JP2002131715A - Optical device and substrate - Google Patents

Optical device and substrate

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical device having a photonic crystal structure in which an optical integrated circuit can be easily formed. SOLUTION: The device is equipped with a first electrode, an electro-optic substrate made of a solid material formed on one surface of the first electrode, a photonic crystal region made of a solid material formed in the electro-optical substrate, a second electrode patterned on the surface of the photonic crystal region opposing to the first electrode, a means to apply a voltage between the first electrode and second electrode, a means to allow light to enter the photonic crystal region under the second electrode, and a means to receive the light guided by the photonic crystal region under the second electrode.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信システム、
光情報システムに用いられる光素子および光集積回路に
関する
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an optical communication system,
Optical device and optical integrated circuit used for optical information system

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、光の波動状態を波長オーダで制御
できる人工結晶としてフォトニック結晶が注目を集めて
おり、その研究が数多くなされている。
2. Description of the Related Art In recent years, photonic crystals have attracted attention as artificial crystals capable of controlling the wave state of light on the order of wavelength, and many studies have been made.

【0003】フォトニック結晶とは、光に対して透明な
媒質中に、媒質中光波長の2分の1程度の周期の屈折率
変化を形成して得られる材料である。
A photonic crystal is a material obtained by forming a change in the refractive index in a medium transparent to light with a period of about half the light wavelength in the medium.

【0004】フォトニック結晶中での光波の挙動は、半
導体結晶中での電子波の挙動のアナロジーとして理解で
きることが良く知られている。半導体結晶中での電子波
が、周期的な結晶構造によりブラッグ反射されて電子バ
ンド構造ができるのと同様に、フォトニック結晶中の光
波は、媒質中の周期的な屈折率変化に散乱されてフォト
ニックバンドを形成する。フォトニック結晶は、光に対
する禁制帯であるフォトニックバンドギャップ、光に対
する高い分散性等、ユニークな光学的性質を有するた
め、超小型光集積回路への応用が期待されている。
It is well known that the behavior of a light wave in a photonic crystal can be understood as an analogy of the behavior of an electron wave in a semiconductor crystal. Just as an electron wave in a semiconductor crystal is Bragg-reflected by a periodic crystal structure to form an electron band structure, a light wave in a photonic crystal is scattered by a periodic refractive index change in a medium. Form a photonic band. Photonic crystals have unique optical properties such as a photonic band gap, which is a forbidden band for light, and high dispersibility for light, and are therefore expected to be applied to microminiature optical integrated circuits.

【0005】2次元フォトニック結晶の作成法として
は、スラブ光導波路に2次元周期的に空孔を開ける方法
が知られている。この方法は、導波路と空孔がそれぞれ
異なる屈折率を有することを利用する方法である。特開
平11−330619号公報は、この方法により光共振
器として作用する2次元フォトニック結晶を作成し、超
小型極低しきい値レーザを実現する方法を開示してい
る。同公報の提案は、フォトニックバンド中の波長の光
がフォトニック結晶により強く反射されることを利用し
たものである。また、応用物理学会誌第68巻1335
頁〜1345頁には、上記方法により作成される2次元
フォトニック結晶を利用したL字型急峻曲がり導波路が
紹介されている。この導波路は、フォトニックバンド中
の波長の光がフォトニック結晶により強く反射されるこ
とを利用して、フォトニック結晶をクラッドとして用
い、従来は不可能であった急峻曲がり導波を実現しよう
とするものである。特開平11−330619号公報
は、上記方法により2次元フォトニック結晶を作成し、
超小型波長分波回路を実現する方法を提案している。こ
れは、フォトニック結晶が、従来の光学結晶よりもはる
かに高い光分散性を示すことを利用した提案である。
As a method for forming a two-dimensional photonic crystal, a method is known in which holes are periodically formed two-dimensionally in a slab optical waveguide. This method utilizes the fact that the waveguide and the hole have different refractive indexes. Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-330619 discloses a method for producing a two-dimensional photonic crystal acting as an optical resonator by this method and realizing an ultra-small ultra-low threshold laser. The proposal in this publication utilizes the fact that light of a wavelength in a photonic band is strongly reflected by a photonic crystal. In addition, Journal of Japan Society of Applied Physics Vol. 68, 1335
Pages 1 to 1345 introduce an L-shaped steeply bent waveguide using a two-dimensional photonic crystal created by the above method. This waveguide uses a photonic crystal as a cladding, utilizing the fact that light of the wavelength in the photonic band is strongly reflected by the photonic crystal, and realizes a steeply bent waveguide, which was impossible in the past. It is assumed that. Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-330619 discloses that a two-dimensional photonic crystal is formed by the above method,
We have proposed a method to realize a micro wavelength demultiplexer. This is a proposal utilizing the fact that a photonic crystal exhibits much higher light dispersion than a conventional optical crystal.

【0006】3次元フォトニック結晶の作成法として
は、(a)半導体多層膜に2次元周期的に空孔を開ける
方法、(b)半導体多層膜の特定層を2次元周期的に酸
化する方法、(c)半導体多層膜の層構造を3次元周期
的に変動させる方法が知られている。(a)の方法は、
特開平11−316154号公報に開示されている。こ
の方法は、屈折率が異なる2種類の半導体を交互積層し
て半導体多層膜を作成し、多層膜に2次元周期的に空孔
を開けることにより3次元周期的な屈折率変化を形成し
てフォトニック結晶を作る方法である。特開平11−1
86657号公報には、この方法により3次元フォトニ
ック結晶を作成し、作成した結晶を光共振器とする超小
型極低しきい値レーザを実現する方法が開示されてい
る。(b)の方法は、特開2000−31587号公報
に開示されている。この方法は、半導体多層膜を構成す
る特定層を2次元周期的に酸化して、フォトニック結晶
を作成する方法である。(c)の方法は、応用物理学会
誌第68巻1335−1345ページに説明されてい
る。この方法は、2次元周期的な凹凸を有する基板上
に、屈折率の異なる2種類の半導体を交互積層し、基板
の凹凸を層構造に反映させて3次元周期的な凹凸を有す
る層構造を形成して、3次元フォトニック結晶を得る方
法である。
As a method of forming a three-dimensional photonic crystal, (a) a method of two-dimensionally periodically opening holes in a semiconductor multilayer film, and (b) a method of two-dimensionally oxidizing a specific layer of the semiconductor multilayer film. And (c) a method of three-dimensionally varying the layer structure of a semiconductor multilayer film is known. Method (a)
It is disclosed in JP-A-11-316154. In this method, two types of semiconductors having different refractive indices are alternately stacked to form a semiconductor multilayer film, and three-dimensional periodic refractive index changes are formed by periodically opening holes in the multilayer film. This is a method of making a photonic crystal. JP-A-11-1
No. 86657 discloses a method for producing a three-dimensional photonic crystal by this method and realizing a microminiature ultra-low threshold laser using the produced crystal as an optical resonator. The method (b) is disclosed in JP-A-2000-31587. In this method, a specific layer constituting a semiconductor multilayer film is oxidized two-dimensionally and periodically to form a photonic crystal. The method (c) is described in Journal of the Japan Society of Applied Physics, Vol. 68, pp. 1335-1345. In this method, two types of semiconductors having different refractive indices are alternately stacked on a substrate having two-dimensional periodic irregularities, and a layer structure having three-dimensional periodic irregularities is reflected by reflecting the irregularities of the substrate in the layer structure. This is a method of forming a three-dimensional photonic crystal by forming.

【0007】そのほか、特開平10−83005公報に
は、表面に金属膜が形成された回折格子を対向させ、回
折格子の間に光機能性有機材料を挟みこむことによりフ
ォトニック結晶を作成する方法が提案されている。
In addition, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-8305 discloses a method of forming a photonic crystal by opposing a diffraction grating having a metal film formed on the surface thereof and sandwiching an optically functional organic material between the diffraction gratings. Has been proposed.

【0008】さらに、米国特許6,064,506号に
は、電圧印加により屈折率が変化する非線形光学材料を
用いて電圧印加時にフォトニックバンドが変化するフォ
トニック結晶を構成する方法が示されている。
Further, US Pat. No. 6,064,506 discloses a method of forming a photonic crystal in which a photonic band changes when a voltage is applied, using a nonlinear optical material whose refractive index changes with the application of a voltage. I have.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
技術では、光集積回路をフォトニック結晶により形成す
ることが困難であった。光集積回路は、複雑な形状の光
導波路からなるが、前記の従来方法では、複雑な形状の
フォトニック結晶導波路を容易に作成できないからであ
る。
However, in the prior art, it was difficult to form an optical integrated circuit using a photonic crystal. This is because an optical integrated circuit is composed of an optical waveguide having a complicated shape, but a photonic crystal waveguide having a complicated shape cannot be easily formed by the above-described conventional method.

【0010】たとえば、スラブ型導波路あるいは半導体
多層膜に2次元周期的に空孔を開けてL字型光導波路を
作成する場合、L字型の導波路コアを除く材料部分に、
波長の2分の1程度の周期で2次元周期的に空孔を開け
る必要があるが、このように空孔を機械的に開けるのは
困難である。従って、この方法では、より複雑な形状の
導波路を有する光集積回路を作成することは難しい。
For example, when an L-shaped optical waveguide is formed by two-dimensionally opening holes in a slab type waveguide or a semiconductor multilayer film, a material portion excluding the L-shaped waveguide core is
It is necessary to open holes two-dimensionally at a period of about half the wavelength, but it is difficult to mechanically open holes like this. Therefore, it is difficult to produce an optical integrated circuit having a waveguide having a more complicated shape by this method.

【0011】また、半導体多層膜の特定層を2次元周期
的に酸化してフォトニック結晶を作成する特開平200
0−31587号公報の方法は、フォトニック結晶の母
体となる材料が限定されるという欠点がある。
Japanese Patent Application Laid-Open No. HEI 200-200 for producing a photonic crystal by oxidizing a specific layer of a semiconductor multilayer film two-dimensionally and periodically.
The method disclosed in Japanese Patent Publication No. 0-31587 has a disadvantage that the material serving as the base of the photonic crystal is limited.

【0012】一方、表面に金属膜を形成した回折格子の
間に光機能性有機材料を挟みこむ特開平10−8300
5号公報の方法は、有機膜厚を一定の値に保つことが困
難であるという問題点を有し、均一なフォトニック結晶
を作成するのに適さない。
On the other hand, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-8300 discloses an optical functional organic material sandwiched between diffraction gratings having a metal film formed on the surface.
The method disclosed in Japanese Patent Application Laid-open No. 5-205 has a problem that it is difficult to keep the organic film thickness at a constant value, and is not suitable for producing a uniform photonic crystal.

【0013】また、上述の米国特許6,064,506
号で開示された方法は、高い屈折率を有する材料より、
リソグラフィー技術を用いて、柱状構造が光波長の半分
程度の間隔で2次元あるいは3次元に配列した構造を作
り、構造の間に形成された空間を非線形光学材料あるい
は液晶材料で満たすものとなっている。このようなきわ
めて狭い空間を液体で満たす場合には必然的に空孔が発
生するので、光学的に均一なフオトニツク結晶を得るこ
とはきわめて困難である。
Also, the above-mentioned US Pat. No. 6,064,506
The method disclosed in U.S. Pat.
Using lithography technology, a columnar structure is created two-dimensionally or three-dimensionally with an interval of about half the light wavelength, and the space formed between the structures is filled with a nonlinear optical material or liquid crystal material. I have. When such a very narrow space is filled with a liquid, voids are inevitably generated, so that it is extremely difficult to obtain an optically uniform photonic crystal.

【0014】このように、従来法では、フォトニック結
晶を用いて超小型光集積回路を作るのは困難であった。
As described above, in the conventional method, it has been difficult to produce a microminiature optical integrated circuit using a photonic crystal.

