JP2003270458A - フォトニック結晶部材及びフォトニック結晶導波路 - Google Patents
フォトニック結晶部材及びフォトニック結晶導波路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
- G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
- G02B6/1225—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths comprising photonic band-gap structures or photonic lattices
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Abstract
(57)【要約】
【課題】フォトニック結晶の入出力損失を低減する技術
を提供する。 【解決手段】フォトニック結晶の入出力部にフォトニッ
ク結晶からなる反射防止層を配置する。有効屈折率ｎ2
を持ったフォトニック結晶２００の入力部に、ｎ1＜ｎ2
の関係を満たす有効屈折率ｎ1を持ったフォトニック結
晶１００を配置し、界面２１０と界面１１０からの反射
成分が干渉により打ち消すようにフォトニック結晶１０
０の厚さを制御して、入力部における全反射損失を低減
する。出力部についても同様に構成する。
を提供する。 【解決手段】フォトニック結晶の入出力部にフォトニッ
ク結晶からなる反射防止層を配置する。有効屈折率ｎ2
を持ったフォトニック結晶２００の入力部に、ｎ1＜ｎ2
の関係を満たす有効屈折率ｎ1を持ったフォトニック結
晶１００を配置し、界面２１０と界面１１０からの反射
成分が干渉により打ち消すようにフォトニック結晶１０
０の厚さを制御して、入力部における全反射損失を低減
する。出力部についても同様に構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、フォトニック結
晶、あるいは導波路を作りこんだフォトニック結晶を構
成要素に持つ光素子の技術に関する。
晶、あるいは導波路を作りこんだフォトニック結晶を構
成要素に持つ光素子の技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】屈折率の異なる２つの部材の界面に電磁
波が入射するとき、一般に、その一部は反射する。この
反射波は、反射防止膜をコーティングすることにより低
減できることは知られている。
波が入射するとき、一般に、その一部は反射する。この
反射波は、反射防止膜をコーティングすることにより低
減できることは知られている。
【０００３】屈折率ｎ0の部材０（空気中、あるいは真
空中を含む）から屈折率ｎ2の部材２に電磁波が入射す
る場合を考えれば、ｎ0＜ｎ1 ＜ｎ2を満たす屈折率ｎ1
の部材１を部材２の部材０との界面にコーティングし、
入射させる電磁波の真空中の波長をλ0として、部材１
の厚さｈ1を、ｎ1ｈ1＝（２ｍ＋１）λ0／４（ただし、
ｍ＝０、１、２、...）の関係を満たすようにすれば、
部材０と部材１との界面での反射波と、部材１と部材２
の界面での反射波が干渉した結果、入力部での反射率
は、Ｒ＝（ｎ0ｎ2−ｎ1 2）2／（ｎ0ｎ2＋ｎ1 2）2にな
る（例えば、鶴田匡夫著「応用光学II」（培風館、１９
９０年）の１１６ページ参照）。
空中を含む）から屈折率ｎ2の部材２に電磁波が入射す
る場合を考えれば、ｎ0＜ｎ1 ＜ｎ2を満たす屈折率ｎ1
の部材１を部材２の部材０との界面にコーティングし、
入射させる電磁波の真空中の波長をλ0として、部材１
の厚さｈ1を、ｎ1ｈ1＝（２ｍ＋１）λ0／４（ただし、
ｍ＝０、１、２、...）の関係を満たすようにすれば、
部材０と部材１との界面での反射波と、部材１と部材２
の界面での反射波が干渉した結果、入力部での反射率
は、Ｒ＝（ｎ0ｎ2−ｎ1 2）2／（ｎ0ｎ2＋ｎ1 2）2にな
る（例えば、鶴田匡夫著「応用光学II」（培風館、１９
９０年）の１１６ページ参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】フォトニック結晶は、
微細加工技術等により使用する電磁波の波長程度の周期
構造が作られている部材で、電磁波の伝搬特性が周期構
造に依存する。電磁波がフォトニック結晶に入射する
と、フォトニック結晶内外の屈折率差のために一部が反
射する。
微細加工技術等により使用する電磁波の波長程度の周期
構造が作られている部材で、電磁波の伝搬特性が周期構
造に依存する。電磁波がフォトニック結晶に入射する
と、フォトニック結晶内外の屈折率差のために一部が反
射する。
【０００５】通常の部材と同様に、反射防止膜がコーテ
ィング可能ならば反射損失を低減できるが、フォトニッ
ク結晶の特徴的な構造のため通常のコーティングプロセ
スを実施できない場合もあり、光ファイバ等からの入力
光を直接フォトニック結晶素子に入力させているのが実
態である（例えば、特開平１１−２１８６２７号公報、
ＵＳＰ６,０７５,９１５、ＵＳＰ６,０９３,２４６、Ｕ
ＳＰ６,０２８,６９３、ＵＳＰ５,９０７,４２７、ＵＳ
Ｐ５,７５１,４６６参照）。
ィング可能ならば反射損失を低減できるが、フォトニッ
ク結晶の特徴的な構造のため通常のコーティングプロセ
スを実施できない場合もあり、光ファイバ等からの入力
光を直接フォトニック結晶素子に入力させているのが実
態である（例えば、特開平１１−２１８６２７号公報、
ＵＳＰ６,０７５,９１５、ＵＳＰ６,０９３,２４６、Ｕ
ＳＰ６,０２８,６９３、ＵＳＰ５,９０７,４２７、ＵＳ
Ｐ５,７５１,４６６参照）。
【０００６】また、フォトニック結晶素子を連続的に配
置したフォトニック結晶集積素子（例えば、特開２００
０−５６１４６号公報、ＵＳ６,２７８,１０５ Ｂ１参
照）では、素子間の接続部において一般に反射が起こる
が、それを防ぐことは、集積素子間に通常の反射防止膜
コーティングができないために不可能である。
置したフォトニック結晶集積素子（例えば、特開２００
０−５６１４６号公報、ＵＳ６,２７８,１０５ Ｂ１参
照）では、素子間の接続部において一般に反射が起こる
が、それを防ぐことは、集積素子間に通常の反射防止膜
コーティングができないために不可能である。
【０００７】本発明は、上記のような反射防止膜をコー
ティングできない様々な場合において、反射損失を低減
させ得るフォトニック結晶部材及びフォトニック結晶導
波路に係る技術を提供することを目的とする。
ティングできない様々な場合において、反射損失を低減
させ得るフォトニック結晶部材及びフォトニック結晶導
波路に係る技術を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、反射防止膜に変わってフォトニック結
晶により反射防止層を形成することにより反射損失を低
減するという、新しい知見に基づくものである。
に、本発明では、反射防止膜に変わってフォトニック結
晶により反射防止層を形成することにより反射損失を低
減するという、新しい知見に基づくものである。
【０００９】フォトニック結晶は、使用する電磁波の波
長程度の周期構造になっているため、フォトニック結晶
内ではその電磁波は干渉を起こし、電磁波の伝搬特性は
周期構造を形成している母材の伝搬特性とは異なるもの
になる。伝搬特性を記述する方法として、電磁波の波数
ｋに対して角振動数ωをプロットした図がよく用いられ
る。
長程度の周期構造になっているため、フォトニック結晶
内ではその電磁波は干渉を起こし、電磁波の伝搬特性は
