JP2003057460A - 光デバイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複雑な光学系、高度なＹ形状の導波路形成、
多層膜フィルターを必要とせず、簡単で部品点数の少な
い光学系で小型化できる光デバイスを提供する。 【解決手段】 複数の異なる屈折率を有する物質が周期
的に配列されている２次元または３次元格子構造を有
し、かつ、一組の基本格子ベクトルで構成される２次元
格子構造が３回よりも大きい数の回転対称軸を持たない
格子構造を有するフォトニック結晶を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信に使用され
る光デバイスに関する。特に、光分岐器、光フィルタ
ー、ＷＤＭ用光送受信モジュール、光誘導器、曲げ導波
路、光偏向器等の光デバイスに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の光デバイスであるＹ分岐導波路を
利用した光分岐器の例を図１７に示す。入力側光ファイ
バー１８１を介して、光導波路構造のＹ分岐器１８４に
光が入射され、Ｙ形状のコア１８６中を伝搬した光は、
出力側光ファイバー１８２および１８３にそれぞれ分岐
される。Ｙ分岐器１８４は、基板１８５上に、Ｙ形状の
コア１８６を形成して構成されている。

【０００３】従来の光デバイスでは、入力側光ファイバ
ー１８１および出力側光ファイバー１８２、１８３と光
導波路構造のＹ分岐器１８４間で光が結合されるように
するためには、高度な光軸合わせとモード形状のマッチ
ングが必要で、アセンブリに熟練を要するという問題が
ある。その上、Ｙ分岐器１８４の分離角度はせいぜい４
°程度なので、Ｙ分岐器１８４長を短くしすぎると、十
分に光が分岐できず、そのため、小型化することができ
ないという問題もある。

【０００４】また、従来のＷＤＭ送受信モジュールにつ
いて、図１８を用いて説明する。光導波路と多層膜フィ
ルターを利用してＷＤＭ送受信モジュールを構成してい
る。

【０００５】基板１９１上には、光導波路１９７と、
１．３μｍのフォトダイオード１９３と、１．５５μｍ
のレーザーダイオード１９４と、１．５５μｍのフォト
ダイオード１９５と、光ファイバー１９２が設置されて
いる。

【０００６】光導波路１９７は、クラッド１９７ｄ、第
１コア１９７ａ、第２コア１９７ｂ、第３コア１９７
ｃ、１．３／１．５５μｍＷＤＭ誘電体多層膜フィルタ
ー１９８を備えている。クラッド１９７ｄ上に、第１コ
ア１９７ａ、第２コア１９７ｂおよび第３コア１９７ｃ
によってＹ形状のコアが形成され、それらを分割するよ
うに１．３／１．５５μｍＷＤＭ誘電体多層膜フィルタ
ー１９８が形成されている。

【０００７】第１コア１９７ａと結合するように、１．
３μｍのフォトダイオード１９３が基板１９１上に設置
されている。また、第２コア１９７ｂと結合するよう
に、光ファイバー１９２が基板１９１に形成されたＶ溝
１９６に固定設置されている。さらに、第３コア１９７
ｃと結合するように、１．５５μｍのレーザーダイオー
ド１９４と１．５５μｍのフォトダイオード１９５が基
板１９１上に設置されている。

【０００８】光ファイバー１９２から１．３／１．５５
μｍＷＤＭの信号光が第２コア１９７ｂに入射される
と、多層膜フィルター１９８で信号光は分離され、第１
コア１９７ａには波長１．３μｍの光が、第３コア１９
７ｃには、波長１．５５μｍの光が伝搬する。第１コア
１９７ａを伝搬した光は、１．３μｍのフォトダイオー
ド１９３で受信される。同様に、第３コア１９７ｃを伝
搬した光は、１．５５μｍのフォトダイオード１９５で
受信される。また、１．５５μｍのレーザダイオード１
９４から出射された信号光は、第３コア１９７ｃを伝搬
し、多層膜フィルター１９８で第２コア１９７ｂに導か
れ、光ファイバ１９２に送られる。矢印１９９ａは波長
１．３μｍの光の伝搬方向を、矢印１９９ｂは波長１．
５５μｍの光の伝搬方向を示している。

【０００９】このように、ＷＤＭ送受信モジュールを使
用することにより波長１．５５μｍの光で双方向通信
を、波長１．３μｍの光で受信のみの通信を行うことが
できる。

【００１０】しかし、従来のＷＤＭ送受信モジュール
は、Ｙ形状のコアを有する光導波路１９７と波長分離の
ための多層膜フィルター１９８とが必要であり、部品点
数が多く、低価格化が困難であるという問題がある。

【００１１】以上の問題を解決するために、分岐器およ
び光フィルター等の光デバイスをフォトニック結晶を用
いて構成することが、近年注目されている。例えば、２
次元三角格子のフォトニック結晶を利用した波長分波回
路が特開平１１−２７１５４１号公報に開示されてい
る。

【００１２】なお、この明細書において、「フォトニッ
ク結晶」とは光の波長程度の周期性を持つ人工的な多次
元周期構造体を意味する。

【００１３】図１９は、特開平１１−２７１５４１号公
報に開示されているフォトニック結晶を用いた波長分波
回路の構造を示す図である。屈折率の異なる材料を周期
的に配列することにより、通常の光学結晶にない強い偏
向の波長分散特性を作り出し、波長偏向制御を行ってい
る。波長分波回路は、具体的には、図１９（ａ）に示す
ように、背景媒質２０３に原子媒質２０４を２次元三角
配置状に埋め込んだ構造を持つ基板２００の上下を第１
クラッド２０１および第２クラッド２０２で挟まれて構
成されている。図１９（ｂ）に示すように、光信号の入
射面２０８は光信号の入射方向２０７に対して一定の角
度で傾いており、出射面２０９からは信号が出力され
る。原子媒質２０４の隣接間隔は光信号の波長に合わせ
て設計してあり、基板２００の厚さは光信号が基板２０
０内に十分閉じ込められ、かつ、光の進行方向が基板２
００面から大きく逸脱しないように設計されている。

【００１４】前述の２次元三角格子の構造とされたフォ
トニック結晶は、格子ベクトルと逆格子ベクトルが一致
する構造である。このような構造のフォトニック結晶に
おいて、格子ベクトル方向に光を入射させても強い偏向
の波長分散特性を得ることができない。強い偏向分散特
性を得るためには、フォトニック結晶への光の入射面を
格子ベクトルに対して非垂直にするか、格子ベクトル方
向に垂直な入射面に対して傾けて光を入射させる必要が
ある。図１９（ｂ）において、入射面２０８が光信号の
入射方向２０７に対して一定の角度で傾いていたのはこ
のためである。

【００１５】基本格子ベクトル（ａ₁,ａ₂）と基本逆格
子ベクトル（ｂ₁,ｂ₂）の関係について説明する。図２
０は、格子とブリルアンゾーンの関係を示している。図
２０（ａ）は正方格子を、図２０（ｂ）は三角格子を示
している。また、図２０において、上段は格子空間を、
下段は逆格子空間を示している。２１１は格子を形成し
いている原子媒質であり、２１２は、ブリルアンゾーン
である。これら２つは、対称性の高い構造（例えば、基
本格子ベクトル同士の９０°以下の内角が、４５°、６
０°、９０°等の構造）である。図２０（ａ）および図
２０（ｂ）に示す、正方格子および三角格子における、
ブリルアンゾーンの重要な対称点は、それぞれ、（Ｘ，
Ｍ）と（Ｍ，Ｋ）の２点である。このような構造であれ
ば、基本格子ベクトル（ａ₁,ａ₂）方向への入射光は、
ブリルアンゾーンの重要な対称点方向と一致するため、
偏向特性を示さない。

【００１６】一方、図２０（ｃ）に示すような、対称性
の低い斜交格子の場合、例えば、格子ベクトル（ａ₁,ａ
₂）同士の内角θが６０°よりも大きく９０°よりも小
さい値である場合は、ブリルアンゾーンの重要な対称点
は、（Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３）の３点となる。このような場
合は、基本格子ベクトル（ａ₁,ａ₂）方向の入射光は、
ブリルアンゾーンの重要な対称点方向と一致しないた
め、偏向分散を示す。したがって、基本格子ベクトル
（ａ₁,ａ₂）に対して垂直な入射面に垂直入射させても
強い偏向分散特性を起こす。

【００１７】なお、特開平１１−２７１５４１号公報に
三角格子以外に正方格子など他の格子配列に関しての記
載があるが、他の格子配列の場合にはブリルアンゾーン
と格子ベクトルの関係で複雑に光学系も変化するので、
正方格子のような高対称性格子以外は三角格子と同様の
光学系では有用な偏向分散特性は得られない。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】上述の通り、対称性の
高い構造のフォトニック結晶を用いて、図１７に示す分
岐器１８４、および図１８に示すＷＤＭ送受信モジュー
ルを構成する多層膜フィルター１９８を形成する場合に
は、フォトニック結晶の入射面を基本格子ベクトル（ａ
₁,ａ₂）に対して非垂直にするか、基本格子ベクトル
（ａ₁,ａ₂）に垂直な入射面に対して傾けて光を入射さ
せる必要がある。

【００１９】そのため、このような対称性の高い構造の
フォトニック結晶で光デバイスを形成するには、フォト
ニック結晶作製時の加工精度に、さらに高度な光学系の
入射角精度が必要となる。そのため、対称性の高い構造
のフォトニック結晶を用いての、モジュール化は難し
い。

【００２０】本発明は、上述した問題に鑑みなされたも
のであり、複雑な光学系、高度なＹ形状の導波路形成、
多層膜フィルターを必要とせず、簡単で部品点数の少な
い光学系で小型化できる光デバイスを提供することを目
的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の光デバイスは、複数の異なる屈折率を有す
る物質が周期的に配列されている２次元または３次元格
子構造を有し、かつ、一組の基本格子ベクトルで構成さ
れる２次元格子構造が３回よりも大きい数の回転対称軸
を持たない格子構造を有するフォトニック結晶を備えて
いる。それにより、強い偏向分散特性を有する光デバイ
スを実現できる。

【００２２】また、前記フォトニック結晶の基本格子ベ
クトル方向に光を入射させる入射部を備えることとして
もよい。

【００２３】また、前記フォトニック結晶は、基本格子
ベクトル方向に対して垂直な入射面を有し、前記入射部
は、前記入射面に対して垂直に光を入射するように設置
してもよい。

【００２４】また、前記フォトニック結晶は、複数の基
本格子ベクトルの内、少なくとも一組の異なる２つの基
本格子ベクトル間の角度の９０°以下の方の角度を６０
°よりも大きく９０°よりも小さい値としてもよい。

【００２５】また、本発明の他の光デバイスは、第１物
質と、複数の柱状物質を含み、前記複数の柱状物質は、
前記第１物質の屈折率とは、異なる屈折率を有し、前記
第１物質の内部に配置され、前記複数の柱状物質の中心
軸はそれぞれ、平行であって、一定の周期性を持つ２次
元結晶格子配列を構成し、かつ、一組の基本格子ベクト
ルで構成される２次元格子構造が３回よりも大きい数の
回転対称軸を持たない格子構造を有するフォトニック結
晶を備える。それにより、対称性の低いフォトニック結
晶を用いているので強い偏向分散特性を持つ光デバイス
が実現できる。

【００２６】また、本発明の他の光デバイスは、第１物
質と、複数の柱状物質を含み、前記複数の柱状物質は、
第１物質の屈折率とは、異なる屈折率を有し、第１物質
の内部に配置され、前記複数の柱状物質の中心軸はそれ
ぞれ、平行であって、一定の周期性を持つ２次元結晶格
子配列を構成し、かつ、２つの基本格子ベクトル間の角
度の９０°以下の方のなす角度が、６０°よりも大きく
９０°よりも小さい値であるフォトニック結晶を備え
る。それにより、複数の柱状物質同士が、干渉すること
なく、周期性を持つ配列とすることができるので、強い
偏向分散特性を有する光デバイスが実現できる。

