞれの波長で用いる必要があ
り、システム価格の上昇を招く。また狭帯域のフィルタ
には高度な膜厚の制御が必要とされるので、製品の良品
率は低いという問題もある。
光の干渉作用を利用する波長フィルタは重要な光学部品
である。波長分割多重通信には波長幅１ｎｍ程度の狭帯
域性が要求される。複数の波長を利用するので、別々に
作製したフィルタをそれぞれの波長で用いる必要があ
り、システム価格の上昇を招く。また狭帯域のフィルタ
には高度な膜厚の制御が必要とされるので、製品の良品
率は低いという問題もある。
【０００４】２次元または３次元的に周期的な構造をも
つ光波帯回路素子はフォトニック結晶と呼ばれ、後述す
るように極めて広い応用を持っている。
つ光波帯回路素子はフォトニック結晶と呼ばれ、後述す
るように極めて広い応用を持っている。
【０００５】フォトニック結晶における分散性、異方性
を利用して、屈折角が光の波長に対して極めて敏感に変
化する「スーパープリズム効果」が近年報告されている
（Ｈ．Ｋｏｓａｋａ ｅｔ ａｌ．，“Ｓｕｐｅｒｐｒ
ｉｓｍ ｐｈｅｎｏｍｅｎａｉｎ ｐｈｏｔｏｎｉｃ
ｃｒｙｓｔａｌｓ”，Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ
Ｂ，ｖｏｌ．５８，ｎｏ．１６，ｐ．Ｒ１００９６，１
９９８）。これは波長分割多重光通信システムにおいて
利用価値が高い。フォトニック結晶の内部から外部へ、
あるいは逆方向へ光のビームあるいは波束が境界と交叉
する時の折れ曲がり角が著しい波長依存性を持つ効果を
スーパープリズム効果と呼ぶ。
を利用して、屈折角が光の波長に対して極めて敏感に変
化する「スーパープリズム効果」が近年報告されている
（Ｈ．Ｋｏｓａｋａ ｅｔ ａｌ．，“Ｓｕｐｅｒｐｒ
ｉｓｍ ｐｈｅｎｏｍｅｎａｉｎ ｐｈｏｔｏｎｉｃ
ｃｒｙｓｔａｌｓ”，Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ
Ｂ，ｖｏｌ．５８，ｎｏ．１６，ｐ．Ｒ１００９６，１
９９８）。これは波長分割多重光通信システムにおいて
利用価値が高い。フォトニック結晶の内部から外部へ、
あるいは逆方向へ光のビームあるいは波束が境界と交叉
する時の折れ曲がり角が著しい波長依存性を持つ効果を
スーパープリズム効果と呼ぶ。
【０００６】スーパープリズムにおいては、材料の誘電
率、周期構造の単位セルの寸法ないし形状が設計と一致
しないとき、ずれが小さくても波長特性の急峻さのため
に、プリズムの示す屈折特性は設計された所望の特性か
ら大きくずれてしまう。これは製造時の良品率が低いこ
とを意味する。
率、周期構造の単位セルの寸法ないし形状が設計と一致
しないとき、ずれが小さくても波長特性の急峻さのため
に、プリズムの示す屈折特性は設計された所望の特性か
ら大きくずれてしまう。これは製造時の良品率が低いこ
とを意味する。
【０００７】フォトニック結晶中に設けた導波路として
公知のものの代表例は以下の通りである。（１）半導体
の柱の列からなる２次元フォトニック結晶から、柱を一
列分抜き去って導波路のコアとしたもの（Ａ．Ｍｅｋｉ
ｓ ｅｔ ａｌ．，“Ｈｉｇｈ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉ
ｏｎｔｈｒｏｕｇｈ ｓｈａｒｐ ｂｅｎｄｓ ｉｎｐ
ｈｏｔｏｎｉｃ ｃｒｙｓｔａｌ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ
ｓ”，Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｌｅｔｔｅｒ
ｓ，ｖｏｌ．７７，ｎｏ．１８，ｐ．３７８７，１９９
６）、（２）自己クローニング型３次元フォトニック結
晶中に成長させた垂直欠陥列をコアとしたもの（Ｏ．Ｈ
ａｎａｉｚｕｍｉ ｅｔ ａｌ．，“Ｐｒｏｐａｇａｔ
ｉｏｎ ｏｆ ｌｉｇｈｔ ｂｅａｍｓ ａｌｏｎｇ
ｌｉｎｅ ｄｅｆｅｃｔｓ ｆｏｒｍｅｄ ｉｎ ａ−
Ｓｉ／ＳｉＯ２ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ
ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｃｒｙｓｔａｌｓ：Ｆａｂｒｉｃａ
ｔｉｏｎ ａｎｄ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ”，Ａｐｐ
ｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．７
４，ｎｏ．６，ｐ．７７７，１９９９）、（３）同じく
自己クローニング型３次元フォトニック結晶中にリソグ
ラフィとドライエッチプロセスにて形成した基板面平行
型導波路（川上ほか、特開平１０−３３５７５８，図２
８）。（１）の技術では導波路の幅がフォトニック結晶
の１周期分であるため、伝搬するモードの界の広がりが
１波長程度と極めて小さく、外部の光源や光ファイバと
接続した際に大きな損失が生じる。また（２）の技術で
は、コアの面積を任意に広く作製できるという利点があ
る一方で、導波路の長さを結晶の厚さ程度、すなわち数
μｍ程度までしか長くできないという問題点がある。ま
た（３）の技術には、導波路を形成するために、フォト
ニック結晶の成長を一時中断し、別のプロセスを施さな
ければならないという問題点がある。
公知のものの代表例は以下の通りである。（１）半導体
の柱の列からなる２次元フォトニック結晶から、柱を一
列分抜き去って導波路のコアとしたもの（Ａ．Ｍｅｋｉ
ｓ ｅｔ ａｌ．，“Ｈｉｇｈ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉ
ｏｎｔｈｒｏｕｇｈ ｓｈａｒｐ ｂｅｎｄｓ ｉｎｐ
ｈｏｔｏｎｉｃ ｃｒｙｓｔａｌ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ
ｓ”，Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｌｅｔｔｅｒ
ｓ，ｖｏｌ．７７，ｎｏ．１８，ｐ．３７８７，１９９
６）、（２）自己クローニング型３次元フォトニック結
晶中に成長させた垂直欠陥列をコアとしたもの（Ｏ．Ｈ
ａｎａｉｚｕｍｉ ｅｔ ａｌ．，“Ｐｒｏｐａｇａｔ