周期構造を形成している母材の伝搬特性とは異なるもの
になる。伝搬特性を記述する方法として、電磁波の波数
ｋに対して角振動数ωをプロットした図がよく用いられ
る。
【００１０】この図を用いてフォトニック結晶の屈折率
を定義すると、角周波数ωの電磁波がフォトニック結晶
内で波数ｋであるとき、そのフォトニック結晶が角振動
数ωの電磁波に対して振舞う有効屈折率ｎは、ω＝ｃｋ
/ｎの関係式から与えられる。ここで、ｃは真空中の光
速である。有効屈折率は、フォトニック結晶の構造に大
きく依存するため、フォトニック結晶の構造の設計によ
り広範囲にわたって有効屈折率を設定可能である。
を定義すると、角周波数ωの電磁波がフォトニック結晶
内で波数ｋであるとき、そのフォトニック結晶が角振動
数ωの電磁波に対して振舞う有効屈折率ｎは、ω＝ｃｋ
/ｎの関係式から与えられる。ここで、ｃは真空中の光
速である。有効屈折率は、フォトニック結晶の構造に大
きく依存するため、フォトニック結晶の構造の設計によ
り広範囲にわたって有効屈折率を設定可能である。
【００１１】電磁波を伝搬させるフォトニック結晶の有
効屈折率がｎ2ならば、入力部にｎ0＜ｎ1＜ｎ2を満たす
有効屈折率ｎ1のフォトニック結晶を配置し、長さｈ1を
ｎ1ｈ1＝（２ｍ＋１）λ0/４（ただし、ｍ＝０、１、
２、...）に設定すれば反射率を低減できる。
効屈折率がｎ2ならば、入力部にｎ0＜ｎ1＜ｎ2を満たす
有効屈折率ｎ1のフォトニック結晶を配置し、長さｈ1を
ｎ1ｈ1＝（２ｍ＋１）λ0/４（ただし、ｍ＝０、１、
２、...）に設定すれば反射率を低減できる。
【００１２】以下、本発明による代表的な構成例を挙げ
る。
る。
【００１３】本発明は、電磁波を伝播させるフォトニッ
ク結晶部材にあって、その電磁波の反射防止用にフォト
ニック結晶を設けてなることを特徴とする。
ク結晶部材にあって、その電磁波の反射防止用にフォト
ニック結晶を設けてなることを特徴とする。
【００１４】また、本発明は、フォトニック結晶部材を
用いて電磁波を伝播させ導波するフォトニック結晶導波
路にあって、前記結晶部材の電磁波入力側もしくは出力
側に前記結晶部材とは構造の異なるフォトニック結晶の
領域を配設し、前記結晶部材からの出力強度を前記領域
がない場合に比べて大きくするよう構成したことを特徴
とする。
用いて電磁波を伝播させ導波するフォトニック結晶導波
路にあって、前記結晶部材の電磁波入力側もしくは出力
側に前記結晶部材とは構造の異なるフォトニック結晶の
領域を配設し、前記結晶部材からの出力強度を前記領域
がない場合に比べて大きくするよう構成したことを特徴
とする。
【００１５】また、前記構成において、導波する電磁波
に対して前記入力側もしくは出力側の前記領域に配置さ
れたフォトニック結晶が実効的に示す屈折率は、前記結
晶部材が実効的に示す屈折率よりも小さいことを特徴と
する。
に対して前記入力側もしくは出力側の前記領域に配置さ
れたフォトニック結晶が実効的に示す屈折率は、前記結
晶部材が実効的に示す屈折率よりも小さいことを特徴と
する。
【００１６】また、前記構成において、前記結晶部材、
または前記結晶部材の入力側もしくは出力側の前記領域
に配置された前記フォトニック結晶は、１次元もしくは
２次元もしくは３次元フォトニック結晶であることを特
徴とする。
または前記結晶部材の入力側もしくは出力側の前記領域
に配置された前記フォトニック結晶は、１次元もしくは
２次元もしくは３次元フォトニック結晶であることを特
徴とする。
【００１７】また、前記構成において、前記結晶部材に
伝播させる電磁波は、光、紫外光、可視光、赤外光、ミ
リ波、マイクロ波のうち何れか一つであることを特徴と
する。
伝播させる電磁波は、光、紫外光、可視光、赤外光、ミ
リ波、マイクロ波のうち何れか一つであることを特徴と
する。
【００１８】また、前記構成において、前記結晶部材
は、線欠陥導波路を含み、前記結晶部材の入力側もしく
は出力側の領域に配置された前記フォトニック結晶の導
波部分は、空洞部が設けられているか、または該空洞部
に導波路を構成する部材よりも低い屈折率を有する部材
を埋め込んだ構造をしていることを特徴とする。
は、線欠陥導波路を含み、前記結晶部材の入力側もしく
は出力側の領域に配置された前記フォトニック結晶の導
波部分は、空洞部が設けられているか、または該空洞部
に導波路を構成する部材よりも低い屈折率を有する部材
を埋め込んだ構造をしていることを特徴とする。
【００１９】また、前記構成において、前記結晶部材
は、点欠陥導波路を含み、前記結晶部材の入力側もしく
は出力側の前記領域に配置された前記フォトニック結晶
の導波部分は、線欠陥導波路であることを特徴とする。
は、点欠陥導波路を含み、前記結晶部材の入力側もしく
は出力側の前記領域に配置された前記フォトニック結晶
の導波部分は、線欠陥導波路であることを特徴とする。
【００２０】また、前記構成において、前記結晶部材
は、点欠陥導波路を含み、前記結晶部材の入力側もしく
は出力側の前記領域に配置されたフォトニック結晶の導
波部分は、空洞部が設けられているか、または該空洞部
に導波路を構成する部材とは異なる屈折率を持った部材
を埋め込んだ構造をしていることを特徴とする。
は、点欠陥導波路を含み、前記結晶部材の入力側もしく
は出力側の前記領域に配置されたフォトニック結晶の導
波部分は、空洞部が設けられているか、または該空洞部
に導波路を構成する部材とは異なる屈折率を持った部材
を埋め込んだ構造をしていることを特徴とする。
【００２１】また、前記構成において、前記結晶部材は
周期的な構造からなり、前記電磁波入力側もしくは出力
側の前記領域では、その周期、またはその周期性を形作
る構造の大きさが前記結晶部材とは異なることを特徴と
する。
周期的な構造からなり、前記電磁波入力側もしくは出力
側の前記領域では、その周期、またはその周期性を形作
る構造の大きさが前記結晶部材とは異なることを特徴と
する。
【００２２】また、前記構成において、前記結晶部材お
よび前記結晶部材の入力側もしくは出力側の前記領域に
配置された前記フォトニック結晶は、所定の容器内に配
置されていることを特徴とする。
よび前記結晶部材の入力側もしくは出力側の前記領域に
配置された前記フォトニック結晶は、所定の容器内に配
置されていることを特徴とする。
【００２３】さらに、本発明は、２個以上のフォトニッ
ク結晶部材を直列に配置し、電磁波を伝播させ導波する
フォトニック結晶導波路にあって、前記結晶部材それぞ
れの間に前記結晶部材とは構造の異なるフォトニック結
晶を配置し、前記直列の結晶部材からの出力強度を該フ
ォトニック結晶がない場合に比べて大きくなるよう構成
したことを特徴とする。
ク結晶部材を直列に配置し、電磁波を伝播させ導波する
フォトニック結晶導波路にあって、前記結晶部材それぞ
れの間に前記結晶部材とは構造の異なるフォトニック結
晶を配置し、前記直列の結晶部材からの出力強度を該フ
ォトニック結晶がない場合に比べて大きくなるよう構成
したことを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】（実施例１）図１は、本発明の第
１の実施例の基本的構成を示す上面図である。図２は、
電磁波を透過させるフォトニック結晶２００の伝搬特性
を模式的に図示したものである。
１の実施例の基本的構成を示す上面図である。図２は、
電磁波を透過させるフォトニック結晶２００の伝搬特性
を模式的に図示したものである。
【００２５】図２において、横軸ｋは波数、縦軸ωは角
振動数を示し、ａはフォトニック結晶の周期構造の周期
である。実線は、電磁波がフォトニック結晶の内部にい
