JP2002062554A - 光制御装置 - Google Patents
光制御装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 非平衡状態の電子数を増減させて屈折率を変
化させることにより、高速化、低エネルギー化を図ると
ともに、フォトニック結晶による屈折率変調構造を設け
ることにより、消光比の増大を図る。 【解決手段】 信号光が入射する光導波路２０１と、制
御光が入射する光導波路２０２とが互いに直交する交差
領域２１１に、本発明にかかるフォトニック結晶光制御
装置を設けた。交差領域２１１に、フォトニック結晶
（２１１ａ）を正方格子を形成するように配列した。フ
ォトニック結晶は、大きさが波長の１／４程度の２次元
または３次元の屈折率変調構造を有する。
化させることにより、高速化、低エネルギー化を図ると
ともに、フォトニック結晶による屈折率変調構造を設け
ることにより、消光比の増大を図る。 【解決手段】 信号光が入射する光導波路２０１と、制
御光が入射する光導波路２０２とが互いに直交する交差
領域２１１に、本発明にかかるフォトニック結晶光制御
装置を設けた。交差領域２１１に、フォトニック結晶
（２１１ａ）を正方格子を形成するように配列した。フ
ォトニック結晶は、大きさが波長の１／４程度の２次元
または３次元の屈折率変調構造を有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光制御装置に関
し、より詳細には、フォトニック結晶による屈折率変調
構造を設けた光制御装置に関する。
し、より詳細には、フォトニック結晶による屈折率変調
構造を設けた光制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体光導波路は、光源、光検出器また
は電子回路との集積化が可能であり、大きな電気光学効
果や光吸収変化などにより、光制御装置としても用いら
れている。電気光学効果としてフランツ・ケルディシュ
効果などとともに、音響光学効果、磁気光学効果、およ
び熱・光効果などが知られている。このうち、熱・光効
果とは、誘電体の屈折率温度変化を利用したものであ
る。
は電子回路との集積化が可能であり、大きな電気光学効
果や光吸収変化などにより、光制御装置としても用いら
れている。電気光学効果としてフランツ・ケルディシュ
効果などとともに、音響光学効果、磁気光学効果、およ
び熱・光効果などが知られている。このうち、熱・光効
果とは、誘電体の屈折率温度変化を利用したものであ
る。
【０００３】図１は、従来の熱・光効果を利用した光制
御装置の概略図である。光導波路１００の構成材料とし
ては、コア１０１にはＳｉを、クラッド１０２にはＳｉ
Ｏ2を用いている。コア１０１は２つの方路（１１１，
１１２）を有し、一方の方路１１１にはヒーター１２１
が設けられている。ヒーター１２１に電流を流し、コア
１１１を加熱することにより、コア１１１の屈折率が変
化する。左方から入射した光は、２つの方路（１１１，
１１２）に分岐される。方路１１１の入射光は、ヒータ
ー１２１の加熱によるコア１１１の屈折率の変化によっ
て、方路１１２の入射光と位相差が生じる。２つの方路
（１１１，１１２）の入射光が合流すると、位相差によ
る干渉によって、光強度が強くなったり、弱くなったり
する。すなわち、変化する屈折率の大きさによって右方
に出射される光の強度が決まる。
御装置の概略図である。光導波路１００の構成材料とし
ては、コア１０１にはＳｉを、クラッド１０２にはＳｉ
Ｏ2を用いている。コア１０１は２つの方路（１１１，
１１２）を有し、一方の方路１１１にはヒーター１２１
が設けられている。ヒーター１２１に電流を流し、コア
１１１を加熱することにより、コア１１１の屈折率が変
化する。左方から入射した光は、２つの方路（１１１，
１１２）に分岐される。方路１１１の入射光は、ヒータ
ー１２１の加熱によるコア１１１の屈折率の変化によっ
て、方路１１２の入射光と位相差が生じる。２つの方路
（１１１，１１２）の入射光が合流すると、位相差によ
る干渉によって、光強度が強くなったり、弱くなったり
する。すなわち、変化する屈折率の大きさによって右方
に出射される光の強度が決まる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、熱・光
効果による動作では、スイッチのエネルギーが大きいこ
と、およびスイッチの速度が１０-3ｓオーダーであり遅
いという問題があった。また、熱伝導のため、必要とし
ない部分の屈折率も変化するため、小型化が困難であっ
た。
効果による動作では、スイッチのエネルギーが大きいこ