ｉｏｎ ｏｆ ｌｉｇｈｔ ｂｅａｍｓ ａｌｏｎｇ
ｌｉｎｅ ｄｅｆｅｃｔｓ ｆｏｒｍｅｄ ｉｎ ａ−
Ｓｉ／ＳｉＯ２ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ
ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｃｒｙｓｔａｌｓ：Ｆａｂｒｉｃａ
ｔｉｏｎ ａｎｄ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ”，Ａｐｐ
ｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．７
４，ｎｏ．６，ｐ．７７７，１９９９）、（３）同じく
自己クローニング型３次元フォトニック結晶中にリソグ
ラフィとドライエッチプロセスにて形成した基板面平行
型導波路（川上ほか、特開平１０−３３５７５８，図２
８）。（１）の技術では導波路の幅がフォトニック結晶
の１周期分であるため、伝搬するモードの界の広がりが
１波長程度と極めて小さく、外部の光源や光ファイバと
接続した際に大きな損失が生じる。また（２）の技術で
は、コアの面積を任意に広く作製できるという利点があ
る一方で、導波路の長さを結晶の厚さ程度、すなわち数
μｍ程度までしか長くできないという問題点がある。ま
た（３）の技術には、導波路を形成するために、フォト
ニック結晶の成長を一時中断し、別のプロセスを施さな
ければならないという問題点がある。
【０００８】またフォトニック結晶中の曲がり導波路に
ついては、Ｍｅｋｉｓらの前述の構造、馬場らの擬２次
元導波構造（Ｔ．Ｂａｂａ ｅｔ ａｌ．，“Ｏｂｓｅ
ｒｖａｔｉｏｎ ｏｆ ｌｉｇｈｔ ｐｒｏｐａｇａｔ
ｉｏｎｉｎ ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｃｒｙｓｔａｌ ｏｐ
ｔｉｃａｌ ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ ｗｉｔｈ ｂｅｎ
ｄｓ”，Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖ
ｏｌ．３５，ｎｏ．８，ｐ．６５４，１９９９）が知ら
れている。それぞれ９０°の無損失折れ曲がり、６０°
の有限損失折れ曲がりが実現できることを示している
が、それらはいずれも折れ曲がり角における大きい反射
戻り光の発生を避けられない。折れ曲がり角を小さくし
て反射を低減することも周期構造の制約上不可能であ
る。
ついては、Ｍｅｋｉｓらの前述の構造、馬場らの擬２次
元導波構造（Ｔ．Ｂａｂａ ｅｔ ａｌ．，“Ｏｂｓｅ
ｒｖａｔｉｏｎ ｏｆ ｌｉｇｈｔ ｐｒｏｐａｇａｔ
ｉｏｎｉｎ ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｃｒｙｓｔａｌ ｏｐ
ｔｉｃａｌ ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ ｗｉｔｈ ｂｅｎ
ｄｓ”，Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖ
ｏｌ．３５，ｎｏ．８，ｐ．６５４，１９９９）が知ら
れている。それぞれ９０°の無損失折れ曲がり、６０°
の有限損失折れ曲がりが実現できることを示している
が、それらはいずれも折れ曲がり角における大きい反射
戻り光の発生を避けられない。折れ曲がり角を小さくし
て反射を低減することも周期構造の制約上不可能であ
る。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】基板上に作製され、フ
ォトニック結晶で構成される光素子において、基板面内
に直交座標軸ｘｙを、それと直交する厚さ方向にｚ軸を
とる。なおこの座標系は以下一貫して用いる。フォトニ
ック結晶の各部各部が示す局所的な平均的光学特性を
ｘ，ｙ，ｚの関数として任意に制御することができれ
ば、一つの基本技術によって急峻曲がりが可能、ないし
高い分散性／プリズム機能を持つ導波路や位置同調型の
干渉型フィルタなど多種多様な光機能を実現することが
できる。本発明はこれらの課題に答えるものである。
ォトニック結晶で構成される光素子において、基板面内
に直交座標軸ｘｙを、それと直交する厚さ方向にｚ軸を
とる。なおこの座標系は以下一貫して用いる。フォトニ
ック結晶の各部各部が示す局所的な平均的光学特性を
ｘ，ｙ，ｚの関数として任意に制御することができれ
ば、一つの基本技術によって急峻曲がりが可能、ないし
高い分散性／プリズム機能を持つ導波路や位置同調型の
干渉型フィルタなど多種多様な光機能を実現することが
できる。本発明はこれらの課題に答えるものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】フォトニック結晶を形成
するもっとも標準的な方法は次の通りである。基板の上
に２次元的に周期的に凹凸をリソグラフィおよびエッチ
ングで作製する。その凹凸パターンは基本的には完全に
周期的であり、導波路形成のためその中の数個の凹凸を
除いたり、直線（線分、半直線を含む）の形やその組み
合わせの形状の凹凸を除いたりすることがなされること
がある（Ｏ．Ｈａｎａｉｚｕｍｉ ｅｔａｌ．，Ａｐｐ
ｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，前述、Ｔ．
Ｂａｂａ ｅｔ ａｌ．，Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌ
ｅｔｔｅｒｓ，前述）。いずれにおいても、周期構造に
おける基本周期長や周期性の方向は基板面上で一様であ
る。その基板の上に、２種類以上の誘電体を順次かつ周
期的に積層し、各層に所望の凹凸パターンを持たせる。
ｚ方向の周期性を確保するためには一層ごとにリソグラ
フィやエッチングを用いる方法（Ｊ．Ｇ．Ｆｌｅｍｉｎ
ｇ ｅｔ ａｌ．，“Ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ
ａｌｐｈｏｔｏｎｉｃ ｃｒｙｓｔａｌｗｉｔｈ ａ
ｓｔｏｐ ｂａｎｄ ｆｒｏｍ １．３５ ｔｏ １．
９５μｍ”，Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．