【0015】本発明の目的は、容易に光集積回路を形成
できる固体材料によるフォトニック結晶構造の光デバイ
スを提供することにある。
An object of the present invention is to provide an optical device having a photonic crystal structure made of a solid material that can easily form an optical integrated circuit.

【0016】本発明の目的は、フォトニックバンド構造
およびフォトニックバンドギャップが変化できることを
特徴とするフォトニック結晶構造の光デバイスを提供す
ることにある。
An object of the present invention is to provide an optical device having a photonic crystal structure in which the photonic band structure and the photonic band gap can be changed.

【0017】本発明の他の目的は、光導波路として作用
することを特徴とするフォトニック結晶構造の光デバイ
スの提供にある。
Another object of the present invention is to provide an optical device having a photonic crystal structure which functions as an optical waveguide.

【0018】本発明の他の目的は、電気光学スイッチと
して作用することを特徴とするフォトニック結晶構造の
光デバイスの提供にある。
Another object of the present invention is to provide an optical device having a photonic crystal structure which functions as an electro-optical switch.

【0019】本発明の他の目的は、直線型、L字型、S
字型、およびT字型光導波路として作用することを特徴
とするフォトニック結晶構造の光デバイスの提供にあ
る。
Another object of the present invention is to provide a linear type, an L-shaped type, and an S type.
An object of the present invention is to provide an optical device having a photonic crystal structure, which functions as a T-shaped optical waveguide.

【0020】本発明の他の目的は、光導波路および電気
光学スイッチからなる光集積回路として作用することを
特徴とするフォトニック結晶構造の光デバイスの提供に
ある。
Another object of the present invention is to provide an optical device having a photonic crystal structure which functions as an optical integrated circuit comprising an optical waveguide and an electro-optical switch.

【0021】本発明の他の目的は、波長選択回路として
作用することを特徴とするフォトニック結晶構造の光デ
バイスの提供にある。
Another object of the present invention is to provide an optical device having a photonic crystal structure which functions as a wavelength selection circuit.

【0022】本発明の他の目的は、交差型光スイッチと
して作用することを特徴とするフォトニック結晶構造の
光デバイスの提供にある。
Another object of the present invention is to provide an optical device having a photonic crystal structure, which functions as a crossed optical switch.

【0023】本発明の他の目的は、光交換器として作用
することを特徴とするフォトニック結晶構造の光デバイ
スの提供にある。
Another object of the present invention is to provide an optical device having a photonic crystal structure which functions as an optical exchanger.

【0024】[0024]

【課題を解決するための手段】本発明は、固体材料より
なる電気光学基板中に形成された固体材料よりなるフォ
トニック結晶の両面に電極を配置して、これに電圧を印
加することにより、電極で挟まれた領域のフォトニック
結晶領域の基板の屈折率を変化させることにより光デバ
イスを実現するものである。
According to the present invention, electrodes are arranged on both surfaces of a photonic crystal made of a solid material formed in an electro-optical substrate made of a solid material, and a voltage is applied to the electrodes. An optical device is realized by changing the refractive index of the substrate in the photonic crystal region between the electrodes.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】従来技術は、フォトニック結晶の
形状を機械的あるいは化学的に変えて、必要とされるフ
ォトニックバンドを有するフォトニック結晶を作成して
いた。このため、従来技術により複雑な形状の光導波路
からなる光集積回路を作成する場合、工程が複雑となる
という問題点があった。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION In the prior art, a photonic crystal having a required photonic band was produced by mechanically or chemically changing the shape of the photonic crystal. Therefore, when an optical integrated circuit including an optical waveguide having a complicated shape is manufactured by the conventional technique, there is a problem that the process becomes complicated.

【0026】ところで、フォトニックバンド構造は、フ
ォトニック結晶の母体となる材料の屈折率によっても変
化する。これは、材料の屈折率が材料中を進行する光の
波長に影響することから容易に理解できる。
Incidentally, the photonic band structure also changes depending on the refractive index of the material serving as the base material of the photonic crystal. This can be easily understood from the fact that the refractive index of the material affects the wavelength of light traveling through the material.

【0027】そこで、本発明では、フォトニック結晶の
両面に電極を配置して電圧を加えることにより、フォト
ニック結晶領域の基板の屈折率が、電気光学効果により
変化させるようにするものであるから、一方の電極を共
通電極としてフォトニック結晶を形成する基板の一つの
面の全面に設け、他の電極をフォトニック結晶を形成す
る基板の他の面上に光デバイスに対応するパターンとし
て形成することにより、任意の光デバイスデバイスを容
易に得ることができる。以下、全面に設けた電極を第1
の電極、光デバイスに対応するパターンとして形成され
た電極を第2の電極ということにする。
Therefore, in the present invention, by arranging electrodes on both surfaces of the photonic crystal and applying a voltage, the refractive index of the substrate in the photonic crystal region is changed by the electro-optic effect. One electrode is provided as a common electrode on the entire surface of the substrate on which the photonic crystal is formed, and the other electrode is formed on the other surface of the substrate on which the photonic crystal is formed as a pattern corresponding to an optical device. Thereby, any optical device can be easily obtained. Hereinafter, the electrodes provided on the entire surface will be referred to as the first electrodes.
And the electrode formed as a pattern corresponding to the optical device will be referred to as a second electrode.

【0028】本発明では、第1の電極と第2の電極の間
に電圧を印加することにより、第2の電極が設置してあ
る2次元フォトニック結晶領域のフォトニックバンド構
造を電気光学効果により変化させることができる。
According to the present invention, by applying a voltage between the first electrode and the second electrode, the photonic band structure of the two-dimensional photonic crystal region in which the second electrode is installed is changed to the electro-optic effect. Can be changed.

【0029】第2の電極は、半導体素子作成に用いられ
るフォトリソグラフィー技術を用いて任意の形状にパタ
ーン形成できる。したがって本発明では、第2の電極形
状を適宜設定することにより、光集積回路に必要なフォ
トニックバンド及び形状を有するフォトニック結晶を、
電気光学効果により形成できる。
The second electrode can be patterned into an arbitrary shape by using a photolithography technique used for producing a semiconductor device. Therefore, in the present invention, by appropriately setting the shape of the second electrode, a photonic crystal having a photonic band and a shape required for an optical integrated circuit can be obtained.
It can be formed by the electro-optic effect.

【0030】例えば、本発明により、光導波路として作
用することを特徴とする光デバイスを作成することがで
きる。このデバイスは、第1の電極と第2の電極の間に
電圧を印加した場合に、第2の電極が設置してある2次
元フォトニック結晶領域のフォトニックバンドギャップ
が変化することを利用したものであり、電圧印加時に導
波光が第2の電極が設置してある部分のみを透過するよ
うにフォトニックバンドギャップを変化させることによ
り実現される。
For example, according to the present invention, it is possible to produce an optical device characterized by acting as an optical waveguide. This device utilizes the fact that when a voltage is applied between the first electrode and the second electrode, the photonic band gap of the two-dimensional photonic crystal region where the second electrode is placed changes. This is realized by changing the photonic band gap so that guided light only passes through the portion where the second electrode is provided when a voltage is applied.

【0031】この場合の光導波路形状は、第2の電極形
状となるので、本発明によれば任意形状の光導波路を形
成することができる。例えば、第2の電極形状を、直線
形、L字形、S字形、およびT形とした場合には、それ
ぞれ直線形、L字形、S字形、およびT字形の導波路が
形成される。なお、本発明による光導波路では、フォト
ニック結晶導波路に特有な急峻曲がり導波が可能であ
り、導波光の進路を90度曲げることができる。
In this case, the shape of the optical waveguide is the second electrode shape. Therefore, according to the present invention, an optical waveguide having an arbitrary shape can be formed. For example, when the second electrode shape is linear, L-shaped, S-shaped, and T-shaped, linear, L-shaped, S-shaped, and T-shaped waveguides are formed, respectively. In the optical waveguide according to the present invention, a steeply bent waveguide unique to the photonic crystal waveguide is possible, and the path of the guided light can be bent by 90 degrees.

【0032】本発明では、第2の電極の設置してある2
次元フォトニック結晶中に光が進行できるように、第2
の電極の幅を、電気光学基板2中を導波する光の波長の
1/2以上としてある。
In the present invention, the second electrode 2 is provided.
To allow light to travel through the two-dimensional photonic crystal, a second
Of the electrode of the wavelength of light guided in the electro-optical substrate 2
1/2 or more.

【0033】本発明によれば、電気光学スイッチとして
作用する光デバイスを作成できる。本発明による上記導
波路デバイスは、第1の電極と第2の電極の間に電圧を
印加した場合にのみ形成されるので、印加電圧を0とし
た場合には、導波路は消滅する。このように本発明の光
導波路は、フォトニック結晶に電圧を印加した場合にの
み光を透過する電気光学スイッチとして作用する。
According to the present invention, an optical device that functions as an electro-optical switch can be manufactured. Since the waveguide device according to the present invention is formed only when a voltage is applied between the first electrode and the second electrode, when the applied voltage is set to 0, the waveguide disappears. As described above, the optical waveguide of the present invention functions as an electro-optical switch that transmits light only when a voltage is applied to the photonic crystal.

【0034】さらに、本発明によれば、光導波路および
電気光学スイッチからなる光集積回路として作用するこ
とを特徴とする光デバイスを作成できる。この光デバイ
スは、電極上の単一の2次元フォトニック結晶表面上に
複数の独立した第2のを連続的に設置し、第1と第2の
電極の間に電圧を印加した場合に形成される光導波路の
1部分が電気光学スイッチとして作用するようにするこ
とにより実現される。
Further, according to the present invention, an optical device characterized by acting as an optical integrated circuit comprising an optical waveguide and an electro-optical switch can be produced. This optical device is formed when a plurality of independent second elements are continuously arranged on a single two-dimensional photonic crystal surface on an electrode and a voltage is applied between the first and second electrodes. This is achieved by allowing a portion of the optical waveguide to act as an electro-optic switch.

【0035】また、本発明によれば、波長分波光回路と
して作用することを特徴とする光デバイスを提供でき
る。この光デバイスは、第1の電極上の単一の2次元フ
ォトニック結晶表面上に複数の独立した第2の電極を連
続的に設置し、電極とそれぞれのパターン電極の間に印
加する電圧が異なるようにすることにより実現される。
Further, according to the present invention, it is possible to provide an optical device which functions as a wavelength demultiplexing optical circuit. In this optical device, a plurality of independent second electrodes are continuously arranged on a single two-dimensional photonic crystal surface on a first electrode, and a voltage applied between the electrodes and each pattern electrode is reduced. This is achieved by making them different.

【0036】さらに、本発明によれば、交差型光スイッ
チとして作用することを特徴とする光デバイスを提供で
きる。このデバイスは、上記光導波路形成法により交差
型光回路を形成し、交差部分のフォトニックバンドギャ
ップを変化できるようにすることにより実現される。
Further, according to the present invention, it is possible to provide an optical device which functions as a cross-type optical switch. This device is realized by forming a cross-type optical circuit by the above-described optical waveguide forming method and enabling the photonic band gap at the crossing portion to be changed.

【0037】この交差型光スイッチを複数組み合わせた
光回路を単一の2次元フォトニック結晶中に形成するこ
とにより、光交換器が実現される。
An optical switch is realized by forming an optical circuit in which a plurality of crossed optical switches are combined in a single two-dimensional photonic crystal.

【0038】本発明を構成する電気光学効果を示す基板
としては何を用いてもよいが、安定性の観点から無機材
料を用いることが好ましく、例えば、従来より、光回路
基板として用いられているニオブ酸リチウム(LiNb
O3)を基板として用いることができる。
Although any substrate may be used as the substrate constituting the present invention and exhibiting the electro-optical effect, it is preferable to use an inorganic material from the viewpoint of stability. For example, it has been conventionally used as an optical circuit substrate. Lithium niobate (LiNb
O3) can be used as the substrate.

