JP2004302457A - 光機能素子、波長可変光フィルタ及び波長可変光源 - Google Patents
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Abstract
【課題】 小型化及び波長選択の高速化を図ることが可能な光機能素子を提供する。
【解決手段】 コア層（１０）が、１次元または２次元方向に強誘電体材料からなる強誘電体部材（４）が周期的に配置されたフォトニック結晶を含む。電極（２、７）が、コア層に電界を印加する。
【選択図】 図１
【解決手段】 コア層（１０）が、１次元または２次元方向に強誘電体材料からなる強誘電体部材（４）が周期的に配置されたフォトニック結晶を含む。電極（２、７）が、コア層に電界を印加する。
【選択図】 図１
Description
本発明は、フォトニック結晶を用いた光機能素子、波長可変光フィルタ及び波長可変光源に関する。
近年のインターネットの爆発的な普及に伴い、基幹通信網を支える伝送装置のチャネル数は増加の一途をたどっている。波長分割多重（ＷＤＭ）方式の波長帯域の拡大及び信号波長間隔の短縮化が望まれている。ＷＤＭ通信方式のレーザ光源として、相互に発振波長が異なる複数の半導体レーザを並列に配置したものが用いられる。
波長選択性を持たないレーザ発振器と波長可変光フィルタとを組み合わせることにより、波長可変レーザ光源を構成することができる。波長可変光フィルタは、例えば、一対の反射鏡の間隔を変えることができるファブリペロー共振器で実現することができる。
複数の半導体レーザを並列に配置する方式では、装置が大型になってしまい、小型化を図ることが困難である。また、ファブリペロー共振器で波長可変光フィルタを実現する方式では、反射鏡を機械的に移動させる必要があるため、波長選択の高速化を図ることが困難である。
本発明の目的は、小型化及び波長選択の高速化を図ることが可能な光機能素子、波長可変光フィルタ及び波長可変光源を提供することである。
本発明の一観点によると、１次元または２次元方向に強誘電体材料からなる強誘電体部材が周期的に配置されたフォトニック結晶を含むコア層と、前記コア層に電界を印加するための電極とを有する光機能素子が提供される。
コア層に電界を印加すると、強誘電体部材の屈折率が変化する。これにより、フォトニック結晶のフォトニックバンド構造が変化する。
本発明の他の観点によると、第１の光フィルタと、前記第１の光フィルタを透過したレーザビームが入射する第２の光フィルタとを有し、前記第１の光フィルタ及び第２の光フィルタの各々は、１次元または２次元方向に、強誘電体材料からなる強誘電体部材が周期的に配置されたフォトニック結晶を含むコア層と、前記コア層に電界を印加する電極とを含み、前記第１及び第２の光フィルタのフォトニック結晶のバンドギャップが、ある波長間隔を隔てて相互に離れている波長可変光フィルタが提供される。
本発明の他の観点によると、第１の光フィルタと、前記第１の光フィルタを透過したレーザビームが入射する第２の光フィルタとを有し、前記第１の光フィルタ及び第２の光フィルタの各々は、１次元または２次元方向に、強誘電体材料からなる強誘電体部材が周期的に配置されたフォトニック結晶を含むコア層と、前記コア層に電界を印加する電極とを含み、前記第１及び第２の光フィルタのフォトニック結晶のバンドギャップが、ある波長間隔を隔てて相互に離れている波長可変光フィルタが提供される。
コア層に電界を印加することにより、第１の光フィルタ及び第２の光フィルタのフォトニック結晶のバンドギャップをシフトさせることができる。第１及び第２の光フィルタのバンドギャップの間の波長の光が、直列に配置された２つの光フィルタを透過する。電界を制御することにより、透過する光の波長を変えることができる。
本発明の他の観点によると、１次元または２次元方向に周期的に配置された第１の部材、及び該第１の部材の間を埋める第２の部材を含み、フォトニック結晶を構成し、該第１の部材及び第２の部材の少なくとも一方は、電界の発生により屈折率を変化させる性質を有する材料で形成されているコア層と、前記コア層に電界を印加するための電極とを有する光機能素子が提供される。
コア層に電界を印加すると、第１の部材及び第２の部材の少なくとも一方の屈折率が変化する。これにより、フォトニック結晶のフォトニックバンド構造が変化する。
本発明の他の観点によると、第１の光フィルタと、前記第１の光フィルタを透過したレーザビームが入射する第２の光フィルタとを有し、前記第１の光フィルタ及び第２の光フィルタの各々は、１次元または２次元方向に周期的に配置された第１の部材、及び該第１の部材の間を埋める充填材を含み、フォトニック結晶を構成し、該第１の部材及び第２の部材の少なくとも一方は、電界の発生により屈折率を変化させる性質を有する材料で形成されているコア層と、前記コア層に電界を印加するための電極とを含み、前記第１及び第２の光フィルタのフォトニック結晶のバンドギャップが、ある波長間隔を隔てて相互に離れている波長可変光フィルタが提供される。
本発明の他の観点によると、第１の光フィルタと、前記第１の光フィルタを透過したレーザビームが入射する第２の光フィルタとを有し、前記第１の光フィルタ及び第２の光フィルタの各々は、１次元または２次元方向に周期的に配置された第１の部材、及び該第１の部材の間を埋める充填材を含み、フォトニック結晶を構成し、該第１の部材及び第２の部材の少なくとも一方は、電界の発生により屈折率を変化させる性質を有する材料で形成されているコア層と、前記コア層に電界を印加するための電極とを含み、前記第１及び第２の光フィルタのフォトニック結晶のバンドギャップが、ある波長間隔を隔てて相互に離れている波長可変光フィルタが提供される。
コア層に電界を印加することにより、第１の光フィルタ及び第２の光フィルタのフォトニック結晶のバンドギャップをシフトさせることができる。第１及び第２の光フィルタのバンドギャップの間の波長の光が、直列に配置された２つの光フィルタを透過する。電界を制御することにより、透過する光の波長を変えることができる。
上記光機能素子においては、機械的な可動部分がないため、小型化及び波長選択の高速化を図ることができる。
図１に、本発明の第１の実施例による光機能素子の断面図を示す。（００１）面が露出したＳｒＴｉＯ３（ＳＴＯ）の単結晶基板１の上に、厚さ２００ｎｍの下部電極２が形成されている。単結晶基板１として、ＬａＡｌＯ３やＭｇＯ等の単結晶酸化物基板を用いてもよい。下部電極２は、例えば白金（Ｐｔ）等の金属またはＳｒＲｕＯ３（ＳＲＯ）等の導電性酸化物で形成される。
下部電極２の上に、ＭｇＯからなる厚さ１μｍの下部クラッド層３が形成されている。下部クラッド層３の上に厚さ２μｍのコア層１０が形成されている。コア層１０は、強誘電体材料からなる強誘電体柱４及び充填材５により構成される。強誘電体柱４は、円柱状の形状を有し、下部クラッド層３の表面の２次元方向に周期的に配置されている。例えば、面内を隙間無く覆う正三角形の頂点（三角格子の交点）に対応する位置に配置される。強誘電体材料として、例えば（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３（ＰＬＺＴ（９／６５／３５））等を使用することができる。充填材５は、例えばＴｉＯ２で形成され、強誘電体柱４の間に充填されている。
コア層１０の上に、ＭｇＯからなる厚さ１μｍの上部クラッド層６が形成されている。上部クラッド層６の上に、Ｐｔ等の金属またはＳＲＯ等の導電性酸化物からなる厚さ２００ｎｍの上部電極７が形成されている。コア層１０の有効屈折率は、下部クラッド層３及び上部クラッド層６の屈折率よりも高い。
