JP2002333602A

JP2002333602A - フォトニック結晶構造を含む光学素子、及び光制御方法

Info

Publication number: JP2002333602A
Application number: JP2001135697A
Authority: JP
Inventors: Yasuhisa Inao; 耕久稲生; Akira Kuroda; 亮黒田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-05-07
Filing date: 2001-05-07
Publication date: 2002-11-22

Abstract

(57)【要約】【課題】フォトニック結晶構造を含み、小型化、軽量
化、高集積化が可能な光学素子、およびそれを用いた光
制御方法である。【解決手段】光学素子は、屈折率可変の光学媒質１０１
と実質的に屈折率不変の光学媒質１０２との２つの光学
媒質で形成された周期的に屈折率の変化するフォトニッ
ク結晶構造を有する基板と、屈折率可変の光学媒質１０
１の少なくとも一部の屈折率を制御する屈折率制御手段
１０３とを有する。屈折率制御手段１０３により、フォ
トニック結晶構造中に屈折率周期構造の欠陥或いは別の
屈折率周期構造が導入され、フォトニックバンドギャッ
プが変化して入射光の状態を制御できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、屈折率の異なる光
学媒質を用いて光の波長のオーダーの周期的構造を構築
したフォトニック結晶を有する光デバイスであり、例え
ば微小な素子である光スイッチや波長選択フィルタとし
て光通信や光回路などに有効に使用される光デバイス、
及びそれを用いた光制御方法に関わるものである。

【０００２】

【従来の技術】光導波路技術の進歩によって、低損失な
光導波路が開発され、それに伴い、光スイッチ、光分岐
素子、光合・分波器などの素子が提案され実現されてき
た。たとえば、光導波路型の光スイッチとして、マッハ
-ツェンダー干渉計光スイッチがよく知られている。こ
の光スイッチは、二つの方向性結合器を2本のアーム光
導波路で接続した構成となっている。この方向性結合器
では、ヒーターで一方のアームを加熱する、または該ア
ームに電圧を印加することでアーム部の屈折率を変化さ
せ、もう一方のアームを通る光と位相差を作って光のス
イッチングを行っている。この光スイッチは、方向性結
合器を用いているため導波路の損失が低くなければなら
なく、光導波路の低損失化により実現された。

【０００３】また、光分岐素子では、導波路で分岐させ
るために導波路を曲げなければならないが、低損失で導
波路を伝播させるために、０．５〜２度程度の曲げ角度
でしか導波路を分岐できなかった。そこで、大きく分岐
するには長尺の導波路が必要となり、これも光導波路の
低損失化により実現された。

【０００４】しかし、上記のような光導波路を用いた光
スイッチや光分岐素子などの光学素子は、いずれもcmオ
ーダーの素子となり、あまり集積化の向上が望めない。

【０００５】一方、最近、背景の屈折率とは異なる屈折
率部分を周期的に配列したフォトニック結晶を用いた光
導波路が注目されている。ここでは、フォトニック結晶
の周期性に欠陥を導入することで、フォトニックバンド
ギャップ（該フォトニック結晶中を伝播できない光の波
長領域であり、これはフォトニック結晶の周期性で実質
的に規定される）が崩れて欠陥部を光が通ることができ
るようになり、光導波路として作用する。この光導波路
では、60度、90度など、従来の光導波路では不可能だっ
た急峻な曲がりの光導波路も提案され、さらに導波路部
分の大きさも縮小することができ、導波路の集積化が可
能となる。

【０００６】そこで、フォトニック結晶による幾つかの
光学素子について研究、提案されている。例えば、特開
平11-271541号公報で提案されている波長分波回路もフ
ォトニック結晶を用いた光学素子である。これは、フォ
トニック結晶に或る角度で波長多重の光を入射させると
波長によって結晶内を進む方向が変わり波長に応じてフ
ォトニック結晶から出射する位置が変わるという、フォ
トニック結晶の性質を利用した波長分波回路である。

【０００７】さらに別の例として、特開2000-56146号公
報では自己導波回路というものが提案されている。これ
は、従来の光導波路の或る部分にのみフォトニック結晶
を用いて急峻な曲がりを実現するという光回路の集積化
に向けての技術である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の波長分
波回路（特開平11-271541号公報）では、波長を選択的
に取り出すことができない。また、常に波長分波が行わ
れており、機能のｏｎ／ｏｆｆをすることができない。

