JP2002350657A - Photonic crystal waveguide - Google Patents

Photonic crystal waveguide

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JP2002350657A
JP2002350657A JP2001394499A JP2001394499A JP2002350657A JP 2002350657 A JP2002350657 A JP 2002350657A JP 2001394499 A JP2001394499 A JP 2001394499A JP 2001394499 A JP2001394499 A JP 2001394499A JP 2002350657 A JP2002350657 A JP 2002350657A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a slab type two-dimensional photonic crystal waveguide which enables single-mode propagation having a group velocity improved and propagation loss reduced. SOLUTION: The slab type two-dimensional photonic crystal waveguide, constituted in defective structure by removing some of gratings of slab type two-dimensional photonic crystal linearly in a waveguide direction, is characterized in that 1st width as the width between the gratings on both sides of the defective part of the defective structure is made different from 2nd width as the width between the gratings on both sides of the defective part of a normal defective structure wherein only one array of gratings of the slab type two-dimensional photonic crystal is removed. Further, the slab type two-dimensional photonic crystal waveguide may be constituted by moving a low-refractive-index column present at a part which should become an optical waveguide part, in the optical waveguide direction from the position of two-dimensional periodic arrangement of the normal slab type two-dimensional photonic crystal and arranging it.

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、光情報処理、光伝
送等に用いられるレーザ、光集積回路等の様々な光デバ
イス等を構成する基本構造及び光学部品に用いられ得る
フォトニック結晶導波路に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photonic crystal waveguide which can be used for basic structures and optical components constituting various optical devices such as lasers and optical integrated circuits used for optical information processing and optical transmission. About.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在の光デバイスは光の閉じ込めを屈折
率差で行っているため、光の閉じ込め領域を小さくでき
ないことから、素子を小さく構成する事ができない。更
に、素子の集積度を上げるために急峻な曲げ導波路を構
成すると散乱損失が生じるため、光回路の小型・集積化
が行えずその大きさは電子デバイスに比べ非常に大き
い。そのため、従来とは全く異なる概念で光の閉じ込め
を行うことができるフォトニック結晶は、上述の問題を
解決することができる光の新素材として期待されてい
る。
2. Description of the Related Art In current optical devices, since light is confined by a difference in refractive index, the light confinement region cannot be made small, so that the element cannot be made small. Furthermore, if a steep bending waveguide is formed to increase the degree of integration of the element, scattering loss occurs. Therefore, the optical circuit cannot be miniaturized and integrated, and its size is much larger than that of an electronic device. Therefore, a photonic crystal that can confine light with a concept completely different from the conventional one is expected as a new light material that can solve the above-described problem.

【0003】フォトニック結晶とは、屈折率の異なる2
種類以上の媒質によって光の波長と同程度の周期性を形
成した人工的な多次元周期構造体であり、電子のバンド
構造に似た光のバンド構造を有する。そのため、特定の
構造には光の禁制帯(フォトニックバンドギャップ)が
表れ、これを有するフォトニック結晶は光の絶縁体とし
て機能する。
A photonic crystal is different from a photonic crystal in that it has a different refractive index.
It is an artificial multi-dimensional periodic structure that has a periodicity comparable to the wavelength of light formed by more than one type of medium, and has a light band structure similar to the band structure of electrons. Therefore, a light forbidden band (photonic band gap) appears in a specific structure, and a photonic crystal having this band functions as a light insulator.

【0004】フォトニックバンドギャップを有するフォ
トニック結晶に周期性を乱す線欠陥を導入すると、バン
ドギャップの周波数領域内に導波モードが形成され完全
に光を閉じ込める光導波路を実現できることが理論的に
指摘されている(J. D. Joannopoulos, P.R.Villeneuv
e, and S.Fan, Photonic Crystal: putting a new twis
t on light, Nature 386,143(1997))。J. D. Joannopo
ulosらは、光の波長程度の格子定数aの四角格子上に半
導体程度の大きな屈折率をもつ半径a/5の円柱を配置
した2次元フォトニック結晶中に、円柱を1列配置しな
い線欠陥を導入し、急角度に曲げた場合でも原理的に散
乱損失が生じない光導波路を構成可能なことを理論的に
示した。このような導波路は超小型光集積回路を構成す
る上で非常に重要な導波路となり得る。
[0004] It is theoretically possible to realize an optical waveguide in which a waveguide mode is formed in a frequency region of a band gap and a light is completely confined by introducing a line defect that disturbs periodicity in a photonic crystal having a photonic band gap. (JD Joannopoulos, PRVilleneuv
e, and S. Fan, Photonic Crystal: putting a new twis
ton light, Nature 386,143 (1997)). JD Joannopo
ulos et al. describe a line defect in which a single column is not arranged in a two-dimensional photonic crystal in which a cylinder having a radius a / 5 having a refractive index as large as a semiconductor is arranged on a square lattice having a lattice constant a of about the wavelength of light. It was theoretically shown that it is possible to construct an optical waveguide in which scattering loss does not occur in principle even when bent at a sharp angle. Such a waveguide can be a very important waveguide for forming a micro optical integrated circuit.

【0005】このような超小型光集積回路を構成するた
めの光導波路を実現するには、フォトニックバンドギャ
ップ周波数内に単一の導波モードを実現することが必要
である。これは、性質の異なるモードを複数もつマルチ
モード導波路を用いると、例えば曲げ導波路を作製した
場合、曲げ部で伝搬しているモードの一部が異なるモー
ドに変換されてしまい、超小型光集積回路で必要な高効
率の曲げ導波路を実現できないなどの不都合があるから
である。また、マルチモード導波路は高速通信には適さ
ないからである。
In order to realize an optical waveguide for constructing such a microminiature optical integrated circuit, it is necessary to realize a single waveguide mode within a photonic band gap frequency. This is because, when a multimode waveguide having a plurality of modes having different properties is used, for example, when a bending waveguide is manufactured, a part of the mode propagating in the bending portion is converted into a different mode, so that an ultra-small light This is because there is an inconvenience that a highly efficient bending waveguide required for an integrated circuit cannot be realized. Also, the multimode waveguide is not suitable for high-speed communication.

【0006】現在のところ、導波路としていくつかのタ
イプのものが作製されているが、フルバンドギャップを
有する3次元フォトニック結晶中に導波路を作り込むこ
とは技術的に非常に困難なため、2次元フォトニック結
晶を用いて導波路を作る方法が有望である。
At present, several types of waveguides are manufactured, but it is technically very difficult to form a waveguide in a three-dimensional photonic crystal having a full band gap. A method of forming a waveguide using a two-dimensional photonic crystal is promising.

【0007】2次元フォトニック結晶を導波路として用
いる場合、2次元面に垂直な方向の光の閉じ込めが必要
になり、その方法としていくつかの方法が提案されてい
る。その中で低屈折率の誘電体(多くの場合酸化物又は
ポリマー、屈折率1.5程度)の上に高屈折率の半導体
(屈折率3から3.5程度)の薄膜を付けた構造に2次
元フォトニック結晶を作り込んだ構造(酸化物クラッド
2次元スラブ型フォトニック結晶)は、最も容易に大面
積のものが作製可能であり、また同じ構造に様々な機能
素子を付加しやすい。
When a two-dimensional photonic crystal is used as a waveguide, it is necessary to confine light in a direction perpendicular to a two-dimensional plane, and several methods have been proposed. Among them, a structure in which a thin film of a high-refractive-index semiconductor (refractive index of about 3 to 3.5) is attached on a low-refractive-index dielectric (often an oxide or a polymer, a refractive index of about 1.5). A structure in which a two-dimensional photonic crystal is formed (an oxide-clad two-dimensional slab type photonic crystal) can be easily manufactured in a large area, and various functional elements can be easily added to the same structure.

【0008】また、近年Silicon-On-Insulator(SO
I)と呼ばれる二酸化珪素(SiO)上に珪素(S
i)薄膜がついた基板がLSIに応用されるようになり
非常に高品質のものが得られるようになっているが、こ
の基板を用いることにより容易に高品質の酸化物クラッ
ド型2次元スラブフォトニック結晶を作製することがで
きるという利点もある。このような利点は他の構造(例
えばフォトニック結晶の上下のクラッドを空気にしたエ
アブリッジ型2次元スラブフォトニック結晶)では得ら
れない。
In recent years, Silicon-On-Insulator (SO
Silicon (S) on silicon dioxide (SiO 2 ) called I)
i) A substrate having a thin film has been applied to an LSI, and a very high quality substrate has been obtained. By using this substrate, a high quality oxide clad type two-dimensional slab can be easily obtained. There is also an advantage that a photonic crystal can be manufactured. Such advantages cannot be obtained by other structures (for example, an air bridge type two-dimensional slab photonic crystal in which the upper and lower claddings of the photonic crystal are air).

【0009】このように作製の面で酸化物クラッド型2
次元スラブフォトニック結晶はエアブリッジ型2次元ス
ラブフォトニック結晶等に比べると有利であるが、この
構造には次に述べるような問題点があり、フォトニック
バンドギャップ周波数内に単一の導波モードを実現する
導波路構造は実現できていない。
As described above, in terms of fabrication, the oxide clad type 2
Although the two-dimensional slab photonic crystal is more advantageous than an air-bridge type two-dimensional slab photonic crystal or the like, this structure has the following problems. A waveguide structure that realizes a mode has not been realized.

【0010】2次元スラブフォトニック結晶を用いた光
導波路において欠陥によって生じる導波モードでは、上
述のように2次元面内に関してはフォトニックバンドギ
ャップの存在により光が強く閉じ込められているため、
面内の散乱損失は無いが、一般的にクラッドのライトラ
インより高周波数領域はモードがリーキーである、すな
わち、光がクラッド層に漏れやすい。(ライトラインと
はその媒質中で光が伝搬できる最低周波数を伝搬定数に
対して表示したものであり、w=ck/n(w:角周波
数、c:光速、n:屈折率、k:波数)で定まる直線で
示すことができる)。従って、上下のクラッド層へ導波
光が漏洩しないように、ライトラインより低周波数の領
域を利用することが通例となっている。
In a waveguide mode caused by a defect in an optical waveguide using a two-dimensional slab photonic crystal, light is strongly confined in a two-dimensional plane due to the presence of a photonic band gap as described above.
Although there is no in-plane scattering loss, the mode is generally leaky in a higher frequency region than the light line of the clad, that is, light easily leaks to the clad layer. (The light line is a representation of the lowest frequency at which light can propagate in the medium with respect to the propagation constant, and w = ck / n (w: angular frequency, c: speed of light, n: refractive index, k: wave number) )). Therefore, it is customary to use a lower frequency region than the light line so that the guided light does not leak to the upper and lower cladding layers.

【0011】図1(a)、(b)は、従来例における典
型的な空気穴型の1列抜き線欠陥フォトニック結晶導波
路の構造模式図である。図1(a)は上面図、図1
(b)は図1(a)におけるB−B'断面図を示す。図
1(a)、(b)において、5は光導波路、2はSi
層、3はクラッド層であるSiO層、4は空気穴三角
格子であり、格子定数はaで表している。空気孔は図1
(b)に示すSi層2を貫通する円柱又は多角柱であ
り、穴直径はこの例の場合は0.215μmである。空
気穴三角格子とは空気穴が三角格子の各格子点に配置さ
れた構造であり、三角格子とは格子点が2次元面を埋め
尽くすように配列された正三角形の頂点に配置された規
則格子のことである。
FIGS. 1A and 1B are schematic structural views of a typical air hole type single-row line defect photonic crystal waveguide in a conventional example. FIG. 1A is a top view, and FIG.
FIG. 1B is a sectional view taken along the line BB ′ in FIG. 1 (a) and 1 (b), 5 is an optical waveguide, 2 is Si
Layers 3 and 3 are SiO 2 layers serving as cladding layers, and 4 is an air hole triangular lattice, and the lattice constant is represented by a. Fig. 1
It is a cylinder or a polygonal pillar penetrating the Si layer 2 shown in (b), and the hole diameter is 0.215 μm in this case. An air hole triangular lattice is a structure in which air holes are arranged at each lattice point of a triangular lattice, and a triangular lattice is a rule in which lattice points are arranged at vertices of an equilateral triangle arranged so as to fill a two-dimensional surface. It is a lattice.

【0012】さて、代表的なフォトニックバンドギャッ
プを持つ2次元フォトニック結晶には、空気中に高屈折
率の柱を配置した構造と、上記のように高屈折率板内に
空気孔(低屈折率柱もしくは低屈折率円柱と呼ぶことも
できる)をあけた構造がある。前者はJ. D. Joannopoul
osらが使用した構造であるが、この構造では柱が自立で
きないため柱を支えるためのクラッド層が必要になる。
この層は線欠陥導波路のコアとなる空気よりも屈折率が
大きくなるため、導波路の上下に光が漏れないようにす
るためには、非常に長い柱を必要とし作製が非常に困難
となる。一方後者の空気孔は自立できるため、クラッド
層の選択は自由であり、コアの屈折率をクラッド層のそ
れより大きくすることは容易であるため作製上の制限が
小さく、上下に光が漏れにくい構造条件を選択しやす
い。
Now, a typical two-dimensional photonic crystal having a photonic band gap has a structure in which columns having a high refractive index are arranged in air, and air holes (low holes) in a high refractive index plate as described above. (Also referred to as a refractive index column or a low refractive index cylinder). The former is JD Joannopoul
Although this is the structure used by os et al., this structure requires a cladding layer to support the pillar because the pillar cannot stand on its own.
Since this layer has a higher refractive index than air, which is the core of the line-defect waveguide, a very long column is required to prevent light from leaking above and below the waveguide, making fabrication extremely difficult. Become. On the other hand, since the latter air hole can be self-supporting, the cladding layer can be freely selected, and it is easy to make the refractive index of the core larger than that of the cladding layer. Easy to select structural conditions.