図２（Ａ）〜（Ｄ）を参照して、第１の実施例による光機能素子の製造方法を説明する。
図２（Ａ）に示すように、（００１）面が表出したＳＴＯからなる基板１の上に、ＰｔまたはＳＲＯ等からなる厚さ２００ｎｍの下部電極２を、スパッタリングにより形成する。下部電極２の上に、ＭｇＯからなる厚さ１μｍの下部クラッド層３をスパッタリングにより形成する。
図２（Ａ）に示すように、（００１）面が表出したＳＴＯからなる基板１の上に、ＰｔまたはＳＲＯ等からなる厚さ２００ｎｍの下部電極２を、スパッタリングにより形成する。下部電極２の上に、ＭｇＯからなる厚さ１μｍの下部クラッド層３をスパッタリングにより形成する。
図２（Ｂ）に示すように、下部クラッド層３の上に、厚さ２μｍのレジストパターン２０を形成する。レジストパターン２０は、電子ビーム露光用のレジストを塗布し、電子ビーム直接描画及び現像を行うことにより形成される。レジストパターン２０には、図１に示した強誘電体柱４に対応する貫通孔が設けられている。レジストパターン２０に設けられた貫通孔内に、ＰＬＺＴゾル前駆体溶液を充填し、乾燥させることによりＰＬＺＴ前駆体４ａを得る。
図２（Ｃ）に示すように、レジストパターン２０を除去する。ＰＬＺＴ前駆体４ａを焼成することにより、ＰＬＺＴの単結晶からなる高さ２μｍの強誘電体柱４を形成する。
なお、高さ２μｍの強誘電体柱４を単結晶化することが困難な場合には、レジストパターンの形成から、ＰＬＺＴゾル前駆体溶液の充填、レジストパターンの除去、及び焼成までの工程を、複数回に分けて実行することが好ましい。
なお、高さ２μｍの強誘電体柱４を単結晶化することが困難な場合には、レジストパターンの形成から、ＰＬＺＴゾル前駆体溶液の充填、レジストパターンの除去、及び焼成までの工程を、複数回に分けて実行することが好ましい。
例えば、まず、厚さ６００ｎｍのレジストパターンを形成し、ＰＬＺＴゾル前駆体溶液の充填、レジストパターンの除去、及び焼成を行うことにより、高さ６００ｎｍの強誘電体柱を形成する。ＰＬＺＴからなる強誘電体柱の高さが６００ｎｍであれば、７２５℃で１０分間の焼成を行うことにより、下地の下部クラッド層３の上にＰＬＺＴ結晶をエピタキシャル成長させることができる。この工程を３回繰り返すと、高さ１．８μｍの単結晶の強誘電体柱が得られる。
なお、２回目に形成するレジストパターンの厚さは１２００ｎｍとし、３回目に形成するレジストパターンの厚さは１８００ｎｍとする。すなわち、形成されている強誘電体柱の上面からレジストパターンの上面までの厚さが６００ｎｍになるようにする。強誘電体柱の影響を受けてレジスト膜の上面に凹凸が残る場合には、露光前に表面の平坦化を行う。
その後、厚さ２μｍのレジストパターンを形成し、高さ０．２μｍの強誘電体柱を積み上げることにより、高さ２μｍの単結晶の強誘電体柱４が形成される。なお、レジストパターンに形成する貫通孔は、すべて同じ位置に形成される。
図３（Ａ）及び（Ｂ）にレジストパターンの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を示し、図３（Ｃ）及び（Ｄ）に、実際に作製した強誘電体柱４のＳＥＭ写真を示す。図３（Ａ）は平面写真であり、図３（Ｂ）は断面写真であり、図３（Ｃ）及び図３（Ｄ）は、基板表面を斜めから撮影した写真である。強誘電体柱の高さは約６００ｎｍであり、太さは３００ｎｍである。図３（Ａ）の平面写真において近接する３つの強誘電体柱の中心を結んで画定される正三角形の一辺の長さは、約６００ｎｍである。多数の強誘電体柱が周期的に配置されていることが分かる。
図２（Ｄ）に示すように、強誘電体柱４の間にＳＴＯ等からなる充填材５を充填する。充填材５は、例えばスパッタリングによりＳＴＯ膜を堆積させた後、余分な部分のＳＴＯ膜を化学機械研磨（ＣＭＰ）で取り除くことにより形成される。これにより、強誘電体柱４の上面と充填材５の上面とが平坦になり、充填材５の中に強誘電体柱４が周期的に分布したコア層１０が形成される。
図１に示したように、コア層１０の上に、ＭｇＯからなる厚さ１μｍの上部クラッド層６をスパッタリングにより形成する。さらに、その上に、ＰｔやＳＲＯ等からなる厚さ２００ｎｍの上部電極７をスパッタリングにより形成する。
上記第１の実施例による光機能素子のコア層１０は、フォトニック結晶として機能する。フォトニック結晶は、フォトニックバンド構造を有し、そのバンドギャップ内の波長の光を透過させない。バンドギャップは、強誘電体柱４及び充填材５の屈折率、及び周期的に配置された強誘電体柱４の配列周期に依存する。
図４に、ＰＬＺＴの屈折率及び誘電率の変化量と、印加電圧との関係を示す。横軸は印加電圧を単位「Ｖ」で表し、縦軸は物理量の変化量を単位「％」で表す。印加電圧は、ＰＬＺＴからなる高さ２μｍの強誘電体柱の両端面の間に印加される電圧を意味する。電圧の印加により、強誘電体柱の高さ方向の電界が発生し、電気光学効果により屈折率が変化する。図中のΔｎ及びΔεで示された記号が、それぞれ屈折率及び誘電率の変化量を示す。
屈折率の変化量は、Journal of theAmerican Ceramic Society Vol.54, No.1, Page 1, Hot-Pressed (Pb,La)(Zr,Ti)O3Ferroelectric Ceramics for Electrooptic Applications, G. H. HAERTLING AND C. E.LANDに記載されている計算式を用いて計算した結果である。
図４に示すように、印加電圧を大きくするに従って、屈折率及び誘電率が低下することが分かる。図１に示した強誘電体柱４の屈折率が変化すると、コア層１０のバンドギャップが変位（シフト）する。すなわち、コア層１０を透過できない光の波長域が変化する。屈折率変化量を大きくするために、強誘電体柱の高さ方向（コア層１０の厚さ方向）を分極軸（ｃ軸）とするように配向したＰＬＺＴで、強誘電体柱を形成することが好ましい。
図５（Ａ）及び（Ｂ）に、それぞれＴＥモード及びＴＭモードの光に対するフォトニックバンド構造を示す。図５（Ｂ）の右に示された正六角形は、２次元三角格子の逆格子空間のブリルアンゾーンを表す。ブリルアンゾーンのΓ、Ｍ、及びＫは、図５（Ａ）及び（Ｂ）の横軸のΓ、Ｍ、及びＫに対応する。なお、ブリルアンゾーンの他界とのポイントであるＭ及びＫは、それぞれＪ及びＸで表される場合もある。図５（Ａ）及び（Ｂ）の縦軸は、周期で規格化した周波数（ωａ／２πｃ）を表す。ここで、ａは柱状構造体の配列周期を表し、ｃは光速を表す。
図中の実線は、電圧無印加時におけるバンド構造を示し、破線は印加電圧が１０Ｖの時のバンド構造を示す。なお、ＰＬＺＴからなる強誘電体柱４の直径を３００ｎｍ、三角格子の周期を６００ｎｍとした場合のバンド構造が示されている。
光をΓ−Ｍ方向に伝搬させたとき、期待される第１番目のバンドギャップを波長に換算した結果を以下に説明する。ＴＥモードの光に対しては、電圧無印加時のバンドギャップが１２３３ｎｍ〜１３４５ｎｍであり、１０Ｖの電圧を印加した時のバンドギャップが１１９９ｎｍ〜１３２７ｎｍである。ＴＭモードの光に対しては、電圧無印加時のバンドギャップが１３０８ｎｍ〜１９１８ｎｍであり、１０Ｖの電圧を印加した時のバンドギャップが１２６１ｎｍ〜１７９９ｎｍである。このように、印加電圧を変えることにより、バンドギャップを変化させることができる。図１に示した第１の実施例による光機能素子の下部電極２と上部電極７とに電圧を印加することにより、強誘電体柱４の屈折率を変化させることができる。