【００２７】また、好ましくは、前記フォトニック結晶
は、スラブ状であって、前記フォトニック結晶の第１物
質の屈折率よりも低い屈折率を有する、第１のクラッド
および第２のクラッドとを備え、前記第１のクラッドと
前記第２のクラッドがそれぞれ、前記スラブ状のフォト
ニック結晶の膜厚方向の両側の面に接するように配置す
ればよい。それにより、フォトニック結晶中を伝搬する
光が漏れない光デバイスを実現できる。

【００２８】また、好ましくは、前記フォトニック結晶
の基本格子ベクトル方向に光を入射させる入射部を備え
ることとする。それにより、所定の波長の光を、大きな
角度で偏向させることができ、容易に、光デバイスが形
成できる。

【００２９】また、前記フォトニック結晶は、基本格子
ベクトル方向に対して垂直な入射面を有し、前記入射部
は、前記入射面に対して垂直に光を入射させるよう設置
すればよい。

【００３０】また、好ましくは、前記フォトニック結晶
の２次元格子の格子定数が、使用する光源の波長の０．
４〜０．６の大きさとなるようにする。それにより、高
い偏向分散特性が得られる。

【００３１】また、前記柱状物質は円柱形状であって、
その半径は、格子定数の０．２〜０．５としてもよい。

【００３２】また、前記第１物質の屈折率は、１．４〜
１．６で、前記柱状物質の屈折率は、０．９〜１．１と
してもよい。

【００３３】また、第１物質の屈折率と柱状の物質の屈
折率の差が１．０以上であることとしてもよい。

【００３４】また、第１物質は樹脂材料で、柱状物質は
空気とすればよい。

【００３５】また、好ましくは、前記フォトニック結晶
の基本格子ベクトル方向に光を入射させる入力側光導波
路と、前記フォトニック結晶からの出力を受光する第１
の出力側光導波路および第２の出力側光導波路とを備え
てもよい。それにより、光フィルターが形成される。そ
のため、容易に、低コストで、小型化が可能な、複数の
光から所望の波長の光を分離することができる光フィル
ターを実現できる。

【００３６】また、好ましくは、前記フォトニック結晶
の基本格子ベクトル方向に光を入射させる入力側光ファ
イバーと、前記フォトニック結晶からの出力を受光する
第１の出力側光ファイバーおよび第２の出力側光ファイ
バーと、前記入力側光ファイバー、前記第１の出力側光
ファイバーおよび第２の出力側光ファイバーをそれぞれ
位置決めする溝を備えてもよい。それにより、光ファイ
バーを用いていても、簡単に、高度な光軸合わせとモー
ド形状のマッチングを行うことができる光フィルターが
実現できる。

【００３７】また、前記第１の出力側光ファイバーは前
記入力側光ファイバーと光軸がほぼ一致し、前記第２の
出力側光ファイバーの光軸と前記入力側光ファイバーの
光軸とは異なることとしてもよい。

【００３８】また、前記第２の出力側光ファイバーの光
軸と前記入力側光ファイバーの光軸との距離は、前記フ
ォトニック結晶の基本格子ベクトル方向の長さに比例し
ていることとしてもよい。

【００３９】また、前記溝を有する基板を備え、前記基
板は、前記フォトニック結晶と一体化することとしても
よい。

【００４０】また、前記溝は、前記第１のクラッドまた
は前記第２のクラッドに備えられていることとしてもよ
い。

【００４１】また、好ましくは、第１の波長の光および
第２の波長の光を伝搬させ得る光ファイバーと、前記第
１の波長の光を受信する第１の受光部と、前記第１の波
長の光を発信する発光部と、前記第２の波長の光を受信
する第２の受光部と、前記光ファイバーと前記第１の受
光部と前記発光部と前記第２の受光部とを平面上に固定
する基板とを備え、前記光ファイバーは、前記フォトニ
ック結晶の一端に設置され、前記光ファイバーの光軸
は、前記フォトニック結晶の基本格子ベクトル方向と平
行とし、前記第１受光部および発光部は、前記フォトニ
ック結晶の他端に、前記光ファイバーの光軸と同一直線
状に配置され、前記第２の受光部は、前記フォトニック
結晶の他端に設置される。それにより、ＷＤＭ送受信モ
ジュールが形成される。そのため、容易に低コストで、
小型化が可能な、ＷＤＭモジュールを実現できる。

【００４２】また、第１の波長の光および第２の波長の
光を伝搬させ得る光ファイバーと、前記第１の波長の光
を受信する第１の受光部と、前記第２の波長の光を発信
する発光部と、前記第２の波長の光を受信する第２の受
光部と、前記光ファイバーと前記第１の受光部と前記発
光部と前記第２の受光部とを平面上に固定する基板とを
備え、前記光ファイバーは、前記フォトニック結晶の一
端に設置され、前記光ファイバーの光軸は、前記フォト
ニック結晶の基本格子ベクトル方向と平行とし、前記第
１受光部は、前記フォトニック結晶の他端に、前記光フ
ァイバーの光軸と同一直線状に配置され、前記第２の受
光部および前記発光部は、前記フォトニック結晶の他端
に設置されていることとしてもよい。

【００４３】また、好ましくは、前記フォトニック結晶
の２次元格子の格子定数が、前記第２の波長の０．４〜
０．６の大きさとなるようにする。それにより、高い偏
向分散特性が得られる。

【００４４】また、前記柱状物質は円柱形状であって、
その半径は、格子定数の０．２〜０．５としてもよい。

【００４５】また、前記第１物質の屈折率は、１．４〜
１．６で、前記柱状物質の屈折率は、０．９〜１．１と
してもよい。

【００４６】また、第１物質の屈折率と柱状の物質の屈
折率の差が１．０以上であることとしてもよい。

【００４７】また、第１物質は樹脂材料で、柱状物質は
空気とすればよい。

【００４８】また、本発明の他の光デバイスは、第１物
質と、複数の柱状物質を含み、前記複数の柱状物質は、
第１物質の屈折率とは、異なる屈折率を有し、前記第１
物質の内部に配置され、前記複数の柱状物質の中心軸は
それぞれ、平行であって、一定の周期性を持つ２次元結
晶格子配列を構成し、かつ、２つの基本格子ベクトル間
の角度の９０°以下の方のなす角度が、６０°よりも大
きく９０°よりも小さい値であるフォトニック結晶が２
種類用意され、前記２種類のフォトニック結晶のそれぞ
れの基本格子ベクトルが同一の方向となるように接合さ
れている複合フォトニック結晶を備えている。それによ
り、分岐角度が大きい光分岐器を形成することができ
る。そのため、低コストで、小型の光分岐器が実現でき
る。

【００４９】また、好ましくは、前記複合フォトニック
結晶は、スラブ状であって、前記複合フォトニック結晶
の前記２種類フォトニック結晶の第１物質の屈折率より
も低い屈折率を有する、第１のクラッドおよび第２のク
ラッドとを備え、前記第１のクラッドと前記第２のクラ
ッドがそれぞれ、前記複合フォトニック結晶の膜厚方向
の両側の面に接するように配置されている。それによ
り、フォトニック結晶中を伝搬する光が漏れない光デバ
イスを実現できる。

【００５０】また、前記２種類のフォトニック結晶の基
本格子ベクトルの内、同一方向でない基本格子ベクトル
は、前記２種類のフォトニック結晶の接合面に対して線
対称になっているようにしてもよい。

【００５１】また、好ましくは、前記２種類のフォトニ
ック結晶の両方の２次元格子の格子定数が、使用する光
源の波長の０．４〜０．６の大きさとなるようにする。
それにより、高い偏向分散特性が得られる。

【００５２】また、前記柱状物質は円柱形状であって、
その半径は、格子定数の０．２〜０．５としてもよい。

【００５３】また、前記第１物質の屈折率は、１．４〜
１．６で、前記柱状物質の屈折率は、０．９〜１．１と
してもよい。

【００５４】また、第１物質の屈折率と柱状の物質の屈
折率の差が１．０以上であることとしてもよい。

【００５５】また、第１物質は樹脂材料で、柱状物質は
空気とすればよい。

【００５６】また、前記複合フォトニック結晶の接合部
に、前記２種類のフォトニック結晶の基本格子ベクトル
方向に光を入射させる入力側光導波路と、前記複合フォ
トニック結晶の片方のフォトニック結晶からの出力を受
光する第１の出力側光導波路と、前記複合フォトニック
結晶の他方のフォトニック結晶からの出力を受光する第
２の出力側光導波路とを備え、前記入力側光導波路は、
前記複合フォトニック結晶の一端に設置され、前記第１
の出力側光導波路および前記第２の出力側光導波路は、
前記複合フォトニック結晶の他端に設置されていること
としてもよい。

【００５７】また、好ましくは、前記複合フォトニック
結晶の接合部に、前記２種類のフォトニック結晶の基本
格子ベクトル方向に光を入射させる入力側光ファイバー
と、前記複合フォトニック結晶の片方のフォトニック結
晶からの出力を受光する第１の出力側光ファイバーと、
前記複合フォトニック結晶の他方のフォトニック結晶か
らの出力を受光する第２の出力側光ファイバーと前記入
力側光ファイバー、前記第１の出力側光ファイバーおよ
び第２の出力側光ファイバーをそれぞれ位置決めする溝
を備え、前記入力側光ファイバーは、前記複合フォトニ
ック結晶の一端に設置され、前記第１の出力側光ファイ
バーおよび前記第２の出力側光ファイバーは、前記複合
フォトニック結晶の他端に設置される。それにより、光
ファイバーを用いて、高度な光軸合わせとモード形状の
マッチングが不要な光分岐器が実現できる。

【００５８】また、前記溝を有する基板を備え、前記基
板は、前記複合フォトニック結晶と一体化されているこ
ととしてもよい。

【００５９】また、前記溝は、前記第１のクラッドまた
は前記第２のクラッドに備えられていることとしてもよ
い。

【００６０】また、好ましくは、前記複合フォトニック
結晶を並列に複数個備えた並列複合フォトニック結晶を
多段で縦列させる。それにより、２つに分岐するだけで
なく、さらに複数の分岐が可能な分岐器を形成すること
ができる。

【００６１】また、本発明の他の光デバイスは、第１物
質と、複数の柱状物質を含み、前記複数の柱状物質は、
前記第１物質の屈折率とは、異なる屈折率を有し、第１
物質の内部に配置され、前記複数の柱状物質の中心軸は
それぞれ、平行であって、一定の周期性を持つ２次元結
晶格子配列を構成し、かつ、２つの基本格子ベクトル間
の角度の９０°以下の方のなす角度が、６０°よりも大
きく９０°よりも小さい値であるフォトニック結晶を複
数と、入力側光導波路と出力側光導波路と、前記複数の
フォトニック結晶と、前記入力側光導波路と、前記出力
側光導波路とが設置されている基板とを備え、前記複数
のフォトニック結晶同士は、基本ベクトル方向に縦列に
接合され、隣接するフォトニック結晶で偏向された出射
光が、基本格子ベクトル方向であるように各フォトニッ
ク結晶同士は設置され、両端に位置する各フォトニック
結晶には、入力側光導波路および出力側光導波路が接合
されている。それにより、入射光の進行方向を変化させ
て出射することができる光偏光器を容易に形成すること
ができる。

