JP2006337574A - Waveguide element - Google Patents

Waveguide element Download PDF

Info

Publication number
JP2006337574A
JP2006337574A JP2005160206A JP2005160206A JP2006337574A JP 2006337574 A JP2006337574 A JP 2006337574A JP 2005160206 A JP2005160206 A JP 2005160206A JP 2005160206 A JP2005160206 A JP 2005160206A JP 2006337574 A JP2006337574 A JP 2006337574A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
photonic crystal
incident
waveguide element
inclined surface
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2005160206A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shigeo Kikko
重雄 橘高
Keiji Tsunetomo
啓司 常友
Tatsuhiro Nakazawa
達洋 中澤
Kazuaki Oya
和晃 大家
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Sheet Glass Co Ltd
Original Assignee
Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Sheet Glass Co Ltd filed Critical Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority to JP2005160206A priority Critical patent/JP2006337574A/en
Priority to PCT/JP2006/310028 priority patent/WO2006129501A1/en
Publication of JP2006337574A publication Critical patent/JP2006337574A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/42Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4204Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
    • G02B6/4214Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms the intermediate optical element having redirecting reflective means, e.g. mirrors, prisms for deflecting the radiation from horizontal to down- or upward direction toward a device
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12Light 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
    • G02B6/122Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
    • G02B6/1225Basic optical elements, e.g. light-guiding paths comprising photonic band-gap structures or photonic lattices
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/42Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/43Arrangements comprising a plurality of opto-electronic elements and associated optical interconnections

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a waveguide element that can be manufactured easily because of simple structure, that can be miniaturized, and that is suitable for vertical coupling. <P>SOLUTION: The waveguide element is a laminate, having refractive index periodicity in one direction and has: a photonic crystal 2, which is a core having a bottom face vertical to the refractive index periodic direction, an incident slope 2a and an exiting slope 2b both tilted with respect to the bottom face, an incident section 3, and an outgoing section 4. Light is made incident to the bottom face of the photonic crystal 2 by the incident section 3, and the light 5, made incident on the photonic crystal 2, is reflected by the incident slope 2a, producing in the photonic crystal 2 propagation light 8 by a band on the Billouin zone boundary. The propagation light 8 is reflected by the exiting slope 2b, with a light 6 emitted from the bottom face of the photonic crystal 2 and guided to the outgoing section 4. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は1次元フォトニック結晶をコアとして用いる導波路素子に関するものである。   The present invention relates to a waveguide element using a one-dimensional photonic crystal as a core.

基板上に導波路を配置した構成の光学素子、すなわち導波路素子は、すでに種々実用化されている。特に、最近になって2次元フォトニック結晶を用いた欠陥導波路が注目され、研究開発が盛んに行なわれている。この欠陥導波路の構造について説明する。まず、高屈折率の例えばSiを用いた薄膜層に規則的な空孔を形成することで、2次元の屈折率周期構造を有する2次元フォトニック結晶が構成される。なお、この2次元フォトニック結晶は、その屈折率周期を有する方向に広がる平面内の全方向において、使用周波数域におけるフォトニックバンドギャップが形成されている。さらに、この2次元フォトニック結晶に線状の欠陥を設けることで欠陥導波路が構成される。光は、欠陥導波路の欠陥部分を伝播することができ、欠陥が設けられていない個所は伝播することができない。そのため、光は欠陥部分に閉じ込められて、漏れることなく伝播することができる。これにより、光の急峻曲げが可能である。したがって、この欠陥導波路を配線として用いることで、光学回路の設計の自由度は高くなり、小型化または集積化が可能である。また、この欠陥導波路を光学素子の一部として用いることで、光学素子を小型化することができる。   Various optical elements having a structure in which a waveguide is disposed on a substrate, that is, waveguide elements, have already been put into practical use. In particular, recently, a defect waveguide using a two-dimensional photonic crystal has attracted attention, and research and development have been actively conducted. The structure of this defect waveguide will be described. First, a two-dimensional photonic crystal having a two-dimensional refractive index periodic structure is formed by forming regular holes in a thin film layer using, for example, Si having a high refractive index. This two-dimensional photonic crystal has a photonic band gap in the operating frequency range in all directions within a plane extending in the direction having the refractive index period. Further, a defect waveguide is formed by providing a linear defect in the two-dimensional photonic crystal. The light can propagate through the defect portion of the defect waveguide, and cannot propagate through the portion where no defect is provided. Therefore, the light is confined in the defect portion and can propagate without leaking. Thereby, steep bending of light is possible. Therefore, by using this defect waveguide as a wiring, the degree of freedom in designing an optical circuit is increased, and miniaturization or integration is possible. Further, by using this defect waveguide as a part of the optical element, the optical element can be reduced in size.

さらに、この欠陥導波路中を伝播する光に群速度異常を生じさせることも可能である。そのため、大きな非線型作用を得ることができ、光学素子の一部として用いた場合に、その光学素子の特性の改善や小型化を実現することができる。なお、2次元フォトニック結晶を用いた導波路素子は、例えば、特許文献1、特許文献2、特許文献3、特許文献4および特許文献5に開示されている。なお、実際は、上記欠陥導波路と、伝播損失の少ない単純なシリコン細線とを組み合わせた導波路を用いることが一般的である。   Further, it is possible to cause a group velocity abnormality in the light propagating in the defect waveguide. Therefore, a large non-linear action can be obtained, and when used as a part of the optical element, improvement of the characteristics and miniaturization of the optical element can be realized. In addition, the waveguide element using a two-dimensional photonic crystal is disclosed by patent document 1, patent document 2, patent document 3, patent document 4, and patent document 5, for example. In practice, it is common to use a waveguide in which the above-described defect waveguide is combined with a simple silicon wire with little propagation loss.

また、2次元フォトニック結晶に比べて構成が簡単であるため容易に作製することができる、1次元フォトニック結晶も導波路素子として用いることができる(例えば、特許文献6参照)。   In addition, a one-dimensional photonic crystal that can be easily manufactured because it has a simpler structure than a two-dimensional photonic crystal can also be used as a waveguide element (see, for example, Patent Document 6).

このような導波路素子を含む光回路と、電子回路とを結合して用いることが提案されている。具体的には、発光部および受光部を備えた電子回路と光回路とを組み合わせればよい。そして発光部から出力した光信号を光回路で受信し、光回路から出力した光信号を受光部で受信すればよい。このように、光回路と電子回路とを融合させることで、光回路による高速処理と電子回路によるフレキシブルな処理との両方を備えた回路が構成される。光回路と電子回路とを結合させる場合、一般的に端面結合と垂直結合との2種類の結合がある。図17は光回路と電子回路とを結合させた構成を示す斜視図である。図17(a)は端面結合を示し、図17(b)は垂直結合を示している。図17(a)に示しているように、平面状の電子回路100および光回路200との端面同士を対向させる端面結合と、図17(b)に示しているように、平面状の電子回路100および光回路200を上下に配置し、それらの上下面同士を対向させる垂直結合がある。電子回路100は、光信号を出力する発光部および光信号を受信する受光部等と導線101とを備える。また、光回路200は光信号を出力する出力部および光信号を受信する入力部等を備える。   It has been proposed to use an optical circuit including such a waveguide element in combination with an electronic circuit. Specifically, an electronic circuit including a light emitting unit and a light receiving unit may be combined with an optical circuit. The optical signal output from the light emitting unit may be received by the optical circuit, and the optical signal output from the optical circuit may be received by the light receiving unit. In this way, by combining the optical circuit and the electronic circuit, a circuit having both high-speed processing by the optical circuit and flexible processing by the electronic circuit is configured. When coupling an optical circuit and an electronic circuit, there are generally two types of coupling: end face coupling and vertical coupling. FIG. 17 is a perspective view showing a configuration in which an optical circuit and an electronic circuit are combined. FIG. 17A shows end face coupling, and FIG. 17B shows vertical coupling. As shown in FIG. 17 (a), the end surface coupling of the planar electronic circuit 100 and the optical circuit 200 facing each other, and the planar electronic circuit as shown in FIG. 17 (b). There is a vertical coupling in which 100 and the optical circuit 200 are arranged one above the other and their upper and lower surfaces face each other. The electronic circuit 100 includes a light emitting unit that outputs an optical signal, a light receiving unit that receives the optical signal, and the like, and a conductive wire 101. The optical circuit 200 includes an output unit that outputs an optical signal, an input unit that receives the optical signal, and the like.

図17(a)に示す端面結合では、電子回路100の端面102に、発光部および受光部が設置されていなければならない。同様に、光回路200の端面201に出力部および入力部が設置されていなければならない。光信号300の入出力を行う電子回路100および光回路200は平面状であることから、それらの端面102および201の面積は他の面よりも小さい。そのため、発光部および受光部と出力部および入力部とは一列配置となり、設置できる数が少ない。   In the end face coupling shown in FIG. 17A, the light emitting section and the light receiving section must be installed on the end face 102 of the electronic circuit 100. Similarly, an output unit and an input unit must be installed on the end surface 201 of the optical circuit 200. Since the electronic circuit 100 and the optical circuit 200 that input and output the optical signal 300 are planar, their end surfaces 102 and 201 have smaller areas than the other surfaces. For this reason, the light emitting unit, the light receiving unit, the output unit, and the input unit are arranged in a line, and the number that can be installed is small.

しかし、図17(b)に示す垂直結合では、電子回路100および光回路200それぞれの主面(上下面)103および202に発光部および受光部と出力部および入力部とが設置される。主面103および202は端面102および201に比べて面積が広いため、発光部および受光部と出力部および入力部との設置数を多くできる。つまり、回路設計上の自由度が大きくなる。したがって、電子回路100と光回路200とを融合させる場合は、垂直結合を用いることが好ましい。   However, in the vertical coupling shown in FIG. 17B, the light emitting unit, the light receiving unit, the output unit, and the input unit are installed on the main surfaces (upper and lower surfaces) 103 and 202 of the electronic circuit 100 and the optical circuit 200, respectively. Since the main surfaces 103 and 202 have a larger area than the end surfaces 102 and 201, the number of light emitting units, light receiving units, output units, and input units can be increased. That is, the degree of freedom in circuit design increases. Therefore, when the electronic circuit 100 and the optical circuit 200 are fused, it is preferable to use vertical coupling.

平面状の光回路の場合は、出射光は通常光回路の主面と平行な方向に進行し、端面から出射される。したがって、垂直結合を用いる場合は、出射光を直角に曲げる必要がある。例えば、特許文献5に開示されている波長分波素子は、特定の周波数成分を共振させて、その周波数成分を有する光信号を垂直方向に取り出すことができる。また、例えば、特許文献6に開示されている光学素子は、プリズムや回折格子を備えているため、光路を曲げることができる。これらのような光学素子を用いることで、垂直結合を容易に実現することができる。
特開2004−212416号公報 特開2004−170478号公報 特開2004−296560号公報 特開2004−093787号公報 特開2004−119671号公報 国際公開第05/008305号パンフレット
In the case of a planar optical circuit, the emitted light usually travels in a direction parallel to the main surface of the optical circuit and is emitted from the end face. Therefore, when using vertical coupling, it is necessary to bend the emitted light at a right angle. For example, the wavelength demultiplexing element disclosed in Patent Document 5 can resonate a specific frequency component and extract an optical signal having the frequency component in the vertical direction. For example, since the optical element disclosed in Patent Document 6 includes a prism and a diffraction grating, the optical path can be bent. By using such optical elements, vertical coupling can be easily realized.
JP 2004-212416 A JP 2004-170478 A JP 2004-296560 A JP 2004-093787 A JP 2004-119671 A International Publication No. 05/008305 Pamphlet

ここで、シリコン細線導波路または上述した2次元フォトニック結晶欠陥導波路の場合、そのコア径は通常0.5μm以下となり非常に小さい。そのため、光ファイバーなどの外部光と結合させるには光軸合わせが困難であり、かつ結合損失が大きくなる。   Here, in the case of the silicon fine wire waveguide or the above-described two-dimensional photonic crystal defect waveguide, the core diameter is usually 0.5 μm or less and very small. Therefore, it is difficult to align the optical axis for coupling with external light such as an optical fiber, and the coupling loss increases.

