JP2003121667A - フォトニック結晶導波路及びその製造方法 - Google Patents
フォトニック結晶導波路及びその製造方法Info
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- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 低損失なフォトニック結晶導波路及びその製
造方法を提供する。 【解決手段】 酸化物層３の空孔４の形成されていない
領域からなる酸化物パターン５上にパルス幅が１０００
フェムト秒以下の超短パルスレーザビームを照射して酸
化物パターン５の屈折率を増加させることで、光信号を
酸化物パターン５内に効率よく閉じ込めて伝搬させるこ
とができる。この結果、空孔４の形成された領域が不均
一な構造になっても、不均一さによる散乱損失の誘発を
抑えることができ、低損失なフォトニック結晶型光回路
を実現することができる。超短パルスレーザビーム照射
により酸化物パターン５の屈折率を１％程度までに増加
させることができ、この高屈折率化により、さらに低損
失化が可能となる。
造方法を提供する。 【解決手段】 酸化物層３の空孔４の形成されていない
領域からなる酸化物パターン５上にパルス幅が１０００
フェムト秒以下の超短パルスレーザビームを照射して酸
化物パターン５の屈折率を増加させることで、光信号を
酸化物パターン５内に効率よく閉じ込めて伝搬させるこ
とができる。この結果、空孔４の形成された領域が不均
一な構造になっても、不均一さによる散乱損失の誘発を
抑えることができ、低損失なフォトニック結晶型光回路
を実現することができる。超短パルスレーザビーム照射
により酸化物パターン５の屈折率を１％程度までに増加
させることができ、この高屈折率化により、さらに低損
失化が可能となる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、フォトニック結晶
導波路及びその製造方法に関する。
導波路及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、超小型光回路を実現する技術とし
て、フォトニック結晶を用いた光回路の研究が盛んに行
われるようになってきた。フォトニック結晶とは、ある
波長の光を全く通さなかったり、わずかな波長の変化で
光の屈折率が大きく変わるといったユニークな光学特性
を示す人工材料と言われている。
て、フォトニック結晶を用いた光回路の研究が盛んに行
われるようになってきた。フォトニック結晶とは、ある
波長の光を全く通さなかったり、わずかな波長の変化で
光の屈折率が大きく変わるといったユニークな光学特性
を示す人工材料と言われている。
【０００３】図１３（ａ）〜（ｆ）はフォトニック結晶
の従来例を示す図である。
の従来例を示す図である。
【０００４】同図（ａ）はエアギャップ型構造を示し、
ウェットエッチングにより形成され、同図（ｂ）は深い
回折格子構造を示し、ドライエッチングにより形成され
る。同図（ａ）、（ｂ）は共に一次元フォトニック結晶
である。
ウェットエッチングにより形成され、同図（ｂ）は深い
回折格子構造を示し、ドライエッチングにより形成され
る。同図（ａ）、（ｂ）は共に一次元フォトニック結晶
である。
【０００５】同図（ｃ）は垂直孔型構造を示し、ドライ
エッチング陽極化成により形成され、同図（ｄ）はピラ
ー型構造を示し、ドライエッチング選択成長により形成
される。同図（ｃ）、（ｄ）は共に二次元フォトニック
結晶である。
エッチング陽極化成により形成され、同図（ｄ）はピラ
ー型構造を示し、ドライエッチング選択成長により形成
される。同図（ｃ）、（ｄ）は共に二次元フォトニック
結晶である。
【０００６】同図（ｅ）は斜め孔型構造を示し、ドライ
エッチングにより形成され、同図（ｆ）は積み木型構造
を示し、貼り付けにより形成される。同図（ｅ）、
（ｆ）は共に三次元フォトニック結晶である。尚、図中
矢印は光の進行方向を示す。
エッチングにより形成され、同図（ｆ）は積み木型構造
を示し、貼り付けにより形成される。同図（ｅ）、
（ｆ）は共に三次元フォトニック結晶である。尚、図中
矢印は光の進行方向を示す。
【０００７】これらのフォトニック結晶の中で、同図
（ｃ）、（ｄ）に示す二次元フォトニック結晶は、基板
上に空孔や柱を形成したものが典型的な例である。同図
（ｅ）、（ｆ）に示す三次元フォトニック結晶は、立体
的なモザイク構造からなり、角材状の結晶を積み重ねた
ものや小さな球を重ねたものなどがある。すなわち、２
種類の媒質の屈折率の差が大きくて周期構造がある条件
を満たすと、特定の波長の光が全く伝搬しなくなり、外
部からの光は結晶に進入できずに反射されてしまう。こ
の波長の範囲がフォトニックバンドギャップと言われて
いる。
（ｃ）、（ｄ）に示す二次元フォトニック結晶は、基板
上に空孔や柱を形成したものが典型的な例である。同図
（ｅ）、（ｆ）に示す三次元フォトニック結晶は、立体
的なモザイク構造からなり、角材状の結晶を積み重ねた
ものや小さな球を重ねたものなどがある。すなわち、２
種類の媒質の屈折率の差が大きくて周期構造がある条件
を満たすと、特定の波長の光が全く伝搬しなくなり、外
部からの光は結晶に進入できずに反射されてしまう。こ
の波長の範囲がフォトニックバンドギャップと言われて
いる。
【０００８】図１４はフォトニック結晶の他の従来例を
示す図である。
示す図である。
【０００９】これはＳｉ基板５０上に形成した石英ガラ
ス膜５１中に複数の屈折率変化領域５２を所定の間隔を
隔てて面方向に形成し、その屈折率変化領域の中に屈折
率変化領域５２の存在しない領域（以下「欠落領域」と
いう。）５３を設けることにより、光ファイバ５４−１
からの光信号５５−１を欠落領域５３の一方の端面（図
では下側）からその欠落領域５３内を通して他方の端面
（図では上側）から光ファイバ５４−２を通して光信号
５５−２を取り出すようにしたフォトニック結晶導波路
である。
ス膜５１中に複数の屈折率変化領域５２を所定の間隔を
隔てて面方向に形成し、その屈折率変化領域の中に屈折
率変化領域５２の存在しない領域（以下「欠落領域」と
いう。）５３を設けることにより、光ファイバ５４−１
からの光信号５５−１を欠落領域５３の一方の端面（図
では下側）からその欠落領域５３内を通して他方の端面
（図では上側）から光ファイバ５４−２を通して光信号
５５−２を取り出すようにしたフォトニック結晶導波路
である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来のフォトニック結晶を用いた光回路はまだ研究の
段階にあり、多くの解決しなければならない課題があ
る。これらの課題を以下に示す。 （１）フォトニック結晶を容易に製造することができる
構造及びその製造方法はまだ見出されていない。 （２）低損失なフォトニック結晶型光回路が見出されて
いない。 （３）空孔は、通常、エッチング、レーザビーム加工等
により形成されるが、その空孔の形状は数μｍ以下の直
径の微小サイズであるので、楕円形状であったり、径の
周辺が均一でなかったりする。そのため、欠落部を伝搬
する光信号は空孔の不均一形状に影響を及ぼされて散乱
損失を大幅に増大させている。
た従来のフォトニック結晶を用いた光回路はまだ研究の
段階にあり、多くの解決しなければならない課題があ
る。これらの課題を以下に示す。 （１）フォトニック結晶を容易に製造することができる
構造及びその製造方法はまだ見出されていない。 （２）低損失なフォトニック結晶型光回路が見出されて
いない。 （３）空孔は、通常、エッチング、レーザビーム加工等
により形成されるが、その空孔の形状は数μｍ以下の直
径の微小サイズであるので、楕円形状であったり、径の
周辺が均一でなかったりする。そのため、欠落部を伝搬
する光信号は空孔の不均一形状に影響を及ぼされて散乱
損失を大幅に増大させている。