【００６２】また、好ましくは、前記複数のフォトニッ
ク結晶の２次元格子の格子定数が、使用光源の波長の
０．４〜０．６の大きさとなるようにする。それによ
り、高い偏向分散特性が得られる。

【００６３】また、前記柱状物質は円柱形状であって、
その半径は、格子定数の０．２〜０．５としてもよい。

【００６４】また、前記第１物質の屈折率は、１．４〜
１．６で、前記柱状物質の屈折率は、０．９〜１．１と
してもよい。

【００６５】また、前記第１物質の屈折率と前記柱状物
質の屈折率の差が１．０以上であることとしてもよい。

【００６６】また、前記第１物質は樹脂材料で、前記柱
状物質は空気とすればよい。

【００６７】また、各前記複数のフォトニック結晶中の
光の伝搬距離が等しくなるように前記複数のフォトニッ
ク結晶の寸法と形状と位置を決められていることとして
もよい。

【００６８】また、前記入力側光導波路からの入射光と
前記出力側光導波路からの出射光とがなす角度が、各前
記複数のフォトニック結晶中ごとに光が偏向する角度の
すべての和と同一であることとしてもよい。

【００６９】また、本発明の他の光デバイスは、中心軸
がそれぞれ平行であって、一定の周期性を持つ柱状の突
起物を有する金型が用意され、基板上に形成されたスラ
ブ状の第１物質に対し、前記金型を前記第１物質の膜厚
方向にプレスした後、前記金型を前記スラブから離型し
て柱状の穴を設けることで形成されたフォトニック結晶
を備える。それにより、容易にフォトニック結晶を形成
することができる。

【００７０】また、本発明の他の光デバイスは、基板上
に形成したスラブ状の第１物質に、一定の周期性を持つ
マスクを形成した後、前記マスクの露出部分をエッチン
グすることで柱状の穴を設けることで形成されたフォト
ニック結晶を備える。それにより、容易にフォトニック
結晶を形成することができる。

【００７１】また、本発明の他の光デバイスは、基板上
に形成したスラブ状の第１物質に、一定の周期性を持つ
マスクを形成した後、イオンビームを照射して前記マス
クの露出部分にトラック部を形成し、アルカリ溶液に浸
漬して前記トラック部を侵食してエッチングすることで
柱状の穴を設けることで形成されたフォトニック結晶を
備える。それにより、容易にフォトニック結晶を形成す
ることができる。

【００７２】また、前記第１物質は、流動性を有する材
料を、前記基板上に塗布して、さらに均一に拡散させて
前記材料の膜厚を調整した後、前記材料を硬化させるこ
とで形成してもよい。

【００７３】また、好ましくは、前記第１物質に設けら
れた前記柱状の穴に前記第１物質とは異なる屈折率を有
する物質が充填されている。それにより、容易に、フォ
トニック結晶の特性を変化させることができる。

【００７４】また、本発明の他の光デバイスは、基板上
に一定の周期を持つ凸部分を形成し、前記凸部分同士の
間に、流動性を有する材料を塗布して、前記材料を前記
基板上に拡散させて膜厚を調整してから、前記材料を硬
化させた後に、前記凸部分を除去することで形成された
柱状の穴に、前記材料と異なる屈折率を有する物質が充
填されているフォトニック結晶を備える。それにより、
容易にフォトニック結晶を形成することができる。

【００７５】また、本発明の他の光デバイスは、水平面
は、積層方向に垂直な方向とし、前記水平面をから傾い
た積層面上に、平行方向に１次元または２次元の構造で
一定の周期パターンを形成した基板を有し、前記基板上
に２種類以上の屈折率の異なる材料が交互に積層された
２次元周期積層構造を有するフォトニック結晶を備え
る。それにより、容易にフォトニック結晶を形成するこ
とができる。

【００７６】また、好ましくは、前記水平面に対する前
記積層面の傾きが５〜２５°である。それにより、対称
性の低いフォトニック結晶が容易に形成できる。

【００７７】また、本発明の他の光デバイスは、２次元
格子の２個の基本格子ベクトル間の９０°以下のなす角
度が６０°よりも大きく９０°よりも小さい値であるよ
うに１次元または２次元の構造の一定の周期パターンが
形成された基板を有し、前記基板上に２種類以上の屈折
率の異なる材料が交互に積層された２次元または３次元
周期積層構造を有するフォトニック結晶を備える。それ
により、容易に対称性の低いフォトニック結晶を形成す
ることができる。

【００７８】また、好ましくは、前記一定の周期パター
ンの周期が使用光源の波長の０．４〜０．６の大きさで
ある。それにより、偏向分散特性の大きなフォトニック
結晶を形成することができる。

【００７９】

【発明の実施の形態】(実施の形態１)本発明の実施の形
態１にかかる光デバイスについて、図１を用いて説明す
る。実施の形態１における光デバイスは、光分岐器であ
る。入力側光ファイバ１が、複合フォトニック結晶４の
片側と結合するように設置され、複合フォトニック結晶
４の反対側には、出力側光ファイバ２および３が結合す
るように設置されている。複合フォトニック結晶４は、
二種類のフォトニック結晶５、６が、接合面７で接合さ
れて構成されている。

【００８０】フォトニック結晶５、６は、２次元構造で
あって、第１物質９に円柱状の柱状物質１０が周期的に
配置された構造である。それぞれの柱状物質１０の中心
軸は、すべて平行に配置されている。例えば、第１物質
９はＳｉＯ₂や、アクリル系樹脂（ＰＭＭＡ、ＵＶアク
リルレート樹脂など）、エポキシ系樹脂、ポリイミド
系、シリコーン樹脂、カーボネート系のポリカーボネー
ト等の樹脂とし、柱状物質１０は空気とする。柱状物質
１０の格子定数ａ（柱状物質同士の距離）は、伝搬させ
る光の波長の０．４〜０．６が好ましい。この値であれ
ば、偏向分散特性が顕著に現れる。柱状物質１０の半径
ｒは、格子定数ａの０．２〜０．５が好ましい。このよ
うに、フォトニック結晶は、ＳｉＯ₂基板に、穴を空け
るだけで容易に作成することができる。

【００８１】フォトニック結晶５は、対称性の低い斜交
格子である。フォトニック結晶５の基本格子ベクトルａ
₁は、入力側光ファイバー１の光軸と平行であって、柱
状物質１０の配置を表わす基本格子ベクトル（ａ₁，
ａ₂）同士の角度θ₁が、６０°よりも大きく９０°より
も小さい値であることが好ましい。

【００８２】また、フォトニック結晶６の基本格子ベク
トルａ₁も、入力側光ファイバー１の光軸と平行であっ
て、格子構造は、接合面７に対して、フォトニック結晶
５の格子と対称となっている。したがって、フォトニッ
ク結晶６の基本格子ベクトル（ａ₁，ａ₂）同士の角度θ
₂は、９０°よりも大きく１２０°よりも小さい値とな
る。

【００８３】入力側光ファイバー１の光軸は、接合面７
に含まれる位置とされ、各出力側光ファイバー２および
３は、各フォトニック結晶５および６の所定の位置で出
力光と結合するように設置されている。

【００８４】なお、複合フォトニック結晶４と入力側光
ファイバー１の接合面は、フォトニック結晶５、６の基
本格子ベクトルａ₁と垂直である。

【００８５】入力側光ファイバー１から複合フォトニッ
ク結晶４に光が入射されると、その出力は、半分ずつ２
つのフォトニック結晶５、６に入力される。フォトニッ
ク結晶５、６のような斜交格子の基本格子ベクトル方向
に所定の波長の光が入射された場合には、その光は偏向
する。なお、第１物質９と柱状物質１０の種類、格子定
数ａ、柱状物質１０の半径ｒ、基本格子ベクトル
（ａ₁，ａ₂）同士の角度θ₁等の値を変化させること
で、その偏向角度および偏向する光の波長は制御でき
る。

【００８６】例えば、基本格子ベクトル（ａ₁，ａ₂）同
士の角度θ₁が６０°よりも大きく９０°よりも小さい
値である、対称性が低い格子構造のフォトニック結晶の
基本格子ベクトルａ₁方向に入射光を入射させれば、入
射光を偏向させることができることは確認されている。

【００８７】実施の形態１では、入力側光ファイバー１
からの入射光が、フォトニック結晶５では、偏向方向８
ａで示す方向に、偏向するような条件とした。フォトニ
ック結晶６は、フォトニック結晶５と接合面７で対称な
格子構造としたので、入射光は、偏向方向８ａと接合面
７に対して対称となる偏向方向８ｂで示す方向に偏向す
る。偏向して進むこれらの光が、複合フォトニック結晶
４の出力側の端面に達する箇所に出力側光ファイバー
２、３を接合しておけば、分岐した光を出力側光ファイ
バー２、３に導くことができる。

【００８８】なお、入力側光ファイバー１の光軸を、接
合面７からずらして、フォトニック結晶５、６のどちら
かよりの位置に設置することで、フォトニック結晶５、
６への分岐出力を変化させ、出力側光ファイバー２、３
への光の出力を制御することができる。例えば、光軸を
フォトニック結晶５よりにずらすと、出力側光ファイバ
ー２への光の出力が、出力側光ファイバー３に比べて高
くなる。

【００８９】実施の形態１における光デバイスは、具体
的には、図２に示すスラブ導波路構造とするとよい。３
つのＶ溝１２を有する基板１１上に、スラブ形状の複合
フォトニック結晶４と、スラブ導波路クラッド１３が積
層され、Ｖ溝１２には、入力側光ファイバー１、出力側
光ファイバー２および３が固定設置されている。Ｖ溝１
２を備えたことで、光ファイバーの光軸合わせは容易で
ある。

【００９０】基板１１は、クラッドも兼ねていて、基板
１１とスラブ導波路クラッド１３とで複合フォトニック
結晶４を上下から挟むことで、柱状物質１０である空気
孔を閉じ、光が柱状物質１０より漏れることを防ぐ。な
お、基板１１およびスラブ導波路クラッド１３の屈折率
は、少なくとも第１物質９に比べて低く、柱状物質１０
の屈折率と同じか、それよりも低い方が望ましい。この
ようにして、光を閉じ込める以外に、クラッドの代わり
に基板１１に対して垂直方向に多層膜を形成し、ブラグ
反射を用いて光を閉じ込めることも可能である。

【００９１】図２の光デバイスを用いて、光を分岐させ
ている測定結果を図３に示す。図３は、光の出力を示し
ていて、左側の入力側光ファイバーから直進してきた光
が、複合フォトニック結晶中で分岐して、右側の各出力
側光ファイバーで再び直進していることがわかる。な
お、第１物質９の屈折率は１．５、柱状物質１０は空孔
で屈折率は１．０で、フォトニック結晶５の基本格子ベ
クトル（ａ₁，ａ₂）同士の角度θ₁は８０°の場合であ
る。このときの、分岐された光同士間の分岐角度は、１
２°であった。

【００９２】なお、第１物質９の屈折率は１．４〜１．
６で、柱状物質１０の屈折率は０．９〜１．１とすれば
よい。また、第１物質９と柱状物質１０の相対屈折率差
が１．０以上としてもよい。例えば、第１物質９にＳｉ
やＧａＡｓやＴｉ₂Ｏ₅などの高屈折率材料を使用し、柱
状物質１０にＳｉＯ₂などの低屈折率材料を使用しても
よい。

【００９３】また、フォトニック結晶５を基板１１やス
ラブ導波路クラッド１３で上下から挟む必要はなく、上
下の両方もしくはいずれかの片側だけを空気とする構造
であってもよい。