るときのｋとωの関係を与えている。角振動数ω2の電
磁波に対してこのフォトニック結晶が示す有効屈折率ｎ
2は、図２の（ｋ2，ω2）の組み合わせから、関係式ω2
＝ｃｋ2/ｎ2を用いて与えられ、図２の点線の傾きがｃ/
ｎ2を示す。ここで、ｃは真空中の光速である。図２の
特性は、フォトニック結晶の構造、材料等に大きく依存
する。
振動数を示し、ａはフォトニック結晶の周期構造の周期
である。実線は、電磁波がフォトニック結晶の内部にい
るときのｋとωの関係を与えている。角振動数ω2の電
磁波に対してこのフォトニック結晶が示す有効屈折率ｎ
2は、図２の（ｋ2，ω2）の組み合わせから、関係式ω2
＝ｃｋ2/ｎ2を用いて与えられ、図２の点線の傾きがｃ/
ｎ2を示す。ここで、ｃは真空中の光速である。図２の
特性は、フォトニック結晶の構造、材料等に大きく依存
する。
【００２６】角振動数ω2の電磁波を屈折率ｎ0の部材０
（空気中、あるいは真空中を含む）から有効屈折率ｎ2
のフォトニック結晶２００に入射させる場合に、フォト
ニック結晶２００とは構造が異なるフォトニック結晶１
００を部材０とフォトニック結晶２００の間に配置す
る。このとき、フォトニック結晶１００の有効屈折率ｎ
1はｎ0＜ｎ1＜ｎ2になるような構造にし、長さｈ1はｎ1
ｈ1＝（２ｍ＋１）λ0/４に設定する。ここで、λ0は角
振動数ω2の真空中での波長である。具体的な構成例
は、後述の実施例で述べる。
（空気中、あるいは真空中を含む）から有効屈折率ｎ2
のフォトニック結晶２００に入射させる場合に、フォト
ニック結晶２００とは構造が異なるフォトニック結晶１
００を部材０とフォトニック結晶２００の間に配置す
る。このとき、フォトニック結晶１００の有効屈折率ｎ
1はｎ0＜ｎ1＜ｎ2になるような構造にし、長さｈ1はｎ1
ｈ1＝（２ｍ＋１）λ0/４に設定する。ここで、λ0は角
振動数ω2の真空中での波長である。具体的な構成例
は、後述の実施例で述べる。
【００２７】フォトニック結晶１００を配置したことに
より、入射波は界面１１０と２１０の２箇所で反射する
成分が現れるが、それらは互いに打ち消すように干渉す
るため全反射率はフォトニック結晶１００がない場合に
比べて減少する。
より、入射波は界面１１０と２１０の２箇所で反射する
成分が現れるが、それらは互いに打ち消すように干渉す
るため全反射率はフォトニック結晶１００がない場合に
比べて減少する。
【００２８】出力側も入力側と同様で、フォトニック結
晶２００から部材０に直接出力すれば反射成分が多い
が、入力側と同様な設計でフォトニック結晶３００を配
置することにより、界面２１１と界面３１０からの反射
波が打ち消しあって反射損失が低減する。
晶２００から部材０に直接出力すれば反射成分が多い
が、入力側と同様な設計でフォトニック結晶３００を配
置することにより、界面２１１と界面３１０からの反射
波が打ち消しあって反射損失が低減する。
【００２９】（実施例２）先に従来技術として示したよ
うに、１枚の基板上に複数のフォトニック結晶素子を配
置した集積フォトニック結晶素子の提案（例えば、特開
２０００−５６１４６号公報、ＵＳ６,２７８,１０５
Ｂ１）では、入出力部での反射損失を考慮していない。
また、一枚の基板上に集積されたフォトニック結晶素子
群のそれぞれの素子での伝搬特性は一般には互いに異な
るが、その接続点での反射の問題に対しても何らの考慮
も為されていない。
うに、１枚の基板上に複数のフォトニック結晶素子を配
置した集積フォトニック結晶素子の提案（例えば、特開
２０００−５６１４６号公報、ＵＳ６,２７８,１０５
Ｂ１）では、入出力部での反射損失を考慮していない。
また、一枚の基板上に集積されたフォトニック結晶素子
群のそれぞれの素子での伝搬特性は一般には互いに異な
るが、その接続点での反射の問題に対しても何らの考慮
も為されていない。
【００３０】本発明を用いれば、この反射を低減でき
る。それに対する実施例を示したのが図３である。図１
と異なる点は、電磁波を透過させるフォトニック結晶素
子本体がフォトニック結晶２００だけでなく、フォトニ
ック結晶４００を含むことである。フォトニック結晶２
００と４００は、一般的には異なる伝搬特性を持つので
有効屈折率も異なる。したがって、フォトニック結晶２
００と４００を直接接続すると、一般的には界面で反射
を生ずる。これを低減するためには、フォトニック結晶
２００と有効屈折率ｎ4の４００の間にフォトニック結
晶３５０を配置し、有効屈折率ｎ35が可能な限りｎ35 2
＝ｎ2ｎ4を満たすように設計して、フォトニック結晶３
５０の長さｈ35がｎ35ｈ35＝（２ｍ＋１）λ0/４を満た
すようにすれば良い。
る。それに対する実施例を示したのが図３である。図１
と異なる点は、電磁波を透過させるフォトニック結晶素
子本体がフォトニック結晶２００だけでなく、フォトニ
ック結晶４００を含むことである。フォトニック結晶２
００と４００は、一般的には異なる伝搬特性を持つので
有効屈折率も異なる。したがって、フォトニック結晶２
００と４００を直接接続すると、一般的には界面で反射
を生ずる。これを低減するためには、フォトニック結晶
２００と有効屈折率ｎ4の４００の間にフォトニック結
晶３５０を配置し、有効屈折率ｎ35が可能な限りｎ35 2
＝ｎ2ｎ4を満たすように設計して、フォトニック結晶３
５０の長さｈ35がｎ35ｈ35＝（２ｍ＋１）λ0/４を満た
すようにすれば良い。
【００３１】フォトニック結晶４００からの出力部もま
ったく同様で、フォトニック結晶４００と部材０の間に
フォトニック結晶３６０を配置し、有効屈折率ｎ36が可
能な限りｎ36 2＝ｎ0ｎ4を満たすように設計して、フォ
トニック結晶３６０の長さｈ 36がｎ36ｈ36＝（２ｍ＋
１）λ0/４を満たすようにすれば良い。
ったく同様で、フォトニック結晶４００と部材０の間に
フォトニック結晶３６０を配置し、有効屈折率ｎ36が可
能な限りｎ36 2＝ｎ0ｎ4を満たすように設計して、フォ
トニック結晶３６０の長さｈ 36がｎ36ｈ36＝（２ｍ＋
１）λ0/４を満たすようにすれば良い。
【００３２】本実施例では、２個のフォトニック結晶素
子を直列に接続した場合に反射波を低減する方法を述べ
たが、まったく同様にして３個以上のフォトニック結晶
素子を直列接続した場合でも反射波を低減できる。
子を直列に接続した場合に反射波を低減する方法を述べ
たが、まったく同様にして３個以上のフォトニック結晶
素子を直列接続した場合でも反射波を低減できる。
【００３３】（実施例３）上記実施例１においては、フ
ォトニック結晶２００とは構造の異なるフォトニック結
晶１００を配置することにより反射損失を低減できるこ
とを述べたが、フォトニック結晶１００の実際の構造は
様々なものが考えられ、また最適な構造はフォトニック
結晶２００の構造にも依存する。
ォトニック結晶２００とは構造の異なるフォトニック結
晶１００を配置することにより反射損失を低減できるこ
とを述べたが、フォトニック結晶１００の実際の構造は
様々なものが考えられ、また最適な構造はフォトニック
結晶２００の構造にも依存する。
【００３４】したがって、フォトニック結晶１００の構
造・材料を一意的に限定することはできない。本実施例
では、２次元フォトニック結晶の線欠陥導波路に対する
反射防止層の一例を述べる。
造・材料を一意的に限定することはできない。本実施例
では、２次元フォトニック結晶の線欠陥導波路に対する
反射防止層の一例を述べる。
【００３５】２次元フォトニック結晶の線欠陥導波路の
一例は、「M. Notomi他著、Electronics Letters、Vol.