【００１１】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、低損失なフォトニック結晶導波路及びその製造方法
を提供することにある。
し、低損失なフォトニック結晶導波路及びその製造方法
を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明のフォトニック結晶導波路は、光信号が伝搬す
る透明な酸化物からなる酸化物層の面方向に所定の間隔
で所望形状の空孔がマトリクス状に形成され、酸化物層
の空孔の形成されていない領域からなる酸化物パターン
が酸化物層の面方向に直線状、曲線状あるいはこれらを
組合せた形状に形成され、かつ酸化物パターン上にパル
ス幅が１０００フェムト秒以下の超短パルスレーザビー
ムが照射されて酸化物パターンの屈折率が増加したもの
である。
に本発明のフォトニック結晶導波路は、光信号が伝搬す
る透明な酸化物からなる酸化物層の面方向に所定の間隔
で所望形状の空孔がマトリクス状に形成され、酸化物層
の空孔の形成されていない領域からなる酸化物パターン
が酸化物層の面方向に直線状、曲線状あるいはこれらを
組合せた形状に形成され、かつ酸化物パターン上にパル
ス幅が１０００フェムト秒以下の超短パルスレーザビー
ムが照射されて酸化物パターンの屈折率が増加したもの
である。
【００１３】上記構成に加え本発明のフォトニック結晶
導波路は、酸化物パターン内の光伝搬方向に幅が２μｍ
以下の高屈折率層が複数本平行配置されているのが好ま
しい。
導波路は、酸化物パターン内の光伝搬方向に幅が２μｍ
以下の高屈折率層が複数本平行配置されているのが好ま
しい。
【００１４】上記構成に加え本発明のフォトニック結晶
導波路は、酸化物層としてＳｉＯ2、ＳｉＯ2にＧｅ、Ｔ
ｉ、Ｆ、Ｂ、Ｔａ、Ｓｎ等の屈折率制御用添加物を少な
くとも１種類添加したもの、Ｎを添加したＳｉＮ、Ｓｉ
3Ｎ4、酸化物に希土類元素を少なくとも１種類添加した
もの等を用いるのが好ましい。
導波路は、酸化物層としてＳｉＯ2、ＳｉＯ2にＧｅ、Ｔ
ｉ、Ｆ、Ｂ、Ｔａ、Ｓｎ等の屈折率制御用添加物を少な
くとも１種類添加したもの、Ｎを添加したＳｉＮ、Ｓｉ
3Ｎ4、酸化物に希土類元素を少なくとも１種類添加した
もの等を用いるのが好ましい。
【００１５】本発明のフォトニック結晶導波路の製造方
法は、基板上に透明な酸化物からなる酸化物層を形成す
る工程と、酸化物層の上面に直線状、曲線状あるいはこ
れらを組み合わせた形状の光路となる酸化物パターン以
外の領域に１０００フェムト秒以下のパルス幅で所定出
力の超短パルスレーザビームを照射して酸化物の面方向
に所定の間隔で所望形状の空孔をマトリクス状に形成す
る工程と、酸化物パターン上に１０００フェムト秒以下
のパルス幅で酸化物パターンの屈折率を増加させるのに
必要な出力の超短パルスレーザビームを照射する工程と
を備えたものである。
法は、基板上に透明な酸化物からなる酸化物層を形成す
る工程と、酸化物層の上面に直線状、曲線状あるいはこ
れらを組み合わせた形状の光路となる酸化物パターン以
外の領域に１０００フェムト秒以下のパルス幅で所定出
力の超短パルスレーザビームを照射して酸化物の面方向
に所定の間隔で所望形状の空孔をマトリクス状に形成す
る工程と、酸化物パターン上に１０００フェムト秒以下
のパルス幅で酸化物パターンの屈折率を増加させるのに
必要な出力の超短パルスレーザビームを照射する工程と
を備えたものである。
【００１６】本発明によれば、空孔の形成されていない
領域からなる酸化物パターン上にパルス幅が１０００フ
ェムト秒以下の超短パルスレーザビームを照射して酸化
物パターンの屈折率を増加させることにより、光信号を
酸化物パターン内に効率よく閉じ込めて伝搬させること
ができる。この結果、空孔の形成された領域が不均一な
構造になっても、不均一さによる散乱損失の誘発を抑え
ることができ、低損失なフォトニック結晶型光回路を実
現することができる。
領域からなる酸化物パターン上にパルス幅が１０００フ
ェムト秒以下の超短パルスレーザビームを照射して酸化
物パターンの屈折率を増加させることにより、光信号を
酸化物パターン内に効率よく閉じ込めて伝搬させること
ができる。この結果、空孔の形成された領域が不均一な
構造になっても、不均一さによる散乱損失の誘発を抑え
ることができ、低損失なフォトニック結晶型光回路を実
現することができる。
【００１７】また、超短パルスレーザビーム照射により
酸化物パターンの屈折率を１％程度までに増加させるこ
とができ、この高屈折率化により、さらに低損失化が可
能となる。
酸化物パターンの屈折率を１％程度までに増加させるこ
とができ、この高屈折率化により、さらに低損失化が可
能となる。
【００１８】さらに、透明な酸化物層として、Ｓｉ
Ｏ2、ＳｉＯ2にＧｅ、Ｔｉ、Ｆ、Ｂ、Ｔａ、Ｓｎ等の屈
折率制御用添加物を少なくとも１種類添加したもの、Ｎ
を添加したＳｉＮ、Ｓｉ3Ｎ4、酸化物に希土類元素を少
なくとも１種類添加したもの等を用いることにより、波
長１．３μｍ、１．５５μｍの通信用波長帯において、
より低損失なフォトニック結晶導波路を実現することが
できる。
Ｏ2、ＳｉＯ2にＧｅ、Ｔｉ、Ｆ、Ｂ、Ｔａ、Ｓｎ等の屈
折率制御用添加物を少なくとも１種類添加したもの、Ｎ
を添加したＳｉＮ、Ｓｉ3Ｎ4、酸化物に希土類元素を少
なくとも１種類添加したもの等を用いることにより、波
長１．３μｍ、１．５５μｍの通信用波長帯において、
より低損失なフォトニック結晶導波路を実現することが
できる。
【００１９】さらに、酸化物層には超短パルスレーザビ
ーム照射により空孔を形成することができ、かつそのレ
ーザビームの出力を制御することにより、酸化物パター
ンの屈折率を増加させることができ、その高屈折率化の
制御も容易となる。
ーム照射により空孔を形成することができ、かつそのレ
ーザビームの出力を制御することにより、酸化物パター
ンの屈折率を増加させることができ、その高屈折率化の
制御も容易となる。
【００２０】さらに空孔形成工程の直後に酸化物パター
ンの高屈折率化を連続的に行う工程でフォトニック結晶
導波路を形成することができる。
ンの高屈折率化を連続的に行う工程でフォトニック結晶
導波路を形成することができる。
【００２１】さらに、酸化物層は基板上にＣＶＤ法、ス
パッタリング法等で成膜されているので、レーザビーム
照射による空孔形成及び酸化物パターンへの加工を容易
に行うことができる。
パッタリング法等で成膜されているので、レーザビーム
照射による空孔形成及び酸化物パターンへの加工を容易
に行うことができる。
【００２２】さらに、酸化物パターンの中に複数本のフ
ォトニック結晶導波路を形成することにより、三次元光
回路を構成したり、各酸化物層間のフォトニック結晶導
波路で光結合させることができる。
ォトニック結晶導波路を形成することにより、三次元光
回路を構成したり、各酸化物層間のフォトニック結晶導
波路で光結合させることができる。
【００２３】さらに、酸化物層の上面及び下面に低屈折
率層を形成しておくことにより、酸化物パターンへの光
の閉じ込め性をより一層強くすることができ、光ファイ
バからの光信号を酸化物パターン内に効率よく閉じ込め
て伝搬させることができ、空孔の上下面内への不要な伝
搬を抑えることができる。この結果、必要とする伝搬光
と必要としない不要光とのアイソレーション特性を大き
くすることができる。
率層を形成しておくことにより、酸化物パターンへの光
の閉じ込め性をより一層強くすることができ、光ファイ
バからの光信号を酸化物パターン内に効率よく閉じ込め
て伝搬させることができ、空孔の上下面内への不要な伝
搬を抑えることができる。この結果、必要とする伝搬光
と必要としない不要光とのアイソレーション特性を大き
くすることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳述する。
図面に基づいて詳述する。
【００２５】本発明は、透明な酸化物材料からなる酸化
物層に超短パルスレーザビームを照射することにより、