また、こられの導波路を平面状の光回路上に設置すると、出射光は端面結合(図17(a)参照)に適した方向に出射される。垂直結合(図17(b)参照)に適した方向とするためには、例えば、欠陥導波路の出射端面を45°に斜め加工する等の製造工程の追加が必要となる。   If these waveguides are installed on a planar optical circuit, the emitted light is emitted in a direction suitable for end face coupling (see FIG. 17A). In order to make the direction suitable for the vertical coupling (see FIG. 17B), it is necessary to add a manufacturing process such as obliquely processing the exit end face of the defect waveguide at 45 °.

また、特定の周波数成分を共振させて垂直方向に取り出す上述の波長分離素子は、複数の周波数成分を含む光信号を同時に取り出すことができない。   Further, the above-described wavelength separation element that resonates specific frequency components and extracts them in the vertical direction cannot simultaneously extract optical signals including a plurality of frequency components.

また、1次元フォトニック結晶を用いた導波路素子は、1次元フォトニック結晶導波路のコア径が数μm程度であるため、光ファイバとの結合が容易である。しかし、従来の1次元フォトニック結晶導波路では、垂直結合とするために、プリズムや回折格子が必要となる。しかし、導波路素子のサイズが10μm程度であるため、それに対応するプリズムや回折格子を実際に作製することは困難である。   In addition, a waveguide element using a one-dimensional photonic crystal can be easily coupled to an optical fiber because the core diameter of the one-dimensional photonic crystal waveguide is about several μm. However, the conventional one-dimensional photonic crystal waveguide requires a prism and a diffraction grating in order to achieve vertical coupling. However, since the size of the waveguide element is about 10 μm, it is difficult to actually manufacture a prism and a diffraction grating corresponding to the waveguide element.

本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであって、構成が簡単であるため容易に作製することができ、小型化が可能な、垂直結合に適した導波路素子を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a waveguide element suitable for vertical coupling that can be easily manufactured because of its simple structure and can be miniaturized. And

本発明の第1の導波路素子は、1方向に屈折率周期性を有する積層体であり、前記屈折率周期方向に対して垂直である底面と、前記底面に対して傾斜している入射側傾斜面および出射側傾斜面とを有する、コアであるフォトニック結晶と、入射部と、出射部とを備えた導波路素子であって、前記入射部が前記フォトニック結晶の前記底面に光を入射させ、前記フォトニック結晶中に入射された光が、前記入射側傾斜面で反射して、前記フォトニック結晶中にブリルアンゾーン境界上のバンドによる伝播光が生じ、前記伝播光が前記出射側傾斜面で反射して、前記フォトニック結晶の前記底面から光が出射され、前記フォトニック結晶から出射された光が前記出射部に導かれる。   The first waveguide element of the present invention is a laminate having a refractive index periodicity in one direction, a bottom surface perpendicular to the refractive index periodic direction, and an incident side inclined with respect to the bottom surface A waveguide device comprising a core photonic crystal having an inclined surface and an exit-side inclined surface, an incident portion, and an exit portion, wherein the incident portion emits light to the bottom surface of the photonic crystal. The light incident on the photonic crystal is reflected by the incident side inclined surface, and propagated light is generated in the photonic crystal by a band on the Brillouin zone boundary. Light reflected from the inclined surface is emitted from the bottom surface of the photonic crystal, and the light emitted from the photonic crystal is guided to the emitting portion.

また、本発明の第2の導波路素子は、1方向に屈折率周期性を有する積層体であり、前記屈折率周期方向に対して垂直である底面と、前記底面に対して傾斜している傾斜面とを有する、コアであるフォトニック結晶と、入射部とを備えた導波路素子であって、前記入射部が前記フォトニック結晶の前記底面に光を入射させ、前記フォトニック結晶中に入射された光が、前記傾斜面で反射して、前記フォトニック結晶中にブリルアンゾーン境界上のバンドによる伝播光が生じる。   The second waveguide element of the present invention is a laminate having a refractive index periodicity in one direction, and is inclined with respect to the bottom surface perpendicular to the refractive index periodic direction and the bottom surface. A waveguide device having a photonic crystal that is a core having an inclined surface and an incident part, wherein the incident part causes light to enter the bottom surface of the photonic crystal, and The incident light is reflected by the inclined surface, and propagating light is generated in the photonic crystal by a band on the Brillouin zone boundary.

また、本発明の第3の導波路素子は、1方向に屈折率周期性を有する積層体であり、前記屈折率周期方向に対して垂直である底面と、前記底面に対して傾斜している傾斜面とを有する、コアであるフォトニック結晶と、出射部とを備えた導波路素子であって、前記フォトニック結晶中を伝播するブリルアンゾーン境界上のバンドによる伝播光が前記傾斜面で反射して、前記フォトニック結晶の前記底面から光が出射され、前記フォトニック結晶から出射された光が前記出射部に導かれる。   The third waveguide element of the present invention is a laminate having a refractive index periodicity in one direction, and is inclined with respect to the bottom surface perpendicular to the refractive index periodic direction and the bottom surface. A waveguide device having a photonic crystal that is a core having an inclined surface and an emission part, and light propagated by a band on a Brillouin zone boundary propagating in the photonic crystal is reflected by the inclined surface Then, light is emitted from the bottom surface of the photonic crystal, and the light emitted from the photonic crystal is guided to the emission portion.

また、本発明の第4の導波路素子は、1方向に屈折率周期性を有する積層体であり、前記屈折率周期方向に対して垂直である底面と、前記底面に対向する上面と、前記上面に形成された入射側回折格子および出射側回折格子とを有する、コアであるフォトニック結晶と、入射部と、出射部とを備えた導波路素子であって、前記入射部が前記フォトニック結晶の前記底面に光を入射させ、前記フォトニック結晶中に入射された光が、前記入射側回折格子で反射して、前記フォトニック結晶中にブリルアンゾーン境界上のバンドによる伝播光が生じ、前記伝播光が前記出射側回折格子で反射して、前記フォトニック結晶の前記底面から光が出射され、前記フォトニック結晶から出射された光が前記出射部に導かれる。   The fourth waveguide element of the present invention is a laminate having a refractive index periodicity in one direction, a bottom surface perpendicular to the refractive index periodic direction, a top surface facing the bottom surface, A waveguide device having a photonic crystal as a core, an incident portion, and an exit portion, each having an entrance-side diffraction grating and an exit-side diffraction grating formed on an upper surface, wherein the entrance portion is the photonic crystal Light is incident on the bottom surface of the crystal, the light incident in the photonic crystal is reflected by the incident-side diffraction grating, and a propagating light is generated in the photonic crystal by a band on the Brillouin zone boundary, The propagating light is reflected by the emission side diffraction grating, light is emitted from the bottom surface of the photonic crystal, and light emitted from the photonic crystal is guided to the emission part.

また、本発明の第5の導波路素子は、1方向に屈折率周期性を有する積層体であり、前記屈折率周期方向に対して垂直である底面と、前記底面に対向する上面と、前記上面に形成された回折格子とを有する、コアであるフォトニック結晶と、入射部とを備えた導波路素子であって、前記入射部が前記フォトニック結晶の前記底面に光を入射させ、前記フォトニック結晶中に入射された光が、前記回折格子で反射して、前記フォトニック結晶中にブリルアンゾーン境界上のバンドによる伝播光が生じる。   The fifth waveguide element of the present invention is a laminate having a refractive index periodicity in one direction, a bottom surface perpendicular to the refractive index periodic direction, a top surface facing the bottom surface, A waveguide element having a photonic crystal as a core having a diffraction grating formed on an upper surface and an incident part, wherein the incident part causes light to be incident on the bottom surface of the photonic crystal, and Light incident on the photonic crystal is reflected by the diffraction grating, and propagation light is generated in the photonic crystal due to a band on the Brillouin zone boundary.

また、本発明の第6の導波路素子は、1方向に屈折率周期性を有する積層体であり、前記屈折率周期方向に対して垂直である底面と、前記底面に対向する上面と、前記上面に形成された回折格子とを有する、コアであるフォトニック結晶と、出射部とを備えた導波路素子であって、前記フォトニック結晶中を伝播するブリルアンゾーン境界上のバンドによる伝播光が前記回折格子で反射して、前記フォトニック結晶の前記底面から光が出射され、前記フォトニック結晶から出射された光が前記出射部に導かれる。   Further, a sixth waveguide element of the present invention is a laminate having a refractive index periodicity in one direction, a bottom surface perpendicular to the refractive index periodic direction, a top surface facing the bottom surface, A waveguide device having a photonic crystal that is a core having a diffraction grating formed on an upper surface and an emitting portion, and propagating light by a band on a Brillouin zone boundary that propagates in the photonic crystal Light reflected from the diffraction grating is emitted from the bottom surface of the photonic crystal, and the light emitted from the photonic crystal is guided to the emission portion.

本発明によれば、構成が簡単であるため容易に作製することができ、小型化が可能な、垂直結合に適した導波路素子を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a waveguide element suitable for vertical coupling that can be easily manufactured because of its simple configuration and can be miniaturized.

本発明の第1の導波路素子は、コアであるフォトニック結晶を備えている。このフォトニック結晶が入射側傾斜面および出射側傾斜面を有していて、フォトニック結晶の底面から光が入射および出射される。入射された光が入射側傾斜面で反射することで、フォトニック結晶中にブリルアンゾーン境界上のバンドによる伝播光が生じる。また、伝播光が出射側傾斜面で反射することで、フォトニック結晶から光が出射される。このように、この導波路素子は、入射される光および出射される光と伝播光との進行方向が異なる。したがって、この導波路素子は、垂直結合に適している。また、ブリルアンゾーン境界上の伝播を用いることから光制御素子としても用いることができる。また、1次元フォトニック結晶を用いていることから、構成が簡単であるため容易に作製することができ、小型化が可能である。   The first waveguide element of the present invention includes a photonic crystal that is a core. This photonic crystal has an incident side inclined surface and an emission side inclined surface, and light is incident and emitted from the bottom surface of the photonic crystal. The incident light is reflected by the incident side inclined surface, so that propagating light is generated in the photonic crystal by a band on the Brillouin zone boundary. Moreover, light is emitted from the photonic crystal by reflecting the propagating light on the outgoing inclined surface. Thus, in this waveguide element, the traveling directions of the incident light and the emitted light are different from those of the propagating light. Therefore, this waveguide element is suitable for vertical coupling. Further, since propagation on the Brillouin zone boundary is used, it can also be used as a light control element. In addition, since a one-dimensional photonic crystal is used, the structure is simple, so that it can be easily manufactured and the size can be reduced.

また、上記本発明の第1の導波路素子において、好ましくは、前記入射側傾斜面および前記出射側傾斜面には、それぞれ反射層が形成されている。それにより、導波路素子において、光の損失を減少させ、高い結合効率を実現できる。   In the first waveguide element of the present invention, preferably, a reflection layer is formed on each of the incident side inclined surface and the emission side inclined surface. Thereby, in the waveguide element, loss of light can be reduced and high coupling efficiency can be realized.

また、本発明の第2の導波路素子は、コアであるフォトニック結晶を備えている。このフォトニック結晶が傾斜面を有していて、フォトニック結晶の底面から光が入射される。入射された光が傾斜面で反射することで、フォトニック結晶中にブリルアンゾーン境界上のバンドによる伝播光が生じる。このように、この導波路素子は、入射される光と伝播光との進行方向が異なる。したがって、この導波路素子は、垂直結合に適している。また、ブリルアンゾーン境界上の伝播を用いることから光制御素子としても用いることができる。また、1次元フォトニック結晶を用いていることから、構成が簡単であるため容易に作製することができ、小型化が可能である。   The second waveguide element of the present invention includes a photonic crystal that is a core. This photonic crystal has an inclined surface, and light enters from the bottom surface of the photonic crystal. The incident light is reflected by the inclined surface, so that propagating light is generated in the photonic crystal due to the band on the Brillouin zone boundary. Thus, this waveguide element has different traveling directions of incident light and propagating light. Therefore, this waveguide element is suitable for vertical coupling. Further, since propagation on the Brillouin zone boundary is used, it can also be used as a light control element. In addition, since a one-dimensional photonic crystal is used, the structure is simple, so that it can be easily manufactured and the size can be reduced.

