JP2002350908A - Ray deflector using photonic crystal, optical switch suing this device and ray deflection method - Google Patents

Ray deflector using photonic crystal, optical switch suing this device and ray deflection method

Info

Publication number
JP2002350908A
JP2002350908A JP2002060912A JP2002060912A JP2002350908A JP 2002350908 A JP2002350908 A JP 2002350908A JP 2002060912 A JP2002060912 A JP 2002060912A JP 2002060912 A JP2002060912 A JP 2002060912A JP 2002350908 A JP2002350908 A JP 2002350908A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
photonic crystal
light beam
incident
deflecting device
control means
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2002060912A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3988488B2 (en
Inventor
Hiroshi Fukushima
博司 福島
Kenichiro Tanaka
健一郎 田中
Yasushi Masaki
康史 正木
仁路 ▲高▼野
Kimimichi Takano
Katsumi Yoshino
勝美 吉野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Electric Works Co Ltd
Original Assignee
Matsushita Electric Works Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Works Ltd filed Critical Matsushita Electric Works Ltd
Priority to JP2002060912A priority Critical patent/JP3988488B2/en
Publication of JP2002350908A publication Critical patent/JP2002350908A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3988488B2 publication Critical patent/JP3988488B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a small-sized ray deflector which uses photonic crystals and is capable of deflecting the incident rays on the photonic crystals at a controlled deflection angle and outputting the transmitted rays having a desired direction from the photonic crystals. SOLUTION: This ray deflector consists of the photonic crystals designed to have photonic band gap wavelengths different from the wavelength of the incident rays and provides the transmitted rays forming the desired angle with the incident rays by impressing energy to the photonic crystals and deflecting the incident rays made incident on the surfaces of the photonic crystals from the other surfaces of the photonic crystals.

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、フォトニック結晶
を用いた光線偏向装置、同装置を用いた光スイッチ、お
よび光線偏向方法に関するものである。
The present invention relates to a light beam deflecting device using a photonic crystal, an optical switch using the same, and a light beam deflecting method.

【0002】[0002]

【従来の技術】フォトニック結晶とは、誘電率の異なる
2種類もしくはそれ以上の材料を光の波長程度の間隔で
周期的に配列させてなる多次元周期構造であり、光の制
御性を飛躍的に高めることができるという期待から次世
代の光技術として精力的に研究開発が進められている。
2. Description of the Related Art A photonic crystal is a multidimensional periodic structure in which two or more materials having different dielectric constants are periodically arranged at intervals of about the wavelength of light, and the controllability of light is greatly increased. R & D is being vigorously pursued as a next-generation optical technology because of the expectation that it will be able to be improved.

【0003】例えば、2次元周期構造を有するフォトニ
ック結晶を用いた光スイッチが特開平10−90634
号公報に記載されている。この光スイッチは、図17に
示すように、フォトニック結晶1’に入射した光線(=
入射光線)がフォトニック結晶を透過するON状態(透
過)と入射光線の透過を阻止するOFF状態(反射)と
を切り替えるためのものである。
For example, an optical switch using a photonic crystal having a two-dimensional periodic structure is disclosed in JP-A-10-90634.
No., published in Japanese Unexamined Patent Publication No. This optical switch, as shown in FIG. 17, has a light beam (=
This is for switching between an ON state (transmission) in which an incident light beam transmits through the photonic crystal and an OFF state (reflection) in which the transmission of the incident light is blocked.

【0004】すなわち、2本の光ファイバ12a,12
bから提供される光線は、コリメータレンズ14a,1
4bおよび偏光子15a,15bを介してフォトニック
結晶1’に入射する。この光スイッチは、円偏光子22
を介してフォトニック結晶1’へ制御光21を照射する
手段を備えており、制御光21の照射によってフォトニ
ック結晶1’のフォトニックバンド構造を変化させ、上
記したON/OFF状態を切り替える仕組みになってい
る。ON状態においてフォトニック結晶1’を通過した
透過光は、偏光子16a,16bを介して出力される。
That is, two optical fibers 12a, 12a
b provides the collimator lenses 14a, 1
4b and the photonic crystal 1 ′ via the polarizers 15a and 15b. This optical switch comprises a circular polarizer 22.
Means for irradiating the control light 21 to the photonic crystal 1 ′ through the interface, and changing the ON / OFF state by changing the photonic band structure of the photonic crystal 1 ′ by the irradiation of the control light 21. It has become. The transmitted light that has passed through the photonic crystal 1 ′ in the ON state is output via the polarizers 16a and 16b.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】このように、上記した
光スイッチは、フォトニック結晶を入射光が透過するO
N状態と入射光がフォトニック結晶によって反射される
OFF状態とを切り替えることを目的としたものである
ので、出力として透過光の有無を提供するにすぎない。
これは、光スイッチの利用分野を狭めてしまう。
As described above, the above-mentioned optical switch has a structure in which the incident light is transmitted through the photonic crystal.
The purpose is to switch between the N state and the OFF state in which incident light is reflected by the photonic crystal, and therefore, merely provides the presence or absence of transmitted light as an output.
This narrows the field of use of the optical switch.

【0006】一方、フォトニック結晶に入射する光線を
偏向して、フォトニック結晶から提供される透過光の方
向を制御できれば、入射光を受ける入力端と、各々がフ
ォトニック結晶からの透過光を提供することができる複
数の出力端とを有するフォトニック結晶を用いた新規の
光学スイッチを実現できる可能性がある。そのような新
しい光学スイッチによれば、入射光の偏向を制御するこ
とによって出力端の所望の一つから透過光を出力するこ
とができるので、この種の光学スイッチは広範な用途に
使用されるだろう。
On the other hand, if the direction of the transmitted light provided from the photonic crystal can be controlled by deflecting the light beam incident on the photonic crystal, the input end receiving the incident light and each transmitting light from the photonic crystal can be controlled. There is a possibility that a novel optical switch using a photonic crystal having a plurality of output terminals that can be provided can be realized. Such a new optical switch can be used for a wide range of applications, since the transmitted light can be output from a desired one of the output ends by controlling the deflection of the incident light. right.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】したがって、本発明の目
的とするところは、フォトニック結晶の1側に入射した
光線を制御された角度で偏向させ、所望の方向を有する
透過光線をフォトニック結晶の他側から出力することが
できる、フォトニック結晶を用いた小型光線偏向装置を
提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to deflect a light beam incident on one side of a photonic crystal at a controlled angle and to transmit a transmitted light beam having a desired direction to the photonic crystal. Another object of the present invention is to provide a small beam deflecting device using a photonic crystal, which can output from the other side.

【0008】すなわち、この光線偏向装置は、入射され
る光線の波長とは異なるフォトニックバンドギャップ波
長を有するように設計されるフォトニック結晶と、フォ
トニック結晶にエネルギーを印加し、フォトニック結晶
の入射側に入射した光線を偏向させ、前記光線に対して
所望の角度をなす透過光線をフォトニック結晶の前記入
射側以外の他側から提供するための偏向制御手段とを具
備してなる。
[0008] That is, this light beam deflecting device includes a photonic crystal designed to have a photonic band gap wavelength different from the wavelength of an incident light beam, an energy applied to the photonic crystal, and Deflection control means for deflecting a light beam incident on the incident side and providing a transmitted light beam at a desired angle to the light beam from a side other than the incident side of the photonic crystal.

【0009】フォトニック結晶が、屈折率の異なる少な
くとも2種類の材料で構成される場合、上記制御手段
は、前記エネルギーの印加によって前記材料間の屈折率
の比を制御することが好ましい。あるいは、フォトニッ
ク結晶を構成する材料の少なくとも一方が電気光学材料
である場合、制御手段は、エネルギーとしてフォトニッ
ク結晶に電界を印加することが好ましい。これらの場合
は、前記エネルギーとして機械的な外力がフォトニック
結晶に負荷されない。したがって、光線偏向装置を長期
にわたって安定して作動させることができる。さらに、
偏向制御手段が入射光線の偏向角を変えるため、フォト
ニック結晶に印加される電界の強さを電気的に制御する
場合は、高速応答性を有する小型光線偏向装置を提供す
ることができる。
When the photonic crystal is composed of at least two kinds of materials having different refractive indexes, it is preferable that the control means controls the ratio of the refractive indexes between the materials by applying the energy. Alternatively, when at least one of the materials constituting the photonic crystal is an electro-optic material, the control means preferably applies an electric field to the photonic crystal as energy. In these cases, no mechanical external force is applied to the photonic crystal as the energy. Therefore, the light beam deflecting device can be operated stably for a long time. further,
Since the deflection control means changes the deflection angle of the incident light beam, when the intensity of the electric field applied to the photonic crystal is electrically controlled, it is possible to provide a small-sized light beam deflection device having a high-speed response.

【0010】本発明の別の目的は、光信号のクロストー
クを防止でき、高い伝送効率を確保することができる上
記した光線偏向装置を用いた新規な光スイッチを提供す
ることにある。すなわち、この光スイッチは、上記した
光線偏向装置と、フォトニック結晶の前記入射側に設け
られ、それを介して光線(=入射光線)がフォトニック
結晶に供給される光入力端子と、フォトニック結晶の前
記入射側以外の他側に設けられ、前記透過光線が選択的
に出力される複数の光出力端子とを具備してなる。
Another object of the present invention is to provide a novel optical switch using the above-described light beam deflecting device, which can prevent optical signal crosstalk and can ensure high transmission efficiency. That is, this optical switch is provided on the above-described light beam deflecting device, the light incident side of the photonic crystal, and an optical input terminal through which a light beam (= incident light beam) is supplied to the photonic crystal; And a plurality of light output terminals provided on the other side of the crystal other than the incident side and selectively outputting the transmitted light.

【0011】より具体的には、本発明の光スイッチは、
上記した光線偏向装置と、フォトニック結晶の前記1側
に設けられ、それを介して入射光線がフォトニック結晶
に供給される光入力端子と、少なくとも2つの光出力端
子と具備し、光出力端子は、フォトニック結晶の他側に
設けられ、フォトニック結晶を透過する第1透過光線を
出力するための第1光出力端子と、フォトニック結晶の
他側に設けられ、第1の透過光線とは異なる方向を有す
るとともに前記入射光線に対して所望の角度をなす第2
透過光線を出力するための第2光出力端子とを含むもの
である。
More specifically, the optical switch of the present invention comprises:
An optical input terminal provided on the first side of the photonic crystal, the optical input terminal through which incident light is supplied to the photonic crystal, and at least two optical output terminals; A first light output terminal provided on the other side of the photonic crystal for outputting a first transmitted light transmitted through the photonic crystal; and a first light output terminal provided on the other side of the photonic crystal. Has a different direction and forms a desired angle with respect to the incident ray.
A second light output terminal for outputting a transmitted light beam.

【0012】本発明のさらなる目的は、フォトニック結
晶の1側に入射した光線を制御された角度で偏向させ
て、所望の方向を有する透過光線をフォトニック結晶の
他側から提供するための方法を提供することにある。
It is a further object of the present invention to provide a method for deflecting a light beam incident on one side of a photonic crystal at a controlled angle to provide a transmitted light beam having a desired direction from the other side of the photonic crystal. Is to provide.

【0013】すなわち、この方法は、フォトニック結晶
の一側に、フォトニック結晶のバンドギャップ波長以外
の波長を有する入射光線を提供するステップと、フォト
ニック結晶にエネルギーを印加してフォトニック結晶に
入射した光線を偏向させ、前記入射光線に対して所望の
角度をなす透過光線をフォトニック結晶の他面から提供
するステップとを含むものである。
That is, the method comprises the steps of providing, on one side of the photonic crystal, an incident light beam having a wavelength other than the bandgap wavelength of the photonic crystal, and applying energy to the photonic crystal to apply it to the photonic crystal. Deflecting the incident light beam and providing a transmitted light beam at a desired angle to the incident light beam from the other side of the photonic crystal.