37、No.5、pp.293296（2001）」に示されているが、反
射損失低減のための処置は施されていない。２次元フォ
トニック結晶の線欠陥導波路に対する反射損失低減のた
めの構造を、図４に示す。図中、（ａ）は上面図、
（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。
一例は、「M. Notomi他著、Electronics Letters、Vol.
37、No.5、pp.293296（2001）」に示されているが、反
射損失低減のための処置は施されていない。２次元フォ
トニック結晶の線欠陥導波路に対する反射損失低減のた
めの構造を、図４に示す。図中、（ａ）は上面図、
（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。
【００３６】図４の（ａ）において、２２１が２次元フ
ォトニック結晶２００の領域での線欠陥導波路である。
本構造は、図４の（ｂ）に示すように、基板４１１上に
積層されたコア層４１２、例えば、ＳiＯ2基板とそれに
積層されたＳi膜からなる。フォトニック結晶構造は、
Ｓi膜に穴を開けることにより作製される。波長１.５５
μｍの光の伝搬を考えた場合は、Ｓi膜の厚さと穴のピ
ッチが数百ｎｍ程度になる。Ｓi膜面内で線欠陥に垂直
な方向は穴の周期配列のためバンドギャップが形成さ
れ、１.５５μｍの光は伝搬できない。線欠陥に沿って
は周期構造がなくなっているので導波可能である。
ォトニック結晶２００の領域での線欠陥導波路である。
本構造は、図４の（ｂ）に示すように、基板４１１上に
積層されたコア層４１２、例えば、ＳiＯ2基板とそれに
積層されたＳi膜からなる。フォトニック結晶構造は、
Ｓi膜に穴を開けることにより作製される。波長１.５５
μｍの光の伝搬を考えた場合は、Ｓi膜の厚さと穴のピ
ッチが数百ｎｍ程度になる。Ｓi膜面内で線欠陥に垂直
な方向は穴の周期配列のためバンドギャップが形成さ
れ、１.５５μｍの光は伝搬できない。線欠陥に沿って
は周期構造がなくなっているので導波可能である。
【００３７】この２次元フォトニック結晶線欠陥導波路
の入力損失を低減するため、フォトニック結晶１００の
領域における線欠陥導波路上に半径ｒ1の穴をコア層に
開ける。半径ｒ1の穴の開いた導波部１２１は、領域２
００の導波路２２１よりも穴を開けた分だけ平均として
屈折率が小さくなるので、ｎ0＜ｎ1＜ｎ2の関係を満た
すことが可能になり、領域１００の長さｈ1をｎ1ｈ1＝
（２ｍ＋１）λ0/４になるように設定すれば入射損失を
低減できる。半径ｒ1の大きさは、可能な限りｎ1 2＝ｎ
0ｎ2を満たすように決定する。
の入力損失を低減するため、フォトニック結晶１００の
領域における線欠陥導波路上に半径ｒ1の穴をコア層に
開ける。半径ｒ1の穴の開いた導波部１２１は、領域２
００の導波路２２１よりも穴を開けた分だけ平均として
屈折率が小さくなるので、ｎ0＜ｎ1＜ｎ2の関係を満た
すことが可能になり、領域１００の長さｈ1をｎ1ｈ1＝
（２ｍ＋１）λ0/４になるように設定すれば入射損失を
低減できる。半径ｒ1の大きさは、可能な限りｎ1 2＝ｎ
0ｎ2を満たすように決定する。
【００３８】有効屈折率ｎ1を所望の値にするために、
導波部１２１に開けた穴にコア層よりも小さい屈折率の
材料を埋め込むことも可能である。本例ではコア層に屈
折率約３.４のＳiを用いており、埋め込み材料としては
屈折率２.０〜２.３のＴiＯ2、Ｔa2Ｏ5、ＺnＳ等を挙げ
ることが出来る。
導波部１２１に開けた穴にコア層よりも小さい屈折率の
材料を埋め込むことも可能である。本例ではコア層に屈
折率約３.４のＳiを用いており、埋め込み材料としては
屈折率２.０〜２.３のＴiＯ2、Ｔa2Ｏ5、ＺnＳ等を挙げ
ることが出来る。
【００３９】以上、入力部側について述べたが、出力部
側のフォトニック結晶３００についても、入力部側と同
様な処理をすればよい。
側のフォトニック結晶３００についても、入力部側と同
様な処理をすればよい。
【００４０】なお、図４中、２１０はフォトニック結晶
１００と２００の界面、２１１はフォトニック結晶２０
０と３００の界面を示すが、必ずしも物理的に明確に存
在するものでなく、説明の便宜上に設けた線である。ま
た、１１０はフォトニック結晶１００と入力側媒体の界
面、３１０はフォトニック結晶３００と出力側の媒体の
界面を示す。
１００と２００の界面、２１１はフォトニック結晶２０
０と３００の界面を示すが、必ずしも物理的に明確に存
在するものでなく、説明の便宜上に設けた線である。ま
た、１１０はフォトニック結晶１００と入力側媒体の界
面、３１０はフォトニック結晶３００と出力側の媒体の
界面を示す。
【００４１】（実施例４）フォトニック結晶２００が点
欠陥導波路を持った２次元フォトニック結晶の例を、図
５に示す。
欠陥導波路を持った２次元フォトニック結晶の例を、図
５に示す。
【００４２】本実施例では、例えば、基板にＳiＯ2、コ
ア層にＴiＯ2、Ｔa2Ｏ5、ＺnＳ等を選ぶことが可能であ
る。図５中の黒丸（●）で示す部分は、コア層に穴を開
けた後にコア層よりも屈折率が高い材料を埋め込んだ状
態を示す。コア層に屈折率が約３.４のＳiを選んだ場合
は、それよりも屈折率の高いＧaＡsやポリマーを埋め込
み材に用いる。コア層にＴiＯ2、Ｔa2Ｏ5、ＺnＳ等の屈
折率が２.０〜２.３のものを選んだ場合は、埋め込み材
にはＳi, ＧaＡs, ポリマー等を用いる。
ア層にＴiＯ2、Ｔa2Ｏ5、ＺnＳ等を選ぶことが可能であ
る。図５中の黒丸（●）で示す部分は、コア層に穴を開
けた後にコア層よりも屈折率が高い材料を埋め込んだ状
態を示す。コア層に屈折率が約３.４のＳiを選んだ場合
は、それよりも屈折率の高いＧaＡsやポリマーを埋め込
み材に用いる。コア層にＴiＯ2、Ｔa2Ｏ5、ＺnＳ等の屈
折率が２.０〜２.３のものを選んだ場合は、埋め込み材
にはＳi, ＧaＡs, ポリマー等を用いる。
【００４３】フォトニック結晶２００の導波部２２１に
は、図５に示すように、丸印（●）の部分がない点欠陥
が周期３ａで形成されており、この点欠陥を伝わって導
波が可能である。この伝搬特性をｋ（波数）−ω（角周
波数）の分散関係で模式的に示したものが、図６であ
る。ｘ方向（太い実線）とｙ方向（細い実線）の特性を
同じ軸に示す。
は、図５に示すように、丸印（●）の部分がない点欠陥
が周期３ａで形成されており、この点欠陥を伝わって導
波が可能である。この伝搬特性をｋ（波数）−ω（角周
波数）の分散関係で模式的に示したものが、図６であ
る。ｘ方向（太い実線）とｙ方向（細い実線）の特性を
同じ軸に示す。
【００４４】ｙ方向に関しては周期ａなので、フォトニ
ック結晶の一般的性質として、ｋｙ＝ｎπ/ａにバンド