所望形状の微小な空孔を周期的にマトリクス状に構成し
てフォトニックバンドギャップ構造を形成し、マトリク
ス状のバンドギャップ構造の中に空孔の形成されていな
い酸化物パターンを設け、酸化物パターンに超短パルス
レーザビームを照射することにより、酸化物パターンの
屈折率を増加させて光信号を効率よく伝搬させるように
したものである。
物層に超短パルスレーザビームを照射することにより、
所望形状の微小な空孔を周期的にマトリクス状に構成し
てフォトニックバンドギャップ構造を形成し、マトリク
ス状のバンドギャップ構造の中に空孔の形成されていな
い酸化物パターンを設け、酸化物パターンに超短パルス
レーザビームを照射することにより、酸化物パターンの
屈折率を増加させて光信号を効率よく伝搬させるように
したものである。
【００２６】図１（ｂ）は本発明のフォトニック結晶導
波路の製造方法を適用したフォトニック結晶導波路の一
実施の形態を示す上面図、図１（ａ）は図１（ｂ）の１
ａ−１ａ線断面図、図１（ｃ）は１ａ−１ａ線断面内屈
折率分布を示す図である。
波路の製造方法を適用したフォトニック結晶導波路の一
実施の形態を示す上面図、図１（ａ）は図１（ｂ）の１
ａ−１ａ線断面図、図１（ｃ）は１ａ−１ａ線断面内屈
折率分布を示す図である。
【００２７】このフォト結晶導波路は、基板１の上に低
屈折率層２を形成し、その低屈折率層２の上に透明な酸
化物層３を形成した構造を有している。酸化物層３内に
は所望径Ｄの超短パルスレーザビームが照射されて得ら
れる空孔（貫通孔ではなく凹部である。）４−４−１〜
４−９−１７を縦、横に所定の間隔を隔ててマトリック
ス状に形成されている。マトリクス構造の中の空孔４−
４−１〜４−９−１７の形成されていない領域（以下
「酸化物パターン」という。）５に超短パルスレーザビ
ームが照射されて屈折率が増加している。光信号は酸化
物パターン５に沿って酸化物層３内を矢印６から矢印７
のように伝搬するようになっている。超短パルスレーザ
ビームのスポットサイズＤを２μｍ以下にすることがで
きるので、超短パルスレーザビームの照射されて空孔４
−４−１〜４−９−１７の直径も２μｍ以下にするのが
好ましい。
屈折率層２を形成し、その低屈折率層２の上に透明な酸
化物層３を形成した構造を有している。酸化物層３内に
は所望径Ｄの超短パルスレーザビームが照射されて得ら
れる空孔（貫通孔ではなく凹部である。）４−４−１〜
４−９−１７を縦、横に所定の間隔を隔ててマトリック
ス状に形成されている。マトリクス構造の中の空孔４−
４−１〜４−９−１７の形成されていない領域（以下
「酸化物パターン」という。）５に超短パルスレーザビ
ームが照射されて屈折率が増加している。光信号は酸化
物パターン５に沿って酸化物層３内を矢印６から矢印７
のように伝搬するようになっている。超短パルスレーザ
ビームのスポットサイズＤを２μｍ以下にすることがで
きるので、超短パルスレーザビームの照射されて空孔４
−４−１〜４−９−１７の直径も２μｍ以下にするのが
好ましい。
【００２８】空孔４−４−１〜４−９−１７の間隔は２
μｍ以下にするのが好ましい。直線状の酸化物パターン
５の幅は４μｍ以下にするのが好ましい。これらの構造
パラメータはシングルモード伝搬条件、酸化物層３と空
孔４−４−１〜４−９−１７の囲む屈折率の低下した領
域、酸化物パターン５の屈折率との比屈折率差、フォト
ニックバンドギャップ条件を考慮に入れて決めることが
できる。
μｍ以下にするのが好ましい。直線状の酸化物パターン
５の幅は４μｍ以下にするのが好ましい。これらの構造
パラメータはシングルモード伝搬条件、酸化物層３と空
孔４−４−１〜４−９−１７の囲む屈折率の低下した領
域、酸化物パターン５の屈折率との比屈折率差、フォト
ニックバンドギャップ条件を考慮に入れて決めることが
できる。
【００２９】このような構造の一例として、空孔４の囲
む屈折率の低下した領域の屈折率は１であり、酸化物層
３に、例えばＳｉＯ2を用いれば屈折率は約１．４６
（波長６３３μｍ）、酸化物パターン５の屈折率はＳｉ
Ｏ2に比べて比屈折率差で約１％程度大きい値を実現す
ることができる。
む屈折率の低下した領域の屈折率は１であり、酸化物層
３に、例えばＳｉＯ2を用いれば屈折率は約１．４６
（波長６３３μｍ）、酸化物パターン５の屈折率はＳｉ
Ｏ2に比べて比屈折率差で約１％程度大きい値を実現す
ることができる。
【００３０】所定の間隔でマトリックス状に形成した空
孔４−４−１〜４−９−１７が囲む屈折率低下領域の形
成用のレーザとして、波長８００ｎｍで発振する超短パ
ルスレーザビームを用い、パルス幅を１０００フェムト
秒（以下「ｆｓ」と記す。）以下にすることにより、そ
のパルス幅内で極めて大きなエネルギーを得ることがで
きるので、マトリクス状に構成した屈折率低下領域に空
孔４−４−１〜４−９−１７を形成することができ、よ
り一層の大きな屈折率変化構造を実現することができ、
小型のフォトニック結晶導波路を実現することができ
る。
孔４−４−１〜４−９−１７が囲む屈折率低下領域の形
成用のレーザとして、波長８００ｎｍで発振する超短パ
ルスレーザビームを用い、パルス幅を１０００フェムト
秒（以下「ｆｓ」と記す。）以下にすることにより、そ
のパルス幅内で極めて大きなエネルギーを得ることがで
きるので、マトリクス状に構成した屈折率低下領域に空
孔４−４−１〜４−９−１７を形成することができ、よ
り一層の大きな屈折率変化構造を実現することができ、
小型のフォトニック結晶導波路を実現することができ
る。
【００３１】なお、空孔４−４−１〜４−９−１７の形
成は超短パルスレーザビームの平均出力値、パルス値、
繰り返し周波数、基板の移動速度等を制御することで実
現することができる。また、酸化物層３の厚さはシング
ルモード伝搬条件を考慮に入れて６μｍ以下にすること
が好ましい。
成は超短パルスレーザビームの平均出力値、パルス値、
繰り返し周波数、基板の移動速度等を制御することで実
現することができる。また、酸化物層３の厚さはシング
ルモード伝搬条件を考慮に入れて６μｍ以下にすること
が好ましい。
【００３２】基板１には、ガラス、セラミックス、プラ
スチック、半導体、強誘電体、ガラスとプラスチックと
の複合材、さらには上記材料の組合せた材料等を用いる
ことができる。
スチック、半導体、強誘電体、ガラスとプラスチックと
の複合材、さらには上記材料の組合せた材料等を用いる
ことができる。
【００３３】低屈折率層２には、ＳｉＯ2、ＳｉＯ2にＧ
ｅ、Ｐ、Ｔｉ、Ｂ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｆ等の屈折率制
御用ドーパントを少なくとも１種類添加したもの、ポリ
マ層、有機と無機との複合層等を用いることができる。
ｅ、Ｐ、Ｔｉ、Ｂ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｆ等の屈折率制
御用ドーパントを少なくとも１種類添加したもの、ポリ
マ層、有機と無機との複合層等を用いることができる。
【００３４】酸化物層３には、ＳｉＯ2、ＳｉＯ2にＧ
ｅ、Ｐ、Ｔｉ、Ｂ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｆ等の屈折率制
御用ドーパントを少なくとも１種類添加したもの、Ｎを
添加したＳｉＯＮ、Ｓｉ3Ｎ4、上記酸化物に希土類元素
を少なくとも１種類添加したもの等を用いることができ
る。
ｅ、Ｐ、Ｔｉ、Ｂ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｆ等の屈折率制
御用ドーパントを少なくとも１種類添加したもの、Ｎを
添加したＳｉＯＮ、Ｓｉ3Ｎ4、上記酸化物に希土類元素
を少なくとも１種類添加したもの等を用いることができ
る。
【００３５】次に酸化物層に超短パルスレーザビームを
照射して低屈折率に変化した空孔４からなる領域を形成
する方法について説明する。
照射して低屈折率に変化した空孔４からなる領域を形成
する方法について説明する。