【0014】本発明のさらなる目的および長所は、添付
の図面を参照しながら、以下の発明の好ましい実施形態
に基づいてより明確に理解されるだろう。
Further objects and advantages of the present invention will be more clearly understood on the basis of the following preferred embodiments of the invention with reference to the accompanying drawings.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】本発明の光線偏向装置および光ス
イッチを以下の好ましい実施形態に基づいて詳細に説明
する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A beam deflecting device and an optical switch according to the present invention will be described in detail based on the following preferred embodiments.

【0016】本発明の光線偏向装置は、例えば、図1に
示すように、入射される光線の波長とは異なるフォトニ
ックバンドギャップ波長を有するように設計されるフォ
トニック結晶1と、このフォトニック結晶にエネルギー
を印加し、フォトニック結晶の1側に入射した光線を偏
向させ、入射光線5に対して所望の角度をなす透過光線
をフォトニック結晶の他側から提供するための偏向制御
手段4とを具備してなる。
The light beam deflecting device of the present invention comprises, for example, as shown in FIG. 1, a photonic crystal 1 designed to have a photonic bandgap wavelength different from the wavelength of an incident light beam, A deflection control means 4 for applying energy to the crystal to deflect a light beam incident on one side of the photonic crystal and providing a transmitted light beam at a desired angle to the incident light beam 5 from the other side of the photonic crystal. And

【0017】本発明に使用されるフォトニック結晶1
は、誘電率の異なる少なくとも2種類の材料を光の波長
程度の間隔で周期的に配列させてなる多次元周期構造で
ある。換言すれば、フォトニック結晶1は、屈折率の異
なる少なくとも2種類の物質からなり、フォトニック結
晶への入射光の波長の2分の1程度の周期となるように
これらの物質を配列させ、そのフォトニックバンド構造
によって入射光に対する透過光の角度が決まる人工の周
期もしくは準周期構造である。
Photonic crystal 1 used in the present invention
Is a multidimensional periodic structure in which at least two types of materials having different dielectric constants are periodically arranged at intervals of about the wavelength of light. In other words, the photonic crystal 1 is made of at least two kinds of substances having different refractive indexes, and these substances are arranged so as to have a period of about half the wavelength of the light incident on the photonic crystal, The photonic band structure is an artificial periodic or quasi-periodic structure in which the angle of transmitted light with respect to incident light is determined.

【0018】本発明の光線偏向装置においては、例え
ば、図2(a)に示すフォトニック結晶1を使用するこ
とができる。このフォトニック結晶1は、第1材料でな
る円柱体1dを所定周期で配列させた2次元周期構造体
でなる。この場合、隣接する円柱体1dの間の空間に
は、第1材料とは誘電率が異なる第2材料が充填され
る。第2材料を空気としても良い。一方、図2(b)に
示すフォトニック結晶1を用いても良い。このフォトニ
ック結晶は、第2材料が固体材料であり、第1材料が空
気であることを除いて実質的に図2(a)の構造と同じ
である。すなわち、図2(b)のフォトニック結晶は、
第2材料でなる直方体と、この直方体中に所定周期で設
けた複数の円柱状空隙1eとで構成される。
In the light beam deflecting device of the present invention, for example, a photonic crystal 1 shown in FIG. 2A can be used. This photonic crystal 1 is a two-dimensional periodic structure in which cylindrical bodies 1d made of a first material are arranged at a predetermined period. In this case, the space between the adjacent cylinders 1d is filled with a second material having a different dielectric constant from the first material. The second material may be air. On the other hand, the photonic crystal 1 shown in FIG. 2B may be used. This photonic crystal has substantially the same structure as that of FIG. 2A except that the second material is a solid material and the first material is air. That is, the photonic crystal of FIG.
It is composed of a rectangular parallelepiped made of the second material, and a plurality of cylindrical voids 1e provided in the rectangular parallelepiped at a predetermined period.

【0019】また、図2(c)に示すフォトニック結晶
1を使用することができる。このフォトニック結晶は、
第1材料でなる微細な球体1cを所定の周期で3次元に
配列させることにより得られる3次元周期構造である。
この構造は、人工オパール構造とも呼ばれている。この
場合、隣接する球体1c間には、第1材料とは誘電率が
異なる第2材料が充填される。第2材料を空気としても
良い。一方、図2(d)に示すフォトニック結晶1を用
いても良い。このフォトニック結晶1は、第2材料が固
体材料であり、第1材料が空気であることを除いて実質
的に図2(c)の構造と同じである。すなわち、図2
(d)のフォトニック結晶は、第2材料でなる立方体
と、この立方体中に所定周期で設けた複数の球状空隙1
hとで構成される。この構造は、反転オパール構造とも
呼ばている。
Further, the photonic crystal 1 shown in FIG. 2C can be used. This photonic crystal
This is a three-dimensional periodic structure obtained by arranging fine spheres 1c made of the first material three-dimensionally at a predetermined period.
This structure is also called an artificial opal structure. In this case, the second material having a different dielectric constant from the first material is filled between the adjacent spheres 1c. The second material may be air. On the other hand, the photonic crystal 1 shown in FIG. 2D may be used. The photonic crystal 1 has substantially the same structure as that of FIG. 2C except that the second material is a solid material and the first material is air. That is, FIG.
The photonic crystal of (d) comprises a cube made of the second material and a plurality of spherical voids 1 provided at a predetermined period in the cube.
h. This structure is also called an inverted opal structure.

【0020】さらに、図2(e)に示すフォトニック結
晶1を使用することができる。このフォトニック結晶
は、六角形凹部(図示せず)が所定間隔で周期的に形成
されているハニカム表面を有する基板(例えば、シリコ
ン基板)10と、このハニカム表面に積層される所定数
の薄膜とでなる人工積層構造である。薄膜の各々は、第
1材料(例えば、アモルファスSi)からなる下層1a
と、第2材料(例えば、SiO2)からなる上層1bと
でなる。このように、基板10のハニカム表面には六角
形凹部の2次元周期構造が設けられ、さらに基板10の
高さ方向には下層1aと上層1bの互い違い配列による
周期構造が設けられるので、これらは、全体として3次
元周期構造を形成する。
Further, a photonic crystal 1 shown in FIG. 2E can be used. The photonic crystal includes a substrate (for example, a silicon substrate) 10 having a honeycomb surface in which hexagonal concave portions (not shown) are periodically formed at predetermined intervals, and a predetermined number of thin films laminated on the honeycomb surface. And an artificial laminated structure consisting of Each of the thin films is a lower layer 1a made of a first material (for example, amorphous Si).
And an upper layer 1b made of a second material (for example, SiO 2 ). Thus, a two-dimensional periodic structure of hexagonal concave portions is provided on the honeycomb surface of the substrate 10, and a periodic structure is provided in the height direction of the substrate 10 by a staggered arrangement of the lower layer 1 a and the upper layer 1 b. To form a three-dimensional periodic structure as a whole.

【0021】尚、本発明の光線偏向装置用フォトニック
結晶は、上記したフォトニック結晶に限定されない。他
の構造を有する従来周知のフォトニック結晶や新規な構
造を有するフォトニック結晶を本発明の光線偏向装置に
用いることができる。
The photonic crystal for a light beam deflecting device of the present invention is not limited to the above-described photonic crystal. A conventionally known photonic crystal having another structure or a photonic crystal having a novel structure can be used in the light beam deflecting device of the present invention.

【0022】本発明の光線偏向装置に使用されるフォト
ニック結晶1は、フォトニック結晶に入射される光線
(=入射光線5)の波長が、フォトニック結晶のフォト
ニックバンドギャップ波長と異なるように設計される。
したがって、予め使用する入射光線の波長が決定されれ
ば、その波長とは異なるフォトニックバンドギャップ波
長を有するようにフォトニック結晶の材料および構造が
設計される。反対に、フォトニック結晶の材料や構造が
予め決定されれば、入射光線としてはそのフォトニック
結晶のフォトニックバンドギャップ波長とは異なる波長
を有する光線が入射光線として使用される。仮に、フォ
トニックバンドギャップ波長を有する光線をフォトニッ
ク結晶の表面に入射させても、フォトニック結晶の他の
表面から透過光は得られない。換言すれば、フォトニッ
クバンドギャップ波長に等しい波長を有する入射光線
は、フォトニック結晶の表面で反射し、フォトニック結
晶を透過することができない。したがって、フォトニッ
クバンドギャップ波長と異なる波長の光線をフォトニッ
ク結晶に入射させれば、フォトニック結晶から透過光を
得ることができるのである。
The photonic crystal 1 used in the light beam deflecting device of the present invention has a wavelength of a light beam incident on the photonic crystal (= incident light beam 5) different from the photonic band gap wavelength of the photonic crystal. Designed.
Therefore, if the wavelength of the incident light beam to be used is determined in advance, the material and structure of the photonic crystal are designed to have a photonic band gap wavelength different from that wavelength. Conversely, if the material or structure of the photonic crystal is determined in advance, a light having a wavelength different from the photonic band gap wavelength of the photonic crystal is used as the incident light. Even if a light beam having a photonic band gap wavelength is incident on the surface of the photonic crystal, transmitted light cannot be obtained from the other surface of the photonic crystal. In other words, incident light having a wavelength equal to the photonic bandgap wavelength is reflected at the surface of the photonic crystal and cannot pass through the photonic crystal. Therefore, if a light beam having a wavelength different from the photonic band gap wavelength is incident on the photonic crystal, transmitted light can be obtained from the photonic crystal.

【0023】ところで、フォトニック結晶に固有の光学
特性として、フォトニック結晶に入射される光線の波長
がほんの1%変化すると、フォトニック結晶に入射した
光線の屈折角が約50度も大きくなることが知られてい
る。この現象は、1999年に発見され、スーパープリ
ズム効果と呼ばれている。この現象は、入射光線の波長
の微小変化がもたらすフォトニック分散面形状の大きな
変化によって生じる。すなわち、その波長を1%程度変
化させると、入射光線は異なる分散面を通過し、結果と
して入射光線の大きな偏向が得られる。しかしながら、
フォトニック結晶を光スイッチのような光学装置に使用
する場合は、特定の波長を有する入射光線を所望の角度
で屈折させて出力光(すなわち、透過光)を提供するこ
とが必要になってくる。本発明は、この要請に以下に詳
述する偏向制御手段によって対処している。
By the way, as an optical characteristic inherent to the photonic crystal, if the wavelength of the light beam incident on the photonic crystal changes by only 1%, the refraction angle of the light beam incident on the photonic crystal increases by about 50 degrees. It has been known. This phenomenon was discovered in 1999 and is called the super prism effect. This phenomenon is caused by a large change in the shape of the photonic dispersion surface caused by a minute change in the wavelength of the incident light. That is, if the wavelength is changed by about 1%, the incident light passes through different dispersion planes, resulting in a large deflection of the incident light. However,
When a photonic crystal is used in an optical device such as an optical switch, it becomes necessary to refract incident light having a specific wavelength at a desired angle to provide output light (ie, transmitted light). . The present invention addresses this need with deflection control means, described in more detail below.