２４，ｎｏ．１，ｐ．４９，１９９９）、ボンディング
を用いる方法（Ｓ．Ｎｏｄａ ｅｔ ａｌ．，“Ｎｅｗ
ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｔｈ
ｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｐｈｏｔｏｎｉｃ
ｃｒｙｓｔａｌ ｉｎ ｏｐｔｉｃａｌｗａｖｅｌｅｎ
ｇｔｈ ｒｅｇｉｏｎ”，Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒ
ｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，ｖｏ
ｌ．３５，ｎｏ．７Ｂ，ｐ．Ｌ９０９，１９９６）、薄
膜形成を繰り返すだけで済む自己クローニング法（Ｓ．
Ｋａｗａｋａｍｉｅｔ ａｌ，“Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ
ｏｆ ｓｈａｐｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ３Ｄ
ｐｅｒｉｏｄｉｃ ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｂ
ｙ ｂｉａｓｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ”，Ａｐｐｌｉｅｄ
Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．７４，Ｎ
ｏ．３，ｐ．４６３，１９９９，および川上ほか、前記
特開）が知られている。
するもっとも標準的な方法は次の通りである。基板の上
に２次元的に周期的に凹凸をリソグラフィおよびエッチ
ングで作製する。その凹凸パターンは基本的には完全に
周期的であり、導波路形成のためその中の数個の凹凸を
除いたり、直線（線分、半直線を含む）の形やその組み
合わせの形状の凹凸を除いたりすることがなされること
がある（Ｏ．Ｈａｎａｉｚｕｍｉ ｅｔａｌ．，Ａｐｐ
ｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，前述、Ｔ．
Ｂａｂａ ｅｔ ａｌ．，Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌ
ｅｔｔｅｒｓ，前述）。いずれにおいても、周期構造に
おける基本周期長や周期性の方向は基板面上で一様であ
る。その基板の上に、２種類以上の誘電体を順次かつ周
期的に積層し、各層に所望の凹凸パターンを持たせる。
ｚ方向の周期性を確保するためには一層ごとにリソグラ
フィやエッチングを用いる方法（Ｊ．Ｇ．Ｆｌｅｍｉｎ
ｇ ｅｔ ａｌ．，“Ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ
ａｌｐｈｏｔｏｎｉｃ ｃｒｙｓｔａｌｗｉｔｈ ａ
ｓｔｏｐ ｂａｎｄ ｆｒｏｍ １．３５ ｔｏ １．
９５μｍ”，Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．
２４，ｎｏ．１，ｐ．４９，１９９９）、ボンディング
を用いる方法（Ｓ．Ｎｏｄａ ｅｔ ａｌ．，“Ｎｅｗ
ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｔｈ
ｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｐｈｏｔｏｎｉｃ
ｃｒｙｓｔａｌ ｉｎ ｏｐｔｉｃａｌｗａｖｅｌｅｎ
ｇｔｈ ｒｅｇｉｏｎ”，Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒ
ｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，ｖｏ
ｌ．３５，ｎｏ．７Ｂ，ｐ．Ｌ９０９，１９９６）、薄
膜形成を繰り返すだけで済む自己クローニング法（Ｓ．
Ｋａｗａｋａｍｉｅｔ ａｌ，“Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ
ｏｆ ｓｈａｐｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ３Ｄ
ｐｅｒｉｏｄｉｃ ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｂ
ｙ ｂｉａｓｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ”，Ａｐｐｌｉｅｄ
Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．７４，Ｎ
ｏ．３，ｐ．４６３，１９９９，および川上ほか、前記
特開）が知られている。
【００１１】本発明の基本的考えは、基板の上の周期構
造における基本周期長や周期性の方向をｘ，ｙに関し一
様としないで、ｘ，ｙに関して徐々にまたは緩やかな階
段状に変化させ、ｚ方向にも基本周期長をｚに関して必
要により変化させることにより、広範な加工自由度・機
能自由度を獲得することにある（格子変調）。即ち従来
のフォトニック結晶やフォトニック結晶光回路部品の発
想は、２次元であるか３次元であるかを問わず、半導体
で代表される天然物質の結晶とのアナロジーから脱却で
きていないために、天然結晶同様に基本周期長、基本周
期の方向は２次元フォトニック結晶（部品）では面内
で、３次元フォトニック結晶ではその体積内で、（導波
路あるいは共振器に利用される“ｄｅｆｅｃｔ”（欠
陥）は周期構造の乱れであるが格子の変調ではなく、か
つ構造が狭い範囲で急激に変化する）基本的に一定であ
る。
造における基本周期長や周期性の方向をｘ，ｙに関し一
様としないで、ｘ，ｙに関して徐々にまたは緩やかな階
段状に変化させ、ｚ方向にも基本周期長をｚに関して必
要により変化させることにより、広範な加工自由度・機
能自由度を獲得することにある（格子変調）。即ち従来
のフォトニック結晶やフォトニック結晶光回路部品の発
想は、２次元であるか３次元であるかを問わず、半導体
で代表される天然物質の結晶とのアナロジーから脱却で
きていないために、天然結晶同様に基本周期長、基本周
期の方向は２次元フォトニック結晶（部品）では面内