【０００９】また、フォトニック結晶を導波路の屈曲部
分にのみ配置し光を急峻に曲げることのできる導波路
（特開2000-56146号公報）も、常に光を分岐して光を出
力しており、この素子の機能もｏｎ／ｏｆｆできない。

【００１０】また、この素子と１つ乃至複数の異なる素
子を用いることで機能のｏｎ／ｏｆｆを付加することは
可能だが、これでは素子の小型、軽量化、高集積化を特
徴としたフォトニック結晶を用いた素子の利点を失って
しまう。

【００１１】そこで、本発明は、屈折率の可変な材料を
用いてフォトニック結晶構造を作製し、そのフォトニッ
ク結晶構造を用いて波長選択フィルタや光スイッチなど
を構成し、外部から屈折率制御手段を用いることで、フ
ォトニック結晶構造を構成する材料の一部ないしは全体
の屈折率を制御して機能のｏｎ／ｏｆｆ、光の変調等を
可能とし、さらに小型化、軽量化、高集積化が可能な光
学素子、およびそれを用いた光制御方法を提供すること
を目的としている。

【００１２】

【課題を解決する為の手段】上記目的を達成するフォト
ニック結晶構造を含む光学素子は、屈折率可変の光学媒
質と実質的に屈折率不変の光学媒質との２つの光学媒質
で形成された周期的に屈折率の変化するフォトニック結
晶構造を有する基板と、該屈折率可変の光学媒質の少な
くとも一部の屈折率を制御する屈折率制御手段とを有す
ることを特徴とする。この構成により、前記フォトニッ
ク結晶構造の屈折率可変の光学媒質の少なくとも一部の
屈折率が変化させられて、フォトニック結晶構造中に屈
折率周期構造の欠陥或いは別の屈折率周期構造が導入さ
れ、これによりフォトニックバンドギャップが消滅或い
は変化して入射光の状態を制御できる。

【００１３】上記基本構成に基づいて、以下の如きより
具体的な態様が可能である。前記フォトニック結晶構造
は、屈折率不変の光学媒質（空気、樹脂など）中で、屈
折率可変の光学媒質である屈折率可変の材料（電気光学
材料、光カー効果を示す材料など）を周期的に配列して
構成され得る（後記の実施例参照）。また、前記フォト
ニック結晶構造は、屈折率可変の光学媒質である屈折率
可変の材料中に屈折率不変の光学媒質（空隙、樹脂な
ど）を周期的に配列して構成されてもよい。

【００１４】前記フォトニック結晶構造は、２次元的に
周期的に屈折率の変化するフォトニック結晶構造であっ
てもよいし（後記の実施例参照）、３次元的に周期的に
屈折率の変化するフォトニック結晶構造であってもよ
い。

【００１５】周期的に配列される光学媒質の形は、球、
柱状形状など様々なものであり得るが、２次元的フォト
ニック結晶構造である場合、前記周期的に配列された屈
折率可変の光学媒質ないし材料または屈折率不変の光学
媒質は、典型的には、柱状形状を持つ。

【００１６】前記屈折率制御手段は、フォトニック結晶
構造の屈折率可変の光学媒質ないし材料の少なくとも一
部の屈折率を変化させることで、フォトニック結晶構造
中に、導波路などとなる屈折率周期構造の欠陥或いは別
の屈折率周期構造を導入し得る。屈折率周期構造の欠陥
が生じればフォトニックバンドギャップが変化して光が
そこを導波することが可能となり、別の屈折率周期構造
が生じればフォトニックバンドギャップが変化して導波
できない光の波長領域が変わる（このことは、導波され
る光の波長が変わるとも言えるし、或る波長に着目すれ
ば、その波長の光の導波がオン・オフされるとも言え
る）。