と、およびスイッチの速度が１０-3ｓオーダーであり遅
いという問題があった。また、熱伝導のため、必要とし
ない部分の屈折率も変化するため、小型化が困難であっ
た。
【０００５】さらに、光信号出力のオフ状態とオン状態
の比（以下、消光比という。）を大きくしようとする
と、屈折率が熱により変化する部分の光導波路の長さ
を、透過する光の波長以下で厳密に制御する必要があ
り、製造時の歩留まりが劣化して低価格化が困難であっ
た。
の比（以下、消光比という。）を大きくしようとする
と、屈折率が熱により変化する部分の光導波路の長さ
を、透過する光の波長以下で厳密に制御する必要があ
り、製造時の歩留まりが劣化して低価格化が困難であっ
た。
【０００６】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たもので、その目的とするところは、フォトニック結晶
による屈折率変調構造を設け、非平衡状態の電子数を増
減させて屈折率を変化させることにより、高速化、低エ
ネルギー化を図るとともに、消光比の増大を図ったフォ
トニック結晶光制御装置を提供することにある。
たもので、その目的とするところは、フォトニック結晶
による屈折率変調構造を設け、非平衡状態の電子数を増
減させて屈折率を変化させることにより、高速化、低エ
ネルギー化を図るとともに、消光比の増大を図ったフォ
トニック結晶光制御装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、このような目
的を達成するために、請求項１に記載の発明は、光導波
路の屈折率変化を利用して信号光を制御する光制御装置
において、前記光導波路の屈折率と異なる屈折率を有す
る構成材料を、前記光導波路の内部に前記信号光の波長
に応じた間隔で格子状に配列したフォトニック結晶と、
該フォトニック結晶の非平衡状態の電子数を増減させて
前記フォトニック結晶の屈折率を変化させる手段とを備
えたことを特徴とする。
的を達成するために、請求項１に記載の発明は、光導波
路の屈折率変化を利用して信号光を制御する光制御装置
において、前記光導波路の屈折率と異なる屈折率を有す
る構成材料を、前記光導波路の内部に前記信号光の波長
に応じた間隔で格子状に配列したフォトニック結晶と、
該フォトニック結晶の非平衡状態の電子数を増減させて
前記フォトニック結晶の屈折率を変化させる手段とを備
えたことを特徴とする。
【０００８】請求項２に記載の発明は、前記屈折率を変
化させる手段は、前記フォトニック結晶に制御光を照射
することを特徴とする。
化させる手段は、前記フォトニック結晶に制御光を照射
することを特徴とする。
【０００９】請求項３に記載の発明は、前記屈折率を変
化させる手段は、前記フォトニック結晶に電子を注入す
ることを特徴とする。
化させる手段は、前記フォトニック結晶に電子を注入す
ることを特徴とする。
【００１０】請求項４に記載の発明は、前記フォトニッ
ク結晶は、円柱状の前記構成材料を、前記信号光の進行
方向と前記構成材料の中心軸とが直交するように配列
し、前記屈折率を変化させる手段は、前記フォトニック
結晶に制御光を照射するために、前記フォトニック結晶
に接続された光導波路を設けたことを特徴とする。
ク結晶は、円柱状の前記構成材料を、前記信号光の進行
方向と前記構成材料の中心軸とが直交するように配列
し、前記屈折率を変化させる手段は、前記フォトニック
結晶に制御光を照射するために、前記フォトニック結晶
に接続された光導波路を設けたことを特徴とする。
【００１１】請求項５に記載の発明は、前記フォトニッ
ク結晶は、円柱状の前記構成材料を、前記信号光の進行
方向と前記構成材料の中心軸とが直交するように配列
し、前記屈折率を変化させる手段は、前記フォトニック
結晶に電子を注入するために、前記フォトニック結晶に
接続された電極を設けたことを特徴とする。
ク結晶は、円柱状の前記構成材料を、前記信号光の進行
方向と前記構成材料の中心軸とが直交するように配列
し、前記屈折率を変化させる手段は、前記フォトニック
結晶に電子を注入するために、前記フォトニック結晶に
接続された電極を設けたことを特徴とする。
【００１２】請求項６に記載の発明は、前記フォトニッ
ク結晶に一方の出射端を接続したレーザと、該レーザの
他方の出射端に接続した前記レーザの発光波長に対して
全反射するミラーとを備えたことを特徴とする。
ク結晶に一方の出射端を接続したレーザと、該レーザの
他方の出射端に接続した前記レーザの発光波長に対して
全反射するミラーとを備えたことを特徴とする。
【００１３】請求項７に記載の発明は、前記フォトニッ
ク結晶は、前記信号光の進行方向に対して３２個以上の
格子数を有することを特徴とする。