【0013】また、高屈折率板を用いたフォトニック結
晶の孔の2次元配置には様々なパターンがあるが、図1
(a)に示したような三角格子状に孔(円柱又は多角
柱)を配置した構造は、広い周波数帯域のフォトニック
バンドギャップを有するパターンとして知られている。
これは、この構造が光に対する絶縁体として機能する周
波数帯域が広いことを意味しており、導波路設計の際の
周波数選択範囲を広く取れるため有利である。
There are various patterns in the two-dimensional arrangement of the holes of the photonic crystal using the high refractive index plate.
A structure in which holes (cylindrical or polygonal columns) are arranged in a triangular lattice as shown in FIG. 1A is known as a pattern having a photonic band gap in a wide frequency band.
This means that this structure has a wide frequency band in which it functions as an insulator for light, and is advantageous because a wide frequency selection range can be obtained when designing a waveguide.

【0014】図2は、従来例における典型的な1列抜き
線欠陥フォトニック結晶導波路の導波モード分散を示す
図である。酸化物クラッド型フォトニック結晶でこのよ
うな導波路を構成しようとした場合、形成される導波モ
ードはこの図2のようなものになる。ここで角周波数は
(格子定数/波長)で表現される無次元の規格化周波数
を用いており、伝搬定数は(波数・格子定数/2π)で
表現される無次元の規格化伝搬定数を用いている。図2
にはこの場合のクラッド(SiO、屈折率1.46)
のライトラインも示されている。
FIG. 2 is a diagram showing the waveguide mode dispersion of a typical single-row-outline defect photonic crystal waveguide in a conventional example. When an attempt is made to form such a waveguide with an oxide clad type photonic crystal, the formed waveguide mode is as shown in FIG. Here, an angular frequency uses a dimensionless normalized frequency expressed by (lattice constant / wavelength), and a propagation constant uses a dimensionless normalized propagation constant expressed by (wave number / lattice / 2/2). ing. FIG.
In this case, the cladding (SiO 2 , refractive index 1.46)
Are also shown.

【0015】しかし、従来例として示した構造におい
て、クラッド層に光が漏洩しないという条件を満たす導
波モードは、図2においてライトラインの下部の楕円で
囲まれた領域のみである。ところがこの領域では、導波
モードの傾きが非常に小さく、この傾きで大きさが決ま
る導波モードの群速度(エネルギー伝搬速度)が非常に
小さい。このような極端に群速度の小さいモードでは伝
搬時間が長くなるため、導波路として用いる場合には問
題が多く使いにくい。さらに、現実的な構造では若干の
構造の不均一性があるため、極端に群速度の小さいモー
ドはわずかな不均一性の影響を受けて、伝搬しなくなっ
てしまう。また、ライトラインの上(高周波数領域側)
のモードはフォトニック結晶による回折損が大きすぎて
光は伝搬できない。すなわち、フォトニック結晶導波路
内の光は結晶の周期構造から摂動を受けながら伝搬して
おり、ライトラインの上のモードでは光が回折損として
クラッド層に漏れてしまうのである。
However, in the structure shown as a conventional example, the waveguide mode satisfying the condition that light does not leak to the cladding layer is only the region surrounded by the ellipse below the light line in FIG. However, in this region, the inclination of the guided mode is very small, and the group velocity (energy propagation velocity) of the guided mode whose size is determined by this inclination is very small. In such a mode having an extremely small group velocity, the propagation time is long, and when used as a waveguide, there are many problems and it is difficult to use. Furthermore, in a practical structure, since there is a slight structural non-uniformity, a mode having an extremely small group velocity is affected by a slight non-uniformity and does not propagate. In addition, above the light line (high-frequency range side)
In the mode (2), light cannot be propagated because the diffraction loss due to the photonic crystal is too large. That is, the light in the photonic crystal waveguide propagates while being perturbed by the periodic structure of the crystal, and in the mode above the light line, the light leaks to the cladding layer as diffraction loss.

【0016】実際に本発明者によって1列抜き線欠陥導
波路を作製したところ、この導波路では伝搬は全く観測
されなかった。この問題の原因はクラッドが決めるライ
トラインよりも下に現実的に使いやすいある程度の大き
さの群速度を持った導波モードが存在しないことと、ラ
イトラインよりも上では回折損が非常に大きいことにあ
る。
[0016] When the present inventor actually produced a single-row line defect waveguide, no propagation was observed in this waveguide. The cause of this problem is that there is no guided mode with a certain large group velocity below the light line determined by the cladding, and the diffraction loss is very large above the light line It is in.

【0017】ライトラインよりも下のモードを利用する
ためには図2のグラフにおいてライトラインを上げるか
又は導波モードを動かす必要があるが、酸化物クラッド
構造をとる限り、ライトラインの位置はクラッドの屈折
率で制限されるため、大きく変えることができない。
In order to use the mode below the light line, it is necessary to raise the light line or move the guided mode in the graph of FIG. 2, but as long as the oxide clad structure is adopted, the position of the light line is Because it is limited by the refractive index of the cladding, it cannot be changed significantly.

【0018】また導波モードに関しては、バンドギャッ
プ内で単一の導波モードを得るという条件を課す限り、
図1の構造ではライトラインの下にある程度大きな群速
度を持たせることは困難である。ここでは三角格子の場
合について説明したが、正方格子など他の結晶構造の場
合には状況はさらに困難になり、要請をみたす導波モー
ドはやはり存在しない。このようにライトラインの下の
モードを利用することは非常に難しい。
Regarding the guided mode, as long as the condition of obtaining a single guided mode within the band gap is imposed,
In the structure of FIG. 1, it is difficult to have a somewhat large group velocity below the light line. Here, the case of a triangular lattice has been described, but in the case of another crystal structure such as a square lattice, the situation becomes more difficult, and there is no waveguide mode that meets the demand. It is very difficult to use the mode below the light line in this way.

【0019】上記の従来の技術を更に別の観点から説明
する。
The above-mentioned conventional technique will be described from another viewpoint.

【0020】図3は、従来型の1列抜き線欠陥フォトニ
ック結晶導波路を説明する図である。(a)は光導波路
の上面図、(b)はAA’断面図、(c)はBB’断面
図である。
FIG. 3 is a view for explaining a conventional one-line-cut defect photonic crystal waveguide. (A) is a top view of the optical waveguide, (b) is an AA ′ sectional view, and (c) is a BB ′ sectional view.

【0021】図3において、光導波路30は、上部クラ
ッド層36と下部クラッド層37に挟まれた誘電体薄膜
スラブ31(上記の高屈折率板に相当する)から構成さ
れている。誘電体薄膜スラブ31は、三角格子状に誘電
体薄膜スラブ31よりも低い屈折率を持つ低屈折率円柱
35を設けることによりフォトニック結晶を構成し、こ
れら低屈折率円柱35のうち一列を光導波部32とする
ために再び誘電体薄膜スラブ31と等しい屈折率の誘電
体に置き換えている。光導波部32における矢印←→は
光導波方向を示している。なお、図1に示した導波路
は、図3に示す構造において上部クラッド層及36び低
屈折率円柱35が空気であり、下部クラッド層37がS
iOであり、誘電体薄膜スラブ31がSiである場合
の例である。
In FIG. 3, the optical waveguide 30 is composed of a dielectric thin film slab 31 (corresponding to the above high refractive index plate) sandwiched between an upper clad layer 36 and a lower clad layer 37. The dielectric thin film slab 31 constitutes a photonic crystal by providing a low refractive index cylinder 35 having a lower refractive index than the dielectric thin film slab 31 in a triangular lattice shape. In order to make the wave portion 32, the dielectric thin film slab 31 is replaced with a dielectric having the same refractive index as the dielectric thin film slab 31 again. The arrow ← → in the optical waveguide 32 indicates the optical waveguide direction. In the waveguide shown in FIG. 1, in the structure shown in FIG. 3, the upper cladding layer and the low refractive index cylinder 35 are air, and the lower cladding layer 37 is S
This is an example in which iO 2 is used and the dielectric thin film slab 31 is Si.

【0022】ここでは例として、誘電体薄膜スラブ3
1、低屈折率円柱35、上部クラッド層36および下部
クラッド層37の屈折率をn=3.5、n=1.
0、n=n=1.46とし、低屈折率円柱35の半
径を0.275a、誘電体薄膜スラブ31の厚さを0.
50aとして光導波路30の特性を述べる。なお、屈折
率が1.0の低屈折率円柱35は空気穴と同じである。
aはフォトニック結晶の格子定数である(ここでは三角
格子)。
Here, as an example, the dielectric thin film slab 3
1. The refractive indices of the low refractive index cylinder 35, the upper cladding layer 36, and the lower cladding layer 37 are n 1 = 3.5 and n 2 = 1.
0, n 3 = n 4 = 1.46, the radius of the low refractive index cylinder 35 is 0.275a, and the thickness of the dielectric thin film slab 31 is 0.40.
The characteristics of the optical waveguide 30 will be described as 50a. The low refractive index cylinder 35 having a refractive index of 1.0 is the same as an air hole.
a is a lattice constant of the photonic crystal (here, a triangular lattice).

【0023】なお、比誘電率は屈折率の2乗に相当する
ので、本明細書における説明において、屈折率の代わり
に比誘電率もしくは誘電率を使用することもできる。
Since the relative dielectric constant is equivalent to the square of the refractive index, in the description in this specification, the relative dielectric constant or the dielectric constant may be used instead of the refractive index.

【0024】また、これらの屈折率は、1.55μm程
度の波長の通信用赤外線を対象としたこの種の導波路を
形成する際によく用いられるSi、空気(真空)及びS
iO の屈折率に対応する。
Further, their refractive indices are about 1.55 μm.
This type of waveguide is intended for communication infrared
Si, air (vacuum) and S commonly used in forming
iO 2Corresponds to the refractive index of

【0025】図4は、上記の光導波路における導波モー
ドを説明する図である。(a)は光導波部を通過するこ
とができる導波モードの分散関係を周期的境界条件を課
した平面波展開法(R.D.Meade et al.,Physical Review
B 48,8434(1993))で計算した結果を示す図であり、図
2と同様の図である。(b)はモード1の誘電体薄膜ス
ラブに垂直な磁場成分を示す図であり、(c)はモード
2の誘電体薄膜スラブに垂直な磁場成分を示す図であ
る。
FIG. 4 is a view for explaining a waveguide mode in the above-mentioned optical waveguide. (A) is a plane wave expansion method that imposes periodic boundary conditions on the dispersion relation of guided modes that can pass through the optical waveguide (RDMeade et al., Physical Review
B 48, 8434 (1993)), and is a diagram similar to FIG. 2. (B) is a diagram showing a magnetic field component perpendicular to the dielectric thin film slab in mode 1, and (c) is a diagram showing a magnetic field component perpendicular to the dielectric thin film slab in mode 2.

【0026】図4(a)中の各量は格子定数aや光速c
で規格化されている。斜線部分は、フォトニックバンド
ギャップ(J D. JoannoPoulos, R D. Meade,J N.Winn,
“Photonic Crystals”, Princeton University Press,
Princeton (1995))の外側に対応し、その結果として
光が光導波部32に閉じ込められない領域(A.Mekiset
al.,Physical Review B 58,4809(1998))を示す。
4A are lattice constants a and light velocities c.
It is standardized in. The shaded area indicates the photonic band gap (J D. Joanno Poulos, R D. Meade, J N. Winn,
“Photonic Crystals”, Princeton University Press,
Princeton (1995)), and as a result, an area where light is not confined to the optical waveguide 32 (A. Mekiset)
al., Physical Review B 58, 4809 (1998)).

【0027】縦線ハッチ部分は、誘電体薄膜スラブ31
と誘電体薄膜スラブ31を上下で挟んでいる上部クラッ
ド層36および下部クラッド層37との屈折率差による
光の閉じこめの力がなくなり、その結果として光が光導
波部32に閉じ込められない領域(S G. Johnson et a
l., Physical Review B 60,5751 (1999))である。な
お、この領域は前述したライトラインの上側に相当す
る。すなわち、図において導波路として検討すべき領域
は白抜きされた領域のみである。
The vertical hatched portion is the dielectric thin film slab 31
There is no light confining force due to the difference in refractive index between the upper cladding layer 36 and the lower cladding layer 37 sandwiching the dielectric thin film slab 31 above and below, and as a result, the region where light is not confined in the optical waveguide portion 32 ( S G. Johnson et a
l., Physical Review B 60,5751 (1999)). This region corresponds to the upper side of the above-mentioned write line. That is, in the drawing, the region to be considered as the waveguide is only the white region.