【００１７】光学素子は、光入射部と光出射部とを有
し、屈折率制御手段によってフォトニック結晶構造の屈
折率可変の光学媒質ないし材料の一部または全ての屈折
率を変化させて該光出射部から出る光の波長を選択する
素子として構成され得る。この場合、より具体的には、
前記光入射部と光出射部との間に、フォトニック結晶構
造に囲まれた固定の導波路を有し、屈折率制御手段によ
ってフォトニック結晶構造の屈折率可変の光学媒質ない
し材料の一部または全ての屈折率を変化させ、フォトニ
ック結晶のフォトニックバンドギャップを変化させるこ
とで該光出射部から出る光の波長を選択する構成を採り
得る（後記の実施例３参照）。

【００１８】また、光学素子は、光入射部と光出射部と
を有し、屈折率制御手段によってフォトニック結晶構造
の屈折率可変の光学媒質ないし材料の一部または全ての
屈折率を変化させて該光出射部から出る光をオン・オフ
する素子としても構成され得る（後記の実施例２、４参
照）。

【００１９】また、光学素子は、光入射部と光出射部と
を有し、屈折率制御手段によってフォトニック結晶構造
の屈折率可変の光学媒質ないし材料の一部または全ての
屈折率を変化させて該光出射部から出る光の分岐ないし
合流状態を変える素子としても構成され得る（後記の実
施例１参照）。

【００２０】更に、上記目的を達成する光制御方法は、
屈折率可変の光学媒質と実質的に屈折率不変の光学媒質
との２つの光学媒質で形成された周期的に屈折率の変化
するフォトニック結晶構造を有する基板に光を入射し、
該屈折率可変の光学媒質の少なくとも一部の屈折率を変
化させることで該光の状態を制御することを特徴とす
る。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明の好ましい実施の形態につ
いて図を参照して以下に説明する。本発明の光学素子
は、図1に示すように屈折率を変化させることのできる
材料１０１と屈折率の変化しない材料１０２とで2次元
的または3次元的な屈折率の周期構造を構成する。これ
ら材料１０１、１０２は逆になっていてもよいし、何れ
か一方が空気などの気体の空隙ないし空間であってもよ
い。この屈折率の周期構造により2次元または3次元のフ
ォトニック結晶が形成される。さらに外部に、周期構造
を構成している屈折率可変材料の屈折率を変化させるた
めに、屈折率制御手段１０３（ここでは、複数の格子点
に電圧を印加する手段を示してある）を設ける。周期構
造をより柔軟且つ多様に可変にできる様に、理想的に
は、周期構造の各格子点に配置された屈折率制御手段を
有することが望ましいが（これは、電圧印加用のプロー
ブなどの微細素子を格子点に当てることや光を格子点に
集光すること等で可能である）、複数の格子点をまとめ
て一つの屈折率制御手段を有していてもかまわない。

【００２２】各格子点に配置された屈折率制御手段によ
り、屈折率を変化させることのできる材料の所望の部分
の屈折率を低く（または高く）する。この屈折率制御手
段によって屈折率を変化させて、フォトニック結晶中に
周期構造の欠陥を導入することや、フォトニック結晶の
周期性を変化させることができる。

【００２３】以下に、本発明の実施の形態を、より具体
的な実施例を用いて図を参照して説明する。

【００２４】（実施例１）本実施例は、本発明にかかわ
るフォトニック結晶導波路を用いた光学素子による実施
の形態の一例であって、図２は実施例１の構成を分解的
に示した図である。

【００２５】本実施例のフォトニック結晶導波路型光学
素子は、対象とする光の波長の半周期程度で屈折率の差
を作製したコア層２０１となるフォトニック結晶と、フ
ォトニック結晶に電圧を印加するための電極２０４〜２
０７と、この光学素子に接続し光を導入するための光フ
ァイバ２０８と、この光学素子を通って出力される光を
取る光ファイバ２０９、２１０とから構成されている。
光ファイバの端面の所望個所への突き当ては、周知のア
ライメント方法を用いればよい。

【００２６】この光学素子の具体的な構成では、下部ク
ラッド層２０３となる十分な厚さ（例えば、１０μｍ程
度）のSiO₂基板上に透明導電性材料であるITO（Indium-
Tin-Oxideインジウム-スズ酸化物）を成膜し、図２の下
部クラッド層２０３の下部電極２０７に示すように、光
導波路を構成したい形状にITOを残すようにパターニン
グする。ITOを成膜した基板に電気光学効果を有するGaA
sをMO-CVD法等で成膜する。この層が光導波路のコア層
２０１となる。そのGaAsを、使用する光の波長1.4μm〜
1.6μmの半波長程度の0.6μm周期（この周期によりフォ
トニックバンドギャップの波長領域が使用光の波長程度
となる）で三角格子状にEBリソグラフィー法でパターニ
ングし、RIE（Reactive Ion Etching）でエッチングし
て、円柱状にGaAsを構成してフォトニック結晶とする。