第１の実施例による光機能素子の端面からコア層１０に光を入射させると、有効屈折率の高いコア層１０に沿って光が伝搬する。この光のうちコア層１０のバンドギャップ内の波長成分はコア層１０内を伝搬することができない。このため、反対側の端面からは、バンドギャップの範囲外の波長の光のみが出射される。バンドギャップを変化させることにより、出射される光のスペクトルが変化する。すなわち、第１の実施例による光機能素子は、波長可変光フィルタとして働く。
図６に、第２の実施例による光機能素子の断面図を示す。基板１、下部電極２、及び上部電極７の構成は、第１の実施例のこれらの構成と同様である。第１の実施例では、図１に示したように、下部クラッド層３及び上部クラッド層６の各々が、単一の誘電体材料からなる層であったが、第２の実施例では、下部クラッド層３及び上部クラッド層６が、コア層１０と同様に、屈折率分布が周期的に変化する周期構造とされている。
図６に示すように、ＰＬＺＴからなる強誘電体柱１１が下部クラッド層３、コア層１０、及び上部クラッド層６の３層を貫通している。強誘電体柱１１は、第１の実施例の場合と同様に、面内において三角格子の交点に配置されている。
強誘電体柱１１の間に、下部充填材１２、コア層充填材１３、及び上部充填材１４が充填されている。下部充填材１２、コア層充填材１３、及び上部充填材１４は、それぞれ下部クラッド層３、コア層１０、及び上部クラッド層６内に配置されている。下部クラッド層３内の充填材１２及び上部クラッド層６内の充填材１４は、ＳｉＯ２で形成される。コア層１０内の充填材１３は、ＭｇＯで形成される。ＭｇＯの屈折率がＳｉＯ２の屈折率よりも高いため、コア層１０の有効屈折率が、下部クラッド層３及び上部クラッド層６の有効屈折率よりも高くなる。
図７（Ａ）〜図７（Ｆ）を参照して、第２の実施例による光機能素子の製造方法を説明する。
図７（Ａ）に示すように、基板１の上に下部電極２を形成する。下部電極２の上に、厚さ４μｍのＰＬＺＴ膜１１ａを、スパッタリング、パルスレーザ蒸着、ゾルゲル法、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）等により形成する。
図７（Ａ）に示すように、基板１の上に下部電極２を形成する。下部電極２の上に、厚さ４μｍのＰＬＺＴ膜１１ａを、スパッタリング、パルスレーザ蒸着、ゾルゲル法、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）等により形成する。
図７（Ｂ）に示すように、ＰＬＺＴ膜１１ａの上に、電子ビームを用いた直接描画により、レジストパターン２１を形成する。レジストパターン２１は、図６の強誘電体柱１１に対応するパターンを有する。レジストパターン２１をエッチングマスクとし、エッチングガスとしてＣＦ４、ＳＦ６等を用いてＰＬＺＴ膜１１ａをドライエッチングする。
図７（Ｃ）に示すように、円柱状の強誘電体柱１１が残る。その後、レジストパターン２１を除去する。
図７（Ｄ）に示すように、ＳｉＯ２の前駆体溶液をスピンコートし、強誘電体柱１１の間に、ＳｉＯ２からなる下部充填材１２を充填する。図７（Ｅ）に示すように、ＭｇＯの前駆体溶液をスピンコートし、強誘電体柱１１の間に、ＭｇＯからなるコア層充填材１３を充填する。図７（Ｆ）に示すように、ＳｉＯ２の前駆体溶液をスピンコートし、強誘電体柱１１の間に、ＳｉＯ２からなる上部充填材１４を充填する。上部充填材１４の上面と強誘電体柱１１の上面との高さが揃い、平坦な上面が形成されるように、充填材の充填量及びスピンコート時の基板の回転数を制御する。
図７（Ｄ）に示すように、ＳｉＯ２の前駆体溶液をスピンコートし、強誘電体柱１１の間に、ＳｉＯ２からなる下部充填材１２を充填する。図７（Ｅ）に示すように、ＭｇＯの前駆体溶液をスピンコートし、強誘電体柱１１の間に、ＭｇＯからなるコア層充填材１３を充填する。図７（Ｆ）に示すように、ＳｉＯ２の前駆体溶液をスピンコートし、強誘電体柱１１の間に、ＳｉＯ２からなる上部充填材１４を充填する。上部充填材１４の上面と強誘電体柱１１の上面との高さが揃い、平坦な上面が形成されるように、充填材の充填量及びスピンコート時の基板の回転数を制御する。
図６に示すように、強誘電体柱１１及び上部充填材１４の上に、上部電極７を形成する。
第２の実施例の光機能素子も、第１の実施例の場合と同様に、波長可変光フィルタとして使用することができる。
第２の実施例の光機能素子も、第１の実施例の場合と同様に、波長可変光フィルタとして使用することができる。
図８に、第３の実施例による光機能素子の断面図を示す。基板１の上に、厚さ２００ｎｍの下部電極２が形成されている。下部電極２の上に、複数の円柱状部材２５が配置されている。円柱状部材２５は、図１に示した第１の実施例の光機能素子の強誘電体柱４と同様に、三角格子の交点に配置されている。
円柱状部材２５の各々は、基板側から順番にＭｇＯからなる厚さ１μｍの下部クラッド材２２、ＰＬＺＴからなる厚さ２μｍの強誘電体部材２３、ＭｇＯからなる厚さ１μｍの上部クラッド材２４、及び厚さ２００ｎｍの上部電極７がこの順番に積層された４層構造を有する。円柱状部材２５の間には、例えば空気が満たされている。
周期的に分布する下部クラッド材２２と空気とにより、下部クラッド層３が構成される。同様に、強誘電体部材２３と空気とによりコア層１０が構成され、上部クラッド材２４と空気とにより上部クラッド層６が構成される。離散的に分布する上部電極７同士は、例えばＰｔ膜２６により相互に電気的に接続される。
コア層１０の有効屈折率は、下部クラッド層３及び上部クラッド層６の有効屈折率よりも高い。
図９（Ａ）〜図９（Ｃ）を参照して、第３の実施例による光機能素子の製造方法について説明する。
図９（Ａ）〜図９（Ｃ）を参照して、第３の実施例による光機能素子の製造方法について説明する。
図９（Ａ）に示すように、ＳＴＯ基板１の上に、下部電極２を形成する。下部電極２の上に、ＭｇＯ層２２ａ、ＰＬＺＴ層２３ａ、及びＭｇＯ層２４ａを形成する。これらの層は、スパッタリング、パルスレーザ蒸着、ゾルゲル法、ＭＯＣＶＤ等により堆積される。ＭｇＯ層２４ａの上にスパッタリングによりＰｔ層７ａを形成する。
図９（Ｂ）に示すように、Ｐｔ層７ａの上にレジストパターン３０を形成する。レジストパターン３０は、図８に示した円柱状部材２５のパターンに対応する。なお、レジストパターン３０は、例えば電子ビーム直接描画により形成することができる。
レジストパターン３０をエッチングマスクとして、Ｐｔ層７ａから下部電極２の上面までエッチングする。エッチングガスとして、例えばＣＦ４、ＳＦ６等を用いることができる。エッチング後、レジストパターン３０を除去する。
図９（Ｃ）に示すように、ＭｇＯ層２２ａの一部からなる下部クラッド材２２、ＰＬＺＴ層２３ａの一部からなる強誘電体部材２３、ＭｇＯ層２４ａの一部からなる上部クラッド材２４、及びＰｔ層７ａの一部からなる上部電極７が積層された円柱状部材２５が残る。
円柱状部材２５を埋め込むように厚さ１０μｍのレジスト膜を形成する。レジスト膜の表面を、研磨により平坦化した後、円柱状部材２５に対応する部分に開口を形成し、円柱状部材２５の上面を露出させる。その後、無電解めっきまたはスパッタリング等により、レジスト膜の開口内に充填されるように、Ｐｔ膜を形成する。
その後、レジスト膜を除去する。図８に示したように、円柱状部材２５の各々から上方に延びた柱状部分と、これら柱状部分をその上端において相互に接続する膜状部分とを有するＰｔ膜２６が形成される。