【0028】図からもわかるように、従来型の光導波路
30では検討すべき領域において2本の導波モード1,
2が存在する。バンドギャップが広い場合さらに多くの
導波モードも存在し得るが、ここでは簡単のためこれら
2個のモード1,2のみを考える。なお、モード1が図
2において楕円で囲んだ部分のモードに相当し、モード
2が上の点線のモードに相当する。
As can be seen from the figure, the conventional optical waveguide 30 has two waveguide modes 1 and 1 in a region to be studied.
There are two. If the band gap is wide, more waveguide modes may exist, but only two modes 1 and 2 will be considered here for simplicity. Mode 1 corresponds to the mode of the portion enclosed by the ellipse in FIG. 2, and mode 2 corresponds to the upper dotted mode.

【0029】これらの2モード1,2のうち、低周波側
のモード1は一般に(b)に示すような電磁界分布をし
ている。高周波側のモード2は一般に(c)に示すよう
な電磁界分布をしている。
Of these two modes 1 and 2, mode 1 on the low frequency side generally has an electromagnetic field distribution as shown in FIG. Mode 2 on the high frequency side generally has an electromagnetic field distribution as shown in FIG.

【0030】これらの導波モード1,2のうち実用的な
導波モードは一般的な単一モード導波路における電磁界
とほぼ同様な電磁界分布をもつモード1である。モード
2は電磁界分布が一般的な単一モード導波路における電
磁界とは大幅に異なり、従って外部回路から光を導入す
ることは困難である。すなわち、モード2は実用的な導
波モードではない。また、バンドギャップが広い場合に
現れる、より高周波側のモードも同様に一般的な単一モ
ード導波路における電磁界とは電磁界分布が大幅に異な
り、実用的でないことは導波路の一般的議論から明らか
である。
The practical waveguide mode among these waveguide modes 1 and 2 is mode 1 having an electromagnetic field distribution almost similar to the electromagnetic field in a general single mode waveguide. In mode 2, the electromagnetic field distribution is significantly different from the electromagnetic field in a general single-mode waveguide, so that it is difficult to introduce light from an external circuit. That is, mode 2 is not a practical waveguide mode. Also, the higher-frequency mode that appears when the band gap is wide has a significantly different electromagnetic field distribution from the electromagnetic field in a general single-mode waveguide, and is not practical. It is clear from

【0031】そこで、従来型の導波路ではモード1が用
いられるのであるが、このモード1は図4(a)からも
分かるように、伝搬定数が変化しても殆ど導波周波数が
変化しないため、使用可能な周波数帯域が極めて狭いと
いう欠点がある。この場合の周波数帯域は約1%であ
る。
Therefore, mode 1 is used in a conventional waveguide. As can be seen from FIG. 4A, mode 1 has almost no change in the waveguide frequency even when the propagation constant changes. However, there is a disadvantage that the usable frequency band is extremely narrow. The frequency band in this case is about 1%.

【0032】また伝搬定数が変化しても殆ど周波数が変
化しないということは物理的には電磁場の群速度が非常
に遅いことを意味する。従って、伝搬時間が非常に長時
間となり、導波路の構成物質の誘電損失などに起因する
伝搬損失が大きくなるという欠点がある。
Further, the fact that the frequency hardly changes even if the propagation constant changes means that the group velocity of the electromagnetic field is extremely low physically. Therefore, there is a disadvantage that the propagation time becomes very long, and the propagation loss due to the dielectric loss of the constituent material of the waveguide increases.

【0033】[0033]

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような点
に鑑みてなされたものであり、上述したフォトニック結
晶導波路の問題点を解決し、群速度を向上させ、伝搬損
失を少なくした単一モード伝搬を可能とするスラブ型2
次元フォトニック結晶導波路を提供することを目的とす
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and has solved the above-mentioned problems of the photonic crystal waveguide, improved the group velocity, and reduced the propagation loss. Slab type 2 that enables single mode propagation
It is an object to provide a two-dimensional photonic crystal waveguide.

【0034】[0034]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は次のように構成することができる。
In order to achieve the above object, the present invention can be configured as follows.

【0035】本発明は、スラブ型2次元フォトニック結
晶の格子の一部を導波方向に直線状に除き欠陥構造とし
たスラブ型2次元フォトニック結晶導波路において、前
記欠陥構造における欠陥部分の両側の格子間の幅である
第1の幅を、前記スラブ型2次元フォトニック結晶の格
子の1列を除いただけの通常の欠陥構造における欠陥部
分の両側の格子間の幅である第2の幅と異なるようにし
た構造とする。
According to the present invention, there is provided a slab type two-dimensional photonic crystal waveguide in which a part of the lattice of the slab type two-dimensional photonic crystal is linearly removed in the waveguide direction and has a defect structure. The first width, which is the width between the lattices on both sides, is the second width, which is the width between the lattices on both sides of the defect portion in the normal defect structure, except for one row of the lattice of the slab type two-dimensional photonic crystal. The structure is different from the width.

【0036】上記の構造において、前記欠陥部分の第1
の幅は前記第2の幅の0.50倍から0.85倍の間の
いずれかの値であるとする。
In the above structure, the first of the defective portions is
Is a value between 0.50 and 0.85 times the second width.

【0037】本発明によれば、ライトラインよりも下に
大きな群速度を持った単一導波モードが形成可能な構造
の光導波路を提供することができる。
According to the present invention, it is possible to provide an optical waveguide having a structure capable of forming a single guided mode having a large group velocity below the light line.

【0038】また、前記格子は空気穴型三角格子とする
ことができ、前記スラブ型2次元フォトニック結晶が、
酸化物クラッド又はポリマークラッドを有するように構
成できる。更に、前記スラブ型2次元フォトニック結晶
は、Silicon-On-Insulator(SOI)基板を用いて製造
することもできる。
Further, the lattice may be an air hole type triangular lattice, and the slab type two-dimensional photonic crystal may be:
It can be configured to have an oxide cladding or a polymer cladding. Further, the slab type two-dimensional photonic crystal can be manufactured using a silicon-on-insulator (SOI) substrate.

【0039】また、上記の構造において、前記欠陥部分
の第1の幅は、前記第2の幅より広く、前記光導波路が
クラッドのライトラインより高周波側で単一モードを有
する幅であるような構造とすることができる。また、そ
のような幅として、前記欠陥部分の第1の幅が前記第2
の幅の1.3倍から1.6倍の間のいずれかの値である
とすることができる。
In the above structure, the first width of the defective portion is wider than the second width, and the optical waveguide has a single mode at a higher frequency side than the light line of the clad. It can be structured. Further, as such a width, the first width of the defective portion is the second width.
May be any value between 1.3 times and 1.6 times the width of.

【0040】本発明によれば、ライトラインよりも上に
低損失の単一導波モードが形成可能な構造の光導波路を
提供することができる。
According to the present invention, it is possible to provide an optical waveguide having a structure capable of forming a single waveguide mode with low loss above a light line.

【0041】また、本発明は次のように構成することも
できる。
The present invention can also be configured as follows.

【0042】本発明は、誘電体薄膜スラブに誘電体薄膜
スラブよりも低い屈折率の円柱状又は多角柱状の誘電体
柱を適当な2次元周期間隔で設け、さらに誘電体薄膜ス
ラブの上下を誘電体薄膜スラブよりも低い屈折率を持つ
上部クラッド層と下部クラッド層とで挟んだスラブ型2
次元フォトニック結晶導波路において、光導波部となる
べき部分に存在する誘電体柱を、通常のスラブ型2次元
フォトニック結晶において配置されるべき2次元周期配
置の位置から光導波方向に移動して配置する。
According to the present invention, a cylindrical or polygonal dielectric column having a lower refractive index than the dielectric thin film slab is provided on the dielectric thin film slab at an appropriate two-dimensional periodic interval. Slab type 2 sandwiched between an upper cladding layer and a lower cladding layer having a lower refractive index than the body thin film slab
In a two-dimensional photonic crystal waveguide, a dielectric pillar existing in a portion to be an optical waveguide is moved in a light guiding direction from a position of a two-dimensional periodic arrangement to be arranged in a normal slab type two-dimensional photonic crystal. To place.

【0043】本発明によっても、ライトラインよりも下
に大きな群速度を持った単一導波モードが形成可能な構
造の光導波路を提供することができる。なお、誘電体柱
とは、誘電体薄膜スラブよりも低い屈折率を持つ低屈折
率柱である。
According to the present invention, it is also possible to provide an optical waveguide having a structure capable of forming a single guided mode having a larger group velocity below the light line. The dielectric pillar is a low refractive index pillar having a lower refractive index than the dielectric thin film slab.

【0044】上記の構造において、前記光導波部に配置
した誘電体柱の径は光導波部以外の誘電体柱の径と異な
る値で、かつ前記光導波部に配置しない他の誘電体柱と
互いに接することのない範囲の値であるように構成でき
る。
In the above structure, the diameter of the dielectric pillar disposed in the optical waveguide is different from the diameter of the dielectric pillar other than the optical waveguide, and the diameter of the dielectric pillar is different from that of the other dielectric pillar not disposed in the optical waveguide. The values can be configured to be in a range that does not touch each other.

【0045】また、前記光導波部に配置する誘電体柱の
前記移動位置は、位置をずらす前の前記2次元周期間隔
の位置から光導波方向に前記2次元周期間隔の半分の距
離だけ移動した位置であるように構成してもよい。
In addition, the moving position of the dielectric pillar disposed in the optical waveguide portion is shifted from the position of the two-dimensional periodic interval before shifting the position by half the distance of the two-dimensional periodic interval in the optical waveguide direction. It may be configured to be a position.

【0046】また、前記フォトニック結晶は、格子定数
aの三角格子状に配置された誘電体柱を有する構造であ
り、それらの半径又は半幅が0.2aから0.45aで
あり、かつ、前記光導波部に配置した誘電体柱が、互い
に接することのない範囲の径であるように構成すること
ができる。
The photonic crystal has a structure having dielectric pillars arranged in a triangular lattice with a lattice constant a, the radius or half width of which is 0.2a to 0.45a. The diameter of the dielectric pillars arranged in the optical waveguide portion can be set so that the diameters of the dielectric pillars do not touch each other.

【0047】また、誘電体薄膜スラブ材料の屈折率が
3.0から4.5の間にあり、かつ誘電体薄膜スラブ以
外の部分の材料の屈折率が1.0から1.7の間にある
ように材料を構成する。
The refractive index of the dielectric thin film slab material is between 3.0 and 4.5, and the refractive index of the material other than the dielectric thin film slab is between 1.0 and 1.7. Configure the material as you would.

【0048】更に、上記の構造において、前記フォトニ
ック結晶は、格子定数aの正方格子状に配置された誘電
体柱であり、それらの半径又は半幅が0.35aから
0.45aであり、かつ、前記光導波部に配置した誘電
体柱が、互いに接することのない範囲の径であるような
構造とすることもできる。
Further, in the above-mentioned structure, the photonic crystal is a dielectric pillar arranged in a square lattice with a lattice constant a, and has a radius or a half width of 0.35a to 0.45a, and Alternatively, a structure may be employed in which the dielectric pillars arranged in the optical waveguide have a diameter in a range where they do not touch each other.

【0049】更に、前記誘電体薄膜スラブ材料に珪素、
ゲルマニウム、ガリウム・砒素系化合物、インジウム・
燐系化合物、又は、インジウム・アンチモン系化合物を
用い、かつ誘電体薄膜スラブ以外の部分の材料に、二酸
化珪素、ポリイミド系有機化合物、エポキシ系有機化合
物、アクリル系有機化合物、空気、又は、真空を用いる
ことができる。
Further, silicon is used for the dielectric thin film slab material.
Germanium, gallium / arsenic compounds, indium /
Using a phosphorus-based compound or an indium-antimony-based compound, and using silicon dioxide, a polyimide-based organic compound, an epoxy-based organic compound, an acrylic-based organic compound, air, or vacuum for the material other than the dielectric thin film slab Can be used.

【0050】[0050]

【発明の実施の形態】本発明の第1の実施の形態及び第
2の実施の形態における光導波路は、スラブ型2次元フ
ォトニック結晶の格子の一部を直線状に除き欠陥構造と
した光導波路において、その欠陥構造の幅を格子の配列
の1列分の幅より狭くしたり(第1の実施の形態)、あ
るいは広くなるように(第2の実施の形態)、欠陥を挟
んだ両側の格子の配列をずらした構造としたものであ
る。このような構造とすることにより、従来技術で説明
したようなフォトニックバンドギャップ及び屈折率差に
よる光閉じ込め法を用いながら、低損失で群速度の大き
な単一モードを持つ構造を実現する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An optical waveguide according to the first and second embodiments of the present invention has a defect structure in which a part of a lattice of a slab type two-dimensional photonic crystal is removed linearly and has a defect structure. In the waveguide, the width of the defect structure is made narrower than the width of one row of the lattice arrangement (first embodiment) or widened (second embodiment) so that both sides of the defect are sandwiched. Are shifted from each other. With such a structure, a structure having a single mode with low loss and large group velocity can be realized while using the light confinement method based on the photonic band gap and the refractive index difference as described in the related art.