ク結晶は、前記信号光の進行方向に対して３２個以上の
格子数を有することを特徴とする。
【００１４】請求項８に記載の発明は、前記フォトニッ
ク結晶は、前記信号光の進行方向に対して６４個以上の
格子数を有することを特徴とする。
ク結晶は、前記信号光の進行方向に対して６４個以上の
格子数を有することを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施形態について詳細に説明する。
の実施形態について詳細に説明する。
【００１６】図２は、本発明にかかるフォトニック結晶
光制御装置を上面から見た概略図である。信号光が入射
する光導波路２０１と、制御光が入射する光導波路２０
２とが互いに直交する交差領域２１１に、本発明にかか
るフォトニック結晶光制御装置を設けている。交差領域
２１１には、フォトニック結晶（２１１ａ）が正方格子
を形成するように配列されている。フォトニック結晶
は、大きさが波長の１／４程度の２次元または３次元の
屈折率変調構造を有する。
光制御装置を上面から見た概略図である。信号光が入射
する光導波路２０１と、制御光が入射する光導波路２０
２とが互いに直交する交差領域２１１に、本発明にかか
るフォトニック結晶光制御装置を設けている。交差領域
２１１には、フォトニック結晶（２１１ａ）が正方格子
を形成するように配列されている。フォトニック結晶
は、大きさが波長の１／４程度の２次元または３次元の
屈折率変調構造を有する。
【００１７】フォトニック結晶（２１１ａ）の構成材料
はＧａＡｓであり、光吸収層として働く。２本の光導波
路２０１，２０２の構成材料は、ＡｌxＯyである。構成
材料は、光吸収層としてＧａＡｓ（屈折率＝３．３
８）、それ以外の部分を空気としたり、光吸収層として
Ｓｉ、それ以外の部分をＳｉＯ2としたり、またはＧａ
ＡｓとＡｌxＯyの組合せなど、屈折率の差が大きい材料
の組合せを用いることができる。また、図２に示したよ
うにフォトニック結晶（２１１ａ）を光吸収層とした
り、逆に２本の光導波路２０１，２０２を光吸収層とす
ることもできる。さらに、フォトニック結晶（２１１
ａ）の配列は、三角格子状配列、蜂の巣格子状配列また
は１２回対称配列などの準結晶であってもよい。
はＧａＡｓであり、光吸収層として働く。２本の光導波
路２０１，２０２の構成材料は、ＡｌxＯyである。構成
材料は、光吸収層としてＧａＡｓ（屈折率＝３．３
８）、それ以外の部分を空気としたり、光吸収層として
Ｓｉ、それ以外の部分をＳｉＯ2としたり、またはＧａ
ＡｓとＡｌxＯyの組合せなど、屈折率の差が大きい材料
の組合せを用いることができる。また、図２に示したよ
うにフォトニック結晶（２１１ａ）を光吸収層とした
り、逆に２本の光導波路２０１，２０２を光吸収層とす
ることもできる。さらに、フォトニック結晶（２１１
ａ）の配列は、三角格子状配列、蜂の巣格子状配列また
は１２回対称配列などの準結晶であってもよい。
【００１８】フォトニック結晶光制御装置において非平
衡状態の電子数を増減させて屈折率を変化させる手段と
しては、制御光の照射、電子線照射または電流を流すこ
とにより、キャリアを注入する方法があり、いずれでも
よい。制御光の照射は、図２に示したように一方の光導
波路から入射してもよいし、紙面垂直方向から交差領域
２１１に入射してもよい。以下、制御光の照射により、
光吸収によってキャリアを生成する場合について説明す
る。
衡状態の電子数を増減させて屈折率を変化させる手段と
しては、制御光の照射、電子線照射または電流を流すこ
とにより、キャリアを注入する方法があり、いずれでも
よい。制御光の照射は、図２に示したように一方の光導
波路から入射してもよいし、紙面垂直方向から交差領域
２１１に入射してもよい。以下、制御光の照射により、
光吸収によってキャリアを生成する場合について説明す
る。
【００１９】信号光は、光導波路２０１の左方から入射
される。制御光は、もう一方の光導波路２０２の下方か
ら入射される。制御光は、光吸収層であるフォトニック
結晶（２１１ａ）で吸収され、電子正孔対を生成する。
この非平衡状態のキャリアにより屈折率が変化する。キ
ャリア濃度と屈折率変化の関係は次式で表わされる。
される。制御光は、もう一方の光導波路２０２の下方か
ら入射される。制御光は、光吸収層であるフォトニック
結晶（２１１ａ）で吸収され、電子正孔対を生成する。
この非平衡状態のキャリアにより屈折率が変化する。キ
ャリア濃度と屈折率変化の関係は次式で表わされる。
【００２０】
【数１】
【００２１】ここで、ｎは、光吸収により生成されたキ
ャリア数、ｑは、電子の電荷、ｍnは、電子の有効質
量、ωは、光の角周波数、ｎ0は、光照射前の屈折率で
ある。正孔の有効質量は、電子のそれより１桁大きいの