【0039】このように本発明によれば、単一の2次元
フォトニック結晶より、フォトニック結晶構造の光集積
回路を電気的に形成的に作成でき、複雑な工程を要する
従来技術と比較してすぐれている。
As described above, according to the present invention, an optical integrated circuit having a photonic crystal structure can be formed electrically from a single two-dimensional photonic crystal in comparison with the prior art which requires complicated steps. Excellent.

【0040】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳
細に説明する。図中、同一の機能を有するものには同一
の符号をつけてある。なお、以下の実施例では、空孔が
正方格子状に配置されている2次元フォトニック結晶を
用いた例を示すが、本発明は2次元フォトニック結晶の
空孔格子形状に制限されない。 (第1の実施例)図1は、本発明の最も単純な実施例1
を上面側からの斜視図の形で示す模式図、図2は、図1
のAA位置で矢印方向に見た面断面図である。図2で
は、さらに、第1の電極と第2の電極の間に電圧を印加
するための構成も示した。図中、1は第1の電極、2は
電極1上の電気光学基板、3は空孔、4は基板2中に形
成された2次元フォトニック結晶領域、5は第2の電
極、6はフォトニック結晶領域4の内、電極1、5間に
電圧が印加されることにより屈折率が変化する修飾され
た2次元フォトニック結晶領域、7は電極1、5間に電
圧を印加するための直流電源、8は開閉スイッチであ
る。この実施例1では、図2に示すように、空孔3は、
電極1、電極5及び電気光学基板2を貫通するように形
成されているが、これは、電極1、電気光学基板2及び
電極5を所定の形に形成した上で、空孔3を形成する方
が製作しやすいからこうしたのであって、電極1及び電
極5に空孔3を形成することは必然ではない。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, those having the same functions are denoted by the same reference numerals. In the following embodiment, an example using a two-dimensional photonic crystal in which holes are arranged in a square lattice shape will be described, but the present invention is not limited to the hole lattice shape of the two-dimensional photonic crystal. (First Embodiment) FIG. 1 shows the simplest embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a perspective view from the top side, and FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view as viewed in the direction of the arrow at the AA position of FIG. FIG. 2 also shows a configuration for applying a voltage between the first electrode and the second electrode. In the figure, 1 is a first electrode, 2 is an electro-optic substrate on the electrode 1, 3 is a hole, 4 is a two-dimensional photonic crystal region formed in the substrate 2, 5 is a second electrode, 6 is Among the photonic crystal regions 4, a modified two-dimensional photonic crystal region 7 whose refractive index changes when a voltage is applied between the electrodes 1 and 5 is used for applying a voltage between the electrodes 1 and 5. A DC power supply 8 is an open / close switch. In the first embodiment, as shown in FIG.
The electrode 1, the electrode 5, and the electro-optical substrate 2 are formed so as to penetrate the electrode 1. The electrode 1, the electro-optical substrate 2, and the electrode 5 are formed in a predetermined shape, and then the holes 3 are formed. This is because it is easier to manufacture, and it is not necessary to form the holes 3 in the electrodes 1 and 5.

【0041】空孔3の配列周期は、縦横ともにaであ
る。aの値は、電気光学基板2中を導波する光の波長の
1/2程度である。例えば、電気光学基板2を光ファイ
バー通信で用いられる波長1.5μm帯用のフォトニッ
ク結晶とする場合には、aの値は0.5μm程度であ
る。
The arrangement cycle of the holes 3 is a in both the vertical and horizontal directions. The value of “a” is about の of the wavelength of light guided in the electro-optical substrate 2. For example, when the electro-optical substrate 2 is a photonic crystal for a wavelength band of 1.5 μm used in optical fiber communication, the value of a is about 0.5 μm.

【0042】本実施例1では、電極1、5間に電源7に
より電圧を印加した場合に、2次元フォトニック結晶領
域4の内、電場が印加された部分は修飾された2次元フ
ォトニック結晶領域6となり、この領域は電気光学効果
により屈折率が変化する。
In the first embodiment, when a voltage is applied between the electrodes 1 and 5 by the power supply 7, the portion of the two-dimensional photonic crystal region 4 to which the electric field is applied is a modified two-dimensional photonic crystal. A region 6 is formed, and the refractive index of this region changes due to the electro-optic effect.

【0043】電気光学による屈折率変化δnは(1)式
で与えられる。 δn=zE (1) ここで、zは電気光学定数、Eは電場強度である。z
は、正または負の値であるが、多くの電気光学材料では
zの値が正であることが知られている。本実施例では、
zが正である電気光学材料を電気光学基板2に用い、電
極1、5間に電圧を印加した場合に修飾された2次元フ
ォトニック結晶領域6の屈折率がフォトニック結晶領域
4の部分の屈折率よりも大きくなるようにした。
The change in refractive index δn due to electro-optics is given by equation (1). δn = zE (1) where z is the electro-optic constant and E is the electric field strength. z
Is a positive or negative value, but it is known that the value of z is positive in many electro-optical materials. In this embodiment,
When an electro-optic material having a positive z is used for the electro-optic substrate 2 and a voltage is applied between the electrodes 1 and 5, the modified two-dimensional photonic crystal region 6 has a refractive index of the portion of the photonic crystal region 4. It was made to be larger than the refractive index.

【0044】図3(a)は、2次元フォトニック結晶領
域4のフォトニックバンド構造の模式図である。光に対
する禁制帯であるフォトニックバンドギャップの位置を
太線でしめす。修飾された2次元フォトニック結晶領域
6はフォトニック結晶領域4の1部分であるので、電極
1、5間に電圧を印加しない場合、すなわち、修飾され
ていない場合には、この領域のフォトニックバンド構造
も図3(a)である。
FIG. 3A is a schematic diagram of the photonic band structure of the two-dimensional photonic crystal region 4. The position of the photonic band gap, which is the forbidden band for light, is indicated by a thick line. Since the modified two-dimensional photonic crystal region 6 is a part of the photonic crystal region 4, if no voltage is applied between the electrodes 1 and 5, that is, if the region is not modified, the photonic crystal region 6 The band structure is also shown in FIG.

【0045】電極1、5間に電圧を印加すると、修飾さ
れた2次元フォトニック結晶領域6の部分の屈折率が電
気光学効果により増加する。一般に屈折率がm倍になっ
た場合、電極5の存在する領域のフォトニック結晶領域
4内部を導波する光の波長は1/mとなり、その波数k
はm倍となる。一方、光のエネルギーは屈折率変化の前
後で変化しないので、電極1、5間に電圧を印加した場
合のフォトニックバンドは、縦軸のスケールを1/m倍
した構造となる。本実施例では、電極1、5間に電圧V
を印加した場合、修飾された2次元フォトニック結晶領
域6の屈折率が1.18倍となるようにした。電極1、
5間に電圧Vを印加した場合の修飾された2次元フォト
ニック結晶領域6のフォトニックバンド構造を図3
(b)に示す。
When a voltage is applied between the electrodes 1 and 5, the refractive index of the modified two-dimensional photonic crystal region 6 increases due to the electro-optic effect. In general, when the refractive index increases by m times, the wavelength of light guided inside the photonic crystal region 4 in the region where the electrode 5 exists becomes 1 / m, and the wave number k
Becomes m times. On the other hand, since the energy of light does not change before and after the change in the refractive index, the photonic band when a voltage is applied between the electrodes 1 and 5 has a structure in which the scale on the vertical axis is multiplied by 1 / m. In this embodiment, the voltage V is applied between the electrodes 1 and 5.
Was applied, the refractive index of the modified two-dimensional photonic crystal region 6 was set to 1.18 times. Electrode 1,
FIG. 3 shows the photonic band structure of the modified two-dimensional photonic crystal region 6 when a voltage V is applied between the two regions.
(B).

【0046】このよように、本実施例1では、電極1、
5間に電圧を印加することにより、修飾された2次元フ
ォトニック結晶領域6のフォトニックバンド構造を変化
させることができる。
As described above, in the first embodiment, the electrodes 1 and
By applying a voltage between the five, the photonic band structure of the modified two-dimensional photonic crystal region 6 can be changed.

【0047】図3(b)のフォトニックバンドギャップ
は、図3(a)のそれと比較して、バンドギャップ上端
および下端のエネルギが大きく、バンドギャプ幅が広
い。このように、本実施例では、電極1、5間に電圧を
印加することにより、6のフォトニックバンドギャップ
を変化させることができる。
The photonic band gap of FIG. 3B has a larger energy at the upper end and lower end of the band gap and a wider band gap width than that of FIG. 3A. As described above, in this embodiment, the photonic band gap of 6 can be changed by applying a voltage between the electrodes 1 and 5.

【0048】このように、本実施例では、第1の電極と
第2の電極の間に電圧を印加することにより、パターン
電極が設置してあるフォトニック結晶領域のフォトニッ
クバンド構造およびフォトニックバンドギャップを変化
させることができる。なお、電気光学効果による屈折率
変化δnは印加電場に比例して増大する((1)式)の
で、本実施例では、電極1、5間の印加電圧を変えるこ
とにより、6のフォトニックバンド構造およびフォトニ
ックバンドギャップを連続的に変化させることが可能で
ある。図4に、電極1、5間に印加する電圧を0、1.
0V、1.2V、1.3V、1.5Vと変えた場合の修
飾された2次元フォトニック結晶領域6のフォトニック
バンドギャップの位置の変化を示す。印加する電圧を高
くすることにより、バンドギャップの上端および下端の
エネルギーが上昇し、バンドギャップの幅がひろくな
る。
As described above, in this embodiment, by applying a voltage between the first electrode and the second electrode, the photonic band structure and the photonic band structure in the photonic crystal region where the pattern electrode is provided are provided. The band gap can be changed. Since the refractive index change δn due to the electro-optic effect increases in proportion to the applied electric field (Equation (1)), in the present embodiment, the photonic band of 6 is changed by changing the applied voltage between the electrodes 1 and 5. It is possible to continuously change the structure and the photonic band gap. FIG. 4 shows that the voltages applied between the electrodes 1 and 5 are 0, 1.
The change in the position of the photonic band gap of the modified two-dimensional photonic crystal region 6 when the voltage is changed to 0 V, 1.2 V, 1.3 V, and 1.5 V is shown. By increasing the applied voltage, the energy at the upper and lower ends of the band gap increases, and the width of the band gap increases.

【0049】図5、6、及び7に、本実施例1の光デバ
イスの作成手順を断面図で示す。最初に電気光学基板2
の両面に電極1、電極5を形成する。電気光学基板2と
しては、例えば、ニオブ酸リチウムLiNbO3を用
い、電極1、電極5は、アルミニウム等の金属を電気光
学基板2表面に蒸着して形成する。続いて、半導体素子
作成に用いられている光リソグラフィー技術により、電
極5をパターン形成する(図6)。なお、現在の光リソ
グラフィー技術によれば、0.1μm程度の線幅のパタ
ーン電極を形成できる。最後に、電子ビームリソグラフ
ィーと反応性イオンビームエッチングを用いて、空孔3
を電極5、電気光学基板2、電極1を貫通するように周
期的に形成することにより、本実施例1の光デバイスが
得られる(図7)。
FIGS. 5, 6 and 7 are sectional views showing the procedure for fabricating the optical device of the first embodiment. First, the electro-optic substrate 2
The electrodes 1 and 5 are formed on both surfaces of. As the electro-optical substrate 2, for example, lithium niobate LiNbO 3 is used, and the electrodes 1 and 5 are formed by depositing a metal such as aluminum on the surface of the electro-optical substrate 2. Subsequently, the electrode 5 is patterned by the photolithography technique used for producing a semiconductor element (FIG. 6). According to the current photolithography technology, a pattern electrode having a line width of about 0.1 μm can be formed. Finally, the holes 3 are formed using electron beam lithography and reactive ion beam etching.
Are formed periodically so as to penetrate the electrode 5, the electro-optical substrate 2, and the electrode 1, thereby obtaining the optical device of the first embodiment (FIG. 7).