第３の実施例による光機能素子も、第１の実施例の場合と同様に、波長可変光フィルタとして使用することができる。
図１０に、第４の実施例による光機能素子の断面図を示す。ＳＴＯ基板１の上に下部電極２が形成されている。下部電極２の上に複数の円柱状部材３５が配置されている。円柱状部材３５は、ＭｇＯからなる厚さ１μｍの下部クラッド材３２、ＰＬＺＴからなる厚さ２μｍの強誘電体部材３３、及びＭｇＯからなる厚さ１μｍの上部クラッド部材３４の３層構造を有する。また、図８の円柱状部材２５と同様に、円柱状部材３５も、三角格子の交点に配置されている。
図１０に、第４の実施例による光機能素子の断面図を示す。ＳＴＯ基板１の上に下部電極２が形成されている。下部電極２の上に複数の円柱状部材３５が配置されている。円柱状部材３５は、ＭｇＯからなる厚さ１μｍの下部クラッド材３２、ＰＬＺＴからなる厚さ２μｍの強誘電体部材３３、及びＭｇＯからなる厚さ１μｍの上部クラッド部材３４の３層構造を有する。また、図８の円柱状部材２５と同様に、円柱状部材３５も、三角格子の交点に配置されている。
円柱状部材３５の間に充填材が充填されている。この充填材は、ＳｉＯ２からなる厚さ１μｍの下部充填材３６、ＭｇＯからなる厚さ２μｍのコア層充填材３７、及びＳｉＯ２からなる厚さ１μｍの上部充填材３８の３層構造を有する。
下部クラッド材３２と下部充填材３６とにより下部クラッド層３が構成される。強誘電体部材３３とコア層充填材３７とによりコア層１０が構成される。上部クラッド材３４と上部充填材３８とにより上部クラッド層６が構成される。コア層１０の有効屈折率は、下部クラッド層３及び上部クラッド層６の有効屈折率よりも高い。円柱状部材３５及び上部充填材３８の上に、上部電極７が形成されている。
図１１（Ａ）〜図１１（Ｃ）を参照して、第４の実施例による光機能素子の製造方法について説明する。
図１１（Ａ）に示すように、基板１の上に下部電極２を形成し、その上に円柱状部材３５を形成する。円柱状部材３５は、図９（Ａ）〜図９（Ｃ）に示した第３の実施例による円柱状部材２５と同様の方法で形成することができる。ただし、第４の実施例の場合には、第３の実施例の円柱状部材２５の最上層の上部電極７が形成されない。円柱状部材３５の間にＭｇＯからなる下部充填材３６を充填する。
図１１（Ａ）に示すように、基板１の上に下部電極２を形成し、その上に円柱状部材３５を形成する。円柱状部材３５は、図９（Ａ）〜図９（Ｃ）に示した第３の実施例による円柱状部材２５と同様の方法で形成することができる。ただし、第４の実施例の場合には、第３の実施例の円柱状部材２５の最上層の上部電極７が形成されない。円柱状部材３５の間にＭｇＯからなる下部充填材３６を充填する。
図１１（Ｂ）に示すように、さらに、円柱状部材３５の間にコア層充填材３７を充填する。図１１（Ｃ）に示すように、さらに、円柱状部材３５の間に上部充填材３８を充填する。これらの充填材は、図７（Ｄ）〜（Ｆ）に示した第２の実施例による充填材の充填方法と同様の方法で充填することができる。
図１０に示すように、円柱状部材３５及び上部充填材３８の上に、上部電極７を形成する。
第４の実施例の光機能素子も、第１の実施例の場合と同様に、波長可変光フィルタとして使用することができる。
第４の実施例の光機能素子も、第１の実施例の場合と同様に、波長可変光フィルタとして使用することができる。
上記第１〜第４の実施例では、電圧印加（電界の発生）によって屈折率の変化する強誘電体材料としてＰＬＺＴを用いたが、他の電気光学効果を有する材料を用いてもよい。このような材料として、正方晶系のＫＨ２ＰＯ４（ＫＤＰ）、イルメナイト系のＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、ペロブスカイト系のＢａＴｉＯ３、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３（ＰＺＴ）、（Ｐｂ，Ｌａ）ＴｉＯ３（ＰＬＴ）、タングステンブロンズ系の（Ｓｒ，Ｂａ）Ｎｂ２Ｏ６（ＳＢＮ）等が挙げられる。
また、下部クラッド層３や上部クラッド層６の材料として、ＭｇＯ、ＳＴＯ、ＳｉＯ２等を用いたが、他の透明誘電体材料を用いてもよい。また、クラッド層の材料を、上述の強誘電体材料から選択してもよい。例えば、図１０に示した第４の実施例による光機能素子の下部クラッド材３２及び上部クラッド材３４を、コア層１０の強誘電体部材３３よりも屈折率の低い強誘電体材料で形成してもよい。
コア層の材料と、上下のクラッド層の材料とは、コア層の有効屈折率がクラッド層の有効屈折率よりも高くなるように選択する必要がある。このような材料の組み合わせにすることにより、コア層内に光を閉じ込めることができる。
また、上記第１〜第４の実施例では、円柱状部材が三角格子の交点に配置されたフォトニック結晶でコア層を構成した。円柱状部材の代わりに、四角柱、三角柱、楕円柱等の形状の部材を配置してもよい。また、配置パターンは三角格子に限らない。その他の周期的な２次元パターンにしてもよい。例えば、２次元正方格子、２次元蜂の巣格子のようなパターンにしてもよい。また、配置パターンを１次元方向に周期構造を持ったパターンにしてもよい。例えば、円柱または円孔等が１列に配列した周期構造とし、その配列方向に光を伝搬させてもよい。
図１２（Ａ）に、第５の実施例による波長可変光源の概略斜視図を示し、図１２（Ｂ）に、その概略平断面図を示し、図１２（Ｃ）に、波長可変光源の制御系のブロック図を示す。
第５の実施例による波長可変光源は、レーザ光源４０、第１の波長可変光フィルタ４１、及び第２の波長可変光フィルタ４２を含んで構成される。第１及び第２の波長可変光フィルタ４１及び４２は、上記第１〜第４の実施例による光機能素子と同様の構成を有する。なお、２つの波長可変光フィルタは、同一の基板１の上に形成される。レーザ光源４０は、例えば半導体レーザで構成される。
レーザ光源４０から出射されたレーザビームが、偏光子４７により直線偏光にされ、第１の波長可変光フィルタ４１に入射する。第１の波長可変光フィルタ４１に入射したレーザビームは、その内部を伝搬し、その後第２の波長可変光フィルタ４２内を伝搬して、外部に出射する。
下部電極２が接地されている。可変電圧源４３がスイッチ４４を介して第１の波長可変光フィルタ４１の上部電極７Ａに電圧を印加する。他の可変電圧源４５がスイッチ４６を介して第２の波長可変光フィルタ４２の上部電極７Ｂに電圧を印加する。スイッチ４４及び４６は、例えばトランジスタで構成される。
第１の波長可変光フィルタ４１のコア層１０を構成するフォトニック結晶の屈折率分布の周期と、第２の波長可変光フィルタ４２のコア層１０を構成するフォトニック結晶の屈折率分布の周期とは、相互に異なる。このため、両者のバンドギャップも異なる。
図１２（Ｂ）の下図に、レーザ光源４０から出射して第１及び第２の波長可変光フィルタ４１及び４２内を伝搬するレーザビームのスペクトルを示す。横軸はレーザビームの伝搬方向に対応し、縦軸は波長を表す。第１の波長可変光フィルタ４１のバンドギャップＢＧ１を波長λ１〜λ２の範囲とし、第２の波長可変光フィルタ４２のバンドギャップＢＧ２を波長λ３〜λ４の範囲とする。なお、ここでは、λ１＜λ２＜λ３＜λ４の関係が満たされている。レーザ光源４０から出射したレーザビームのスペクトルＳ０は、バンドギャップＢＧ１に含まれる波長から、バンドギャップＢＧ２に含まれる波長まで広がっている。