で、電子のみについて考える。熱平衡状態からずれた電
子により屈折率が減少する。通常、Δｎは、キャリア濃
度によるが、０．０１のオーダーである。
ャリア数、ｑは、電子の電荷、ｍnは、電子の有効質
量、ωは、光の角周波数、ｎ0は、光照射前の屈折率で
ある。正孔の有効質量は、電子のそれより１桁大きいの
で、電子のみについて考える。熱平衡状態からずれた電
子により屈折率が減少する。通常、Δｎは、キャリア濃
度によるが、０．０１のオーダーである。
【００２２】図３は、本発明にかかるフォトニック結晶
光制御装置に、波長９００ｎｍの制御光を照射した場合
の透過スペクトルを示す図である。図３（ａ）は、光強
度が０と１０kW/cm2の時の透過スペクトルを示す図であ
る。光吸収層であるフォトニック結晶（２１１ａ）の、
構成材料はＧａＡｓであり、配列は三角格子であり、半
径７２ｎｍ、周期３６０ｎｍである。信号光の進行方向
における交差領域（２１１）の厚さは、格子６４個分で
ある。図３（ａ）中に挿入された図は、三角格子の形状
と、信号光の進行方向（Γ−Ｍ）を示している。図３
（ａ）より、９００−１５００ｎｍの間にフォトニック
バンドギャップと呼ばれる、光を透過させない波長帯が
存在する。また、制御光の光強度を０から１０kW/cm2に
増加させると、キャリアにより屈折率が減少し、透過ス
ペクトルが短波長側にシフトしているのが分かる。
光制御装置に、波長９００ｎｍの制御光を照射した場合
の透過スペクトルを示す図である。図３（ａ）は、光強
度が０と１０kW/cm2の時の透過スペクトルを示す図であ
る。光吸収層であるフォトニック結晶（２１１ａ）の、
構成材料はＧａＡｓであり、配列は三角格子であり、半
径７２ｎｍ、周期３６０ｎｍである。信号光の進行方向
における交差領域（２１１）の厚さは、格子６４個分で
ある。図３（ａ）中に挿入された図は、三角格子の形状
と、信号光の進行方向（Γ−Ｍ）を示している。図３
（ａ）より、９００−１５００ｎｍの間にフォトニック
バンドギャップと呼ばれる、光を透過させない波長帯が
存在する。また、制御光の光強度を０から１０kW/cm2に
増加させると、キャリアにより屈折率が減少し、透過ス
ペクトルが短波長側にシフトしているのが分かる。
【００２３】図３（ｂ）は、図３（ａ）の波長１４２０
−１５４０ｎｍの範囲を拡大した図である。制御光の光
強度を０から１０kW/cm2に増加させると、透過スペクト
ルが短波長側に３３ｎｍシフト（Δλ）している。光強
度１０kW/cm2の時の透過率が１．０である波長１４７８
ｎｍでは、透過率が1.4×10-4から１．０に増加（Δ
Ｔ）する。本発明にかかるフォトニック結晶光制御装置
は、この特性を利用している。すなわち、信号光の波長
を１４７８ｎｍとし、波長９００ｎｍの制御光を照射す
れば、大きな光透過率の変化が得られる。この大きな透
過率の変化は、消光比に相当する。このようなキャリア
の増減で屈折率を変える方法では、応答速度は、キャリ
アの再結合時間で決まるので、1.0×10-7程度となり高
速である。
−１５４０ｎｍの範囲を拡大した図である。制御光の光
強度を０から１０kW/cm2に増加させると、透過スペクト
ルが短波長側に３３ｎｍシフト（Δλ）している。光強
度１０kW/cm2の時の透過率が１．０である波長１４７８
ｎｍでは、透過率が1.4×10-4から１．０に増加（Δ
Ｔ）する。本発明にかかるフォトニック結晶光制御装置
は、この特性を利用している。すなわち、信号光の波長
を１４７８ｎｍとし、波長９００ｎｍの制御光を照射す
れば、大きな光透過率の変化が得られる。この大きな透
過率の変化は、消光比に相当する。このようなキャリア
の増減で屈折率を変える方法では、応答速度は、キャリ
アの再結合時間で決まるので、1.0×10-7程度となり高
速である。
【００２４】図４は、本発明にかかるフォトニック結晶
光制御装置の信号光の進行方向における厚さを変えた場
合の透過率と波長シフト量を示す図である。フォトニッ
ク結晶光制御装置の構造は、図３の場合に同じである。
信号光の進行方向における交差領域２１１の厚さが増加
するにつれて、透過率の変化が大きくなることが分か
る。交差領域２１１の厚さが格子３２個以上あれば、制
御光の光強度が光強度２kW/cm2の場合でも、十分大きな
光透過率の変化（消光比）が得られる。さらに、厚さが
格子６４個以上あれば、制御光の光強度が光強度１kW/c
m2の場合でも、十分大きな消光比が得られる。
光制御装置の信号光の進行方向における厚さを変えた場
合の透過率と波長シフト量を示す図である。フォトニッ
ク結晶光制御装置の構造は、図３の場合に同じである。
信号光の進行方向における交差領域２１１の厚さが増加