【0051】また、スラブ型2次元フォトニック結晶に
おける1列分の低屈折率柱(空気穴等)の位置を光導波
方向にずらしたり、更に穴径を変化させる構造とするこ
とによっても同様の効果を得ることができる(第3の実
施の形態)。
The same applies to the case where the position of one row of low refractive index columns (air holes or the like) in the slab type two-dimensional photonic crystal is shifted in the optical waveguide direction or the hole diameter is further changed. An effect can be obtained (third embodiment).

【0052】なお、スラブ型2次元フォトニック結晶と
は、誘電体薄膜スラブに誘電体薄膜スラブよりも低い屈
折率の円柱状又は多角柱状の低屈折率柱を適当な2次元
周期間隔で設け、さらに誘電体薄膜スラブの上下を誘電
体薄膜スラブよりも低い屈折率を持つ上部クラッド層と
下部クラッド層とで挟んだフォトニック結晶のことであ
る。
The slab-type two-dimensional photonic crystal is a dielectric thin film slab in which cylindrical or polygonal low refractive index columns having a lower refractive index than the dielectric thin film slab are provided at appropriate two-dimensional periodic intervals. Further, it refers to a photonic crystal in which the upper and lower portions of a dielectric thin film slab are sandwiched between an upper cladding layer and a lower cladding layer having a lower refractive index than the dielectric thin film slab.

【0053】また、上記の格子の配列の1列分の幅と
は、スラブ型2次元フォトニック結晶の格子の1列を除
いただけの通常の欠陥構造における欠陥部分の両側の格
子間の幅である。
The width of one row of the lattice arrangement is the width between the lattices on both sides of the defect portion in the normal defect structure except for one row of the lattice of the slab type two-dimensional photonic crystal. is there.

【0054】以下、各実施の形態について説明する。 <第1の実施の形態>まず、本発明の第1の実施の形態
について説明する。
Hereinafter, each embodiment will be described. <First Embodiment> First, a first embodiment of the present invention will be described.

【0055】図5は、本発明の第1実施例における1列
抜き線欠陥フォトニック結晶導波路からなる光導波路1
の模式図であり、(a)はその上面図、(b)はB−
B'断面図である。なお、本発明は酸化物クラッド型2
次元スラブフォトニック結晶に単一線欠陥を形成する場
合に、その線欠陥の両側の結晶格子全体をずらした配置
として欠陥幅を調整することによって、クラッドのライ
トラインよりも下に大きな群速度を持った単一導波モー
ドを形成することを特徴とする。
FIG. 5 shows an optical waveguide 1 composed of a single-row out-of-line defect photonic crystal waveguide according to the first embodiment of the present invention.
(A) is a top view thereof, (b) is B-
It is B 'sectional drawing. The present invention relates to an oxide clad type 2
When a single line defect is formed in a two-dimensional slab photonic crystal, by adjusting the defect width by displacing the entire crystal lattice on both sides of the line defect, it has a large group velocity below the clad light line. And a single guided mode is formed.

【0056】すなわち、0.2μm厚のSi層2,3μ
m厚のSiO3のSOI基板上に電子線露光とドライ
エッチングによって格子定数a=0.39μmの空気穴
三角格子フォトニック結晶を作製し、その際に様々な幅
の1列抜き欠陥を導入した。欠陥導波路の幅調整法は、
1列分の穴を抜いた後の構造において、この列をはさん
だ両側の結晶格子を一定長さ列と垂直方向にずらすこと
によって行っている。
That is, a 0.2 μm thick Si layer 2 or 3 μm
An air hole triangular lattice photonic crystal having a lattice constant a = 0.39 μm is fabricated on an m-thick SiO 2 SOI substrate by electron beam exposure and dry etching, and a single-row defect having various widths is introduced. did. The method of adjusting the width of the defective waveguide is
In the structure after one row of holes is punched out, the crystal lattices on both sides sandwiching this row are vertically shifted from the row of a certain length.

【0057】通常の1列抜き線欠陥フォトニック結晶導
波路における欠陥の幅は単純に格子1列抜いた場合の欠
陥をはさんだ両側の最近接格子4の中心間の距離として
定義され、本実施の形態における欠陥の幅は、通常の場
合の欠陥の幅をWとし、その定数倍で表現される。この
フォトニック結晶自体は、波長1.35μmから1.5
7μmの間にフォトニックバンドギャップを持ち、この
波長範囲内では無欠陥部分の結晶には光透過は観測され
なかった。次に各欠陥導波路の光透過スペクトルを測定
した。単純な格子1列抜き(幅1.0Wのもの)ではバ
ンドギャップの波長領域内で光の透過が全く観測されな
かった。一方、幅を0.7Wにしたものではバンドギャ
ップ内のある波長領域で明確な光透過が観測された。
The width of a defect in a normal one-line-outline defect photonic crystal waveguide is simply defined as the distance between the centers of the closest lattices 4 on both sides of the defect when one line of the lattice is removed. The width of the defect in the form (1) is expressed by a constant multiple of W, where W is the width of the defect in a normal case. This photonic crystal itself has a wavelength of 1.35 μm to 1.5 μm.
There was a photonic band gap between 7 μm, and no light transmission was observed in the defect-free crystal within this wavelength range. Next, the light transmission spectrum of each defective waveguide was measured. No light transmission was observed within the bandgap wavelength region when one line of the grating was simply removed (with a width of 1.0 W). On the other hand, when the width was 0.7 W, clear light transmission was observed in a certain wavelength region within the band gap.

【0058】図6は、本発明の第1の実施の形態におけ
る1列抜き線欠陥フォトニック結晶導波路からなる光導
波路の導波モード分散である。この図6に対応させて図
2を示すと図7のようになる。図7は図6と同じように
クラッド(この場合SiO)のライトラインを重ねて
示したものである。図7に示す従来のものではライトラ
インより下側の伝搬モード(図4のモード1に対応する
伝搬モード)の傾きが小さいのに対し、図6に示す本発
明では、ライトラインよりも下側に大きな傾きを持っ
た、即ち大きな群速度を持った導波モードが存在してい
る。またその領域では単一モード条件を満たしているこ
とも図より明らかである。
FIG. 6 shows the waveguide mode dispersion of an optical waveguide composed of a single-row line defect photonic crystal waveguide according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is shown in FIG. 7 corresponding to FIG. FIG. 7 shows the light lines of the cladding (in this case, SiO 2 ) superimposed as in FIG. In the conventional device shown in FIG. 7, the inclination of the propagation mode below the light line (the propagation mode corresponding to mode 1 in FIG. 4) is small, whereas in the present invention shown in FIG. There is a waveguide mode having a large inclination, that is, a large group velocity. It is also clear from the figure that the region satisfies the single mode condition.

【0059】実験で光透過が観測された波長領域は、こ
の導波モードの存在している領域と一致しており、幅を
減少させたことによりライトラインよりも下に群速度の
大きな単一モードが形成されたために光透過が実現した
ことを示している。様々な構造パラメータについて、時
間領域有限差分法及び平面波展開法によって導波モード
分散を計算した結果、導波路幅を0.50Wから0.8
5Wの間に設定した場合にライトラインの下に大きな群
速度を持つ導波モードが形成されることがことがわかっ
た。また、実験においても、この導波路幅範囲で光伝搬
が観測された。
The wavelength region where the light transmission was observed in the experiment coincides with the region where the waveguide mode exists, and the reduced width has a single group with a large group velocity below the light line. This indicates that light transmission has been realized due to the mode being formed. As a result of calculating the waveguide mode dispersion by the time domain finite difference method and the plane wave expansion method for various structural parameters, the waveguide width was changed from 0.50 W to 0.8 W.
It was found that a waveguide mode having a large group velocity was formed below the light line when set between 5 W. Also, in the experiment, light propagation was observed in this waveguide width range.

【0060】図8(a)、(b)に導波路幅が0.85
Wと0.50Wの場合の導波モード分散の理論計算結果
を示す。図8(a)が0.85Wの場合を示し、図8
(b)が0.50Wの場合を示す。導波路幅が0.85
Wと0.50Wの間では、例えば図6(0.7Wの場
合)に示すように、導波路の透過帯域幅は図8(a)、
(b)の結果よりも広くなるので、この範囲で実用的な
導波路として機能することがわかる。
FIGS. 8A and 8B show that the waveguide width is 0.85.
The theoretical calculation results of the waveguide mode dispersion for W and 0.50 W are shown. FIG. 8A shows the case of 0.85 W, and FIG.
The case where (b) is 0.50 W is shown. Waveguide width is 0.85
Between W and 0.50 W, for example, as shown in FIG. 6 (for 0.7 W), the transmission bandwidth of the waveguide is as shown in FIG.
Since the result is wider than the result of (b), it can be seen that it functions as a practical waveguide in this range.

【0061】幅を狭くすることにより上記の効果が得ら
れる理由は次の通りである。
The reason why the above effects can be obtained by reducing the width is as follows.

【0062】従来の技術で説明したように、図2に示さ
れる典型的な1列抜き線欠陥の状態では、フォトニック
バンドギャップ内でかつライトラインより低周波数領域
(以下、この領域をα領域と称する)のモード(図中丸
部)は群速度が非常に小さなものであり、実用的ではな
い。そこでバンドギャップの外にある一番下の群速度の
大きなモードに注目する。
As described with reference to the prior art, in the state of the typical single-line line defect shown in FIG. 2, a region within the photonic band gap and lower in frequency than the write line (hereinafter, this region is referred to as the α region) ) Mode (circled in the figure) has a very low group velocity, and is not practical. Therefore, focus on the mode with the largest group velocity at the bottom outside the band gap.

【0063】導波路幅を狭くすると等価的に屈折率が下
がり、この一番下のモードを高周波数側にシフトさせる
ことができる。これにより、このモードをα領域で利用
することができる。従って、群速度の大きなモードをバ
ンドギャップ内かつライトラインの下で実現することが
可能となる。
When the width of the waveguide is reduced, the refractive index is reduced equivalently, and the lowest mode can be shifted to the higher frequency side. As a result, this mode can be used in the α region. Therefore, a mode having a large group velocity can be realized within the band gap and below the write line.

【0064】なお、導波路部の屈折率を下げる方法とし
て、導波路部に屈折率の小さな媒質を利用する方法や、
導波路部に孔をあけ等価的に屈折率を下げる方法もあ
る。なお、導波路部に孔を空けることに相当する方法
は、第3の実施の形態において説明する。
As a method of lowering the refractive index of the waveguide portion, a method of using a medium having a small refractive index in the waveguide portion,
There is also a method in which a hole is made in the waveguide portion to lower the refractive index equivalently. A method corresponding to making a hole in the waveguide portion will be described in a third embodiment.

【0065】<第2の実施の形態>次に、本発明の第2
の実施の形態について説明する。
<Second Embodiment> Next, a second embodiment of the present invention will be described.
An embodiment will be described.

【0066】図9は、本発明の第2の実施の形態におけ
る1列抜き線欠陥フォトニック結晶導波路からなる光導
波路1Aの模式図である。なお、この第2の実施の形態
は酸化物クラッド型2次元スラブフォトニック結晶に単
一線欠陥を形成する場合に、その線欠陥の両側の結晶格
子全体をずらして欠陥幅を広げることによって、クラッ
ドのライトラインよりも上に伝搬損失の小さな単一導波
モードを形成することを特徴とする。
FIG. 9 is a schematic view of an optical waveguide 1A comprising a single-row line defect photonic crystal waveguide according to the second embodiment of the present invention. In the second embodiment, when a single line defect is formed in an oxide clad type two-dimensional slab photonic crystal, the entire crystal lattice on both sides of the line defect is shifted to increase the defect width. A single waveguide mode with small propagation loss is formed above the light line.

【0067】すなわち、0.2μm厚のSi層2,3μ
m厚のSiO3のSOI基板上に電子線露光とドライ
エッチングによって格子定数a=0.39μmの空気穴
三角格子フォトニック結晶を作製し、その際に様々な幅
の1列抜き欠陥を導入した。欠陥導波路の幅調整は、1
列分の穴を抜いた後の構造において、この列を挟んだ両
側の結晶格子を引き離す方向にずらす構造とすることに
よって行っている。
That is, an Si layer having a thickness of 0.2 μm
An air hole triangular lattice photonic crystal having a lattice constant a = 0.39 μm is fabricated on an m-thick SiO 2 SOI substrate by electron beam exposure and dry etching, and a single-row defect having various widths is introduced. did. The width adjustment of the defective waveguide is 1
In the structure after the holes for the rows are formed, the crystal lattices on both sides of the rows are shifted in a direction to separate them.