また、本発明の第3の導波路素子は、コアであるフォトニック結晶を備えている。このフォトニック結晶が傾斜面を有していて、フォトニック結晶の底面から光が出射される。ブリルアンゾーン境界上のバンドによる伝播光が傾斜面で反射することで、フォトニック結晶から光が出射される。このように、この導波路素子は、出射される光と伝播光との進行方向が異なる。したがって、この導波路素子は、垂直結合に適している。また、ブリルアンゾーン境界上の伝播を用いることから光制御素子としても用いることができる。また、1次元フォトニック結晶を用いていることから、構成が簡単であるため容易に作製することができ、小型化が可能である。   The third waveguide element of the present invention includes a photonic crystal that is a core. This photonic crystal has an inclined surface, and light is emitted from the bottom surface of the photonic crystal. Light propagated by the band on the Brillouin zone boundary is reflected by the inclined surface, so that light is emitted from the photonic crystal. As described above, in this waveguide element, the traveling directions of the emitted light and the propagating light are different. Therefore, this waveguide element is suitable for vertical coupling. Further, since propagation on the Brillouin zone boundary is used, it can also be used as a light control element. In addition, since a one-dimensional photonic crystal is used, the structure is simple, so that it can be easily manufactured and the size can be reduced.

また、上記本発明の第2または第3の導波路素子において、好ましくは、前記傾斜面には、反射層が形成されている。それにより、導波路素子において、光の損失を減少させ、高い結合効率を実現できる。   In the second or third waveguide element of the present invention, preferably, a reflective layer is formed on the inclined surface. Thereby, in the waveguide element, loss of light can be reduced and high coupling efficiency can be realized.

また、上記本発明の第1ないし第3のいずれかの導波路素子において、好ましくは、前記反射層は、金属膜である。それにより、容易に反射率の高い反射層を形成することができる。   In the first to third waveguide elements of the present invention, preferably, the reflective layer is a metal film. Thereby, a reflective layer with a high reflectance can be formed easily.

また、上記本発明の第1ないし第3のいずれかの導波路素子において、好ましくは、前記反射層は、誘電体多層膜である。それにより、容易に反射層を形成することができる。   In the first to third waveguide elements of the present invention, preferably, the reflective layer is a dielectric multilayer film. Thereby, a reflective layer can be formed easily.

また、本発明の第4の導波路素子は、コアであるフォトニック結晶を備えている。このフォトニック結晶が入射側回折格子および出射側回折格子を有していて、フォトニック結晶の底面から光が入射および出射される。入射された光が入射側回折格子で反射することで、フォトニック結晶中にブリルアンゾーン境界上のバンドによる伝播光が生じる。また、伝播光が出射側回折格子で反射することで、フォトニック結晶から光が出射される。このように、この導波路素子は、入射される光および出射される光と伝播光との進行方向が異なる。したがって、この導波路素子は、垂直結合に適している。また、ブリルアンゾーン境界上の伝播を用いることから光制御素子としても用いることができる。また、1次元フォトニック結晶を用いていることから、構成が簡単であるため容易に作製することができ、小型化が可能である。   The fourth waveguide element of the present invention includes a photonic crystal that is a core. This photonic crystal has an incident side diffraction grating and an output side diffraction grating, and light is incident and emitted from the bottom surface of the photonic crystal. The incident light is reflected by the incident side diffraction grating, so that propagating light is generated in the photonic crystal due to the band on the Brillouin zone boundary. Moreover, light is emitted from the photonic crystal because the propagating light is reflected by the exit side diffraction grating. Thus, in this waveguide element, the traveling directions of the incident light and the emitted light are different from those of the propagating light. Therefore, this waveguide element is suitable for vertical coupling. Further, since propagation on the Brillouin zone boundary is used, it can also be used as a light control element. In addition, since a one-dimensional photonic crystal is used, the structure is simple, so that it can be easily manufactured and the size can be reduced.

また、本発明の第5の導波路素子は、コアであるフォトニック結晶を備えている。このフォトニック結晶が回折格子を有していて、フォトニック結晶の底面から光が入射される。入射された光が回折格子で反射することで、フォトニック結晶中にブリルアンゾーン境界上のバンドによる伝播光が生じる。このように、この導波路素子は、入射される光と伝播光との進行方向が異なる。したがって、この導波路素子は、垂直結合に適している。また、ブリルアンゾーン境界上の伝播を用いることから光制御素子としても用いることができる。また、1次元フォトニック結晶を用いていることから、構成が簡単であるため容易に作製することができ、小型化が可能である。   The fifth waveguide element of the present invention includes a photonic crystal that is a core. This photonic crystal has a diffraction grating, and light enters from the bottom of the photonic crystal. The incident light is reflected by the diffraction grating, so that propagating light is generated in the photonic crystal due to the band on the Brillouin zone boundary. Thus, this waveguide element has different traveling directions of incident light and propagating light. Therefore, this waveguide element is suitable for vertical coupling. Further, since propagation on the Brillouin zone boundary is used, it can also be used as a light control element. In addition, since a one-dimensional photonic crystal is used, the structure is simple, so that it can be easily manufactured and the size can be reduced.

また、本発明の第6の導波路素子は、コアであるフォトニック結晶を備えている。このフォトニック結晶が回折格子を有していて、フォトニック結晶の底面から光が出射される。ブリルアンゾーン境界上のバンドによる伝播光が回折格子で反射することで、フォトニック結晶から光が出射される。このように、この導波路素子は、出射される光と伝播光との進行方向が異なる。したがって、この導波路素子は、垂直結合に適している。また、ブリルアンゾーン境界上の伝播を用いることから光制御素子としても用いることができる。また、1次元フォトニック結晶を用いていることから、構成が簡単であるため容易に作製することができ、小型化が可能である。   The sixth waveguide element of the present invention includes a photonic crystal that is a core. This photonic crystal has a diffraction grating, and light is emitted from the bottom surface of the photonic crystal. Light propagated by the band on the Brillouin zone boundary is reflected by the diffraction grating, and light is emitted from the photonic crystal. As described above, in this waveguide element, the traveling directions of the emitted light and the propagating light are different. Therefore, this waveguide element is suitable for vertical coupling. Further, since propagation on the Brillouin zone boundary is used, it can also be used as a light control element. In addition, since a one-dimensional photonic crystal is used, the structure is simple, so that it can be easily manufactured and the size can be reduced.

また、上記本発明の第1または第4の導波路素子において、好ましくは、前記フォトニック結晶中に入射される光の進行方向もしくは前記フォトニック結晶中から出射される光の進行方向は、前記フォトニック結晶の前記屈折率周期方向と同一方向である。それにより、この導波路素子を搭載した光回路を、垂直結合することができる。   In the first or fourth waveguide element of the present invention, preferably, the traveling direction of light incident on the photonic crystal or the traveling direction of light emitted from the photonic crystal is This is the same direction as the refractive index periodic direction of the photonic crystal. Thereby, an optical circuit on which this waveguide element is mounted can be vertically coupled.

また、上記本発明の第2または第5の導波路素子において、好ましくは、前記フォトニック結晶中に入射される光の進行方向は、前記フォトニック結晶の前記屈折率周期方向と同一方向である。それにより、この導波路素子を搭載した光回路を、垂直結合することができる。   In the second or fifth waveguide element of the present invention, preferably, the traveling direction of light incident on the photonic crystal is the same direction as the refractive index periodic direction of the photonic crystal. . Thereby, an optical circuit on which this waveguide element is mounted can be vertically coupled.

また、上記本発明の第3または第6の導波路素子において、好ましくは、前記フォトニック結晶中から出射される光の進行方向は、前記フォトニック結晶の前記屈折率周期方向と同一方向である。それにより、この導波路素子を搭載した光回路を、垂直結合することができる。   In the third or sixth waveguide element of the present invention, preferably, the traveling direction of light emitted from the photonic crystal is the same direction as the refractive index periodic direction of the photonic crystal. . Thereby, an optical circuit on which this waveguide element is mounted can be vertically coupled.

(実施の形態1)
本発明の実施の形態1に係る導波路素子について図を用いて説明する。図1は本発明の実施の形態1に係る導波路素子の構成を示す斜視図である。また、図2は本発明の実施の形態1に係る導波路素子の構成を示す側面図である。なお、図1および図2において、フォトニック結晶導波路の屈折率周期方向をY軸方向とし、光の伝播方向をZ軸方向とし、Y軸方向およびZ軸方向と垂直な方向をX軸方向とする。
(Embodiment 1)
A waveguide element according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of a waveguide element according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is a side view showing the configuration of the waveguide element according to Embodiment 1 of the present invention. 1 and 2, the refractive index periodic direction of the photonic crystal waveguide is the Y-axis direction, the light propagation direction is the Z-axis direction, and the Y-axis direction and the direction perpendicular to the Z-axis direction are the X-axis direction. And

図1に示すように、実施の形態1の導波路素子10は、基板1と1次元フォトニック結晶2と入射部3と出射部4とを備えている。基板1は透光性の材料で構成されている。   As shown in FIG. 1, the waveguide element 10 according to the first embodiment includes a substrate 1, a one-dimensional photonic crystal 2, an incident part 3, and an emission part 4. The substrate 1 is made of a translucent material.

フォトニック結晶2は、屈折率の異なる2種類の物質が交互に積層された積層構造体である。これら各物質の層厚は一定であるため、フォトニック結晶2は一方向にのみ屈折率周期性を有する。また、フォトニック結晶2の両端面である入射側傾斜面2aおよび出射側傾斜面2bは、屈折率周期方向であるY軸方向に垂直であるXZ面に対して傾斜している。例えば、XZ面に対して平行であるフォトニック結晶2の底面に対して、入射側傾斜面2aおよび出射側傾斜面2bはそれぞれ角度ψaおよび角度ψb傾斜している。また傾斜の方向は、それぞれ逆向きである。なお、角度ψaおよび角度ψbは異なる値であってもよいが、同一の値とした方が、設計および製造が容易であり好ましい。 The photonic crystal 2 is a laminated structure in which two kinds of substances having different refractive indexes are alternately laminated. Since the layer thickness of each of these substances is constant, the photonic crystal 2 has a refractive index periodicity only in one direction. Further, the incident side inclined surface 2a and the emission side inclined surface 2b which are both end faces of the photonic crystal 2 are inclined with respect to the XZ plane perpendicular to the Y-axis direction which is the refractive index periodic direction. For example, the incident side inclined surface 2a and the emission side inclined surface 2b are inclined at an angle ψ a and an angle ψ b with respect to the bottom surface of the photonic crystal 2 parallel to the XZ plane, respectively. Further, the directions of inclination are opposite to each other. The angle ψ a and the angle ψ b may be different values, but the same value is preferable because it is easy to design and manufacture.

入射部3は、光ファイバ3aとコリメータレンズ3bと対物レンズ3cとを備えていて、基板1の底面側に配置されている。また、入射部3は基板1を介して、入射光5をフォトニック結晶2の底面に入射させる。入射光5は入射側傾斜面2aに向かって進行するので、入射部3は入射側傾斜面2aに向かうように配置されている。   The incident portion 3 includes an optical fiber 3 a, a collimator lens 3 b, and an objective lens 3 c, and is disposed on the bottom surface side of the substrate 1. Further, the incident portion 3 causes incident light 5 to be incident on the bottom surface of the photonic crystal 2 through the substrate 1. Since the incident light 5 travels toward the incident-side inclined surface 2a, the incident portion 3 is arranged to face the incident-side inclined surface 2a.