【0050】電極1及び5がアルミニウムであり、電気
光学基板2がニオブ酸リチウムである場合、空孔3は、
半導体素子作成に用いられる光フォトリソグラフィー技
術及びプラズマエッチング技術を用い、空孔部分を選択
的にエッチングして形成できる。CH4及びO2を用い
るプラズマエッチングでは下記(化1)に示す化学反応
が進行し活性種Fが生じる。
When the electrodes 1 and 5 are made of aluminum and the electro-optical substrate 2 is made of lithium niobate, the holes 3
Holes can be selectively etched using optical photolithography technology and plasma etching technology used for manufacturing a semiconductor element. In the plasma etching using CH4 and O2, a chemical reaction shown in the following (Chem. 1) proceeds to generate an active species F.

【0051】 CF4+O2→COF2+F+CO (化1) この反応条件下では、アルミニウムは酸化されては酸化
アルミニウムとなり、活性種Fによりエッチッグ可能と
なる。またニオブ酸リチウムは、活性種Fによりエッチ
ング可能である。したがって、上記プラズマエッチング
によれば電極1及び5、ならびに電気光学基板2をエッ
チングして空孔3を形成できる。
Under this reaction condition, aluminum is oxidized to aluminum oxide, and can be etched by the active species F under the above reaction conditions. CF4 + O2 → COF2 + F + CO Further, lithium niobate can be etched by the active species F. Therefore, according to the above-mentioned plasma etching, the holes 1 can be formed by etching the electrodes 1 and 5 and the electro-optical substrate 2.

【0052】図8(a),(b)に、電極1、5間に電
圧を印加する方法の例を示す。(a)において、7は電
圧源としての電気回路、8は金属基板、9は電圧源7の
電極、10は電極5と電極9を接続する金属ワイヤーで
ある。電極1は電圧源7の他の電極に接続された金属基
板8と接触するとともに電気的に接続されて配置されて
いる。電圧源7は金属基板8と電極9の間に所定の直流
電圧を発生させ、金属基板8と金属ワイヤー10とによ
り電極1、5間に電圧を印加できる。このように、本実
施例を電気回路と組み合わせて構成することにより、電
極1、5間に電圧が印加するようにできる。
FIGS. 8A and 8B show an example of a method for applying a voltage between the electrodes 1 and 5. FIG. 7A, reference numeral 7 denotes an electric circuit as a voltage source, 8 denotes a metal substrate, 9 denotes an electrode of the voltage source 7, and 10 denotes a metal wire connecting the electrode 5 and the electrode 9. The electrode 1 is arranged so as to be in contact with and electrically connected to a metal substrate 8 connected to another electrode of the voltage source 7. The voltage source 7 generates a predetermined DC voltage between the metal substrate 8 and the electrode 9, and can apply a voltage between the electrodes 1 and 5 by the metal substrate 8 and the metal wires 10. In this way, by combining this embodiment with the electric circuit, a voltage can be applied between the electrodes 1 and 5.

【0053】(b)は、電気光学基板2の上面に、たと
えば、SiO2による絶縁層100を形成して、その上
に、金属ワイヤー10に代わる配線層10’を形成し、
この配線層10’を絶縁層100に形成したスルーホー
ルを介して電極5と接続するとともに、金属ワイヤー1
01によって電極9と接続したものである。このように
電気光学基板2の上面に配線層10’を形成する場合、
電気光学基板2の厚さの3倍程度の絶縁層を設ければ、
この配線層10’が2次元フォトニック結晶領域4に影
響を及ぼすことはない。 (第2の実施例)図9は直線型光導波路として作用する
本発明の光デバイスの実施例の上面側から見た斜視図で
ある。1は第1の電極、2は電気光学基板、3は空孔、
4は電気光学基板2中の2次元フォトニック結晶領域、
5は第2の電極である。本実施例では、直線状の電極5
を用いた。電極5の幅は空孔3の配列周期aの2倍より
やや大きくした。すなわち、本実施例で構成される導波
路に導入される光の波長よりやや長いものとした。以下
の実施例でも同様とする。電極1、5間の電圧印加によ
り2次元フォトニック結晶領域4の内、電極5で覆われ
た領域は修飾された2次元フォトニック結晶領域とな
る。電極1、5間に電圧を印加することにより、修飾さ
れた2次元フォトニック結晶領域の屈折率が電気光学効
果により増大するようにした。11と12は光ファイバ
ーであり、それぞれが電気光学基板2の端面で、電極5
で覆われた領域の部分と光学的に接続されるようにし
た。
(B), an insulating layer 100 made of, for example, SiO 2 is formed on the upper surface of the electro-optical substrate 2, and a wiring layer 10 ′ instead of the metal wire 10 is formed thereon.
This wiring layer 10 ′ is connected to the electrode 5 via a through hole formed in the insulating layer 100, and the metal wire 1 ′
01 is connected to the electrode 9. When the wiring layer 10 'is formed on the upper surface of the electro-optical substrate 2 as described above,
By providing an insulating layer about three times the thickness of the electro-optical substrate 2,
This wiring layer 10 ′ does not affect the two-dimensional photonic crystal region 4. (Second Embodiment) FIG. 9 is a perspective view of an embodiment of the optical device of the present invention acting as a linear optical waveguide, as viewed from the upper surface side. 1 is a first electrode, 2 is an electro-optical substrate, 3 is a hole,
4 is a two-dimensional photonic crystal region in the electro-optic substrate 2,
5 is a second electrode. In this embodiment, the linear electrode 5
Was used. The width of the electrode 5 was slightly larger than twice the arrangement period a of the holes 3. That is, the wavelength is set to be slightly longer than the wavelength of the light introduced into the waveguide configured in this embodiment. The same applies to the following embodiments. The region covered with the electrode 5 in the two-dimensional photonic crystal region 4 by applying a voltage between the electrodes 1 and 5 becomes a modified two-dimensional photonic crystal region. By applying a voltage between the electrodes 1 and 5, the refractive index of the modified two-dimensional photonic crystal region was increased by the electro-optic effect. Numerals 11 and 12 denote optical fibers, each of which is an end face of the electro-optical substrate 2 and an electrode 5.
Optically connected to the portion of the area covered with.

【0054】電極1、電気光学基板2、空孔3及び空孔
3の配列周期aは第1の実施例の場合と同じである。本
実施例は、電極5および6の形状は直線状である点が、
第1の実施例と異なる。従って、2次元フォトニック結
晶領域4のフォトニックバンド構造は図3(a)であ
る。電極1、5間への電圧印加による修飾された2次元
フォトニック結晶領域のフォトニックバンド構造は、電
極1、5間の印加電圧により変化し、印加電圧が0であ
る場合のフォトニックバンド構造は図3(a)、印加電
圧がVを印加した場合のフォトニックバンド構造は図3
(b)である。
The arrangement period a of the electrode 1, the electro-optical substrate 2, the holes 3, and the holes 3 is the same as in the first embodiment. This embodiment is different from the first embodiment in that the electrodes 5 and 6 are linear.
This is different from the first embodiment. Therefore, the photonic band structure of the two-dimensional photonic crystal region 4 is as shown in FIG. The photonic band structure of the two-dimensional photonic crystal region modified by applying a voltage between the electrodes 1 and 5 changes according to the applied voltage between the electrodes 1 and 5, and the photonic band structure when the applied voltage is 0 FIG. 3A shows the photonic band structure when the applied voltage is V, and FIG.
(B).

【0055】電極1、5間に電圧を印加せずに、光ファ
イバー11により光エネルギーがAの光を電極5で覆わ
れた領域の電気光学基板2の端面に入射すると、入射光
はフォトニックバンドギャップ中の光であるので(図3
(a)参照)2次元フォトニック結晶領域4を透過でき
ず、光ファイバー12へ光は出力されない。一方、電極
1、5間に電圧Vを印加した場合、修飾された2次元フ
ォトニック結晶領域のフォトニックバンド構造は図3
(b)となるので、入射光は修飾された2次元フォトニ
ック結晶領域を透過できるようになる。修飾された2次
元フォトニック結晶領域を除く2次元フォトニック結晶
領域4の部分のフォトニックバンド構造は印加電圧に関
係なく図3(a)である。このため、入射光は修飾され
た2次元フォトニック結晶領域を除く2次元フォトニッ
ク結晶領域4に進行できず、修飾された2次元フォトニ
ック結晶領域内部を導波して光ファイバー12へと出力
される。このように、本実施例は、電極1、5間に電圧
Vを印加した場合、直線型光導波路として作用する。
When the light having the light energy A is incident on the end face of the electro-optical substrate 2 in the area covered with the electrode 5 by the optical fiber 11 without applying a voltage between the electrodes 1 and 5, the incident light is changed to the photonic band. Since the light is in the gap (Fig. 3
(See (a)) The light cannot be transmitted through the two-dimensional photonic crystal region 4 and is not output to the optical fiber 12. On the other hand, when a voltage V is applied between the electrodes 1 and 5, the photonic band structure of the modified two-dimensional photonic crystal region is as shown in FIG.
(B), the incident light can pass through the modified two-dimensional photonic crystal region. The photonic band structure of the two-dimensional photonic crystal region 4 excluding the modified two-dimensional photonic crystal region is shown in FIG. 3A regardless of the applied voltage. Therefore, the incident light cannot travel to the two-dimensional photonic crystal region 4 excluding the modified two-dimensional photonic crystal region, and is guided to the inside of the modified two-dimensional photonic crystal region and output to the optical fiber 12. You. As described above, in the present embodiment, when the voltage V is applied between the electrodes 1 and 5, the embodiment functions as a linear optical waveguide.

【0056】これに対して、電極1、5間に電圧を印加
しない場合、本実施例は導波路として作用しない。従っ
て、本実施例は、電極1、5間の電圧により6の光の透
過状態をコントロールすることができる。即ち、電極
1、5間に電圧を印加しない場合、光ファイバー11と
光ファイバー12は光学的に接続されないが、電極1、
5間に電圧Vを印加した場合には、光ファイバー11と
光ファイバー12は修飾された2次元フォトニック結晶
領域により光学的に接続される。このように、本実施例
は、電極1、5間の電圧を変化させることにより、電気
光学スイッチとして作用する。
On the other hand, when no voltage is applied between the electrodes 1 and 5, this embodiment does not function as a waveguide. Therefore, in this embodiment, the transmission state of the light 6 can be controlled by the voltage between the electrodes 1 and 5. That is, when no voltage is applied between the electrodes 1 and 5, the optical fiber 11 and the optical fiber 12 are not optically connected.
When a voltage V is applied between 5, the optical fibers 11 and 12 are optically connected by a modified two-dimensional photonic crystal region. As described above, the present embodiment operates as an electro-optical switch by changing the voltage between the electrodes 1 and 5.