で、３次元フォトニック結晶ではその体積内で、（導波
路あるいは共振器に利用される“ｄｅｆｅｃｔ”（欠
陥）は周期構造の乱れであるが格子の変調ではなく、か
つ構造が狭い範囲で急激に変化する）基本的に一定であ
る。
【００１２】図１は２次元周期構造や板状３次元周期構
造の面内の格子変調の一例を示す。基本的に正方形の格
子を持つ周期構造において、ＢＣ間またはｂｃ間は、他
の部分に比べて円の径方向の基本周期が１．５倍になっ
ている。即ち周期長が不連続に変化し、その周期長さは
複数周期（この場合は２周期）にわたって一定である。
これを緩やかな階段状の変化という。また円周上で、周
方向の周期長はＡａ間のものが小さく、Ｄｄ間のものが
大きく、径方向に徐々に変化している。このような構造
は天然物質の結晶には存在しないが、フォトニック結晶
では基板を電子ビームリソグラフィーなどで自由に加工
でき、自己クローニング法で３次元化できる。なお自己
クローニング法では積層の厚さ方向の基本周期を徐々に
も不連続にも変化させることが容易にできる。
造の面内の格子変調の一例を示す。基本的に正方形の格
子を持つ周期構造において、ＢＣ間またはｂｃ間は、他
の部分に比べて円の径方向の基本周期が１．５倍になっ
ている。即ち周期長が不連続に変化し、その周期長さは
複数周期（この場合は２周期）にわたって一定である。
これを緩やかな階段状の変化という。また円周上で、周
方向の周期長はＡａ間のものが小さく、Ｄｄ間のものが
大きく、径方向に徐々に変化している。このような構造
は天然物質の結晶には存在しないが、フォトニック結晶
では基板を電子ビームリソグラフィーなどで自由に加工
でき、自己クローニング法で３次元化できる。なお自己
クローニング法では積層の厚さ方向の基本周期を徐々に
も不連続にも変化させることが容易にできる。
【００１３】図２において、周期構造の基本的な周期と
して、この部分ではＡＢ，ＢＣ，ＣＡの三つのうち任意
の二つを取るのが適当である。構造全体にわたる格子変
調を表現するためには、ＢＣを除外しないのが適当であ
る。即ちＢＣを含む二つを取るか、あるいはＢＣ，ＡＤ
の二つを基本的な周期に選んでもよい。要するに、空間
全体で周期が一定であるか変化しているかに着目してい
るので、基本的な周期の方向、長さの定義にはある程度
の幅がある。また、３次元フォトニック結晶を作製する
自己クローニング法、野田ら、Ｆｌｅｍｉｎｇらの前掲
の方法に共通に、センチメートル級の基板上にマイクロ
メートル級の厚さの周期構造を形成するので、これらを
板状フォトニック結晶と総称することにする。板の面の
中の方向を面内または面平行な方向、それに垂直な方向
を面垂直方向とよぶこととする。
して、この部分ではＡＢ，ＢＣ，ＣＡの三つのうち任意
の二つを取るのが適当である。構造全体にわたる格子変
調を表現するためには、ＢＣを除外しないのが適当であ
る。即ちＢＣを含む二つを取るか、あるいはＢＣ，ＡＤ
の二つを基本的な周期に選んでもよい。要するに、空間
全体で周期が一定であるか変化しているかに着目してい
るので、基本的な周期の方向、長さの定義にはある程度
の幅がある。また、３次元フォトニック結晶を作製する
自己クローニング法、野田ら、Ｆｌｅｍｉｎｇらの前掲
の方法に共通に、センチメートル級の基板上にマイクロ
メートル級の厚さの周期構造を形成するので、これらを
板状フォトニック結晶と総称することにする。板の面の
中の方向を面内または面平行な方向、それに垂直な方向
を面垂直方向とよぶこととする。
【００１４】本発明の方法により獲得される光回路素子
機能の自由度の広さを以下の実施例によって順次説明す
る。
機能の自由度の広さを以下の実施例によって順次説明す
る。
【００１５】
【実施例】［実施例１］図３は本発明による、通過波長
がｘ方向に連続的に変化する干渉フィルタの構成図であ
る。このフィルタは、Ｓｉ（屈折率 ｎ＝３．５）１と
ＳｉＯ２（ｎ＝１．５）２からなるフォトニック結晶部
分がＳｉＯ２基板３とＳｉＯ２板４とに挟まれた構造を
持ち、自己クローニング法により形成され、ｙ方向には
一様な構造を持つ。交互多層膜部分はｚ方向にｘによら
ず共通な周斯Ｌｚを持つ。また一部のＳｉ層の厚さを他
のＳｉ層に比べ厚く、具体的には０．９Ｌｚとし、キャ
ビティ５を形成している。ｘ方向の周期Ｌｘは局所的に
は一定と見なされるが、ｘの広い範囲にわたっては徐々
にまたは階段状に変化しており、ｘ＝Ｘ１ではＬＸ ＝
０．９ＬＺ，ｘ＝Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４ではそれぞれＬｘ＝
Ｌｚ，１．１Ｌｚ，１．２Ｌｚである。ｘｚ断面におけ
るフォトニック結晶の一周期内の形状を図４に示す。こ
の例ではＳｉ層１とＳｉＯ２層２の厚さはそれぞれ０．
３Ｌｚ，０．７Ｌｚである。電界がｙ軸に平行な光がｚ
方向に入射したときのこの構造全体の光透過率を波長の
関数として図５に示す。このように干渉フィルタの通過
波長を空間的に変化させることは次のような利点を生
む。 （１）光通信用の複数の帯域フィルタにおいて、通過帯
域が所望の間隔で配置される組み合わせを要する場合が
ある。本技術によれば、基板上に適切な間隔で複数の利
用領域を選べば、１枚の基板上に一回の工程で所望のフ
ィルタ群を形成することが容易にできる。 （２）光通信において極めて狭い通過帯域を持つフィル
タ（例えば比帯域幅＝１／２０００）が近年要求されて
いる。このようなフィルタの作製においては不良品の割
合が極めて高い。本技術を適用することによって、所定
の波長に通過域を持つような基板上の適切な位置を選び
出し確実に良品を得ることができる。 （３）広帯域の光ビームを本技術による干渉フィルタ上
でｘ方向に掃引することにより、通過波長が連続的に変
化するので、それを分光計測用の光源として利用するこ
とができる。
がｘ方向に連続的に変化する干渉フィルタの構成図であ
る。このフィルタは、Ｓｉ（屈折率 ｎ＝３．５）１と
ＳｉＯ２（ｎ＝１．５）２からなるフォトニック結晶部
分がＳｉＯ２基板３とＳｉＯ２板４とに挟まれた構造を
持ち、自己クローニング法により形成され、ｙ方向には
一様な構造を持つ。交互多層膜部分はｚ方向にｘによら
ず共通な周斯Ｌｚを持つ。また一部のＳｉ層の厚さを他
のＳｉ層に比べ厚く、具体的には０．９Ｌｚとし、キャ
ビティ５を形成している。ｘ方向の周期Ｌｘは局所的に