また、出射部4は光ファイバ4aとコリメータレンズ4bと対物レンズ4cとを備えていて、基板1の底面側に配置されている。また、出射側傾斜面2bで反射した光が出射光6としてフォトニック結晶2の底面から出射される。出射光6は基板1を介して出射部4に導かれるため、出射部4は出射側傾斜面2bに向かうように配置されている。   The emitting unit 4 includes an optical fiber 4a, a collimator lens 4b, and an objective lens 4c, and is disposed on the bottom surface side of the substrate 1. Further, the light reflected by the outgoing side inclined surface 2 b is emitted from the bottom surface of the photonic crystal 2 as outgoing light 6. Since the outgoing light 6 is guided to the outgoing part 4 through the substrate 1, the outgoing part 4 is arranged to face the outgoing side inclined surface 2b.

なお、入射部3および出射部4の構成はこの構成に限定されるものではない。   In addition, the structure of the incident part 3 and the output part 4 is not limited to this structure.

また、入射光5および出射光6の基板1への入射角および出射角は0°が好ましい。すなわち、入射光5および出射光6は、基板1に対して垂直であることが好ましい。それにより、導波路素子10を光回路に用いた場合に、垂直結合を容易に行うことができる。なお、基板1はXZ平面に対して平行である。   Further, the incident angle and the outgoing angle of the incident light 5 and the outgoing light 6 with respect to the substrate 1 are preferably 0 °. That is, the incident light 5 and the outgoing light 6 are preferably perpendicular to the substrate 1. Thereby, when the waveguide element 10 is used in an optical circuit, vertical coupling can be easily performed. The substrate 1 is parallel to the XZ plane.

このような構成において、フォトニック結晶2は導波路のコアであり、クラッドは基板1および、フォトニック結晶2の上側および側面を取り囲んでいる空気である。なお、フォトニック結晶2の周りに所定の材料を設置することでクラッドとすることもできる。   In such a configuration, the photonic crystal 2 is a waveguide core, and the cladding is air surrounding the substrate 1 and the upper and side surfaces of the photonic crystal 2. In addition, it can also be set as a clad by installing a predetermined material around the photonic crystal 2.

次に、導波路素子10の動作について説明する。まず、光ファイバ3aを伝播してきた入射光5は、コリメータレンズ3bで平行光とされ、対物レンズ3cで集光されて、基板1に入射される。入射部3からの光は基板1中を伝播した後、フォトニック結晶2に、フォトニック結晶2の底面から入射される。フォトニック結晶2中を伝播する入射光5は、入射側傾傾斜面2aに到達し反射して、Z軸方向に伝播する。なお、Z軸方向に反射する条件は後述するフォトニックバンドの構造から求めることができる。   Next, the operation of the waveguide element 10 will be described. First, the incident light 5 propagating through the optical fiber 3a is converted into parallel light by the collimator lens 3b, condensed by the objective lens 3c, and incident on the substrate 1. Light from the incident portion 3 propagates through the substrate 1 and then enters the photonic crystal 2 from the bottom surface of the photonic crystal 2. Incident light 5 propagating through the photonic crystal 2 reaches the incident side inclined surface 2a, is reflected, and propagates in the Z-axis direction. The conditions for reflection in the Z-axis direction can be obtained from the photonic band structure described later.

Z軸方向に伝播している伝播光8は、出射側傾斜面2bに到達する。伝播光8は出射側傾斜面2bで反射して、フォトニック結晶2の底面へと向かって進路を変更する。なお、Y軸方向に反射する条件は後述するフォトニックバンドの構造から求めることができる。   The propagating light 8 propagating in the Z-axis direction reaches the exit side inclined surface 2b. The propagating light 8 is reflected by the exit-side inclined surface 2 b and changes its path toward the bottom surface of the photonic crystal 2. The conditions for reflection in the Y-axis direction can be obtained from the photonic band structure described later.

さらに、出射側傾斜面2bで反射して出射光6となった光はフォトニック結晶2の底面から出射される。フォトニック結晶2からの出射光6は基板1に入射され、基板1内を伝播して基板1から外部に出射される。基板1から出射された出射光6は、出射部4に導かれる。具体的には、基板1から出射された出射光6は対物レンズ4c、コリメートレンズ4bの順に進行し、光ファイバ4aに入射する。出射部4は、基板1から出射される光が導かれる位置に設置されている。   Further, the light that has been reflected by the outgoing-side inclined surface 2 b and becomes outgoing light 6 is emitted from the bottom surface of the photonic crystal 2. The outgoing light 6 from the photonic crystal 2 is incident on the substrate 1, propagates in the substrate 1, and is emitted from the substrate 1 to the outside. The outgoing light 6 emitted from the substrate 1 is guided to the outgoing part 4. Specifically, the outgoing light 6 emitted from the substrate 1 proceeds in the order of the objective lens 4c and the collimating lens 4b, and enters the optical fiber 4a. The emission unit 4 is installed at a position where light emitted from the substrate 1 is guided.

ここで、フォトニック結晶2内を伝播する伝播光8によるコア内の光は、フォトニックバンド構造におけるブリルアンゾーン境界上のモードにより伝播していることが好ましい。それにより、導波路素子10は光制御素子として機能する。   Here, it is preferable that the light in the core by the propagating light 8 propagating in the photonic crystal 2 propagates in a mode on the Brillouin zone boundary in the photonic band structure. Thereby, the waveguide element 10 functions as a light control element.

伝播光8は、ブリルアンゾーン境界上のモードによる伝播光8は、以下の式を満たすことによって、XZ平面方向においては伝播の方向によらず閉じ込められる。   The propagating light 8 is confined in the XZ plane direction regardless of the propagating direction by satisfying the following formula, by the mode on the Brillouin zone boundary.

a/λ0<1/(2nsa / λ 0 <1 / (2n s )

なお、λ0はフォトニック結晶2中を伝播する伝播光8の真空中における波長である。aはフォトニック結晶2のY方向の屈折率周期である。また、nsはフォトニック結晶2の側面すなわちフォトニック結晶2の周期構造が露出する面に接する媒体の屈折率であり、実施の形態1では上述したように空気の屈折率である。なお、フォトニック結晶2中における、ブリルアンゾーン境界上のモードによる伝播光8の閉じ込め条件については、例えば、国際公開第05/008305号パンフレット、等に詳しく記載されている。 Here, λ 0 is the wavelength of the propagation light 8 propagating through the photonic crystal 2 in vacuum. a is the refractive index period of the photonic crystal 2 in the Y direction. Further, n s is the refractive index of the medium in contact with the side surface of the photonic crystal 2, that is, the surface where the periodic structure of the photonic crystal 2 is exposed. In Embodiment 1, it is the refractive index of air as described above. Note that the confinement condition of the propagation light 8 by the mode on the Brillouin zone boundary in the photonic crystal 2 is described in detail in, for example, International Publication No. 05/008305.

フォトニック結晶2中の伝播光については、フォトニックバンドを計算し図示することにより知ることができる。フォトニックバンドのバンド計算の方法は、例えば「Photonic Crystals,Princeton University Press,(1995)」あるいは、「Physical Review B,1991年,44巻,16号,p.8565」などに詳しく述べられている。そこで、角度ψaおよび角度ψbは、上記バンド計算により選択することができる。 The propagation light in the photonic crystal 2 can be known by calculating and illustrating the photonic band. The method of band calculation for photonic bands is described in detail in, for example, “Photonic Crystals, Princeton University Press, (1995)” or “Physical Review B, 1991, 44, 16, p.8565”. . Therefore, the angle ψ a and the angle ψ b can be selected by the above band calculation.

図3は本発明の実施の形態1に係る導波路素子の入射側の光の進路を説明する側面図である。図3は、フォトニック結晶2の入射側傾斜面2a付近を示す拡大側面図であり、入射部3は省略されている。図3において、基板1を透過し、入射部(図示せず)からフォトニック結晶2に入射光5が入射されると、フォトニック結晶2の外部に2種類の屈折光7aおよび7bが漏れる。これら以外は、入射側傾斜面2aで反射して、Z軸方向に進行する伝播光8となる。図4は図3に対応したバンド図である。図4は、コアであるフォトニック結晶2、入射側の媒体である基板1および入射側傾斜面2aに接する媒体(実施の形態1では空気)のそれぞれのフォトニックバンド構造をYZ平面の逆空間に図示したものである。図3を参照しながら図4のバンド図について説明する。   FIG. 3 is a side view for explaining the path of light on the incident side of the waveguide element according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 3 is an enlarged side view showing the vicinity of the incident side inclined surface 2a of the photonic crystal 2, and the incident portion 3 is omitted. In FIG. 3, when incident light 5 is transmitted through the substrate 1 and incident on the photonic crystal 2 from an incident part (not shown), two types of refracted light 7 a and 7 b leak to the outside of the photonic crystal 2. Other than these, the reflected light 8 is reflected by the incident side inclined surface 2a and travels in the Z-axis direction. FIG. 4 is a band diagram corresponding to FIG. FIG. 4 shows the photonic band structure of the photonic crystal 2 that is the core, the substrate 1 that is the incident side medium, and the medium that is in contact with the incident side inclined surface 2a (air in the first embodiment) in the inverse space of the YZ plane. Is shown in FIG. The band diagram of FIG. 4 will be described with reference to FIG.

フォトニック結晶2のバンドは周期性を示すため周期的ゾーン方式で示されていて、この周波数では、第1バンドと第2バンドが存在している。破線11は基板1とフォトニック結晶2との境界を示し、傾斜した破線12は入射側傾斜面2aとフォトニック結晶2の外部の空気との境界を示す。   The band of the photonic crystal 2 is shown by a periodic zone method in order to show periodicity, and the first band and the second band exist at this frequency. A broken line 11 indicates a boundary between the substrate 1 and the photonic crystal 2, and an inclined broken line 12 indicates a boundary between the incident-side inclined surface 2 a and the air outside the photonic crystal 2.

基板1と空気は均質媒体なので、それらを示すバンドは単純な円となる。各バンドの中心点は、基板1およびフォトニック結晶2の境界線と、空気およびフォトニック結晶2の境界線とを表わす破線11および破線12の法線であって、フォトニック結晶2の中心点を通る線上に位置する。また、図4中で示した矢印はバンド上の各結合点A〜Gにおけるエネルギーの進行方向を示し、バンドの法線方向となる。図4において、入射側傾斜面2aとフォトニック結晶2の外部の空気との境界を表す破線12と直交し、結合点Aと交わる線13と各バンドとの交点での光が、入射光5と結合する。ここで、フォトニック結晶2に入射する入射光5とブリルアンゾーン境界上の伝播モードが、図4において入射側傾斜面2aをはさんで同じ法線上に存在するように選ばれる。つまり、破線12と直交する線13上に、入射光5のモードを示す結合点Aおよび伝播光8のモードを示す結合点Bが存在する。   Since the substrate 1 and air are homogeneous media, the band indicating them is a simple circle. The center point of each band is a normal line of a broken line 11 and a broken line 12 representing the boundary line between the substrate 1 and the photonic crystal 2 and the boundary line between the air and the photonic crystal 2, and the center point of the photonic crystal 2 Located on a line passing through. Moreover, the arrow shown in FIG. 4 shows the advancing direction of energy in each coupling point AG on a band, and becomes a normal line direction of a band. In FIG. 4, the light at the intersection of the line 13 perpendicular to the broken line 12 representing the boundary between the incident side inclined surface 2 a and the air outside the photonic crystal 2 and intersecting the coupling point A and the incident light 5 Combine with. Here, the propagation mode on the boundary between the incident light 5 incident on the photonic crystal 2 and the Brillouin zone is selected so as to exist on the same normal line across the incident-side inclined surface 2a in FIG. That is, a coupling point A indicating the mode of the incident light 5 and a coupling point B indicating the mode of the propagation light 8 exist on the line 13 orthogonal to the broken line 12.