【0057】なお、本実施例でも、図8(a),(b)
で説明したと同様の配線が設けられるが、図が煩雑とな
るだけなので、表記を省略した。以下の実施例について
も配線の表記は省略する。 (第3の実施例)図10はL字型光導波路として作用す
る本発明の実施例の上面側から見た斜視図である。1は
第1の電極、2は電気光学基板、3は空孔、4は電気光
学基板2中の2次元フォトニック結晶領域、5は第2の
電極である。本実施例3では、電極5をL字型とした点
において実施例2と異なるのみで、他は同じである。本
実施例でも、電極1、5に電圧が印加されると、2次元
フォトニック結晶領域4の内、電極5に覆われた部分は
修飾された2次元フォトニック結晶領域となり、第2の
実施例と同様に、光ファイバー11から入射された光は
光ファイバー12に出力される。このように、本実施例
はL字型急峻導波路として作用し、フォトニック結晶構
造の光導波路に特徴的な急峻曲がり導波が可能である。
In this embodiment, FIGS. 8 (a) and 8 (b)
Although the same wiring as that described above is provided, the notation is omitted because the figure is only complicated. Also in the following embodiments, the description of the wiring is omitted. (Third Embodiment) FIG. 10 is a perspective view of an embodiment of the present invention acting as an L-shaped optical waveguide as viewed from the top side. 1 is a first electrode, 2 is an electro-optical substrate, 3 is a hole, 4 is a two-dimensional photonic crystal region in the electro-optical substrate 2, and 5 is a second electrode. The third embodiment differs from the second embodiment only in that the electrode 5 has an L-shape, and is otherwise the same. Also in this embodiment, when a voltage is applied to the electrodes 1 and 5, the portion of the two-dimensional photonic crystal region 4 covered by the electrode 5 becomes a modified two-dimensional photonic crystal region, and the second embodiment As in the example, the light incident from the optical fiber 11 is output to the optical fiber 12. As described above, the present embodiment acts as an L-shaped steep waveguide, and enables steeply bent waveguide characteristic of an optical waveguide having a photonic crystal structure.

【0058】電極1、5間に電圧を印加しない場合に
は、第2の実施例同様、本実施例3は光導波路として作
用しない。従って本実施例3は、電極1、5間の電圧を
変化させることにより、光ファイバー11と光ファイバ
ー12の間の光学的接続状態を変えることができ、電気
光学スイッチとして作用する。 (第4の実施例)図11はS字型光導波路として作用す
る本発明の実施例の上面側から見た斜視図である。1は
第1の電極、2は電気光学基板、3は空孔、4は電気光
学基板2中の2次元フォトニック結晶領域、5は第2の
電極である。本実施例4では、電極5をS字型とした点
において実施例2、3と異なるのみで、他は同じであ
る。
When no voltage is applied between the electrodes 1 and 5, the third embodiment does not function as an optical waveguide as in the second embodiment. Therefore, in the third embodiment, the optical connection state between the optical fiber 11 and the optical fiber 12 can be changed by changing the voltage between the electrodes 1 and 5, and the device functions as an electro-optical switch. (Fourth Embodiment) FIG. 11 is a perspective view of an embodiment of the present invention acting as an S-shaped optical waveguide as viewed from above. 1 is a first electrode, 2 is an electro-optical substrate, 3 is a hole, 4 is a two-dimensional photonic crystal region in the electro-optical substrate 2, and 5 is a second electrode. The fourth embodiment differs from the second and third embodiments only in that the electrode 5 has an S-shape, and is otherwise the same.

【0059】本実施例4においても、S字型電極5で覆
われた領域は、電極1、5間に電圧を印加されると、修
飾された2次元フォトニック結晶領域となる。2次元フ
ォトニック結晶領域4のフォトニックバンド構造および
電圧印加による修飾された2次元フォトニック結晶領域
のフォトニックバンド構造は、第1の実施例の場合と同
じである(図3、4参照)。
Also in the fourth embodiment, the region covered with the S-shaped electrode 5 becomes a modified two-dimensional photonic crystal region when a voltage is applied between the electrodes 1 and 5. The photonic band structure of the two-dimensional photonic crystal region 4 and the photonic band structure of the two-dimensional photonic crystal region modified by applying a voltage are the same as those in the first embodiment (see FIGS. 3 and 4). .

【0060】第2、3の実施例同様、本実施例は光導波
路として作用する。即ち、電極1、5間に電圧Vを印加
して、光ファイバー11により光エネルギーがAの光を
入射させると、入射光は修飾された2次元フォトニック
結晶領域を導波して光ファイバー12へと出力される。
このように、本実施例は、フォトニック結晶構造の光導
波路に特徴的な急峻曲がり導波を利用するS字型急峻導
波路として作用する。
As in the second and third embodiments, this embodiment functions as an optical waveguide. That is, when a voltage V is applied between the electrodes 1 and 5 and light having an optical energy of A is incident on the optical fiber 11, the incident light is guided to the optical fiber 12 through the modified two-dimensional photonic crystal region. Is output.
As described above, the present embodiment functions as an S-shaped steep waveguide using a steeply bent waveguide characteristic of an optical waveguide having a photonic crystal structure.

【0061】一方、電極1、5間に電圧を印加しない場
合には、第2、3の実施例同様、本実施例は導波路とし
て作用しない。従って本実施例4は、電極1、5間の電
圧を変化させることにより、光ファイバー11と光ファ
イバー12の間の光学的接続状態を変えることができ、
電気光学スイッチとして作用する。 (第5の実施例)図12はT字型光導波路として作用す
る本発明の実施例の上面側から見た斜視図である。1は
第1の電極、2は電気光学基板、3は空孔、4は電気光
学基板2中の2次元フォトニック結晶領域、5は第2の
電極である。本実施例5では、電極5をT字型とした点
において実施例2−4と異なるのみで、他は同じであ
る。
On the other hand, when no voltage is applied between the electrodes 1 and 5, this embodiment does not function as a waveguide, as in the second and third embodiments. Therefore, in the fourth embodiment, the optical connection between the optical fiber 11 and the optical fiber 12 can be changed by changing the voltage between the electrodes 1 and 5,
Acts as an electro-optic switch. (Fifth Embodiment) FIG. 12 is a perspective view of an embodiment of the present invention acting as a T-shaped optical waveguide, as viewed from above. 1 is a first electrode, 2 is an electro-optical substrate, 3 is a hole, 4 is a two-dimensional photonic crystal region in the electro-optical substrate 2, and 5 is a second electrode. The fifth embodiment is the same as the second embodiment except that the electrode 5 has a T-shape.

【0062】本実施例5においても、T字型電極5で覆
われた領域は、電極1、5間に電圧を印加されると、修
飾された2次元フォトニック結晶領域となる。2次元フ
ォトニック結晶領域4のフォトニックバンド構造および
電圧印加による修飾された2次元フォトニック結晶領域
のフォトニックバンド構造は、第1の実施例の場合と同
じである(図3、4参照)。
Also in the fifth embodiment, the region covered with the T-shaped electrode 5 becomes a modified two-dimensional photonic crystal region when a voltage is applied between the electrodes 1 and 5. The photonic band structure of the two-dimensional photonic crystal region 4 and the photonic band structure of the two-dimensional photonic crystal region modified by applying a voltage are the same as those in the first embodiment (see FIGS. 3 and 4). .

【0063】第2−4の実施例同様、本実施例は光導波
路として作用する。即ち、電極1、5間に電圧Vを印加
して、光ファイバー11により光エネルギーがAの光を
入射させると、入射光は修飾された2次元フォトニック
結晶領域を導波し、T字交差部で分岐されて光ファイバ
ー12、13へと出力される。このように、本実施例
は、フォトニック結晶構造の光導波路に特徴的な急峻曲
がり導波を利用するT字型急峻導波路として作用する。
As in the second to fourth embodiments, this embodiment functions as an optical waveguide. That is, when a voltage V is applied between the electrodes 1 and 5 and light having an optical energy of A is made incident on the optical fiber 11, the incident light is guided through the modified two-dimensional photonic crystal region, and the T-shaped intersection is formed. And output to the optical fibers 12 and 13. As described above, the present embodiment functions as a T-shaped steep waveguide using a steeply bent waveguide characteristic of an optical waveguide having a photonic crystal structure.

【0064】一方、電極1、5間に電圧を印加しない場
合には、第2−4の実施例同様、本実施例は導波路とし
て作用しない。従って本実施例5は、電極1、5間の電
圧を変化させることにより、光ファイバー11と光ファ
イバー12、13の間の光学的接続状態を変えることが
でき、電気光学スイッチとして作用する。
On the other hand, when no voltage is applied between the electrodes 1 and 5, this embodiment does not function as a waveguide as in the second to fourth embodiments. Therefore, in the fifth embodiment, the optical connection between the optical fiber 11 and the optical fibers 12 and 13 can be changed by changing the voltage between the electrodes 1 and 5, and the device functions as an electro-optical switch.

【0065】上述した第2〜5の実施例で示したよう
に、本発明は、2次元フォトニック結晶4中に第2の電
極形状に対応した光導波路を形成でき、形成された導波
路は電気光学スイッチとして動作可能である。本発明に
よれば、第2の電極形状を適宜変えることにより、任意
形状のフォトニック結晶導波路及び電気光学スイッチを
作成でき、複雑な光集積回路を作ることができる。 (第6の実施例)図13は、光導波路および電気光学ス
イッチからなる光集積回路として作用する本発明の実施
例の上面側から見た斜視図である。1は第1の電極、2
は電気光学基板、3は空孔、4は電気光学基板2中の2
次元フォトニック結晶領域、5および14は第2の電極
である。本実施例6では、第2の電極を電極5と電極1
4に分割し、両者を間隔dだけ離して配置した点におい
て実施例2−5と異なるのみで、他は同じである。従っ
て、電極1、5間および電極1、14間に電圧を印加し
た場合に、2次元フォトニック結晶領域4の電極5、1
4に対応する領域が修飾された2次元フォトニック結晶
領域6となること、また、2次元フォトニック結晶領域
4および修飾された2次元フォトニック結晶領域のフォ
トニックバンド構造は、第1の実施例の場合と同じであ
る(図3、4)。ここで、電極5と電極14の間隔dを
2次元フォトニック結晶領域4の空孔周期aよりも小さ
くするとともに、その位置に2次元フォトニック結晶を
形成する空孔3を含まないようにして、この領域が光を
散乱あるいは反射しないようにされている。
As shown in the second to fifth embodiments described above, according to the present invention, an optical waveguide corresponding to the second electrode shape can be formed in the two-dimensional photonic crystal 4, and the formed waveguide is It can operate as an electro-optic switch. According to the present invention, by appropriately changing the shape of the second electrode, a photonic crystal waveguide and an electro-optic switch having an arbitrary shape can be produced, and a complicated optical integrated circuit can be produced. (Sixth Embodiment) FIG. 13 is a perspective view of an embodiment of the present invention acting as an optical integrated circuit comprising an optical waveguide and an electro-optical switch, as viewed from above. 1 is a first electrode, 2
Is an electro-optic substrate, 3 is a hole, 4 is 2 in the electro-optic substrate 2
The two-dimensional photonic crystal regions, 5 and 14 are the second electrodes. In the sixth embodiment, the second electrode is connected to the electrode 5 and the electrode 1
The second embodiment is different from the embodiment 2-5 only in that the first embodiment is divided into four parts and the two parts are arranged with a distance d therebetween. Therefore, when a voltage is applied between the electrodes 1 and 5 and between the electrodes 1 and 14, the electrodes 5 and 1 of the two-dimensional photonic crystal region 4
4 is a modified two-dimensional photonic crystal region 6, and the photonic band structures of the two-dimensional photonic crystal region 4 and the modified two-dimensional photonic crystal region are the same as those in the first embodiment. This is the same as in the example (FIGS. 3 and 4). Here, the distance d between the electrode 5 and the electrode 14 is made smaller than the hole cycle a of the two-dimensional photonic crystal region 4 and the hole 3 for forming the two-dimensional photonic crystal is not included at that position. , So that this region does not scatter or reflect light.