波長λ１〜λ２の範囲の光は第１の波長可変光フィルタ４１を透過できないため、第１の波長可変光フィルタ４１から出射したレーザビームのスペクトルＳ１は、波長λ２〜λ４の範囲に狭められる。同様に、第２の波長可変光フィルタ４２から出射したレーザビームのスペクトルＳ２は、波長λ２〜λ３の範囲に狭められる。
第１及び第２の波長可変光フィルタ４１及び４２に印加される電圧を変えると、バンドギャップＢＧ１の上限波長λ２及びバンドギャップＢＧ２の下限波長λ３が変化する。このため、第２の波長可変光フィルタ４２から出射されるレーザビームの波長が変化する。このように、レーザ光源４０、第１の波長可変光フィルタ４１、及び第２の波長可変光フィルタ４２を組み合わせることにより、波長可変光源が得られる。
図１２（Ｃ）を参照して、波長の制御方法について説明する。波長可変フィルタ４１及び４２を通過したレーザビームの一部が、ビームスプリッタ４８で分岐され、マルチチャネルアナライザ５０に入射する。マルチチャネルアナライザ５０は、受信した光のスペクトルを測定する。
得られたスペクトル情報が制御装置５１に入力される。制御装置５１は、スペクトル波形がピークを示す波長、及びそのピークの半値幅を計算する。ピークを示す波長と所望の波長との差、半値幅の計算結果と所望の半値幅との差を求める。これらの差が小さくなるように、可変電圧源４３及び４５を制御し、波長可変フィルタ４１及び４２に印加される電圧を変化させる。このようにして、所望の中心波長及び波長の広がりを持ったレーザビームを得ることができる。
また、第１の波長可変光フィルタ４１と第２の波長可変光フィルタ４２とを組み合わせることにより、波長可変光バンドパスフィルタが得られる。この波長可変光バンドパスフィルタにより、例えばＷＤＭ通信方式の異なる波長の光信号から、任意の１つの光信号を取り出して監視することができる。
また、波長可変光バンドパスフィルタは、光挿入分岐多重（ＯＡＤＭ：Optical Add/Drop Multiplexing）回路の実現に有用である。例えば、波長を連続的に変化させることができるため、限りある波長資源を有効利用することができる。また、需要に合わせて頻繁に拡張及び再構築が可能な光通信網を構築することが可能になる。
第５の実施例による波長可変光源は、機械的な動作機構を含まないため、高速に波長を変えることができる。また、相互に発振波長の異なる複数のレーザ発振器を配置する場合に比べて、装置の小型化を図ることができる。
次に、図１３及び図１４を参照して、第６の実施例による光機能素子について説明する。
図１３に、第６の実施例による光機能素子の断面図を示す。基板１Ａの上に下部電極２が形成されている。第６の実施例では、図１に示した第１の実施例による光機能素子の下部クラッド層３が配置されておらず、下部電極２の上にコア層１０が直接形成されている。同様に、上部クラッド層６が配置されておらず、コア層１０の上に上部電極７が直接形成されている。基板１Ａは、例えば単結晶のＭｇＯで形成される。下部電極２及び上部電極７は、Ｐｔ等の金属またはＳＲＯ等の導電性酸化物で形成される。
図１３に、第６の実施例による光機能素子の断面図を示す。基板１Ａの上に下部電極２が形成されている。第６の実施例では、図１に示した第１の実施例による光機能素子の下部クラッド層３が配置されておらず、下部電極２の上にコア層１０が直接形成されている。同様に、上部クラッド層６が配置されておらず、コア層１０の上に上部電極７が直接形成されている。基板１Ａは、例えば単結晶のＭｇＯで形成される。下部電極２及び上部電極７は、Ｐｔ等の金属またはＳＲＯ等の導電性酸化物で形成される。
コア層１０は、強誘電体柱４と充填材５Ａとで構成される。強誘電体柱４は、図１に示した第１の実施例による光機能素子と同様に、２次元方向に周期的に配置され、フォトニック結晶を構成している。充填材５Ａは、強誘電体柱４の間に充填されている。強誘電体柱４は、例えばＰＬＺＴで形成される。充填材５Ａは、例えばフッ素化ポリイミド、ポリシラン等の、強誘電体柱４よりも柔らかい材料で形成される。また、充填材５Ａは、フォトニック結晶を構成するコア層に入射するレーザビームの波長域において透明な材料で形成される。
下部電極２が接地されており、可変電圧源ＶＳが上部電極７に電圧を印加する。電圧を印加する回路には、スイッチＳＷが挿入されている。
図１４を参照して、第６の実施例による光機能素子の製造方法について説明する。図１４（Ａ）に示すように、（００１）面が表出した単結晶ＭｇＯからなる基板１Ａの上に、Ｐｔからなる厚さ２００ｎｍの下部電極２を形成する。下部電極２は、例えば基板温度６００℃の条件でＲＦマグネトロンスパッタリングにより形成することができる。この条件下で、ＰｔがＭｇＯ基板の上にエピタキシャル成長する。
図１４を参照して、第６の実施例による光機能素子の製造方法について説明する。図１４（Ａ）に示すように、（００１）面が表出した単結晶ＭｇＯからなる基板１Ａの上に、Ｐｔからなる厚さ２００ｎｍの下部電極２を形成する。下部電極２は、例えば基板温度６００℃の条件でＲＦマグネトロンスパッタリングにより形成することができる。この条件下で、ＰｔがＭｇＯ基板の上にエピタキシャル成長する。
図１４（Ｂ）に示すように、図２（Ｂ）及び（Ｃ）を参照して説明した第１の実施例の場合と同様の方法で、下部電極２の上に強誘電体柱４を形成する。第６の実施例では、強誘電体柱４の高さを１．８μｍとした。なお、第１の実施例ではＰＬＺＴの焼成温度を７２５℃としたが、焼成温度を７００℃にしてもよい。
図１４（Ｃ）に示すように、強誘電体柱４を覆うように、フッ素化ポリイミドをスピンコートし、被覆膜５Ａを形成する。強誘電体柱４の間（隙間）にフッ素化ポリイミドが充填されるとともに、強誘電体柱４の上にも、フッ素化ポリイミド膜が形成される。
図１４（Ｄ）に示すように、強誘電体柱４の上面が露出するまで被覆膜５Ａの上層部分を除去する。被覆膜５Ａの上層部分の除去には、例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等のドライエッチングや、化学機械研磨（ＣＭＰ）等の研磨法を用いることができる。強誘電体柱４の間に、フッ素化ポリイミドからなる充填材５Ａが残る。強誘電体柱４と充填材５Ａとでコア層１０が構成される。
図１４（Ｅ）に示すように、コア層１０の上に、ＰｔまたはＳＲＯ等からなる厚さ２００ｎｍの上部電極７をスパッタリングまたはレーザ蒸着により形成する。
第６の実施例では、強誘電体柱４がコア層１０の底面から上面まで貫通し、下部電極２が強誘電体柱４の底面に接触し、上部電極７が強誘電体柱４の上面に接触する。電極と強誘電体柱との間にクラッド層等の絶縁性材料が挿入されている場合に比べて、強誘電体柱内に発生する電界を強くすることができる。このため、より低い電圧で、フォトニック結晶のバンドギャップの位置を波長軸上で移動させることができる。
第６の実施例では、強誘電体柱４がコア層１０の底面から上面まで貫通し、下部電極２が強誘電体柱４の底面に接触し、上部電極７が強誘電体柱４の上面に接触する。電極と強誘電体柱との間にクラッド層等の絶縁性材料が挿入されている場合に比べて、強誘電体柱内に発生する電界を強くすることができる。このため、より低い電圧で、フォトニック結晶のバンドギャップの位置を波長軸上で移動させることができる。