は一定と見なされるが、ｘの広い範囲にわたっては徐々
にまたは階段状に変化しており、ｘ＝Ｘ１ではＬＸ ＝
０．９ＬＺ，ｘ＝Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４ではそれぞれＬｘ＝
Ｌｚ，１．１Ｌｚ，１．２Ｌｚである。ｘｚ断面におけ
るフォトニック結晶の一周期内の形状を図４に示す。こ
の例ではＳｉ層１とＳｉＯ２層２の厚さはそれぞれ０．
３Ｌｚ，０．７Ｌｚである。電界がｙ軸に平行な光がｚ
方向に入射したときのこの構造全体の光透過率を波長の
関数として図５に示す。このように干渉フィルタの通過
波長を空間的に変化させることは次のような利点を生
む。 （１）光通信用の複数の帯域フィルタにおいて、通過帯
域が所望の間隔で配置される組み合わせを要する場合が
ある。本技術によれば、基板上に適切な間隔で複数の利
用領域を選べば、１枚の基板上に一回の工程で所望のフ
ィルタ群を形成することが容易にできる。 （２）光通信において極めて狭い通過帯域を持つフィル
タ（例えば比帯域幅＝１／２０００）が近年要求されて
いる。このようなフィルタの作製においては不良品の割
合が極めて高い。本技術を適用することによって、所定
の波長に通過域を持つような基板上の適切な位置を選び
出し確実に良品を得ることができる。 （３）広帯域の光ビームを本技術による干渉フィルタ上
でｘ方向に掃引することにより、通過波長が連続的に変
化するので、それを分光計測用の光源として利用するこ
とができる。
【００１６】また、図３は説明の便のためのものであっ
て、例えば上面図を図６に示すように扇形パターンと
し、基本周期長，基本周期を空間的に連続に変化させる
ことにより、個々の単位周期を正方形に極めて近くして
入射光の電界の向きによらぬ動作をさせることができ
る。このとき、利用される領域を図６中の長方形領域６
のように限定してもよい。また図７のようにｘ方向の周
期をｙ方向の周期とほぼ一致する範囲で変化させ、特性
の偏光方向依存性を十分小さくすることもできる。
て、例えば上面図を図６に示すように扇形パターンと
し、基本周期長，基本周期を空間的に連続に変化させる
ことにより、個々の単位周期を正方形に極めて近くして
入射光の電界の向きによらぬ動作をさせることができ
る。このとき、利用される領域を図６中の長方形領域６
のように限定してもよい。また図７のようにｘ方向の周
期をｙ方向の周期とほぼ一致する範囲で変化させ、特性
の偏光方向依存性を十分小さくすることもできる。
【００１７】［実施例２］３次元フォトニック結晶にお
いてはいわゆるスーパープリズム効果が実験的に見出さ
れており、この効果は理論的には２次元フォトニック結
晶でも３次元フォトニック結晶でも生ずることが知られ
ている。即ち、基板上に作製された３次元フォトニック
結晶に、外部から光を基板に平行に入射させて、フォト
ニック結晶内にある屈折角を持って伝わる光としたと
き、例えば光波長が１％だけ連続的に変わるとき屈折角
を６０°も連続的に変化させることができる。これは通
常のプリズムよりも２〜３桁高い波長分散効果である。
ゆえに光波長に敏感な合波分波素子を得ることができ
る。
いてはいわゆるスーパープリズム効果が実験的に見出さ
れており、この効果は理論的には２次元フォトニック結
晶でも３次元フォトニック結晶でも生ずることが知られ
ている。即ち、基板上に作製された３次元フォトニック
結晶に、外部から光を基板に平行に入射させて、フォト
ニック結晶内にある屈折角を持って伝わる光としたと
き、例えば光波長が１％だけ連続的に変わるとき屈折角
を６０°も連続的に変化させることができる。これは通
常のプリズムよりも２〜３桁高い波長分散効果である。
ゆえに光波長に敏感な合波分波素子を得ることができ
る。
【００１８】図８は本発明を上面が三角格子を持つスー
パープリズムに適用したものである。基板上に六角形ま
たは円形の孔を三角格子状に作製し、その上に屈折率の
異なる２種類の誘電体を自己クローニング法により交互
に積層して３次元フォトニック結晶を作製する。三角格
子のｘ方向周期長はあるｙの値の付近でほとんど一定で
有限幅の光ビームに対しては局所的に一定周期構造とし
て働くが、ｙの値と共にｘ方向周期長が徐々に変化す
る。格子変調のない従来のスーパープリズム構造におい
ては、プリズム効果のもっとも顕著に現れるのは比較的
狭い波長範囲に限られる。図８の構造においては、光ビ
ームの入射位置を選択することにより、プリズム効果の
顕著に現れる波長範囲の中心を連続的に選択することが
でき、一個の素子でシステムの中心波長の設計に柔軟性
を与えることができると共に、作製技術の側からみると
作製誤差を光ビームの入射位置の選択により補償できる
長所をも持っている。即ちＡ付近に入射した光はλ０−
Δλからλ０の範囲で波長変化に敏感であり、Ｂ付近に
入射した光はλ０からλ０＋Δλの範囲で同じく敏感で
ある。図８中の符号７、８、９はそれぞれ波長λ０−Δ
λ，λ０，λ０＋Δλの光線を示している。またｚのあ
る範囲に光を閉じ込める平板状の導波構造（後述）を併
せ用いることにより、中心波長がｙ方向に連続的に変化
している導波型スーパープリズムを得ることができ、入
出力側で他の光導波路と結合して用いるとき高い結合効
率を得る。
パープリズムに適用したものである。基板上に六角形ま
たは円形の孔を三角格子状に作製し、その上に屈折率の
異なる２種類の誘電体を自己クローニング法により交互
に積層して３次元フォトニック結晶を作製する。三角格
子のｘ方向周期長はあるｙの値の付近でほとんど一定で
有限幅の光ビームに対しては局所的に一定周期構造とし
て働くが、ｙの値と共にｘ方向周期長が徐々に変化す
る。格子変調のない従来のスーパープリズム構造におい
ては、プリズム効果のもっとも顕著に現れるのは比較的
狭い波長範囲に限られる。図８の構造においては、光ビ
ームの入射位置を選択することにより、プリズム効果の
顕著に現れる波長範囲の中心を連続的に選択することが
でき、一個の素子でシステムの中心波長の設計に柔軟性
を与えることができると共に、作製技術の側からみると
作製誤差を光ビームの入射位置の選択により補償できる
長所をも持っている。即ちＡ付近に入射した光はλ０−
Δλからλ０の範囲で波長変化に敏感であり、Ｂ付近に
入射した光はλ０からλ０＋Δλの範囲で同じく敏感で