【0066】本実施例6では、光ファイバー11−13
が実施例5と同様に設けられているが、電極5と電極1
4とは分離されるとともに、これに加えられる電圧は独
立して制御される。従って、光ファイバー11、12間
は、電極1、5間に電圧Vを印加することにより、修飾
された2次元フォトニック結晶領域を介して導波される
が、光ファイバー11、13間は、これだけでは、電極
14に対応する領域が修飾された2次元フォトニック結
晶領域とならないので、導波されない。電極1と電極
5、及び電極1と電極14の間にともに電圧Vを印加
し、光ファイバー11により光エネルギーがAの光を、
修飾された2次元フォトニック結晶領域に入射すると、
入射光はこの領域を導波され、電極5のT字部で分岐さ
れ、光ファイバー12へ導かれるとともに、光ファイバ
ー13へも導かれる。
In the sixth embodiment, the optical fibers 11-13
Are provided in the same manner as in the fifth embodiment, but the electrode 5 and the electrode 1
4 and the voltage applied thereto is independently controlled. Therefore, the waveguide between the optical fibers 11 and 13 is guided through the modified two-dimensional photonic crystal region by applying a voltage V between the electrodes 1 and 5, but the gap between the optical fibers 11 and 13 is not limited to this. Since the region corresponding to the electrode 14 is not a modified two-dimensional photonic crystal region, no wave is guided. A voltage V is applied between the electrode 1 and the electrode 5 and between the electrode 1 and the electrode 14, and light with energy A is transmitted by the optical fiber 11.
When incident on the modified two-dimensional photonic crystal region,
The incident light is guided in this region, branched at the T-shaped part of the electrode 5, guided to the optical fiber 12, and also guided to the optical fiber 13.

【0067】このように、本実施例6は、電極5と電極
14にかける電圧を独立に制御することにより、光ファ
イバー11から導入された光の透過を光ファイバー12
のみ、あるいは光ファイバー12と13の両方のいずれ
かに制御することができる電気光学スイッチおよび光導
波路からなる光集積回路として機能させることができ
る。 (第7の実施例)図4で説明したように、2次元フォト
ニック結晶領域4の電圧印加部のフォトニックバンド
は、印加電圧に依存して変化する。このことを利用し
て、上述した第6の実施例(図13)を波長選択回路と
して機能するものとすることができる。図14は、電極
1、14の間の印加電圧を変化させた場合の電極14の
位置に対応する修飾された2次元フォトニック結晶領域
のフォトニックバンドギャップを示す。印加電圧がVの
場合、この領域はエネルギーEの光は通しても、エネル
ギーがDの光を通さない。印加電圧が1.2Vの場合に
は、この領域はエネルギーがEの光およびDの両方の光
を通す。同様に、電極5の位置に対応する修飾された2
次元フォトニック結晶領域の場合にも、電極1、5間の
印加電圧がVの場合、この領域はエネルギーEの光は通
しても、エネルギーがDの光を通さない。印加電圧が
1.2Vの場合、この領域はエネルギーがEの光および
Dの光の両方を通す。
As described above, in the sixth embodiment, the transmission of the light introduced from the optical fiber 11 is controlled by controlling the voltage applied to the electrode 5 and the electrode 14 independently.
It can function as an optical integrated circuit composed of an electro-optical switch and an optical waveguide that can be controlled by only the optical fiber 12 or both of the optical fibers 12 and 13. (Seventh Embodiment) As described with reference to FIG. 4, the photonic band of the voltage application portion of the two-dimensional photonic crystal region 4 changes depending on the applied voltage. By utilizing this, the above-described sixth embodiment (FIG. 13) can function as a wavelength selection circuit. FIG. 14 shows the photonic band gap of the modified two-dimensional photonic crystal region corresponding to the position of the electrode 14 when the applied voltage between the electrodes 1 and 14 is changed. When the applied voltage is V, this region allows light of energy E to pass but does not transmit light of energy D. When the applied voltage is 1.2 V, this region transmits both light of energy E and light of D. Similarly, the modified 2 corresponding to the position of electrode 5
Also in the case of a two-dimensional photonic crystal region, when the voltage applied between the electrodes 1 and 5 is V, this region transmits light of energy E but does not transmit light of energy D. When the applied voltage is 1.2 V, this region transmits both light of energy E and light of D.

【0068】従って、電極1、5間に1.2Vの電圧、
電極1、14間にVの電圧を印加し、光ファイバー11
によりエネルギーがEの光およびエネルギーがDの両方
の光を修飾された2次元フォトニック結晶領域に入射す
ると、これらの光は電極5に対応する修飾された2次元
フォトニック結晶領域を導波して電極5のT字部で分岐
され、光ファイバー12導かれるとともに、電極14に
対応する修飾された2次元フォトニック結晶領域にも導
かれる。電極1、5間には1.2Vの電圧が印加されて
いるから、光ファイバー12はエネルギーがEの光およ
びエネルギーがDの両方の光を受光できるが、電極1、
14間には電圧Vが印加されているので、光ファイバー
13はエネルギーがEの光のみしか受光できない。この
ように本実施例7は、電極5、14に加える電圧を制御
することで、波長選択回路として機能するものとでき
る。 (第8の実施例)図15は、交差型光スイッチとして作
用する本発明の実施例の上面側から見た斜視図である。
1は第1の電極、2は電気光学基板、3は空孔、4は電
気光学基板2中の2次元フォトニック結晶領域、51,
52は第2の電極、18は第3の電極である。本実施例
8では、第2の電極を底部が対向したV字型の電極5
1,52に分割し、第3の電極18をV字型の電極5
1,52の対向した底部の間にそれぞれ間隔dだけ離し
て配置したこと、およびV字型の電極51,52の端部
に光を授受するための光ファイバーを配置したことにお
いて実施例2−6と異なるのみで、他は同じである。電
極51,52に印加される電圧と電極18に印加される
電圧は独立に制御される。ここで、電極51,52と電
極18の間隔dを2次元フォトニック結晶領域4の空孔
周期aよりも小さくするとともに、その位置に2次元フ
ォトニック結晶を形成する空孔3を含まないようにし
て、この領域が光を散乱あるいは反射しないようにされ
ていることは実施例6と同じである。
Therefore, a voltage of 1.2 V between the electrodes 1 and 5;
A voltage of V is applied between the electrodes 1 and 14 so that the optical fiber 11
When both the light having energy E and the light having energy D are incident on the modified two-dimensional photonic crystal region, these lights are guided through the modified two-dimensional photonic crystal region corresponding to the electrode 5. Then, the light is branched at the T-shaped portion of the electrode 5, guided to the optical fiber 12, and also guided to the modified two-dimensional photonic crystal region corresponding to the electrode 14. Since a voltage of 1.2 V is applied between the electrodes 1 and 5, the optical fiber 12 can receive both light having energy E and light having energy D.
Since the voltage V is applied between the optical fibers 14, the optical fiber 13 can receive only light having energy E. As described above, the seventh embodiment can function as a wavelength selection circuit by controlling the voltage applied to the electrodes 5 and 14. (Eighth Embodiment) FIG. 15 is a perspective view seen from the top side of an embodiment of the present invention acting as a crossed optical switch.
1 is a first electrode, 2 is an electro-optic substrate, 3 is a hole, 4 is a two-dimensional photonic crystal region in the electro-optic substrate 2, 51,
52 is a second electrode and 18 is a third electrode. In the eighth embodiment, a V-shaped electrode 5 whose bottom is opposed to the second electrode 5
1, 52, and the third electrode 18 is V-shaped electrode 5
Embodiment 2-6 is that the optical fiber for transmitting and receiving light is arranged at the ends of the V-shaped electrodes 51 and 52, and the optical fibers for transmitting and receiving light are arranged at the ends of the V-shaped electrodes 51 and 52. The only difference is that the other is the same. The voltage applied to the electrodes 51 and 52 and the voltage applied to the electrode 18 are controlled independently. Here, the interval d between the electrodes 51 and 52 and the electrode 18 is made smaller than the hole period a of the two-dimensional photonic crystal region 4 and the hole 3 forming the two-dimensional photonic crystal is not included at that position. As in the sixth embodiment, this region does not scatter or reflect light.

【0069】本実施例8においても、V字型電極5で覆
われた領域は、電極1、51間、電極1、52間に電圧
を印加されると、修飾された2次元フォトニック結晶領
域となる。2次元フォトニック結晶領域4のフォトニッ
クバンド構造および電圧印加による修飾された2次元フ
ォトニック結晶領域のフォトニックバンド構造は、第1
の実施例の場合と同じである(図3、4参照)。実施例
2−6と同様、本実施例でも、修飾された2次元フォト
ニック結晶領域は光導波路として作用する。即ち、電極
1、51間に電圧Vを印加して、光ファイバー11によ
り光エネルギーがAの光を入射させると、入射光は修飾
された2次元フォトニック結晶領域を導波して光ファイ
バー12へと出力される。
Also in the eighth embodiment, when a voltage is applied between the electrodes 1 and 51 and between the electrodes 1 and 52, the area covered with the V-shaped electrode 5 is a modified two-dimensional photonic crystal area. Becomes The photonic band structure of the two-dimensional photonic crystal region 4 and the photonic band structure of the two-dimensional photonic crystal region modified by voltage application are the first.
(See FIGS. 3 and 4). As in Embodiment 2-6, also in this embodiment, the modified two-dimensional photonic crystal region functions as an optical waveguide. That is, when a voltage V is applied between the electrodes 1 and 51 and light having an optical energy of A is incident on the optical fiber 11, the incident light is guided to the optical fiber 12 through the modified two-dimensional photonic crystal region. Is output.

【0070】ところで、本実施例8では、V字型の電極
51,52の対向した底部の間には第3の電極18をそ
れぞれ間隔dだけ離して配置するとともに、電極51,
52に印加される電圧と電極18に印加される電圧は独
立に制御されるものとしたので、電極1、51間、電極
1、52間にのみ電圧を印加して光ファイバー11によ
り光エネルギーがAの光を入射させても、この光は光フ
ァイバー12に導波されるのみである。なぜなら、電極
18には電圧が印加されていないから、電極18に対応
する2次元フォトニック結晶領域は、修飾された2次元
フォトニック結晶領域とはならず、光導波路として機能
しない。それゆえ、V字型の電極51に対応する2次元
フォトニック結晶領域が、修飾された2次元フォトニッ
ク結晶領域となって光を導波しても、電極18に対応す
る2次元フォトニック結晶領域で、この光は阻止されて
しまい、V字型の電極52に対応する修飾された2次元
フォトニック結晶領域には伝播されないからである。
In the eighth embodiment, the third electrodes 18 are arranged at intervals d between the opposed bottoms of the V-shaped electrodes 51 and 52, respectively.
Since the voltage applied to the electrode 52 and the voltage applied to the electrode 18 are controlled independently, the voltage is applied only between the electrodes 1 and 51 and between the electrodes 1 and 52, and the optical energy is Is incident on the optical fiber 12 only. Because no voltage is applied to the electrode 18, the two-dimensional photonic crystal region corresponding to the electrode 18 does not become a modified two-dimensional photonic crystal region and does not function as an optical waveguide. Therefore, even if the two-dimensional photonic crystal region corresponding to the V-shaped electrode 51 becomes a modified two-dimensional photonic crystal region and guides light, the two-dimensional photonic crystal corresponding to the electrode 18 is guided. This is because, in the region, this light is blocked and does not propagate to the modified two-dimensional photonic crystal region corresponding to the V-shaped electrode 52.

【0071】一方、電極1、51間、電極1、52間に
電圧を印加するとともに、電極1、18間にも電圧Vを
印加した場合には、電極51、電極52に対応する2次
元フォトニック結晶領域が、修飾された2次元フォトニ
ック結晶領域になるとともに、電極18に対応する領域
も修飾された2次元フォトニック結晶領域になる。した
がって、光ファイバー11により光エネルギーがAの光
を入射されると、入射光は電極18に対応する領域を導
波されて光ファイバー13、17に出力されることにな
る。
On the other hand, when a voltage is applied between the electrodes 1 and 51 and between the electrodes 1 and 52 and a voltage V is also applied between the electrodes 1 and 18, the two-dimensional photo corresponding to the electrodes 51 and 52 is obtained. The nick crystal region becomes a modified two-dimensional photonic crystal region, and a region corresponding to the electrode 18 also becomes a modified two-dimensional photonic crystal region. Therefore, when light having an optical energy of A is incident on the optical fiber 11, the incident light is guided through the region corresponding to the electrode 18 and output to the optical fibers 13 and 17.