【0068】この第2の実施の形態の欠陥幅は格子1列
分の1.5倍となっている。この場合も、幅の定義は図
に示すように単純に格子1列抜いた場合の欠陥を挟んだ
両側の最近接格子4の中心間の距離をWとし、その定倍
数で表現している。このフォトニック結晶自体は、波長
1.35μmから1.57μmの間にフォトニックバン
ドギャップを持ち、この波長範囲内では無欠陥部分の結
晶には光透過は観測されなかった。
The defect width of the second embodiment is 1.5 times as large as one grid line. In this case as well, the width is defined as a constant multiple of W, which is the distance between the centers of the closest grids 4 on both sides of the defect when a single grid is simply removed as shown in the figure. This photonic crystal itself had a photonic band gap between wavelengths of 1.35 μm and 1.57 μm, and no light transmission was observed in the defect-free portion of the crystal within this wavelength range.

【0069】次に各欠陥導波路の光透過スペクトルを測
定した。単純な格子1列抜き(幅1.0Wのもの)では
バンドギャップの波長領域内で光の透過が全く観測され
なかった。一方、幅を1.5Wにした本実施の形態の光
導波路1Aではバンドギャップ内のある波長域で明確な
透過光が観測された。
Next, the light transmission spectrum of each defective waveguide was measured. No light transmission was observed within the bandgap wavelength region when one line of the grating was simply removed (with a width of 1.0 W). On the other hand, in the optical waveguide 1A of the present embodiment having a width of 1.5 W, clear transmitted light was observed in a certain wavelength range within the band gap.

【0070】図10は、本発明の第2の実施の形態の1
列抜き線欠陥フォトニック結晶導波路からなる光導波路
1Aの導波モード分散である。図2と同じようにクラッ
ド(この場合SiO)のライトラインを重ねて示し
た。実験で光透過が観測された波長領域は、図の単一モ
ード領域における偶モードが存在する領域と一致する。
この場合、ライトラインよりも上側のフォトニックバン
ドギャップ内に単一モード領域が存在しているが、幅を
広げたことにより回折損が減少し漏洩の問題を解消して
いる。すなわち、ライトラインより上にもかかわらず低
損失の導波モードが形成されたこととなる。
FIG. 10 shows a second embodiment of the present invention.
This is the waveguide mode dispersion of the optical waveguide 1A formed of the line defect photonic crystal waveguide. As in FIG. 2, the light lines of the cladding (in this case, SiO 2 ) are shown overlapping. The wavelength region where light transmission was observed in the experiment coincides with the region where the even mode exists in the single mode region in the figure.
In this case, a single mode region exists in the photonic band gap above the light line, but the widening reduces the diffraction loss and solves the problem of leakage. That is, a low-loss waveguide mode is formed despite the position above the light line.

【0071】図11は、本発明の第2の実施の形態にお
ける1列抜き線欠陥フォトニック結晶導波路のライトラ
インより上側における単一モード帯域幅(点線で示す)
と伝搬損失の導波路幅依存性(実線で示す)を示す図で
ある。帯域幅は単一モード帯域の中心周波数で規格化さ
れている。図11に示すように、導波路幅を1Wから広
げると、単一モード帯域幅が増加した後、減少し、1.
6Wを越えると単一モード帯域が得られなくなる。これ
は、幅を広くすることにより、図10中のフォトニック
バンドギャップ内のモードが低周波側にシフトするため
におこる。また、伝搬損失は、幅を広げることにより減
少する。
FIG. 11 shows a single-mode bandwidth (shown by a dotted line) above a light line of a one-row open-line defect photonic crystal waveguide according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating the dependence of propagation loss on the waveguide width (indicated by a solid line). The bandwidth is standardized at the center frequency of the single mode band. As shown in FIG. 11, when the waveguide width is increased from 1 W, the single mode bandwidth increases and then decreases.
If it exceeds 6 W, a single mode band cannot be obtained. This occurs because the mode in the photonic band gap in FIG. 10 shifts to the lower frequency side by increasing the width. Also, the propagation loss is reduced by increasing the width.

【0072】様々な構造パラメータについて、時間領域
有限差分法によって導波モード分散及び伝搬損失を計算
した結果、導波路幅を1.6W以下に設定した場合にラ
イトラインの上に単一モード条件を満たす伝搬モードが
形成され、1.3W以上で伝搬損失が実用的損失値20
dB/mm以下となることがわかった。また、実験にお
いても、この導波路幅範囲で光伝搬が観測された。すな
わち、導波路幅を1.6W以下で1.3W以上とするこ
とにより、伝搬損失が実用的損失値以下でかつ単一モー
ド条件を満たす伝搬モードが得られることとなる。
As a result of calculating the waveguide mode dispersion and the propagation loss by the time domain finite difference method for various structural parameters, when the waveguide width is set to 1.6 W or less, the single mode condition is set on the light line. A propagation mode that satisfies the condition is formed.
It was found to be less than dB / mm. Also, in the experiment, light propagation was observed in this waveguide width range. That is, by setting the waveguide width to 1.6 W or less and 1.3 W or more, a propagation mode in which the propagation loss is less than the practical loss value and which satisfies the single mode condition can be obtained.

【0073】すなわち、幅を広げた導波路ではクラッド
のライトラインより低周波数側に群速度の大きなモード
を有する構造を実現することが難しい一方で、導波路の
幅を広げることにより結晶から受ける摂動が小さくなる
ため、群速度が速くなる・回折されにくくなるなどの効
果が表れ、その結果、図10に示されるようにクラッド
のライトラインより高周波数領域であるにもかかわら
ず、伝搬損失を効果的に低減することができるようにな
る。ただし、幅を広げるに伴い導波路の実効的な屈折率
が大きくなるので、上述したように図10に示される単
一モード帯域が低周波数側にシフトし、単一モード帯域
が次第に狭くなる。従って、単一モードを実現するには
導波路幅を1.6W以下とする必要がある。
That is, while it is difficult to realize a structure having a mode having a large group velocity on the lower frequency side than the light line of the clad with the widened waveguide, the perturbation received from the crystal by widening the width of the waveguide is difficult. Has the effect of increasing the group velocity and making it difficult to diffract. As a result, as shown in FIG. 10, even though the frequency is higher than the light line of the cladding, the propagation loss is reduced. Can be reduced. However, since the effective refractive index of the waveguide increases as the width increases, the single mode band shown in FIG. 10 shifts to a lower frequency side as described above, and the single mode band gradually narrows. Therefore, in order to realize a single mode, the waveguide width needs to be 1.6 W or less.

【0074】さて、次に本発明の説明に用いている導波
モード分散曲線(図6、7、10等)の計算方法につい
てここで説明する。
Now, a method of calculating a waveguide mode dispersion curve (FIGS. 6, 7, 10 and the like) used in the description of the present invention will be described here.

【0075】この分散曲線はFDTD法(Finite
Difference TimeDomain me
thod、時間領域有限差分法)と呼ばれる計算方法で
マックスウェル方程式を解析することにより得られるも
のであり、以下、その解析法について説明する。
This dispersion curve is calculated by the FDTD method (Finite
Difference TimeDomain me
(Time, finite difference method) is obtained by analyzing Maxwell's equations by a calculation method called "time domain finite difference method". The analysis method will be described below.

【0076】最初に、結晶工学などで行われる結晶のバ
ンド解析について簡単に説明する。結晶のような周期的
構造体は、あるユニットセルの繰り返しで表現すること
ができる。このような構造中のフィールドはブロッホ波
となることはよく知られた事実である。バンド解析と
は、ユニットセルが触れ合う境界にブロッホ条件が満た
される周期的境界条件を適用し、この条件を満たすフィ
ールドを固有モードとして抜き出す作業である。このと
き解析の対象となるのがシュレディンガー方程式であ
り、その中に含まれる空間的なポテンシャルの分布が物
質によって異なるため、様々なバンド構造が存在する。
この考え方を周期構造体であるフォトニック結晶につい
て適用する。ただし、対象が電子ではなく光であるため
取り扱う方程式はマックスウェル方程式となり、ポテン
シャルの分布の代わりに屈折率(誘電率)分布が計算に
もちいられる。
First, the band analysis of a crystal performed by crystal engineering or the like will be briefly described. A periodic structure such as a crystal can be represented by repeating a certain unit cell. It is a well-known fact that fields in such structures are Bloch waves. The band analysis is a work of applying a periodic boundary condition that satisfies the Bloch condition to a boundary where unit cells come into contact, and extracting a field that satisfies this condition as an eigenmode. At this time, the object to be analyzed is the Schrodinger equation, and the distribution of the spatial potential contained therein differs depending on the substance, so that various band structures exist.
This concept is applied to a photonic crystal that is a periodic structure. However, since the target is light rather than electrons, the equation handled is Maxwell's equation, and the refractive index (dielectric constant) distribution is used for calculation instead of the potential distribution.

【0077】次に、FDTD法を用いて固有モードを抜
き出す作業について説明する。FDTD法とは、マック
スウェル方程式を時間と空間で差分化し、与えられた構
造(屈折率(誘電率)の空間分布)内を伝搬する光の電
磁界を時間に対する逐次計算で求める方法であり、本来
固有値を直接求める計算手法ではない。しかし、以下の
方法により与えられた構造に適合するモードを求めるこ
とが可能である。
Next, an operation of extracting an eigenmode using the FDTD method will be described. The FDTD method is a method in which the Maxwell equation is differentiated in time and space, and an electromagnetic field of light propagating in a given structure (spatial distribution of refractive index (dielectric constant)) is obtained by sequential calculation with respect to time. It is not a calculation method for directly obtaining an eigenvalue. However, it is possible to determine a mode that conforms to a given structure by the following method.

【0078】まず、与えられた構造内に適当な初期フィ
ールドを与える。逐次計算を行うと、与えられた構造に
適合するフィールドが生き残り、その他は淘汰されてい
く。このフィールドの時間変化をフーリエ変換すること
により周波数スペクトルを得ることができる。もし、与
えられた構造に適したフィールドが存在すれば、周波数
スペクトルにピークが現れる。このとき計算に用いられ
るブロッホ条件は波数の関数であるため、ピークの現れ
る周波数は波数の関数となる。これを図示したものがフ
ォトニック結晶のバンド図である。
First, an appropriate initial field is provided in a given structure. When iterative calculations are performed, the fields that match the given structure survive, and the others are eliminated. A frequency spectrum can be obtained by Fourier-transforming the time change of this field. If a field suitable for a given structure exists, a peak appears in the frequency spectrum. At this time, since the Bloch condition used for the calculation is a function of the wave number, the frequency at which the peak appears is a function of the wave number. This is a band diagram of the photonic crystal.

【0079】次に、2次元フォトニック結晶導波路のモ
ード計算について述べる。基本的には上述の計算方法と
同様のことを行う。ただし、本発明で使用するフォトニ
ック結晶では、線欠陥が結晶内部に導入されており、線
欠陥に直交する方向には周期性が崩れている。そのため
図12(a)〜(c)に示す構造をユニットセルとす
る。つまり、光の伝搬方向にはブロッホ条件を満足する
周期的境界条件を適用し、直交方向にはお互いに大きく
干渉しない距離に導波路を配置した周期構造を鏡面境界
で実現し、厚み方向にはモードになれず漏れてくる光を
吸収するための領域を設定する。
Next, the mode calculation of the two-dimensional photonic crystal waveguide will be described. Basically, the same calculation method as described above is performed. However, in the photonic crystal used in the present invention, a line defect is introduced inside the crystal, and the periodicity is broken in a direction orthogonal to the line defect. Therefore, the structure shown in FIGS. 12A to 12C is referred to as a unit cell. In other words, a periodic boundary condition that satisfies the Bloch condition is applied to the light propagation direction, a periodic structure in which waveguides are arranged at a distance that does not significantly interfere with each other in the orthogonal direction is realized at the mirror boundary, and in the thickness direction, Set the area to absorb the light that leaks out of the mode.

【0080】図12(a)は図1に示される導波路構造
である。図12(b)は(a)に示される点線部を抜き
出した構造、図12(c)は(b)の立体図であり、こ
れがフォトニック結晶導波路のユニットセルである。こ
のユニットセルに対してマックスウェル方程式をFDT
D法で解くことにより、上述の波数−周波数のグラフを
描くことができる。これが本発明の説明において示され
る分散曲線である。
FIG. 12A shows the waveguide structure shown in FIG. FIG. 12B is a structure extracted from a dotted line portion shown in FIG. 12A, and FIG. 12C is a three-dimensional view of FIG. 12B, which is a unit cell of a photonic crystal waveguide. Maxwell equation for this unit cell is FDT
By solving by the D method, the above-mentioned graph of wave number-frequency can be drawn. This is the dispersion curve shown in the description of the present invention.

【0081】この計算では、導波路内に長時間滞在する
モードであれば、固有モード以外のモードもスペクトル
のピークとして拾い上げることができる。そのため、ク
ラッド層のライトラインより高周波数側のリーキーモー
ドに対する解析も可能となり、この特徴は他の固有値解
析法では得られない優位点である。この優位性は本発明
においても生かされている。加えて、この計算方法は導
波路への光の閉じ込め時間を計算できるため、分散曲線
から得られる群速度(エネルギー伝搬速度)を用い、理
論的な伝搬損失を示せる特徴がある。
In this calculation, if the mode stays in the waveguide for a long time, a mode other than the eigenmode can be picked up as a spectrum peak. Therefore, it is also possible to analyze a leaky mode on a higher frequency side than the light line of the cladding layer, and this feature is an advantage that cannot be obtained by other eigenvalue analysis methods. This advantage is utilized in the present invention. In addition, since this calculation method can calculate the confinement time of light in the waveguide, there is a feature that a theoretical propagation loss can be shown by using a group velocity (energy propagation velocity) obtained from a dispersion curve.