強誘電体柱４内に電界が発生すると、圧電現象によりその高さが変化する。第６の実施例で用いられている充填材５Ａは、強誘電体柱４よりも柔らかいため、充填材５Ａが強誘電体柱４の伸縮を阻害しない。このため、電圧印加時の屈折率変化を大きくすることができる。なお、充填材５Ａの材料として、フォトニック結晶のバンドギャップの波長域において透明または吸収の少ないものを使用することが好ましい。例えば、１．５５μｍ帯の波長制御を行うためのフォトニック結晶を構成する充填材として、フッ素化ポリイミドやポリシラン等を用いることができる。
図１に示した第１の実施例による光機能素子の充填材５、図６に示した第２の実施例による光機能素子の充填材１３、及び図１０に示した第４の実施例による光機能素子の充填材３７の材料を、コア層１０を構成している強誘電体材料よりも柔らかいものにしてもよい。
図１５に、第７の実施例による光機能素子の断面図を示す。シリコンからなる基板１Ｂの上に、ＭｇＯからなる厚さ１μｍの下部クラッド層３Ｂが形成されている。下部クラッド層３Ｂよりも上の構造は、図１３に示した第６の実施例による光機能素子の下部電極２から上部電極７までの構造と同様である。
次に、第７の実施例による光機能素子の製造方法について説明する。単結晶シリコン基板１Ｂの上に、基板温度４５０℃の条件下で、パルスレーザ蒸着により、下部クラッド層３ＢになるＭｇＯ膜をエピタキシャル成長させる。下部電極２から上部電極７までの形成方法は、第６の実施例の場合と同様である。
基板１の材料として、シリコン以外に、ＭｇＯがエピタキシャル成長する材料を用いることができる。このような材料として例えばＧａＡｓが挙げられる。
第６の実施例では、ＭｇＯの単結晶基板を用いることなく、フォトニック結晶を形成することができる。基板１Ａがクラッド層として機能しなくてもよいため、基板１Ａの材料の選択肢が拡がる。
第６の実施例では、ＭｇＯの単結晶基板を用いることなく、フォトニック結晶を形成することができる。基板１Ａがクラッド層として機能しなくてもよいため、基板１Ａの材料の選択肢が拡がる。
第６または第７の実施例による光機能素子を、図１２（Ａ）〜（Ｃ）に示した第５の実施例による波長変換光源の波長可変フィルタ４１及び４２として用いることができる。
上記第１〜第７の実施例において、フォトニック結晶を構成する強誘電体柱４を、その（００１）面、（１１０）面及び（１１１）面のいずれかの結晶面の向きが揃うように配向させることが好ましい。これらの面が基板の表面に平行になるように強誘電体柱４を成長させることにより、これらの結晶面の向きを揃えることができる。
上記第１〜第７の実施例において、フォトニック結晶を構成する強誘電体柱４を、その（００１）面、（１１０）面及び（１１１）面のいずれかの結晶面の向きが揃うように配向させることが好ましい。これらの面が基板の表面に平行になるように強誘電体柱４を成長させることにより、これらの結晶面の向きを揃えることができる。
基板１として、（００１）面が表出した単結晶ＭｇＯ基板を用い、その上に強誘電体柱をエピタキシャル成長させると、強誘電体柱の（００１）面が基板１の面に平行になる。強誘電体柱４の（１１０）面を基板１の表面と平行にするためには、（１１０）面が表出した基板を用いればよい。また、強誘電体柱４の（１１１）面を基板１の表面と平行にするためには、（１１１）面が表出した基板を用いればよい。強誘電体材料の結晶面の向きを揃えると、向きがランダムな場合に比べて、電気的、光学的特性が良くなるという効果が期待される。電気的には、例えば残留分極が大きくなること、分極反転による疲労が小さくなること、及び漏れ電流が少ないといった効果が期待される。光学的には、光の伝搬損失が小さいといった効果が期待される。さらに、大きな電気光学効果が得られるという効果も期待される。
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
上記実施例から、以下の付記に示された発明が導出される。
上記実施例から、以下の付記に示された発明が導出される。
（付記１） １次元または２次元方向に強誘電体材料からなる強誘電体部材が周期的に配置されたフォトニック結晶を含むコア層と、
前記コア層に電界を印加するための電極と
を有する光機能素子。
前記コア層に電界を印加するための電極と
を有する光機能素子。
（付記２） 前記コア層内の前記強誘電体部材の分極軸が厚さ方向に立っている付記１に記載の光機能素子。
（付記３） さらに、前記コア層を挟むように、該コア層の両側に配置され、該コア層の有効屈折率よりも小さな有効屈折率のクラッド層を有する付記１または２に記載の光機能素子。
（付記３） さらに、前記コア層を挟むように、該コア層の両側に配置され、該コア層の有効屈折率よりも小さな有効屈折率のクラッド層を有する付記１または２に記載の光機能素子。
（付記４） 前記クラッド層が、相互に屈折率の異なる領域が周期的に配置された周期構造を有する付記３に記載の光機能素子。
（付記５） 前記クラッド層が、１次元または２次元方向に強誘電体材料からなる強誘電体部材が周期的に配置されたフォトニック結晶を含む付記３に記載の光機能素子。
（付記５） 前記クラッド層が、１次元または２次元方向に強誘電体材料からなる強誘電体部材が周期的に配置されたフォトニック結晶を含む付記３に記載の光機能素子。
（付記６） 前記コア層の強誘電体部材と前記クラッド層の強誘電体部材とが、同一の強誘電体材料で形成され、かつ両者が結晶構造的に一体である付記５に記載の光機能素子。
（付記７） さらに、前記クラッド層及びコア層の強誘電体部材の間に充填された充填材を有し、
前記コア層内の充填材の屈折率が、前記クラッド層内の充填材の屈折率よりも高い付記６に記載の光機能素子。
前記コア層内の充填材の屈折率が、前記クラッド層内の充填材の屈折率よりも高い付記６に記載の光機能素子。
（付記８） 前記コア層内の強誘電体部材の屈折率が、前記クラッド層内の強誘電体部材の屈折率よりも大きい付記５に記載の光機能素子。
（付記９） さらに、前記クラッド層及びコア層の強誘電体部材の間に充填された充填材を有し、前記クラッド層内の充填材と、前記コア層内の充填材とが同一の材料である付記８に記載の光機能素子。
（付記９） さらに、前記クラッド層及びコア層の強誘電体部材の間に充填された充填材を有し、前記クラッド層内の充填材と、前記コア層内の充填材とが同一の材料である付記８に記載の光機能素子。
（付記１０） 前記コア層内の強誘電体部材と前記クラッド層内の強誘電体部材とが、相互に異なる強誘電体材料で形成されており、
さらに、前記クラッド層及びコア層の強誘電体部材の間に充填された充填材を有し、前記クラッド層内の充填材と、前記コア層内の充填材とが、相互に異なる材料で形成されている付記５に記載の光機能素子。
さらに、前記クラッド層及びコア層の強誘電体部材の間に充填された充填材を有し、前記クラッド層内の充填材と、前記コア層内の充填材とが、相互に異なる材料で形成されている付記５に記載の光機能素子。
（付記１１） 前記コア層を構成する強誘電体部材は、その（００１）面、（１１０）面、及び（１１１）面のいずれかの面の向きが揃うように配向している付記１〜１０のいずれかに記載の光機能素子。
（付記１２） 第１の光フィルタと、
前記第１の光フィルタを透過したレーザビームが入射する第２の光フィルタとを有し、
前記第１の光フィルタ及び第２の光フィルタの各々は、
１次元または２次元方向に、強誘電体材料からなる強誘電体部材が周期的に配置されたフォトニック結晶を含むコア層と、
前記コア層に電界を印加する電極と
を含み、
前記第１及び第２の光フィルタのフォトニック結晶のバンドギャップが、ある波長間隔を隔てて相互に離れている波長可変光フィルタ。
前記第１の光フィルタを透過したレーザビームが入射する第２の光フィルタとを有し、