【００３６】超短パルスレーザとしては、発振波長が８
００ｎｍのチタニウムドープのサファイア結晶を用いた
モードロックのフェムト秒レーザか、その第二あるいは
第三高調波レーザ等を用いることができる。発振出力は
パルス幅が１０００フェムト秒以下のパルス発振のもの
を用いる。
００ｎｍのチタニウムドープのサファイア結晶を用いた
モードロックのフェムト秒レーザか、その第二あるいは
第三高調波レーザ等を用いることができる。発振出力は
パルス幅が１０００フェムト秒以下のパルス発振のもの
を用いる。
【００３７】酸化物の一例として、基板（例えば石英ガ
ラス基板）１上の低屈折率層（ＳｉＯ2層、膜厚約１０
μｍ）２上にＣＶＤ法によってＳｉＯ2を１５モル％添
加した層を得た。この酸化物層３上に発振波長８００ｎ
ｍのレーザビームをスポット径約１．６μｍで、所望の
パルス幅２００ｆｓに保持し、基板１を１００μｍ／ｓ
の速度で移動させながら超短パルスレーザを５０ｍｍ×
５０ｍｍの低屈折率層２の形成された基板１上の酸化物
層３に照射し、空孔４−１−１〜４−１−１７からなる
領域を形成した。なお、空孔４−４−１〜４−９−１７
の直径Ｄ及び間隔Ｓは、超短パルスレーザビームの繰り
返し周波数を最適化して約１．５μｍにすることで実現
することができた。また、酸化物パターン５の幅Ｗｃは
約３μｍであった。
ラス基板）１上の低屈折率層（ＳｉＯ2層、膜厚約１０
μｍ）２上にＣＶＤ法によってＳｉＯ2を１５モル％添
加した層を得た。この酸化物層３上に発振波長８００ｎ
ｍのレーザビームをスポット径約１．６μｍで、所望の
パルス幅２００ｆｓに保持し、基板１を１００μｍ／ｓ
の速度で移動させながら超短パルスレーザを５０ｍｍ×
５０ｍｍの低屈折率層２の形成された基板１上の酸化物
層３に照射し、空孔４−１−１〜４−１−１７からなる
領域を形成した。なお、空孔４−４−１〜４−９−１７
の直径Ｄ及び間隔Ｓは、超短パルスレーザビームの繰り
返し周波数を最適化して約１．５μｍにすることで実現
することができた。また、酸化物パターン５の幅Ｗｃは
約３μｍであった。
【００３８】次いで、酸化物パターン５に沿って超短パ
ルスレーザビームの出力を低減させて３回繰り返し照射
し、酸化物パターン５の中心部近傍の屈折率を増加さ
せ、酸化物層３の屈折率よりも比屈折率差で０．２％増
加させたフォトニック結晶導波路を形成することができ
た。
ルスレーザビームの出力を低減させて３回繰り返し照射
し、酸化物パターン５の中心部近傍の屈折率を増加さ
せ、酸化物層３の屈折率よりも比屈折率差で０．２％増
加させたフォトニック結晶導波路を形成することができ
た。
【００３９】次に本発明の変形例として、上記条件のう
ち、基板１の移動速度だけを５０μｍ／ｓにして酸化物
パターンの高屈折率化を図った結果、比屈折率差を０．
８％にすることができた。
ち、基板１の移動速度だけを５０μｍ／ｓにして酸化物
パターンの高屈折率化を図った結果、比屈折率差を０．
８％にすることができた。
【００４０】ここで、上記二つのフォトニック結晶導波
路の波長１．３μｍでの伝搬損失を比較した結果、後者
の方が損失が約６０％低損失になることが分かった。す
なわち、酸化物パターン５内への光信号の閉じ込めがよ
いほど低損失化を実現できることが分かった。なお、図
１（ａ）〜（ｃ）で説明したレーザビーム照射は、上部
クラッド層８を形成した後で酸化物層３にレーザビーム
を集光、照射してもよい。
路の波長１．３μｍでの伝搬損失を比較した結果、後者
の方が損失が約６０％低損失になることが分かった。す
なわち、酸化物パターン５内への光信号の閉じ込めがよ
いほど低損失化を実現できることが分かった。なお、図
１（ａ）〜（ｃ）で説明したレーザビーム照射は、上部
クラッド層８を形成した後で酸化物層３にレーザビーム
を集光、照射してもよい。
【００４１】図２（ｂ）は本発明のフォトニック結晶導
波路の製造法を適用した他の実施の形態を示す上面図、
図２（ａ）は図２（ｂ）の２ａ−２ａ線断面図、図２
（ｃ）は２ａ−２ａ線断面内屈折率分布を示す図であ
る。以下、図１（ａ）、（ｂ）に示した部材と同様の部
材には共通の符号を用いた。
波路の製造法を適用した他の実施の形態を示す上面図、
図２（ａ）は図２（ｂ）の２ａ−２ａ線断面図、図２
（ｃ）は２ａ−２ａ線断面内屈折率分布を示す図であ
る。以下、図１（ａ）、（ｂ）に示した部材と同様の部
材には共通の符号を用いた。
【００４２】本フォトニック結晶導波路は、透明な酸化
物層３の表面に低屈折率の上部クラッド層８を形成した
構造を有している。この上部クラッド層８は低屈折率層
２と同じ性質の層である。すなわち、本フォトニック結
晶導波路は、酸化物層３の上に上部クラッド層８を形成
して埋め込み導波路としたものである。
物層３の表面に低屈折率の上部クラッド層８を形成した
構造を有している。この上部クラッド層８は低屈折率層
２と同じ性質の層である。すなわち、本フォトニック結
晶導波路は、酸化物層３の上に上部クラッド層８を形成
して埋め込み導波路としたものである。
【００４３】このような構造でも図１（ａ）〜（ｃ）に
示したフォトニック結晶導波路と同様の効果が得られ
る。
示したフォトニック結晶導波路と同様の効果が得られ
る。
【００４４】図３（ｂ）は本発明のフォトニック結晶導
波路の製造方法を適用したフォトニック結晶導波路の他
の実施の形態を示す上面図、図３（ａ）は図３（ｂ）の
３ａ−３ａ線断面図、図３（ｃ）は３ａ−３ａ線断面内
屈折率分布を示す図である。
波路の製造方法を適用したフォトニック結晶導波路の他
の実施の形態を示す上面図、図３（ａ）は図３（ｂ）の
３ａ−３ａ線断面図、図３（ｃ）は３ａ−３ａ線断面内
屈折率分布を示す図である。
【００４５】本フォトニック結晶導波路は、酸化物パタ
ーン５に凸状の屈折率分布をもたせたものであり、酸化
物層３の内部に超短パルスレーザビームを集光、照射し
て略球形状の低屈折率領域（すなわち、孔が開けられた
領域）を形成したものである。
ーン５に凸状の屈折率分布をもたせたものであり、酸化
物層３の内部に超短パルスレーザビームを集光、照射し
て略球形状の低屈折率領域（すなわち、孔が開けられた
領域）を形成したものである。
【００４６】このような構造を有しても図１（ａ）〜
（ｃ）に示したフォトニック結晶導波路と同様の効果が
得られる。
（ｃ）に示したフォトニック結晶導波路と同様の効果が
得られる。
【００４７】図４（ｂ）は本発明のフォトニック結晶導
波路の製造方法を適用した他の実施の形態を示す上面図
であり、図４（ａ）は図４（ｂ）の４ａ−４ａ線断面図
である。
波路の製造方法を適用した他の実施の形態を示す上面図
であり、図４（ａ）は図４（ｂ）の４ａ−４ａ線断面図
である。
【００４８】本フォトニック結晶導波路は、酸化物層３
内の表面近傍に超短パルスレーザビームを集光、照射し
て略球形状の低屈折率領域（孔が形成された領域）４−
４−１〜４−９−１７を形成したものである。
内の表面近傍に超短パルスレーザビームを集光、照射し
て略球形状の低屈折率領域（孔が形成された領域）４−
４−１〜４−９−１７を形成したものである。
【００４９】このような構造を有しても図１（ａ）〜
（ｃ）に示したフォトニック結晶導波路と同様の効果が
得られる。
（ｃ）に示したフォトニック結晶導波路と同様の効果が
得られる。
【００５０】図５（ｂ）は本発明のフォトニック結晶導
波路の製造方法を適用したフォトニック結晶導波路の他
の実施の形態を示す上面図であり、図５（ａ）は図５
（ｂ）の５ａ−５ａ線断面図である。
波路の製造方法を適用したフォトニック結晶導波路の他
の実施の形態を示す上面図であり、図５（ａ）は図５
（ｂ）の５ａ−５ａ線断面図である。
【００５１】本フォトニック結晶導波路は図３（ａ）〜
（ｃ）に示したフォトニック結晶導波路の上面に上部ク
ラッド層８を形成したものである。
（ｃ）に示したフォトニック結晶導波路の上面に上部ク
ラッド層８を形成したものである。
【００５２】このような構造を有しても図１（ａ）〜
