JP2006267207A - Optical resonator - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical circuit with which refractive index of the medium can greatly be changed. <P>SOLUTION: Optical resonation or optical wave guidance can be conducted in the optical circuit. The optical circuit is divided into a plurality of parts and a displacing means is provided to spatially displace a portion of the divided parts with respect to the remaining parts. The optical circuit is the optical resonator or an optical waveguide. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、光回路に関し、光共振器や光導波路の光回路に関する。   The present invention relates to an optical circuit, and relates to an optical circuit of an optical resonator or an optical waveguide.

従来、フォトニック結晶を用いた光共振器や光導波路の光回路では、光共振器の共鳴波長や光導波路の分散特性等の特性を動的にチューニングするためには、結晶を構成する媒質の屈折率を変える手法が用いられている(例えば、非特許文献1参照。)。そこでは、光共振器の共鳴波長や光導波路の透過特性または分散特性は、フォトニック結晶を構成する媒質の屈折率の値によって大きく変わるという性質が利用されている。
屈折率を変える方法としては、ポッケルス効果等の電圧によって屈折率が変わる電気光学効果、キャリアプラズマ効果等の電流注入によって屈折率が変わる効果、カー効果等の光照射によって屈折率が変わる効果、熱によって屈折率が変わる熱光学効果、などさまざまな現象が用いられている。同様な手法は、フォトニック結晶を用いないリング光共振器等の超小型光回路でも同様に用いられている。
T.Baba et al.“Carrier plasma shift in GaInAsP photonic crystal point defect cavity” ELECTRON LETTERS 16th October 2003 Vol.39 No.21
Conventionally, in an optical resonator or optical waveguide optical circuit using a photonic crystal, in order to dynamically tune characteristics such as the resonance wavelength of the optical resonator and the dispersion characteristics of the optical waveguide, A technique for changing the refractive index is used (for example, see Non-Patent Document 1). In this case, the property that the resonance wavelength of the optical resonator and the transmission characteristic or dispersion characteristic of the optical waveguide greatly change depending on the refractive index value of the medium constituting the photonic crystal is used.
Examples of the method of changing the refractive index include an electro-optic effect in which the refractive index is changed by voltage such as Pockels effect, an effect in which the refractive index is changed by current injection such as carrier plasma effect, an effect in which the refractive index is changed by light irradiation such as Kerr effect, Various phenomena are used, such as a thermo-optic effect in which the refractive index changes depending on the temperature. A similar technique is used in the same way in ultra-compact optical circuits such as ring optical resonators that do not use photonic crystals.
T. T. et al. Baba et al. “Carrier plasma shift in GaInAsP photonic crystal point defect cavities” ELECTRON LETTERS 16th October 2003 Vol. 39 no. 21

しかし、いずれの現象を用いても屈折率の変化量は非常に小さく、通常は10000分の1から1000分の1程度の屈折率変化量しか実現できないという問題があった。この限界がフォトニック結晶光共振器や光導波路の動的チューニングの大きさを制限しており、もっと変化量を大きくできるチューニング方法が望まれていた。また、フォトニック結晶を用いないリング光共振器等の光回路でも同様の問題があった。   However, regardless of which phenomenon is used, there is a problem that the amount of change in refractive index is very small, and usually only a change in refractive index of about 1/1000 to 1/1000 can be realized. This limit limits the size of dynamic tuning of photonic crystal optical resonators and optical waveguides, and a tuning method that can further increase the amount of change has been desired. In addition, the optical circuit such as a ring optical resonator that does not use a photonic crystal has the same problem.

本発明は、上記の点に鑑みなされたものであり、媒質の屈折率を大きく変化させることができる光回路を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to provide an optical circuit capable of greatly changing the refractive index of a medium.

請求項1に記載の発明は、光共振または光導波を行う光回路であって、
前記光回路を複数の部分に分割し、
分割した一部を残りの部分に対し空間的に変位させる変位手段を有することにより、媒質の屈折率を大きく変化させることができ、光共振器の共鳴波長や光導波路の透過特性または分散特性の特性を大きく動的にチューニングすることができる。
The invention according to claim 1 is an optical circuit that performs optical resonance or optical waveguide,
Dividing the optical circuit into a plurality of parts;
By having a displacement means for spatially displacing the divided part with respect to the remaining part, the refractive index of the medium can be greatly changed, and the resonance wavelength of the optical resonator and the transmission characteristics or dispersion characteristics of the optical waveguide can be changed. The characteristics can be greatly tuned dynamically.

請求項2に記載の発明は、前記光回路が、光共振器であることにより、光共振器の共鳴波長を大きく動的にチューニングすることができる。   According to a second aspect of the present invention, since the optical circuit is an optical resonator, the resonance wavelength of the optical resonator can be tuned dynamically.

請求項3に記載の発明は、前記光回路が、光導波路であることにより、光導波路の特性を大きく動的にチューニングすることができる。   According to a third aspect of the present invention, since the optical circuit is an optical waveguide, the characteristics of the optical waveguide can be tuned greatly and dynamically.

請求項4に記載の発明は、前記光回路が、2次元フォトニック結晶に構成されている。   According to a fourth aspect of the present invention, the optical circuit is configured as a two-dimensional photonic crystal.

請求項5に記載の発明は、前記2次元フォトニック結晶のスラブをスラブ表面と平行な平面で複数の部分に分割し、
前記変位手段は、分割した一部を残りの部分に対し前記分割した平面に垂直方向に変位させる。
The invention according to claim 5 divides the slab of the two-dimensional photonic crystal into a plurality of parts on a plane parallel to the slab surface,
The displacing means displaces the divided part in a direction perpendicular to the divided plane with respect to the remaining part.

請求項6に記載の発明は、前記2次元フォトニック結晶のスラブをスラブ表面と垂直で前記光共振器を通る平面で分割し、
前記変位手段は、分割した一部を残りの部分に対し前記分割した平面に垂直方向に変位させる。
The invention according to claim 6 divides the slab of the two-dimensional photonic crystal by a plane perpendicular to the slab surface and passing through the optical resonator,
The displacing means displaces the divided part in a direction perpendicular to the divided plane with respect to the remaining part.

請求項7に記載の発明は、前記2次元フォトニック結晶のスラブをスラブ表面と垂直で前記光導波路を通る平面で分割し、
前記変位手段は、分割した一部を残りの部分に対し前記分割した平面に垂直方向に変位させる。
The invention according to claim 7 divides the slab of the two-dimensional photonic crystal by a plane perpendicular to the slab surface and passing through the optical waveguide,
The displacing means displaces the divided part in a direction perpendicular to the divided plane with respect to the remaining part.

請求項8に記載の発明は、前記光回路が、ウイスパリングギャラリモード光共振器である。   According to an eighth aspect of the present invention, the optical circuit is a whispering gallery mode optical resonator.

本発明によれば、物質の屈折率変化を用いずに媒質の屈折率を大きく変化させることができ、光共振器の共鳴波長や光導波路の特性を大きく動的にチューニングすることができる。   According to the present invention, the refractive index of the medium can be greatly changed without using the change in the refractive index of the substance, and the resonance wavelength of the optical resonator and the characteristics of the optical waveguide can be tuned dynamically.

以下、図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

本発明では、フォトニック結晶光共振器に代表される超小型光共振器またはフォトニック結晶光導波路に代表される超小型光導波路等の光回路をその特性を損なわないように複数の部分に分割し、分割した複数部分のうちのいくつかの部分を空間的に変位させることによって、光共振器の共鳴波長や光導波路の有効屈折率等の光回路の特性の動的チューニングを実現する。   In the present invention, an optical circuit such as a micro optical resonator represented by a photonic crystal optical resonator or a micro optical waveguide represented by a photonic crystal optical waveguide is divided into a plurality of parts so as not to impair the characteristics. Then, by dynamically displacing some of the divided parts, dynamic tuning of the characteristics of the optical circuit such as the resonance wavelength of the optical resonator and the effective refractive index of the optical waveguide is realized.

<第1実施形態>
図1は、本発明の光回路の第1実施形態の平面図及び側面図を示す。図1(A)の平面図において、三角格子空気穴2次元フォトニック結晶10は、エアブリッジ構造の高屈折率材料であるシリコンのスラブ12に三角格子状に配置した空気穴14(低屈折率材料)を設けたものである。フォトニック結晶10は屈折率が周期的に変調された構造を指し、これを用いることにより非常に小型で閉じ込めの強い、即ちQ(Quality Factor)の高い光共振器を実現することができる。
<First Embodiment>
FIG. 1 shows a plan view and a side view of a first embodiment of an optical circuit of the present invention. In the plan view of FIG. 1A, a triangular lattice air hole two-dimensional photonic crystal 10 includes air holes 14 (low refractive index) arranged in a triangular lattice shape on a silicon slab 12 that is a high refractive index material having an air bridge structure. Material). The photonic crystal 10 indicates a structure in which the refractive index is periodically modulated. By using this, an optical resonator having a very small size and strong confinement, that is, a high Q (Quality Factor) can be realized.

光共振器16は、X軸方向に延在する3点欠陥(3つの空気穴の欠損)のX軸方向の両端に隣接する空気穴を3点欠陥から離すようにX軸方向に幅寄せするとともに、径を小さくして構成されている。   The optical resonator 16 widens the air holes adjacent to both ends in the X-axis direction of the three-point defect (deletion of three air holes) extending in the X-axis direction so as to be separated from the three-point defect. In addition, the diameter is reduced.

この光共振器16の共鳴波長に合致した入力光を、図1(A)に示す光共振器16部分にスラブ12に対し垂直方向(Z軸方向)から照射すると、入力光は光共振器16内に蓄積される。   When the input light matching the resonance wavelength of the optical resonator 16 is applied to the optical resonator 16 portion shown in FIG. 1A from the direction perpendicular to the slab 12 (Z-axis direction), the input light is irradiated with the optical resonator 16. Accumulated within.

図1(C),(D)の側面図に示すように、フォトニック結晶10は、Z軸上でスラブ12の中央位置においてZ軸と直交する平面(XY平面)で切断され、第1部分10aと第2部分10bに2分割されている。第1部分10aは微少変位装置20に固定され、第2部分10bは図示しない基台部に固定されている。   As shown in the side views of FIGS. 1C and 1D, the photonic crystal 10 is cut along a plane (XY plane) orthogonal to the Z axis at the center position of the slab 12 on the Z axis, 10a and the second portion 10b are divided into two. The first portion 10a is fixed to the minute displacement device 20, and the second portion 10b is fixed to a base portion (not shown).

図1(B)の側面図は、第1部分10aを第2部分10bに当接させた状態(距離L=0)を示している。この状態から、微少変位装置20は、第1部分10aをZ軸方向上側に微少変位させて、図1(C)の側面図に示すように第1部分10aを第2部分10bから距離L=50nmだけ離間させ、更に、図1(D)の側面図に示すように第1部分10aを第2部分10bから距離L=100nmだけ離間させる。また、微少変位装置20は第1部分10aを逆方向に微少変位させて第2部分10bに当接させるよう駆動する。   The side view of FIG. 1B shows a state where the first portion 10a is in contact with the second portion 10b (distance L = 0). From this state, the minute displacement device 20 slightly displaces the first portion 10a upward in the Z-axis direction, and the first portion 10a is separated from the second portion 10b by a distance L = as shown in the side view of FIG. Further, the first portion 10a is separated from the second portion 10b by a distance L = 100 nm as shown in the side view of FIG. 1D. Further, the minute displacement device 20 is driven so as to slightly displace the first portion 10a in the reverse direction and bring it into contact with the second portion 10b.

本実施形態では、フォトニック結晶10の格子定数は400nm、空気穴14の直径は210nm、第1部分10aと第2部分10bそれぞれのスラブ厚は100nmとする。シリコンスラブの屈折率は3.46であるが、L=0(合計スラブ厚が200nm)の場合の第1部分10a及び第2部分10bのペアの有効屈折率はほぼ2.8である。   In the present embodiment, the lattice constant of the photonic crystal 10 is 400 nm, the diameter of the air hole 14 is 210 nm, and the slab thickness of each of the first portion 10a and the second portion 10b is 100 nm. Although the refractive index of the silicon slab is 3.46, the effective refractive index of the pair of the first portion 10a and the second portion 10b when L = 0 (total slab thickness is 200 nm) is approximately 2.8.

ここで、有効屈折率について説明する。スラブ光導波路では光の伝搬はスラブ面内だけに制限され、スラブ面内つまり伝搬方向の自由度に関する分散を決める屈折率が有効屈折率である。具体的には、伝搬方向の波数k、真空中の光速c、光の角周波数ωとすると、ck/ωが有効屈折率である。   Here, the effective refractive index will be described. In the slab optical waveguide, light propagation is limited only within the slab surface, and the refractive index that determines dispersion in the slab surface, that is, the degree of freedom in the propagation direction, is the effective refractive index. Specifically, when the wave number k in the propagation direction, the speed of light c in vacuum, and the angular frequency ω of light, ck / ω is the effective refractive index.

有効屈折率は物理的には導波モードがスラブ面内を伝搬するときに平均的に感じる屈折率であるので、スラブ厚が薄くなって導波モードが低屈折率のクラッド中にしみ出すと、その分だけ有効屈折率は小さくなる。   The effective refractive index is the refractive index physically felt when the guided mode propagates in the slab plane, so if the slab thickness is reduced and the guided mode oozes into the low refractive index cladding, Therefore, the effective refractive index is reduced accordingly.

また、スラブ面内に作成した光共振器の共鳴波長は、有効屈折率を与えればスラブ面に垂直方向の自由度を含まない純粋な2次元計算で求めることができる。つまり、同じ構造の光共振器でスラブ厚のみが変化すれば、有効屈折率の変化分だけ共鳴波長が変化することになる。   Further, the resonance wavelength of the optical resonator formed in the slab surface can be obtained by pure two-dimensional calculation that does not include the degree of freedom in the direction perpendicular to the slab surface if an effective refractive index is given. That is, if only the slab thickness is changed in the optical resonator having the same structure, the resonance wavelength is changed by the change in the effective refractive index.

従って、図1において、距離Lを大きくすると、導波モードが第1部分10aと第2部分10b間の空気中にしみ出すために第1部分10aと第2部分10bのペアの有効屈折率は2.8から減少し、そのために、光共振器16の共鳴波長は変化する。   Therefore, in FIG. 1, when the distance L is increased, the waveguide mode oozes out into the air between the first portion 10a and the second portion 10b, and the effective refractive index of the pair of the first portion 10a and the second portion 10b is Decrease from 2.8, so that the resonant wavelength of the optical resonator 16 changes.

図2に距離Lを変化したときの光共振器16の共鳴波長の変化を実線Iで示す。距離L=210nmでは、距離L=0nmに対し約14%の共鳴波長変化を実現している。このように大きな共鳴波長変化は、従来用いられてきた光非線形性などによる物質の屈折率変調では実現し得ないものである。   In FIG. 2, a change in the resonance wavelength of the optical resonator 16 when the distance L is changed is indicated by a solid line I. At the distance L = 210 nm, the resonance wavelength change of about 14% is realized with respect to the distance L = 0 nm. Such a large resonance wavelength change cannot be realized by the refractive index modulation of a substance due to optical nonlinearity that has been conventionally used.

一方、距離Lを大きくするに伴って、光共振器16の光閉じ込め特性が劣化し、光共振器16のQ値が減少してしまうおそれもあるが、実際には、図2に実線IIで示すように距離Lを変化させても光共振器16のQ値はほとんど一定である。   On the other hand, as the distance L is increased, the optical confinement characteristic of the optical resonator 16 may deteriorate and the Q value of the optical resonator 16 may decrease. As shown, even if the distance L is changed, the Q value of the optical resonator 16 is almost constant.

従って、光共振器16の特性を損なうことなく、大きく共鳴波長を変化させることが可能であることがわかる。距離Lを変化させる微少変位装置20としては、電圧を加えることによって駆動するマイクロマシンを用いる。また、第1部分10aと第2部分10b間に特定媒質を介在させ、この特定媒質の体積を温度、圧力、電圧などによって距離Lを変化させる方法や、第1部分10a,第2部分10bの片面に気流などにより圧力を加え距離Lを変化させる方法などがある。   Therefore, it can be seen that the resonance wavelength can be changed greatly without impairing the characteristics of the optical resonator 16. As the minute displacement device 20 that changes the distance L, a micromachine that is driven by applying a voltage is used. In addition, a specific medium is interposed between the first portion 10a and the second portion 10b, and a method of changing the distance L of the volume of the specific medium by temperature, pressure, voltage, or the like, or the first portion 10a and the second portion 10b There is a method in which the distance L is changed by applying pressure to one side by an air flow or the like.

なお、図1では第1部分10aと第2部分10bは切断面に対して鏡像対称になっているが、鏡像対称とすることは必要条件ではなく、第1部分10aと第2部分10bを非対称にしても同様の効果が得られる。   In FIG. 1, the first portion 10 a and the second portion 10 b are mirror-image symmetric with respect to the cut surface. However, the mirror-image symmetry is not a requirement, and the first portion 10 a and the second portion 10 b are asymmetric. However, the same effect can be obtained.

<第2実施形態>
図3は、本発明の光回路の第2実施形態の平面図及び側面図を示す。同図中、図1と同一部分には同一符号を付す。
<Second Embodiment>
FIG. 3 shows a plan view and a side view of a second embodiment of the optical circuit of the present invention. In the figure, the same parts as those in FIG.

図3(A)の平面図において、三角格子空気穴2次元フォトニック結晶10は、エアブリッジ構造の高屈折率材料であるシリコンのスラブ12に三角格子状に配置した空気穴14(低屈折率材料)を設けたものである。フォトニック結晶10は屈折率が周期的に変調された構造を指し、これを用いることにより非常に小型で閉じ込めの強い、即ちQの高い光共振器を実現することができる。   3A, a triangular lattice air hole two-dimensional photonic crystal 10 includes air holes 14 (low refractive index) arranged in a triangular lattice shape on a silicon slab 12 that is a high refractive index material having an air bridge structure. Material). The photonic crystal 10 refers to a structure in which the refractive index is periodically modulated. By using this structure, an optical resonator having a very small size and strong confinement, that is, a high Q can be realized.

光共振器16は、X軸方向に延在する3点欠陥(3つの空気穴の欠損)のX軸方向の両端に隣接する空気穴を3点欠陥から離すようにX軸方向に幅寄せするとともに、径を小さくして構成されている。   The optical resonator 16 widens the air holes adjacent to both ends in the X-axis direction of the three-point defect (deletion of three air holes) extending in the X-axis direction so as to be separated from the three-point defect. In addition, the diameter is reduced.

この光共振器16の共鳴波長に合致した入力光を、図3(A)に示す光共振器16部分にスラブ12に対し垂直方向(Z軸方向)から照射すると、入力光は光共振器16内に蓄積される。   When the input light that matches the resonance wavelength of the optical resonator 16 is applied to the optical resonator 16 portion shown in FIG. 3A from the direction perpendicular to the slab 12 (Z-axis direction), the input light is the optical resonator 16. Accumulated within.

図3(B)の側面図に示すように、フォトニック結晶10は、X軸上で光共振器16の位置においてX軸と直交する平面(YZ平面)で切断され、第3部分10cと第4部分10dに2分割されている。第3部分10cは微少変位装置22に固定され、第4部分10dは図示しない基台部に固定されている。なお、第3部分10cと第4部分10dを切断する切断面は光共振器16の位置においてY軸と直交する平面(XZ平面)であっても良い。   As shown in the side view of FIG. 3B, the photonic crystal 10 is cut along a plane (YZ plane) orthogonal to the X axis at the position of the optical resonator 16 on the X axis, It is divided into four parts 10d. The third portion 10c is fixed to the minute displacement device 22, and the fourth portion 10d is fixed to a base portion (not shown). Note that the cut surface for cutting the third portion 10c and the fourth portion 10d may be a plane (XZ plane) orthogonal to the Y axis at the position of the optical resonator 16.

図3(B)の側面図は、第3部分10cを第4部分10dに当接させた状態(距離L=0)を示している。この状態から、微少変位装置22は、第3部分10cをX軸方向右側に微少変位させて、第3部分10cを第4部分10dから離間させる。また、微少変位装置22は第3部分10cを逆方向に微少変位させて第4部分10dに当接させるよう駆動する。   The side view of FIG. 3B shows a state where the third portion 10c is in contact with the fourth portion 10d (distance L = 0). From this state, the minute displacement device 22 slightly displaces the third portion 10c to the right in the X-axis direction to separate the third portion 10c from the fourth portion 10d. Further, the minute displacement device 22 is driven so as to slightly displace the third portion 10c in the reverse direction and contact the fourth portion 10d.

この場合、距離Lが変化してもスラブ12の有効屈折率は変化しないが、距離Lが大きくなると、光共振器16の共振モードが第3部分10cと第4部分10d間の空気部分にしみ出す量が増えるため、第1実施形態と同様に共鳴波長が短波長側にシフトする。   In this case, even if the distance L changes, the effective refractive index of the slab 12 does not change. However, when the distance L increases, the resonance mode of the optical resonator 16 is in the air portion between the third portion 10c and the fourth portion 10d. Since the amount to be emitted increases, the resonance wavelength shifts to the short wavelength side as in the first embodiment.

なお、第1、第2実施形態では、共鳴波長に合致した入力光をスラブに対し垂直方向から照射する構成であるが、共振器16と結合する光導波路を設け、入力光を光導波路から共振器16に入力する構成であっても良い。また、2次元フォトニック結晶10のスラブ12を用いて説明を行ったが、3次元フォトニック結晶に形成した光共振器に関しても、この光共振器を二分割し、一方の部分を変位させることによって共鳴波長チューニングが可能である。また、第1、第2実施形態では、光共振器16を2つの部分に分割したが、3つ以上の部分に分割しても同様の効果が得られることは自明である。   In the first and second embodiments, the input light matching the resonance wavelength is irradiated from the direction perpendicular to the slab. However, an optical waveguide coupled to the resonator 16 is provided to resonate the input light from the optical waveguide. The configuration may be such that it is input to the device 16. Also, the description has been given using the slab 12 of the two-dimensional photonic crystal 10, but also for the optical resonator formed in the three-dimensional photonic crystal, this optical resonator is divided into two parts and one part is displaced. Allows resonance wavelength tuning. In the first and second embodiments, the optical resonator 16 is divided into two parts. However, it is obvious that the same effect can be obtained even if the optical resonator 16 is divided into three or more parts.

なお、第1、第2実施形態は、シリコンフォトニック結晶のスラブを用いた場合について述べたが、GaAs等の他の材料、3次元フォトニック結晶等の他の構造を用いた場合にも同様の効果が得られる。   In the first and second embodiments, the case where the slab of the silicon photonic crystal is used has been described. However, the same applies to the case where another material such as GaAs or another structure such as a three-dimensional photonic crystal is used. The effect is obtained.

<第3実施形態>
図4は、本発明の光回路の第3実施形態の平面図及び側面図を示す。図4(A)の平面図において、三角格子空気穴2次元フォトニック結晶30は、エアブリッジ構造の高屈折率材料であるシリコンのスラブ32に三角格子状に配置した空気穴34(低屈折率材料)を設けたものである。光導波路36は、フォトニック結晶の空気穴34を三角格子の一辺と重なるX軸方向に除去して構成されている。光導波路36には端部から任意の波長の光が入力されて導波される。
<Third Embodiment>
FIG. 4 shows a plan view and a side view of a third embodiment of the optical circuit of the present invention. 4A, a triangular lattice air hole two-dimensional photonic crystal 30 includes air holes 34 (low refractive index) arranged in a triangular lattice pattern in a silicon slab 32 that is a high refractive index material having an air bridge structure. Material). The optical waveguide 36 is configured by removing the air holes 34 of the photonic crystal in the X-axis direction overlapping one side of the triangular lattice. Light having an arbitrary wavelength is input from the end to the optical waveguide 36 and guided.

図4(B)の側面図に示すように、フォトニック結晶30は、Z軸上でスラブ32の中央位置においてZ軸と直交する平面(XY平面)で切断され、第1部分30aと第2部分30bに2分割されている。第1部分30aは微少変位装置40に固定され、第2部分30bは図示しない基台部に固定されている。   As shown in the side view of FIG. 4B, the photonic crystal 30 is cut along a plane (XY plane) orthogonal to the Z axis at the center position of the slab 32 on the Z axis, and the first portion 30a and the second portion 30 Divided into two parts 30b. The first portion 30a is fixed to the minute displacement device 40, and the second portion 30b is fixed to a base portion (not shown).

微少変位装置40は、第1部分30aをZ軸方向上側に微少変位させて、第1部分30aを第2部分30bから離間させる。また、第1部分30aを逆方向に微少変位させて第2部分30bに当接させるよう駆動する。   The minute displacement device 40 slightly displaces the first portion 30a upward in the Z-axis direction to separate the first portion 30a from the second portion 30b. Further, the first portion 30a is slightly displaced in the reverse direction and driven so as to contact the second portion 30b.

本実施形態では、フォトニック結晶30の格子定数は400nm、空気穴34の直径は210nm、第1部分10aと第2部分10bそれぞれのスラブ厚は100nmとしている。する。シリコンスラブの屈折率は3.46であるが、L=0(合計スラブ厚が200nm)の場合の第1部分10a及び第2部分10bのペアの有効屈折率はほぼ2.8である。   In the present embodiment, the lattice constant of the photonic crystal 30 is 400 nm, the diameter of the air hole 34 is 210 nm, and the slab thickness of each of the first portion 10a and the second portion 10b is 100 nm. To do. Although the refractive index of the silicon slab is 3.46, the effective refractive index of the pair of the first portion 10a and the second portion 10b when L = 0 (total slab thickness is 200 nm) is approximately 2.8.

図4において、距離Lを大きくすると、有効屈折率が小さくなり、導波モードが第1部分30aと第2部分30b間の空気中にしみ出すために第1部分30aと第2部分30bのペアの有効屈折率は2.8から減少する。一般に、導波路の特性は伝搬定数を用いて表現され、伝搬定数が決まれば導波路の特性はほぼ決まってしまうが、この伝搬定数は有効屈折率によって決まるため、本実施形態により伝搬定数を直接変化させることができる。伝搬定数の変化により、例えば光信号の伝搬速度やパルス波形、モードの広がり等さまざまな特性が変化する。   In FIG. 4, when the distance L is increased, the effective refractive index is decreased, and the guided mode oozes out into the air between the first portion 30a and the second portion 30b, so that the pair of the first portion 30a and the second portion 30b. The effective index of refraction decreases from 2.8. In general, the characteristics of a waveguide are expressed using propagation constants. If the propagation constant is determined, the characteristics of the waveguide are almost determined. This propagation constant is determined by the effective refractive index. Can be changed. Due to the change in the propagation constant, various characteristics such as the propagation speed of the optical signal, the pulse waveform, and the mode spread change.

<第4実施形態>
図5は、本発明の光回路の第4実施形態の平面図及び側面図を示す。同図中、図4と同一部分には同一符号を付す。
<Fourth embodiment>
FIG. 5 shows a plan view and a side view of a fourth embodiment of the optical circuit of the present invention. In the figure, the same parts as those in FIG.

図5(A)の平面図において、三角格子空気穴2次元フォトニック結晶30は、エアブリッジ構造の高屈折率材料であるシリコンのスラブ32に三角格子状に配置した空気穴34(低屈折率材料)を設けたものである。光導波路36は、フォトニック結晶の空気穴34を三角格子の一辺と重なるX軸方向に1列だけ除去して構成されている。光導波路36には端部から任意の波長の光が入力されて導波される。   5A, a triangular lattice air hole two-dimensional photonic crystal 30 includes air holes 34 (low refractive index) arranged in a triangular lattice shape in a silicon slab 32 that is a high refractive index material having an air bridge structure. Material). The optical waveguide 36 is configured by removing a single row of photonic crystal air holes 34 in the X-axis direction overlapping one side of the triangular lattice. Light having an arbitrary wavelength is input from the end to the optical waveguide 36 and guided.

図5(B)の側面図に示すように、フォトニック結晶30は、Y軸上で光導波路36の位置においてY軸と直交する平面(XZ平面)で切断され、第3部分30cと第4部分30dに2分割されている。第3部分30cは微少変位装置42に固定され、第4部分30dは図示しない基台部に固定されている。なお、第3部分30cと第4部分30dを切断する切断面は光導波路36の位置においてX軸と直交する平面(YZ平面)であっても良い。   As shown in the side view of FIG. 5B, the photonic crystal 30 is cut along a plane (XZ plane) orthogonal to the Y axis at the position of the optical waveguide 36 on the Y axis, and the third portion 30c and the fourth portion It is divided into two parts 30d. The third portion 30c is fixed to the minute displacement device 42, and the fourth portion 30d is fixed to a base portion (not shown). Note that the cut surface for cutting the third portion 30c and the fourth portion 30d may be a plane (YZ plane) orthogonal to the X axis at the position of the optical waveguide 36.

微少変位装置42は、第3部分30cをY軸方向上側に微少変位させて、第3部分30cを第4部分30dから離間させる。また、第3部分30cを逆方向に微少変位させて第4部分30dに当接させるよう駆動する。   The minute displacement device 42 slightly displaces the third portion 30c upward in the Y-axis direction to separate the third portion 30c from the fourth portion 30d. Further, the third portion 30c is driven so as to be slightly displaced in the reverse direction and brought into contact with the fourth portion 30d.

本実施形態では、フォトニック結晶30の格子定数は400nm、空気穴34の直径は210nm、第3部分30cと第4部分30dそれぞれのスラブ厚は100nmとしている。シリコンスラブの屈折率は3.46であるが、L=0(合計スラブ厚が200nm)の場合の第3部分30c及び第4部分30dのペアの有効屈折率はほぼ2.8である。   In the present embodiment, the lattice constant of the photonic crystal 30 is 400 nm, the diameter of the air hole 34 is 210 nm, and the slab thickness of each of the third portion 30c and the fourth portion 30d is 100 nm. Although the refractive index of the silicon slab is 3.46, the effective refractive index of the pair of the third portion 30c and the fourth portion 30d when L = 0 (total slab thickness is 200 nm) is approximately 2.8.

この場合、距離Lが変化してもスラブ32の有効屈折率は変化しないが、距離Lが大きくなると、光導波路36の導波モードが第3部分30cと第4部分30d間の空気部分にしみ出す量が増えるため、第2実施形態と同様に、第3部分30cと第4部分30dのペアの有効屈折率が変化し、光導波路36の伝搬定数の変化により、例えば光信号の伝搬速度やパルス波形、モードの広がり等さまざまな特性が変化する。   In this case, even if the distance L changes, the effective refractive index of the slab 32 does not change, but when the distance L increases, the waveguide mode of the optical waveguide 36 blots into the air portion between the third portion 30c and the fourth portion 30d. Since the amount to be output increases, as in the second embodiment, the effective refractive index of the pair of the third portion 30c and the fourth portion 30d changes, and the change in the propagation constant of the optical waveguide 36 changes the propagation speed of the optical signal, for example. Various characteristics such as pulse waveform and mode spread change.

なお、第1乃至第4実施形態ではフォトニック結晶による光共振器、光導波路について説明したが、他の光共振器や光導波路についても同様な効果が期待できる。ウイスパリングギャラリ(Whispering Gallery)モード光共振器や、高屈折率差の光導波路であるシリコン細線光導波路についても、同様に素子を複数の部分に分割し、その一部を空間的に変位させることによって光共振器の共鳴波長や光導波路の分散特性を変化させることができる。なお、シリコン細線光導波路とは、例えば屈折率3.46のシリコンと屈折率1.44のシリカ(または屈折率1の空気)で構成された導波路である。   In the first to fourth embodiments, the optical resonator and the optical waveguide using the photonic crystal have been described. However, the same effect can be expected for other optical resonators and optical waveguides. Similarly, for a whispering gallery mode optical resonator and a silicon fine wire optical waveguide that is an optical waveguide having a high refractive index difference, the element is similarly divided into a plurality of portions, and a part thereof is spatially displaced. As a result, the resonance wavelength of the optical resonator and the dispersion characteristics of the optical waveguide can be changed. The silicon fine wire optical waveguide is a waveguide constituted by, for example, silicon having a refractive index of 3.46 and silica having a refractive index of 1.44 (or air having a refractive index of 1).

図6(A),(B)は、ディスク型のウイスパリングギャラリモード光共振器の斜視図及び平面図を示す。同図中、ディスク型の光共振器50は高屈折率材料で作成されており、低屈折材料の空気中に置かれるか、または、低屈折材料のクラッド内に配置される。   6A and 6B are a perspective view and a plan view of a disk-type whispering gallery mode optical resonator, respectively. In the figure, a disk-type optical resonator 50 is made of a high refractive index material, and is placed in the air of a low refractive material or placed in a clad of a low refractive material.

図7(A),(B)は、リング型のウイスパリングギャラリモード光共振器の斜視図及び平面図を示す。同図中、リング型の光共振器52は高屈折率材料で作成されており、低屈折材料の空気中に置かれるか、または、低屈折材料のクラッド内に配置される。   7A and 7B are a perspective view and a plan view of a ring-type whispering gallery mode optical resonator, respectively. In the figure, the ring-type optical resonator 52 is made of a high refractive index material, and is placed in the air of a low refractive material or disposed in a clad of a low refractive material.

図6、図7では、光共振器50,52の中心軸を通る平面、もしくは中心軸と直交する平面で光共振器50,52を2分割し、分割された2つの部分の距離を変化させて光共振器50,52の共鳴波長を変化させる。   In FIGS. 6 and 7, the optical resonators 50 and 52 are divided into two on a plane passing through the central axis of the optical resonators 50 and 52, or a plane orthogonal to the central axis, and the distance between the two divided parts is changed. Thus, the resonance wavelength of the optical resonators 50 and 52 is changed.

なお、微少変位装置20,22,40,42が請求項記載の変位手段に相当する。   The minute displacement devices 20, 22, 40, and 42 correspond to the displacement means described in the claims.

本発明の光回路の第1実施形態の平面図及び側面図である。It is the top view and side view of 1st Embodiment of the optical circuit of this invention. 距離Lを変化したときの光共振器の共鳴波長とQの変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the resonant wavelength and Q of an optical resonator when the distance L is changed. 本発明の光回路の第2実施形態の平面図及び側面図である。It is the top view and side view of 2nd Embodiment of the optical circuit of this invention. 本発明の光回路の第3実施形態の平面図及び側面図である。It is the top view and side view of 3rd Embodiment of the optical circuit of this invention. 本発明の光回路の第4実施形態の平面図及び側面図である。It is the top view and side view of 4th Embodiment of the optical circuit of this invention. ディスク型のウイスパリングギャラリモード光共振器の斜視図及び平面図である。It is the perspective view and top view of a disk-type whispering gallery mode optical resonator. リング型のウイスパリングギャラリモード光共振器の斜視図及び平面図である。It is the perspective view and top view of a ring-type whispering gallery mode optical resonator.

符号の説明Explanation of symbols

10,30 フォトニック結晶
12,32 スラブ
14,34 空気穴
16,50,52 光共振器
36 光導波路
20,22,40,42 微少変位装置
10, 30 Photonic crystal 12, 32 Slab 14, 34 Air hole 16, 50, 52 Optical resonator 36 Optical waveguide 20, 22, 40, 42 Micro displacement device

Claims (8)

光共振または光導波を行う光回路であって、
前記光回路を複数の部分に分割し、
分割した一部を残りの部分に対し空間的に変位させる変位手段を
有することを特徴とする光回路。
An optical circuit that performs optical resonance or optical waveguide,
Dividing the optical circuit into a plurality of parts;
An optical circuit comprising displacement means for spatially displacing a divided part with respect to the remaining part.
前記光回路は、光共振器であることを特徴とする請求項1記載の光回路。   The optical circuit according to claim 1, wherein the optical circuit is an optical resonator. 前記光回路は、光導波路であることを特徴とする請求項1記載の光回路。   The optical circuit according to claim 1, wherein the optical circuit is an optical waveguide. 前記光回路は、2次元フォトニック結晶に構成されたことを特徴とする請求項2または3記載の光回路。   4. The optical circuit according to claim 2, wherein the optical circuit is formed of a two-dimensional photonic crystal. 前記2次元フォトニック結晶のスラブをスラブ表面と平行な平面で複数の部分に分割し、
前記変位手段は、分割した一部を残りの部分に対し前記分割した平面に垂直方向に変位させることを特徴とする請求項4記載の光回路。
Dividing the slab of the two-dimensional photonic crystal into a plurality of parts by a plane parallel to the slab surface;
5. The optical circuit according to claim 4, wherein the displacing means displaces a divided part in a direction perpendicular to the divided plane with respect to the remaining part.
前記2次元フォトニック結晶のスラブをスラブ表面と垂直で前記光共振器を通る平面で分割し、
前記変位手段は、分割した一部を残りの部分に対し前記分割した平面に垂直方向に変位させることを特徴とする請求項4記載の光回路。
Dividing the slab of the two-dimensional photonic crystal by a plane perpendicular to the slab surface and passing through the optical resonator;
5. The optical circuit according to claim 4, wherein the displacing means displaces a divided part in a direction perpendicular to the divided plane with respect to the remaining part.
前記2次元フォトニック結晶のスラブをスラブ表面と垂直で前記光導波路を通る平面で分割し、
前記変位手段は、分割した一部を残りの部分に対し前記分割した平面に垂直方向に変位させることを特徴とする請求項4記載の光回路。
Dividing the slab of the two-dimensional photonic crystal by a plane perpendicular to the slab surface and passing through the optical waveguide;
5. The optical circuit according to claim 4, wherein the displacing means displaces a divided part in a direction perpendicular to the divided plane with respect to the remaining part.
前記光回路は、ウイスパリングギャラリモード光共振器であることを特徴とする請求項1記載の光回路。   2. The optical circuit according to claim 1, wherein the optical circuit is a whispering gallery mode optical resonator.
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