ある。図８中の符号７、８、９はそれぞれ波長λ０−Δ
λ，λ０，λ０＋Δλの光線を示している。またｚのあ
る範囲に光を閉じ込める平板状の導波構造（後述）を併
せ用いることにより、中心波長がｙ方向に連続的に変化
している導波型スーパープリズムを得ることができ、入
出力側で他の光導波路と結合して用いるとき高い結合効
率を得る。
【００１９】［実施例３］図９には、本発明を３次元フ
ォトニック結晶型導波路に適用した例を示す。同図にお
いて、１０，１１はそれぞれ高屈折率材料（例えばＳ
ｉ）、低屈折率材料（例えばＳｉＯ２）を示している。
３次元フォトニック結晶の内部にチャネル形導波路を形
成することの重要性はよく知られているが（例えばＭｅ
ｋｉｓ他、前述２次元導波路、およびＢａｂａ他、前述
擬２次元導波路）、本例は（２）導波路のコア部分がフ
ォトニック結晶の基本周期の数倍以上であること（３）
プロセスの中断を要しない一貫作製プロセスにより形成
可能であることの特徴を持っている点でも上に引用した
２例とは全く異なる。図９の構造の導波作用の原理を、
簡略化した図１０の構造を用いて説明する。同図はＳｉ
Ｏ２（屈折率ｎ１＝１．５）１２，ＴｉＯ２（ｎ２＝
２．５）１３の２種類の誘電体の平坦膜をｚ方向に積層
したもので、波長１．５５μｍにおいて用いられる平板
形導波路を表わす。周期Λｃｏｒｅ＝０．４２７μｍの
３周期からなる中心部が周期Λｃｌａｄ＝０．３２０μ
ｍのクラッド部に包まれたものである。仮想的にｚ方向
に−∞から＋∞まで周期ΛｃｏｒｅまたはΛｃｌａｄを
持つ完全に周期的な構造を考えると、ｘ方向に伝わる波
の速度は、Λｃｌａｄを周期として持つ構造の方がもう
一方より速く、電磁界はコア内に閉じ込められると予期
される。
ォトニック結晶型導波路に適用した例を示す。同図にお
いて、１０，１１はそれぞれ高屈折率材料（例えばＳ
ｉ）、低屈折率材料（例えばＳｉＯ２）を示している。
３次元フォトニック結晶の内部にチャネル形導波路を形
成することの重要性はよく知られているが（例えばＭｅ
ｋｉｓ他、前述２次元導波路、およびＢａｂａ他、前述
擬２次元導波路）、本例は（２）導波路のコア部分がフ
ォトニック結晶の基本周期の数倍以上であること（３）
プロセスの中断を要しない一貫作製プロセスにより形成
可能であることの特徴を持っている点でも上に引用した
２例とは全く異なる。図９の構造の導波作用の原理を、
簡略化した図１０の構造を用いて説明する。同図はＳｉ
Ｏ２（屈折率ｎ１＝１．５）１２，ＴｉＯ２（ｎ２＝
２．５）１３の２種類の誘電体の平坦膜をｚ方向に積層
したもので、波長１．５５μｍにおいて用いられる平板
形導波路を表わす。周期Λｃｏｒｅ＝０．４２７μｍの
３周期からなる中心部が周期Λｃｌａｄ＝０．３２０μ
ｍのクラッド部に包まれたものである。仮想的にｚ方向
に−∞から＋∞まで周期ΛｃｏｒｅまたはΛｃｌａｄを
持つ完全に周期的な構造を考えると、ｘ方向に伝わる波
の速度は、Λｃｌａｄを周期として持つ構造の方がもう
一方より速く、電磁界はコア内に閉じ込められると予期
される。
【００２０】このような導波効果は、コアの厚さが周期
長の数倍以上ある構造に適用されるものである。電磁界
方程式を厳密に解いた結果は上の物理的イメージと一致
し、図１１の電界分布が得られる。界はコア内でもクラ
ッド内でも局所的な基本周期に同期した細かいリップル
を持ち、包絡線がコア内で振動的、クラッド内で減衰的
である電界分布が得られる。コアの厚さが基本周期Λｃ
ｏｒｅの３倍である１．２８μｍのとき、その約３倍
（約３μｍ）の１／ｅ全幅を持つ基本モードがあること
がわかる。このモードは大きいリップルをもちガウス形
から遠いように一見されるが、それは正しくなく、ガウ
ス型ビームとの整合性がよいことが検討すれば分かる。
この結果と良く一致する実験結果が得られている。なお
モードの実効屈折率は１．９３である。図１０、図９の
中間として図１２に示すように断面が２次元周期的でｚ
方向には一様なチャネル導波路を得る。図９の導波路、
図１２の導波路は、（特開平１０−３３５７５８，図２
８）の構造とは異なり、凹凸を持つ基板の上に、自己ク
ローニング法によって一貫プロセスにより中断や異種プ
ロセスを挟むことなく作製することができる。例えば図
９の構造は図１３に示すような、凹み１４を持つ基板１
５の上にＳｉとＳｉＯ２をそれぞれ拡散入射スパッタリ
ングないしスパッタエッチングを組み合わせて積層する
ことにより作製された。
長の数倍以上ある構造に適用されるものである。電磁界
方程式を厳密に解いた結果は上の物理的イメージと一致
し、図１１の電界分布が得られる。界はコア内でもクラ
ッド内でも局所的な基本周期に同期した細かいリップル
を持ち、包絡線がコア内で振動的、クラッド内で減衰的
である電界分布が得られる。コアの厚さが基本周期Λｃ
ｏｒｅの３倍である１．２８μｍのとき、その約３倍
（約３μｍ）の１／ｅ全幅を持つ基本モードがあること
がわかる。このモードは大きいリップルをもちガウス形
から遠いように一見されるが、それは正しくなく、ガウ
ス型ビームとの整合性がよいことが検討すれば分かる。
この結果と良く一致する実験結果が得られている。なお
モードの実効屈折率は１．９３である。図１０、図９の
中間として図１２に示すように断面が２次元周期的でｚ
方向には一様なチャネル導波路を得る。図９の導波路、
図１２の導波路は、（特開平１０−３３５７５８，図２
８）の構造とは異なり、凹凸を持つ基板の上に、自己ク
ローニング法によって一貫プロセスにより中断や異種プ
ロセスを挟むことなく作製することができる。例えば図
９の構造は図１３に示すような、凹み１４を持つ基板１
５の上にＳｉとＳｉＯ２をそれぞれ拡散入射スパッタリ
ングないしスパッタエッチングを組み合わせて積層する
ことにより作製された。
【００２１】［実施例４］フォトニック結晶導波路にお
いて、急峻な曲りを低い放射損失と低い反射（光源への
戻り光）を持って実現するのに、面内周期の方向を空間
的に変調して、周期構造のもつ特性と滑らかな曲がりと
を両立させる。即ち概略を図１４に示す構造を自己クロ
ーニング法により作製し用いた。
いて、急峻な曲りを低い放射損失と低い反射（光源への
戻り光）を持って実現するのに、面内周期の方向を空間
的に変調して、周期構造のもつ特性と滑らかな曲がりと
を両立させる。即ち概略を図１４に示す構造を自己クロ