（ｃ）に示したフォトニック結晶導波路と同様の効果が
得られる。
（ｃ）に示したフォトニック結晶導波路と同様の効果が
得られる。
【００５３】図６（ｂ）は本発明のフォトニック結晶導
波路の製造方法を適用したフォトニック結晶導波路の上
面図であり、図６（ａ）は図６（ｂ）の６ａ−６ａ線断
面図である。
波路の製造方法を適用したフォトニック結晶導波路の上
面図であり、図６（ａ）は図６（ｂ）の６ａ−６ａ線断
面図である。
【００５４】本フォトニック結晶導波路は、酸化物パタ
ーンを５−２、５−５のように直角に曲げた光路とし、
この光路の屈折率をレーザビーム照射で増加させ、矢印
６方向の光信号を精度よく直角に曲げて矢印７のように
伝搬させるようにしたものである。
ーンを５−２、５−５のように直角に曲げた光路とし、
この光路の屈折率をレーザビーム照射で増加させ、矢印
６方向の光信号を精度よく直角に曲げて矢印７のように
伝搬させるようにしたものである。
【００５５】このように酸化物パターンを直角に曲げる
場合にはその光路の高屈折率化は、低損失化に対して極
めて有効である。このように光路が高屈折率化されてい
ないと、折り曲げ部で光信号が散乱を生じ、低損失伝搬
が難しく、また空孔の加工精度が悪くなるほど散乱損失
を誘発する。
場合にはその光路の高屈折率化は、低損失化に対して極
めて有効である。このように光路が高屈折率化されてい
ないと、折り曲げ部で光信号が散乱を生じ、低損失伝搬
が難しく、また空孔の加工精度が悪くなるほど散乱損失
を誘発する。
【００５６】図７は本発明のフォトニック結晶導波路の
製造方法を適用したフォトニック結晶導波路の他の実施
の形態を示す上面図である。
製造方法を適用したフォトニック結晶導波路の他の実施
の形態を示す上面図である。
【００５７】本フォトニック結晶導波路は、酸化物パタ
ーン５−１〜５−５をＹ字形状に形成し、かつ酸化物パ
ターン５−１〜５−５を高屈折率化することにより、光
信号を二つの矢印６−１、６−２方向に低損失で分岐さ
せて伝搬させ、矢印７−１、７−２方向に出射させるよ
うにした分岐導波路である。
ーン５−１〜５−５をＹ字形状に形成し、かつ酸化物パ
ターン５−１〜５−５を高屈折率化することにより、光
信号を二つの矢印６−１、６−２方向に低損失で分岐さ
せて伝搬させ、矢印７−１、７−２方向に出射させるよ
うにした分岐導波路である。
【００５８】このような構造を有しても図１（ａ）〜
（ｃ）に示したフォトニック結晶導波路と同様の効果が
得られる。
（ｃ）に示したフォトニック結晶導波路と同様の効果が
得られる。
【００５９】図８（ｂ）は本発明のフォトニック結晶導
波路の製造を適用したフォトニック結晶導波路の他の実
施の形態を示す上面図であり、図８（ａ）は図８（ｂ）
の８ｂ−８ｂ線断面図、図８（ｃ）は図８（ｂ）の８ｃ
−８ｃ線断面図である。
波路の製造を適用したフォトニック結晶導波路の他の実
施の形態を示す上面図であり、図８（ａ）は図８（ｂ）
の８ｂ−８ｂ線断面図、図８（ｃ）は図８（ｂ）の８ｃ
−８ｃ線断面図である。
【００６０】本フォトニック結晶導波路は、基板１と、
低屈折率層２と、二つの酸化物層３−１、３−２と、上
部クラッド層８とを順次積層したものであり、上部の酸
化物層３−２の酸化物パターン５−１に光信号を入射さ
せて伝搬させ、途中から下部の酸化物層３−１内の酸化
物パターン５−２内に直角に折り曲げて伝搬させ、矢印
７方向に出射させるようにしたものである。すなわち、
本フォトニック結晶導波路は、三次元光導波路である。
図中、４ａ−１−１〜４ａ−１３−２１、４ｂ−１−１
〜４ｂ−１２−２１は、超短パルスレーザビームを集
光、照射して略球形状の低屈折率領域（孔が形成された
領域）である。
低屈折率層２と、二つの酸化物層３−１、３−２と、上
部クラッド層８とを順次積層したものであり、上部の酸
化物層３−２の酸化物パターン５−１に光信号を入射さ
せて伝搬させ、途中から下部の酸化物層３−１内の酸化
物パターン５−２内に直角に折り曲げて伝搬させ、矢印
７方向に出射させるようにしたものである。すなわち、
本フォトニック結晶導波路は、三次元光導波路である。
図中、４ａ−１−１〜４ａ−１３−２１、４ｂ−１−１
〜４ｂ−１２−２１は、超短パルスレーザビームを集
光、照射して略球形状の低屈折率領域（孔が形成された
領域）である。
【００６１】なお、酸化物層を二層とする他、多層状に
酸化物層を積層させ、それぞれの酸化物層内に酸化物パ
ターンを形成することで、より複雑な構造の三次元光回
路を実現することができる。
酸化物層を積層させ、それぞれの酸化物層内に酸化物パ
ターンを形成することで、より複雑な構造の三次元光回
路を実現することができる。
【００６２】すなわち、光信号を積層酸化物層の深さ方
向に直角、斜め方向等に曲げて伝搬させたり、各酸化物
層間で光結合させて伝搬させたりすることができる。
向に直角、斜め方向等に曲げて伝搬させたり、各酸化物
層間で光結合させて伝搬させたりすることができる。
【００６３】図９は本発明のフォトニック結晶導波路の
製造方法を適用したフォトニック結晶導波路の他の実施
の形態を示す上面図である。
製造方法を適用したフォトニック結晶導波路の他の実施
の形態を示す上面図である。
【００６４】本フォトニック結晶導波路は、矢印６方向
の光信号を矢印６−１〜６−７方向に伝搬させて矢印７
方向に出射させるように酸化物層３内にジグザグ状の酸
化物パターン５−１〜５−７を形成したものである。
の光信号を矢印６−１〜６−７方向に伝搬させて矢印７
方向に出射させるように酸化物層３内にジグザグ状の酸
化物パターン５−１〜５−７を形成したものである。
【００６５】このような構造を有しても図１（ａ）〜
（ｃ）に示したフォトニック結晶導波路と同様の効果が
得られる。
（ｃ）に示したフォトニック結晶導波路と同様の効果が
得られる。
【００６６】図１０（ｂ）は本発明のフォトニック結晶
導波路の製造方法を適用したフォトニック結晶導波路の
他の実施の形態を示す上面図であり、図１０（ａ）は図
１０（ｂ）の側面図である。
導波路の製造方法を適用したフォトニック結晶導波路の
他の実施の形態を示す上面図であり、図１０（ａ）は図
１０（ｂ）の側面図である。
【００６７】本フォトニック結晶導波路は、基板１上に
酸化物層３−１〜３−９を９層積層させ、各酸化物層３
−１〜３−９内に空孔４からなる低屈折率領域を周期的
にフォトニックバンドギャップ構造を形成するように設
け、酸化物層３−５内に直線状の酸化物パターン５を形
成したものである。このフォトニック結晶導波路は、酸
化物パターン５に矢印６方向に光信号を入射させ、矢印
７方向に出射させるようにしたものである。
酸化物層３−１〜３−９を９層積層させ、各酸化物層３
−１〜３−９内に空孔４からなる低屈折率領域を周期的
にフォトニックバンドギャップ構造を形成するように設
け、酸化物層３−５内に直線状の酸化物パターン５を形
成したものである。このフォトニック結晶導波路は、酸
化物パターン５に矢印６方向に光信号を入射させ、矢印
７方向に出射させるようにしたものである。
【００６８】このような構造を有しても図１（ａ）〜
（ｃ）に示したフォトニック結晶導波路と同様の効果が
得られる。
（ｃ）に示したフォトニック結晶導波路と同様の効果が
得られる。
【００６９】このフォトニック結晶導波路は、酸化物層
３−５内のみに酸化物パターンを形成したが、各酸化物
層内に酸化物パターンを形成し、各層全体で三次元光伝
搬や三次元光回路を形成するようにしてもよい。
３−５内のみに酸化物パターンを形成したが、各酸化物
層内に酸化物パターンを形成し、各層全体で三次元光伝
搬や三次元光回路を形成するようにしてもよい。
【００７０】図１１（ａ）は本発明のフォトニック結晶
導波路の製造方法を適用したフォトニック結晶導波路の
他の実施の形態を示す側面図であり、図１１（ａ）は図
１１（ｂ）の１１ｂ−１１ｂ線断面図である。
導波路の製造方法を適用したフォトニック結晶導波路の
他の実施の形態を示す側面図であり、図１１（ａ）は図