ギャップが現れ（図６の細い実線）、また、ｘ方向には
周期が３ａなのでバンドギャップは、ｋｘ＝ｎπ/３ａ
に現れる（図６の太い実線）。ただし、ｎ＝±１、±
２、±３、．．．である。
ック結晶の一般的性質として、ｋｙ＝ｎπ/ａにバンド
ギャップが現れ（図６の細い実線）、また、ｘ方向には
周期が３ａなのでバンドギャップは、ｋｘ＝ｎπ/３ａ
に現れる（図６の太い実線）。ただし、ｎ＝±１、±
２、±３、．．．である。
【００４５】その結果、角振動数ω0周辺のように、ｙ
方向には伝搬できなくてｘ方向には伝搬できる周波数領
域が存在する。
方向には伝搬できなくてｘ方向には伝搬できる周波数領
域が存在する。
【００４６】領域１００は、領域２００への入射波の損
失を低減するためのもので、導波部１２１は丸印の高屈
折材料がない。その結果、導波部１２１のｘ方向に対す
る有効屈折率は、高屈折率材料を含んだ導波部２２１の
ｘ方向の有効屈折率よりも小さくなる。導波部１２１の
ｘ方向に対する伝搬特性は、図６の太い点線で模式的に
示されている。以上の条件から、ｎ0＜ｎ1＜ｎ2の関係
を満たすことが可能になり反射防止層を形成できる。
失を低減するためのもので、導波部１２１は丸印の高屈
折材料がない。その結果、導波部１２１のｘ方向に対す
る有効屈折率は、高屈折率材料を含んだ導波部２２１の
ｘ方向の有効屈折率よりも小さくなる。導波部１２１の
ｘ方向に対する伝搬特性は、図６の太い点線で模式的に
示されている。以上の条件から、ｎ0＜ｎ1＜ｎ2の関係
を満たすことが可能になり反射防止層を形成できる。
【００４７】以上、入力部側について述べたが、出力部
側についても同様な構造にすればよい。
側についても同様な構造にすればよい。
【００４８】（実施例５）全反射率を最低にするための
最適条件はｎ1 2＝ｎ0ｎ2であるため、領域１００の有
効屈折率ｎ1を調整する必要がある。図７に示すよう
に、領域１００の導波部分に半径ｒ1の穴をコア層に開
けて、コア層よりも屈折率が高い材料を埋め込んで有効
屈折率を上げる、あるいは何も埋め込まないか低屈折材
料を埋め込んで有効屈折率を下げるといったことも可能
である。
最適条件はｎ1 2＝ｎ0ｎ2であるため、領域１００の有
効屈折率ｎ1を調整する必要がある。図７に示すよう
に、領域１００の導波部分に半径ｒ1の穴をコア層に開
けて、コア層よりも屈折率が高い材料を埋め込んで有効
屈折率を上げる、あるいは何も埋め込まないか低屈折材
料を埋め込んで有効屈折率を下げるといったことも可能
である。
【００４９】コア層にＴiＯ2やＺnＳに選んだ場合は、
高屈折材料にＳi等を、低屈折材料にＴa2Ｏ5等を用いる
ことが出来る。コア層にＳiを選んだ場合は、高屈折材
にＧaＡsやポリマー等を、低屈折材にＴiＯ2、Ｔa
2Ｏ5、ＺnＳ等を用いることができる。
高屈折材料にＳi等を、低屈折材料にＴa2Ｏ5等を用いる
ことが出来る。コア層にＳiを選んだ場合は、高屈折材
にＧaＡsやポリマー等を、低屈折材にＴiＯ2、Ｔa
2Ｏ5、ＺnＳ等を用いることができる。
【００５０】以上、入力部について述べたが、出力部に
ついても同様な構造にすればよい。
ついても同様な構造にすればよい。
【００５１】（実施例６）反射損失を低減するために配
置する領域１００は、フォトニック結晶素子の本体であ
る領域２００よりも有効屈折率が小さい必要がある。そ
のための一つの方法として、領域１００の周期構造のピ
ッチを領域２００のピッチよりも小さくすることによっ
て達成することが可能である。点欠陥導波路の場合の一
例を、図８に示す。
置する領域１００は、フォトニック結晶素子の本体であ
る領域２００よりも有効屈折率が小さい必要がある。そ
のための一つの方法として、領域１００の周期構造のピ
ッチを領域２００のピッチよりも小さくすることによっ
て達成することが可能である。点欠陥導波路の場合の一
例を、図８に示す。
【００５２】導波路部分の周期は、領域２００では３
ａ、領域１００では２ａである。領域１００では領域２
００に比べて屈折率の高い（黒丸印（●）で示す）部分
の割合が減るので、領域１００での有効屈折率は領域２
００よりも低く、反射防止層を形成するための条件が満
たされる。
ａ、領域１００では２ａである。領域１００では領域２
００に比べて屈折率の高い（黒丸印（●）で示す）部分
の割合が減るので、領域１００での有効屈折率は領域２
００よりも低く、反射防止層を形成するための条件が満
たされる。
【００５３】（実施例７）実施例４では、周期構造を作
るための埋め込み材料にコア層よりも屈折率が高い材料
を用いたが、逆に埋め込み材料にコア材よりも屈折率の
低いものを用いることも可能である。例えば、基板を屈
折率約１.５のＳiＯ2、コア材に屈折率約３.４のＳi等
を用いて、埋め込み材に屈折率が２.０〜２.３程度のＴ
iＯ2、Ｔa2Ｏ5、ＺnＳ等、あるいはＳiＯ2を用いること
ができる。また、埋め込み材の部分はコア層に穴を開け
るだけで何も埋め込まない方法もある。
るための埋め込み材料にコア層よりも屈折率が高い材料
を用いたが、逆に埋め込み材料にコア材よりも屈折率の
低いものを用いることも可能である。例えば、基板を屈
折率約１.５のＳiＯ2、コア材に屈折率約３.４のＳi等
を用いて、埋め込み材に屈折率が２.０〜２.３程度のＴ
iＯ2、Ｔa2Ｏ5、ＺnＳ等、あるいはＳiＯ2を用いること
ができる。また、埋め込み材の部分はコア層に穴を開け
るだけで何も埋め込まない方法もある。
【００５４】本実施例を模式的に示したものが、図９で
ある。図中、コア層に黒丸（●）で示す部分が埋め込み
材を表している。導波部２２１は、黒丸（●）で示す部
分が抜けており点欠陥導波路になっている。図中、反射
防止層１００及び３００の導波部１２１、３２１の白丸
（〇）で示す部分は、黒丸（●）で示す部分の材料より
も小さい屈折率の材料を用いて導波部１２１、３２１の
有効屈折率が２２１の有効屈折率よりも小さくなるよう
にする。例えば、コア層にＳi、黒丸（●）で示す部分
の材料にＴiＯ2、白丸（〇）で示す部分の材料にＴa2Ｏ
5を用いる。
ある。図中、コア層に黒丸（●）で示す部分が埋め込み
材を表している。導波部２２１は、黒丸（●）で示す部
分が抜けており点欠陥導波路になっている。図中、反射
防止層１００及び３００の導波部１２１、３２１の白丸
（〇）で示す部分は、黒丸（●）で示す部分の材料より
も小さい屈折率の材料を用いて導波部１２１、３２１の
有効屈折率が２２１の有効屈折率よりも小さくなるよう
にする。例えば、コア層にＳi、黒丸（●）で示す部分
の材料にＴiＯ2、白丸（〇）で示す部分の材料にＴa2Ｏ
5を用いる。
【００５５】（実施例８）フォトニック結晶は、微細な
構造からなり、塵やほこりは大敵である。図１０に示す
ように、本発明によるフォトニック結晶素子２００を含