【００９４】また、スラブ導波路構造のシングルモード
条件を満足するために、第１物質９の屈折率に応じて、
スラブ導波路クラッド１３および基板１１の屈折率と複
合フォトニック結晶４の膜厚を調整する必要がある。例
えば、第１物質９と、スラブ導波路クラッド１３あるい
は基板１１の屈折率差が１０％以下であれば複合フォト
ニック結晶４の膜厚は、数μｍ〜１０μｍでも良いが、
屈折率差が１０％以上であれば、膜厚は数μｍ以下とな
る。膜厚が数μｍ以下の場合は、光ファイバーとの結合
性が悪くなるので適さない。

【００９５】以上のように、実施の形態１の光デバイス
によれば、フォトニック結晶を用いて形成されているの
で容易に形成することができる。また、基本格子ベクト
ルａ ₁方向に、光を入射させるので、基本格子ベクトル
ａ₁方向に対して、垂直の入射面を有するフォトニック
結晶を形成すればよく、容易に形成できる。また、フォ
トニック結晶は、高度な光軸合わせとモード形状のマッ
チングが不要である。さらに、大きな分離角を有する分
岐器を実現でき、小型であっても十分に分岐し得る。

【００９６】（実施の形態２）本発明の実施の形態２に
かかる光デバイスについて、図４を用いて説明する。実
施の形態２における光デバイスは、実施の形態１におけ
る複合フォトニック結晶を多段で用いて、光の分岐数を
４つにしてある。

【００９７】図４は、本発明の実施の形態２にかかる光
デバイスの構成を示す。複合フォトニック結晶１４は、
複合フォトニック結晶４ａ、４ｂ、４ｃから構成されて
いる。複合フォトニック結晶４ａの端面には、入力側光
ファイバー１が接合され、複合フォトニック結晶４ａの
他の端面の半分に複合フォトニック結晶４ｂが、残りの
半分に複合フォトニック結晶４ｃが接合されている。複
合フォトニック結晶４ｂの他の端面および複合フォトニ
ック結晶４ｃの他の端面の所定の位置には、出力側光フ
ァイバー３ａ、３ｂ、２ａ、２ｂが接合されている。

【００９８】各複合フォトニック結晶４ａ、４ｂ、４ｃ
は、図１の複合フォトニック結晶４と同様の構成であ
る。すなわち、複合フォトニック結晶４ａは、２種類の
それぞれ格子構造が対称なフォトニック結晶５ａ、６ａ
が接合面７ａで接合された構成であり、入力側光ファイ
バー１の光軸は、複合フォトニック結晶４ａの接合面７
ａに含まれる位置に配置され、入力側光ファイバー１か
らの光を分岐する。

【００９９】複合フォトニック結晶４ｂは、２種類のそ
れぞれ格子構造が対称なフォトニック結晶５ｂ、６ｂが
接合面７ｂで接合された構成であり、複合フォトニック
結晶４ａからの分岐された光が、接合面７ｂ付近に入射
されるように配置され、その光を分岐して、出力側光フ
ァイバー３ａ、３ｂに導く。

【０１００】複合フォトニック結晶４ｃは、２種類のそ
れぞれ格子構造が対称なフォトニック結晶５ｃ、６ｃが
接合面７ｃで接合された構成であり、複合フォトニック
結晶４ａからの分岐された光が、接合面付近に入射され
るように配置され、その光を分岐して、出力側光ファイ
バー２ａ、２ｂに導く。

【０１０１】各出力側光ファイバー３ａ、３ｂ、２ａ、
２ｂは、各複合フォトニック結晶４ｂ、４ｃで分岐され
た光が、出射される位置に設置され分岐された光を伝搬
する。つまり、入力側光ファイバー１により入射された
光は、光の進行方向１５で示すように四分岐される。

【０１０２】なお、複合フォトニック結晶１４は、上下
をクラッドで挟んで、フォトニック結晶のスラブ導波路
構造とすることで、光の漏れがなくなる。また、同様に
して、さらに、複合フォトニック結晶を増やすことで、
さらに多重光分岐器を作成することができる。

【０１０３】以上のように、実施の形態２の光デバイス
によれば、容易に、四分岐器を形成することができる。

【０１０４】（実施の形態３）本発明の実施の形態３に
かかる光デバイスについて、図５を用いて説明する。実
施の形態３における光デバイスは、ビーム誘導器であ
る。

【０１０５】図５は、実施の形態３の光デバイスの側面
図である。Ｖ溝２４を有する基板２５上に、クラッド２
１ａとコア２１ｂから構成される光ファイバ２１と、実
施の形態１のフォトニック結晶６と同様の格子構造であ
るスラブ形状フォトニック結晶６ｄと、コア２６ｂが導
波路基板２６ａに埋め込まれた構造の光導波路２６が設
置されている。また、光ファイバー２１、フォトニック
結晶６ｄ、光導波路２６の上部には、光導波路２６のク
ラッドも兼ねている上カバー２７が設置され、光ファイ
バー２１のクラッド２１ａと光導波路２６のコア２６ｂ
が面合わせで固定されている。

【０１０６】フォトニック結晶６ｄは、光ファイバー２
１と光導波路２６と両端面で接合され、光ファイバー２
１はＶ溝２４で固定設置されている。光ファイバー２１
と光導波路２６のそれぞれのコア２１ｂおよび２６ｂの
光軸はずれている。

【０１０７】フォトニック結晶６ｄは、実施の形態１の
フォトニック結晶６と同様の結晶構造であり、すなわ
ち、２次元構造であって、第１物質９に円柱状の柱状物
質１０が周期的に配置された構造である。それぞれの柱
状物質１０の中心軸は、すべて平行に配置されている。
例えば、第１物質９はＳｉＯ₂や、アクリル系樹脂（Ｐ
ＭＭＡ、ＵＶアクリルレート樹脂など）、エポキシ系樹
脂、ポリイミド系、シリコーン樹脂、カーボネート系の
ポリカーボネート等の樹脂とし、柱状物質１０は空気と
する。柱状物質１０の格子定数ａ（柱状物質同士の距
離）は、伝搬させる光の波長の０．４〜０．６で、柱状
物質１０の半径ｒは、格子定数ａの０．２〜０．５が好
ましい。また、フォトニック結晶６ｄの格子構造は、対
称性の低い斜交格子であり、基本格子ベクトルａ₁は、
光ファイバー２１のコア２１ｂの光軸と平行であって、
柱状物質１０の配置を表わしている基本格子ベクトル
（ａ₁，ａ₂）同士の角度θ₂は、９０°よりも大きく１
２０°よりも小さい値である。また、フォトニック結晶
６ｄと光ファイバー２１の接合面は、基本格子ベクトル
ａ ₁と垂直である。

【０１０８】光ファイバー２１からフォトニック結晶６
ｄに入射された、基本格子ベクトルａ₁と平行な所定の
波長の光は、光の進行方向２９に示すように所定の角度
で偏向する。偏向する光の波長および偏向角度は、フォ
トニック結晶６ｄの結晶構造で変化するので、結晶構造
を調整して所望の特性とすることができる。

【０１０９】フォトニック結晶６ｄで偏向した光が出射
される位置に光導波路２６のコア２６ｂが設置されるよ
うにしておく。それにより、光ファイバ２１から入射さ
れた光は、コア２１ｂとは異なる光軸の光導波路２６の
コア２６ｂに入射される。

【０１１０】以上のように、実施の形態３の光デバイス
によれば、容易にビーム誘導器が作成でき、屈折率も大
きいので、小型化も可能となる。例えば、シングルモー
ドファイバの場合、６０μｍ程度の軸ズレが生じるが、
６°偏向するフォトニック結晶を使用すれば、約５７０
μｍ長のビーム誘導部で結合が可能である。

【０１１１】（実施の形態４）本発明の実施の形態４に
かかる光デバイスについて図６を用いて説明する。実施
の形態４における光デバイスは、光フィルターである。

【０１１２】図６に示すように、入力側光ファイバ３１
とフォトニック結晶５ｄとが、端面で接合し、また、フ
ォトニック結晶５ｄの他端には、出力側光ファイバー３
２および３３が設置されている。入力側光ファイバー３
１と、出力側光ファイバー３３の光軸３４は同じであ
り、出力側光ファイバー３２の光軸は、それからずれた
位置である。

【０１１３】フォトニック結晶５ｄは、実施の形態１の
フォトニック結晶５と同様の格子構造である。すなわ
ち、２次元構造であって、第１物質９に円柱状の柱状物
質１０が周期的に配置された構造である。それぞれの柱
状物質１０の中心軸は、すべて平行に配置されている。
例えば、第１物質９はＳｉＯ₂や、アクリル系樹脂（Ｐ
ＭＭＡ、ＵＶアクリルレート樹脂など）、エポキシ系樹
脂、ポリイミド系、シリコーン樹脂、カーボネート系の
ポリカーボネート等の樹脂とし、柱状物質１０は空気と
する。柱状物質１０の格子定数ａ（柱状物質同士の距
離）は、伝搬させる光の波長の０．４〜０．６で、柱状
物質１０の半径ｒは、格子定数ａの０．２〜０．５が好
ましい。また、フォトニック結晶５ｄの格子構造は、対
称性の低い斜交格子であり、基本格子ベクトルａ₁は、
入力側光ファイバー３１の光軸と平行であって、柱状物
質１０の配置を表わしている基本格子ベクトル（ａ₁，
ａ₂）同士の角度θ₁は、６０°よりも大きく９０°より
も小さい値である。

【０１１４】光ファイバー３１からフォトニック結晶５
ｄに入射された基本格子ベクトルａ ₁と平行な光の内、
偏向する光の波長および偏向角度は、フォトニック結晶
５ｄの結晶構造で変化するので、結晶構造を調整して所
望の特性を有するフォトニック結晶を形成する。フォト
ニック結晶６ｄは、波長ｆ_kの光（選択光）が偏向し、
それ以外の波長の光（非選択光）は直進する構造であ
る。

【０１１５】入力側光ファイバー３１から波長ｆ_kの光
を含む、複数の光がフォトニック結晶５ｄに入射される
と、波長ｆ_kの光は、進行方向３６に示すように、偏向
して、出力側光ファイバー３２に導かれる。また、波長
ｆ_k以外の光は、進行方向３５に示すように直進して、
出力側光ファイバー３３に導かれる。このような構成
で、所望とする波長ｆ_kの光を取り出す光フィルターを
形成することができる。なお、出力側光ファイバー３２
は、選択光が偏向されて、フォトニック結晶５ｄから出
射される位置に設置されている。

【０１１６】また、出力側光ファイバー３２の設置位置
は、その光軸が出力側光ファイバー３３の光軸から、フ
ォトニック結晶５ｄの横幅に比例した分だけ離れた位置
に配置される。つまりフォトニック結晶５ｄが大型化す
れば、各出力側光ファイバー３２、３３間の距離も離れ
る。

【０１１７】実施の形態４における光デバイスは、具体
的には、図７に示すスラブ導波路構造とするとよい。３
つのＶ溝４２を有する基板４１上に、スラブ形状のフォ
トニック結晶５ｄと、スラブ導波路クラッド４３が積層
され、Ｖ溝４２には、入力側光ファイバー３１、出力側
光ファイバー３２および３３が固定設置されている。Ｖ
溝４２を備えたことで、位置合わせは容易である。

【０１１８】基板４１は、クラッドも兼ねていて、基板
４１とスラブ導波路クラッド４３とでフォトニック結晶
５ｄを上下から挟むことで、柱状物質１０である空気孔
を閉じ、光が柱状物質１０より漏れることを防ぐ。な
お、基板４１およびスラブ導波路クラッド４３の屈折率
は、少なくとも第１物質に比べて低く、柱状物質の屈折
率と同じか、それよりも低い方が望ましい。このように
して、光を閉じ込める以外に、クラッドの代わりに基板
４１に対して垂直方向に多層膜を形成し、ブラグ反射を
用いて光を閉じ込めることも可能である。