【0082】幅を狭くする導波路においては、クラッド
層のライトラインより低周波数側だけでなくこのライン
より高周波数側の領域も含めて単一モード領域が存在す
ることを確認している。
It has been confirmed that a single mode region exists not only in the lower frequency side of the light line of the cladding layer but also in the higher frequency side of the line in the waveguide whose width is reduced.

【0083】上記第1、第2の実施の形態では、媒質と
してSiおよびSiOを用い、例えばSilicon-On-Ins
ulator(SOI)を用いて製造を行うことができるが、
本発明の効果はこの材料に限定されないことは明らかで
ある。一般的に高屈折率の媒質の薄膜の下に低屈折率の
誘電体を配置したスラブ型のフォトニック結晶を用いて
欠陥導波路を構成する際に、上の実施例と同様に導波路
幅を調整することによりライトラインよりも下、又は上
に単一モード条件を満たす導波モードを形成することが
一般的に可能である。
In the first and second embodiments, Si and SiO 2 are used as the medium, and for example, Silicon-On-Ins
ulator (SOI) can be used,
It is clear that the effect of the present invention is not limited to this material. In general, when constructing a defect waveguide using a slab-type photonic crystal in which a low-refractive-index dielectric is arranged under a thin film of a high-refractive-index medium, the width of the waveguide is the same as in the above embodiment. It is generally possible to form a guided mode that satisfies the single mode condition below or above the light line by adjusting.

【0084】例えばSiの代わりにガリウム砒素系化合
物(GaAs,InGaAs,InGaAsP等)、イ
ンジウム・燐系化合物(InP等)等の半導体を用いた
構造、又は、SiOの代わりにポリマー、アルミナ等
の物質を用いた構造でも全く同じ効果が期待されること
は明らかである。また、ここでは下部クラッドにSiO
を配置し、上部は空気とした場合についてのみ述べた
が、上下共にSiO等の誘電体クラッドを配置した構
造でも、同様の効果が期待できるのは明らかである。
For example, a structure using a semiconductor such as a gallium arsenide-based compound (GaAs, InGaAs, InGaAsP, etc.) or an indium-phosphorus-based compound (InP, etc.) instead of Si, or a polymer, alumina, etc., instead of SiO 2 It is clear that the same effect can be expected even with a structure using a substance. Also, here, the lower cladding is made of SiO
2 has been described only when air is used for the upper part, but it is clear that a similar effect can be expected even in a structure in which a dielectric clad such as SiO 2 is disposed on both the upper and lower sides.

【0085】<第3の実施の形態>次に、本発明の第3
の実施の形態について、実施例3−1〜実施例3−2と
して説明する。
<Third Embodiment> Next, a third embodiment of the present invention will be described.
Will be described as Examples 3-1 to 3-2.

【0086】本実施の形態では図3、図4を用いて説明
した従来型の光導波路の光導波部に誘電体薄膜スラブよ
りも低い屈折率を持つ低屈折率円柱又は低屈折率多角柱
列を光導波方向に平行に設けることにより、導波モード
の周波数や群速度等を改善する。 (実施例3−1)図13は、実施例3−1におけるスラ
ブ型2次元フォトニック結晶導波路を説明する図であ
る。(a)は光導波路の上面図、(b)はAA’断面図
であり、三角格子フォトニック結晶を持つ誘電体薄膜ス
ラブに、本発明の特徴である円柱等の位置の移動を実施
した導波構造を説明する図である。
In this embodiment, a low-refractive-index column or a low-refractive-index polygonal column having a lower refractive index than the dielectric thin film slab is provided in the optical waveguide portion of the conventional optical waveguide described with reference to FIGS. Is provided in parallel with the optical waveguide direction, thereby improving the frequency and group velocity of the waveguide mode. (Embodiment 3-1) FIG. 13 is a view for explaining the slab type two-dimensional photonic crystal waveguide in the embodiment 3-1. (A) is a top view of the optical waveguide, and (b) is a cross-sectional view taken along the line AA '. FIG. It is a figure explaining a wave structure.

【0087】すなわち、三角格子状に誘電体薄膜スラブ
より低い屈折率を持つ誘電体からなる円柱を配置し、さ
らに光導波部に存在するこれら円柱の一列を、光導波方
向に、上記三角格子の周期(格子定数)の半分の距離だ
け移動して配置した構造である。さらに必要であれば光
導波特性に応じて、この移動位置に配置した柱体の径を
変更している。
That is, cylinders made of a dielectric material having a lower refractive index than the dielectric thin film slab are arranged in a triangular lattice, and a row of these cylinders existing in the optical waveguide section is aligned with the triangular lattice in the optical waveguide direction. This is a structure that is arranged by being moved by a distance of half the period (lattice constant). Further, if necessary, the diameter of the column disposed at the moving position is changed according to the optical waveguide characteristics.

【0088】ここでは例として、誘電体薄膜スラブ1
1、低屈折率柱15、上部クラッド層16、下部クラッ
ド層17および低屈折率柱A13の屈折率をn=3.
5、n =1.0、n=n=1.46、n=1.
0とし、光導波部12以外の低屈折率柱15の半径を
0.275a、誘電体薄膜スラブ11の厚さを0.50
a、光導波部12に設置する低屈折率柱A13の半径を
0.225aとして本導波構造の特性を述べる。
Here, as an example, the dielectric thin film slab 1
1, low refractive index column 15, upper cladding layer 16, lower cladding layer
The refractive index of the doped layer 17 and the low refractive index column A13 is n1= 3.
5, n 2= 1.0, n3= N4= 1.46, n5= 1.
0 and the radius of the low refractive index columns 15 other than the optical waveguide 12
0.275a, the thickness of the dielectric thin film slab 11 is 0.50
a, the radius of the low refractive index column A13 installed in the optical waveguide 12 is
The characteristics of the present waveguide structure will be described as 0.225a.

【0089】図14は、本発明の実施例3−1における
フォトニック結晶導波路における導波モードを説明する
図である。(a)は導波電磁界モードの分散関係を示す
図であり、(b)はモード1,2の誘電体薄膜スラブに
垂直な磁場成分を示す図であり、(c)はモード3の誘
電体薄膜スラブに垂直な磁場成分を示す図である。
FIG. 14 is a diagram for explaining the waveguide mode in the photonic crystal waveguide according to the embodiment 3-1 of the present invention. (A) is a diagram showing a dispersion relationship of a guided electromagnetic field mode, (b) is a diagram showing a magnetic field component perpendicular to a dielectric thin film slab in modes 1 and 2, and (c) is a diagram showing a dielectric property in mode 3. It is a figure which shows the magnetic field component perpendicular to a body thin film slab.

【0090】この場合、導波路を通過することができる
導波電磁界モードの分散関係は図14(a)のようにな
る。この場合は導波モードは3個存在し、その低周波側
から1番目及び2番目のモード1,2の電磁界分布は図
14(b)に示すような、一般的な単一モード導波路に
おける電磁界分布に近いものとなっている。そして特
に、この低周波側から2番目のモード(モード2)では
有効な伝搬定数領域全域にて伝搬定数に対する周波数変
化が大きくなる。その結果、有効周波数帯域は約4.7
%にまで拡大し、群速度も向上する。
In this case, the dispersion relation of the guided electromagnetic field modes that can pass through the waveguide is as shown in FIG. In this case, there are three waveguide modes, and the electromagnetic field distribution of the first and second modes 1 and 2 from the low frequency side is a general single mode waveguide as shown in FIG. Is close to the electromagnetic field distribution at. In particular, in the second mode from the low frequency side (mode 2), the frequency change with respect to the propagation constant becomes large in the entire effective propagation constant region. As a result, the effective frequency band is about 4.7
% And the group speed also increases.

【0091】また、この例を導波光を波長1.55μm
近傍の通信用赤外線に適用した場合、誘電体薄膜スラブ
11にSiを、低屈折率柱15、低屈折率柱A13に空
気(又は真空)を、それら以外の部分にSiOを用い
ると、三角格子の周期は約0.42μm,光導波部12
以外の低屈折率柱15の半径は約0.115μm,光導
波部12に設置された低屈折率柱A13の半径は0.0
94μmとなり、従来の半導体加工技術等を用いて製作
可能な値となっている。
Further, in this example, the guided light was changed to a wavelength of 1.55 μm.
When applied to the nearby communication infrared rays, when the dielectric thin film slab 11 is made of Si, the low-refractive-index columns 15 and the low-refractive-index columns A13 are made of air (or vacuum), and other portions are made of SiO 2 , the triangular shape is obtained. The period of the grating is about 0.42 μm,
The radius of the low-refractive-index columns 15 other than the above is about 0.115 μm, and the radius of the low-refractive-index columns A13 installed in the optical waveguide 12 is 0.02 μm.
It is 94 μm, which is a value that can be manufactured using a conventional semiconductor processing technique or the like.

【0092】また、この例では光導波部12の移動位置
に配置された低屈折率柱A13の半径を0.225aと
して説明を行っているが、この半径を変化させることに
より、導波モードの周波数や群速度等を変化できること
は明らかである。導波路の構造を考慮すると、すなわ
ち、光導波部に配置しない他の低屈折率柱と互いに接す
ることのない範囲を考慮すると、この低屈折率柱A13
の半径は光導波部12の最小幅の0.1倍から0.4倍
程度が現実的である。
In this example, the radius of the low-refractive index column A13 disposed at the position where the optical waveguide section 12 is moved is described as 0.225a, but by changing this radius, the waveguide mode can be changed. Obviously, the frequency and group velocity can be changed. Considering the structure of the waveguide, that is, considering the low refractive index column A13 which is not disposed in the optical waveguide portion and does not come into contact with each other, the low refractive index column A13
Is practically about 0.1 to 0.4 times the minimum width of the optical waveguide 12.

【0093】また、以上の例では光導波部12外にてフ
ォトニック結晶を与えるため三角格子周期で円柱形の低
屈折率領域を与えているが、これらは四角形、六角形等
の多角柱を用いても同様な効果を期待できる。またこれ
ら円柱や多角柱の径の範囲としては、フォトニックバン
ドギャップの存在を許容する範囲内にて、上述した例と
同様な効果が期待できる。誘電体薄膜スラブの屈折率が
3.0から4.5程度でかつそれ以外の低屈折率部の屈
折率が1から1.7程度とした場合、前述した平面波展
開法による理論計算によると、これらの径はほぼ0.2
aから0.45aまでの範囲であり、好ましくは0.2
75aから0.375aが現実的で効果が高い。
Further, in the above example, a cylindrical low refractive index region is provided with a triangular lattice period in order to provide a photonic crystal outside the optical waveguide portion 12. Similar effects can be expected when used. As for the diameter range of these cylinders and polygonal columns, the same effects as in the above-described example can be expected within a range in which the existence of a photonic band gap is allowed. When the refractive index of the dielectric thin film slab is about 3.0 to 4.5 and the refractive index of the other low refractive index parts is about 1 to 1.7, according to the theoretical calculation by the plane wave expansion method described above, These diameters are approximately 0.2
a to 0.45a, preferably 0.2
75a to 0.375a are realistic and highly effective.

【0094】また、以上の例では光導波部12の移動位
置に配置された低屈折率柱A13に円柱を用いている
が、これを楕円柱や多角柱にしても、同様な効果を期待
できる。
In the above example, a circular cylinder is used for the low-refractive-index column A13 disposed at the position where the optical waveguide section 12 is moved. However, the same effect can be expected by using an elliptical column or polygonal column. .

【0095】また、フォトニック結晶を与えるための円
柱等の屈折率、誘電体薄膜スラブを上下に挟んでいるク
ラッドの屈折率、及び導波路部に設けた円柱等の屈折率
は、誘電体薄膜スラブの屈折率よりも低ければ、同じ値
であっても、異なった値であっても同様な効果を期待で
きる。
The refractive index of a cylinder or the like for providing a photonic crystal, the refractive index of the cladding sandwiching the dielectric thin film slab above and below, and the refractive index of the cylinder or the like provided in the waveguide portion are determined by the dielectric thin film. If the refractive index is lower than the refractive index of the slab, the same effect can be expected even if the value is the same or different.