【0024】これまで述べたように、本発明は、フォト
ニック結晶にそのフォトニックバンドギャップ波長以外
の波長を有する入射光線を提供することによって、入射
光線をフォトニック結晶から反射させることなく、フォ
トニック結晶内を透過させることを前提としている。こ
の前提において、本発明の特徴は、フォトニック結晶の
1側に入射させた入射光線を、フォトニック結晶にエネ
ルギーを印加して偏向させ、入射光線に対して所望の角
度をなす透過光線をフォトニック結晶の他面から提供す
る点にある。
As mentioned above, the present invention provides a photonic crystal with an incident light beam having a wavelength other than its photonic bandgap wavelength so that the incident light beam can be reflected from the photonic crystal without reflecting the incident light beam from the photonic crystal. It is assumed that the light passes through the nick crystal. On this premise, a feature of the present invention is that an incident light beam incident on one side of the photonic crystal is deflected by applying energy to the photonic crystal, and a transmitted light beam that forms a desired angle with respect to the incident light beam is photo-crystallized. The nick crystal is provided from the other side.

【0025】以下に、本発明の偏向制御手段の好適な実
施形態を詳細に説明する。
Hereinafter, preferred embodiments of the deflection control means of the present invention will be described in detail.

【0026】本発明の偏向制御手段4は、フォトニック
結晶1にエネルギーを印加してフォトニックバンド構造
を変化させ、フォトニック結晶に入射した光線の光路
(もしくは、偏向角)を変えるものである。偏向制御手
段4を作動させることなく、特定の波長の入射光線をフ
ォトニック結晶の1側に提供する場合、図3(a)や図
4(a)において実線で示される光路Aに沿って入射光
線5は伝搬し、フォトニック結晶の反対側の第1ポジシ
ョンから透過光が出力される。この場合は、点線で示さ
れる光路Bに沿って入射光線は伝搬されない。次に、偏
向制御手段4を作動させてフォトニック結晶のフォトニ
ックバンド構造を変化させると、図3(b)や図4
(b)において実線で示される光路Bに沿って入射光線
が伝搬し、フォトニック結晶の反対側の第2ポジション
から透過光が出力される。この場合は、点線で示される
光路Aに沿って入射光線は伝搬されない。
The deflection control means 4 of the present invention changes the photonic band structure by applying energy to the photonic crystal 1 to change the optical path (or deflection angle) of the light beam incident on the photonic crystal. . In the case where an incident light beam having a specific wavelength is provided to one side of the photonic crystal without operating the deflection control means 4, the incident light is incident along an optical path A shown by a solid line in FIGS. 3 (a) and 4 (a). The light beam 5 propagates, and the transmitted light is output from the first position on the opposite side of the photonic crystal. In this case, the incident light does not propagate along the optical path B indicated by the dotted line. Next, when the deflection control means 4 is operated to change the photonic band structure of the photonic crystal, FIG.
In (b), the incident light propagates along the optical path B shown by the solid line, and the transmitted light is output from the second position on the opposite side of the photonic crystal. In this case, the incident light does not propagate along the optical path A indicated by the dotted line.

【0027】換言すれば、フォトニック結晶内を伝搬す
る光線の波長がある規定波長を有する場合、光線はフォ
トニック分散面のポテンシャル勾配の方向に進行する。
したがって、フォトニック結晶1の周期構造の周期、も
しくはフォトニック結晶1を構成する2つの物質の屈折
率比を偏向制御手段により変化させれば、フォトニック
分散面が変化してフォトニック結晶内を伝搬する光線は
偏向される。
In other words, when the wavelength of the light beam propagating in the photonic crystal has a certain specified wavelength, the light beam travels in the direction of the potential gradient on the photonic dispersion surface.
Therefore, if the period of the periodic structure of the photonic crystal 1 or the refractive index ratio of the two substances constituting the photonic crystal 1 is changed by the deflection control means, the photonic dispersion plane changes and the inside of the photonic crystal changes. The propagating light beam is deflected.

【0028】フォトニック結晶1が屈折率の異なる少な
くとも2種類の材料で構成される場合、偏向制御手段
は、フォトニック結晶へのエネルギーの印加によって材
料間の屈折率の比を変化させ、それにより入射光線に対
して所望の角度をなす透過光線をフォトニック結晶から
提供する。また、材料の少なくとも一方が電気光学材料
でなる場合、偏向制御手段4は、エネルギーとしてフォ
トニック結晶に電界(光による電界を含む)を印加する
ことが好ましい。
When the photonic crystal 1 is made of at least two materials having different refractive indexes, the deflection control means changes the refractive index ratio between the materials by applying energy to the photonic crystal, thereby changing the refractive index ratio between the materials. A transmitted beam at a desired angle to the incident beam is provided from the photonic crystal. When at least one of the materials is an electro-optic material, the deflection control unit 4 preferably applies an electric field (including an electric field due to light) to the photonic crystal as energy.

【0029】例えば、図1(a)および図1(b)に示
すように、偏向制御手段4は、フォトニック結晶1の対
向する両側に配置された一対の平板電極50と、電極間
に電圧を供給する電源(図示せず)と、電圧コントロー
ラ(図示せず)とを含む。図中、番号41は、フォトニ
ック結晶1および電極50を支持する支持体である。電
極50および支持体41は入射光5に対して透明な材料
により構成することが好ましい。
For example, as shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b), the deflection control means 4 comprises a pair of plate electrodes 50 arranged on both sides of the photonic crystal 1 and a voltage between the electrodes. And a voltage controller (not shown). In the figure, reference numeral 41 denotes a support for supporting the photonic crystal 1 and the electrode 50. The electrode 50 and the support 41 are preferably made of a material transparent to the incident light 5.

【0030】フォトニック結晶1に使用される電気光学
材料としては、電界強度に比例して屈折率が変化するポ
ッケルス効果や、電界強度の2乗に比例して屈折率が変
化する光カー効果(三次非線形光学効果)などの非線形
光学効果を有する材料を使用することができる。例え
ば、ポッケルス係数が1×10-12〜1000×10-12
m/Vの材料を用いことが望ましく、そのような電気光
学材料としては、KH2PO4、KDS2PO4、NH42
PO4、RbH2PO4、CsD2AsO4(DCDA)、
BaTiO3、Ba1-xSrxTiO3、KNbO3、Li
NbO3、KTiOPO4(KTP)、KTiOAsO4
(KTA)、PbxLa1-x(TiyZr1-y)O3(PL
ZT)等がある。
The electro-optic material used for the photonic crystal 1 includes a Pockels effect in which the refractive index changes in proportion to the electric field intensity, and an optical Kerr effect in which the refractive index changes in proportion to the square of the electric field intensity ( A material having a nonlinear optical effect such as a third-order nonlinear optical effect) can be used. For example, the Pockels coefficient is 1 × 10 −12 to 1000 × 10 −12
It is desirable to use a material of m / V, and such electro-optical materials as KH 2 PO 4 , KDS 2 PO 4 , NH 4 H 2
PO 4 , RbH 2 PO 4 , CsD 2 AsO 4 (DCDA),
BaTiO 3 , Ba 1-x Sr x TiO 3 , KNbO 3 , Li
NbO 3 , KTiOPO 4 (KTP), KTiOAsO 4
(KTA), Pb x La 1-x (Ti y Zr 1-y ) O 3 (PL
ZT).

【0031】上記した偏向制御手段4によれば、電極5
0間に電圧を印加することでフォトニック結晶1に電界
が印加される。印加された電界は、フォトニック結晶1
を構成している2つの物質の屈折率の比を変化させ、結
果としてフォトニック結晶のフォトニックバンド構造に
変化をもたらす。本実施形態の偏向制御手段は4、上記
屈折率比を0.1〜1%程度の大きさで変化させること
ができる。
According to the deflection control means 4 described above, the electrode 5
An electric field is applied to the photonic crystal 1 by applying a voltage between zero. The applied electric field is the photonic crystal 1
Is changed, and as a result, the photonic band structure of the photonic crystal is changed. The deflection control means 4 of the present embodiment can change the refractive index ratio by about 0.1 to 1%.

【0032】上記したように、本実施形態の偏向制御装
置4は、フォトニック結晶1に印加される電界を制御す
ることによってフォトニック結晶1の屈折率比を変化さ
せる。屈折率比のこの変化は、フォトニック分散面の変
化をもたらし、結果として入射光5の偏向角の制御が可
能となる。このように、電極50間に印加する電圧の調
節により偏向角が制御されるので、光線偏向装置の応答
速度を高めることができる。また、本実施形態の偏向制
御手段は、フォトニック結晶1に機械的な応力を負荷し
ないので、装置の信頼性を長期わたって維持しやすいと
いう長所もある。
As described above, the deflection control device 4 of the present embodiment changes the refractive index ratio of the photonic crystal 1 by controlling the electric field applied to the photonic crystal 1. This change in the refractive index ratio results in a change in the photonic dispersion surface, and as a result, the deflection angle of the incident light 5 can be controlled. As described above, since the deflection angle is controlled by adjusting the voltage applied between the electrodes 50, the response speed of the light beam deflecting device can be increased. Further, the deflection control means of the present embodiment does not apply a mechanical stress to the photonic crystal 1, and thus has an advantage that the reliability of the device can be easily maintained for a long period of time.

【0033】本発明の偏向制御手段の別の実施形態とし
て、フォトニック結晶1を構成する材料の少なくとも一
つが音響光学材料である場合、偏向制御手段4はエネル
ギーとしてフォトニック結晶に超音波を印加することが
好ましい。
As another embodiment of the deflection control means of the present invention, when at least one of the materials constituting the photonic crystal 1 is an acousto-optic material, the deflection control means 4 applies ultrasonic waves to the photonic crystal as energy. Is preferred.

【0034】図5に示すように、この偏向制御手段4
は、フォトニック結晶1に超音波を印加するための超音
波印加手段52を具備する。例えば、超音波印加手段5
2は、超音波振動子(例えば、圧電素子など)を用いた
トランスデューサと、このトランスデューサへ駆動電圧
を供給する電源(図示せず)とを含んでなる。音響光学
材料は、フォトニック結晶1に入射される光線の波長に
応じて、HgS、Tl3AsS4、Ge、Te、ZnT
e、Pb5Ge311のような材料から選択することがで
きる。本実施形態の偏向制御手段は、上記屈折率比を
0.1〜1%程度の大きさで変化させることができる。
As shown in FIG. 5, the deflection control means 4
Is provided with an ultrasonic wave applying means 52 for applying an ultrasonic wave to the photonic crystal 1. For example, the ultrasonic wave applying means 5
Reference numeral 2 includes a transducer using an ultrasonic transducer (for example, a piezoelectric element) and a power supply (not shown) for supplying a drive voltage to the transducer. The acousto-optic material is made of HgS, Tl 3 AsS 4 , Ge, Te, ZnT according to the wavelength of the light beam incident on the photonic crystal 1.
e, a material such as Pb 5 Ge 3 O 11 . The deflection control means of the present embodiment can change the refractive index ratio by about 0.1 to 1%.

【0035】上記した偏向制御手段によれば、フォトニ
ック結晶1に印加された超音波でフォトニック結晶の屈
折率の周期的変化が誘発され、その結果、音子(フォノ
ン)による光子(フォトン)の散乱(ブリルアン散乱)
によって光が回折される。すなわち、超音波の印加によ
って屈折率の比を変化させると、結果的にフォトニック
バンド構造に変化が生じるのである。超音波の周波数を
調節することにより、フォトニック結晶に入射した光線
の偏向角が制御されるので、比較的高い周波数まで応答
する光線偏向装置を提供することができる。また、本実
施形態の偏向制御手段は、フォトニック結晶1に機械的
な応力を負荷しないので、装置の信頼性を長期わたって
維持しやすいという長所もある。
According to the above-described deflection control means, the ultrasonic wave applied to the photonic crystal 1 induces a periodic change in the refractive index of the photonic crystal, and as a result, photons (photons) due to phonons. Scattering (Brillouin scattering)
Causes the light to be diffracted. That is, when the refractive index ratio is changed by applying ultrasonic waves, the photonic band structure is changed as a result. By adjusting the frequency of the ultrasonic wave, the deflection angle of the light beam incident on the photonic crystal is controlled, so that a light beam deflecting device that responds to a relatively high frequency can be provided. Further, the deflection control means of the present embodiment does not apply a mechanical stress to the photonic crystal 1, and thus has an advantage that the reliability of the device can be easily maintained for a long period of time.