するにつれて、透過率の変化が大きくなることが分か
る。交差領域２１１の厚さが格子３２個以上あれば、制
御光の光強度が光強度２kW/cm2の場合でも、十分大きな
光透過率の変化（消光比）が得られる。さらに、厚さが
格子６４個以上あれば、制御光の光強度が光強度１kW/c
m2の場合でも、十分大きな消光比が得られる。
【００２５】図５は、光吸収層が空気円筒であるフォト
ニック結晶光制御装置の信号光の進行方向における厚さ
を変えた場合の透過率と波長シフト量を示す図である。
光吸収層は、空気円筒であり、その周囲をＧａＡｓで囲
んだものである。配列は三角格子であり、半径１２８ｎ
ｍ、周期３２０ｎｍである。フォトニック結晶光制御装
置の構造は、図３の場合に同じである。このように、フ
ォトニック結晶（２１１ａ）と２本の光導波路２０１，
２０２の構成材料を変えても、特性は図４の場合とほと
んど同じである。ここでも、信号光の進行方向における
交差領域２１１の厚さが格子３２個以上あれば、制御光
の光強度が光強度２kW/cm2の場合でも、十分大きな消光
比が得られ、厚さが格子６４個以上あれば、制御光の光
強度が光強度１kW/cm2の場合でも、十分大きな消光比が
得られる。
ニック結晶光制御装置の信号光の進行方向における厚さ
を変えた場合の透過率と波長シフト量を示す図である。
光吸収層は、空気円筒であり、その周囲をＧａＡｓで囲
んだものである。配列は三角格子であり、半径１２８ｎ
ｍ、周期３２０ｎｍである。フォトニック結晶光制御装
置の構造は、図３の場合に同じである。このように、フ
ォトニック結晶（２１１ａ）と２本の光導波路２０１，
２０２の構成材料を変えても、特性は図４の場合とほと
んど同じである。ここでも、信号光の進行方向における
交差領域２１１の厚さが格子３２個以上あれば、制御光
の光強度が光強度２kW/cm2の場合でも、十分大きな消光
比が得られ、厚さが格子６４個以上あれば、制御光の光
強度が光強度１kW/cm2の場合でも、十分大きな消光比が
得られる。
【００２６】図６は、本発明にかかるフォトニック結晶
光制御装置を、モードロックレーザに利用した一例を示
す図である。モードロックレーザは、レーザ共振器内の
パルスの往復と同期した光変調を加えることでモードロ
ック発振を起こし、超短パルスを生成するレーザであ
る。レーザ６０１の一方の出射端にミラー６０２を設
け、レーザ６０１の他方の出射端に、本発明にかかるフ
ォトニック結晶光制御装置の光導波路２０１を接続す
る。フォトニック結晶光制御装置の構造は、図３の場合
に同じである。透過率と反射率の関係は、反射率＝１−
透過率であるから、これを利用する。図３（ｂ）に示し
た特性を有する場合には、レーザ光の波長を１４７８ｎ
ｍとし、波長９００ｎｍの制御光を照射している間は、
透過率が１．０なのでレーザは発振しない。制御光を照
射しないと、透過率は０に近づき（すなわち、レーザの
ミラーとして動作する。）発振が起こる。
光制御装置を、モードロックレーザに利用した一例を示
す図である。モードロックレーザは、レーザ共振器内の
パルスの往復と同期した光変調を加えることでモードロ
ック発振を起こし、超短パルスを生成するレーザであ
る。レーザ６０１の一方の出射端にミラー６０２を設
け、レーザ６０１の他方の出射端に、本発明にかかるフ
ォトニック結晶光制御装置の光導波路２０１を接続す
る。フォトニック結晶光制御装置の構造は、図３の場合
に同じである。透過率と反射率の関係は、反射率＝１−
透過率であるから、これを利用する。図３（ｂ）に示し
た特性を有する場合には、レーザ光の波長を１４７８ｎ
ｍとし、波長９００ｎｍの制御光を照射している間は、
透過率が１．０なのでレーザは発振しない。制御光を照
射しないと、透過率は０に近づき（すなわち、レーザの
ミラーとして動作する。）発振が起こる。
【００２７】また、光強度０kW/cm2の時の透過率が１．
０である波長１５０２ｎｍをレーザ光の波長に設定する
と、制御光を照射しないと、透過率が１．０なのでレー
ザは発振し、制御光を照射すると、透過率は０に近づき
発振が起こる。
０である波長１５０２ｎｍをレーザ光の波長に設定する
と、制御光を照射しないと、透過率が１．０なのでレー
ザは発振し、制御光を照射すると、透過率は０に近づき
発振が起こる。
【００２８】光により生成されたキャリアによる屈折率
の変化を利用したフォトニック結晶光制御装置の実施例
を示した。次に、フォトニック結晶光制御装置にキャリ
アを注入して屈折率の変化を得る実施例について説明す
る。キャリア注入方法は、半導体レーザまたは注入キャ
リアで屈折率を変えて発振波長を変える波長可変半導体
レーザなどで用いられているｐ−ｎ接合を利用する。