【００２７】また、作製の別工程として、下部クラッド
層２０３として作製した電極２０７を有する基板と同様
に、上部クラッド層２０２として十分な厚さを有するSi
O₂上に電極２０４〜２０６としてITOを成膜、パターニ
ングする。ここで、光スイッチの機能をも有するため
に、図２に示すように上部電極２０５、２０６を光の出
射端ごとに分離する。図２のように、光ファイバー２０
８に接続する光導波路用上部電極２０４、光ファイバー
２０９に接続する光導波路用の上部電極２０５、光ファ
イバー２１０に接続する光導波路用の上部電極２０６
と、電極を分離して作製することで（この分離は、隣接
する格子点の間で行なわれるほど微細な間隔である）、
電極ごとに独立に電圧を印加することができる。

【００２８】そして、下部クラッド層２０３上にフォト
ニック結晶を作製した基板と、上部電極２０４〜２０６
を作製した基板を、上下の電極をアライメントして貼り
合わせる。この貼り合わせは、図示した構造の回りの上
下基板を接着剤や金属の圧着で接合することで行われる
ので、図示した構造の部分には接着剤などは存在しな
い。

【００２９】また、電極２０４〜２０６、２０７は、ク
ラッド層２０２、２０３のいずれの面に形成されてもよ
いが、コア層２０１側の面に形成されるのが好適であ
る。なぜなら、その場合、クラッド層の厚みを隔てるこ
と無く電極でコア層２０１に電圧を印加できるので該電
圧を所望個所により正確且つシャープに印加できるから
である。

【００３０】以上のように構成された光分岐・合流素子
などとして働く光学素子において、下部電極２０７を接
地し（２１４）、上部電極２０４〜２０６に電圧源２１
３から電圧を独立に印加することで、上下電極間に挟ま
れた円柱状のGaAsが電気光学効果で屈折率変化を起こ
し、フォトニック結晶中の欠陥として働く導波路が形成
される。すなわち、電圧印加部分のGaAsと周りの光学媒
質（この場合、空気）との屈折率差が変化して、フォト
ニックバンドギャップが変化し、ここを今まで導波する
ことのできなかった光が伝播できるようになる。

【００３１】上部電極（２０４〜２０６）３つ全てに電
圧を印加した場合、光ファイバー２０８から導入された
光は、光ファイバー２０９と光ファイバー２１０とに分
岐されて導かれ、光分岐素子として働く。また、電圧を
印加した電極に挟まれた部分に導波路ができるので、上
部電極２０４に電圧を印加して光ファイバー２０８から
導入された光は、上部電極２０５に電圧を印加した場合
は光ファイバー２０９に導かれ、他方、上部電極２０６
に電圧を印加した場合は光ファイバー２１０に導かれ
る。こうして光スイッチともなる。

【００３２】本発明は、本実施例１に記したようにフォ
トニック結晶の構造が三角格子であることに捕われるも
のではなく、正方格子や蜂の巣状の格子などでもよい。
また、上記に挙げた格子配列ではなくとも、周期的に屈
折率の変化する構造を有していればよい。例えば、上記
配列例では柱状の材料を２次元的に配列していたが、微
小球体などの粒子を２次元的或いは３次元的に規則的に
充填した周期構造でもよい。

【００３３】さらに、本実施例１では、電気光学効果を
持つ材料としてGaAsを例にとって説明したが、その他の
材料、たとえば、GaP、ZnSe、ZnTe、Ba₂NaNbO₁₅、LiTaO
₃などでもよい。また、屈折率可変の材料として電気光
学効果を持つ材料を選んだが、後述の実施例４に記すよ
うに光カー効果を示す材料など屈折率を外部から変調す
ることの出来る材料ならよく、電気光学効果を有する材
料だけに捕われるものではない。