【0036】本発明の偏向制御手段の別の実施形態とし
て、偏向制御手段4は、フォトニック結晶1の寸法変化
を得るため、エネルギーとして外力をフォトニック結晶
1に印加する外力印加手段を含むものであってもよい。
例えば、外力印加手段は、フォトニック結晶に隣接して
配置される圧電材料を含む。この場合は、圧電材料の使
用によりフォトニック結晶の寸法を直接的に且つ均一に
変化させることができるので、光線偏向装置の動作信頼
性を高めることができる。
As another embodiment of the deflection control means of the present invention, the deflection control means 4 includes an external force applying means for applying an external force as energy to the photonic crystal 1 in order to obtain a dimensional change of the photonic crystal 1. It may be.
For example, the external force applying means includes a piezoelectric material disposed adjacent to the photonic crystal. In this case, since the dimensions of the photonic crystal can be directly and uniformly changed by using the piezoelectric material, the operation reliability of the light beam deflecting device can be improved.

【0037】例えば、図6(a)に示すように,偏向制
御手段4を作動させない場合、フォトニック結晶は寸法
H1、H2を有する。この時、フォトニック結晶の1側
に入射した光線は、フォトニック結晶内を光路Aに沿っ
て伝播し、フォトニック結晶の他側の第1ポジションか
ら出力される。一方、図6(b)に示すように、偏向制
御手段4を作動させる場合、フォトニック結晶寸法H
1、H2は寸法H1’(>H1)、H2’(>H2)に
それぞれ変化する。このフォトニック結晶の寸法変化
は、フォトニックバンド構造を変化させ、結果としてフ
ォトニック結晶を構成する物質の屈折率の比を変化させ
る。したがって、フォトニック結晶の1側に入射した光
線は、フォトニック結晶内を光路Bに沿って伝播し、フ
ォトニック結晶の他側の第2ポジションから出力され
る。
For example, as shown in FIG. 6A, when the deflection control means 4 is not operated, the photonic crystal has dimensions H1 and H2. At this time, a light beam incident on one side of the photonic crystal propagates along the optical path A in the photonic crystal and is output from the first position on the other side of the photonic crystal. On the other hand, as shown in FIG. 6B, when the deflection control means 4 is operated, the photonic crystal size H
1, H2 changes to dimensions H1 '(> H1) and H2'(> H2), respectively. This dimensional change of the photonic crystal changes the photonic band structure, and consequently changes the ratio of the refractive index of the material constituting the photonic crystal. Therefore, the light beam incident on one side of the photonic crystal propagates along the optical path B in the photonic crystal and is output from the second position on the other side of the photonic crystal.

【0038】例えば、本実施形態の偏向制御装置4は、
図7に示すように、フォトニック結晶の1側に配置され
る圧電材料42と、圧電材料の両面に配置される一対の
電極43a,43bと、電極間に電圧を供給する電源
と、電圧コントローラ(図示せず)とで主に構成され、
電極43aが圧電材料42とフォトニック結晶1の間に
配置される。図中、番号41は、フォトニック結晶1お
よび圧電材料42を内部に収納するための支持体であ
る。圧電材料42、電極43a,43bおよび支持体4
1は、入射光線5に対して透明な材料によって形成され
ることが好ましい。
For example, the deflection control device 4 of the present embodiment
As shown in FIG. 7, a piezoelectric material 42 disposed on one side of the photonic crystal, a pair of electrodes 43a and 43b disposed on both surfaces of the piezoelectric material, a power supply for supplying a voltage between the electrodes, and a voltage controller (Not shown)
An electrode 43a is arranged between the piezoelectric material 42 and the photonic crystal 1. In the figure, reference numeral 41 denotes a support for housing the photonic crystal 1 and the piezoelectric material 42 therein. Piezoelectric material 42, electrodes 43a and 43b, and support 4
1 is preferably formed of a material transparent to the incident light 5.

【0039】圧電材料42(ピエゾ材料)としては、例
えば、Pb(Zr0.52,Ti0.48)O3のようなPZT
セラミックスを用いることができる。尚、このPZTセ
ラミックスは、−400×10-12〜1000×10-12
m/Vの圧電定数を有することが好ましい。一例とし
て、圧電材料として厚さ10mmのPZTセラミックス
を用い、電極43a,43b間に電圧を印加して圧電材
料42に1000V/mmの電界を印加すると、圧電材
料42の厚み寸法が5μm程度変化する。ここで、フォ
トニック結晶1の厚みを5mmとすれば、その厚み寸法
(H)は0.1%程度変化することになる。これは、フ
ォトニック結晶1の周期を変化させるのに十分である。
As the piezoelectric material 42 (piezo material), for example, PZT such as Pb (Zr 0.52 , Ti 0.48 ) O 3
Ceramics can be used. In addition, this PZT ceramic is from −400 × 10 −12 to 1000 × 10 −12.
It preferably has a piezoelectric constant of m / V. As an example, when a PZT ceramic having a thickness of 10 mm is used as a piezoelectric material and a voltage is applied between the electrodes 43a and 43b to apply an electric field of 1000 V / mm to the piezoelectric material 42, the thickness of the piezoelectric material 42 changes by about 5 μm. . Here, if the thickness of the photonic crystal 1 is 5 mm, the thickness dimension (H) changes by about 0.1%. This is enough to change the period of the photonic crystal 1.

【0040】上記した偏向制御手段4においては、圧電
素子42の厚み方向への伸縮を利用してフォトニック結
晶1の寸法(=フォトニック結晶1の周期)を変化させ
る。圧電材料42の厚み方向における伸縮量は、電圧コ
ントローラによって制御することができる。すなわち、
両電極43a,43b間に電圧を印加しないで、所定波
長の光線をフォトニック結晶に入射させると、図7の実
線の矢印Aで示される第1光路に沿って、光線はフォト
ニック結晶1を透過する。一方、電極43a,43b間
に電圧を印加すると、圧電材料42は、図7の複数個の
矢印Cによって示されるようにフォトニック結晶1に圧
縮応力を及ぼし、それによりフォトニックバンド構造が
変化する。結果として、フォトニック結晶に入射した光
線は偏向され、図7の破線の矢印Bで示される第2光路
に沿ってフォトニック結晶を透過する。
In the deflection control means 4 described above, the dimension of the photonic crystal 1 (= period of the photonic crystal 1) is changed by using expansion and contraction of the piezoelectric element 42 in the thickness direction. The amount of expansion and contraction of the piezoelectric material 42 in the thickness direction can be controlled by a voltage controller. That is,
When a light beam having a predetermined wavelength is incident on the photonic crystal without applying a voltage between the electrodes 43a and 43b, the light beam passes through the photonic crystal 1 along the first optical path indicated by the solid arrow A in FIG. To Penetrate. On the other hand, when a voltage is applied between the electrodes 43a and 43b, the piezoelectric material 42 exerts a compressive stress on the photonic crystal 1 as shown by a plurality of arrows C in FIG. 7, thereby changing the photonic band structure. . As a result, the light beam incident on the photonic crystal is deflected and transmitted through the photonic crystal along the second optical path indicated by the dashed arrow B in FIG.

【0041】換言すれば、フォトニック結晶1に入射し
た光線が規定波長を有する場合、光線はフォトニック結
晶1の波数空間でのバンドの等エネルギ面であるエネル
ギー分散面のポテンシャル勾配の方向に沿って伝播す
る。つまり、フォトニック結晶を伝搬する光はエネルギ
ー分散面に交差する方向へ進行する。本実施形態では、
フォトニック結晶1の周期の変化がフォトニック結晶を
寸法変化させることによって得られ、その結果エネルギ
ー分散面が変化(伸縮)し、入射光5が偏向される。
In other words, when the light beam incident on the photonic crystal 1 has a specified wavelength, the light beam is directed along the direction of the potential gradient of the energy dispersive surface, which is the equal energy surface of the band in the wavenumber space of the photonic crystal 1. To propagate. That is, light propagating through the photonic crystal travels in a direction crossing the energy dispersion plane. In this embodiment,
The change in the period of the photonic crystal 1 is obtained by changing the size of the photonic crystal, and as a result, the energy dispersion surface changes (contracts), and the incident light 5 is deflected.

【0042】このように、本実施形態における偏向制御
手段4によれば、フォトニック結晶1の寸法変化量を調
節することでフォトニック結晶に入射した光線の偏向角
を制御することができる。また、圧電材料42を駆動す
ることにより、フォトニック結晶の周期を高速で変化さ
せることができるので、高速応答性を有する光線偏向装
置を提供することが可能になる。さらに、従来周知の圧
電素子を偏向制御手段に利用できるので、光線偏向装置
のコストパフォーマンスの改善を図れるという長所もあ
る。
As described above, according to the deflection control means 4 in this embodiment, the deflection angle of the light beam incident on the photonic crystal can be controlled by adjusting the dimensional change of the photonic crystal 1. Further, by driving the piezoelectric material 42, the period of the photonic crystal can be changed at a high speed, so that it is possible to provide a light beam deflecting device having a high-speed response. Furthermore, since a conventionally known piezoelectric element can be used for the deflection control means, there is an advantage that the cost performance of the light beam deflecting device can be improved.

【0043】以下に、本発明の圧電材料を用いた偏向制
御手段の変更例を紹介する。
Hereinafter, a modified example of the deflection control means using the piezoelectric material of the present invention will be introduced.

【0044】この偏向制御手段4は、図8に示すよう
に、上面にフォトニック結晶1が形成される圧電材料製
の基板47と、この基板の両側に配置される一対の電極
48a,48bとを具備する。この場合は、圧電基板4
7の厚み方向における伸縮によってフォトニック結晶1
の寸法変化がもたらされる。フォトニック結晶1を支持
する基板と個別に圧電素子を設ける場合に比べ、本実施
形態の偏向制御手段4は、さらに洗練された構造を有す
るとともに、優れたコストパフォーマンスを発揮する。
尚、基板47および各電極48a,48bは入射光5に
対して透明な材料により構成することが好ましい。
As shown in FIG. 8, the deflection control means 4 comprises a substrate 47 made of a piezoelectric material on which the photonic crystal 1 is formed, and a pair of electrodes 48a and 48b arranged on both sides of the substrate. Is provided. In this case, the piezoelectric substrate 4
Photonic crystal 1 by expansion and contraction in the thickness direction of 7
Resulting in a dimensional change of Compared to the case where a piezoelectric element is provided separately from the substrate supporting the photonic crystal 1, the deflection control means 4 of the present embodiment has a more sophisticated structure and exhibits excellent cost performance.
Preferably, the substrate 47 and the electrodes 48a, 48b are made of a material transparent to the incident light 5.

【0045】一例として、5mmx5mmの正方形状の
PZTセラミック製基板47を用い、電極48a,48
bを介してこのPZTセラミック基板に2000V/m
mの電界を印加すると、PZTセラミック基板47の厚
み寸法が5μm程度変化する。この時、フォトニック結
晶1の寸法は0.1%程度変化する。これは、フォトニ
ック結晶1の周期を変化させるのに十分である。尚、本
実施形態の偏向制御手段4は、図7の偏向制御手段と同
様な手法により作動させることができる。
As an example, a square PZT ceramic substrate 47 of 5 mm × 5 mm is used, and electrodes 48 a and 48 are used.
2,000 V / m through this PZT ceramic substrate
When an electric field of m is applied, the thickness dimension of the PZT ceramic substrate 47 changes by about 5 μm. At this time, the size of the photonic crystal 1 changes by about 0.1%. This is enough to change the period of the photonic crystal 1. Note that the deflection control means 4 of the present embodiment can be operated by the same method as the deflection control means of FIG.