基板1側から入射した入射光5は、フォトニック結晶2の第2バンド上の結合点Aによる光と結合する。なお、結合点Aは複数存在しているが、これらはすべて周期性に基づく等価な点である。また、結合点A以外の結合点B〜Gについても同様であり、同一の結合点は等価な点を表している。   Incident light 5 incident from the substrate 1 side is coupled with light from the coupling point A on the second band of the photonic crystal 2. Although there are a plurality of coupling points A, these are all equivalent points based on periodicity. The same applies to the connection points B to G other than the connection point A, and the same connection point represents an equivalent point.

基板1からフォトニック結晶2に入射してきた光である結合点Aによる光は、入射側傾斜面2aで反射して第1バンドのブリルアンゾーン境界上の結合点Bと結合する。ただし、入射側傾斜面2aで反射した場合に、結合点Cの光と結合する可能性もある。また、結合点Dおよび結合点Eの光と結合する可能性もあるが、これらは矢印よりわかるように、入射側傾斜面2aへと再び進行するので、再び反射される光である。したがって、入射側傾斜面2aで反射される光は、結合点Bおよび結合点Cの光のみである。   Light from the coupling point A that is incident on the photonic crystal 2 from the substrate 1 is reflected by the incident side inclined surface 2a and coupled to the coupling point B on the Brillouin zone boundary of the first band. However, there is a possibility of coupling with the light at the coupling point C when reflected by the incident side inclined surface 2a. Further, there is a possibility of coupling with the light at the coupling point D and the coupling point E. However, as is understood from the arrows, the light travels again toward the incident side inclined surface 2a, and thus is reflected light again. Therefore, the light reflected by the incident side inclined surface 2a is only the light at the coupling point B and the coupling point C.

また、結合点Aを通り、破線12に垂直な線13は、空気のバンドと結合点Fおよび結合点Gで交わるので、それぞれの結合点の矢印で示した方向の屈折光7aおよび7bが空気側に発生する。   A line 13 passing through the coupling point A and perpendicular to the broken line 12 intersects with the air band at the coupling point F and the coupling point G, so that the refracted lights 7a and 7b in the directions indicated by the arrows of the respective coupling points are air. Occurs on the side.

つまり、図4に示した光は、以下に示すとおりである。結合点Aでの光は、基板1からフォトニック結晶2への入射光である。結合点Bおよび結合点Cでの光は、フォトニック結晶2中の伝播光である。また、結合点Fおよび結合点Gでの光は、入射側傾斜面2aからの外部に漏れる屈折光7aおよび7bである。なお、図3には示していないが、結合点Cの光はフォトニック結晶2から基板1に向かう反射戻り光となる可能性がある。   That is, the light shown in FIG. 4 is as follows. The light at the coupling point A is incident light from the substrate 1 to the photonic crystal 2. Light at the coupling point B and the coupling point C is propagating light in the photonic crystal 2. The light at the coupling point F and the coupling point G is refracted light 7a and 7b that leaks to the outside from the incident side inclined surface 2a. Although not shown in FIG. 3, the light at the coupling point C may become reflected return light from the photonic crystal 2 toward the substrate 1.

次に、出射側傾斜面2b付近での光の進路について説明する。図5は本発明の実施の形態1に係る導波路素子の出射側の光の進路を説明する側面図である。図5は、フォトニック結晶2の出射側傾斜面2b付近を示す拡大側面図であり、出射部4は省略されている。図5において、フォトニック結晶2中の伝播光8は出射側傾斜面2bで反射して、フォトニック結晶2の底面側(基板1側)へと進路が変更される。フォトニック結晶2から出射された出射光6は、基板1を介して出射され、出射部(図示せず)に導かれる。なお、出射側傾斜面2bにおいて、フォトニック結晶2の外部に屈折光9aおよび9bが漏れる。図6は図5に対応したバンド図である。図6は、コアであるフォトニック結晶2、出射側の媒体である基板1および出射側傾斜面2bに接する媒体(実施の形態1では空気)のそれぞれのフォトニックバンド構造をYZ平面の逆空間に図示したものである。図5を参照しながら図6のバンド図について説明する。   Next, the light path in the vicinity of the exit-side inclined surface 2b will be described. FIG. 5 is a side view for explaining the path of light on the emission side of the waveguide element according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 5 is an enlarged side view showing the vicinity of the outgoing side inclined surface 2b of the photonic crystal 2, and the outgoing part 4 is omitted. In FIG. 5, the propagating light 8 in the photonic crystal 2 is reflected by the emission side inclined surface 2b, and the path is changed to the bottom surface side (substrate 1 side) of the photonic crystal 2. Outgoing light 6 emitted from the photonic crystal 2 is emitted through the substrate 1 and guided to an emitting portion (not shown). In addition, the refracted lights 9a and 9b leak to the outside of the photonic crystal 2 on the outgoing side inclined surface 2b. FIG. 6 is a band diagram corresponding to FIG. FIG. 6 shows the photonic band structure of the photonic crystal 2 that is the core, the substrate 1 that is the medium on the output side, and the medium (air in the first embodiment) that is in contact with the inclined surface 2b on the output side. Is shown in FIG. The band diagram of FIG. 6 will be described with reference to FIG.

フォトニック結晶2のバンドは周期性を示すため周期的ゾーン方式で示されていて、この周波数では、第1バンドと第2バンドが存在している。破線16は基板1とフォトニック結晶2との境界を示し、傾斜した破線17は出射側傾斜面2bとフォトニック結晶2の外部の空気との境界を示す。   The band of the photonic crystal 2 is shown by a periodic zone method in order to show periodicity, and the first band and the second band exist at this frequency. A broken line 16 indicates a boundary between the substrate 1 and the photonic crystal 2, and an inclined broken line 17 indicates a boundary between the emission side inclined surface 2 b and the air outside the photonic crystal 2.

基板1と空気は均質媒体なので、それらを示すバンドは単純な円となる。各バンドの中心点は、基板1および空気それぞれとフォトニック結晶2との境界線を表わす破線16および破線17の法線であって、フォトニック結晶2の中心点を通る線上に位置する。また、図6中で示した矢印はバンド上の各結合点H〜Mにおけるエネルギーの進行方向を示し、バンドの法線方向となる。なお、例えば結合点Hは複数存在しているが、これらはすべて周期性に基づく等価な点である。結合点H以外の結合点I〜Mについても同様であり、同一の結合点は等価な点を表している。図6において、出射側傾斜面2bとフォトニック結晶2の外部の空気との境界を表す破線17と直交し、結合点Hと交わる線18と各バンドとの交点での光が、伝播光8と結合する光である。   Since the substrate 1 and air are homogeneous media, the band indicating them is a simple circle. The center point of each band is a normal line of a broken line 16 and a broken line 17 representing a boundary line between the substrate 1 and each of air and the photonic crystal 2, and is located on a line passing through the center point of the photonic crystal 2. Moreover, the arrow shown in FIG. 6 shows the advancing direction of energy at each of the coupling points H to M on the band, which is the normal direction of the band. For example, there are a plurality of coupling points H, but these are all equivalent points based on periodicity. The same applies to the connection points I to M other than the connection point H, and the same connection point represents an equivalent point. In FIG. 6, the light at the intersection of the line 18 orthogonal to the broken line 17 that represents the boundary between the exit-side inclined surface 2 b and the air outside the photonic crystal 2 and intersects the coupling point H and the propagation light 8 It is the light that combines with.

ブリルアンゾーン境界上の伝播光8である結合点Hでの光は、出射側傾斜面2bでの反射により結合点Iの光と結合し、そのまま外部への垂直な出射光6となる。ただし、伝播光8は出射側傾斜面2bでの反射で結合点Jの光と結合する可能性もある。また、結合点Kの光と結合する可能性もあるが、これは矢印よりわかるように、出射側傾斜面2bへと再び進行するので、再び反射される光である。したがって、入射側傾斜面2aで反射される光は、結合点Iおよび結合点Jの光のみである。   The light at the coupling point H, which is the propagating light 8 on the Brillouin zone boundary, is coupled with the light at the coupling point I by reflection at the exit-side inclined surface 2b, and becomes the outgoing light 6 perpendicular to the outside as it is. However, there is a possibility that the propagating light 8 is coupled with the light at the coupling point J by reflection at the outgoing side inclined surface 2b. Further, there is a possibility of coupling with the light at the coupling point K. However, as will be understood from the arrow, the light travels again toward the outgoing side inclined surface 2b, and thus is reflected again. Therefore, the light reflected by the incident side inclined surface 2a is only the light at the coupling point I and the coupling point J.

また、結合点Hを通り、破線17に垂直な線18は、空気のバンドと結合点Lおよび結合点Mで交わるので、それぞれの結合点の矢印で示した方向の屈折光9aおよび9bが空気側に発生する。   A line 18 passing through the coupling point H and perpendicular to the broken line 17 intersects the air band at the coupling point L and the coupling point M, so that the refracted lights 9a and 9b in the directions indicated by the arrows at the respective coupling points are air. Occurs on the side.

以下に、図6に示した光を説明する。結合点Hでの光は、フォトニック結晶2中の伝播光8である。結合点Iの光は、出射側傾斜面2bで反射して基板1側へと向かう出射光である。また、結合点Lおよび結合点Mでの光は、出射側傾斜面2bから外部に漏れる屈折光9aおよび9bである。なお、図5には図示していないが、結合点Jの光はフォトニック結晶2から基板1に向かう出射光となる可能性がある。なお、結合点Jの光は、結合点Iの光とは異なる方向である。   The light shown in FIG. 6 will be described below. The light at the coupling point H is propagating light 8 in the photonic crystal 2. The light at the coupling point I is outgoing light that is reflected by the outgoing side inclined surface 2b and travels toward the substrate 1 side. Further, the light at the coupling point L and the coupling point M is refracted light 9a and 9b that leaks to the outside from the exit side inclined surface 2b. Although not shown in FIG. 5, the light at the coupling point J may be emitted from the photonic crystal 2 toward the substrate 1. The light at the coupling point J is in a different direction from the light at the coupling point I.

図4および図6において、実施の形態1の導波路素子10で用いるのは、結合点Aの光(入射光5)、結合点Bの光(伝播光8)、結合点Hの光(伝播光8)および結合点Iの光(出射光6)である。   4 and 6, the waveguide element 10 of the first embodiment uses light at the coupling point A (incident light 5), light at the coupling point B (propagation light 8), and light at the coupling point H (propagation). Light 8) and light at the coupling point I (emitted light 6).

また、図3の結合点Cでの光および図5の結合点Jでの光は小さいことが望ましい。そこで、例えばフォトニック結晶2の第2バンドを示す楕円の径が小さくなる周波数域において角度ψaおよびψbの設計を行えばよい。それにより、結合点Jでの光を存在させないことも可能である。それにより、出射側傾斜面2bでの反射光が結合点Iの光と結合し、結合点Jの光が存在しないようにすることができる。 Further, it is desirable that the light at the coupling point C in FIG. 3 and the light at the coupling point J in FIG. 5 are small. Therefore, for example, the angles ψ a and ψ b may be designed in a frequency region where the diameter of the ellipse indicating the second band of the photonic crystal 2 becomes small. Thereby, it is possible that light at the coupling point J does not exist. As a result, the reflected light at the exit-side inclined surface 2b is combined with the light at the coupling point I, so that the light at the coupling point J does not exist.