【０１１９】図７の光デバイスを用いた測定結果を図８
に示す。図８（ａ）は、選択光を入射した場合の光の出
力を示していて、左側の入力側光ファイバーから直進し
てきた選択光が、フォトニック結晶中で６°偏向して、
右側の出力側光ファイバーで再び直進していることがわ
かる。また、図８（ｂ）は、非選択光を入射した場合の
光の出力を示していて、入力側光ファイバー、フォトニ
ック結晶および出力側光ファイバー中を非選択光は直進
していることがわかる。なお、第１物質９の屈折率は
１．５、柱状物質１０は空孔で屈折率は１．０で、フォ
トニック結晶５ｄの基本格子ベクトル（ａ₁，ａ₂）同士
の角度θ₁は８０°の場合である。

【０１２０】なお、第１物質９の屈折率は１．４〜１．
６で、柱状物質１０の屈折率は０．９〜１．１とすれば
よい。また、第１物質９と柱状物質１０の相対屈折率差
が１．０以上としてもよい。例えば、第１物質９にＳｉ
やＧａＡｓやＴｉ₂Ｏ₅などの高屈折率材料を使用し、柱
状物質１０にＳｉＯ₂などの低屈折率材料を使用しても
よい。

【０１２１】また、フォトニック結晶５を基板４１やス
ラブ導波路クラッド４３で上下から挟む必要はなく、上
下の両方もしくはいずれかの片側だけを空気とする構造
であってもよい。

【０１２２】また、スラブ導波路構造のシングルモード
条件を満足するために、第１物質９の屈折率に応じて、
スラブ導波路クラッド４３および基板４１の屈折率とフ
ォトニック結晶５ｄの膜厚を調整する必要がある。例え
ば、第１物質９と、スラブ導波路クラッド４３あるいは
４１基板の屈折率差が１０％以下であればフォトニック
結晶５ｄの膜厚は、数μｍ〜１０μｍでも良いが、屈折
率差が１０％以上であれば、膜厚は数μｍ以下となる。
膜厚が数μｍ以下の場合は、光ファイバーとの結合性が
悪くなるので適さない。

【０１２３】以上のように、実施の形態４の光デバイス
によれば、フォトニック結晶を用いて形成されているの
で容易に形成することができる。

【０１２４】（実施の形態５）本発明の実施の形態５に
かかる光デバイスについて、図９を用いて説明する。図
９に示すように、Ｖ溝５３を備えている基板５２上に、
Ｖ溝５３で固定されたＷＤＭ（１．３μｍ、１．５５μ
ｍ）の２波長を伝送する光ファイバー５１と、スラブ形
状のフォトニック結晶５ｅと、１．５５μｍのレーザー
ダイオード５４と１．５５μｍのフォトダイオード５５
と、１．３μｍのフォトダイオード５６とを備えてい
る。

【０１２５】フォトニック結晶５ｅは、実施の形態１の
フォトニック結晶５と同様の格子構造である。すなわ
ち、２次元構造であって、第１物質に円柱状の柱状物質
が周期的に配置された構造である。それぞれの柱状物質
の中心軸は、すべて平行に配置されている。例えば、第
１物質はＳｉＯ₂や、アクリル系樹脂（ＰＭＭＡ、ＵＶ
アクリルレート樹脂など）、エポキシ系樹脂、ポリイミ
ド系、シリコーン樹脂、カーボネート系のポリカーボネ
ート等の樹脂とし、柱状物質は空気とする。柱状物質の
格子定数ａ（柱状物質同士の距離）は、伝搬させる光の
波長の０．４〜０．６で、柱状物質の半径ｒは、格子定
数ａの０．２〜０．５が好ましい。また、フォトニック
結晶５ｅの格子構造は、対称性の低い斜交格子であり、
基本格子ベクトルａ₁は、光ファイバー５１の光軸と平
行であって、柱状物質の配置を表わしている基本格子ベ
クトル（ａ₁，ａ₂）同士の角度θ₁は、６０°よりも大
きく９０°よりも小さい値である。また、フォトニック
結晶５ｅの結晶構造は調整されていて、光の入射位置に
依らず、フォトニック結晶５ｅの基本格子ベクトルａ ₁
方向に光を入射すれば、波長１．３μｍの光のみが大き
く偏向して、波長１．５５μｍの光は偏向せず直進す
る。

【０１２６】図示していないが、フォトニック結晶５ｅ
の上面には、第１物質より低い屈折率を有するスラブ導
波路クラッドが設置されている。１．５５μｍのレーザ
ーダイオード５４と１．５５μｍのフォトダイオード５
５とは入力側光ファイバー５１の光軸上で、フォトニッ
ク結晶５ｅに対して光ファイバー５１と対向した位置に
配置されている。また、１．３μｍのフォトダイオード
５６は、光ファイバー５１の光軸からずれた位置に設置
され、フォトニック結晶５ｅ中で偏向した光がフォトニ
ック結晶５ｅ横方向の長さに比例した距離だけ、光ファ
イバー５１の光軸から離れた位置に設置される。

【０１２７】光ファイバー５１から１．３／１．５５μ
ｍＷＤＭの信号光がフォトニック結晶５ｅに入射される
と、波長１．３μｍの光は偏向して、１．３μｍのフォ
トダイオード５６で受信される。波長１．５５μｍの光
は、直進して、１．５５μｍのフォトダイオードで受信
される。また、１．５５μｍのレーザダイオード５４か
ら出射された信号光は、フォトニック結晶５ｅ中を直進
し、光ファイバー５１に送られる。なお、矢印５８は波
長１．３μｍの光の伝搬方向を、矢印５７は波長１．５
５μｍの光の伝搬方向を示している。

【０１２８】このように、実施の形態５の光デバイス
で、波長１．５５μｍの光で双方向通信を、波長１．３
μｍの光で受信のみの通信を行うことができる。

【０１２９】以上のように、実施の形態５の光デバイス
によれば、Ｙ形状の導波路と波長分離のための多層膜フ
ィルターを必要とせず、部品点数の少ない、簡単な構成
でＷＤＭ送受信モジュールを実現することができる。

【０１３０】（実施の形態６）本発明の実施の形態６に
かかる光デバイスについて、図１０を用いて説明する。
図１０に示すように、Ｖ溝６３を備えている基板６２上
に、Ｖ溝６３で固定されたＷＤＭ（１．３μｍ、１．５
５μｍ）の２波長を伝送する光ファイバー６１と、スラ
ブ形状のフォトニック結晶５ｆと、１．５５μｍのフォ
トダイオード６４と、１．３μｍのレーザーダイオード
６５と、１．３μｍのフォトダイオード６６とを備えて
いる。

【０１３１】フォトニック結晶５ｆは、実施の形態５の
フォトニック結晶５ｅと同様の格子構造である。すなわ
ち、２次元構造であって、第１物質に円柱状の柱状物質
が周期的に配置された構造である。それぞれの柱状物質
の中心軸は、すべて平行に配置されている。例えば、第
１物質はＳｉＯ₂や、アクリル系樹脂（ＰＭＭＡ、ＵＶ
アクリルレート樹脂など）、エポキシ系樹脂、ポリイミ
ド系、シリコーン樹脂、カーボネート系のポリカーボネ
ート等の樹脂とし、柱状物質は空気とする。柱状物質の
格子定数ａ（柱状物質同士の距離）は、伝搬させる光の
波長の０．４〜０．６で、柱状物質の半径ｒは、格子定
数ａの０．２〜０．５が好ましい。また、フォトニック
結晶５ｆの格子構造は、対称性の低い斜交格子であり、
基本格子ベクトルａ₁は、光ファイバー６１の光軸と平
行であって、柱状物質の配置を表わしている基本格子ベ
クトル（ａ₁，ａ₂）同士の角度θ₁は、６０°よりも大
きく９０°よりも小さい値である。また、フォトニック
結晶５ｆの結晶構造は調整されていて、フォトニック結
晶５ｆは、光の入射位置に依らず、基本格子ベクトルａ
₁方向に光を入射すれば、波長１．３μｍの光のみが大
きく偏向して、波長１．５５μｍの光は偏向せず直進す
る特性を有している。

【０１３２】図示していないが、フォトニック結晶５ｆ
の上面には、第１物質より低い屈折率を有するスラブ導
波路クラッドが設置されている。１．５５μｍのフォト
ダイオード６４は入力側光ファイバー６１の光軸上で、
フォトニック結晶５ｆに対して光ファイバー６１と対向
した位置に配置されている。また、１．３μｍのレーザ
ーダイオード６５と、１．３μｍのフォトダイオード６
６とは、光ファイバー６１の光軸からずれた位置で、偏
向した光が出射される位置に設置され、フォトニック結
晶５ｆ中で偏向した光がフォトニック結晶５ｆの横方向
の長さに比例した距離だけ、光ファイバー６１の光軸か
ら離れた位置に設置される。

【０１３３】光ファイバー６１から１．３／１．５５μ
ｍＷＤＭの信号光がフォトニック結晶５ｆに入射される
と、波長１．３μｍの光は偏向して、１．３μｍのフォ
トダイオード６６で受信される。また、１．３μｍのレ
ーザーダイオード６５から出射された信号光は、フォト
ニック結晶５ｆで偏向して、光ファイバー６１に送られ
る。波長１．５５μｍの光は、直進して、１．５５μｍ
のフォトダイオードで受信される。なお、矢印６８は波
長１．３μｍの光の伝搬方向を、矢印６７は波長１．５
５μｍの光の伝搬方向を示している。

【０１３４】このように、実施の形態６の光デバイス
で、波長１．３μｍの光で双方向通信を、波長１．５５
μｍの光で受信のみの通信を行うことができる。

【０１３５】以上のように、実施の形態６の光デバイス
によれば、Ｙ形状の導波路と波長分離のための多層膜フ
ィルターを必要とせず、部品点数の少ない、簡単な構成
でＷＤＭ送受信モジュールを実現することができる。

【０１３６】なお、実施の形態５および６は、波長１．
５５μｍの光を直進、波長１．３μｍの光を偏向とした
例であるが、フォトニック結晶の結晶格子の構造を変え
ることで、波長１．５５μｍの光を偏向とし、波長１．
３μｍの光を直進とすることができる。

【０１３７】（実施の形態７）本発明の実施の形態７に
かかる光デバイスについて、図１１を用いて説明する。
図１１は、実施の形態７の光デバイスの構成を示してい
て、入力側光導波路コア７１と、入射側光導波路コア７
１に対して９０°傾いた出力側光導波路コア７２と、入
力側光導波路コア７１と出力側光導波路コア７２とが両
端に結合されている偏向回路７３とから構成されてい
る。

【０１３８】図１１に示すように、偏向回路７３は、中
心点７６を中心とした円の一部であって、端面同士は、
９０°傾いている。偏向回路７３は、フォトニック結晶
５ｇが１５個接合して構成されている。フォトニック結
晶５ｇは、実施の形態１のフォトニック結晶５と同様の
格子構造である。すなわち、２次元構造であって、第１
物質に円柱状の柱状物質が周期的に配置された構造であ
る。それぞれの柱状物質の中心軸は、すべて平行に配置
されている。例えば、第１物質はＳｉＯ₂や樹脂とし、
柱状物質を空気とする。柱状物質の格子定数ａ（柱状物
質同士の距離）は、伝搬させる光の波長の０．４〜０．
６で、柱状物質の半径ｒは、格子定数ａの０．２〜０．
５が好ましい。また、フォトニック結晶５ｇの格子構造
は、対称性の低い斜交格子であり、基本格子ベクトルａ
₁は、光の入射方向と平行であって、柱状物質の配置を
表わしている基本格子ベクトル（ａ₁，ａ₂）同士の角度
θ ₁は、６０°よりも大きく９０°よりも小さい値であ
る。また、フォトニック結晶長は調整されていて、フォ
トニック結晶５ｇは、光の入射位置に依らず、基本格子
ベクトルａ₁方向に入射光を入射すれば、入射光が６°
偏向する特性を有している。