【0046】本発明の別の実施形態に基づく偏向制御手
段として、外力印加手段は、フォトニック結晶の両側に
配置される一対の電磁石を含むことが好ましい。この場
合は、電磁石間に発生する引力によってフォトニック結
晶に機械的応力が印加される。
As a deflection control means according to another embodiment of the present invention, the external force applying means preferably includes a pair of electromagnets arranged on both sides of the photonic crystal. In this case, a mechanical stress is applied to the photonic crystal by an attractive force generated between the electromagnets.

【0047】例えば、本実施形態の制御手段は、図9に
示すように、フォトニック結晶の両側に配置された一対
の電磁石46a,46bと、電磁石のコイルへ電流を供
給するための電源(図示せず)と、電流コントローラ
(図示せず)とを具備してなる。この場合は、電磁石へ
の通電によって発生する吸引力によりフォトニック結晶
を寸法変化させている。したがって、電磁石の吸引力の
大きさを調節すれば入射光線の偏向角を制御することが
できる。
For example, as shown in FIG. 9, the control means of this embodiment includes a pair of electromagnets 46a and 46b arranged on both sides of the photonic crystal, and a power supply (see FIG. 9) for supplying current to the coils of the electromagnets. (Not shown) and a current controller (not shown). In this case, the size of the photonic crystal is changed by an attractive force generated by energizing the electromagnet. Therefore, the deflection angle of the incident light beam can be controlled by adjusting the magnitude of the attraction force of the electromagnet.

【0048】上記した偏向制御手段4によれば、電磁石
46a,46bを励磁させることにより電磁石間の距離
が小さくなるので、フォトニック結晶1は圧縮応力を受
ける。この圧縮応力は、フォトニック結晶1に寸法変化
をもたらし、結果としてフォトニック結晶1の周期が変
化する。すなわち、電磁石46a,46bを励磁させな
いで所定波長の光線をフォトニック結晶に入射させる
と、光線は図9の実線の矢印Aで示される第1光路に沿
ってフォトニック結晶を透過する。一方、電磁石を励磁
させると、電磁石がフォトニック結晶1に圧縮応力を提
供し、結果としてフォトニック結晶に入射した光線は偏
向され、図9の破線の矢印Bで示される第2光路に沿っ
てフォトニック結晶を透過する。
According to the deflection control means 4, the distance between the electromagnets is reduced by exciting the electromagnets 46a and 46b, so that the photonic crystal 1 receives compressive stress. This compressive stress causes a dimensional change in the photonic crystal 1, and as a result, the period of the photonic crystal 1 changes. That is, when a light beam having a predetermined wavelength is incident on the photonic crystal without exciting the electromagnets 46a and 46b, the light beam passes through the photonic crystal along the first optical path indicated by the solid arrow A in FIG. On the other hand, when the electromagnet is excited, the electromagnet provides a compressive stress to the photonic crystal 1 and consequently the light rays incident on the photonic crystal are deflected and along the second optical path indicated by the dashed arrow B in FIG. Transmit through photonic crystals.

【0049】このように、本実施形態では、電磁石46
a,46bへの通電量を調節することによりフォトニッ
ク結晶1の寸法変化を制御し、フォトニック結晶に入射
した光線の所望の偏向角を提供するので、高速応答性を
有する小型光線偏向装置を実現することができる。
As described above, in this embodiment, the electromagnet 46
Since the dimensional change of the photonic crystal 1 is controlled by adjusting the amount of current supplied to the a and 46b to provide a desired deflection angle of the light beam incident on the photonic crystal, a small-sized light beam deflecting device having a high-speed response is provided. Can be realized.

【0050】本発明のさらに別の実施形態として、偏向
制御手段4は、上記フォトニック結晶を加熱する加熱手
段と、上記フォトニック結晶の温度を変化させ、フォト
ニック結晶内に熱応力を発生させる加熱制御手段とを含
むことが好ましい。
As still another embodiment of the present invention, the deflection control means 4 includes a heating means for heating the photonic crystal and a temperature changing means for generating a thermal stress in the photonic crystal. It is preferable to include heating control means.

【0051】例えば、この偏向制御手段4は、図10に
示すように、フォトニック結晶1の両側に配置された一
対のヒータ49と、これらのヒータに電流を供給するた
めの電源と、電流コントローラ(図示せず)とを具備す
る。尚、ヒータ49は入射光5に対して透明な材料によ
り形成することが好ましい。
For example, as shown in FIG. 10, the deflection control means 4 comprises a pair of heaters 49 arranged on both sides of the photonic crystal 1, a power supply for supplying a current to these heaters, a current controller (Not shown). Note that the heater 49 is preferably formed of a material that is transparent to the incident light 5.

【0052】本実施形態では、フォトニック結晶1を構
成する2つの材料は、比較的大きな線膨張係数を有する
材料であることが好ましい。例えば、これらの材料とし
て、ポリエチレン(線膨張係数:100×10-6〜20
0×10-6/K)とアクリル(線膨張係数:80×10
-6/K程度)とを用いてもよい。この場合は、ヒータ4
9へ通電することにより、フォトニック結晶1に熱膨張
がもたらされ、結果としてフォトニック結晶の寸法変化
が生じる。したがって、ヒータへの通電量を調節すれ
ば、フォトニック結晶内における入射光線の偏向角を制
御することができる。このように、本実施形態では、外
部から機械的な力をフォトニック結晶に負荷する代り
に、フォトニック結晶自体の熱膨張によってフォトニッ
ク結晶の寸法を直接的に変化させている。
In the present embodiment, the two materials constituting the photonic crystal 1 are preferably materials having a relatively large linear expansion coefficient. For example, as these materials, polyethylene (linear expansion coefficient: 100 × 10 −6 to 20)
0 × 10 −6 / K) and acrylic (linear expansion coefficient: 80 × 10
−6 / K). In this case, the heater 4
Applying a current to 9 causes a thermal expansion of the photonic crystal 1, resulting in a dimensional change of the photonic crystal. Therefore, by adjusting the amount of current supplied to the heater, the deflection angle of the incident light beam in the photonic crystal can be controlled. As described above, in the present embodiment, the dimensions of the photonic crystal are directly changed by the thermal expansion of the photonic crystal itself instead of externally applying a mechanical force to the photonic crystal.

【0053】例えば、フォトニック結晶1に入射した光
線を偏向するために、フォトニック結晶1の寸法を0.
1〜1%変化させる必要がある場合、ヒータ49により
フォトニック結晶1の温度を12.5〜125K程度上
昇させることが好ましい。結果として生じたフォトニッ
ク結晶の熱膨張がそのフォトニックバンド構造を変化さ
せる。
For example, in order to deflect a light beam incident on the photonic crystal 1, the size of the photonic crystal 1 is set to 0.
If it is necessary to change the temperature by 1 to 1%, it is preferable to increase the temperature of the photonic crystal 1 by about 12.5 to 125 K by the heater 49. The thermal expansion of the resulting photonic crystal changes its photonic band structure.

【0054】尚、変更例として、フォトニック結晶に接
触するように配置される高熱膨張率を有する材料でなる
外力印加部材と、外力印加部材を加熱するためのヒータ
ーと、ヒーターへ電流を供給するための電源、および電
流コントローラとで上記偏向制御手段を構成してもよ
い。この場合は、加熱された外力印加部材の熱膨張によ
って、外力印加部材の体積増加がもたらされ、結果とし
てフォトニック結晶を寸法変化させることができる。し
たがって、外力印加部材の加熱温度を調節すれば、フォ
トニック結晶に入射した光線の偏向角を制御することが
できる。
As a modified example, an external force applying member made of a material having a high coefficient of thermal expansion arranged so as to be in contact with the photonic crystal, a heater for heating the external force applying member, and supplying a current to the heater And the current controller may constitute the deflection control means. In this case, the thermal expansion of the heated external force applying member causes an increase in the volume of the external force applying member, and as a result, the size of the photonic crystal can be changed. Therefore, by adjusting the heating temperature of the external force applying member, the deflection angle of the light beam incident on the photonic crystal can be controlled.

【0055】本発明の偏向制御手段4のさらに別の好ま
しい実施形態として、図11に示すような外力印加手段
を使用しても良い。すなわち、この外力印加手段は、フ
ォトニック結晶1に当接するように配置される押圧板4
4と、フォトニック結晶に圧縮応力を提供するため押圧
板44をフォトニック結晶に向かって移動させる駆動手
段45と、フォトニック結晶1、押圧板44および駆動
手段45が内部に収容される支持体41とを具備する。
この場合は、フォトニック結晶に向かう押圧板44の移
動によりフォトニック結晶1を寸法変化させている。駆
動手段45としては、空気圧、水圧、油圧などにより制
御されるピストンなどの周知の加圧手段を用いることが
できる。また、押圧板44、駆動手段45および支持体
41は、入射光5に対して透明な材料により形成するこ
とが好ましい。
As still another preferred embodiment of the deflection control means 4 of the present invention, an external force applying means as shown in FIG. 11 may be used. That is, the external force applying means is provided on the pressing plate 4 which is arranged to be in contact with the photonic crystal 1.
4, a driving means 45 for moving the pressing plate 44 toward the photonic crystal to provide a compressive stress to the photonic crystal, and a support in which the photonic crystal 1, the pressing plate 44 and the driving means 45 are housed. 41.
In this case, the dimensions of the photonic crystal 1 are changed by the movement of the pressing plate 44 toward the photonic crystal. As the driving unit 45, a known pressurizing unit such as a piston controlled by air pressure, water pressure, hydraulic pressure, or the like can be used. Further, it is preferable that the pressing plate 44, the driving means 45, and the support 41 be formed of a material transparent to the incident light 5.

【0056】上記した偏向制御手段4において、駆動手
段45を作動させないで所定波長の光線をフォトニック
結晶に入射させると、図11の実線の矢印Aで示される
第1光路に沿って光線はフォトニック結晶を透過する。
一方、駆動手段45を作動させると、図11の複数の矢
印Cに示されるように、押圧板44がフォトニック結晶
1に圧縮応力を及ぼし、フォトニックバンド構造を変化
させる。結果として、フォトニック結晶に入射した光線
は偏向され、図11の破線の矢印Bで示される第2光路
に沿ってフォトニック結晶を通過する。したがって、押
圧板44の移動量、もしくは押圧板44を介してフォト
ニック結晶1に負荷される外力の大きさを調節すること
により、フォトニック結晶に入射した光線の偏向角を制
御することができる。
In the above-mentioned deflection control means 4, when a light beam of a predetermined wavelength is made incident on the photonic crystal without operating the driving means 45, the light beam travels along the first optical path indicated by the solid arrow A in FIG. Transmit through the nick crystal.
On the other hand, when the driving means 45 is operated, as shown by a plurality of arrows C in FIG. 11, the pressing plate 44 applies a compressive stress to the photonic crystal 1 to change the photonic band structure. As a result, the light beam incident on the photonic crystal is deflected and passes through the photonic crystal along the second optical path indicated by the dashed arrow B in FIG. Therefore, the deflection angle of the light beam incident on the photonic crystal can be controlled by adjusting the amount of movement of the pressing plate 44 or the magnitude of the external force applied to the photonic crystal 1 via the pressing plate 44. .