また、導波路素子10において、入射側傾斜面2aおよび出射側傾斜面2bに反射層を形成してもよい。図7は本発明の実施の形態1に係る反射層を備えた導波路素子の構成を示す側面図である。図7において、図1または図2に示した部材と同様の機能を有する部材には同一の符号を付し説明を省略する。図7において、図1または図2と異なる点は、入射側傾斜面2aおよび出射側傾斜面2bに反射層21aおよび反射層21bが形成されている点である。このように反射層21aおよび反射層21bが形成されていることで、図3〜図6を参照して、結合点F、結合点G、結合点Lおよび結合点Mの光が、フォトニック結晶2の外部に漏れずに、そのエネルギーが伝播光8もしくは出射光6のエネルギーとなる。それにより、損失を減少させ結合効率を大きくすることができる。   Further, in the waveguide element 10, a reflection layer may be formed on the incident side inclined surface 2a and the emission side inclined surface 2b. FIG. 7 is a side view showing the configuration of the waveguide element including the reflective layer according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 7, members having the same functions as those shown in FIG. 1 or FIG. 7 is different from FIG. 1 or FIG. 2 in that a reflective layer 21a and a reflective layer 21b are formed on the incident side inclined surface 2a and the output side inclined surface 2b. By forming the reflective layer 21a and the reflective layer 21b in this way, the light at the coupling point F, the coupling point G, the coupling point L, and the coupling point M is converted into a photonic crystal with reference to FIGS. 2, the energy becomes the energy of the propagating light 8 or the outgoing light 6 without leaking to the outside. Thereby, loss can be reduced and coupling efficiency can be increased.

反射層21aおよび反射層21bは、例えば金属膜とすればよい。特に銀、アルミニウム、金といった材料は反射率が高く形成もしやすいことから好ましい。また、金属膜は、例えば真空蒸着やスパッタリング等で容易に形成することができる。また、金属膜以外に反射層21aおよび反射層21bは誘電体多層膜とすればよい。誘電体多層膜により光を反射することができる。誘電体多層膜は、例えば一般的に薄膜の材料として用いられていて耐久性や製膜コストの点で優れたシリカ、シリコン、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ニオブ、フッ化マグネシウムおよび窒化シリコン等といった材料を用いればよい。これらの材料用いて、スパッタリング、真空蒸着、イオンアシスト蒸着またはプラズマCVD等により、容易に薄膜を形成し、誘電体多層膜を形成することができる。   The reflective layer 21a and the reflective layer 21b may be metal films, for example. In particular, materials such as silver, aluminum, and gold are preferable because of their high reflectance and easy formation. The metal film can be easily formed by, for example, vacuum deposition or sputtering. In addition to the metal film, the reflective layer 21a and the reflective layer 21b may be dielectric multilayer films. Light can be reflected by the dielectric multilayer film. Dielectric multilayer films are generally used as thin film materials and are excellent in terms of durability and film formation cost, such as silica, silicon, titanium oxide, tantalum oxide, niobium oxide, magnesium fluoride, and silicon nitride. A material may be used. Using these materials, a thin film can be easily formed by sputtering, vacuum deposition, ion-assisted deposition, plasma CVD, or the like, and a dielectric multilayer film can be formed.

以上説明した実施の形態1の導波路素子10は、入射光5および出射光6が伝播光8に対して略垂直方向である。したがって、実施の形態1の導波路素子10を用いることで、垂直結合に適している光回路を形成することができる。また、複数の周波数を含む光の入射、伝播、出射が可能である。また、実施の形態1の導波路素子10は、ブリルアンゾーン境界上の伝播を用いることから光制御素子として用いることができる。さらに、実施の形態1の導波路素子10は、1次元フォトニック結晶を用いていることから、構成が簡単であるため容易に作製することができ、小型化が可能である。   In the waveguide element 10 according to the first embodiment described above, the incident light 5 and the outgoing light 6 are substantially perpendicular to the propagating light 8. Therefore, by using the waveguide element 10 according to the first embodiment, an optical circuit suitable for vertical coupling can be formed. In addition, light including a plurality of frequencies can be incident, propagated, and emitted. Further, the waveguide element 10 of the first embodiment can be used as a light control element because it uses propagation on the Brillouin zone boundary. Furthermore, since the waveguide element 10 according to the first embodiment uses a one-dimensional photonic crystal, it can be easily manufactured because of its simple configuration and can be downsized.

(実施の形態2)
本発明の実施の形態2に係る導波路素子について図を用いて説明する。図8は本発明の実施の形態2に係る導波路素子の構成を示す側面図である。なお、図8において、フォトニック結晶導波路の屈折率周期方向をY軸方向とし、光の伝播方向をZ軸方向とし、Y軸方向およびZ軸方向と垂直な方向をX軸方向とする。
(Embodiment 2)
A waveguide element according to Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 8 is a side view showing the configuration of the waveguide element according to Embodiment 2 of the present invention. In FIG. 8, the refractive index periodic direction of the photonic crystal waveguide is the Y-axis direction, the light propagation direction is the Z-axis direction, and the Y-axis direction and the direction perpendicular to the Z-axis direction are the X-axis direction.

実施の形態2の導波路素子10aは、実施の形態1の導波路素子10と同様に、基板1を介してフォトニック結晶2に入射光5が入射され、入射側傾斜面2aで反射して伝播光8となりフォトニック結晶2中を伝播する。しかし、実施の形態1とは異なり、伝播光8が出射側傾斜面2bで反射せずに出射される構成である。つまり、図8の導波路素子10aにおいて、入射光5は基板1を介してフォトニック結晶2に入射されているが、出射光6aは出射側傾斜面2bから直接出射されている。なお、図8において、図2に示した部材と同様の機能を有する部材には同一の符号を付し説明を省略する。   In the waveguide element 10a of the second embodiment, the incident light 5 is incident on the photonic crystal 2 through the substrate 1 and reflected by the incident-side inclined surface 2a, as in the waveguide element 10 of the first embodiment. Propagated light 8 propagates through the photonic crystal 2. However, unlike the first embodiment, the propagation light 8 is emitted without being reflected by the emission-side inclined surface 2b. That is, in the waveguide element 10a of FIG. 8, the incident light 5 is incident on the photonic crystal 2 via the substrate 1, but the emitted light 6a is emitted directly from the emission-side inclined surface 2b. In FIG. 8, members having the same functions as those shown in FIG.

導波路素子10aは、伝播光8が出射側傾斜面2bから出射光6aとして出射される。そのため、出射光6が導かれる出射部14は、出射側傾斜面2bに面して設置されている。   In the waveguide element 10a, the propagating light 8 is emitted as the outgoing light 6a from the outgoing side inclined surface 2b. Therefore, the emission part 14 to which the emitted light 6 is guided is installed facing the emission side inclined surface 2b.

このような、導波路素子10aの動作について説明する。まず、光ファイバ3aを伝播してきた入射光5は、コリメータレンズ3bで平行光とされ、対物レンズ3cで集光されて、基板1に入射させられる。入射部3からの光は基板1中を伝播した後、フォトニック結晶2に、フォトニック結晶2の底面から入射される。フォトニック結晶2中を伝播する入射光5は、入射側傾斜面2aに到達し反射して、Z軸方向に伝播する。なお、伝播光8はブリルアンゾーン境界上のバンドであることが好ましい。なお、入射側傾斜面2aには、例えば金属や誘電体多層膜等の反射層を設けてもよい。   Such an operation of the waveguide element 10a will be described. First, the incident light 5 propagating through the optical fiber 3a is converted into parallel light by the collimator lens 3b, condensed by the objective lens 3c, and incident on the substrate 1. Light from the incident portion 3 propagates through the substrate 1 and then enters the photonic crystal 2 from the bottom surface of the photonic crystal 2. Incident light 5 propagating through the photonic crystal 2 reaches the incident-side inclined surface 2a, is reflected, and propagates in the Z-axis direction. The propagating light 8 is preferably a band on the Brillouin zone boundary. The incident side inclined surface 2a may be provided with a reflective layer such as a metal or a dielectric multilayer film.

Z軸方向に伝播している伝播光8は、出射側傾斜面2bに到達する。伝播光8は出射側傾斜面2bから出射光6aとして出射される。   The propagating light 8 propagating in the Z-axis direction reaches the exit side inclined surface 2b. The propagating light 8 is emitted as outgoing light 6a from the outgoing side inclined surface 2b.

さらに、出射光6aは、出射部14に導かれる。具体的には、基板1から出射された出射光6aは対物レンズ14c、コリメートレンズ14bの順に進行し、光ファイバ14aに入射する。   Further, the outgoing light 6 a is guided to the outgoing part 14. Specifically, the outgoing light 6a emitted from the substrate 1 proceeds in the order of the objective lens 14c and the collimating lens 14b, and enters the optical fiber 14a.

実施の形態2の導波路素子10aは、実施の形態1と同様の効果を奏する。また、フォトニック結晶2は出射側傾斜面2bを備えていなくてもよい。フォトニック結晶2の出射側の端面が垂直端面であっても、例えば、位相格子を設置する等によりブリルアンゾーン境界上のバンドによる伝播光8を出射部14に導くことができる。また、出射光6を取り出す必要がないような導波路素子では、出射部14も設ける必要がない。例えば、制御光あるいは励起光として用いるために入射光5を入射させる導波路素子では、伝播光8のエネルギーの減衰が著しいことがある。そのような場合は、出射光6を取り出す必要がないので、出射部14を設ける必要はない。   The waveguide element 10a of the second embodiment has the same effect as that of the first embodiment. Further, the photonic crystal 2 may not include the emission side inclined surface 2b. Even if the end face on the exit side of the photonic crystal 2 is a vertical end face, the propagating light 8 by the band on the Brillouin zone boundary can be guided to the exit section 14 by installing a phase grating, for example. Further, in the waveguide element in which it is not necessary to take out the emitted light 6, it is not necessary to provide the emitting portion 14. For example, in a waveguide element in which incident light 5 is incident for use as control light or excitation light, the energy of propagation light 8 may be significantly attenuated. In such a case, there is no need to take out the emitted light 6, so there is no need to provide the emitting portion 14.

なお、実施の形態2の導波路素子10aにおける各条件は、バンド計算により求めればよい。   In addition, what is necessary is just to obtain | require each condition in the waveguide element 10a of Embodiment 2 by band calculation.

(実施の形態3)
本発明の実施の形態3に係る導波路素子について図を用いて説明する。図9は本発明の実施の形態3に係る導波路素子の構成を示す側面図である。なお、図9において、フォトニック結晶導波路の屈折率周期方向をY軸方向とし、光の伝播方向をZ軸方向とし、Y軸方向およびZ軸方向と垂直な方向をX軸方向とする。
(Embodiment 3)
A waveguide element according to Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 9 is a side view showing the configuration of the waveguide element according to Embodiment 3 of the present invention. In FIG. 9, the refractive index periodic direction of the photonic crystal waveguide is the Y-axis direction, the light propagation direction is the Z-axis direction, and the Y-axis direction and the direction perpendicular to the Z-axis direction are the X-axis direction.

実施の形態3の導波路素子10bは、実施の形態1の導波路素子10と同様に、伝播光8が出射側傾斜面2bで反射して基板1を介して出射光6が出射される。しかし、実施の形態1とは異なり、入射光5aは基板1を介さずに直接、入射側傾斜面2aからフォトニック結晶2内に入射される。入射側傾斜面2aからフォトニック結晶2に入射された入射光5aは、伝播光8となりフォトニック結晶2中を伝播する。つまり、図9の導波路素子10bにおいて、入射光5aが入射側傾斜面2aから直接入射され、出射光6は基板1を介して出射されている。なお、図9において、図2に示した部材と同様の機能を有する部材には同一の符号を付し説明を省略する。   In the waveguide element 10b according to the third embodiment, similarly to the waveguide element 10 according to the first embodiment, the propagation light 8 is reflected by the emission-side inclined surface 2b and the emission light 6 is emitted through the substrate 1. However, unlike the first embodiment, the incident light 5 a is directly incident on the photonic crystal 2 from the incident side inclined surface 2 a without passing through the substrate 1. Incident light 5 a incident on the photonic crystal 2 from the incident side inclined surface 2 a becomes propagation light 8 and propagates in the photonic crystal 2. That is, in the waveguide element 10 b of FIG. 9, the incident light 5 a is directly incident from the incident side inclined surface 2 a, and the emitted light 6 is emitted through the substrate 1. In FIG. 9, members having the same functions as the members shown in FIG.