【０１３９】このような性質を持つフォトニック結晶５
ｇは、偏向回路７３を中心点７６を中心にθ_def＝６°
ずつ分割した形状で、全部で１５個あり、それらが接合
され、偏向回路７３を構成している。各フォトニック結
晶５ｇは、中心点７６を中心にθ_def＝６°であり１５
個あるので、偏向角度は、６°が１５個集まって９０°
となる。

【０１４０】入力側光導波路コア７１から入射方向７４
で、フォトニック結晶５ｇに入射した光は、進行方向７
５に示すように６°偏向して、次のフォトニック結晶５
ｇに入射される。さらに、６°偏向して、次のフォトニ
ック結晶５ｇに入射される。これを繰り返し、最後に、
出力側光導波路コア７２に入射される。すなわち、偏向
回路７３から出射される光の進行方向は、出射方向７７
であり、入射光が９０°偏向されている。

【０１４１】このように、フォトニック結晶中で、光が
偏向することを用いて、所望の角度に、光を偏向させる
ことができる光デバイスを形成することができる。

【０１４２】なお、図示していないが、この光デバイス
は、基板およびクラッドで上下から挟まれている。ま
た、第１物質の樹脂材料として、アクリル系樹脂（ＰＭ
ＭＡ、ＵＶアクリルレート樹脂など）、エポキシ系樹
脂、ポリイミド系、シリコーン樹脂、カーボネート系の
ポリカーボネートなどが挙げられる。

【０１４３】なお、第１物質の屈折率は１．４〜１．６
で、柱状物質の屈折率は０．９〜１．１とすればよい。
また、第１物質と柱状物質の相対屈折率差が１．０以上
としてもよい。例えば、第１物質にＳｉやＧａＡｓやＴ
ｉ₂Ｏ₅などの高屈折率材料を使用し、柱状物質にＳｉＯ
₂などの低屈折率材料を使用してもよい。

【０１４４】以上のように、実施の形態７の光デバイス
によれば、光偏向器を容易に形成できる。

【０１４５】なお、実施の形態１から７における光デバ
イスは、対称性の低い２次元構造のフォトニック結晶を
用いているが、対称性の低い３次元構造のフォトニック
結晶においても同様に、基本格子ベクトル方向に光を入
射させた場合には、強い偏向分散特性を示すことは自明
である。そのため、実施の形態１から７における光デバ
イスに対称性の低い３次元構造のフォトニック結晶を用
いても上述した光デバイスと同様の効果が得られる。

【０１４６】また、上述の説明では、基本格子ベクトル
（ａ₁，ａ₂）同士の角度θ₁が６０°よりも大きく９０
°よりも小さい値である格子構造が、対称性の低い格子
構造としている。しかし、このような構造以外であって
も、一組の基本格子ベクトルで構成される２次元格子構
造が３回よりも大きい数の回転対称軸を持たない格子構
造を有している場合であっても、対称性が低い格子構造
であり、このような格子構造のフォトニック結晶を、上
述の光デバイスに用いることができる。

【０１４７】（実施の形態８）本発明の実施の形態８に
かかる光デバイスのフォトニック結晶の製造方法につい
て図１２を用いて説明する。実施の形態８におけるフォ
トニック結晶は、２次元構造であって、第１物質８２
に、周期的に柱状物質が形成された構造である。図１２
（ａ）に示すように、基板８３上にスパッタなどで薄膜
を蒸着して、所望とする膜厚の第１物質８２を形成す
る。スパッタ以外の方法として、樹脂を塗布してスピン
コートするか、または、溶剤で溶かした樹脂を用いてキ
ャスティングすることで、所望とする膜厚の第１物質８
２を基板８３上に形成する方法もある。具体的には、流
動性を有する樹脂材料を基板８３上に塗布して、拡散さ
せて膜厚を調整した後に、その材料を硬化させて所望と
する膜厚の第１物質８２を形成するものである。

【０１４８】また、周期的に配置される柱状物質の所望
の位置に突起物を備えている金型８１が用意されてい
る。次に、図１２（ｂ）に示すように、金型８１で第１
物質８２をプレスする。このようにして、図１２（ｃ）
に示すように、第１物質８２の所望の位置に穴８４が形
成される。なお、穴８４はそのままでは、空気による柱
状物質を形成するが、第１物質８２とは屈折率の異なる
他の材料を充填してもよい。

【０１４９】以上のように、実施の形態８の光デバイス
によれば、所望とする周期構造を有し、容易に作成でき
るフォトニック結晶を備えている。

【０１５０】なお、基板８３上に第１物質を形成する際
に、柱状物質が形成される場所に、突起物等を形成して
おいてからスピンコートもしくはキャスティングによっ
て膜厚を調整しながら、第１物質を形成し、その後、突
起物を取り除くという方法でフォトニック結晶を形成し
てもよい。

【０１５１】（実施の形態９）本発明の実施の形態９に
かかる光デバイスのフォトニック結晶の製造方法につい
て図１３を用いて説明する。図１３（ａ）に示すよう
に、スパッタなどで薄膜を蒸着するか、樹脂を塗布して
スピンコートするか、または、溶剤で溶かした樹脂を用
いてキャスティングすることで基板８３上に第１物質８
２を形成し、第１物質８２の周期的に配置される柱状物
質の所望の位置に、陽極酸化アルミなどのマスク８５を
配置する。次に、図１３（ｂ）に示すように、イオンビ
ーム８６などで第１物質８２をエッチングする。このよ
うにして、図１３（ｃ）に示すように、第１物質８２の
所望の位置に穴８４が形成される。なお、穴８４はその
ままでは、空気による柱状物質を形成するが、第１物質
とは屈折率の異なる他の材料を充填してもよい。

【０１５２】以上のように、実施の形態９の光デバイス
によれば、所望とする周期構造を有し、容易に作成でき
るフォトニック結晶を備えている。

【０１５３】（実施の形態１０）本発明の実施の形態１
０にかかる光デバイスのフォトニック結晶の製造方法に
ついて図１４を用いて説明する。図１４（ａ）に示すよ
うに、スパッタなどで薄膜を蒸着するか、樹脂を塗布し
てスピンコートするか、または、溶剤で溶かした樹脂を
用いてキャスティングすることで基板８３上に第１物質
８２を形成し、８２を形成し、第１物質８２の周期的に
配置される柱状物質の所望の位置に、陽極酸化アルミな
どのマスク８５を配置する。図１４（ｂ）に示すよう
に、Ａｒイオンなどのイオンビーム８６を照射する。イ
オンビーム８６の照射によって、マスク８５を配置され
ていない部分にトラック８７ができる。トラック８７
は、第１物質８２の分子結合が切れている。次に、図１
４（ｃ）に示すように、マスク８５を除去し、基板８３
ごと第１物質８２をＮａＯＨなどの強アルカリ８８に浸
漬する。第１物質８２は、変化がないが、分子結合が切
れているトラック８２は侵食され、第１物質８２の所望
の位置に穴８４が形成される。なお、穴８４はそのまま
では、空気による柱状物質を形成するが、第１物質とは
屈折率の異なる他の材料を充填してもよい。

【０１５４】以上のように、実施の形態１０の光デバイ
スによれば、所望とする周期構造を有し、容易に作成で
きるフォトニック結晶を備えている。

【０１５５】なお、実施の形態８から１０におけるフォ
トニック結晶の製造において、基板８３上に第１物質８
２を形成したが、基板８３を用いる必要はなく、基板８
３を用いずに第１物質８２を形成して、所望の位置に穴
８４を形成することでフォトニック結晶を製造してもよ
い。

【０１５６】（実施の形態１１）本発明の実施の形態１
１にかかる光デバイスのフォトニック結晶の製造方法に
ついて図１５を用いて説明する。

【０１５７】図１５（ａ）に示す周期構造加工面９２を
有する基板９１に、高屈折率材料９３と低屈折率材料９
４とを交互に積層していくことで、周期積層構造を形成
する。

【０１５８】図１５（ｂ）にはフォトニック結晶の断面
図が示されていて、基板９１の上面である格子面（積層
面）は、積層方向に垂直な水平面から角度θ_aだけ傾い
ている。周期構造加工面９２は、この格子面に平行に、
使用光源の波長の０．４〜０．６の大きさの周期を有す
る１次元構造の周期パターンを凹凸で形成してある。基
板９１の格子面の傾きθ_aを５〜２５°として、周期積
層構造を形成すると、２個の基本格子ベクトル間の９０
°以下のなす角度が６０°よりも大きく９０°よりも小
さい値となるフォトニック結晶が形成される。同様に、
格子面に２次元構造の周期パターンを形成した基板に高
屈折率材料と低屈折率材料と交互に積層することで周期
積層構造を形成すると、３次元周期積層構造が形成さ
れ、２個の基本格子ベクトル間の９０°以下のなす角度
が６０°よりも大きく９０°よりも小さい値のフォトニ
ック結晶が得られる。

【０１５９】以上のように、実施の形態１１の光デバイ
スによれば、所望とする２次元または３次元の周期構造
を有し、容易に形成できるフォトニック結晶を備えてい
る。

【０１６０】（実施の形態１２）本発明の実施の形態１
２にかかる光デバイスのフォトニック結晶の製造方法に
ついて図１６を用いて説明する。

【０１６１】図１６（ａ）に示すような、基板１００の
上面に、周期構造加工面１０１を形成し、凹部１０２で
周期パターンを形成する。周期パターンは、使用光源の
波長の０．４〜０．６の大きさの周期を有する２次元構
造で、２個の基本格子ベクトル（ａ₁，ａ₂）間の９０°
以下のなす格子内角θ₁が６０°よりも大きく９０°よ
りも小さい値である。この周期構造加工面１０１に、ま
ず、高屈折率材料１０３を積層する。凹部１０２がある
箇所には、高屈折率材料１０３が形成され、凹部１０２
がない場所には、周期構造加工面１０１に高屈折率材料
１０３が形成されるので、高屈折率材料１０３は、凹凸
に形成される。さらに、低屈折率材料１０４がその上か
ら形成されるので、低屈折率材料１０４も凹凸に形成さ
れる。さらに積層され、高屈折率材料１０３と低屈折率
材料１０４が交互に積層されていくことで、図１６
（ｂ）に示すような断面構造の、３次元周期積層構造が
形成される。なお、基板１００の上面に傾斜をつけるこ
とも可能である。

【０１６２】以上のように、実施の形態１２の光デバイ
スによれば、所望とする３次元の周期構造を有し、容易
に形成できるフォトニック結晶を備えている。

【０１６３】

【発明の効果】本発明の光デバイスによれば、複数の異
なる屈折率を有する物質が周期的に配列されている２次
元または３次元格子構造を有し、かつ、一組の基本格子
ベクトルで構成される２次元格子構造が３回よりも大き
い数の回転対称軸を持たない格子構造を有するフォトニ
ック結晶を備えている。そのため、容易に、低コスト
で、小型化が可能な光デバイスが実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１にかかる光分岐器の構
成を示す平面図