【００３４】（実施例２）図３は本発明の実施例２の構
成を分解的に示す図である。図３を参照して本実施例を
詳細に説明する。

【００３５】本実施例は、光のｏｎ／ｏｆｆを行う光ス
イッチの構成の一例である。本実施例では、フォトニッ
ク結晶導波路を用いて光スイッチを実現している。その
詳細な構成は、下部クラッド層３０３として十分な厚さ
のSiO₂上に透明導電性材料ITOを成膜し、図３のように
直線の光導波路となる場所にパターニングを施し、下部
クラッド層３０３及び下部電極３０５とする。電極３０
５を作製したSiO₂基板上に、電気光学効果を有するGaAs
をMO-CVD法で成膜し、使用する1.4μm〜1.6μmの光の半
波長程度の0.6μm周期で三角格子状にEBリソグラフィー
法でパターニングし、RIEでエッチングを行って円柱状
にGaAsを構成してコア層３０１のフォトニック結晶とす
る。

【００３６】一方、このフォトニック結晶の下地の基板
３０３となったSiO₂と同様に、同一の場所にITOで電極
の設けられたSiO₂基板を上部クラッド層３０２及び上部
電極３０４とし、この基板をフォトニック結晶上に上下
電極位置をアライメントして貼り合わせる。そして、導
波路とする部分の両端に光ファイバー３０６、３０７を
接続することで、この素子に光（光ファイバー３０６の
他端に配置されたレーザダイオードなどの光源から来
る）を入射し、また、この素子からの出力光の検出を、
光ファイバー３０７の他端に配置されたフォトダイオー
ドなどの光検出器で行う。

【００３７】上記電極３０４、３０５間に電圧源３０９
で電圧を印加することで、フォトニック結晶を構成して
いるGaAsの屈折率を変化させ、フォトニック結晶中に欠
陥を作り出す。この欠陥部（電圧印加部３０８）が光導
波路として作用する。電圧の印加により光導波路を形成
しているため、電圧のｏｎ／ｏｆｆによりこの素子を通
る光のｏｎ／ｏｆｆが行え、光スイッチとして機能す
る。

【００３８】本実施例２でも、配列方式などのその他の
点は実施例１で述べたことと同じことが言える。

【００３９】（実施例３）図４は本発明の実施例３の構
成を分解して示す図である。図４を参照して本実施例を
詳細に説明する。

【００４０】本実施例は、フォトニック結晶を用いた波
長選択フィルタの一例である。下部クラッド層４０３と
して十分な厚さのSiO₂上に透明導電性材料ITOを成膜
し、1.2μmと正方格子状に構成するGaAsの倍周期でパタ
ーニングを施し下部電極４０５とする。下部クラッド層
４０３上に電気光学効果を有するGaAsをMO-CVD法で成膜
し、使用する1.4μm〜1.6μmの光の半波長程度の0.6μm
周期で正方格子状にEBリソグラフィー法でパターニング
し、RIEでエッチングを行って円柱状のGaAsを構成しコ
ア層４０１のフォトニック結晶とする。

【００４１】また、RIEの際にエッチングを行わず導波
路とする部分を作製するため、パターニングを行うEBリ
ソグラフィーでは導波路を作製する部分４０９にはパタ
ーニングを行わない。この部分は、より導波路に適した
光損失の少ない別の材料で形成してもよい。

【００４２】一方、上部クラッド層４０２としてのSiO₂
上に透明導電性材料ITOを成膜し、下部電極４０５と同
様に1.2μmの周期でパターニングを施し、上部電極４０
４とする。そして、パターニングしたITOとエッチング
を施した正方格子状のGaAsとが重なるようアライメント
して上下の基板を貼り合わせる。また、この素子に光を
入射し、素子からの光の検出を行うために、導波路４０
９の両端に光ファイバー４０６、４０７を接続する。

【００４３】電極４０４、４０５間に挟まれた円柱状の
GaAsに電圧源４１０で電圧を印加することで（電圧印加
部を４０８で示す）、正方格子の屈折率の周期が倍とな
って光の禁制帯域（フォトニックバンドギャップ）が変
化し、導波路４０９を導波して出射される光の帯域を変
化させることができる。