【0072】この機能は可逆的であり、光ファイバー1
3から光エネルギーがAの光が入射される場合において
も同様である。すなわち、電極1、51間、電極1、5
2間にのみ電圧を印加した場合には、入射光は光ファイ
バー17にのみ伝播され、電極1、51間、電極1、5
2間に電圧を印加するとともに、電極1、18間にも電
圧Vを印加した場合には、入射光は光ファイバー11、
12にも伝播される。
This function is reversible.
The same applies to the case where light of light energy A from No. 3 is incident. That is, between the electrodes 1 and 51, the electrodes 1 and 5,
When a voltage is applied only between the electrodes 2, the incident light is propagated only to the optical fiber 17, and between the electrodes 1 and 51 and between the electrodes 1 and 5.
When a voltage V is applied between the electrodes 1 and 18 while a voltage is applied between the two, the incident light is
12 as well.

【0073】このように、本実施例8は、電極1、18
間への電圧印加を制御することにより光の出力状態を変
化させることができ、バー状態、クロス状態を選択でき
る交差型光スイッチとして機能させることができる。 (第9の実施例)図16は、4×4の光交換器として作
用する本発明の実施例の平面図である。本実施例は、第
8の実施例の交差型光スイッチを4つ組み合わせて4×
4の光交換器を構成したものである。本実施例は図を簡
便化するために平面図で示し、光ファイバーは図示を省
略したが、構造の基本とする点は上述の実施例と同じで
ある。1は第1の電極、2は電気光学基板、3は空孔、
4は電気光学基板2中の2次元フォトニック結晶領域、
51,52、53および54は第2の電極、181−1
84は第3の電極である。本実施例9では、第2の電極
を底部が対向したW字型の電極51−52および底部が
対向したW字型の電極53−54とし、電極51および
53の中央部は一体化した。第3の電極181−184
をW字型の電極51−52の対向した底部の間およびW
字型の電極53−54の対向した底部の間にそれぞれ間
隔d(図示は省略)だけ離して配置したこと、およびW
字型の電極51−54の端部に光を授受するための光フ
ァイバーを配置した(ただし図示は省略9)ことにおい
て実施例2−6および8と異なるのみで、他は同じであ
る。電極51−54に印加される電圧と電極181−1
84に印加される電圧は独立に制御されるとともに、選
択的に行われる。ここで、電極51,52と電極18の
間隔dを2次元フォトニック結晶領域4の空孔周期aよ
りも小さくするとともに、その位置に2次元フォトニッ
ク結晶を形成する空孔3を含まないようにして、この領
域が光を散乱あるいは反射しないようにされていること
は実施例6と同じである。。
As described above, in the eighth embodiment, the electrodes 1 and 18
By controlling the voltage applied between them, the output state of light can be changed, and it can function as a cross-type optical switch that can select a bar state or a cross state. (Ninth Embodiment) FIG. 16 is a plan view of an embodiment of the present invention acting as a 4 × 4 optical switch. This embodiment combines four cross-type optical switches of the eighth embodiment with 4 ×
4 constitutes an optical exchanger. This embodiment is shown in a plan view for simplification of the drawing, and the optical fiber is not shown. However, the basic structure is the same as that of the above-described embodiment. 1 is a first electrode, 2 is an electro-optical substrate, 3 is a hole,
4 is a two-dimensional photonic crystal region in the electro-optic substrate 2,
51, 52, 53 and 54 are second electrodes, 181-1
84 is a third electrode. In the ninth embodiment, the second electrodes are the W-shaped electrodes 51-52 whose bottoms face each other and the W-shaped electrodes 53-54 whose bottoms face each other, and the central parts of the electrodes 51 and 53 are integrated. Third electrodes 181-184
Between the opposite bottoms of the W-shaped electrodes 51-52 and W
Between the opposed bottoms of the U-shaped electrodes 53-54 by a distance d (not shown), and W
An optical fiber for transmitting and receiving light is arranged at the end of the U-shaped electrodes 51-54 (however, the illustration is omitted 9), and is different from the embodiments 2-6 and 8 only. Voltage applied to electrodes 51-54 and electrode 181-1
The voltage applied to 84 is independently controlled and selectively performed. Here, the interval d between the electrodes 51 and 52 and the electrode 18 is made smaller than the hole period a of the two-dimensional photonic crystal region 4 and the hole 3 forming the two-dimensional photonic crystal is not included at that position. As in the sixth embodiment, this region does not scatter or reflect light. .

【0074】本実施例では、第2の電極51,52、5
3および54の両端部の2次元フォトニック結晶領域4
に対応する位置に、光ファイバーで入射光S1、S2、
S3およびS4を加えるが、第3の電極181−184
と電極1の間に選択的に電圧を加えることにより、出力
光S1’、S2’、S3’およびS4’のいずれかに切
り替えられる。
In this embodiment, the second electrodes 51, 52, 5
Two-dimensional photonic crystal regions 4 at both ends of 3 and 54
At the positions corresponding to the incident light S1, S2,
S3 and S4 are added, but the third electrodes 181-184
By selectively applying a voltage between and the electrode 1, the light is switched to one of the output lights S1 ', S2', S3 'and S4'.

【0075】例えば、電極1と電極51,52、53お
よび54の間に電圧Vを印加し、電極1と電極181−
184の間のいずれにも電圧を印加しない状態で、エネ
ルギーがAの入射光S1−S4を入射すると、電極5
1,52、53および54に対応する位置の2次元フォ
トニック結晶領域のみが修飾された2次元フォトニック
結晶領域となるだけなので、入射光S1−S4は電極1
81−184に対応する位置で導波を阻止される結果、
それぞれ出力光S1’、S2’、S3’およびS4’と
して出力される。
For example, a voltage V is applied between the electrode 1 and the electrodes 51, 52, 53 and 54, and the electrode 1 and the electrode 181-
When the incident light S1 to S4 having the energy A is incident in a state in which no voltage is applied to any of
Since only the two-dimensional photonic crystal regions at the positions corresponding to 1, 52, 53 and 54 are only modified two-dimensional photonic crystal regions, the incident light S1-S4 is
As a result of blocking the waveguide at the position corresponding to 81-184,
The light is output as output light S1 ', S2', S3 'and S4', respectively.

【0076】一方、電極1と電極51,52、53およ
び54の間に電圧Vを印加するとともに、電極1と電極
181−184の間にも電圧を印加した状態で、エネル
ギーがAの入射光S1−S4を入射すると、電極51,
52、53および54に対応する位置の2次元フォトニ
ック結晶領域のみが修飾された2次元フォトニック結晶
領域となるのみならず、電極181−184に対応する
位置でも2次元フォトニック結晶領域が修飾された2次
元フォトニック結晶領域となるので、入射光S1−S4
は電極181−184に対応する位置で導波されること
となる。その結果、入射光S1は出力光S4’に、入射
光S2は出力光S2’に、入射光S3は出力光S3’
に、入射光S4は出力光S1’に、それぞれ出力され
る。 (その他の実施例)上述の実施例では、電極1は2次元
フォトニック結晶領域4を形成する電気光学基板2の全
面をカバーするものとしたが、修飾された2次元フォト
ニック結晶領域6を形成するためには、電極1もパター
ン電極5に対応する部分にのみ有れば良いわけであるか
ら、たとえば、適当な半導体基板面にパターン電極5に
対応するパターン電極をリソグラフィ技術により形成し
て、この上に電気光学基板2を形成しても良いわけであ
る。
On the other hand, while the voltage V is applied between the electrode 1 and the electrodes 51, 52, 53 and 54, and the voltage is applied between the electrode 1 and the electrodes 181-184, the incident light having energy A When S1-S4 enters, the electrodes 51,
Only the two-dimensional photonic crystal regions at the positions corresponding to 52, 53 and 54 are not only the modified two-dimensional photonic crystal regions, but also the two-dimensional photonic crystal regions at the positions corresponding to the electrodes 181-184. The two-dimensional photonic crystal region, the incident light S1-S4
Will be guided at positions corresponding to the electrodes 181-184. As a result, the incident light S1 becomes the output light S4 ', the incident light S2 becomes the output light S2', and the incident light S3 becomes the output light S3 '.
The incident light S4 is output to the output light S1 '. (Other Embodiments) In the above embodiment, the electrode 1 covers the entire surface of the electro-optical substrate 2 forming the two-dimensional photonic crystal region 4, but the modified two-dimensional photonic crystal region 6 In order to form the electrode, it is sufficient that the electrode 1 is provided only in a portion corresponding to the pattern electrode 5. For example, a pattern electrode corresponding to the pattern electrode 5 is formed on an appropriate semiconductor substrate surface by lithography. The electro-optical substrate 2 may be formed thereon.

【0077】また、第1の実施例において、空孔3は周
期的に形成されていればよく、図7に示すように電気光
学基板2に対して垂直に形成されている必要はない。こ
れは、空孔が周期的に形成されてさえいれば、領域4お
よび6はフォトニック結晶と作用するからである。第2
〜9の実施例に関しても同様である。
In the first embodiment, the holes 3 need only be formed periodically, and need not be formed perpendicular to the electro-optical substrate 2 as shown in FIG. This is because regions 4 and 6 interact with the photonic crystal as long as the holes are formed periodically. Second
The same applies to Examples 9 to 9.

【0078】[0078]

【発明の効果】本発明により、任意形状のフォトニック
結晶構造の光導波路、電気光学スイッチ、それらからな
る光集積回路、波長選択回路、交差型光スイッチ、及び
光交換器を単一の2次元フォトニック結晶を用いて容易
に作成できる。本発明によれば、フォトニック結晶の特
徴を生かした超小型光集積回路を電気的に形成すること
ができる。本発明は、光信号と電気信号が共存するオプ
トエレクトロニクス技術、例えばオプテイカルインター
コネクション技術に用いることができる。
According to the present invention, an optical waveguide having a photonic crystal structure of an arbitrary shape, an electro-optical switch, an optical integrated circuit comprising them, a wavelength selection circuit, a cross-type optical switch, and an optical switch can be integrated into a single two-dimensional structure. It can be easily formed using a photonic crystal. According to the present invention, it is possible to electrically form a micro optical integrated circuit utilizing the characteristics of a photonic crystal. INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for an optoelectronic technology in which an optical signal and an electric signal coexist, for example, an optical interconnection technology.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の最も単純な実施例1を上面側からの斜
視図の形で示す模式図。
FIG. 1 is a schematic diagram showing the simplest embodiment 1 of the present invention in the form of a perspective view from the top side.

【図2】図1のAA位置で矢印方向に見た面断面図。FIG. 2 is a sectional view taken along the line AA in FIG.

【図3】(a)は、2次元フォトニック結晶領域のフォ
トニックバンド構造の模式図、(b)は修飾されたフォ
トニック結晶領域のフォトニックバンド構造の模式図。
3A is a schematic diagram of a photonic band structure in a two-dimensional photonic crystal region, and FIG. 3B is a schematic diagram of a photonic band structure in a modified photonic crystal region.

【図4】2次元フォトニック結晶領域を挟む電極間に印
加する電圧を変えた場合の修飾された2次元フォトニッ
ク結晶領域のフォトニックバンドギャップの位置の変化
を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing a change in the position of a photonic band gap in a modified two-dimensional photonic crystal region when a voltage applied between electrodes sandwiching the two-dimensional photonic crystal region is changed.

【図5】実施例1の光デバイスの作成手順の一つを示す
断面図。
FIG. 5 is a sectional view showing one of the procedures for producing the optical device of the first embodiment.