【0057】本発明の偏向制御手段の別の好ましい実施
形態として、フォトニック結晶がSi、GaAsのよう
な半導体材料を含む場合、偏向制御手段は、フォトニッ
ク結晶にキャリアを注入して屈折率を変化させることが
好ましい。
As another preferred embodiment of the deflection control means of the present invention, when the photonic crystal contains a semiconductor material such as Si or GaAs, the deflection control means injects carriers into the photonic crystal to reduce the refractive index. Preferably, it is changed.

【0058】例えば、この偏向制御手段4は、図12に
示すように、フォトニック結晶に電子などのキャリアを
注入するための電気回路60を具備する。この場合、フ
ォトニック結晶のフォトニックバンド構造は、フォトニ
ック結晶へのキャリア注入量に応じて変化する。したが
って、電気回路60を流れる電流の量、すなわち、フォ
トニック結晶1へのキャリア注入量を調節すれば、フォ
トニック結晶に入射した光線の偏向角を制御することが
できる。
For example, as shown in FIG. 12, the deflection control means 4 includes an electric circuit 60 for injecting carriers such as electrons into the photonic crystal. In this case, the photonic band structure of the photonic crystal changes according to the amount of carriers injected into the photonic crystal. Therefore, if the amount of current flowing through the electric circuit 60, that is, the amount of carrier injected into the photonic crystal 1, is adjusted, the deflection angle of a light beam incident on the photonic crystal can be controlled.

【0059】本実施例においては、SiやGeのような
集積回路によく用いられる元素をフォトニック結晶の構
成材料として使用するので、フォトニック結晶を用いた
光線偏向装置を製造するにあたって既存の半導体製造ラ
インを利用できるとともに、集積化も容易になるという
長所がある。また、ns〜psオーダーの高スイッチン
グ速度を有する光線偏向装置の実現が可能になる。
In this embodiment, since elements commonly used in integrated circuits, such as Si and Ge, are used as a constituent material of the photonic crystal, an existing semiconductor device is used for manufacturing a light beam deflecting device using the photonic crystal. There is an advantage that the production line can be used and the integration becomes easy. Further, it becomes possible to realize a light beam deflecting device having a high switching speed on the order of ns to ps.

【0060】本発明の偏向制御手段のさらに別の実施形
態として、フォトニック結晶が光屈折性材料を含む場
合、偏向制御手段は、フォトニック結晶に光を照射して
屈折率を変化させることが好ましい。
As still another embodiment of the deflection control means of the present invention, when the photonic crystal includes a photorefractive material, the deflection control means may irradiate the photonic crystal with light to change the refractive index. preferable.

【0061】例えば、図13に示すように、この偏向制
御手段4は、フォトニック結晶1に光を照射するための
光照射手段(図示せず)を具備する。この場合、フォト
ニック結晶のフォトニックバンド構造は、フォトニック
結晶に照射される光量に応じて変化する。したがって、
この照射光量を調節すれば、フォトニック結晶に入射し
た光線の偏向角を制御することができる。光の照射は、
上方もしくは側方からフォトニック結晶1に照射されれ
ば良い。あるいは、フォトニック結晶に隣接して設けた
導波管62を介して光(矢印C)をフォトニック結晶に
照射しても良い。本実施形態の光線偏向装置は、ns〜
psオーダーのスイッチング速度を提供できると共に、
全光パケット交換型ネットワークにも対応可能である。
For example, as shown in FIG. 13, the deflection control means 4 includes a light irradiation means (not shown) for irradiating the photonic crystal 1 with light. In this case, the photonic band structure of the photonic crystal changes according to the amount of light applied to the photonic crystal. Therefore,
By adjusting the amount of irradiation, the deflection angle of the light beam incident on the photonic crystal can be controlled. Light irradiation
The photonic crystal 1 may be irradiated from above or from the side. Alternatively, light (arrow C) may be applied to the photonic crystal via a waveguide 62 provided adjacent to the photonic crystal. The light beam deflecting device of the present embodiment has ns to
In addition to providing switching speed on the order of ps,
It can also support all-optical packet-switched networks.

【0062】上記した種々の偏向制御手段4の各々にお
いて、フォトニック結晶1は、図14に示すように、上
記光線が入射する入射位置と透過光線が提供される出射
位置との間の直線距離が実質的に同じである少なくとも
2つの光学経路を提供する形状であることが好ましい。
光学経路の長さを一定とすることで、位相のずれを防止
することができる。図14においては、2本の矢印で示
される光路が一定の長さを有するように、フォトニック
結晶のコーナー部が除去されている。また、偏向制御手
段4としては、上記した光照射手段により導波管62を
介して光(矢印C)がフォトニック結晶1に照射され
る。
In each of the various deflection control means 4 described above, the photonic crystal 1 is, as shown in FIG. 14, a linear distance between the incident position where the light beam enters and the emission position where the transmitted light beam is provided. Is preferably shaped to provide at least two optical paths that are substantially the same.
By keeping the length of the optical path constant, a phase shift can be prevented. In FIG. 14, corners of the photonic crystal are removed so that the optical path indicated by the two arrows has a certain length. Further, as the deflection control means 4, the photonic crystal 1 is irradiated with light (arrow C) via the waveguide 62 by the light irradiation means described above.

【0063】上記した本発明の光線偏向装置を光スイッ
チに使用することが特に好ましい。すなわち、この光ス
イッチは、本発明の光線偏向装置と、フォトニック結晶
の入射側に設けられ、それを介して光線がフォトニック
結晶に供給される光入力端子と、フォトニック結晶の前
記入射側以外の他側に設けられ、透過光線が選択的に出
力される複数の光出力端子とを具備してなる。
It is particularly preferable to use the above-described light beam deflecting device of the present invention for an optical switch. That is, the optical switch is provided with the light beam deflecting device of the present invention, an optical input terminal through which a light beam is supplied to the photonic crystal, and the light input terminal of the photonic crystal. And a plurality of light output terminals for selectively outputting transmitted light.

【0064】本発明の光スイッチの一例を図15に示
す。光学スイッチの入力側には、光ファイバ12から提
供される光線をフォトニック結晶1の一側へ入射させる
ロッドレンズのような単一の光入力端子2があり、光学
スイッチの出力側には、各々がフォトニック結晶1の他
端から対応する光ファイバ13a,13b,13cに透
過光を提供するロッドレンズのような3つの光出力端子
3a,3b,3cがある。偏向制御手段4は、フォトニ
ック結晶1の上下端に配置されている。
FIG. 15 shows an example of the optical switch of the present invention. On the input side of the optical switch, there is a single optical input terminal 2 such as a rod lens that makes a light beam provided from the optical fiber 12 enter one side of the photonic crystal 1, and on the output side of the optical switch, There are three light output terminals 3a, 3b, 3c, such as rod lenses, each providing transmitted light from the other end of the photonic crystal 1 to the corresponding optical fiber 13a, 13b, 13c. The deflection control means 4 is arranged at the upper and lower ends of the photonic crystal 1.

【0065】この光スイッチは、フォトニック結晶1の
フォトニックバンド構造を制御することにより単一の光
入力信号が入射したフォトニック結晶内の複数光路の一
つから選択的に光出力信号を提供するものである。すな
わち、図15(a)の場合は、矢印で示されるように、
透過光は出力端子3aを介して対応する光ファイバ13
aに出力される。したがって、残りの出力端子3b,3
cから透過光線は出力されない。同様に、図15(b)
の場合は、矢印で示されるように、透過光は出力端子3
cを介して対応する光ファイバ13cに出力される。し
たがって、残りの出力端子3a,3bから透過光線は出
力されない。さらに、図15(c)の場合は、矢印で示
されるように、透過光は出力端子3bを介して対応する
光ファイバ13bに出力される。したがって、残りの出
力端子3a,3cから透過光線は出力されない。本実施
形態の変更例として、光学出力端子の数は、2つ、もし
くは3つ以上であってもよい。
This optical switch controls the photonic band structure of the photonic crystal 1 to selectively provide an optical output signal from one of a plurality of optical paths in the photonic crystal on which a single optical input signal is incident. Is what you do. That is, in the case of FIG. 15A, as indicated by the arrow,
The transmitted light is transmitted to the corresponding optical fiber 13 via the output terminal 3a.
output to a. Therefore, the remaining output terminals 3b, 3
No transmitted light is output from c. Similarly, FIG.
In the case of, as shown by the arrow, the transmitted light is
The signal is output to the corresponding optical fiber 13c via the line c. Therefore, no transmitted light is output from the remaining output terminals 3a and 3b. Further, in the case of FIG. 15C, the transmitted light is output to the corresponding optical fiber 13b via the output terminal 3b, as indicated by the arrow. Therefore, no transmitted light is output from the remaining output terminals 3a and 3c. As a modification of the present embodiment, the number of optical output terminals may be two, or three or more.

【0066】このように、本発明の光スイッチにおいて
は、フォトニック結晶内において入射光に対して異なる
角度をなす複数光路を切り替えることが可能になる。ま
た、導波路を利用した従来の光スイッチに比べ、比較的
大きな偏向角を実現しながら、光スイッチの小型化を図
ることができる。さらに、光信号のクロストークを防止
でき、高い伝送効率を確保できるという効果もある。
As described above, in the optical switch according to the present invention, it is possible to switch a plurality of optical paths at different angles with respect to the incident light in the photonic crystal. Further, the size of the optical switch can be reduced while realizing a relatively large deflection angle as compared with a conventional optical switch using a waveguide. Further, there is an effect that crosstalk of optical signals can be prevented and high transmission efficiency can be secured.

【0067】本発明の光スイッチの別の実施形態を図1
6に示す。図15の光スイッチは、1個のフォトニック
結晶1を用い、光線の入射したフォトニック結晶内の複
数光路の一つから選択的に出力信号を提供するものであ
る。一方、本実施形態の光スイッチは、フォトニック結
晶1のマトリックス配列を用い、複数の光入力信号から
同時に複数の光出力信号を提供する。
FIG. 1 shows another embodiment of the optical switch of the present invention.
6 is shown. The optical switch of FIG. 15 uses one photonic crystal 1 and selectively provides an output signal from one of a plurality of optical paths in the photonic crystal on which a light beam enters. On the other hand, the optical switch of the present embodiment uses the matrix arrangement of the photonic crystals 1 and provides a plurality of optical output signals from a plurality of optical input signals at the same time.

【0068】すなわち、この光スイッチは、図16に示
すように、上記の光線偏向装置を複数個配列させてなる
マトリックス配列体と、マトリックス配列体の1側に設
けられ、外部からの複数の光線を受けるための複数個の
光入力端子(図示せず)と、マトリックス配列体の他側
に設けられる複数個の光出力端子(図示せず)とを具備
してなる。これらのフォトニック結晶1は単一の基板1
0‘上に形成される。図16においては、マトリックス
配列中に使用されたフォトニック結晶1の数は16(=
4x4)であり、4入力端子および4出力端子がマトリ
ックス配列体のそれぞれの側に設けられている。尚、フ
ォトニック結晶の数、入力端子の数、出力端子の数は、
適宜決定することができる。
That is, as shown in FIG. 16, this optical switch is provided with a matrix array in which a plurality of the above-described light beam deflecting devices are arrayed, and a plurality of external light beams provided on one side of the matrix array. And a plurality of light output terminals (not shown) provided on the other side of the matrix array. These photonic crystals 1 have a single substrate 1
It is formed on 0 '. In FIG. 16, the number of photonic crystals 1 used in the matrix arrangement is 16 (=
4x4), with four input terminals and four output terminals on each side of the matrix arrangement. The number of photonic crystals, the number of input terminals, and the number of output terminals
It can be determined appropriately.