の変化を利用したフォトニック結晶光制御装置の実施例
を示した。次に、フォトニック結晶光制御装置にキャリ
アを注入して屈折率の変化を得る実施例について説明す
る。キャリア注入方法は、半導体レーザまたは注入キャ
リアで屈折率を変えて発振波長を変える波長可変半導体
レーザなどで用いられているｐ−ｎ接合を利用する。
【００２９】図７は、本発明にかかる電流注入型のフォ
トニック結晶光制御装置の概略断面図である。本装置の
光導波路は、ＧａＡｓの高屈折率層２１１とＡｌxＯyの
低屈折率層２０１により構成され、光導波路の上面にn+
-AlGaAsの電極層７０１を、下面にp+-AlGaAsの電極層７
０２を設けている。信号光は、光導波路の左方から入射
する。電極層７０１と電極層７０２の間で電流のオン・
オフを行うことにより、上述した制御光のオン・オフに
対応した効果が得られ、屈折率を変化させるものであ
る。
トニック結晶光制御装置の概略断面図である。本装置の
光導波路は、ＧａＡｓの高屈折率層２１１とＡｌxＯyの
低屈折率層２０１により構成され、光導波路の上面にn+
-AlGaAsの電極層７０１を、下面にp+-AlGaAsの電極層７
０２を設けている。信号光は、光導波路の左方から入射
する。電極層７０１と電極層７０２の間で電流のオン・
オフを行うことにより、上述した制御光のオン・オフに
対応した効果が得られ、屈折率を変化させるものであ
る。
【００３０】図８は、電流注入型のフォトニック結晶光
制御装置の信号光の進行方向における厚さを変えた場合
の透過率を示す図である。フォトニック結晶光制御装置
の構造は、図３の場合に同じである。信号光の進行方向
における交差領域２１１の厚さが増加するにつれて、透
過率の変化が大きくなることが分かる。交差領域２１１
の厚さが格子３２個以上あれば、十分大きな光透過率の
変化（消光比）が得られる。
制御装置の信号光の進行方向における厚さを変えた場合
の透過率を示す図である。フォトニック結晶光制御装置
の構造は、図３の場合に同じである。信号光の進行方向
における交差領域２１１の厚さが増加するにつれて、透
過率の変化が大きくなることが分かる。交差領域２１１
の厚さが格子３２個以上あれば、十分大きな光透過率の
変化（消光比）が得られる。
【００３１】本実施例においては、二次元のフォトニッ
ク結晶について説明したが、三次元のフォトニック結晶
についても同様に光制御を行うことができる。本発明に
かかるフォトニック結晶光制御装置は、光スイッチ、光
変調器またはモードロックレーザなどへの適用が可能で
ある。
ク結晶について説明したが、三次元のフォトニック結晶
についても同様に光制御を行うことができる。本発明に
かかるフォトニック結晶光制御装置は、光スイッチ、光
変調器またはモードロックレーザなどへの適用が可能で
ある。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光導波路の屈折率と異なる屈折率を有する構成材料を、
光導波路の内部に信号光の波長に応じた間隔で格子状に
配列したフォトニック結晶と、フォトニック結晶の非平
衡状態の電子数を増減させてフォトニック結晶の屈折率
を変化させる手段とを備えたので、非平衡状態のキャリ
アの増減よる屈折率変化を利用することにより、応答速
度がキャリアの寿命時間で決まるため、1.0×10-7程度
の高速応答が可能となる。また、フォトニック結晶は、
信号光の進行方向に対して３２個以上の格子数を有する
ことにより、十分大きな光透過率の変化（消光比）を得
ることが可能となる。
光導波路の屈折率と異なる屈折率を有する構成材料を、
光導波路の内部に信号光の波長に応じた間隔で格子状に
配列したフォトニック結晶と、フォトニック結晶の非平
衡状態の電子数を増減させてフォトニック結晶の屈折率
を変化させる手段とを備えたので、非平衡状態のキャリ
アの増減よる屈折率変化を利用することにより、応答速
度がキャリアの寿命時間で決まるため、1.0×10-7程度
の高速応答が可能となる。また、フォトニック結晶は、
信号光の進行方向に対して３２個以上の格子数を有する
ことにより、十分大きな光透過率の変化（消光比）を得
ることが可能となる。
【図１】従来の熱・光効果を利用した光制御装置の概略
図である。
図である。
【図２】本発明にかかるフォトニック結晶光制御装置を
上面から見た概略図である。
上面から見た概略図である。
【図３】本発明にかかるフォトニック結晶光制御装置
に、波長９００ｎｍの制御光を照射した場合の透過スペ
クトルを示す図である。
に、波長９００ｎｍの制御光を照射した場合の透過スペ
クトルを示す図である。
【図４】本発明にかかるフォトニック結晶光制御装置の
信号光の進行方向における厚さを変えた場合の透過率と