む光モジュールを容器５００の中に固定し密閉すること
により、この問題を排除する。
構造からなり、塵やほこりは大敵である。図１０に示す
ように、本発明によるフォトニック結晶素子２００を含
む光モジュールを容器５００の中に固定し密閉すること
により、この問題を排除する。
【００５６】図１０に示すように、容器内に装填された
光モジュールにおいて、光ファイバ６２１からの入力光
をレンズ６１１により収束してフォトニック結晶素子２
００に入力し、フォトニック結晶２００からの出力光
は、レンズ６１２により光ファイバ６２２に導かれる。
このような構成にすることにより、塵埃等の問題を排除
することができる。
光モジュールにおいて、光ファイバ６２１からの入力光
をレンズ６１１により収束してフォトニック結晶素子２
００に入力し、フォトニック結晶２００からの出力光
は、レンズ６１２により光ファイバ６２２に導かれる。
このような構成にすることにより、塵埃等の問題を排除
することができる。
【００５７】（実施例９）フォトニック結晶の、ある電
磁波に対する実効的な屈折率は、フォトニック結晶を形
作る材料及び構造により決定される。したがって、設計
により所望の屈折率を得ることが原理的に可能である。
実施例７までは、この原理を用いて、フォトニック結晶
素子に屈折率の設計を施したフォトニック結晶からなる
反射防止層を配置した。しかしながら、本発明はさらに
広範囲に適用可能で、任意の光学素子の反射防止層にフ
ォトニック結晶を用いることができる。
磁波に対する実効的な屈折率は、フォトニック結晶を形
作る材料及び構造により決定される。したがって、設計
により所望の屈折率を得ることが原理的に可能である。
実施例７までは、この原理を用いて、フォトニック結晶
素子に屈折率の設計を施したフォトニック結晶からなる
反射防止層を配置した。しかしながら、本発明はさらに
広範囲に適用可能で、任意の光学素子の反射防止層にフ
ォトニック結晶を用いることができる。
【００５８】図１１は、任意の部材２５０にフォトニッ
ク結晶からなる反射防止層１００と３００を配置したも
のである。この配置は基本的に実施例１と同様である
が、反射防止層を付ける部材２５０がフォトニック結晶
に限定せず、一般の部材を表している。フォトニック結
晶１００と３００の構造は実施例７までに示した様に色
々な方法で適用可能である。
ク結晶からなる反射防止層１００と３００を配置したも
のである。この配置は基本的に実施例１と同様である
が、反射防止層を付ける部材２５０がフォトニック結晶
に限定せず、一般の部材を表している。フォトニック結
晶１００と３００の構造は実施例７までに示した様に色
々な方法で適用可能である。
【００５９】以上、２次元スラブ型導波路に穴を開けた
円孔型のフォトニック結晶を例に反射防止層の設計指針
を述べたが、円柱型や３次元のウッドパイル型といった
他のあらゆるフォトニック結晶に対しても、上記の方法
はそのまま適用される。
円孔型のフォトニック結晶を例に反射防止層の設計指針
を述べたが、円柱型や３次元のウッドパイル型といった
他のあらゆるフォトニック結晶に対しても、上記の方法
はそのまま適用される。
【００６０】本発明は、フォトニック結晶の伝搬特性お
よび有効屈折率が設計可能である性質を利用して反射防
止層を構成しようとするものである。通常用いられる反
射防止膜は、材料固有の屈折率を用いるためこのような
自由度はない。フォトニック結晶は特徴的な構造をして
いるため、あるいは集積されている等の理由で通常の反
射防止膜をコーティングできない場合がある。
よび有効屈折率が設計可能である性質を利用して反射防
止層を構成しようとするものである。通常用いられる反
射防止膜は、材料固有の屈折率を用いるためこのような
自由度はない。フォトニック結晶は特徴的な構造をして
いるため、あるいは集積されている等の理由で通常の反
射防止膜をコーティングできない場合がある。
【００６１】本発明では、反射防止層をフォトニック結
晶素子本体に直接作りこむため、通常の反射防止膜コー
ティングが出来ない場合でも作製可能であり、この点と
有効屈折率が設計可能な点が従来からよく知られている
反射防止膜とは異なる。
晶素子本体に直接作りこむため、通常の反射防止膜コー
ティングが出来ない場合でも作製可能であり、この点と
有効屈折率が設計可能な点が従来からよく知られている
反射防止膜とは異なる。
【００６２】以上、本発明を整理すると、次のようにな
る。
る。
【００６３】（１） 電磁波を伝搬するフォトニック結
晶部材において、入力部または出力部に構造の異なるフ
ォトニック結晶の領域を配置し、該フォトニック結晶部
材本体からの出力強度を該領域がない場合に比べて大き
くすることを特徴とするフォトニック結晶部材。
晶部材において、入力部または出力部に構造の異なるフ
ォトニック結晶の領域を配置し、該フォトニック結晶部
材本体からの出力強度を該領域がない場合に比べて大き
くすることを特徴とするフォトニック結晶部材。
【００６４】（２） 前記（１）のフォトニック結晶部
材本体は、１次元あるいは２次元あるいは３次元フォト
ニック結晶であることを特徴とするフォトニック結晶部
材。
材本体は、１次元あるいは２次元あるいは３次元フォト
ニック結晶であることを特徴とするフォトニック結晶部
材。
【００６５】（３） 前記（１）のフォトニック結晶部
材の入出力に配置されたフォトニック結晶は、１次元あ
るいは２次元あるいは３次元フォトニック結晶であるこ
とを特徴とするフォトニック結晶部材。
材の入出力に配置されたフォトニック結晶は、１次元あ
るいは２次元あるいは３次元フォトニック結晶であるこ
とを特徴とするフォトニック結晶部材。
【００６６】（４） 前記（１）のフォトニック結晶部
材に伝搬させる電磁波は、光、紫外光、可視光、赤外
光、ミリ波、マイクロ波であることを特徴とするフォト
ニック結晶部材。
材に伝搬させる電磁波は、光、紫外光、可視光、赤外
光、ミリ波、マイクロ波であることを特徴とするフォト
ニック結晶部材。
【００６７】（５） 前記（１）のフォトニック結晶部
材において、導波する電磁波に対して入力部または出力
部に配置されたフォトニック結晶が実効的に示す屈折率
は、フォトニック結晶部材本体が実効的に示す屈折率よ
りも小さいことを特徴とするフォトニック結晶部材。
材において、導波する電磁波に対して入力部または出力
部に配置されたフォトニック結晶が実効的に示す屈折率
は、フォトニック結晶部材本体が実効的に示す屈折率よ
りも小さいことを特徴とするフォトニック結晶部材。
【００６８】（６） 前記（１）のフォトニック結晶部
材は、線欠陥導波路を含むことを特徴とするフォトニッ
ク結晶部材。
材は、線欠陥導波路を含むことを特徴とするフォトニッ
ク結晶部材。
【００６９】（７） 前記（６）のフォトニック結晶部