【００４４】図５にフォトニック結晶を上から見た図を
記す。この（ａ）は電圧を印加する前の状態を示し、
（ｂ）はコア層４０１のGaAsの倍周期のパターンの電極
４０４、４０５間に電圧を印加して屈折率変化部５０１
が形成された後の状態を示し、これらからGaAsの正方格
子の周期が倍の周期になっていることがわかる。

【００４５】以上の構成の光学素子は、電圧をｏｎ／ｏ
ｆｆすることで、この素子を通過することのできる光の
波長帯を切り替えられる波長選択フィルタとして機能す
る。

【００４６】本発明は、本実施例３に記したようなフォ
トニック結晶の構造が正方格子であることに捕われるも
のではなく、三角格子や蜂の巣状の格子でもよい。ま
た、上記に挙げた格子配列ではなくとも、２次元周期的
な屈折率の構造を有していればよい。

【００４７】本実施例３でも、屈折率可変の材料として
電気光学効果を有する材料を選んだが、光カー効果を示
す材料などのような材料でもよい。

【００４８】（実施例４）図６は本発明の実施例４の構
成を分解的に示す図である。図６を参照して具体的に詳
細を説明する。

【００４９】本実施例は、フォトニック結晶を用いた光
スイッチの一例である。下部クラッド層６０３として十
分な厚さのSiO₂上に光カー効果を示す材料であるLiTaO₃
単結晶膜を成膜する。そして、そのLiTaO₃を、使用する
光の波長の半波長程度の周期でパターニングする。その
方法は、たとえばEBリソグラフィーでパターニングを行
い、ドライエッチングでエッチングを行い加工を施す方
法が考えられる。この様な方法で三角格子状にパターニ
ングを行い、円柱状にLiTaO₃に加工を施す。こうしてコ
ア層６０１を形成する。

【００５０】一方、上部クラッド層６０２となるSiO₂上
に、目的のLiTaO₃の部分（光照射部６０８）に光を照射
するため、外からの光を遮る遮光膜６０５として、たと
えばCrなどを光を照射したくない部分に成膜する。この
ように作製された上部クラッド層６０２を、下部クラッ
ド層６０３の上に作られたコア層６０１のLiTaO₃上にア
ライメントを行って貼り合わせる。さらに、上部クラッ
ド層６０２の遮光膜６０５のない部分に、１つないし複
数個の面発光レーザ６０４を、コア層６０１となるLiTa
O₃の層に向けて発光するように貼り合わせる（光照射部
を６０８で示す）。光源としては、素子の集積化などの
面から、面発光レーザなどが適しているが、遮光膜６０
５を持つ上部クラッド層６０２を通して外部の光照射手
段によって光を照射してもよい。

【００５１】以上のような構成において、面発光レーザ
６０４を発光させることによって、光が照射された光カ
ー効果を示す材料であるLiTaO₃の屈折率が変化し、フォ
トニック結晶となっているコア層６０１に欠陥を導入し
て導波路６０８とすることができる。さらに、本光学素
子は、面発光レーザ６０４のｏｎ／ｏｆｆによって、実
施例２と同様に、光ファイバー６０６と光ファイバー６
０７間で光スイッチとして機能する。

【００５２】本実施例４でも、フォトニック結晶の構造
は三角格子である必要はなく、正方格子や蜂の巣状の格
子でもよい。また、上記に挙げた格子配列ではなくと
も、周期的に変化する屈折率の構造を有していればよ
い。例えば、上記実施例１で述べた様に、微小球体など
の粒子を２次元的或いは３次元的に規則的に充填した周
期構造でもよい。

【００５３】また、本実施例では光カー効果を示す材料
としてLiTaO₃を挙げたが、その他の材料であってもよ
い。

【００５４】尚、上記実施例において、フォトニック結
晶構造の水平方向のサイズは特に限られるものではない
が、フォトニック結晶の機能を十全に果たす観点、小型
化、集積化などの観点からは、１０μｍ乃至１ｍｍ程度
が好適である。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
従来のフォトニック結晶を用いた光スイッチ、波長選択
フィルタなどに比べ、１つの素子で機能のｏｎ／ｏｆｆ
等の多様な機能が行えると同時に、従来の導波路技術で
は行なえかった、急峻な曲がり導波路を形成できるフォ
トニック結晶を用いているため、素子の小型化、軽量
化、高集積化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の代表的な実施の形態を示す概略斜視図
である。