導波路素子10bにおいて、入射光5aが直接入射側傾斜面2aからフォトニック結晶2に入射される。そのため、入射光5aをフォトニック結晶2に入射する入射部19は、入射側傾斜面2aに面して設置されている。   In the waveguide element 10b, incident light 5a is directly incident on the photonic crystal 2 from the incident-side inclined surface 2a. Therefore, the incident part 19 which injects the incident light 5a into the photonic crystal 2 is installed facing the incident side inclined surface 2a.

このような、導波路素子10bの動作について説明する。まず、光ファイバ19aを伝播してきた入射光5aは、コリメータレンズ19bで平行光とされ、対物レンズ19cで集光されて、入射側傾斜面2aからフォトニック結晶2内に入射され、伝播光8がZ軸方向に伝播する。なお、伝播光8はブリルアンゾーン境界上のバンドであることが好ましい。   Such an operation of the waveguide element 10b will be described. First, the incident light 5a that has propagated through the optical fiber 19a is converted into parallel light by the collimator lens 19b, collected by the objective lens 19c, and incident on the photonic crystal 2 from the incident side inclined surface 2a. Propagates in the Z-axis direction. The propagating light 8 is preferably a band on the Brillouin zone boundary.

Z軸方向に伝播している伝播光8は、出射側傾斜面2bに到達する。伝播光8は出射側傾斜面2bで反射して、フォトニック結晶2の底面へと向かって進路を変更する。なお、出射側傾斜面2bには、例えば金属や誘電体多層膜等の反射層を設けてもよい。   The propagating light 8 propagating in the Z-axis direction reaches the exit side inclined surface 2b. The propagating light 8 is reflected by the exit-side inclined surface 2 b and changes its path toward the bottom surface of the photonic crystal 2. In addition, you may provide reflective layers, such as a metal and a dielectric multilayer, for example in the output side inclined surface 2b.

さらに、出射側傾斜面2bで反射して出射光6となった光はフォトニック結晶2の底面から出射される。フォトニック結晶2からの出射光6は基板1に入射され、基板1内を伝播して基板1から外部に出射される。基板1から出射された出射光6は、出射部4に導かれる。具体的には、基板1から出射された出射光6は対物レンズ4c、コリメートレンズ4bの順に進行し、光ファイバ4aに入射する。出射部4は、基板1から出射される光が導かれる位置に設置されている。   Further, the light that has been reflected by the outgoing-side inclined surface 2 b and becomes outgoing light 6 is emitted from the bottom surface of the photonic crystal 2. The outgoing light 6 from the photonic crystal 2 is incident on the substrate 1, propagates in the substrate 1, and is emitted from the substrate 1 to the outside. The outgoing light 6 emitted from the substrate 1 is guided to the outgoing part 4. Specifically, the outgoing light 6 emitted from the substrate 1 proceeds in the order of the objective lens 4c and the collimating lens 4b, and enters the optical fiber 4a. The emission unit 4 is installed at a position where light emitted from the substrate 1 is guided.

実施の形態3の導波路素子10bは、実施の形態1と同様の効果を奏する。また、フォトニック結晶2は入射側傾斜面2aを備えていなくてもよい。フォトニック結晶2の入射側の端面が垂直端面であっても、伝播光8をブリルアンゾーン境界上のバンドとすることができる。例えば、位相格子を設置して、入射光5aが位相格子を介してフォトニック結晶2に入射されるようにすればよい。また、入射光5を入射させる必要がないような導波路素子では、入射部19も設ける必要がない。例えば、外部エネルギーにより発生させたレーザ発振光を伝播光8として用いる導波路素子では、入射部19を設ける必要はない。   The waveguide element 10b of the third embodiment has the same effect as that of the first embodiment. Further, the photonic crystal 2 may not include the incident side inclined surface 2a. Even if the incident-side end face of the photonic crystal 2 is a vertical end face, the propagating light 8 can be a band on the Brillouin zone boundary. For example, a phase grating may be installed so that incident light 5a is incident on the photonic crystal 2 via the phase grating. Further, in the waveguide element that does not require the incident light 5 to be incident, it is not necessary to provide the incident portion 19. For example, in a waveguide element that uses laser oscillation light generated by external energy as propagating light 8, it is not necessary to provide the incident portion 19.

なお、実施の形態3の導波路素子10bにおける各条件は、バンド計算により求めればよい。   In addition, what is necessary is just to obtain | require each condition in the waveguide element 10b of Embodiment 3 by band calculation.

(実施の形態4)
本発明の実施の形態4に係る導波路素子について図を用いて説明する。図10は本発明の実施の形態4に係る導波路素子の構成を示す斜視図である。なお、図10において、フォトニック結晶導波路の屈折率周期方向をX軸方向とし、光の伝播方向をY軸方向とし、X軸方向およびY軸方向と垂直な方向をZ軸方向とする。
(Embodiment 4)
A waveguide element according to Embodiment 4 of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 10 is a perspective view showing a configuration of a waveguide element according to Embodiment 4 of the present invention. In FIG. 10, the refractive index periodic direction of the photonic crystal waveguide is the X-axis direction, the light propagation direction is the Y-axis direction, and the X-axis direction and the direction perpendicular to the Y-axis direction are the Z-axis direction.

実施の形態4の導波路素子30と、実施の形態1の導波路素子10とは、フォトニック結晶の構成が異なっている以外は、略同様の構成である。したがって、図10において、図1で示した部材と同様の機能を有する部材には同一の符号を付し、説明を省略する。   The waveguide element 30 according to the fourth embodiment and the waveguide element 10 according to the first embodiment have substantially the same configuration except that the configuration of the photonic crystal is different. Accordingly, in FIG. 10, members having the same functions as those shown in FIG.

本発明の実施の形態4に係る導波路素子30において、フォトニック結晶32は基板1上に設置されている。フォトニック結晶32の上面(基板1の逆側)の両端には、それぞれ入射側回折格子32aおよび出射側回折格子32bが形成されている。具体的には、多層構造であるフォトニック結晶32の上面(XZ面に平行な面)に、均等な間隔でX軸方向に溝が形成されることで、入射側回折格子32aおよび出射側回折格子32bが形成される。   In the waveguide element 30 according to the fourth embodiment of the present invention, the photonic crystal 32 is placed on the substrate 1. At both ends of the upper surface of the photonic crystal 32 (on the opposite side of the substrate 1), an incident side diffraction grating 32a and an emission side diffraction grating 32b are formed, respectively. Specifically, grooves are formed in the X-axis direction at equal intervals on the upper surface (surface parallel to the XZ plane) of the photonic crystal 32 having a multilayer structure, so that the incident-side diffraction grating 32a and the output-side diffraction are A lattice 32b is formed.

実施の形態4の導波路素子30における光の進路について説明する。まず、入射部3がフォトニック結晶32の底面(上面に対向する面)に基板1を介して入射光5を入射させる。フォトニック結晶32中に入射された入射光5が、入射側回折格子32aで反射して、フォトニック結晶32中にブリルアンゾーン境界上のバンドによる伝播光8が生じる。この伝播光8が出射側回折格子32bで反射して、フォトニック結晶32の底面から出射光6が出射される。フォトニック結晶32からの出射光6は基板1に入射され、基板1内を伝播して基板1から外部に出射される。基板1から出射された出射光6は、出射部4に導かれる。   The light path in the waveguide element 30 according to the fourth embodiment will be described. First, the incident portion 3 makes incident light 5 incident on the bottom surface (the surface facing the top surface) of the photonic crystal 32 via the substrate 1. Incident light 5 incident on the photonic crystal 32 is reflected by the incident-side diffraction grating 32 a, and propagated light 8 is generated in the photonic crystal 32 due to a band on the Brillouin zone boundary. The propagating light 8 is reflected by the exit side diffraction grating 32 b, and the exit light 6 is emitted from the bottom surface of the photonic crystal 32. The outgoing light 6 from the photonic crystal 32 enters the substrate 1, propagates through the substrate 1, and is emitted from the substrate 1 to the outside. The outgoing light 6 emitted from the substrate 1 is guided to the outgoing part 4.

入射側回折格子32aおよび出射側回折格子32bの設計や、フォトニック結晶32の設計は、バンド計算を用いて行う。それにより、ブリルアンゾーン境界上の伝播光が生じる条件を求めることができる。   The design of the entrance-side diffraction grating 32a and the exit-side diffraction grating 32b and the design of the photonic crystal 32 are performed using band calculation. As a result, a condition for generating propagating light on the Brillouin zone boundary can be obtained.

なお、フォトニック結晶32は、入射側回折格子32aおよび出射側回折格子32bのどちらかのみを備えていてもよい。その場合は、入射側回折格子32aおよび出射側回折格子32bが形成されていない方のフォトニック結晶32の端面を傾斜面とすればよい。また、入射側回折格子32aおよび出射側回折格子32bが形成されていない方のフォトニック結晶32の端面に位相格子を設置してもよい。それにより、ブリルアンゾーン境界上のバンドによる伝播光を伝播するように、光を入射させることも、出射された光を導くこともできる。   The photonic crystal 32 may include only one of the incident side diffraction grating 32a and the emission side diffraction grating 32b. In that case, the end face of the photonic crystal 32 on which the incident side diffraction grating 32a and the emission side diffraction grating 32b are not formed may be inclined. Further, a phase grating may be provided on the end face of the photonic crystal 32 on which the incident side diffraction grating 32a and the emission side diffraction grating 32b are not formed. Thereby, the light can be incident or the emitted light can be guided so as to propagate the propagation light by the band on the Brillouin zone boundary.

次に、実施の形態1から実施の形態4のいずれかの導波路素子10、10a、10bまたは30を用いた光回路と電子回路とを組み合わせる具体例について説明する。図11は本発明による導波路素子を用いた光回路と電子回路との組み合わせについて説明するための斜視図である。   Next, a specific example in which an optical circuit using any one of the waveguide elements 10, 10a, 10b, or 30 of the first to fourth embodiments and an electronic circuit are combined will be described. FIG. 11 is a perspective view for explaining a combination of an optical circuit and an electronic circuit using the waveguide element according to the present invention.

図11に示すように、電子回路42の上方にマイクロレンズ41aが複数配置されたレンズアレイ41が設置されている。さらに、レンズアレイ41の上方には実施の形態1の導波路素子と同様の機能を有する導波路素子を備えた光回路40が設置されている。   As shown in FIG. 11, a lens array 41 in which a plurality of microlenses 41 a are arranged is installed above the electronic circuit 42. Further, an optical circuit 40 including a waveguide element having the same function as the waveguide element of the first embodiment is installed above the lens array 41.

電子回路42の上面には、垂直方向光信号を出射するVCSEL(Vertical Cavity Semiconductor Emission Laser)42aおよび受光セル42bが配置してあり、電気信号を入出力する導線42cが端面に設置されている。   On the upper surface of the electronic circuit 42, a VCSEL (Vertical Cavity Semiconductor Emission Laser) 42 a that emits a vertical optical signal and a light receiving cell 42 b are disposed, and a conductor 42 c that inputs and outputs an electrical signal is disposed on the end surface.

また、光回路40には、入射側あるいは出射側の傾斜面40aが複数配置されている。光回路40は図示されていないがフォトニック結晶を備えていて、傾斜面40aはそれらに形成されている。傾斜面40aに光が入射されると、その光はブリルアンゾーン境界上の伝播光となり、対応する傾斜面40aから光が出射される。ここで、マイクロレンズ41aは、入射部または出射部に相当する。   The optical circuit 40 is provided with a plurality of incident-side or emission-side inclined surfaces 40a. Although not shown, the optical circuit 40 includes a photonic crystal, and the inclined surface 40a is formed thereon. When light is incident on the inclined surface 40a, the light becomes propagating light on the Brillouin zone boundary, and light is emitted from the corresponding inclined surface 40a. Here, the microlens 41a corresponds to an incident part or an emission part.