材の入出力部に配置されたフォトニック結晶の導波部分
は、空洞部が設けられているか、あるいは該空洞部に導
波路を構成する部材よりも低い屈折率を持った部材を埋
め込んだ構造をしていることを特徴とするフォトニック
結晶部材。
材の入出力部に配置されたフォトニック結晶の導波部分
は、空洞部が設けられているか、あるいは該空洞部に導
波路を構成する部材よりも低い屈折率を持った部材を埋
め込んだ構造をしていることを特徴とするフォトニック
結晶部材。
【００７０】（８） 前記（１）のフォトニック結晶部
材は、点欠陥導波路を含むことを特徴とするフォトニッ
ク結晶部材。
材は、点欠陥導波路を含むことを特徴とするフォトニッ
ク結晶部材。
【００７１】（９） 前記（８）のフォトニック結晶部
材の入出力部に配置されたフォトニック結晶の導波部分
は、線欠陥導波路であることを特徴とするフォトニック
結晶部材。
材の入出力部に配置されたフォトニック結晶の導波部分
は、線欠陥導波路であることを特徴とするフォトニック
結晶部材。
【００７２】（１０） 前記（８）のフォトニック結晶
部材の入出力部に配置されたフォトニック結晶の導波部
分は、空洞部が設けられているか、あるいは該空洞部に
導波路を構成する部材とは異なる屈折率を持った部材を
埋め込んだ構造をしていることを特徴とするフォトニッ
ク結晶部材。
部材の入出力部に配置されたフォトニック結晶の導波部
分は、空洞部が設けられているか、あるいは該空洞部に
導波路を構成する部材とは異なる屈折率を持った部材を
埋め込んだ構造をしていることを特徴とするフォトニッ
ク結晶部材。
【００７３】（１１） 前記（１）のフォトニック結晶
部材本体は、周期的な構造からなり、前記入力部または
出力部の領域ではその周期が該本体とは異なることを特
徴とするフォトニック結晶部材。
部材本体は、周期的な構造からなり、前記入力部または
出力部の領域ではその周期が該本体とは異なることを特
徴とするフォトニック結晶部材。
【００７４】（１２） 前記（１）のフォトニック結晶
部材本体は、周期的な構造からなり、前記入力部または
出力部の領域ではその周期性を形作る構造の大きさが該
本体とは異なることを特徴とするフォトニック結晶部
材。
部材本体は、周期的な構造からなり、前記入力部または
出力部の領域ではその周期性を形作る構造の大きさが該
本体とは異なることを特徴とするフォトニック結晶部
材。
【００７５】（１３） 前記（１）のフォトニック結晶
部材本体は、周期的な構造からなり、前記入力部または
出力部の領域ではその周期性を形作る構造の材料の少な
くともひとつが該本体とは異なることを特徴とするフォ
トニック結晶部材。
部材本体は、周期的な構造からなり、前記入力部または
出力部の領域ではその周期性を形作る構造の材料の少な
くともひとつが該本体とは異なることを特徴とするフォ
トニック結晶部材。
【００７６】（１４） 前記（１）のフォトニック結晶
部材本体において、周期的な構造中に周期性を中断する
部分があることを特徴とするフォトニック結晶部材。
部材本体において、周期的な構造中に周期性を中断する
部分があることを特徴とするフォトニック結晶部材。
【００７７】（１５） 前記（１）のフォトニック結晶
部材は、それ全体を被う容器に固定されていることを特
徴とするフォトニック結晶部材。
部材は、それ全体を被う容器に固定されていることを特
徴とするフォトニック結晶部材。
【００７８】（１６） 電磁波を伝搬する部材におい
て、入力部または出力部にフォトニック結晶の領域を配
置し、該部材本体からの出力強度を該フォトニック結晶
領域がない場合に比べて大きくすることを特徴とする部
材。
て、入力部または出力部にフォトニック結晶の領域を配
置し、該部材本体からの出力強度を該フォトニック結晶
領域がない場合に比べて大きくすることを特徴とする部
材。
【００７９】（１７） 前記（１６）の部材の入出力に
配置されたフォトニック結晶は、１次元あるいは２次元
あるいは３次元フォトニック結晶であることを特徴とす
る部材。
配置されたフォトニック結晶は、１次元あるいは２次元
あるいは３次元フォトニック結晶であることを特徴とす
る部材。
【００８０】（１８） 前記（１６）の部材に伝搬させ
る電磁波は、光、紫外光、可視光、赤外光、ミリ波、マ
イクロ波であることを特徴とする部材。
る電磁波は、光、紫外光、可視光、赤外光、ミリ波、マ
イクロ波であることを特徴とする部材。
【００８１】（１９） 前記（１６）の部材において、
導波する電磁波に対して入力部または出力部に配置され
たフォトニック結晶が実効的に示す屈折率は、該部材本
体が示す屈折率よりも小さいことを特徴とする部材。
導波する電磁波に対して入力部または出力部に配置され
たフォトニック結晶が実効的に示す屈折率は、該部材本
体が示す屈折率よりも小さいことを特徴とする部材。
【００８２】（２０） 前記（１６）の部材の入出力部
に配置されたフォトニック結晶の導波部分は、空洞部が
設けられているか、あるいは該空洞部に導波路を構成す
る部材とは異なる部材を埋め込んだ構造をしていること
を特徴とするフォトニック結晶部材。
に配置されたフォトニック結晶の導波部分は、空洞部が
設けられているか、あるいは該空洞部に導波路を構成す
る部材とは異なる部材を埋め込んだ構造をしていること
を特徴とするフォトニック結晶部材。
【００８３】（２１） 前記（１６）の部材の入出力部
に配置されたフォトニック結晶の導波部分は、線欠陥導
波路であることを特徴とする部材。
に配置されたフォトニック結晶の導波部分は、線欠陥導
波路であることを特徴とする部材。
【００８４】（２２） 前記（１６）の部材は、それ全
体を被う容器に固定されていることを特徴とする部材。
体を被う容器に固定されていることを特徴とする部材。
【００８５】（２３） ２個以上のフォトニック結晶を
直列に配置した集積素子において、それぞれのフォトニ
ック結晶の間に構造の異なるフォトニック結晶を配置
し、該配置したフォトニック結晶がない場合に比べて出
力強度が大きくなることを特徴とするフォトニック結晶
集積素子。
直列に配置した集積素子において、それぞれのフォトニ
ック結晶の間に構造の異なるフォトニック結晶を配置
し、該配置したフォトニック結晶がない場合に比べて出
力強度が大きくなることを特徴とするフォトニック結晶
集積素子。
【００８６】
【発明の効果】本発明によれば、フォトニック結晶の入
出力部にフォトニック結晶からなる反射防止層を配置す
ることにより、反射損失を大幅に低減可能なフォトニッ
ク結晶部材を実現できる。
出力部にフォトニック結晶からなる反射防止層を配置す
ることにより、反射損失を大幅に低減可能なフォトニッ
ク結晶部材を実現できる。
【図１】本発明に関わる実施例１の反射防止層を有する
フォトニック結晶部材を示す図。