【図２】本発明の実施例１の光分岐素子ないし光スイッ
チを分解的に示す斜視構成図である。

【図３】本発明の実施例２の光スイッチを分解的に示す
斜視構成図である。

【図４】本発明の実施例３の波長選択フィルタを分解的
に示す斜視構成図である。

【図５】実施例３のフォトニック結晶の電圧印加による
変化を示す上からの構成図である。

【図６】本発明の実施例４の光スイッチを分解的に示す
斜視構成図である。

【符号の説明】

１０１屈折率可変の材料１０２屈折率可変でない材料１０３屈折率制御手段２０１、３０１、４０１、６０１コア層２０２、３０２、４０２、６０２上部クラッド層２０３、３０３、４０３、６０３下部クラッド層２０４、２０５、２０６、３０４、４０４上部電極２０７、３０５、４０５下部電極２０８、２０９、２１０、３０６、３０７、４０６、４
０７、６０６、６０７光ファイバー２１１電圧印加後のGaAs ２１２電圧印加前のGaAs ２１３、３０９、４１０電圧源３０８、４０８電圧印加部４０５下部電極４０９導波路部５０１屈折率変化部６０４面発光レーザ６０５遮光膜６０８光照射部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０２Ｂ 6/12 ＮＭＦターム(参考） 2H047 KA02 LA12 MA05 NA02 PA22 PA24 QA00 QA02 RA08 2H049 AA02 AA37 AA44 AA50 AA59 AA62 2H079 AA02 AA12 BA01 CA05 CA07 DA16 HA11 JA07 2K002 AA01 AA02 AB09 BA01 CA03 DA06 EA30 GA10 HA27