前記第１の光フィルタ及び第２の光フィルタの各々は、
１次元または２次元方向に、強誘電体材料からなる強誘電体部材が周期的に配置されたフォトニック結晶を含むコア層と、
前記コア層に電界を印加する電極と
を含み、
前記第１及び第２の光フィルタのフォトニック結晶のバンドギャップが、ある波長間隔を隔てて相互に離れている波長可変光フィルタ。
（付記１３） 前記第１の光フィルタの強誘電体部材の配列周期と、前記第２の光フィルタの強誘電体部材の配列周期とが相互に異なる付記１２に記載の波長可変光フィルタ。
（付記１４） 第１の波長から第２の波長までの範囲内に波長が分布するレーザビームを出射するレーザ発振器と、
前記レーザ発振器から出射されたレーザビームが入射する第１の光フィルタと、
前記第１の光フィルタを透過したレーザビームが入射する第２の光フィルタとを有し、
前記第１の光フィルタ及び第２の光フィルタの各々は、
１次元または２次元方向に強誘電体材料からなる強誘電体部材が周期的に配置されたフォトニック結晶を含むコア層と、
前記コア層に電界を印加する電極と
を含み、
前記第１及び第２の光フィルタのフォトニック結晶のバンドギャップが、前記第１の波長から第２の波長までの範囲と部分的に重なり、相互にある波長間隔を隔てて離れている波長可変光源。
（付記１４） 第１の波長から第２の波長までの範囲内に波長が分布するレーザビームを出射するレーザ発振器と、
前記レーザ発振器から出射されたレーザビームが入射する第１の光フィルタと、
前記第１の光フィルタを透過したレーザビームが入射する第２の光フィルタとを有し、
前記第１の光フィルタ及び第２の光フィルタの各々は、
１次元または２次元方向に強誘電体材料からなる強誘電体部材が周期的に配置されたフォトニック結晶を含むコア層と、
前記コア層に電界を印加する電極と
を含み、
前記第１及び第２の光フィルタのフォトニック結晶のバンドギャップが、前記第１の波長から第２の波長までの範囲と部分的に重なり、相互にある波長間隔を隔てて離れている波長可変光源。
（付記１５） 前記第１の光フィルタの強誘電体部材の配列周期と、前記第２の光フィルタの強誘電体部材の配列周期とが相互に異なる付記１４に記載の波長可変光源。
（付記１６） １次元または２次元方向に周期的に配置された第１の部材、及び該第１の部材の間を埋める第２の部材を含み、フォトニック結晶を構成し、該第１の部材及び第２の部材の少なくとも一方は、電界の発生により屈折率を変化させる性質を有する材料で形成されているコア層と、
前記コア層に電界を印加するための電極と
を有する光機能素子。
（付記１６） １次元または２次元方向に周期的に配置された第１の部材、及び該第１の部材の間を埋める第２の部材を含み、フォトニック結晶を構成し、該第１の部材及び第２の部材の少なくとも一方は、電界の発生により屈折率を変化させる性質を有する材料で形成されているコア層と、
前記コア層に電界を印加するための電極と
を有する光機能素子。
（付記１７） 前記第１の部材は、圧電性を示す強誘電体材料で形成され、前記第２の部材は、該第１の部材よりも柔らかい材料で形成されている付記１６に記載の光機能素子。
（付記１８） 前記コア層を構成する強誘電体部材の各々が、該コア層の一方の面から他方の面まで貫通し、前記電極が、前記コア層を挟むように配置され、該強誘電体部材の各々に直接接触している付記１６または１７に記載の光機能素子。
（付記１９） 前記コア層を構成する強誘電体部材は、その（００１）面、（１１０）面、及び（１１１）面のいずれかの面の向きが揃うように配向している付記１６〜１８のいずれかに記載の光機能素子。
（付記２０） さらに、前記コア層を挟むように、該コア層の両側に配置され、該コア層の有効屈折率よりも小さな有効屈折率のクラッド層を有する付記１６〜１９のいずれかに記載の光機能素子。
（付記２１） 第１の光フィルタと、
前記第１の光フィルタを透過したレーザビームが入射する第２の光フィルタとを有し、
前記第１の光フィルタ及び第２の光フィルタの各々は、
１次元または２次元方向に周期的に配置された第１の部材、及び該第１の部材の間を埋める充填材を含み、フォトニック結晶を構成し、該第１の部材及び第２の部材の少なくとも一方は、電界の発生により屈折率を変化させる性質を有する材料で形成されているコア層と、
前記コア層に電界を印加するための電極と
を含み、
前記第１及び第２の光フィルタのフォトニック結晶のバンドギャップが、ある波長間隔を隔てて相互に離れている波長可変光フィルタ。
前記第１の光フィルタを透過したレーザビームが入射する第２の光フィルタとを有し、
前記第１の光フィルタ及び第２の光フィルタの各々は、
１次元または２次元方向に周期的に配置された第１の部材、及び該第１の部材の間を埋める充填材を含み、フォトニック結晶を構成し、該第１の部材及び第２の部材の少なくとも一方は、電界の発生により屈折率を変化させる性質を有する材料で形成されているコア層と、
前記コア層に電界を印加するための電極と
を含み、
前記第１及び第２の光フィルタのフォトニック結晶のバンドギャップが、ある波長間隔を隔てて相互に離れている波長可変光フィルタ。
（付記２２） 前記第１の光フィルタの強誘電体部材の配列周期と、前記第２の光フィルタの強誘電体部材の配列周期とが相互に異なる付記２１に記載の波長可変光フィルタ。
（付記２３） 第１の波長から第２の波長までの範囲内に波長が分布するレーザビームを出射するレーザ発振器と、
前記レーザ発振器から出射されたレーザビームが入射する第１の光フィルタと、
前記第１の光フィルタを透過したレーザビームが入射する第２の光フィルタとを有し、
前記第１の光フィルタ及び第２の光フィルタの各々は、
１次元または２次元方向に周期的に配置された第１の部材、及び該第１の部材の間を埋める充填材を含み、フォトニック結晶を構成し、該第１の部材及び第２の部材の少なくとも一方は、電界の発生により屈折率を変化させる性質を有する材料で形成されているコア層と、
前記コア層に電界を印加するための電極と
を含み、
前記第１及び第２の光フィルタのフォトニック結晶のバンドギャップが、前記第１の波長から第２の波長までの範囲と部分的に重なり、相互にある波長間隔を隔てて離れている波長可変光源。
（付記２３） 第１の波長から第２の波長までの範囲内に波長が分布するレーザビームを出射するレーザ発振器と、
前記レーザ発振器から出射されたレーザビームが入射する第１の光フィルタと、
前記第１の光フィルタを透過したレーザビームが入射する第２の光フィルタとを有し、
前記第１の光フィルタ及び第２の光フィルタの各々は、
１次元または２次元方向に周期的に配置された第１の部材、及び該第１の部材の間を埋める充填材を含み、フォトニック結晶を構成し、該第１の部材及び第２の部材の少なくとも一方は、電界の発生により屈折率を変化させる性質を有する材料で形成されているコア層と、
前記コア層に電界を印加するための電極と
を含み、
前記第１及び第２の光フィルタのフォトニック結晶のバンドギャップが、前記第１の波長から第２の波長までの範囲と部分的に重なり、相互にある波長間隔を隔てて離れている波長可変光源。
（付記２４） 前記第１の光フィルタの強誘電体部材の配列周期と、前記第２の光フィルタの強誘電体部材の配列周期とが相互に異なる付記２３に記載の波長可変光源。
（付記２５） 基板の上にレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜に、１次元または２次元方向に周期的に配列した開口を形成する工程と、
前記開口内に、強誘電体材料の前駆体溶液を充填し、乾燥させて前駆体を形成する工程と、