ーニング法により作製し用いた。
【００２２】また図１５に示すように３次元フォトニッ
ク結晶の中の曲りチャネル導波路を形成することもでき
る。このような曲り導波路において、フォトニック結晶
の基本周期長さは１μｍの数分の１以下であり、光回路
の小型化のために必要とされる曲り半径は１０μｍから
１００μｍ程度であるから、曲りの内側部と外側部の曲
りに沿う方向の周期長さの差はさほど大きくない。ま
た、図１４、図１５において曲りを急峻にしたとき外側
へ放射が生ずる。放射に伴う損失を防ぐため、曲りの外
側の部分において、半径方向の周期長さを他のクラッド
部分の半径方向周期長より小さくした領域を付加して、
その部分の実効屈折率を低下させることにより放射を抑
圧することができる。
ク結晶の中の曲りチャネル導波路を形成することもでき
る。このような曲り導波路において、フォトニック結晶
の基本周期長さは１μｍの数分の１以下であり、光回路
の小型化のために必要とされる曲り半径は１０μｍから
１００μｍ程度であるから、曲りの内側部と外側部の曲
りに沿う方向の周期長さの差はさほど大きくない。ま
た、図１４、図１５において曲りを急峻にしたとき外側
へ放射が生ずる。放射に伴う損失を防ぐため、曲りの外
側の部分において、半径方向の周期長さを他のクラッド
部分の半径方向周期長より小さくした領域を付加して、
その部分の実効屈折率を低下させることにより放射を抑
圧することができる。
【００２３】曲り導波路を平面内で一巡させてループを
作りリング共振器を形成することができることは言うま
でもない。本例では３次元フォトニック結晶について説
明したが、２次元導波路で同じ考え方が適用できるのは
勿論である。
作りリング共振器を形成することができることは言うま
でもない。本例では３次元フォトニック結晶について説
明したが、２次元導波路で同じ考え方が適用できるのは
勿論である。
【００２４】
【発明の効果】請求項１，２，３，４により、フォトニ
ック結晶の空間的に緩やかな格子変調を利用して巨視的
・平均的な媒質定数に傾斜をもたせることができ光回路
の設計自由度が大幅に増す。請求項５，６により透過波
長に傾斜のあるフィルタが得られる。請求項７，８によ
り位置により同調できるスーパープリズムが得られる。
請求項９，１０，１１，１２により、作製が容易・光フ
ァイバとの結合が容易・曲がりによる放射・反射がない
フォトニック結晶形導波路が得られる。
ック結晶の空間的に緩やかな格子変調を利用して巨視的
・平均的な媒質定数に傾斜をもたせることができ光回路
の設計自由度が大幅に増す。請求項５，６により透過波
長に傾斜のあるフィルタが得られる。請求項７，８によ
り位置により同調できるスーパープリズムが得られる。
請求項９，１０，１１，１２により、作製が容易・光フ
ァイバとの結合が容易・曲がりによる放射・反射がない
フォトニック結晶形導波路が得られる。
【図１】 格子変調型周期構造の一例を示す説明
図。
図。
【図２】 格子変調型周期構造において、基本周期
の取り方の例を示す説明図。
の取り方の例を示す説明図。
【図３】 第１の実施例である干渉フィルタの構造
を示す説明図。
を示す説明図。
【図４】 第１の実施例である干渉フィルタを構成
する周期構造の単位構造（ユニットセル）を示す説明
図。
する周期構造の単位構造（ユニットセル）を示す説明
図。
【図５】 第１の実施例である干渉フィルタの透過
スペクトルを示す説明図。
スペクトルを示す説明図。
【図６】 第１の実施例である干渉フィルタの動作
から、偏波依存性を除去する方法の一例を示す説明図。
から、偏波依存性を除去する方法の一例を示す説明図。
【図７】 第１の実施例である干渉フィルタの動作
から、偏波依存性を除去する方法の一例を示す説明図。
から、偏波依存性を除去する方法の一例を示す説明図。
【図８】 第２の実施例であり、本発明をスーパー
プリズムに適用した構造を示す説明図。
プリズムに適用した構造を示す説明図。
【図９】 第３の実施例であり、本発明を３次元フ
ォトニック結晶型導波路に適用した構造を示す説明図。
ォトニック結晶型導波路に適用した構造を示す説明図。
【図１０】 図９の構造を簡略化した導波路構造を示
す説明図。
す説明図。
【図１１】 図１０の導波路構造における、導波モー
ドの電界分布の数値計算例を示す説明図。
ドの電界分布の数値計算例を示す説明図。
【図１２】 図９の構造を簡略化したチャネル型導波
構造を示す説明図。
構造を示す説明図。
【図１３】 図９の導波路構造の作製に用いられる基
板の形状の一例を示す説明図。
板の形状の一例を示す説明図。
【図１４】 第４の実施例である格子変調型曲がり導
波路の構造を示す説明図。
波路の構造を示す説明図。
【図１５】 第４の実施例である３次元フォトニック
結晶中の格子変調型曲がり導波路の構造を示す説明図。
結晶中の格子変調型曲がり導波路の構造を示す説明図。
１ Ｓｉ ２ ＳｉＯ２ ３ ＳｉＯ２基板 ４ ＳｉＯ２板 ５ キャビティ ６ 限定された利用領域 ７ 波長λ０−Δλの光線の軌跡 ８ 波長λ０の光線の軌跡 ９ 波長λ０＋Δλの光線の軌跡 １０ 高屈折率材料（例えばＳｉ） １１ 低屈折率材料（例えばＳｉＯ２） １２ ＳｉＯ２ １３ ＴｉＯ２ １４ 基板上の孔 １５ 基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大寺 康夫 宮城県仙台市青葉区土樋１丁目６番15号 コーポ金子201号 (72)発明者 酒井 義剛 宮城県仙台市青葉区八幡６丁目１番２号 瀬音ハイツ103号 Ｆターム(参考） 2H042 CA07 2H047 KA02 KA08 KA11 KA12 PA01 QA04 TA00 TA43 2H048 GA13 GA62 2H049 AA37 AA59 AA62
Claims (12)
- 【請求項１】二種以上の誘電体よりなる２次元または３
次元周期構造体において、基本的な周期の方向の一つ以
上が空間的に徐々にないし緩やかな階段状に変化してい
る部分を少なくともその一部分に含むことを特徴とする
光機能素子 - 【請求項２】二種以上の誘電体よりなる２次元または３
次元周期構造体において、基本的な周期の長さの一つ以
上が空間的に徐々にないし緩やかな階段状に変化してい
る部分を少なくともその一部分に含み，使用波長域が当