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】屈折率可変の光学媒質と実質的に屈折率不
変の光学媒質との２つの光学媒質で形成された周期的に
屈折率の変化するフォトニック結晶構造を有する基板
と、該屈折率可変の光学媒質の少なくとも一部の屈折率
を制御する屈折率制御手段とを有することを特徴とする
フォトニック結晶構造を含む光学素子。
【請求項２】前記屈折率不変の光学媒質中に、前記屈折
率可変の光学媒質である屈折率可変の材料を周期的に配
列して前記フォトニック結晶構造を構成していることを
特徴とする請求項１記載のフォトニック結晶構造を含む
光学素子。
【請求項３】前記屈折率可変の光学媒質である屈折率可
変の材料中に、屈折率不変の光学媒質を周期的に配列し
て前記フォトニック結晶構造を構成していることを特徴
とする請求項１記載のフォトニック結晶構造を含む光学
素子。
【請求項４】前記フォトニック結晶構造は、２次元的に
周期的に屈折率の変化するフォトニック結晶構造である
ことを特徴とする請求項１、２または３記載のフォトニ
ック結晶構造を含む光学素子。
【請求項５】前記周期的に配列された屈折率可変の光学
媒質ないし材料、または屈折率不変の光学媒質は柱状形
状を持つことを特徴とする請求項４記載のフォトニック
結晶構造を含む光学素子。
【請求項６】前記フォトニック結晶構造の屈折率可変の
光学媒質ないし材料の少なくとも一部の屈折率を屈折率
制御手段で変化させることで、フォトニック結晶構造中
に屈折率周期構造の欠陥或いは別の屈折率周期構造が導
入されて導波路を構成することを特徴とする請求項１乃
至５のいずれか１つに記載のフォトニック結晶構造を含
む光学素子。
【請求項７】光入射部と光出射部とを有し、前記屈折率
制御手段によって前記フォトニック結晶構造の屈折率可
変の光学媒質ないし材料の一部または全ての屈折率を変
化させて該光出射部から出る光の波長を選択することを
特徴とする請求項１乃至６のいずれか１つに記載のフォ
トニック結晶構造を含む光学素子。
【請求項８】前記光入射部と光出射部との間に、前記フ
ォトニック結晶構造に囲まれた固定の導波路を有し、前
記屈折率制御手段によって該フォトニック結晶構造の屈
折率可変の光学媒質ないし材料の一部または全ての屈折
率を変化させて該光出射部から出る光の波長を選択する
ことを特徴とする請求項７記載のフォトニック結晶構造
を含む光学素子。
【請求項９】光入射部と光出射部とを有し、前記屈折率
制御手段によって前記フォトニック結晶構造の屈折率可
変の光学媒質ないし材料の一部または全ての屈折率を変
化させて該光出射部から出る光をオン・オフすることを
特徴とする請求項１乃至６のいずれか１つに記載のフォ
トニック結晶構造を含む光学素子。
【請求項１０】光入射部と光出射部とを有し、前記屈折
率制御手段によって前記フォトニック結晶構造の屈折率
可変の光学媒質ないし材料の一部または全ての屈折率を
変化させて該光出射部から出る光の分岐ないし合流状態
を変えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１
つに記載のフォトニック結晶構造を含む光学素子。
【請求項１１】前記屈折率可変の光学媒質ないし材料が
電気光学効果で屈折率が変化する電気光学材料であっ
て、前記屈折率制御手段が該屈折率可変の光学媒質ない
し材料の所定部分への電圧印加を制御する手段であるこ
とを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１つに記載
のフォトニック結晶構造を含む光学素子。
【請求項１２】前記屈折率制御手段は、所定のパターン
を有する電極を含むことを特徴とする請求項１１記載の
フォトニック結晶構造を含む光学素子。
【請求項１３】前記所定のパターンを有する電極は、前
記屈折率可変の光学媒質ないし材料に接して設けられて
いることを特徴とする請求項１２記載のフォトニック結
晶構造を含む光学素子。
【請求項１４】前記所定のパターンを有する電極は、基
板を介して前記屈折率可変の光学媒質ないし材料に対向
して設けられていることを特徴とする請求項１２記載の
フォトニック結晶構造を含む光学素子。
【請求項１５】前記屈折率可変の光学媒質ないし材料が
光カー効果を示す材料であり、前記屈折率制御手段が該
屈折率可変の光学媒質ないし材料の所定部分への光照射
を制御する手段であることを特徴とする請求項１乃至１
０のいずれか１つに記載のフォトニック結晶構造を含む
光学素子。
【請求項１６】前記屈折率制御手段は、面発光レーザを
用いて前記光照射を制御することを特徴とする請求項１
５記載のフォトニック結晶構造を含む光学素子。
【請求項１７】前記屈折率制御手段は、前記屈折率可変
の光学媒質ないし材料の光照射をしたくない部分を覆う
遮光膜を含むことを特徴とする請求項１５または１６記
載のフォトニック結晶構造を含む光学素子。
【請求項１８】屈折率可変の光学媒質と実質的に屈折率
不変の光学媒質との２つの光学媒質で形成された周期的
に屈折率の変化するフォトニック結晶構造を有する基板
に光を入射し、該屈折率可変の光学媒質の少なくとも一
部の屈折率を変化させることで該光の状態を制御するこ
とを特徴とする光制御方法。
【請求項１９】前記屈折率可変の光学媒質の一部または
全ての屈折率を変化させることで、前記フォトニック結
晶構造中に屈折率周期構造の欠陥或いは別の屈折率周期
構造を導入して前記光の状態を制御することを特徴とす
る請求項１８記載の光制御方法。
【請求項２０】前記フォトニック結晶構造の屈折率可変
の光学媒質の一部または全ての屈折率を変化させること
で、透過または反射する光の波長を変化させることを特
徴とする請求項１８または１９記載の光制御方法。
【請求項２１】前記フォトニック結晶構造の屈折率可変
の光学媒質の一部または全ての屈折率を変化させること
で、透過する光のオン・オフをすることを特徴とする請
求項１８または１９記載の光制御方法。
【請求項２２】前記フォトニック結晶構造の屈折率可変
の光学媒質の一部または全ての屈折率を変化させること
で、透過する光の分岐ないし合流状態を変えることを特
徴とする請求項１８または１９記載の光制御方法。
【請求項２３】前記屈折率可変の光学媒質に電圧を印加
することで屈折率を変化させることを特徴とする請求項
１８乃至２２のいずれか１つに記載の光制御方法。
【請求項２４】前記屈折率可変の光学媒質に光を照射す
ることで屈折率を変化させることを特徴とする請求項１
８乃至２２のいずれか１つに記載の光制御方法。