波長シフト量を示す図である。
信号光の進行方向における厚さを変えた場合の透過率と
波長シフト量を示す図である。
【図５】光吸収層が空気円筒であるフォトニック結晶光
制御装置の信号光の進行方向における厚さを変えた場合
の透過率と波長シフト量を示す図である。
制御装置の信号光の進行方向における厚さを変えた場合
の透過率と波長シフト量を示す図である。
【図６】本発明にかかるフォトニック結晶光制御装置
を、モードロックレーザに利用した一例を示す図であ
る。
を、モードロックレーザに利用した一例を示す図であ
る。
【図７】本発明にかかる電流注入型のフォトニック結晶
光制御装置の断面を示す概略図である。
光制御装置の断面を示す概略図である。
【図８】電流注入型のフォトニック結晶光制御装置の信
号光の進行方向における厚さを変えた場合の透過率を示
す図である。
号光の進行方向における厚さを変えた場合の透過率を示
す図である。
１００ 光導波路 １０１ コア １０２ クラッド １１１，１１２ 方路 １２１ ヒーター ２０１，２０２ 光導波路 ２１１ 交差領域 ２１１ａ フォトニック結晶 ６０１ レーザ ６０２ ミラー ７０１，７０２ 電極層
Claims (8)
- 【請求項１】 光導波路の屈折率変化を利用して信号光
を制御する光制御装置において、前記光導波路の屈折率
と異なる屈折率を有する構成材料を、前記光導波路の内
部に前記信号光の波長に応じた間隔で格子状に配列した
フォトニック結晶と、該フォトニック結晶の非平衡状態
の電子数を増減させて前記フォトニック結晶の屈折率を
変化させる手段とを備えたことを特徴とする光制御装
置。 - 【請求項２】 前記屈折率を変化させる手段は、前記フ
ォトニック結晶に制御光を照射することを特徴とする請
求項１に記載の光制御装置。 - 【請求項３】 前記屈折率を変化させる手段は、前記フ
ォトニック結晶に電子を注入することを特徴とする請求
項１に記載の光制御装置。 - 【請求項４】 前記フォトニック結晶は、円柱状の前記
構成材料を、前記信号光の進行方向と前記構成材料の中
心軸とが直交するように配列し、前記屈折率を変化させ
る手段は、前記フォトニック結晶に制御光を照射するた
めに、前記フォトニック結晶に接続された光導波路を設
けたことを特徴とする請求項１に記載の光制御装置。 - 【請求項５】 前記フォトニック結晶は、円柱状の前記
構成材料を、前記信号光の進行方向と前記構成材料の中
心軸とが直交するように配列し、前記屈折率を変化させ
る手段は、前記フォトニック結晶に電子を注入するため
に、前記フォトニック結晶に接続された電極を設けたこ
とを特徴とする請求項１に記載の光制御装置。 - 【請求項６】 前記フォトニック結晶に一方の出射端を
接続したレーザと、該レーザの他方の出射端に接続した
前記レーザの発光波長に対して全反射するミラーとを備
えたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項
に記載の光制御装置。 - 【請求項７】 前記フォトニック結晶は、前記信号光の
進行方向に対して３２個以上の格子数を有することを特
徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の光制
御装置。 - 【請求項８】 前記フォトニック結晶は、前記信号光の
進行方向に対して６４個以上の格子数を有することを特
徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の光制
御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000247018A JP2002062554A (ja) | 2000-08-16 | 2000-08-16 | 光制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000247018A JP2002062554A (ja) | 2000-08-16 | 2000-08-16 | 光制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002062554A true JP2002062554A (ja) | 2002-02-28 |
Family
ID=18737196