１１（ｂ）の１１ｂ−１１ｂ線断面図である。
【００７１】図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）〜図１０
（ａ）、（ｂ）に示した実施の形態は、空孔４からなる
低屈折率領域を直径Ｄの略円形状構造のものであった
が、図１１（ａ）、（ｂ）に示す実施の形態は、幅Ｗａ
を有する線状構造とし、この幅Ｗａを２μｍ以下、各線
４Ｌ間の間隔Ｓ３も２μｍ以下とすることにより、フォ
トニックバンドギャップ構造を構成したものである。な
お、Ｗｃは酸化物パターン５の幅である。
（ａ）、（ｂ）に示した実施の形態は、空孔４からなる
低屈折率領域を直径Ｄの略円形状構造のものであった
が、図１１（ａ）、（ｂ）に示す実施の形態は、幅Ｗａ
を有する線状構造とし、この幅Ｗａを２μｍ以下、各線
４Ｌ間の間隔Ｓ３も２μｍ以下とすることにより、フォ
トニックバンドギャップ構造を構成したものである。な
お、Ｗｃは酸化物パターン５の幅である。
【００７２】このような構造を有しても図１（ａ）〜
（ｃ）に示したフォトニック結晶導波路と同様の効果が
得られる。
（ｃ）に示したフォトニック結晶導波路と同様の効果が
得られる。
【００７３】なお、低屈折率の線状部は孔であってもよ
く、中実部で構成してもよい。
く、中実部で構成してもよい。
【００７４】図１２は本発明のフォトニック結晶導波路
の製造方法を適用したフォトニック結晶導波路の他の実
施の形態を示す上面図である。
の製造方法を適用したフォトニック結晶導波路の他の実
施の形態を示す上面図である。
【００７５】本フォトニック結晶導波路は、光信号を矢
印６方向から矢印７方向に直角に折り曲げて伝搬させる
酸化物パターンを構成した例である。
印６方向から矢印７方向に直角に折り曲げて伝搬させる
酸化物パターンを構成した例である。
【００７６】図１（ａ）〜（ｃ）及び図３（ａ）〜
（ｃ）において、酸化物パターン５内の高屈折率パター
ンは、光伝搬方向に幅が２μｍ以下で少なくとも１本形
成されていればよいが、２本以上平行配置して形成する
ようにしてもよい。光伝搬方向に直角方向の屈折率分布
を種々の階段状分布や収束状分布（山型分布）に構成し
てもよい。このようにすることで、酸化物パターン内へ
の光信号の閉じ込めをより一層強くし、低損失特性を実
現することができる。このように複数本の高屈折率パタ
ーンを光伝搬方向に併置するように形成するためには、
超短パルスレーザビームスポット径を０．２μｍから１
μｍの範囲に制御して照射すればよい。各パターンの屈
折率を変えるには、超短パルスレーザビームの照射エネ
ルギーを変えればよい。超短パルスレーザビームとし
て、酸化物層の材質により、波長は６００ｎｍから１６
００ｎｍの範囲（好ましくは８００ｎｍの波長）から選
び、パルス幅として、数千ｆｓから数十ｆｓの範囲から
選び、パルスの繰り返しを１０Ｈｚから２００ｋＨｚの
範囲から選ぶ。平均出力は数十ｍＷから数百ｍＷの範囲
から選ぶのが好ましい。なお、レーザビームのパルス幅
を狭くすればするほどそのパルス幅内のエネルギーは非
常に高くなり、熱的なダメージを全く受けないで高屈折
率化を実現することができる。
（ｃ）において、酸化物パターン５内の高屈折率パター
ンは、光伝搬方向に幅が２μｍ以下で少なくとも１本形
成されていればよいが、２本以上平行配置して形成する
ようにしてもよい。光伝搬方向に直角方向の屈折率分布
を種々の階段状分布や収束状分布（山型分布）に構成し
てもよい。このようにすることで、酸化物パターン内へ
の光信号の閉じ込めをより一層強くし、低損失特性を実
現することができる。このように複数本の高屈折率パタ
ーンを光伝搬方向に併置するように形成するためには、
超短パルスレーザビームスポット径を０．２μｍから１
μｍの範囲に制御して照射すればよい。各パターンの屈
折率を変えるには、超短パルスレーザビームの照射エネ
ルギーを変えればよい。超短パルスレーザビームとし
て、酸化物層の材質により、波長は６００ｎｍから１６
００ｎｍの範囲（好ましくは８００ｎｍの波長）から選
び、パルス幅として、数千ｆｓから数十ｆｓの範囲から
選び、パルスの繰り返しを１０Ｈｚから２００ｋＨｚの
範囲から選ぶ。平均出力は数十ｍＷから数百ｍＷの範囲
から選ぶのが好ましい。なお、レーザビームのパルス幅
を狭くすればするほどそのパルス幅内のエネルギーは非
常に高くなり、熱的なダメージを全く受けないで高屈折
率化を実現することができる。
【００７７】透明な酸化物層として、Ｎを添加したＳｉ
ＯＮ、Ｓｉ3Ｎ4を用いれば、その層の屈折率を１．５〜
２．４程度の範囲で変えることができるので、半導体レ
ーザやフォトダイオード等の半導体光素子との屈折率の
ミスマッチングを小さくすることができる。また、酸化
物に超短パルスレーザビームを照射することで、より大
きい屈折率変化を得ることができ、酸化物パターン内へ
の光信号の閉じ込めをより一層強くすることができる。
ＯＮ、Ｓｉ3Ｎ4を用いれば、その層の屈折率を１．５〜
２．４程度の範囲で変えることができるので、半導体レ
ーザやフォトダイオード等の半導体光素子との屈折率の
ミスマッチングを小さくすることができる。また、酸化
物に超短パルスレーザビームを照射することで、より大
きい屈折率変化を得ることができ、酸化物パターン内へ
の光信号の閉じ込めをより一層強くすることができる。
【００７８】透明な酸化物層として、Ｅｒ（エルビウ
ム）、Ｎｄ（ネオジム）、Ｓｍ（サマリウム）、Ｔｍ
（ツリウム）、Ｙｂ（イッテルビウム）等の希土類元素
を少なくとも１種類添加したガラス層を用いてもよい。
このような材料で構成した酸化物パターン内に希土類元
素を励起する励起光と共に信号光を伝搬させるようにす
れば、信号光を増幅しながら伝搬させることができる。
また、フォトニック結晶導波路の入出力端面に半透過ミ
ラーと全反射ミラーとを設け入射端面側から励起光を入
射して励起することにより、レーザ発振させることもで
きる。
ム）、Ｎｄ（ネオジム）、Ｓｍ（サマリウム）、Ｔｍ
（ツリウム）、Ｙｂ（イッテルビウム）等の希土類元素
を少なくとも１種類添加したガラス層を用いてもよい。
このような材料で構成した酸化物パターン内に希土類元
素を励起する励起光と共に信号光を伝搬させるようにす
れば、信号光を増幅しながら伝搬させることができる。
また、フォトニック結晶導波路の入出力端面に半透過ミ
ラーと全反射ミラーとを設け入射端面側から励起光を入
射して励起することにより、レーザ発振させることもで
きる。
【００７９】図８（ａ）〜（ｃ）及び図１０において、
各酸化物層の材質は異なっていてもよい。すなわち、屈
折率の異なる材質の酸化物層で構成しておけば、各フォ
トニック結晶導波路の特性も異ならせることができるの
で、より自由度をもたせた積層型フォトニック結晶導波
路を構成することができる。
各酸化物層の材質は異なっていてもよい。すなわち、屈
折率の異なる材質の酸化物層で構成しておけば、各フォ
トニック結晶導波路の特性も異ならせることができるの
で、より自由度をもたせた積層型フォトニック結晶導波
路を構成することができる。
【００８０】以上において本発明によれば、
（１）光信号が伝搬する透明な酸化物層の面方向に所定
の間隔で所望形状の空孔をマトリクス状に形成し、かつ
酸化物層の空孔の形成されていない領域からなる酸化物
パターンを直線、曲線あるいはこれらの組合せたものか
らなるようにし、かつ酸化物パターン上に１０００ｆｓ
以下のパルス幅の超短パルスレーザビームを照射してそ
の酸化物パターンの屈折率を増加させ、光信号を酸化物
パターン内に効率よく閉じ込めるようにしたものであ
る。この結果、空孔部が不均一な構造になっても、その
構造による散乱損失の誘発を抑えることができ、結果的
に低損失なフォトニック結晶導波路を実現することがで
きる。また、超短パルスレーザビームを照射により酸化
物パターンの屈折率を１％程度まで増加させることが容
易にできるので、この高屈折率化で、より一層の低損失
化を実現することができる。