【図２】 本発明の実施の形態１にかかる光分岐器の構
成を示す斜視図

【図３】 本発明の実施の形態１にかかる光分岐器の測
定結果

【図４】 本発明の実施の形態２にかかる光分岐器の構
成を示す平面図

【図５】 本発明の実施の形態３にかかるビーム誘導器
の構成を示す側面図

【図６】 本発明の実施の形態４にかかる光フィルター
の構成を示す平面図

【図７】 本発明の実施の形態４にかかる光フィルター
の構成を示す斜視図

【図８】 本発明の実施の形態４にかかる光フィルター
の測定結果であって、図８（ａ）は選択光の出力図、図
８（ｂ）は非選択光の出力図

【図９】 本発明の実施の形態５にかかるＷＤＭ送受信
モジュールの構成を示す平面図

【図１０】 本発明の実施の形態６にかかるＷＤＭ送受
信モジュールの構成を示す平面図

【図１１】 本発明の実施の形態７にかかる光偏向器の
構成を示す平面図

【図１２】 本発明の実施の形態８にかかるフォトニッ
ク結晶の製造工程を示す側面図であって、図１２（ａ）
は、第１工程図、図１２（ｂ）は第２工程図、図１２
（ｃ）は第３工程図

【図１３】 本発明の実施の形態９にかかるフォトニッ
ク結晶の製造工程を示す側面図であって、図１３（ａ）
は、第１工程図、図１３（ｂ）は第２工程図、図１３
（ｃ）は第３工程図

【図１４】 本発明の実施の形態１０にかかるフォトニ
ック結晶の製造工程を示す側面図であって、図１４
（ａ）は第１工程図、図１４（ｂ）は第２工程図、図１
４（ｃ）は第３工程図

【図１５】 本発明の実施の形態１１にかかるフォトニ
ック結晶の構成を示す図であって、図１５（ａ）は基板
の斜視図、図１５（ｂ）基板の側面図

【図１６】 本発明の実施の形態１２にかかるフォトニ
ック結晶の構成を示す図であって、図１６（ａ）は基板
の斜視図、図１６（ｂ）は基板の側面図

【図１７】 従来の光分岐器の構成を示す平面図

【図１８】 従来のＷＤＭ送受信モジュールの構成を示
す平面図

【図１９】 従来の波長分波回路の構成を示す図であっ
て、図１９（ａ）は斜視図、図１９（ｂ）は平面図

【図２０】 格子とブリルアンゾーンの関係を示す図で
あって、図２０（ａ）は正方格子を示す図、図２０
（ｂ）は三角格子を示す図、図２０（ｃ）は斜交格子を
示す図

【符号の説明】

１、３１、１８１ 入力側光ファイバー ２、２ａ、２ｂ、３、３ａ、３ｂ、３２、３３、１８
２、１８３ 出力側光ファイバー ４、４ａ、４ｂ、４ｃ、１４ 複合フォトニック結晶 ５、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆ、５ｇ、６、
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ フォトニック結晶 ７、７ａ、７ｂ、７ｃ 接合面 ８ａ、８ｂ 偏向方向 ９、８２ 第１物質 １０ 柱状物質 １１、２５、４１、５２、６２、８３、９１、１００、
１８５、１９１ 基板 １２、２４、４２、５３、６３、１９６ Ｖ溝 １３、４３ スラブ導波路クラッド １５、２９、３５、３６、７５、 進行方向 ２１、５１、６１、１９２ 光ファイバー ２１ａ、１９７ｄ クラッド ２１ｂ コア ２６、１９７ 光導波路 ２６ａ 導波路基板 ２６ｂ コア ２７ 上カバー ３４ 光軸 ５４ レーザーダイオード ５５ フォトダイオード ５６ フォトダイオード ５７、５８、６７、６８、１９９ａ、１９９ｂ 矢印 ６４、６６、１９３、１９５ フォトダイオード ６５、１９４ レーザーダイオード ７１ 入力側導波路コア ７２ 出力側導波路コア ７３ 偏向回路 ７４、２０７ 入射方向 ７６ 中心点 ８１ 金型 ８４ 穴 ８５ マスク ８６ イオンビーム ８７ トラック ８８ 強アルカリ ９２、１０１ 周期構造加工面 ９３、１０３ 高屈折率材料 ９４、１０４ 低屈折率材料 １０２ 凹部 １８４ Ｙ分岐器 １８６ Ｙ形状のコア １９７ａ 第１コア １９７ｂ 第２コア １９７ｃ 第３コア １９８ ＷＤＭ誘電体多層膜フィルター ２００ 基板 ２０１ 第１クラッド２０１ ２０２ 第２クラッド２０２ ２０３ 背景媒質 ２０４、２１１ 原子媒質 ２０８ 入射面 ２０９ 出射面 ２１２ ブリルアンゾーン