【0069】本実施形態の光スイッチによれば、マトリ
ックス配列体中の各光線偏向装置のフォトニック結晶に
入射した光線の偏向角が上記した偏向制御手段によって
制御されるので、マトリックス配列体内において多くの
光路を切り替えることにより同時に異なる複数の光出力
信号を提供することできる。また、複数の偏向ミラーの
可動手段を有する従来の光スイッチと比較して、スイッ
チ動作の信頼性向上を図ることができる。さらに、多く
のフォトニック結晶1を単一の基板10‘上に形成する
ことができるので、光スイッチの大幅な小型化を図るこ
とができる。
According to the optical switch of the present embodiment, the deflection angle of the light beam incident on the photonic crystal of each light beam deflecting device in the matrix array is controlled by the above-described deflection control means. By switching the optical paths, a plurality of different optical output signals can be provided simultaneously. Further, the reliability of the switch operation can be improved as compared with a conventional optical switch having a plurality of movable means for deflecting mirrors. Furthermore, since many photonic crystals 1 can be formed on a single substrate 10 ', the size of the optical switch can be significantly reduced.

【0070】[0070]

【発明の効果】上記した本発明の好ましい実施形態から
理解されるように、偏向制御手段は、フォトニックバン
ド構造を変化させてフォトニック結晶に入射した光線
(=入射光線)を偏向させるので、入射光線に対して比
較的大きな角度をなす透過光線を出力する小型光線偏向
装置を提供することができる。また、異なる複数の偏向
角を採用することにより、1つの入射光に対して複数の
光路を設定できるので、光信号のクロストークを防止
し、高い伝送効率を確保することができるフォトニック
結晶を用いた新しい光スイッチを提供できる。
As can be understood from the preferred embodiment of the present invention described above, the deflection control means changes the photonic band structure to deflect a light beam (= incident light beam) incident on the photonic crystal. A compact light beam deflecting device that outputs a transmitted light beam having a relatively large angle with respect to an incident light beam can be provided. In addition, since a plurality of optical paths can be set for one incident light by adopting a plurality of different deflection angles, a photonic crystal that can prevent crosstalk of optical signals and secure high transmission efficiency can be provided. A new optical switch can be provided.

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

【図1】(a)および(b)は、本発明の好ましい実施
形態に基づく光線偏向装置の概略断面図をおよび概略斜
視図である。
1 (a) and 1 (b) are a schematic sectional view and a schematic perspective view of a light beam deflecting device according to a preferred embodiment of the present invention.

【図2】(a)〜(e)は本発明の光線偏向装置に使用
可能なフォトニック結晶の構造を示す斜視図である。
FIGS. 2A to 2E are perspective views showing the structure of a photonic crystal that can be used in the light beam deflecting device of the present invention.

【図3】(a)および(b)は、図2(c)のフォトニ
ック結晶内の光路を示す斜視図である。
3 (a) and 3 (b) are perspective views showing optical paths in the photonic crystal of FIG. 2 (c).

【図4】(a)および(b)は、図2(e)のフォトニ
ック結晶内の光路を示す斜視図である。
FIGS. 4A and 4B are perspective views showing optical paths in the photonic crystal of FIG. 2E.

【図5】本発明の別の好ましい実施形態に基づく、超音
波を用いた光線偏向装置の概略斜視図である。
FIG. 5 is a schematic perspective view of a beam deflecting device using ultrasonic waves according to another preferred embodiment of the present invention.

【図6】(a)および(b)は、本発明の外力印加手段
を含む光線偏向装置の動作を示す概略斜視図である。
FIGS. 6A and 6B are schematic perspective views showing the operation of a light beam deflecting device including an external force applying unit of the present invention.

【図7】本発明の別の好ましい実施形態に基づく、圧電
材料を用いた光線偏向装置の概略断面図である。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a light beam deflecting device using a piezoelectric material according to another preferred embodiment of the present invention.

【図8】図7の光線偏向装置の変更例を示す概略断面図
である。
FIG. 8 is a schematic sectional view showing a modification of the light beam deflecting device of FIG. 7;

【図9】本発明の別の好ましい実施形態に基づく、電磁
石を用いた光線偏向装置の概略斜視図である。
FIG. 9 is a schematic perspective view of a light beam deflecting device using an electromagnet according to another preferred embodiment of the present invention.

【図10】本発明の別の好ましい実施形態に基づく、加
熱手段を用いた光線偏向装置の概略断面図である。
FIG. 10 is a schematic sectional view of a light beam deflecting device using a heating means according to another preferred embodiment of the present invention.

【図11】本発明の別の好ましい実施形態に基づく、外
力印加手段を用いた光線偏向装置の概略断面図である。
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of a light beam deflecting device using an external force applying unit according to another preferred embodiment of the present invention.

【図12】本発明の別の好ましい実施形態に基づく、キ
ャリア注入手段を用いた光線偏向装置の概略斜視図であ
る。
FIG. 12 is a schematic perspective view of a light beam deflecting device using carrier injection means according to another preferred embodiment of the present invention.

【図13】本発明の別の好ましい実施形態に基づく、光
照射手段を用いた光線偏向装置の概略斜視図である。
FIG. 13 is a schematic perspective view of a light beam deflecting device using light irradiation means according to another preferred embodiment of the present invention.

【図14】本発明の光線偏向装置に使用されるフォトニ
ック結晶の好ましい構造を示す概略斜視図である。
FIG. 14 is a schematic perspective view showing a preferred structure of a photonic crystal used in the light beam deflecting device of the present invention.

【図15】(a)〜(c)は、本発明の光線偏向装置を
用いた光学スイッチの動作を示す概略断面図である。
FIGS. 15A to 15C are schematic cross-sectional views showing the operation of an optical switch using the light beam deflecting device of the present invention.

【図16】本発明の光線偏向装置を用いたマトリックス
型光学スイッチの平面図である。
FIG. 16 is a plan view of a matrix type optical switch using the light beam deflecting device of the present invention.

【図17】フォトニック結晶を用いた従来の光学スイッ
チの概略斜視図である。 1 フォトニック結晶 4 偏向制御手段 5 入射光 41 支持体 50 平板電極
FIG. 17 is a schematic perspective view of a conventional optical switch using a photonic crystal. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Photonic crystal 4 Deflection control means 5 Incident light 41 Support 50 Plate electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 正木 康史 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 ▲高▼野 仁路 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 吉野 勝美 大阪府岸和田市尾生町166−3 Fターム(参考) 2H041 AA14 AB38 AC01 AC02 AC04 AC07 AC08 2H047 KA03 RA08 2K002 AB06 BA06 BA11 BA12 BA13 CA03 CA05 CA13 DA01 DA20 HA01 HA03 HA10 HA11  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Yasufumi Masaki 1048 Kadoma Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Works Co., Ltd. (72) Inventor Katsumi Yoshino 166-3 Oiocho, Kishiwada-shi, Osaka F-term (reference) 2H041 AA14 AB38 AC01 AC02 AC04 AC07 AC08 2H047 KA03 RA08 2K002 AB06 BA06 BA11 BA12 BA13 CA03 CA05 CA13 DA01 DA20 HA01 HA03 HA10 HA11