の間隔で所望形状の空孔をマトリクス状に形成し、かつ
酸化物層の空孔の形成されていない領域からなる酸化物
パターンを直線、曲線あるいはこれらの組合せたものか
らなるようにし、かつ酸化物パターン上に１０００ｆｓ
以下のパルス幅の超短パルスレーザビームを照射してそ
の酸化物パターンの屈折率を増加させ、光信号を酸化物
パターン内に効率よく閉じ込めるようにしたものであ
る。この結果、空孔部が不均一な構造になっても、その
構造による散乱損失の誘発を抑えることができ、結果的
に低損失なフォトニック結晶導波路を実現することがで
きる。また、超短パルスレーザビームを照射により酸化
物パターンの屈折率を１％程度まで増加させることが容
易にできるので、この高屈折率化で、より一層の低損失
化を実現することができる。
【００８１】（２）透明な酸化物層として、ＳｉＯ2、
ＳｉＯ2にＧｅ、Ｔｉ、Ｆ、Ｂ、Ｔａ、Ｓｎ等の屈折率
制御用添加物を少なくとも１種類添加したもの、Ｎを添
加したＳｉＮ、Ｓｉ3Ｎ4、酸化物に希土類元素を少なく
とも１種類添加したもの等を用いることにより、波長
１．３μｍ、１．５５μｍの通信用波長帯において、よ
り低損失なフォトニック結晶導波路を実現することがで
きる。また、酸化物層には超短パルスレーザビーム照射
により空孔を開けることができ、かつそのレーザビーム
の出力を制御することにより、酸化物パターンの屈折率
を増加させることができ、その高屈折率化の制御も容易
である。さらに、空孔形成プロセスの後に直ぐに酸化物
パターンの高屈折率化を行うことができるという、連続
的なプロセスでフォトニック結晶導波路を実現すること
ができる。
ＳｉＯ2にＧｅ、Ｔｉ、Ｆ、Ｂ、Ｔａ、Ｓｎ等の屈折率
制御用添加物を少なくとも１種類添加したもの、Ｎを添
加したＳｉＮ、Ｓｉ3Ｎ4、酸化物に希土類元素を少なく
とも１種類添加したもの等を用いることにより、波長
１．３μｍ、１．５５μｍの通信用波長帯において、よ
り低損失なフォトニック結晶導波路を実現することがで
きる。また、酸化物層には超短パルスレーザビーム照射
により空孔を開けることができ、かつそのレーザビーム
の出力を制御することにより、酸化物パターンの屈折率
を増加させることができ、その高屈折率化の制御も容易
である。さらに、空孔形成プロセスの後に直ぐに酸化物
パターンの高屈折率化を行うことができるという、連続
的なプロセスでフォトニック結晶導波路を実現すること
ができる。
【００８２】（３）透明な酸化物層は基板上にＣＶＤ
法、スパッタリング法等で成膜されているので、レーザ
ビーム照射による空孔形成及び酸化物パターンの加工を
容易に行うことができる。
法、スパッタリング法等で成膜されているので、レーザ
ビーム照射による空孔形成及び酸化物パターンの加工を
容易に行うことができる。
【００８３】（４）複数の酸化物の層の中にフォトニッ
ク結晶導波路を形成することで、三次元光回路を構成し
たり、各酸化物層間のフォトニック結晶導波路同士を光
結合させることもできる。
ク結晶導波路を形成することで、三次元光回路を構成し
たり、各酸化物層間のフォトニック結晶導波路同士を光
結合させることもできる。
【００８４】（５）透明な酸化物層の上面及び下面に低
屈折率層を形成しておくことにより、酸化物パターンへ
の光の閉じ込めをより一層強くし、光ファイバからの光
信号を酸化物パターン内に効率よく閉じ込めて伝搬させ
ることができるので、空孔の上下面内への不要な伝搬を
抑えることができる。これにより、必要な伝搬光と不要
な光とのアイソレーション特性を大きくとることができ
る。
屈折率層を形成しておくことにより、酸化物パターンへ
の光の閉じ込めをより一層強くし、光ファイバからの光
信号を酸化物パターン内に効率よく閉じ込めて伝搬させ
ることができるので、空孔の上下面内への不要な伝搬を
抑えることができる。これにより、必要な伝搬光と不要
な光とのアイソレーション特性を大きくとることができ
る。
【００８５】（６）光回路の特性の変更がインラインで
モニタしながら酸化物パターン内へのレーザビーム照射
でできる。例えば、酸化物パターン内の光伝搬方向に屈
折率を所定の間隔で変化させて光フィルタリング特性を
もたせたり、光信号の集光、拡大用の屈折率分布特性を
もたせたりできる。
モニタしながら酸化物パターン内へのレーザビーム照射
でできる。例えば、酸化物パターン内の光伝搬方向に屈
折率を所定の間隔で変化させて光フィルタリング特性を
もたせたり、光信号の集光、拡大用の屈折率分布特性を
もたせたりできる。
【００８６】（７）レーザビーム照射により屈折率変化
をもたせた酸化物層は略平坦な面を保持しているので、
その酸化物層の上に上部クラッド層を形成してもその面
も平坦な面を保持できる。その結果、上面に電子部品、
電子回路、光回路等を高寸法精度で実装することができ
る。
をもたせた酸化物層は略平坦な面を保持しているので、
その酸化物層の上に上部クラッド層を形成してもその面
も平坦な面を保持できる。その結果、上面に電子部品、
電子回路、光回路等を高寸法精度で実装することができ
る。
【００８７】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、低損失な
フォトニック結晶導波路及びその製造方法の実現を提供
することができる。
フォトニック結晶導波路及びその製造方法の実現を提供
することができる。
【図１】（ｂ）は本発明のフォトニック結晶導波路の製
造方法を適用したフォトニック結晶導波路の一実施の形
態を示す上面図、（ａ）は（ｂ）の１ａ−１ａ線断面
図、（ｃ）は１ａ−１ａ線断面内屈折率分布を示す図で
ある。
造方法を適用したフォトニック結晶導波路の一実施の形
態を示す上面図、（ａ）は（ｂ）の１ａ−１ａ線断面
図、（ｃ）は１ａ−１ａ線断面内屈折率分布を示す図で
ある。
【図２】（ｂ）は本発明のフォトニック結晶導波路の製
造法を適用した他の実施の形態を示す上面図、（ａ）は
（ｂ）の２ａ−２ａ線断面図、（ｃ）は２ａ−２ａ線断
面内屈折率分布を示す図である。
造法を適用した他の実施の形態を示す上面図、（ａ）は
（ｂ）の２ａ−２ａ線断面図、（ｃ）は２ａ−２ａ線断
面内屈折率分布を示す図である。
【図３】（ｂ）は本発明のフォトニック結晶導波路の製
造方法を適用したフォトニック結晶導波路の他の実施の
形態を示す上面図、（ａ）は（ｂ）の３ａ−３ａ線断面
図、（ｃ）は３ａ−３ａ線断面内屈折率分布を示す図で
ある。
造方法を適用したフォトニック結晶導波路の他の実施の
形態を示す上面図、（ａ）は（ｂ）の３ａ−３ａ線断面
図、（ｃ）は３ａ−３ａ線断面内屈折率分布を示す図で
ある。
【図４】（ｂ）は本発明のフォトニック結晶導波路の製
造方法を適用した他の実施の形態を示す上面図であり、
（ａ）は（ｂ）の４ａ−４ａ線断面図である。
造方法を適用した他の実施の形態を示す上面図であり、
（ａ）は（ｂ）の４ａ−４ａ線断面図である。
【図５】（ｂ）は本発明のフォトニック結晶導波路の製
造方法を適用したフォトニック結晶導波路の他の実施の
形態を示す上面図であり、（ａ）は（ｂ）の５ａ−５ａ
線断面図である。
造方法を適用したフォトニック結晶導波路の他の実施の
形態を示す上面図であり、（ａ）は（ｂ）の５ａ−５ａ
線断面図である。
【図６】（ｂ）は本発明のフォトニック結晶導波路の製
造方法を適用したフォトニック結晶導波路の上面図であ
り、（ａ）は（ｂ）の６ａ−６ａ線断面図である。
造方法を適用したフォトニック結晶導波路の上面図であ
り、（ａ）は（ｂ）の６ａ−６ａ線断面図である。
【図７】本発明のフォトニック結晶導波路の製造方法を
適用したフォトニック結晶導波路の他の実施の形態を示
す上面図である。
適用したフォトニック結晶導波路の他の実施の形態を示
す上面図である。
【図８】（ｂ）は本発明のフォトニック結晶導波路の製
造を適用したフォトニック結晶導波路の他の実施の形態
を示す上面図であり、（ａ）は（ｂ）の８ｂ−８ｂ線断
面図、（ｃ）は（ｂ）の８ｃ−８ｃ線断面図である。
造を適用したフォトニック結晶導波路の他の実施の形態