Claims (58)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の異なる屈折率を有する物質が周期
   的に配列されている２次元または３次元格子構造を有
   し、かつ、一組の基本格子ベクトルで構成される２次元
   格子構造が３回よりも大きい数の回転対称軸を持たない
   格子構造を有するフォトニック結晶を備えたことを特徴
   とする光デバイス。
2. 【請求項２】 前記フォトニック結晶の基本格子ベクト
   ル方向に光を入射させる入射部を備えたことを特徴とす
   る請求項１に記載の光デバイス。
3. 【請求項３】 前記フォトニック結晶は、基本格子ベク
   トル方向に対して垂直な入射面を有し、 前記入射部は、前記入射面に対して垂直に光を入射する
   ように設置されていることを特徴とする請求項２に記載
   の光デバイス。
4. 【請求項４】 前記フォトニック結晶は、複数の基本格
   子ベクトルの内、少なくとも一組の異なる２つの基本格
   子ベクトル間の角度の９０°以下の方の角度が６０°よ
   りも大きく９０°よりも小さい値であることを特徴とす
   る請求項１に記載の光デバイス。
5. 【請求項５】 第１物質と、複数の柱状物質を含み、前
   記複数の柱状物質は、前記第１物質の屈折率とは、異な
   る屈折率を有し、前記第１物質の内部に配置され、前記
   複数の柱状物質の中心軸はそれぞれ、平行であって、一
   定の周期性を持つ２次元結晶格子配列を構成し、かつ、
   一組の基本格子ベクトルで構成される２次元格子構造が
   ３回よりも大きい数の回転対称軸を持たない格子構造を
   有するフォトニック結晶を備えたことを特徴とする光デ
   バイス。
6. 【請求項６】 第１物質と、複数の柱状物質を含み、前
   記複数の柱状物質は、前記第１物質の屈折率とは、異な
   る屈折率を有し、前記第１物質の内部に配置され、前記
   複数の柱状物質の中心軸はそれぞれ、平行であって、一
   定の周期性を持つ２次元結晶格子配列を構成し、かつ、
   ２つの基本格子ベクトル間の角度の９０°以下の方のな
   す角度が、６０°よりも大きく９０°よりも小さい値で
   あるフォトニック結晶を備えたことを特徴とする光デバ
   イス。
7. 【請求項７】 前記フォトニック結晶は、スラブ状であ
   って、 前記フォトニック結晶の第１物質の屈折率よりも低い屈
   折率を有する、第１のクラッドおよび第２のクラッドと
   を備え、 前記第１のクラッドと前記第２のクラッドがそれぞれ、
   前記スラブ状のフォトニック結晶の膜厚方向の両側の面
   に接するように配置されていることを特徴とする請求項
   ６に記載の光デバイス。
8. 【請求項８】 前記フォトニック結晶の基本格子ベクト
   ル方向に光を入射させる入射部を備えたことを特徴とす
   る請求項７に記載の光デバイス。
9. 【請求項９】 前記フォトニック結晶は、基本格子ベク
   トル方向に対して垂直な入射面を有し、 前記入射部は、前記入射面に対して垂直に光を入射させ
   るよう設置されていることを特徴とする請求項８に記載
   の光デバイス。
10. 【請求項１０】 前記フォトニック結晶の２次元格子の
    格子定数が、使用する光源の波長の０．４〜０．６の大
    きさであることを特徴とする請求項７に記載の光デバイ
    ス。
11. 【請求項１１】 前記柱状物質は円柱形状であって、そ
    の半径は、格子定数の０．２〜０．５であることを特徴
    とする請求項７に記載の光デバイス。
12. 【請求項１２】 前記第１物質の屈折率は、１．４〜
    １．６で、前記柱状物質の屈折率は、０．９〜１．１で
    あることを特徴とする請求項７に記載の光デバイス。
13. 【請求項１３】 前記第１物質の屈折率と前記柱状物質
    の屈折率の差が１．０以上であることを特徴とする請求
    項７に記載の光デバイス。
14. 【請求項１４】 前記第１物質は、樹脂材料で、前記柱
    状物質は、空気であることを特徴とする請求項７に記載
    の光デバイス。
15. 【請求項１５】 前記フォトニック結晶の基本格子ベク
    トル方向に光を入射させる入力側光導波路と、 前記フォトニック結晶からの出力を受光する第１の出力
    側光導波路および第２の出力側光導波路とを備えたこと
    を特徴とする請求項７に記載の光デバイス。
16. 【請求項１６】 前記フォトニック結晶の基本格子ベク
    トル方向に光を入射させる入力側光ファイバーと、 前記フォトニック結晶からの出力を受光する第１の出力
    側光ファイバーおよび第２の出力側光ファイバーと、 前記入力側光ファイバー、前記第１の出力側光ファイバ
    ーおよび第２の出力側光ファイバーをそれぞれ位置決め
    する溝を備えたことを特徴とする請求項７に記載の光デ
    バイス。
17. 【請求項１７】 前記第１の出力側光ファイバーは前記
    入力側光ファイバーと光軸がほぼ一致し、 前記第２の出力側光ファイバーの光軸と前記入力側光フ
    ァイバーの光軸とは異なることを特徴とする請求項１６
    に記載の光デバイス。
18. 【請求項１８】 前記第２の出力側光ファイバーの光軸
    と前記入力側光ファイバーの光軸との距離は、前記フォ
    トニック結晶の基本格子ベクトル方向の長さに比例して
    いることを特徴とする請求項１６に記載の光デバイス。
19. 【請求項１９】 前記溝を有する基板を備え、 前記基板は、前記フォトニック結晶と一体化されている
    ことを特徴とする請求項１６に記載の光デバイス。
20. 【請求項２０】 前記溝は、前記第１のクラッドまたは
    前記第２のクラッドに備えられていることを特徴とする
    請求項１６に記載の光デバイス。
21. 【請求項２１】 第１の波長の光および第２の波長の光
    を伝搬させ得る光ファイバーと、 前記第１の波長の光を受信する第１の受光部と、 前記第１の波長の光を発信する発光部と、 前記第２の波長の光を受信する第２の受光部と、 前記光ファイバーと前記第１の受光部と前記発光部と前
    記第２の受光部とを平面上に固定する基板とを備え、 前記光ファイバーは、前記フォトニック結晶の一端に設
    置され、前記光ファイバーの光軸は、前記フォトニック
    結晶の基本格子ベクトル方向と平行とし、 前記第１受光部および発光部は、前記フォトニック結晶
    の他端に、前記光ファイバーの光軸と同一直線状に配置
    され、 前記第２の受光部は、前記フォトニック結晶の他端に設
    置されたことを特徴とする請求項７に記載の光デバイ
    ス。
22. 【請求項２２】 第１の波長の光および第２の波長の光
    を伝搬させ得る光ファイバーと、 前記第１の波長の光を受信する第１の受光部と、 前記第２の波長の光を発信する発光部と、 前記第２の波長の光を受信する第２の受光部と、 前記光ファイバーと前記第１の受光部と前記発光部と前
    記第２の受光部とを平面上に固定する基板とを備え、 前記光ファイバーは、前記フォトニック結晶の一端に設
    置され、前記光ファイバーの光軸は、前記フォトニック
    結晶の基本格子ベクトル方向と平行とし、 前記第１受光部は、前記フォトニック結晶の他端に、前
    記光ファイバーの光軸と同一直線状に配置され、 前記第２の受光部および前記発光部は、前記フォトニッ
    ク結晶の他端に設置されたことを特徴とする請求項７に
    記載の光デバイス。
23. 【請求項２３】 前記フォトニック結晶の２次元格子の
    格子定数が、前記第２の波長の０．４〜０．６の大きさ
    であることを特徴とする請求項２１または２２に記載の
    光デバイス。
24. 【請求項２４】 前記柱状物質は円柱形状であって、そ
    の半径は、格子定数の０．２〜０．５であることを特徴
    とする請求項２１または２２に記載の光デバイス。
25. 【請求項２５】 前記第１物質の屈折率は、１．４〜
    １．６で、前記柱状物質の屈折率は、０．９〜１．１で
    あることを特徴とする請求項２１または２２に記載の光
    デバイス。
26. 【請求項２６】 前記第１物質の屈折率と前記柱状物質
    の屈折率の差が１．０以上であることを特徴とする請求
    項２１または２２に記載の光デバイス。
27. 【請求項２７】 前記第１物質は樹脂材料で、 前記柱状物質は、空気であることを特徴とする請求項２
    １または２２に記載の光デバイス。
28. 【請求項２８】 第１物質と、複数の柱状物質を含み、
    前記複数の柱状物質は、第１物質の屈折率とは、異なる
    屈折率を有し、前記第１物質の内部に配置され、前記複
    数の柱状物質の中心軸はそれぞれ、平行であって、一定
    の周期性を持つ２次元結晶格子配列を構成し、かつ、２
    つの基本格子ベクトル間の角度の９０°以下の方のなす
    角度が、６０°よりも大きく９０°よりも小さい値であ
    るフォトニック結晶が２種類用意され、前記２種類のフ
    ォトニック結晶のそれぞれの基本格子ベクトルが同一の
    方向となるように接合されている複合フォトニック結晶
    を備えたことを特徴とする光デバイス。
29. 【請求項２９】 前記複合フォトニック結晶は、スラブ
    状であって、 前記複合フォトニック結晶の前記２種類フォトニック結
    晶の第１物質の屈折率よりも低い屈折率を有する、第１
    のクラッドおよび第２のクラッドとを備え、前記第１の
    クラッドと前記第２のクラッドがそれぞれ、前記複合フ
    ォトニック結晶の膜厚方向の両側の面に接するように配
    置されていることを特徴とする請求項２８に記載の光デ
    バイス。
30. 【請求項３０】 前記２種類のフォトニック結晶の基本
    格子ベクトルの内、同一方向でない基本格子ベクトル
    は、前記２種類のフォトニック結晶の接合面に対して線
    対称になっていることを特徴とする請求項２９に記載の
    光デバイス。
31. 【請求項３１】 前記２種類のフォトニック結晶の両方
    の２次元格子の格子定数が、使用する光源の波長の０．
    ４〜０．６の大きさであることを特徴とする請求項３０
    に記載の光デバイス。
32. 【請求項３２】 前記柱状物質は円柱形状であって、そ
    の半径は、格子定数の０．２〜０．５であることを特徴
    とする請求項３０に記載の光デバイス。
33. 【請求項３３】 前記第１物質の屈折率は、１．４〜
    １．６で、前記柱状物質の屈折率は、０．９〜１．１で
    あることを特徴とする請求項３０に記載の光デバイス。
34. 【請求項３４】 前記第１物質の屈折率と柱状物質の屈
    折率の差が１．０以上であることを特徴とする請求項３
    ０に記載の光デバイス。
35. 【請求項３５】 前記第１物質は樹脂材料で、 前記柱状物質は空気であることを特徴とする請求項３０
    に記載の光デバイス。
36. 【請求項３６】 前記複合フォトニック結晶の接合部
    に、前記２種類のフォトニック結晶の基本格子ベクトル
    方向に光を入射させる入力側光導波路と、 前記複合フォトニック結晶の片方のフォトニック結晶か
    らの出力を受光する第１の出力側光導波路と、 前記複合フォトニック結晶の他方のフォトニック結晶か
    らの出力を受光する第２の出力側光導波路とを備え、 前記入力側光導波路は、前記複合フォトニック結晶の一
    端に設置され、 前記第１の出力側光導波路および前記第２の出力側光導
    波路は、前記複合フォトニック結晶の他端に設置された
    ことを特徴とする請求項３０に記載の光デバイス。
37. 【請求項３７】 前記複合フォトニック結晶の接合部
    に、前記２種類のフォトニック結晶の基本格子ベクトル
    方向に光を入射させる入力側光ファイバーと、 前記複合フォトニック結晶の片方のフォトニック結晶か
    らの出力を受光する第１の出力側光ファイバーと、 前記複合フォトニック結晶の他方のフォトニック結晶か
    らの出力を受光する第２の出力側光ファイバーと、 前記入力側光ファイバー、前記第１の出力側光ファイバ
    ーおよび第２の出力側光ファイバーをそれぞれ位置決め
    する溝を備え、 前記入力側光ファイバーは、前記複合フォトニック結晶
    の一端に設置され、 前記第１の出力側光ファイバーおよび前記第２の出力側
    光ファイバーは、前記複合フォトニック結晶の他端に設
    置されたことを特徴とする請求項３０に記載の光デバイ
    ス。
38. 【請求項３８】 前記溝を有する基板を備え、 前記基板は、前記複合フォトニック結晶と一体化されて
    いることを特徴とする請求項３７に記載の光デバイス。
39. 【請求項３９】 前記溝は、前記第１のクラッドまたは
    前記第２のクラッドに備えられていることを特徴とする
    請求項３７に記載の光デバイス。
40. 【請求項４０】 前記複合フォトニック結晶を並列に複
    数個備えた並列複合フォトニック結晶を多段で縦列させ
    たことを特徴とする請求項２９に記載の光デバイス。
41. 【請求項４１】 第１物質と、複数の柱状物質を含み、 前記複数の柱状物質は、第１物質の屈折率とは、異なる
    屈折率を有し、第１物質の内部に配置され、前記複数の
    柱状物質の中心軸はそれぞれ、平行であって、一定の周
    期性を持つ２次元結晶格子配列を構成し、かつ、２つの
    基本格子ベクトル間の角度の９０°以下の方のなす角度
    が、６０°よりも大きく９０°よりも小さい値であるフ
    ォトニック結晶を複数と、 入力側光導波路と出力側光導波路と、 前記複数のフォトニック結晶と、前記入力側光導波路
    と、前記出力側光導波路とが設置されている基板とを備
    え、 前記複数のフォトニック結晶同士は、基本ベクトル方向
    に縦列に接合され、隣接するフォトニック結晶で偏向さ
    れた出射光が、基本格子ベクトル方向であるように各フ
    ォトニック結晶同士は設置され、両端に位置する各フォ
    トニック結晶には、入力側光導波路および出力側光導波
    路が接合されていることを特徴とする光デバイス。
42. 【請求項４２】 前記複数のフォトニック結晶の２次元
    格子の格子定数が、使用光源の波長の０．４〜０．６の
    大きさであることを特徴とする請求項４１に記載の光デ
    バイス。
43. 【請求項４３】 前記柱状物質は円柱形状であって、そ
    の半径は、格子定数の０．２〜０．５であることを特徴
    とする請求項４１に記載の光デバイス。
44. 【請求項４４】 前記第１物質の屈折率は、１．４〜
    １．６で、前記柱状物質の屈折率は、０．９〜１．１で
    あることを特徴とする請求項４１に記載の光デバイス。
45. 【請求項４５】 前記第１物質の屈折率と前記柱状物質
    の屈折率の差が１．０以上であることを特徴とする請求
    項４１に記載の光デバイス。
46. 【請求項４６】 前記第１物質は、樹脂材料で、 前記柱状物質は、空気であることを特徴とする請求項４
    １に記載の光デバイス。
47. 【請求項４７】 各前記複数のフォトニック結晶中の光
    の伝搬距離が等しくなるように前記複数のフォトニック
    結晶の寸法と形状と位置を決められていることを特徴と
    する請求項４１に記載の光デバイス。
48. 【請求項４８】 前記入力側光導波路からの入射光と前
    記出力側光導波路からの出射光とがなす角度が、各前記
    複数のフォトニック結晶中ごとに光が偏向する角度のす
    べての和と同一であることを特徴とする請求項４１に記
    載の光デバイス。
49. 【請求項４９】 中心軸がそれぞれ平行であって、一定
    の周期性を持つ柱状の突起物を有する金型が用意され、 基板上に形成されたスラブ状の第１物質に対し、前記金
    型を前記第１物質の膜厚方向にプレスした後、前記金型
    を前記スラブから離型して柱状の穴を設けることで形成
    されたフォトニック結晶を備えたことを特徴とする光デ
    バイス。
50. 【請求項５０】 基板上に形成したスラブ状の第１物質
    に、一定の周期性を持つマスクを形成した後、前記マス
    クの露出部分をエッチングすることで柱状の穴を設ける
    ことで形成されたフォトニック結晶を備えたことを特徴
    とする光デバイス。
51. 【請求項５１】 基板上に形成したスラブ状の第１物質
    に、一定の周期性を持つマスクを形成した後、イオンビ
    ームを照射して前記マスクの露出部分にトラック部を形
    成し、アルカリ溶液に浸漬して前記トラック部を侵食し
    てエッチングすることで柱状の穴を設けることで形成さ
    れたフォトニック結晶を備えたことを特徴とする光デバ
    イス。
52. 【請求項５２】 前記第１物質は、流動性を有する材料
    を、前記基板上に塗布して、さらに均一に拡散させて前
    記材料の膜厚を調整した後、前記材料を硬化させること
    で形成されていることを特徴とする請求項４９〜５１の
    いずれかに記載の光デバイス。
53. 【請求項５３】 前記第１物質に設けられた前記柱状の
    穴に前記第１物質とは異なる屈折率を有する物質が充填
    されていることを特徴とする請求項４９〜５１のいずれ
    かに記載の光デバイス。
54. 【請求項５４】 基板上に一定の周期を持つ凸部分を形
    成し、前記凸部分同士の間に、流動性を有する材料を塗
    布して、前記材料を前記基板上に拡散させて膜厚を調整
    してから、前記材料を硬化させた後に、前記凸部分を除
    去することで形成された柱状の穴に、前記材料と異なる
    屈折率を有する物質が充填されているフォトニック結晶
    を備えたことを特徴とする光デバイス。
55. 【請求項５５】 水平面は、積層方向に垂直な方向と
    し、 前記水平面から傾いた積層面上に、平行方向に１次元ま
    たは２次元の構造で一定の周期パターンを形成した基板
    を有し、前記基板上に２種類以上の屈折率の異なる材料
    が交互に積層された２次元周期積層構造を有するフォト
    ニック結晶を備えたことを特徴とする光デバイス。
56. 【請求項５６】 前記水平面に対する前記積層面の傾き
    が５〜２５°であることを特徴とする請求項５５に記載
    の光デバイス。
57. 【請求項５７】 ２次元格子の２個の基本格子ベクトル
    間の９０°以下のなす角度が６０°よりも大きく９０°
    よりも小さい値であるように１次元または２次元の構造
    の一定の周期パターンが形成された基板を有し、前記基
    板上に２種類以上の屈折率の異なる材料が交互に積層さ
    れた２次元または３次元周期積層構造を有するフォトニ
    ック結晶を備えたことを特徴とする光デバイス。
58. 【請求項５８】 前記一定の周期パターンの周期が使用
    光源の波長の０．４〜０．６の大きさであることを特徴
    とする請求項５５または５７に記載の光デバイス。