Claims (17)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 入射される光線の波長とは異なるフォト
ニックバンドギャップ波長を有するように設計されるフ
ォトニック結晶と、前記フォトニック結晶にエネルギー
を印加し、前記フォトニック結晶の入射側に入射した光
線を偏向させ、前記光線に対して所望の角度をなす透過
光線を前記フォトニック結晶の前記入射側以外の他側か
ら提供するための偏向制御手段とを具備してなる光線偏
向装置。
1. A photonic crystal designed to have a photonic bandgap wavelength different from a wavelength of an incident light beam, and energy is applied to the photonic crystal to be incident on an incident side of the photonic crystal. And a deflection control means for deflecting the light beam and providing a transmitted light beam having a desired angle to the light beam from a side other than the incident side of the photonic crystal.
【請求項2】 上記フォトニック結晶は、屈折率の異な
る少なくとも2種類の材料で構成され、上記制御手段
は、前記エネルギーの印加によって前記材料間の屈折率
の比を制御することを特徴とする請求項1に記載の光線
偏向装置。
2. The method according to claim 1, wherein the photonic crystal is made of at least two kinds of materials having different refractive indexes, and the control unit controls a ratio of the refractive indexes between the materials by applying the energy. The light beam deflecting device according to claim 1.
【請求項3】 上記材料の少なくとも一方は電気光学材
料であり、上記制御手段は、エネルギーとして上記フォ
トニック結晶に電界を印加することを特徴とする請求項
2に記載の光線偏向装置。
3. The light beam deflecting device according to claim 2, wherein at least one of the materials is an electro-optic material, and the control means applies an electric field to the photonic crystal as energy.
【請求項4】 上記材料の少なくとも一方は音響光学材
料であり、上記制御手段は、エネルギーとして上記フォ
トニック結晶に超音波を印加することを特徴とする請求
項2に記載の光線偏向装置。
4. The light beam deflecting device according to claim 2, wherein at least one of said materials is an acousto-optic material, and said control means applies ultrasonic waves to said photonic crystal as energy.
【請求項5】 上記フォトニック結晶が半導体材料を含
み、上記制御手段は、上記フォトニック結晶にキャリア
を注入して屈折率を変化させることを特徴とする請求項
1に記載の光線偏向装置。
5. The light beam deflecting device according to claim 1, wherein said photonic crystal includes a semiconductor material, and said control means changes a refractive index by injecting carriers into said photonic crystal.
【請求項6】 上記フォトニック結晶が光屈折性材料を
含み、上記制御手段は、上記フォトニック結晶に光を照
射して屈折率を変化させることを特徴とする請求項1記
載の光線偏向装置。
6. The light beam deflecting device according to claim 1, wherein the photonic crystal includes a photorefractive material, and the control unit changes the refractive index by irradiating the photonic crystal with light. .
【請求項7】 上記制御手段は、上記エネルギーを印加
してフォトニック結晶を寸法変化させることを特徴とす
る請求項1に記載の光線偏向装置。
7. The light beam deflecting device according to claim 1, wherein said control means changes the size of the photonic crystal by applying said energy.
【請求項8】 上記制御手段は、エネルギーとして外力
を上記フォトニック結晶に印加する外力印加手段を含む
ことを特徴とする請求項7に記載の光線偏向装置。
8. The light beam deflecting device according to claim 7, wherein said control means includes external force applying means for applying an external force as energy to said photonic crystal.
【請求項9】 上記外力印加手段は、フォトニック結晶
に隣接して配置される圧電材料を含むことを特徴とする
請求項8に記載の光線偏向装置。
9. The light beam deflecting device according to claim 8, wherein said external force applying means includes a piezoelectric material disposed adjacent to the photonic crystal.
【請求項10】 上記外力印加手段は、フォトニック結
晶の両側に配置される一対の電磁石を含み、前記電磁石
間に発生する引力によってフォトニック結晶に機械的応
力を印加することを特徴とする請求項8に記載の光線偏
向装置。
10. The external force applying means includes a pair of electromagnets disposed on both sides of the photonic crystal, and applies a mechanical stress to the photonic crystal by an attractive force generated between the electromagnets. Item 9. The light beam deflecting device according to Item 8.
【請求項11】 上記外力印加手段は、フォトニック結
晶の接触するように配置される高熱膨張率を有する材
料、および前記材料を加熱する加熱手段とを含み、前記
加熱手段によって加熱された前記材料の熱膨張によって
フォトニック結晶に上記外力を印加することを特徴とす
る請求項8に記載の光線偏向装置。
11. The external force applying means includes a material having a high coefficient of thermal expansion arranged to be in contact with a photonic crystal, and a heating means for heating the material, wherein the material heated by the heating means is provided. 9. The beam deflecting device according to claim 8, wherein the external force is applied to the photonic crystal by thermal expansion of the photonic crystal.
【請求項12】 上記制御手段は、上記フォトニック結
晶を加熱する加熱手段と、上記フォトニック結晶の温度
を変化させ、フォトニック結晶内に熱応力を発生させる
加熱制御手段とを含むことを特徴とする請求項1に記載
の光線偏向装置。
12. The control means includes a heating means for heating the photonic crystal, and a heating control means for changing a temperature of the photonic crystal to generate a thermal stress in the photonic crystal. The light beam deflecting device according to claim 1, wherein
【請求項13】 上記フォトニック結晶は、上記光線が
入射する入射位置と上記透過光線が提供される出射位置
との間の直線距離が実質的に同じである少なくとも2つ
の光学経路を提供する形状でなることを特徴とする請求
項1乃至12に記載の光線偏向装置。
13. The photonic crystal is configured to provide at least two optical paths having substantially the same linear distance between an incident position where the light beam enters and an exit position where the transmitted light beam is provided. The light beam deflecting device according to claim 1, wherein:
【請求項14】請求項1乃至13に記載の光線偏向装置
を用いた光スイッチであって、フォトニック結晶の前記
入射側に設けられ、それを介して前記光線がフォトニッ
ク結晶に供給される光入力端子と、フォトニック結晶の
前記入射側以外の他側に設けられ、前記透過光線が選択
的に出力される複数の光出力端子とを具備してなること
を特徴とする光スイッチ。
14. An optical switch using the light beam deflecting device according to claim 1, which is provided on the incident side of a photonic crystal, and through which the light beam is supplied to the photonic crystal. An optical switch comprising: an optical input terminal; and a plurality of optical output terminals provided on a side other than the incident side of the photonic crystal and selectively outputting the transmitted light.
【請求項15】請求項1乃至13に記載の光線偏向装置
を用いた光スイッチであって、フォトニック結晶の前記
入射側に設けられ、それを介して前記光線がフォトニッ
ク結晶に供給される光入力端子と、少なくとも2つの光
出力端子と具備し、前記光出力端子は、フォトニック結
晶の前記入射側以外の他側に設けられ、前記フォトニッ
ク結晶を透過する第1透過光線を出力するための第1光
出力端子と、フォトニック結晶の前記入射側以外の他側
に設けられ、第1の透過光線とは異なる方向を有すると
ともに前記光線に対して所望の角度をなす第2の透過光
線を出力するための第2光出力端子とを含んでなること
を特徴とする光スイッチ。
15. An optical switch using the light beam deflecting device according to claim 1, provided on the incident side of a photonic crystal, and the light beam is supplied to the photonic crystal via the light switch. An optical input terminal; and at least two optical output terminals, wherein the optical output terminal is provided on a side other than the incident side of the photonic crystal, and outputs a first transmitted light transmitted through the photonic crystal. A first light output terminal for transmitting light, and a second transmission having a direction different from that of the first transmitted light beam and forming a desired angle with respect to the light beam. An optical switch, comprising: a second optical output terminal for outputting a light beam.
【請求項16】 請求項1乃至13に記載の光線偏向装
置を複数個配列させてなるマトリックス配列体と、前記
マトリックス配列体の1側に設けられ、外部からの複数
の光線を受けるための複数個の光入力端子と、前記マト
リックス配列体の他側に設けられる複数個の光出力端子
とを具備してなる光スイッチ。
16. A matrix array comprising a plurality of the light beam deflecting devices according to claim 1 arranged therein, and a plurality of light beam deflecting devices provided on one side of the matrix array for receiving a plurality of external light beams. An optical switch comprising: a plurality of optical input terminals; and a plurality of optical output terminals provided on the other side of the matrix array.
【請求項17】 フォトニック結晶の一側に、前記フォ
トニック結晶のバンドギャップ波長以外の波長を有する
入射光線を提供するステップと、前記フォトニック結晶
にエネルギーを印加して前記フォトニック結晶に入射し
た光線を偏向させ、前記入射光線に対して所望の角度を
なす透過光線を前記フォトニック結晶の他面から提供す
るステップとを含むフォトニック結晶を用いた光線偏向
方法。
17. Providing an incident light beam having a wavelength other than the band gap wavelength of the photonic crystal on one side of the photonic crystal, and applying energy to the photonic crystal to make it incident on the photonic crystal. Deflecting the transmitted light beam and providing a transmitted light beam having a desired angle with respect to the incident light beam from the other surface of the photonic crystal.
JP2002060912A 2001-03-22 2002-03-06 Optical switch using photonic crystal Expired - Fee Related JP3988488B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002060912A JP3988488B2 (en) 2001-03-22 2002-03-06 Optical switch using photonic crystal

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001-82863 2001-03-22
JP2001082863 2001-03-22
JP2002060912A JP3988488B2 (en) 2001-03-22 2002-03-06 Optical switch using photonic crystal

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2002350908A true JP2002350908A (en) 2002-12-04
JP3988488B2 JP3988488B2 (en) 2007-10-10

Family

ID=26611810

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002060912A Expired - Fee Related JP3988488B2 (en) 2001-03-22 2002-03-06 Optical switch using photonic crystal

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3988488B2 (en)

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004302457A (en) * 2003-03-20 2004-10-28 Fujitsu Ltd Optical function element, wavelength variable optical filter, and wavelength variable light source
WO2004109383A1 (en) * 2003-06-06 2004-12-16 Nippon Sheet Glass Company, Limited Optical path conversion element
WO2004111709A1 (en) * 2003-06-16 2004-12-23 Murata Manufacturing Co., Ltd. Dielectric constant control periodical structure, electromagnetic wave controller using this structure, and electromagnetic wave control method using this structure
JP2005049705A (en) * 2003-07-30 2005-02-24 Matsushita Electric Works Ltd Optical device using photonic crystal and method for determining angle of incidence when light beam is made incident on photonic crystal
JP2005084290A (en) * 2003-09-08 2005-03-31 Ricoh Co Ltd Manufacturing method of light controlling element
US6937781B2 (en) 2001-04-04 2005-08-30 Nec Corporation Optical switch having photonic crystal structure
JP2006251106A (en) * 2005-03-09 2006-09-21 Ricoh Co Ltd Optical scanner and image forming apparatus and printer using the optical scanner
JP2006251107A (en) * 2005-03-09 2006-09-21 Ricoh Co Ltd Optical scanner and image forming apparatus and printer using the optical scanner
US7218798B2 (en) 2004-10-26 2007-05-15 Fujitsu Limited Optical deflection element and optical switch
KR100764879B1 (en) 2004-08-05 2007-10-09 인하대학교 산학협력단 Wavelength demultiplexer for using self-collimation phenomena in two dimensional photonic crystal
JP2009047434A (en) * 2007-08-13 2009-03-05 Ihi Corp Electromagnetic wave distance measuring instrument
JP2009139524A (en) * 2007-12-05 2009-06-25 National Institute Of Information & Communication Technology Light deflection method and device
JP2010517076A (en) * 2007-01-18 2010-05-20 レイセオン カンパニー Apparatus and method for controlling the transmission of a photonic bandgap crystal

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6937781B2 (en) 2001-04-04 2005-08-30 Nec Corporation Optical switch having photonic crystal structure
US7263251B2 (en) 2001-04-04 2007-08-28 Nec Corporation Optical switch having photonic crystal structure
JP2004302457A (en) * 2003-03-20 2004-10-28 Fujitsu Ltd Optical function element, wavelength variable optical filter, and wavelength variable light source
WO2004109383A1 (en) * 2003-06-06 2004-12-16 Nippon Sheet Glass Company, Limited Optical path conversion element
WO2004111709A1 (en) * 2003-06-16 2004-12-23 Murata Manufacturing Co., Ltd. Dielectric constant control periodical structure, electromagnetic wave controller using this structure, and electromagnetic wave control method using this structure
JP2005049705A (en) * 2003-07-30 2005-02-24 Matsushita Electric Works Ltd Optical device using photonic crystal and method for determining angle of incidence when light beam is made incident on photonic crystal
JP4539050B2 (en) * 2003-07-30 2010-09-08 パナソニック電工株式会社 Determining the angle of incidence when light is incident on a photonic crystal
JP2005084290A (en) * 2003-09-08 2005-03-31 Ricoh Co Ltd Manufacturing method of light controlling element
JP4653391B2 (en) * 2003-09-08 2011-03-16 株式会社リコー Manufacturing method of light control element
KR100764879B1 (en) 2004-08-05 2007-10-09 인하대학교 산학협력단 Wavelength demultiplexer for using self-collimation phenomena in two dimensional photonic crystal
US7218798B2 (en) 2004-10-26 2007-05-15 Fujitsu Limited Optical deflection element and optical switch
JP2006251107A (en) * 2005-03-09 2006-09-21 Ricoh Co Ltd Optical scanner and image forming apparatus and printer using the optical scanner
JP2006251106A (en) * 2005-03-09 2006-09-21 Ricoh Co Ltd Optical scanner and image forming apparatus and printer using the optical scanner
JP4662244B2 (en) * 2005-03-09 2011-03-30 株式会社リコー Optical scanning device and optical scanning system, and image forming apparatus and printer using the same
JP2010517076A (en) * 2007-01-18 2010-05-20 レイセオン カンパニー Apparatus and method for controlling the transmission of a photonic bandgap crystal
JP2009047434A (en) * 2007-08-13 2009-03-05 Ihi Corp Electromagnetic wave distance measuring instrument
JP2009139524A (en) * 2007-12-05 2009-06-25 National Institute Of Information & Communication Technology Light deflection method and device

Also Published As

Publication number Publication date
JP3988488B2 (en) 2007-10-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6822784B2 (en) Light-beam deflecting device with photonic crystal, optical switch using the same, and light-beam deflecting method
US6961501B2 (en) Configurable photonic device
JP3988488B2 (en) Optical switch using photonic crystal
US3208342A (en) Electro-optic light coupling of optical fibers
US5835458A (en) Solid state optical data reader using an electric field for routing control
EP2513715B1 (en) Apparatus and method for guiding optical waves
US5703710A (en) Method for manipulating optical energy using poled structure
US6141465A (en) Display architecture with waveguide routing and out-plane emission
Meier et al. Nonlinear optical beam interactions in waveguide arrays
US5061048A (en) Apparatus for optical beam steering using non-linear optical polymers
US20020181067A1 (en) Electro-optic switching assembly and method
EP0784803A1 (en) Controllable beam director using poled structure
WO1996007943A1 (en) Projection display with electrically-controlled waveguide-routing
WO1996007940A1 (en) Channel dropping filters and optical waveguide couplers utilizing electrically controlled gratings
Davis et al. Analog, non-mechanical beam-steerer with 80 degree field of regard
JP4539050B2 (en) Determining the angle of incidence when light is incident on a photonic crystal
WO2001040849A2 (en) Electro-optic switching assembly and method
Davis et al. A new electro-optic waveguide architecture and the unprecedented devices it enables
US20040047533A1 (en) Device for contolling polarisation in an optical connection
JPH04181231A (en) Waveguide type electrooptical device
US3572899A (en) Acousto-optical modulator
JP4750390B2 (en) Optical switching element
Farca et al. An Analog, Non-Mechanical Beam-Steerer with an 80 Degree Field of Regard for LIDAR Applications
JPH10333189A (en) Focal distance variable lens device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20040526

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20051221

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20061219

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20070219

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070410

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20070626

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20070709

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100727

Year of fee payment: 3

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100727

Year of fee payment: 3

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100727

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110727

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120727

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120727

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130727

Year of fee payment: 6

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees