JP2006267474A - フォトニック結晶 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 2個の光導出入部(導波路)11、12の間に略同一の共振周波数を有する2個以上の共振器13、14を設ける。両共振器13、14の間、光導出入部11と共振器13の間又は光導出入部12と共振器14の間に、共振器13、14の共振周波数の光に共振しない結合調整用欠陥15、16a又は16bを設ける。これらの結合調整用欠陥の形態(数、大きさ等)を調整することにより、両共振器13、14の間、光導出入部11と共振器13の間又は光導出入部12と共振器14の間の相互結合係数を制御し、フラットトップ形の合分波スペクトルを得ることができる。
【選択図】 図3
Description
特許文献1には、空気より屈折率の高い物質から構成されるロッドを互いに平行に周期的に配列してなるストライプ層を複数積層したものであって、最隣接のストライプ層のロッド同士が直交し、次隣接のストライプ層のロッド同士が平行且つ半周期ずれた構造を有する3次元フォトニック結晶について記載されている。この文献には更に、この3次元フォトニック結晶を構成するロッドに線状欠陥を設けることにより光導波路を形成することが記載されている。また、特許文献2には、特許文献1と同様の3次元フォトニック結晶に点状欠陥を設けることにより共振器を形成したものが記載されている。
μ2=[(ω0/2)×(1/Qin+1/Qv)]2
の関係を満たすとき、合分波スペクトルの形状は理想的なフラットトップ形になる。このとき、合分波スペクトルの半値全幅Δωは
Δω=23/2|μ|
となる。Δωは、共振器の共振周波数ω0と導波路を伝播する光の周波数ω1の間に誤差が生じても高い効率で合分波できるためには大きい方が望ましいが、ノイズやクロストークを防ぐためには小さい方が望ましい。そのため、これら2つの式を満たしつつ、Δωを合分波器の設計方針に応じた所望の値になるようにするためにμ、Qin及びQvの値を調整することが必要である。このうちQvは共振器中の光が本体の上下方向に漏れることを防ぐため、できるだけ高い方が望ましいことから、Δωの制御はμ及びQinを調整することにより行う。
a) 周期的な屈折率分布を有する、母体となるフォトニック結晶と、
b) 母体フォトニック結晶内に設けた屈折率分布の欠陥であって、所定の周波数の光が存在可能な第1欠陥と、
c) 母体フォトニック結晶内に設けた屈折率分布の欠陥であって、前記所定周波数の光が存在可能な第2欠陥と、
d) 第1欠陥と第2欠陥の間に設けた屈折率分布の点状欠陥であって、前記所定周波数の光には共振しない結合調整用欠陥と、
を備えることを特徴とする。
前記母体フォトニック結晶内に設けた点状欠陥又は線状欠陥から成る第1光導出入部及び第2光導出入部と、
点状欠陥から成り、第1光導出入部と第2光導出入部との間に直列に配置した、略同一の共振周波数を有する2個以上の共振器と、
を備え、
該共振器のうち隣接する2個が前記第1欠陥及び第2欠陥である、
ように構成することにより、波長合分波器に好適に用いることができる。
前記母体フォトニック結晶内に設けた点状欠陥又は線状欠陥から成る第1光導出入部及び第2光導出入部と、
点状欠陥から成り、第1光導出入部と第2光導出入部との間に直列に配置した、略同一の共振周波数を有する2個以上の共振器と、
を備え、
前記第1光導出入部と第2光導出入部のいずれか一方が前記第1欠陥であり、
前記共振器のうち前記第1欠陥に最隣接の共振器が前記第2欠陥である、
ように構成することによっても、波長合分波器に好適に用いることができる。
2個の共振器の間の相互結合係数μ又は共振器と第1及び第2光導出入部の間の結合係数1/τinが
0.2<μ2/(1/τin+1/τv)2<10
(1/τv:共振器と結晶外部との間の結合係数)
の関係を満たすように調整されていることが望ましい。
ここで説明に用いる2次元フォトニック結晶は、スラブ状の本体に、該本体とは屈折率の異なる領域を所定の周期で設けることにより形成される。異屈折率領域は、本体に空孔を形成することにより設けることが、本体との屈折率の差を大きくすることができるという点で望ましい。
この波長合分波器は、導波路(線状欠陥)である第1光導出入部11と第2光導出入部12の間に、点状欠陥から成り略同一の共振周波数を有する共振器を2個以上(共振器13、14)直列に配置したものである。第1光導出入部11は、分波器では複数の周波数(波長)が重畳された光を導入するための光導入部であり、合波器では複数の周波数が重畳された光を外部に取り出すための光導出部である。第2光導出入部12は、分波器では特定の周波数の光を結晶外部に取り出すための光導出部であり、合波器では特定の周波数の光を導入するための光導入部である。両共振器13、14の共振周波数は、前記特定周波数とする。この構成において、第1光導出入部11に複数の周波数が重畳した光を伝播させると、前記特定周波数の光のみが共振器13、14を介して第2光導出入部12に取り出される分波器として機能する。また、第2光導出入部12に前記特定周波数の光を伝播させると、この光が共振器13、14を介して第1光導出入部11に導入される合波器として機能する。
Δω=23/2|μ|
となる。本発明により、相互結合係数μを細かく調整することができるため、Δωを所望の大きさに制御することができる。
τin sys=τin/(1+cosθ)
ω0 sys=ω0+(sinθ)/τin
θ=Δ+2βd
であり、Δは反射部において光が反射する際の位相のずれ、βは第1導波路21及び第2導波路22の伝搬係数である。上記と同様に共振器23と共振器24の間及び/又は第1導波路21と共振器23の間及び/又は第2導波路22と共振器24の間に結合調整用欠陥25、26a及び/又は26bを設け、それらの形態により相互結合係数μ及び/又は1/τinを調整し、μ2/(1/τin sys+1/τv)2が0.2〜10となるようにする。これにより、合分波スペクトルI(ω)の形状をフラットトップ形に近づけることができる。
本発明によれば、共振器(点状欠陥)と共振器の間、あるいは共振器と導波路(線状欠陥)の間に結合調整用欠陥を設けてその形態を調整することにより、それらの間の相互結合係数を容易に制御することができる。従来は相互結合係数を細かく制御することは困難であったが、本発明では結合調整用欠陥を任意の大きさや形状にすることができるため、相互結合係数を細かく制御することができる。
図5に、2個の共振器の間に結合調整用欠陥を配置したフォトニック結晶の実施例を示す。このうち図5(a)〜(c)は、スラブ状の本体31に空孔(異屈折率領域)32を三角格子状に配置した2次元フォトニック結晶において、共振器33aと共振器33bの間に、種類の異なる結合調整用欠陥34a、34b、34cを設けたものである。本実施例では、共振器33a及び33bは共に、周期空孔32を直線状に3個欠損させることにより形成する。両共振器33a、33bの間隔は格子点8列分である(両共振器33a、33bの間に格子点が7列存在する)。図5(a)の結合調整用欠陥34aは、両共振器33a、33bの中央に、即ち各共振器33a、33bからそれぞれ格子点4列分だけ離れた位置に、周期空孔32よりも径の大きい空孔32aを形成したものである。図5(b)及び(c)の結合調整用欠陥34b、34cも同様に、両共振器33a、33bの中央に、周期空孔32よりも径の大きい空孔32aを設けたものであるが、その数を図5(b)では2個、図5(c)では3個としたものである。
なお、本実施例では結合調整用欠陥は周期空孔32よりも大きい径の空孔32aで構成したが、目的とする相互結合係数によっては周期空孔32よりも小さい径の空孔32aで構成する場合もある。
本発明では結合調整用欠陥の形態を調整することによりμの値を自由に制御することができるため、本実施例において上記の結合調整用欠陥44を用いてμの値を適切に設定することにより、比較例よりもピーク幅を広くすることができる。このようにピーク幅を調整したことにより、分波又は合波周波数と共振周波数がわずかにずれたときでも、本実施例では比較例よりも高い効率で分波又は合波することができる。
12、22…第2光導出入部
13、14、33a、33b、33c、43a、43b…共振器
15、16a、16b、25、26a、26b、34a、34b、34c、34d、44…結合調整用欠陥
27、28…反射部
31、41…本体
32、42…周期空孔
32a、321、322、323、421、422…空孔
35、45a、45b…導波路
461、462…禁制帯領域
47…境界
Claims (12)
- a) 周期的な屈折率分布を有する、母体となるフォトニック結晶と、
b) 母体フォトニック結晶内に設けた屈折率分布の欠陥であって、所定の周波数の光が存在可能な第1欠陥と、
c) 母体フォトニック結晶内に設けた屈折率分布の欠陥であって、前記所定周波数の光が存在可能な第2欠陥と、
d) 第1欠陥と第2欠陥の間に設けた屈折率分布の点状欠陥であって、前記所定周波数の光には共振しない結合調整用欠陥と、
を備えることを特徴とするフォトニック結晶。 - 前記母体フォトニック結晶がスラブ状の本体に、該本体とは屈折率の異なる領域を所定の周期で設けて成る2次元フォトニック結晶であることを特徴とする請求項1に記載のフォトニック結晶。
- 第1欠陥及び第2欠陥が、略同一の共振周波数を有する共振器であることを特徴とする請求項1又は2に記載のフォトニック結晶。
- 第1欠陥及び第2欠陥のいずれか一方が、所定の共振周波数を有する共振器であり、他方が該周波数を伝播周波数帯域に含む導波路であることを特徴とする請求項1又は2に記載のフォトニック結晶。
- 前記母体フォトニック結晶内に設けた点状欠陥又は線状欠陥から成る第1光導出入部及び第2光導出入部と、
点状欠陥から成り、第1光導出入部と第2光導出入部との間に直列に配置した、略同一の共振周波数を有する2個以上の共振器と、