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000247018A Pending JP2002062554A (ja) | 2000-08-16 | 2000-08-16 | 光制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002062554A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1353200A2 (en) * | 2002-04-10 | 2003-10-15 | Interuniversitair Microelektronica Centrum Vzw | Diffraction grating based fibre-to-waveguide coupler for polarisation independent photonic integrated circuits |
| KR100465172B1 (ko) * | 2002-11-15 | 2005-01-13 | 삼성전자주식회사 | 포토닉크리스탈 구조를 이용한 2 ×2 광스위칭 장치 |
| JP2006078813A (ja) * | 2004-09-10 | 2006-03-23 | Ricoh Co Ltd | 光制御素子 |
| US7359606B2 (en) | 2003-01-29 | 2008-04-15 | Nec Corporation | Photonic crystal optical circuit and method for controlling the same |
| JP2010515109A (ja) * | 2007-01-03 | 2010-05-06 | ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル．ピー． | 電磁搬送波内にデータを符号化するためのフォトニックシステム及び方法 |
-
2000
- 2000-08-16 JP JP2000247018A patent/JP2002062554A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1353200A2 (en) * | 2002-04-10 | 2003-10-15 | Interuniversitair Microelektronica Centrum Vzw | Diffraction grating based fibre-to-waveguide coupler for polarisation independent photonic integrated circuits |
| EP1353200A3 (en) * | 2002-04-10 | 2004-02-04 | Interuniversitair Microelektronica Centrum Vzw | Diffraction grating based fibre-to-waveguide coupler for polarisation independent photonic integrated circuits |
| US7065272B2 (en) | 2002-04-10 | 2006-06-20 | Interuniversitair Microelektronica Centrum (Imec Vzw) | Fiber-to-waveguide coupler |
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| US7715665B2 (en) | 2003-01-29 | 2010-05-11 | Nec Corporation | Photonic crystal optical circuit and method for controlling the same |
| JP2006078813A (ja) * | 2004-09-10 | 2006-03-23 | Ricoh Co Ltd | 光制御素子 |
| JP4634102B2 (ja) * | 2004-09-10 | 2011-02-16 | 株式会社リコー | 光制御素子 |
| JP2010515109A (ja) * | 2007-01-03 | 2010-05-06 | ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル．ピー． | 電磁搬送波内にデータを符号化するためのフォトニックシステム及び方法 |
| CN102289034A (zh) * | 2007-01-03 | 2011-12-21 | 惠普开发有限公司 | 用于在载体电磁波中编码数据的光子器件系统和方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040514 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040914 |