を示す上面図であり、（ａ）は（ｂ）の８ｂ−８ｂ線断
面図、（ｃ）は（ｂ）の８ｃ−８ｃ線断面図である。
【図９】本発明のフォトニック結晶導波路の製造方法を
適用したフォトニック結晶導波路の他の実施の形態を示
す上面図である。
適用したフォトニック結晶導波路の他の実施の形態を示
す上面図である。
【図１０】（ｂ）は本発明のフォトニック結晶導波路の
製造方法を適用したフォトニック結晶導波路の他の実施
の形態を示す上面図であり、（ａ）は（ｂ）の側面図で
ある。
製造方法を適用したフォトニック結晶導波路の他の実施
の形態を示す上面図であり、（ａ）は（ｂ）の側面図で
ある。
【図１１】（ａ）は本発明のフォトニック結晶導波路の
製造方法を適用したフォトニック結晶導波路の他の実施
の形態を示す側面図であり、（ａ）は（ｂ）の１１ｂ−
１１ｂ線断面図である。
製造方法を適用したフォトニック結晶導波路の他の実施
の形態を示す側面図であり、（ａ）は（ｂ）の１１ｂ−
１１ｂ線断面図である。
【図１２】本発明のフォトニック結晶導波路の製造方法
を適用したフォトニック結晶導波路の他の実施の形態を
示す上面図である。
を適用したフォトニック結晶導波路の他の実施の形態を
示す上面図である。
【図１３】（ａ）〜（ｆ）はフォトニック結晶の従来例
を示す図である。
を示す図である。
【図１４】フォトニック結晶の他の従来例を示す図であ
る。
る。
１ 基板
２ 低屈折率層
３ 酸化物層
４ 空孔
５ 酸化物パターン
８ 上部クラッド層
Claims (4)
- 【請求項１】 光信号が伝搬する透明な酸化物からなる
酸化物層の面方向に所定の間隔で所望形状の空孔がマト
リクス状に形成され、上記酸化物層の空孔の形成されて
いない領域からなる酸化物パターンが上記酸化物層の面
方向に直線状、曲線状あるいはこれらを組合せた形状に
形成され、かつ上記酸化物パターン上にパルス幅が１０
００フェムト秒以下の超短パルスレーザビームが照射さ
れて上記酸化物パターンの屈折率が増加したことを特徴
とするフォトニック結晶導波路。 - 【請求項２】 上記酸化物パターン内の光伝搬方向に幅
が２μｍ以下の高屈折率層が複数本平行配置されている
請求項１に記載のフォトニック結晶導波路。 - 【請求項３】 上記酸化物層としてＳｉＯ2、ＳｉＯ2に
Ｇｅ、Ｔｉ、Ｆ、Ｂ、Ｔａ、Ｓｎ等の屈折率制御用添加
物を少なくとも１種類添加したもの、Ｎを添加したＳｉ
Ｎ、Ｓｉ3Ｎ4、上記酸化物に希土類元素を少なくとも１
種類添加したもの等を用いた請求項１に記載のフォトニ
ック結晶導波路。 - 【請求項４】 基板上に透明な酸化物からなる酸化物層
を形成する工程と、上記酸化物層の上面に直線状、曲線
状あるいはこれらを組み合わせた形状の光路となる酸化
物パターン以外の領域に１０００フェムト秒以下のパル
ス幅で所定出力の超短パルスレーザビームを照射して上
記酸化物の面方向に所定の間隔で所望形状の空孔をマト
リクス状に形成する工程と、上記酸化物パターン上に１
０００フェムト秒以下のパルス幅で上記酸化物パターン
の屈折率を増加させるのに必要な出力の超短パルスレー
ザビームを照射する工程とを備えたことを特徴とするフ
ォトニック結晶導波路の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001316834A JP3921987B2 (ja) | 2001-10-15 | 2001-10-15 | フォトニック結晶導波路及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001316834A JP3921987B2 (ja) | 2001-10-15 | 2001-10-15 | フォトニック結晶導波路及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003121667A true JP2003121667A (ja) | 2003-04-23 |
| JP3921987B2 JP3921987B2 (ja) | 2007-05-30 |
Family
ID=19134786
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001316834A Expired - Fee Related JP3921987B2 (ja) | 2001-10-15 | 2001-10-15 | フォトニック結晶導波路及びその製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3921987B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100403606C (zh) * | 2004-09-09 | 2008-07-16 | 中国科学院光电技术研究所 | 脉冲激光线性材料光子晶体倍频器 |
| JP2011070777A (ja) * | 2009-09-24 | 2011-04-07 | Nichia Corp | 導光板、導光板の製造方法及びバックライトユニット |
| US20130183775A1 (en) * | 2011-09-21 | 2013-07-18 | BIAS Bremer Institut fur angewandte Strahltechnik GmbH | Process and device for producing at least one photonic component |
| JP2021527848A (ja) * | 2018-09-06 | 2021-10-14 | 三菱電機株式会社 | 光学ビームを分割するフォトニックデバイス |
-
2001
- 2001-10-15 JP JP2001316834A patent/JP3921987B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100403606C (zh) * | 2004-09-09 | 2008-07-16 | 中国科学院光电技术研究所 | 脉冲激光线性材料光子晶体倍频器 |
| JP2011070777A (ja) * | 2009-09-24 | 2011-04-07 | Nichia Corp | 導光板、導光板の製造方法及びバックライトユニット |
| US20130183775A1 (en) * | 2011-09-21 | 2013-07-18 | BIAS Bremer Institut fur angewandte Strahltechnik GmbH | Process and device for producing at least one photonic component |
| US8937024B2 (en) * | 2011-09-21 | 2015-01-20 | BIAS Bremer Institut für angewandte Strahltechnik GmbH | Process and device for producing at least one photonic component |
| JP2021527848A (ja) * | 2018-09-06 | 2021-10-14 | 三菱電機株式会社 | 光学ビームを分割するフォトニックデバイス |
| JP7142730B2 (ja) | 2018-09-06 | 2022-09-27 | 三菱電機株式会社 | 光学ビームを分割するフォトニックデバイス |
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| Publication number | Publication date |
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| JP3921987B2 (ja) | 2007-05-30 |
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