【0096】また、材料に関しては、導波光を波長1.
55μm近傍の通信用赤外線領域とした場合、誘電体薄
膜スラブには高屈折率で、赤外線を透過でき、かつ加工
性、安定性に問題が少ない材料として、珪素,ゲルマニ
ウム,ガリウム・砒素系化合物,インジウム・燐系化合
物,インジウム・アンチモン系化合物等を材料として用
いることができる。これらの材料の屈折率は、ほぼ3.
0から4.5の間にある。またこの場合の誘電体薄膜ス
ラブ以外の部分には、低屈折率で、赤外線を透過でき、
かつ加工性、安定性に問題が少ない材料として、二酸化
珪素,ポリイミド系有機化合物,エポキシ系有機化合
物,アクリル系有機化合物,空気,真空等が材料として
用いることができる。これらの材料の屈折率はほぼ1.
0から1.7の間にある。
Further, regarding the material, the guided light is transmitted at a wavelength of 1.
In the case of a communication infrared region near 55 μm, silicon, germanium, gallium / arsenic compounds, which have a high refractive index, transmit infrared light, and have few problems in workability and stability, are used for the dielectric thin film slab. Indium-phosphorus compounds, indium-antimony compounds, and the like can be used as materials. The refractive index of these materials is approximately 3.
It is between 0 and 4.5. In addition, in this case, the portion other than the dielectric thin film slab has a low refractive index and can transmit infrared rays,
Silicon dioxide, a polyimide-based organic compound, an epoxy-based organic compound, an acrylic-based organic compound, air, vacuum, and the like can be used as a material having few problems in workability and stability. The refractive index of these materials is approximately 1.
It is between 0 and 1.7.

【0097】なお、これらの材料は、第1の実施の形態
及び第2の実施の形態においても同様に使用できる。ま
た、第3の実施の形態においても、スラブ型2次元フォ
トニック結晶導波路をSilicon-On-Insulator(SOI)
基板を用いて製造することが可能である。
These materials can be used in the first and second embodiments as well. Also in the third embodiment, a slab type two-dimensional photonic crystal waveguide is formed by using a silicon-on-insulator (SOI).
It can be manufactured using a substrate.

【0098】(実施例3−2)図15は、本発明の実施
例3−2におけるスラブ型2次元フォトニック結晶導波
路を説明する図である。(a)は光導波路の上面図、
(b)はAA’断面図である。
(Embodiment 3-2) FIG. 15 is a diagram illustrating a slab type two-dimensional photonic crystal waveguide according to Embodiment 3-2 of the present invention. (A) is a top view of the optical waveguide,
(B) is an AA ′ sectional view.

【0099】先の実施例3−1では光導波部12外にフ
ォトニック結晶を与えるため三角格子周期で円柱形や多
角柱の低屈折率領域を与えているが、これらの周期構造
に図に示すような正方格子を用いても同様な効果を期待
できる。すなわち、誘電体薄膜スラブ21よりも低い屈
折率の低屈折率柱25を正方格子状に設け、さらに誘電
体薄膜スラブ21の上下を誘電体薄膜スラブ21よりも
低い屈折率を持つ上部クラッド層26、下部クラッド層
27で挟んだ構造物において、光導波部22となるべき
部分に存在する光導波方向に並んだ低屈折率柱25の1
列を、光導波方向に、上記正方格子の格子定数の半分の
距離だけ移動し、さらに必要であれば光導波特性に応じ
て、この移動位置に配置した低屈折率柱25の径を変更
している。
In Embodiment 3-1 described above, a photonic crystal is provided outside the optical waveguide section 12 so as to provide a low refractive index region of a cylindrical or polygonal column with a triangular lattice period. Similar effects can be expected by using a square lattice as shown. That is, low refractive index columns 25 having a lower refractive index than the dielectric thin film slab 21 are provided in a square lattice shape, and an upper cladding layer 26 having a lower refractive index than the dielectric thin film slab 21 is provided above and below the dielectric thin film slab 21. In the structure sandwiched between the lower cladding layers 27, one of the low-refractive index columns 25 arranged in the optical waveguide direction and existing in a portion to be the optical waveguide 22.
The column is moved in the optical waveguide direction by a distance of half the lattice constant of the square lattice, and if necessary, the diameter of the low refractive index column 25 arranged at this position is changed according to the optical waveguide characteristics. are doing.

【0100】この場合のフォトニック結晶を与える低屈
折率柱の径の範囲としては、フォトニックバンドギャッ
プの存在を許容する範囲を取り得る。平面波展開法によ
る理論計算によると、具体的には、誘電体薄膜スラブ2
1の屈折率が3から4.5程度でかつそれ以外の低屈折
率部の屈折率が1から1.7程度とした場合、これら低
屈折率柱25の径はほぼ0.35aから0.45aまで
の範囲にある。また、実施例3−1にて述べた、光導波
特性の改善、低屈折率柱Aの形状、各部の屈折率、各部
の材料に関する補足事項は、動作原理が実施例3−1と
同じである本実施例においても成り立つ。
In this case, the range of the diameter of the low refractive index column providing the photonic crystal may be a range in which the existence of the photonic band gap is allowed. According to the theoretical calculation by the plane wave expansion method, specifically, the dielectric thin film slab 2
When the refractive index of the low refractive index column 1 is about 3 to 4.5 and the refractive indexes of the other low refractive index portions are about 1 to 1.7, the diameter of these low refractive index columns 25 is about 0.35a to 0.3. 45a. The supplementary items concerning the improvement of the optical waveguide characteristics, the shape of the low refractive index column A, the refractive index of each part, and the material of each part described in the embodiment 3-1 are the same as those in the embodiment 3-1. This is also true in this embodiment.

【0101】本発明は、上記の実施例に限定されること
なく、特許請求の範囲内で種々変更・応用が可能であ
る。
The present invention is not limited to the above embodiments, but can be variously modified and applied within the scope of the claims.

【0102】[0102]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光導波路
は、スラブ型2次元フォトニック結晶の格子の一部を直
線状に除き欠陥構造とした光導波路において、その欠陥
構造の幅が格子の配列の1列分の幅より狭くなるよう
に、欠陥を挟んだ両側の格子の配列をずらした構造とし
たので、ライトラインよりも下に大きな群速度を持った
単一導波モードが形成可能な構造の光導波路を提供する
ことができる。
As described above, the optical waveguide of the present invention has a defect structure in which a part of the lattice of the slab type two-dimensional photonic crystal is linearly removed and the width of the defect structure is the lattice. The structure of the grating on both sides sandwiching the defect is shifted so that it is narrower than the width of one row of the array, so that a single guided mode with a large group velocity below the light line is formed An optical waveguide having a possible structure can be provided.

【0103】また、スラブ型2次元フォトニック結晶の
格子の一部を直線状に除き欠陥構造とした光導波路にお
いて、その欠陥構造の幅が格子の配列の1列分の幅より
広くなるように、欠陥を挟んだ両側の格子の配列をずら
した構造としたので、ライトラインよりも上に低損失の
単一導波モードが形成可能な構造の光導波路を提供する
ことができる。
In an optical waveguide having a defect structure by removing a part of the lattice of the slab type two-dimensional photonic crystal in a straight line, the width of the defect structure is set to be wider than one column width of the lattice arrangement. Since the structure of the lattices on both sides of the defect is shifted, it is possible to provide an optical waveguide having a structure capable of forming a single waveguide mode with low loss above the light line.

【0104】更に、スラブ型2次元フォトニック結晶の
格子の1列分を構成する低屈折率柱部の位置を導波方向
に位相させ、更に格子穴径を変化させることによっても
ライトラインよりも下に大きな群速度を持った単一導波
モードが形成可能な構造の光導波路を提供することがで
きる。
Further, the positions of the low refractive index columns constituting one row of the lattice of the slab type two-dimensional photonic crystal are phased in the waveguide direction, and the lattice hole diameter is further changed to be smaller than that of the light line. An optical waveguide having a structure capable of forming a single guided mode having a large group velocity below can be provided.

【0105】従って、本発明によれば、群速度が向上
し、損失の少ない超小型光導波構造を提供することがで
きる。
Therefore, according to the present invention, it is possible to provide an ultra-small optical waveguide structure with improved group velocity and low loss.

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

【図1】従来列における典型的な1列抜き線欠陥フォト
ニック結晶導波路の構造模式図で、(a)はその上面
図、(b)はBB'断面図である。
FIGS. 1A and 1B are schematic structural views of a typical single-row line defect photonic crystal waveguide in a conventional row, in which FIG. 1A is a top view and FIG. 1B is a BB ′ cross-sectional view.

【図2】従来例における典型的な1列抜き線欠陥フォト
ニック結晶導波路の導波モード分散を説明する図であ
る。
FIG. 2 is a view for explaining the waveguide mode dispersion of a typical single-row line defect photonic crystal waveguide in a conventional example.

【図3】従来列における典型的な1列抜き線欠陥フォト
ニック結晶導波路の構造模式図であり、(a)は光導波
路の上面図、(b)はAA'断面図、(c)はBB'断面
図である。
3A and 3B are schematic diagrams of a typical single-row line defect photonic crystal waveguide in a conventional row, where FIG. 3A is a top view of an optical waveguide, FIG. 3B is a cross-sectional view along AA ′, and FIG. It is BB 'sectional drawing.

【図4】従来列における典型的な1列抜き線欠陥フォト
ニック結晶導波路における導波モードを説明する図であ
り、(a)は導波電磁界モードの分散関係を示す図であ
り、(b)はモード1の誘電体薄膜スラブに垂直な磁場
成分を示す図であり、(c)はモード2の誘電体薄膜ス
ラブに垂直な磁場成分を示す図である。
4A and 4B are diagrams illustrating a waveguide mode in a typical single-row line defect photonic crystal waveguide in a conventional column, and FIG. 4A is a diagram illustrating a dispersion relation of a guided electromagnetic field mode; (b) is a diagram showing a magnetic field component perpendicular to the dielectric thin film slab in mode 1, and (c) is a diagram showing a magnetic field component perpendicular to the dielectric thin film slab in mode 2.

【図5】本発明の第1の実施の形態における1列抜き線
欠陥フォトニック結晶導波路からなる光導波路の模式図
で、(a)はその上面図、(b)はBB'断面図であ
る。
FIGS. 5A and 5B are schematic views of an optical waveguide including a single-row line defect photonic crystal waveguide according to the first embodiment of the present invention, wherein FIG. 5A is a top view thereof, and FIG. is there.

【図6】本発明の第1の実施の形態における1列抜き線
欠陥フォトニック結晶導波路からなる光導波路の導波モ
ード分散を説明する図である。
FIG. 6 is a diagram for explaining the waveguide mode dispersion of the optical waveguide including the single-row line defect photonic crystal waveguide according to the first embodiment of the present invention.

【図7】従来例における典型的な1列抜き線欠陥フォト
ニック結晶導波路の導波モード分散を説明する図であ
る。
FIG. 7 is a view for explaining the waveguide mode dispersion of a typical single-row line defect photonic crystal waveguide in a conventional example.

【図8】導波路幅が0.85W(a)と0.50W
(b)の場合の導波モード分散の理論計算結果を示す図
である。
FIG. 8 shows waveguide widths of 0.85 W (a) and 0.50 W
It is a figure which shows the theoretical calculation result of the waveguide mode dispersion in the case of (b).

【図9】本発明の第2の実施の形態における1列抜き線
欠陥フォトニック結晶導波路からなる光導波路の模式図
で、(a)はその上面図、(b)はBB'断面図であ
る。
FIGS. 9A and 9B are schematic views of an optical waveguide including a single-row line defect photonic crystal waveguide according to a second embodiment of the present invention, wherein FIG. 9A is a top view thereof, and FIG. is there.

【図10】本発明の第2の実施の形態における1列抜き
線欠陥フォトニック結晶導波路からなる光導波路の導波
モード分散を説明する図である。
FIG. 10 is a diagram for explaining the waveguide mode dispersion of an optical waveguide including a single-row line defect photonic crystal waveguide according to the second embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第2の実施の形態における1列抜き
線欠陥フォトニック結晶導波路からなる光導波路のクラ
ッドライトラインより上における伝搬損失と単一モード
帯域の導波路幅依存性を説明する図である。
FIG. 11 illustrates the propagation loss above the cladding light line of an optical waveguide composed of a single-row line defect photonic crystal waveguide and the dependence of the single mode band on the waveguide width in the second embodiment of the present invention. FIG.

【図12】2次元フォトニック結晶導波路のモード計算
を説明するための図である。
FIG. 12 is a diagram for explaining mode calculation of a two-dimensional photonic crystal waveguide.

【図13】本発明の第3の実施の形態におけるフォトニ
ック結晶導波路を説明する図である。(a)は光導波路
の上面図、(b)はAA'断面図である。
FIG. 13 is a diagram illustrating a photonic crystal waveguide according to a third embodiment of the present invention. (A) is a top view of the optical waveguide, and (b) is an AA ′ cross-sectional view.

【図14】本発明の第3の実施の形態におけるフォトニ
ック結晶導波路における導波モードを説明する図であ
る。(a)は導波電磁界モードの分散関係を示す図であ
り、(b)はモード1,2の誘電体薄膜スラブに垂直な
磁場成分を示す図であり、(c)はモード3の誘電体薄
膜スラブに垂直な磁場成分を示す図である。
FIG. 14 is a diagram illustrating a waveguide mode in a photonic crystal waveguide according to a third embodiment of the present invention. (A) is a diagram showing a dispersion relationship of a guided electromagnetic field mode, (b) is a diagram showing a magnetic field component perpendicular to a dielectric thin film slab in modes 1 and 2, and (c) is a diagram showing a dielectric property in mode 3. It is a figure which shows the magnetic field component perpendicular to a body thin film slab.