【図6】図5に続く実施例1の光デバイスの作成手順を
示す断面図。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a procedure of manufacturing the optical device of the first embodiment following FIG. 5;

【図7】図6に続く実施例1の光デバイスの作成手順を
示す断面図。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a procedure of manufacturing the optical device of the first embodiment following FIG. 6;

【図8】(a),(b)は実施例1の2次元フォトニッ
ク結晶領域を挟む電極間に電圧を印加する方法の例を示
す図。
FIGS. 8A and 8B are diagrams illustrating an example of a method of applying a voltage between electrodes sandwiching the two-dimensional photonic crystal region according to the first embodiment.

【図9】直線型光導波路として作用する本発明の光デバ
イスの実施例2の上面側から見た斜視図。
FIG. 9 is a perspective view of Example 2 of the optical device of the present invention acting as a linear optical waveguide, as viewed from above.

【図10】L字型光導波路として作用する本発明の実施
例3の上面側から見た斜視図。
FIG. 10 is a perspective view of Embodiment 3 of the present invention acting as an L-shaped optical waveguide, as viewed from above.

【図11】S字型光導波路として作用する本発明の実施
例4の上面側から見た斜視図。
FIG. 11 is a perspective view of Example 4 of the present invention acting as an S-shaped optical waveguide, as viewed from above.

【図12】T字型光導波路として作用する本発明の実施
例5の上面側から見た斜視図。
FIG. 12 is a perspective view of Embodiment 5 of the present invention acting as a T-shaped optical waveguide, as viewed from above.

【図13】光導波路および電気光学スイッチからなる光
集積回路として作用する本発明の実施例6の上面側から
見た斜視図。
FIG. 13 is a perspective view of the sixth embodiment of the present invention, which functions as an optical integrated circuit including an optical waveguide and an electro-optical switch, as viewed from above.

【図14】図13の電気光学スイッチを実施例7の波長
選択回路として機能させるための修飾された2次元フォ
トニック結晶領域のフォトニックバンドギャップを示す
図。
FIG. 14 is a diagram illustrating a photonic band gap of a modified two-dimensional photonic crystal region for causing the electro-optic switch of FIG. 13 to function as the wavelength selection circuit of the seventh embodiment.

【図15】交差型光スイッチとして作用する本発明の実
施例8の上面側から見た斜視図。
FIG. 15 is a perspective view of Embodiment 8 of the present invention acting as a cross-type optical switch as viewed from above.

【図16】4×4の光交換器として作用する本発明の実
施例9の平面図。
FIG. 16 is a plan view of Embodiment 9 of the present invention acting as a 4 × 4 optical switch;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:第1の電極、2:電気光学基板、3:空孔、4:2
次元フォトニック結晶領域、5,51−54:第2の電
極、6:修飾された2次元フォトニック結晶領域、7:
電気回路、8:金属基板、9:電気回路7の電極、1
0:金属ワイヤー、11−13,17:光ファイバー、
18,181−184:第3の電極。
1: first electrode, 2: electro-optical substrate, 3: hole, 4: 2
Two-dimensional photonic crystal region, 5, 51-54: second electrode, 6: modified two-dimensional photonic crystal region, 7:
Electric circuit, 8: metal substrate, 9: electrode of electric circuit 7, 1
0: metal wire, 11-13, 17: optical fiber,
18, 181-184: third electrode.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2H047 KA03 NA02 PA21 RA08 2H079 AA02 AA12 BA01 BA03 CA01 CA05 CA07 DA03 EA03 EA04 EA05 EB12 EB15 KA08 KA20 2K002 AA01 AA02 AB04 AB34 BA06 CA03 DA06 DA07 DA08 DA20 EA07 EA14 EA15 EB02 EB03 EB05 EB09 HA03  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 2H047 KA03 NA02 PA21 RA08 2H079 AA02 AA12 BA01 BA03 CA01 CA05 CA07 DA03 EA03 EA04 EA05 EB12 EB15 KA08 KA20 2K002 AA01 AA02 AB04 AB34 BA06 CA03 DA06 DA07 EA07 EB07 EA07 EB07 EA07 EB09 HA03

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】第1の電極と、前記第1の電極の一面に形
成された固体材料よりなる電気光学基板と、前記電気光
学基板中に形成された固体材料よりなるフォトニック結
晶領域と、前記フォトニック結晶領域の前記第1の電極
と対向する面に前記電気光学基板中を導波する光の波長
の1/2以上の幅をもつようにパターン形成された第2
の電極と、前記第1の電極と前記第2の電極の間に電圧
を印加する手段と、前記第2の電極下のフォトニック結
晶領域に光を入射する照射器および前記第2の電極下の
フォトニック結晶領域で導波された光を受光する受光器
とを備えたことを特徴とする光デバイス。
A first electrode, an electro-optic substrate made of a solid material formed on one surface of the first electrode, a photonic crystal region made of the solid material formed in the electro-optic substrate, A second pattern formed on the surface of the photonic crystal region facing the first electrode so as to have a width of at least half the wavelength of light guided in the electro-optic substrate.
An electrode, a means for applying a voltage between the first electrode and the second electrode, an irradiator for irradiating light to a photonic crystal region below the second electrode, and a device under the second electrode And a light receiver for receiving light guided by the photonic crystal region.
【請求項2】前記第2の電極が二つ以上に分離され、か
つ、分離された電極が前記第2の電極下のフォトニック
結晶領域に入射される光の波長の1/2程度に近接して
配置されるとともに、それぞれの電極に加える電圧が独
立に制御される請求項1記載の光デバイス。
2. The method according to claim 1, wherein the second electrode is separated into two or more, and the separated electrode is close to about 1 / of a wavelength of light incident on a photonic crystal region below the second electrode. 2. The optical device according to claim 1, wherein the optical devices are arranged in such a manner that the voltages applied to the respective electrodes are independently controlled.
【請求項3】前記分離された二つの第2の電極の間に第
3の独立した電極を前記第2の電極下のフォトニック結
晶領域に入射される光の波長の1/2程度に近接して配
置するとともに、前記第2の電極に加える電圧と前記第
3の独立した電極に加える電圧とが独立に制御される請
求項2記載の光デバイス。
3. A third independent electrode is placed between the two separated second electrodes so as to be close to about の of the wavelength of light incident on a photonic crystal region below the second electrode. 3. The optical device according to claim 2, wherein the voltage applied to the second electrode and the voltage applied to the third independent electrode are independently controlled.
【請求項4】前記電気光学基板上面に絶縁材料の層が形
成されるとともに、前記第2または第3の電極が前記絶
縁材料の層に形成されたスルーホールを介して導出され
た導体を利用して電圧が印加される請求項1ないし3の
いずれかに記載の光デバイス。
4. A layer of an insulating material is formed on an upper surface of the electro-optical substrate, and the second or third electrode uses a conductor led out through a through hole formed in the layer of the insulating material. The optical device according to any one of claims 1 to 3, wherein the voltage is applied as the voltage.
【請求項5】固体材料よりなる電気光学基板と、前記電
気光学基板中に形成された固体材料よりなるフォトニッ
ク結晶領域と、前記フォトニック結晶領域の両面に同一
のパターンで形成された第1の電極および第2の電極
と、前記第1の電極と前記第2の電極の間に電圧を印加
する手段と、前記第2の電極下のフォトニック結晶領域
に光を入射する照射器および前記第2の電極下のフォト
ニック結晶領域で導波された光を受光する受光器とを備
えたことを特徴とする光デバイス。
5. An electro-optic substrate made of a solid material, a photonic crystal region made of a solid material formed in the electro-optic substrate, and a first pattern formed in the same pattern on both surfaces of the photonic crystal region. And a second electrode, means for applying a voltage between the first electrode and the second electrode, an irradiator for irradiating light to a photonic crystal region below the second electrode, and An optical device comprising: a light receiver that receives light guided by the photonic crystal region below the second electrode.
【請求項6】前記電極のパターンに対応するフォトニッ
ク結晶領域が、直線型、L字型、S字型、およびT字型
光導波路、電気光学スイッチ、波長選択回路、交差型光
スイッチ、光交換器あるいは光導波路および電気光学ス
イッチからなる光集積回路として機能する請求項1ない
し5のいずれかに記載の光デバイス。
6. The photonic crystal region corresponding to the pattern of the electrode includes a linear, L-shaped, S-shaped, and T-shaped optical waveguide, an electro-optical switch, a wavelength selection circuit, a crossed optical switch, and light. The optical device according to any one of claims 1 to 5, which functions as an optical integrated circuit including an exchanger, an optical waveguide, and an electro-optical switch.
【請求項7】第1の電極と、前記第1の電極の一面に形
成された固体材料よりなる電気光学基板と、前記電気光
学基板中に形成された固体材料よりなるフォトニック結
晶領域と、前記フォトニック結晶領域の前記第1の電極
と対向する面に前記電気光学基板中を導波する光の波長
の1/2以上の幅をもつようにパターン形成された第2
の電極と、前記第1の電極と前記第2の電極の間に電圧
を印加する手段とよりなることを特徴とする光デバイス
用基板。
7. A first electrode, an electro-optic substrate made of a solid material formed on one surface of the first electrode, a photonic crystal region made of the solid material formed in the electro-optic substrate, A second pattern formed on the surface of the photonic crystal region facing the first electrode so as to have a width of at least half the wavelength of light guided in the electro-optic substrate.
And a means for applying a voltage between the first electrode and the second electrode.
【請求項8】前記第2の電極が二つ以上に分離され、か
つ、分離された電極が前記第2の電極下のフォトニック
結晶領域に入射される光の波長の1/2程度に近接して
配置されるとともに、それぞれの電極に加える電圧が独
立に制御される請求項7記載の光デバイス用基板。
8. The second electrode is separated into two or more, and the separated electrode is close to about の of the wavelength of light incident on a photonic crystal region below the second electrode. 8. The substrate for an optical device according to claim 7, wherein the voltage applied to each electrode is independently controlled.
【請求項9】前記分離された二つの第2の電極の間に第
3の独立した電極を前記第2の電極下のフォトニック結
晶領域に入射される光の波長の1/2程度に近接して配
置するとともに、前記第2の電極に加える電圧と前記第
3の独立した電極に加える電圧とが独立に制御される請
求項8記載の光デバイス用基板。
9. A third independent electrode is placed between the two separated second electrodes so as to be close to about 波長 of the wavelength of light incident on a photonic crystal region below the second electrode. 9. The optical device substrate according to claim 8, wherein the voltage applied to the second electrode and the voltage applied to the third independent electrode are independently controlled.
【請求項10】前記電気光学基板上面に絶縁材料の層が
形成されるとともに、前記第2または第3の電極が前記
絶縁材料の層に形成されたスルーホールを介して導出さ
れた導体を利用して電圧が印加される請求項7ないし9
のいずれかに記載の光デバイス用基板。
10. A layer of an insulating material is formed on the upper surface of the electro-optical substrate, and the second or third electrode uses a conductor led out through a through hole formed in the layer of the insulating material. 10. A voltage is applied as a result.
The optical device substrate according to any one of the above.
【請求項11】固体材料よりなる電気光学基板と、前記
電気光学基板中に形成された固体材料よりなるフォトニ
ック結晶領域と、前記フォトニック結晶領域の両面に同
一のパターンで形成された第1の電極および第2の電極
と、前記第1の電極と前記第2の電極の間に電圧を印加
する手段ととよりなることを特徴とする光デバイス用基
板。
11. An electro-optic substrate made of a solid material, a photonic crystal region made of a solid material formed in the electro-optic substrate, and a first pattern formed in the same pattern on both surfaces of the photonic crystal region. An optical device substrate comprising: a first electrode and a second electrode; and means for applying a voltage between the first electrode and the second electrode.
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