フォトニック結晶部材を示す図。
【図２】フォトニック結晶の特性を模式的に示す図。
【図３】本発明に関わる実施例２の反射防止層を有する
直列のフォトニック結晶群を示す図。
直列のフォトニック結晶群を示す図。
【図４】本発明に関わる実施例３の線欠陥導波路を含ん
だフォトニック結晶に反射防止層を配置した部材を示す
図。
だフォトニック結晶に反射防止層を配置した部材を示す
図。
【図５】本発明に関わる実施例４の点欠陥導波路を含ん
だフォトニック結晶に反射防止層を配置した部材を示す
図。
だフォトニック結晶に反射防止層を配置した部材を示す
図。
【図６】図５のフォトニック結晶の特性を模式的に示す
図。
図。
【図７】本発明に関わる実施例５の点欠陥導波路を含ん
だフォトニック結晶に反射防止層を配置した部材を示す
図。
だフォトニック結晶に反射防止層を配置した部材を示す
図。
【図８】本発明に関わる実施例６の点欠陥導波路を含ん
だフォトニック結晶に反射防止層を配置した部材を示す
図。
だフォトニック結晶に反射防止層を配置した部材を示す
図。
【図９】本発明に関わる実施例７の点欠陥導波路を含ん
だフォトニック結晶に反射防止層を配置した部材を示す
図。
だフォトニック結晶に反射防止層を配置した部材を示す
図。
【図１０】本発明に関わる実施例８のフォトニック結晶
素子を容器の中に配置した構成を示す図。
素子を容器の中に配置した構成を示す図。
【図１１】本発明に関わる実施例９のフォトニック結晶
からなる反射防止層を有する部材を示す図。
からなる反射防止層を有する部材を示す図。
１００：フォトニック結晶、１１０：フォトニック結晶
１００と入力側媒体の界面、１２１：フォトニック結晶
１００内に設けられた導波路、２００：フォトニック結
晶、２１０：フォトニック結晶１００と２００の界面、
２１１：フォトニック結晶２００と３００の界面、２２
１：フォトニック２００結晶内に設けられた導波路、２
５０：任意の部材、３００：フォトニック結晶、３１
０：フォトニック結晶３００と出力側の媒体の界面、３
２１：フォトニック結晶３００内に設けられた導波路、
３５０：フォトニック結晶、３６０：フォトニック結
晶、４００：フォトニック結晶、４１１：基板、４１
２：コア層、５００：フォトニック結晶素子全体を被う
容器、６１１：レンズ、６１２：レンズ、６２１：光フ
ァイバ、６２２：光ファイバ。
１００と入力側媒体の界面、１２１：フォトニック結晶
１００内に設けられた導波路、２００：フォトニック結
晶、２１０：フォトニック結晶１００と２００の界面、
２１１：フォトニック結晶２００と３００の界面、２２
１：フォトニック２００結晶内に設けられた導波路、２
５０：任意の部材、３００：フォトニック結晶、３１
０：フォトニック結晶３００と出力側の媒体の界面、３
２１：フォトニック結晶３００内に設けられた導波路、
３５０：フォトニック結晶、３６０：フォトニック結
晶、４００：フォトニック結晶、４１１：基板、４１
２：コア層、５００：フォトニック結晶素子全体を被う
容器、６１１：レンズ、６１２：レンズ、６２１：光フ
ァイバ、６２２：光ファイバ。
Claims (10)
- 【請求項１】電磁波を伝播させるフォトニック結晶部材
にあって、その電磁波の反射防止用にフォトニック結晶
を設けてなることを特徴とするフォトニック結晶部材。 - 【請求項２】フォトニック結晶部材を用いて電磁波を伝
播させ導波するフォトニック結晶導波路にあって、前記
結晶部材の電磁波入力側もしくは出力側に前記結晶部材
とは構造の異なるフォトニック結晶の領域を配設し、前
記結晶部材からの出力強度を前記領域がない場合に比べ
て大きくするよう構成したことを特徴とするフォトニッ
ク結晶導波路。 - 【請求項３】導波する電磁波に対して前記入力側もしく
は出力側の前記領域に配置されたフォトニック結晶が実
効的に示す屈折率は、前記結晶部材が実効的に示す屈折
率よりも小さいことを特徴とする請求項２記載のフォト
ニック結晶導波路。 - 【請求項４】前記結晶部材、または前記結晶部材の入力
側もしくは出力側の前記領域に配置された前記フォトニ
ック結晶は、１次元もしくは２次元もしくは３次元フォ
トニック結晶であることを特徴とする請求項２記載のフ
ォトニック結晶導波路。 - 【請求項５】前記結晶部材は、線欠陥導波路を含み、前
記結晶部材の入力側もしくは出力側の領域に配置された
前記フォトニック結晶の導波部分は、空洞部が設けられ
ているか、または該空洞部に導波路を構成する部材より
も低い屈折率を有する部材を埋め込んだ構造をしている
ことを特徴とする請求項２記載のフォトニック結晶導波
路。 - 【請求項６】前記結晶部材は、点欠陥導波路を含み、前
記結晶部材の入力側もしくは出力側の前記領域に配置さ
れた前記フォトニック結晶の導波部分は、線欠陥導波路
であることを特徴とする請求項２記載のフォトニック結
晶導波路。 - 【請求項７】前記結晶部材は、点欠陥導波路を含み、前
記結晶部材の入力側もしくは出力側の前記領域に配置さ
れたフォトニック結晶の導波部分は、空洞部が設けられ
ているか、または該空洞部に導波路を構成する部材とは
異なる屈折率を持った部材を埋め込んだ構造をしている
ことを特徴とする請求項２記載のフォトニック結晶導波
路。 - 【請求項８】前記結晶部材は周期的な構造からなり、前
記電磁波入力側もしくは出力側の前記領域では、その周
期、またはその周期性を形作る構造の大きさが前記結晶
部材とは異なることを特徴とする請求項２記載のフォト
ニック結晶導波路。 - 【請求項９】前記結晶部材および前記結晶部材の入力側
もしくは出力側の前記領域に配置された前記フォトニッ
ク結晶は、所定の容器内に配置されていることを特徴と
する請求項２記載のフォトニック結晶導波路。 - 【請求項１０】２個以上のフォトニック結晶部材を直列
に配置し、電磁波を伝播させ導波するフォトニック結晶
導波路にあって、前記結晶部材それぞれの間に前記結晶
部材とは構造の異なるフォトニック結晶を配置し、前記
直列の結晶部材からの出力強度を該フォトニック結晶が
ない場合に比べて大きくなるよう構成したことを特徴と
するフォトニック結晶導波路。
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-
2002
- 2002-03-13 JP JP2002068164A patent/JP3739328B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2002-12-13 US US10/318,103 patent/US6879766B2/en not_active Expired - Fee Related
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