該構造の伝搬域に属することを特徴とする光機能構造 - 【請求項３】二種以上の誘電体よりなる板状３次元周期
構造体において、基本的な周期の方向の一つ以上が空間
的に徐々にないし緩やかな階段状に変化している部分を
少なくともその一部分に含むものを，自己クローニング
法を少なくともその一部において用いて作製することを
特徴とする光機能素子の作製方法 - 【請求項４】二種以上の誘電体よりなる３次元周期構造
体において、基本的な周期の長さの一つ以上が空間的に
徐々にないし緩やかな階段状に変化している部分を少な
くともその一部分に含み，使用波長域が当該構造の伝搬
域に属することを特徴とする構造を，自己クローニング
法を少なくともその一部において用いて作製することを
特徴とする光機能構造の作製方法 - 【請求項５】二種以上の誘電体よりなる板状３次元周期
構造体において、面内の基本的な周期の二つの方向の少
なくとも一方で，基本的な周期の長さを空間的に徐々に
ないし緩やかな階段状に変化させることにより，面に交
わる方向の光の透過率ないし反射率の波長依存性が面内
で変化していることを特徴とする波長選択フィルタ - 【請求項６】二種以上の誘電体よりなる板状３次元周期
構造体において、面内の基本的な周期の二つの方向の少
なくとも一方で，基本的な周期の長さを空間的に徐々に
ないし緩やかな階段状に変化させることにより，面に交
わる方向の光の透過率ないし反射率の波長依存性が面内
で変化していることを特徴とする光素子を自己クローニ
ング法を少なくともその一部において用いて作製するこ
とを特徴とする波長選択フィルタの作製方法 - 【請求項７】面内にそれぞれ二つある基本的な周期の長
さと基本的な周期の方向のそれぞれ一つ以上が面内で空
間的に徐々にないし緩やかな階段状に変化していること
により，同一構造中に異なるスーパープリズム作用をも
つ複数の領域があることを特徴とする２次元光導波路ま
たは板状３次元周期構造体または内部に面平行形の導波
構造を持つ板状３次元周期構造体 - 【請求項８】面内にそれぞれ二つある基本的な周期の長
さと基本的な周期の方向のそれぞれ一つ以上が面内で空
間的に徐々にないし緩やかな階段状に変化していること
により，同一構造中に異なるスーパープリズム作用をも
つ複数の領域があることを特徴とする板状３次元周期構
造体または内部に面平行形の導波構造を持つ板状３次元
周期構造体を，自己クローニング効果を少なくともその
一部において用いて作製することを特徴とする光機能素
子の作製方法 - 【請求項９】二種以上の誘電体よりなる２次元または３
次元周期構造体において、光の進行する方向に交わる基
本的な周期の方向の一つ以上において、基本的な周期の
長さを空間的に徐々にないし緩やかな階段状に変化させ
ることにより導波すべき領域を周囲の周期構造と異なる
作用をもたせることを特徴とする光導波路 - 【請求項１０】二種以上の誘電体よりなる板状３次元周
期構造体において、光の進行する方向に交わる基本的な
周期の方向の一つ以上において、基本的な周期の長さを
空間的に徐々にないし緩やかな階段状に変化させること
により導波すべき領域を周囲の周期構造と異なる作用を
もたせる光導波路を自己クローニング効果を少なくとも
その一部において用いて作製することを特徴とする光機
能素子の作製方法 - 【請求項１１】二種以上の誘電体よりなる２次元または
板状３次元周期構造体で，面内の二つの基本的な周期の
方向のうち，光の進行方向と垂直または角度をなすもの
一つ以上が徐々にないし緩やかな階段状に変化している
ことにより光の曲がりを実現することを特徴とする面内
光導波路およびリング状光共振器 - 【請求項１２】二種以上の誘電体よりなる板状３次元周
期構造体で，面内の二つの基本的な周期の方向のうち，
光の進行方向と垂直または角度をなすもの一つ以上が徐
々にないし緩やかな階段状に変化している面内光導波路
およびリング状光共振器を厚さ方向に自己クローニング
効果を少なくともその一部において用いて作製すること
を特徴とする光機能素子の作製方法
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30980499A JP3766844B2 (ja) | 1999-09-25 | 1999-09-25 | 格子変調フォトニック結晶 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30980499A JP3766844B2 (ja) | 1999-09-25 | 1999-09-25 | 格子変調フォトニック結晶 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001091701A true JP2001091701A (ja) | 2001-04-06 |
| JP3766844B2 JP3766844B2 (ja) | 2006-04-19 |
Family
ID=17997455
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30980499A Expired - Fee Related JP3766844B2 (ja) | 1999-09-25 | 1999-09-25 | 格子変調フォトニック結晶 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3766844B2 (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6674954B2 (en) * | 2000-09-01 | 2004-01-06 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Optical element, optical deflection element, optical multiplexing element, and scanning apparatus |
| WO2004031812A1 (ja) * | 2002-10-02 | 2004-04-15 | Nikon Corporation | 光学素子、分光装置、及び集光装置 |
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