【図15】本発明の第3の実施の形態におけるフォトニ
ック結晶導波路の他の例を説明する図である。(a)は
光導波路の上面図、(b)はAA'断面図である。
FIG. 15 is a diagram illustrating another example of the photonic crystal waveguide according to the third embodiment of the present invention. (A) is a top view of the optical waveguide, and (b) is an AA ′ cross-sectional view.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、1A、5 光導波路 4 格子 2 Si層 3 SiO層 10、20、30 光導波路 12、22、32 光導波部 11、21、31 誘電体薄膜スラブ 15、25 低屈折率柱 35 低屈折率円柱 16、26、36 上部クラッド層 17、27、37 下部クラッド層1, 1A, 5 Optical waveguide 4 Lattice 2 Si layer 3 SiO 2 layer 10, 20, 30 Optical waveguide 12, 22, 32 Optical waveguide 11, 21, 31 Dielectric thin film slab 15, 25 Low refractive index column 35 Low refractive index Cylinder 16, 26, 36 Upper cladding layer 17, 27, 37 Lower cladding layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 新家 昭彦 東京都千代田区大手町二丁目3番1号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 高橋 淳一 東京都千代田区大手町二丁目3番1号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 高橋 千春 東京都千代田区大手町二丁目3番1号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 横浜 至 東京都千代田区大手町二丁目3番1号 日 本電信電話株式会社内 Fターム(参考) 2H047 KA02 PA21 PA24 QA02 QA04 QA05 TA36  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Akihiko Shinya 2-3-1 Otemachi, Chiyoda-ku, Tokyo Inside Nippon Telegraph and Telephone Corporation (72) Inventor Junichi Takahashi 2-3-3, Otemachi, Chiyoda-ku, Tokyo No. 1 Within Nippon Telegraph and Telephone Corporation (72) Inventor Chiharu Takahashi 2-3-1 Otemachi, Chiyoda-ku, Tokyo Nippon Telegraph and Telephone Corporation (72) Inventor Yokohama to 2-Otemachi, Chiyoda-ku, Tokyo No.3-1 Nippon Telegraph and Telephone Corporation F term (reference) 2H047 KA02 PA21 PA24 QA02 QA04 QA05 TA36

Claims (19)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 スラブ型2次元フォトニック結晶の格子
の一部を導波方向に直線状に除き欠陥構造としたスラブ
型2次元フォトニック結晶導波路において、前記欠陥構
造における欠陥部分の両側の格子間の幅である第1の幅
を、前記スラブ型2次元フォトニック結晶の格子の1列
を除いただけの通常の欠陥構造における欠陥部分の両側
の格子間の幅である第2の幅と異なるようにした構造で
あることを特徴とするスラブ型2次元フォトニック結晶
導波路。
1. A slab-type two-dimensional photonic crystal waveguide in which a part of a lattice of a slab-type two-dimensional photonic crystal is linearly removed in a waveguide direction and has a defect structure. The first width, which is the width between the lattices, is the second width, which is the width between the lattices on both sides of the defect portion in the normal defect structure, except for one row of the lattice of the slab type two-dimensional photonic crystal. A slab-type two-dimensional photonic crystal waveguide having a different structure.
【請求項2】 前記欠陥部分の第1の幅が前記第2の幅
の0.50倍から0.85倍の間のいずれかの値である
ことを特徴とする請求項1に記載のスラブ型2次元フォ
トニック結晶導波路。
2. The slab according to claim 1, wherein the first width of the defective portion is any value between 0.50 and 0.85 times the second width. Type two-dimensional photonic crystal waveguide.
【請求項3】 前記格子は空気穴型三角格子であること
を特徴とする請求項1に記載のスラブ型2次元フォトニ
ック結晶導波路。
3. The slab-type two-dimensional photonic crystal waveguide according to claim 1, wherein the lattice is an air hole type triangular lattice.
【請求項4】 前記スラブ型2次元フォトニック結晶
が、酸化物クラッド又はポリマークラッドを有すること
を特徴とする請求項2に記載のスラブ型2次元フォトニ
ック結晶導波路。
4. The slab-type two-dimensional photonic crystal waveguide according to claim 2, wherein the slab-type two-dimensional photonic crystal has an oxide cladding or a polymer cladding.
【請求項5】 前記スラブ型2次元フォトニック結晶
は、Si1icon-On-Insulator(SOI)基板を用いて製造
されたことを特徴とする請求項4に記載のスラブ型2次
元フォトニック結晶導波路。
5. The slab-type two-dimensional photonic crystal waveguide according to claim 4, wherein the slab-type two-dimensional photonic crystal is manufactured using a silicon-on-insulator (SOI) substrate. .
【請求項6】 前記欠陥部分の第1の幅は、前記第2の
幅より広く、前記光導波路がクラッドのライトラインよ
り高周波側で単一モードを有する幅であることを特徴と
する請求項1に記載のスラブ型2次元フォトニック結晶
導波路。
6. A method according to claim 1, wherein the first width of the defective portion is wider than the second width, and the optical waveguide has a single mode at a higher frequency side than a light line of the clad. 2. The slab type two-dimensional photonic crystal waveguide according to 1.
【請求項7】 前記欠陥部分の第1の幅が前記第2の幅
の1.3倍から1.6倍の間のいずれかの値であること
を特徴とする請求項6に記載のスラブ型2次元フォトニ
ック結晶導波路。
7. The slab according to claim 6, wherein the first width of the defective portion is any value between 1.3 times and 1.6 times the second width. Type two-dimensional photonic crystal waveguide.
【請求項8】 前記格子は空気穴型三角格子であること
を特徴とする請求項7に記載のスラブ型2次元フォトニ
ック結晶導波路。
8. The slab-type two-dimensional photonic crystal waveguide according to claim 7, wherein the lattice is an air hole type triangular lattice.
【請求項9】 前記スラブ型2次元フォトニック結晶
が、酸化物クラッド又はポリマークラッドを有すること
を特徴とする請求項7に記載のスラブ型2次元フォトニ
ック結晶導波路。
9. The slab-type two-dimensional photonic crystal waveguide according to claim 7, wherein the slab-type two-dimensional photonic crystal has an oxide cladding or a polymer cladding.
【請求項10】 前記スラブ型2次元フォトニック結晶
は、Si1icon-On-Insulator(SOI)基板を用いて製造
されたことを特徴とする請求項9に記載のスラブ型2次
元フォトニック結晶導波路。
10. The slab-type two-dimensional photonic crystal waveguide according to claim 9, wherein the slab-type two-dimensional photonic crystal is manufactured using a silicon-on-insulator (SOI) substrate. .
【請求項11】 誘電体薄膜スラブに誘電体薄膜スラブ
よりも低い屈折率の円柱状又は多角柱状の誘電体柱を適
当な2次元周期間隔で設け、さらに誘電体薄膜スラブの
上下を誘電体薄膜スラブよりも低い屈折率を持つ上部ク
ラッド層と下部クラッド層とで挟んだスラブ型2次元フ
ォトニック結晶導波路において、光導波部となるべき部
分に存在する誘電体柱を、通常のスラブ型2次元フォト
ニック結晶において配置されるべき2次元周期配置の位
置から光導波方向に移動して配置したことを特徴とする
スラブ型2次元フォトニック結晶導波路。
11. A dielectric thin-film slab having cylindrical or polygonal dielectric pillars having a lower refractive index than the dielectric thin-film slab at an appropriate two-dimensional periodic interval. In a slab type two-dimensional photonic crystal waveguide sandwiched between an upper cladding layer and a lower cladding layer having a lower refractive index than a slab, a dielectric pillar existing in a portion to be an optical waveguide is replaced with a normal slab type 2 A slab-type two-dimensional photonic crystal waveguide characterized in that the slab type two-dimensional photonic crystal waveguide is moved in the optical waveguide direction from the position of the two-dimensional periodic arrangement to be arranged in the two-dimensional photonic crystal.
【請求項12】 前記光導波部に配置した誘電体柱の径
は光導波部以外の誘電体柱の径と異なる値で、かつ前記
光導波部に配置しない他の誘電体柱と互いに接すること
のない範囲の値であることを特徴とする請求項11に記
載のスラブ型2次元フォトニック結晶導波路。
12. The diameter of a dielectric pillar disposed in the optical waveguide is different from the diameter of a dielectric pillar other than the optical waveguide, and the dielectric pillar is in contact with another dielectric pillar not disposed in the optical waveguide. 12. The slab-type two-dimensional photonic crystal waveguide according to claim 11, wherein the slab type two-dimensional photonic crystal waveguide has a value in a range where there is no difference.
【請求項13】 前記光導波部に配置した誘電体柱の位
置は、位置をずらす前の前記2次元周期配置の位置から
光導波方向に前記2次元周期配置間隔の半分の距離だけ
移動した位置であることを特徴とする請求項11に記載
のスラブ型2次元フォトニック結晶導波路。
13. The position of the dielectric pillar disposed in the optical waveguide portion is a position shifted from the position of the two-dimensional periodic arrangement before shifting the position by half a distance of the two-dimensional periodic arrangement interval in the optical waveguide direction. The slab-type two-dimensional photonic crystal waveguide according to claim 11, wherein:
【請求項14】 前記フォトニック結晶は、格子定数a
の三角格子状に配置された誘電体柱を有する構造であ
り、それらの半径又は半幅が0.2aから0.45aで
あり、かつ、前記光導波部に配置した誘電体柱と、互い
に接することのない範囲の径であることを特徴とする請
求項11に記載のスラブ型2次元フォトニック結晶導波
路。
14. The photonic crystal has a lattice constant a
Having a radius or a half width of 0.2a to 0.45a, and being in contact with the dielectric pillars arranged in the optical waveguide section. 12. The slab-type two-dimensional photonic crystal waveguide according to claim 11, wherein the diameter of the slab type two-dimensional photonic crystal waveguide is within a range where there is no gap.
【請求項15】 誘電体薄膜スラブ材料の屈折率が3.
0から4.5の間にあり、かつ誘電体薄膜スラブ以外の
部分の材料の屈折率が1.0から1.7の間にあること
を特徴とする請求項14に記載のスラブ型2次元フォト
ニック結晶導波路。
15. The dielectric thin film slab material having a refractive index of 3.
The slab type two-dimensional structure according to claim 14, wherein the refractive index of the material other than the dielectric thin film slab is between 0 and 4.5 and the refractive index of the material of the portion other than the dielectric thin film slab is between 1.0 and 1.7. Photonic crystal waveguide.
【請求項16】 前記フォトニック結晶は、格子定数a
の正方格子状に配置された誘電体柱であり、それらの半
径又は半幅が0.35aから0.45aであり、かつ、
前記光導波部に配置した誘電体柱と、互いに接すること
のない範囲の径であることを特徴とする請求項11に記
載のスラブ型2次元フォトニック結晶導波路。
16. The photonic crystal has a lattice constant a
Are arranged in a square lattice, and have a radius or a half width of 0.35a to 0.45a, and
The slab-type two-dimensional photonic crystal waveguide according to claim 11, wherein the diameter of the slab-type two-dimensional photonic crystal waveguide is within a range that does not make contact with the dielectric pillar disposed in the optical waveguide.
【請求項17】 誘電体薄膜スラブ材料の屈折率が3.
0から4.5の間にあり、かつ誘電体薄膜スラブ以外の
部分の材料の屈折率が1.0から1.7の間にあること
を特徴とする請求項16に記載のスラブ型2次元フォト
ニック結晶導波路。
17. The dielectric thin film slab material having a refractive index of 3.
17. The slab-type two-dimensional structure according to claim 16, wherein the refractive index of the material other than the dielectric thin film slab is between 0 and 4.5 and the refractive index of the material other than the dielectric thin film slab is between 1.0 and 1.7. Photonic crystal waveguide.
【請求項18】 前記誘電体薄膜スラブ材料に珪素、ゲ
ルマニウム、ガリウム・砒素系化合物、インジウム・燐
系化合物、又は、インジウム・アンチモン系化合物を用
い、かつ誘電体薄膜スラブ以外の部分の材料に、二酸化
珪素、ポリイミド系有機化合物、エポキシ系有機化合
物、アクリル系有機化合物、空気、又は、真空を用いる
ことを特徴とする請求項11に記載のスラブ型2次元フ
ォトニック結晶導波路。
18. The dielectric thin film slab material is made of silicon, germanium, gallium / arsenic compound, indium / phosphorous compound or indium / antimony compound, and the material other than the dielectric thin film slab is: The slab-type two-dimensional photonic crystal waveguide according to claim 11, wherein silicon dioxide, a polyimide-based organic compound, an epoxy-based organic compound, an acrylic-based organic compound, air, or vacuum is used.
【請求項19】 前記スラブ型2次元フォトニック結晶
導波路は、Si1icon-On-Insulator(SOI)基板を用い
て製造されたことを特徴とする請求項18に記載のスラ
ブ型2次元フォトニック結晶導波路。
19. The slab-type two-dimensional photonic crystal according to claim 18, wherein the slab-type two-dimensional photonic crystal waveguide is manufactured using a silicon-on-insulator (SOI) substrate. Waveguide.
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