を備え、
該共振器のうち隣接する2個が前記第1欠陥及び第2欠陥である、
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のフォトニック結晶。 - 前記母体フォトニック結晶内に設けた点状欠陥又は線状欠陥から成る第1光導出入部及び第2光導出入部と、
点状欠陥から成り、第1光導出入部と第2光導出入部との間に直列に配置した、略同一の共振周波数を有する2個以上の共振器と、
を備え、
前記第1光導出入部と第2光導出入部のいずれか一方が前記第1欠陥であり、
前記共振器のうち前記第1欠陥に最隣接の共振器が前記第2欠陥である、
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のフォトニック結晶。 - 前記第1光導出入部及び前記第2光導出入部がいずれも線状欠陥から成る導波路であることを特徴とする請求項5又は6に記載のフォトニック結晶。
- 結合調整用欠陥の形態が、
2個の共振器の間の相互結合係数μ又は共振器と第1及び第2光導出入部の間の結合係数1/τinが
0.2<μ2/(1/τin+1/τv)2<10
(1/τv:共振器と結晶外部との間の結合係数)
の関係を満たすように調整されていることを特徴とする請求項5〜7のいずれかに記載のフォトニック結晶。 - 前記第1光導出入部が線状欠陥から成り、該線状欠陥に最隣接の共振器から所定の距離だけ離間した該線状欠陥上に、該共振器の共振周波数を有する光を反射する反射部を備えることを特徴とする請求項5〜8のいずれかに記載のフォトニック結晶。
- 前記母体フォトニック結晶が、異屈折率領域の周期又は大きさが異なり、互いに隣接する第1禁制帯領域と第2禁制帯領域を有し、
前記第1光導出入部である線状欠陥が第1禁制帯領域と第2禁制帯領域を通過し、
前記共振器が第1禁制帯領域に属し、
前記共振器の共振周波数が、第1禁制帯領域の該線状欠陥の導波路伝播周波数帯域には含まれ、第2禁制帯領域の該線状欠陥の導波路伝播周波数帯域には含まれない、
ことにより該線状欠陥の第1禁制帯領域と第2禁制帯領域の境界に反射部が形成された、
ことを特徴とする請求項9に記載のフォトニック結晶。 - 結合調整用欠陥の形態が、
2個の共振器の間の相互結合係数μ又は共振器と第1及び第2光導出入部の間の結合係数1/τinが
0.2<μ2/[(1/τin sys+1/τv)]2<10
τin sys=τin/(1+cosθ)
θ=Δ+2βd
(1/τv:共振器と結晶外部との間の結合係数、Δ:反射部において光が反射する際の位相のずれ、β:第1及び第2光導出入部である線状欠陥の伝搬定数、d:共振器と反射部の間の距離)
の関係を満たすように調整されていることを特徴とする請求項9又は10に記載のフォトニック結晶。 - 更に、第1及び第2光導出入部の間の距離が、上記関係を満たすように設定されていることを特徴とする請求項8〜11のいずれかに記載のフォトニック結晶。
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JP2005084806A JP2006267474A (ja) | 2005-03-23 | 2005-03-23 | フォトニック結晶 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2005084806A JP2006267474A (ja) | 2005-03-23 | 2005-03-23 | フォトニック結晶 |
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JP2006267474A true JP2006267474A (ja) | 2006-10-05 |
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Family Applications (1)
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JP2005084806A Pending JP2006267474A (ja) | 2005-03-23 | 2005-03-23 | フォトニック結晶 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008310065A (ja) * | 2007-06-15 | 2008-12-25 | Ricoh Co Ltd | 光制御素子 |
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-
2005
- 2005-03-23 JP JP2005084806A patent/JP2006267474A/ja active Pending
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