前記レジスト膜を除去する工程と、
前記前駆体を焼成して、強誘電体部材を形成する工程と
を有する強誘電体部材の製造方法。
（付記２５） 基板の上にレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜に、１次元または２次元方向に周期的に配列した開口を形成する工程と、
前記開口内に、強誘電体材料の前駆体溶液を充填し、乾燥させて前駆体を形成する工程と、
前記レジスト膜を除去する工程と、
前記前駆体を焼成して、強誘電体部材を形成する工程と
を有する強誘電体部材の製造方法。
１、１Ａ、１Ｂ 基板
２ 下部電極
３、３Ｂ 下部クラッド層
４、１１ 強誘電体柱
５、５Ａ 充填材
６ 上部クラッド層
７ 上部電極
１０ コア層
１２、１３、１４、３６、３７、３８ 充填材
２０、２１、３０ レジストパターン
２２、３２ 下部クラッド材
２３、３３ 強誘電体部材
２４、３４ 上部クラッド部材
２５、３５ 円柱状部材
２６ Ｐｔ膜
４０ レーザ光源
４１、４２ 波長可変光フィルタ
４７ 偏光子
５０ マルチチャネルアナライザ
５１ 制御装置
２ 下部電極
３、３Ｂ 下部クラッド層
４、１１ 強誘電体柱
５、５Ａ 充填材
６ 上部クラッド層
７ 上部電極
１０ コア層
１２、１３、１４、３６、３７、３８ 充填材
２０、２１、３０ レジストパターン
２２、３２ 下部クラッド材
２３、３３ 強誘電体部材
２４、３４ 上部クラッド部材
２５、３５ 円柱状部材
２６ Ｐｔ膜
４０ レーザ光源
４１、４２ 波長可変光フィルタ
４７ 偏光子
５０ マルチチャネルアナライザ
５１ 制御装置
Claims (10)
- １次元または２次元方向に強誘電体材料からなる強誘電体部材が周期的に配置されたフォトニック結晶を含むコア層と、
前記コア層に電界を印加するための電極と
を有する光機能素子。 - さらに、前記コア層を挟むように、該コア層の両側に配置され、該コア層の有効屈折率よりも小さな有効屈折率のクラッド層を有する請求項１に記載の光機能素子。
- 第１の光フィルタと、
前記第１の光フィルタを透過したレーザビームが入射する第２の光フィルタとを有し、
前記第１の光フィルタ及び第２の光フィルタの各々は、
１次元または２次元方向に、強誘電体材料からなる強誘電体部材が周期的に配置されたフォトニック結晶を含むコア層と、
前記コア層に電界を印加する電極と
を含み、
前記第１及び第２の光フィルタのフォトニック結晶のバンドギャップが、ある波長間隔を隔てて相互に離れている波長可変光フィルタ。 - 第１の波長から第２の波長までの範囲内に波長が分布するレーザビームを出射するレーザ発振器と、
前記レーザ発振器から出射されたレーザビームが入射する第１の光フィルタと、
前記第１の光フィルタを透過したレーザビームが入射する第２の光フィルタとを有し、
前記第１の光フィルタ及び第２の光フィルタの各々は、
１次元または２次元方向に強誘電体材料からなる強誘電体部材が周期的に配置されたフォトニック結晶を含むコア層と、
前記コア層に電界を印加する電極と
を含み、
前記第１及び第２の光フィルタのフォトニック結晶のバンドギャップが、前記第１の波長から第２の波長までの範囲と部分的に重なり、相互にある波長間隔を隔てて離れている波長可変光源。 - １次元または２次元方向に周期的に配置された第１の部材、及び該第１の部材の間を埋める第２の部材を含み、フォトニック結晶を構成し、該第１の部材及び第２の部材の少なくとも一方は、電界の発生により屈折率を変化させる性質を有する材料で形成されているコア層と、
前記コア層に電界を印加するための電極と
を有する光機能素子。 - 前記第１の部材は、圧電性を示す強誘電体材料で形成され、前記第２の部材は、該第１の部材よりも柔らかい材料で形成されている請求項５に記載の光機能素子。
- 前記コア層を構成する強誘電体部材の各々が、該コア層の一方の面から他方の面まで貫通し、前記電極が、前記コア層を挟むように配置され、該強誘電体部材の各々に直接接触している請求項５または６に記載の光機能素子。
- さらに、前記コア層を挟むように、該コア層の両側に配置され、該コア層の有効屈折率よりも小さな有効屈折率のクラッド層を有する請求項７に記載の光機能素子。
- 第１の光フィルタと、
前記第１の光フィルタを透過したレーザビームが入射する第２の光フィルタとを有し、
前記第１の光フィルタ及び第２の光フィルタの各々は、
１次元または２次元方向に周期的に配置された第１の部材、及び該第１の部材の間を埋める充填材を含み、フォトニック結晶を構成し、該第１の部材及び第２の部材の少なくとも一方は、電界の発生により屈折率を変化させる性質を有する材料で形成されているコア層と、
前記コア層に電界を印加するための電極と
を含み、
前記第１及び第２の光フィルタのフォトニック結晶のバンドギャップが、ある波長間隔を隔てて相互に離れている波長可変光フィルタ。 - 第１の波長から第２の波長までの範囲内に波長が分布するレーザビームを出射するレーザ発振器と、
前記レーザ発振器から出射されたレーザビームが入射する第１の光フィルタと、
前記第１の光フィルタを透過したレーザビームが入射する第２の光フィルタとを有し、
前記第１の光フィルタ及び第２の光フィルタの各々は、
１次元または２次元方向に周期的に配置された第１の部材、及び該第１の部材の間を埋める充填材を含み、フォトニック結晶を構成し、該第１の部材及び第２の部材の少なくとも一方は、電界の発生により屈折率を変化させる性質を有する材料で形成されているコア層と、
前記コア層に電界を印加するための電極と
を含み、
前記第１及び第２の光フィルタのフォトニック結晶のバンドギャップが、前記第１の波長から第２の波長までの範囲と部分的に重なり、相互にある波長間隔を隔てて離れている波長可変光源。
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|---|---|---|---|
| JP2004081004A JP2004302457A (ja) | 2003-03-20 | 2004-03-19 | 光機能素子、波長可変光フィルタ及び波長可変光源 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003077750 | 2003-03-20 | ||
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004302457A true JP2004302457A (ja) | 2004-10-28 |
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ID=33421928
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|---|---|---|---|
| JP2004081004A Pending JP2004302457A (ja) | 2003-03-20 | 2004-03-19 | 光機能素子、波長可変光フィルタ及び波長可変光源 |
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2004
- 2004-03-19 JP JP2004081004A patent/JP2004302457A/ja active Pending
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