例えば、電子回路42に入力された電気信号により、VCSEL42aから信号光もしくは制御光がレンズアレイ41に向かって出射される。その光43はマイクロレンズ41aを介して傾斜面40aに入射する。信号光もしくは制御光は、導波路素子によって処理されて、入射したのとは異なる傾斜面40aからレンズアレイ41に向かって出射される。その光43はマイクロレンズ41aを介して受光セル42bに入力される。   For example, signal light or control light is emitted from the VCSEL 42 a toward the lens array 41 by an electrical signal input to the electronic circuit 42. The light 43 enters the inclined surface 40a via the microlens 41a. The signal light or the control light is processed by the waveguide element and is emitted toward the lens array 41 from the inclined surface 40a different from the incident light. The light 43 is input to the light receiving cell 42b through the microlens 41a.

このような構成とすることによって、フレキシブルな電子的処理と光による高速処理の両方の長所を利用することができる。また、図11のように、光回路40と電子回路42とが分離されているので、それぞれを全く別の材料およびプロセスにより作製できるため、無駄なく効率よくそれぞれを作製することができる。また、同一基板上に光回路40と電子回路42とを重ねて集積化してもよい。   With such a configuration, the advantages of both flexible electronic processing and high-speed processing using light can be used. Further, as shown in FIG. 11, since the optical circuit 40 and the electronic circuit 42 are separated from each other, each can be manufactured using completely different materials and processes, so that each can be manufactured efficiently without waste. Further, the optical circuit 40 and the electronic circuit 42 may be stacked and integrated on the same substrate.

なお、実施の形態1に係る導波路素子について説明したが、実施の形態2、実施の形態3および実施の形態2に係る導波路素子も同様に用いることができる。   Although the waveguide element according to the first embodiment has been described, the waveguide elements according to the second, third, and second embodiments can be used in the same manner.

(実施例)
本発明の実施の形態1に係る導波路素子を実際に作製してその光学特性を測定した結果を以下に示す。図12は実施例における導波路素子の構成について説明するための側面図である。なお、図12で用いられている部材において、図1および図7で用いられている部材と同様の機能を有する部材には同一の符号を付している。導波路素子50の構成について説明する。コアであるフォトニック結晶2は、石英の平行平面基板1(100mm×20mm×1mm)の片側表面に、真空蒸着によりTa25の薄膜とSiO2の薄膜とが交互に複数積層されて形成される。Ta25の薄膜の厚さは424nmであり、SiO2の薄膜の厚さは106nmである。これらは10層形成されているが、最後のSiO2の薄膜はクラッド51であり、その厚さは約2000nmである。つまり、実施例では、9層構成のフォトニック結晶2の上にクラッド51としてSiO2保護層が形成されている。上記より、フォトニック結晶2の屈折率周期は530nmである。また、フォトニック結晶2の幅(X軸方向の長さ)を10mmとし、長さLは、24.5mmおよび39.5mmの2つの場合について測定した。また、入射側傾斜面2aおよび出射側傾斜面2bとのXZ平面との角度がそれぞれ27°となるように、フォトニック結晶2の端面を斜めに切断してポリッシュ面とし、入射側傾斜面2aと出射側傾斜面2bを作製した。さらに、入射側傾斜面2aと出射側傾斜面2bに真空蒸着により厚さ150nmの銀による反射層21aおよび21bを形成した。
(Example)
The result of actually producing the waveguide device according to the first embodiment of the present invention and measuring the optical characteristics is shown below. FIG. 12 is a side view for explaining the configuration of the waveguide element in the embodiment. In addition, in the member used in FIG. 12, the same code | symbol is attached | subjected to the member which has the same function as the member used in FIG. 1 and FIG. The configuration of the waveguide element 50 will be described. The photonic crystal 2 as a core is formed by alternately stacking a plurality of Ta 2 O 5 thin films and SiO 2 thin films on one side surface of a quartz parallel plane substrate 1 (100 mm × 20 mm × 1 mm) by vacuum deposition. Is done. The thickness of the Ta 2 O 5 thin film is 424 nm, and the thickness of the SiO 2 thin film is 106 nm. Ten layers of these are formed, but the last thin film of SiO 2 is the clad 51, and its thickness is about 2000 nm. In other words, in the embodiment, a SiO 2 protective layer is formed as the clad 51 on the photonic crystal 2 having a nine-layer structure. From the above, the refractive index period of the photonic crystal 2 is 530 nm. Further, the width (length in the X-axis direction) of the photonic crystal 2 was 10 mm, and the length L was measured in two cases of 24.5 mm and 39.5 mm. Further, the end surface of the photonic crystal 2 is cut obliquely to form a polished surface so that the angles of the incident side inclined surface 2a and the outgoing side inclined surface 2b with respect to the XZ plane are 27 °, respectively, and the incident side inclined surface 2a And the output side inclined surface 2b was produced. Further, reflective layers 21a and 21b made of silver having a thickness of 150 nm were formed on the incident side inclined surface 2a and the emission side inclined surface 2b by vacuum deposition.

入射部3は、通信用シングルモードファイバ(SMF、波長1550nm仕様、開口数NA=0.1)である光ファイバ3aを伝播してきた光を焦点距離11.3mmの非球面対物レンズであるコリメータレンズ3bで平行光束とする。さらに平行光束を、曲率半径2.0mmの円筒状平凸レンズ(材質は光学ガラスBK7、中心厚さ3.8mm、焦点点距離3.9mm)である対物レンズ3cにより線状の焦点とする。この線状の焦点をフォトニック結晶2の底面(XZ面に平行な面)に対して垂直に入射させた。すなわち、フォトニック結晶2の底面と入射光5とのなす角度が90°である。焦点を線状としたのは、導波路となるフォトニック結晶2がスラブ状であるためである。出射部4は入射部3と同様の光学系を逆に用いていて、出射光の取り出しを行う。なお、本実施例によるフォトニック結晶のバンド図は、λ0=1550nmに相当する周波数において、図4および図6に示した形状となる。入射側および出射側のSMFを、光ベクトルアナライザ(米国Luna Technologies Inc.製のOVA−CT型)に接続して、導波路素子50の光学特性(ジョーンズマトリックスの全要素)を評価した。 The incident portion 3 is a collimator lens that is an aspherical objective lens having a focal length of 11.3 mm, and that propagates through the optical fiber 3a which is a single mode fiber for communication (SMF, wavelength 1550 nm specification, numerical aperture NA = 0.1). In 3b, a parallel light beam is obtained. Further, the parallel light beam is made into a linear focal point by an objective lens 3c which is a cylindrical plano-convex lens (material is optical glass BK7, center thickness 3.8 mm, focal point distance 3.9 mm) having a curvature radius of 2.0 mm. This linear focal point was incident perpendicularly to the bottom surface (a surface parallel to the XZ plane) of the photonic crystal 2. That is, the angle formed by the bottom surface of the photonic crystal 2 and the incident light 5 is 90 °. The reason why the focal point is linear is that the photonic crystal 2 serving as a waveguide has a slab shape. The exit unit 4 uses the same optical system as that of the entrance unit 3 in reverse to extract the exit light. Note that the band diagram of the photonic crystal according to this example has the shape shown in FIGS. 4 and 6 at a frequency corresponding to λ 0 = 1550 nm. The SMF on the incident side and the outgoing side was connected to an optical vector analyzer (OVA-CT type manufactured by Luna Technologies Inc., USA), and the optical characteristics of the waveguide element 50 (all elements of Jones matrix) were evaluated.

以上の実施例の測定結果を以下に示す。   The measurement results of the above examples are shown below.

図13は、実施例における、L=24.5mmの場合のインパルス応答を示すグラフである。また、図14は、実施例における、L=39.5mmの場合のインパルス応答を示すグラフである。図13および図14において、横軸は遅延時間であり縦軸は振幅である。図13および図14のどちらにおいても、ノイズとなるモードのピークもわずかに認められるが、ほぼ単一のモード(ブリルアンゾーン境界上のモード)による伝播であることがわかる。このように、実施例の導波路素子50は、ブリルアンゾーン境界上のモードを単一モードで伝播させることができる。   FIG. 13 is a graph showing an impulse response when L = 24.5 mm in the example. FIG. 14 is a graph showing an impulse response when L = 39.5 mm in the example. In FIGS. 13 and 14, the horizontal axis represents the delay time, and the vertical axis represents the amplitude. In both FIG. 13 and FIG. 14, although a mode peak that becomes noise is slightly observed, it can be seen that the propagation is caused by almost a single mode (a mode on the Brillouin zone boundary). Thus, the waveguide element 50 of the embodiment can propagate a mode on the Brillouin zone boundary in a single mode.

また、図15は、実施例における、L=24.5mmの場合の挿入損失を示すグラフである。また、図16は、実施例における、L=39.5mmの場合の挿入損失を示すグラフである。図15および図16において、横軸は波長であり縦軸は挿入損失である。図15より、L=24.5mmの場合のピーク波長における挿入損失は19.8dBである。また、図16より、L=39.5mmの場合のピーク波長における挿入損失は28.7dBである。   FIG. 15 is a graph showing insertion loss in the example when L = 24.5 mm. FIG. 16 is a graph showing the insertion loss in the example when L = 39.5 mm. 15 and 16, the horizontal axis represents wavelength and the vertical axis represents insertion loss. From FIG. 15, the insertion loss at the peak wavelength when L = 24.5 mm is 19.8 dB. Also, from FIG. 16, the insertion loss at the peak wavelength when L = 39.5 mm is 28.7 dB.

なお、実施例においては、入射光および出射光は、基板に対して垂直としたが、入射光および出射光の進路を変更して、入射角および出射角を変更することは容易に実現できる。   In the embodiment, the incident light and the outgoing light are perpendicular to the substrate. However, it is possible to easily change the incident angle and the outgoing angle by changing the paths of the incident light and the outgoing light.

本発明の導波路素子は、光回路に搭載されることが好ましい。その光回路と電子回路とを組み合わせることで、光回路と電子回路とのそれぞれの長所を生かした回路を作製することができる。   The waveguide element of the present invention is preferably mounted on an optical circuit. By combining the optical circuit and the electronic circuit, a circuit that takes advantage of the advantages of the optical circuit and the electronic circuit can be manufactured.

本発明の実施の形態1に係る導波路素子の構成を示す斜視図The perspective view which shows the structure of the waveguide element which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る導波路素子の構成を示す側面図The side view which shows the structure of the waveguide element which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る導波路素子の入射側の光の進路を説明する側面図The side view explaining the course of the light of the incident side of the waveguide element which concerns on Embodiment 1 of this invention 図3に対応したバンド図Band diagram corresponding to FIG. 本発明の実施の形態1に係る導波路素子の出射側の光の進路を説明する側面図The side view explaining the course of the light of the output side of the waveguide element which concerns on Embodiment 1 of this invention 図5に対応したバンド図Band diagram corresponding to FIG. 本発明の実施の形態1に係る反射層を備えた導波路素子の構成を示す側面図The side view which shows the structure of the waveguide element provided with the reflection layer which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2に係る導波路素子の構成を示す側面図The side view which shows the structure of the waveguide element which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3に係る導波路素子の構成を示す側面図Side view showing the configuration of the waveguide device according to the third embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態2に係る導波路素子の構成を示す斜視図The perspective view which shows the structure of the waveguide element which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明による導波路素子を用いた光回路と電子回路との組み合わせについて説明するための斜視図The perspective view for demonstrating the combination of the optical circuit and electronic circuit using the waveguide element by this invention 実施例における導波路素子の構成について説明するための側面図Side view for explaining the configuration of the waveguide element in the embodiment 実施例において、L=24.5mmの場合のインパルス応答を示すグラフIn an Example, the graph which shows an impulse response in case of L = 24.5mm 実施例において、L=39.5mmの場合のインパルス応答を示すグラフIn an Example, the graph which shows an impulse response in case of L = 39.5mm 実施例において、L=24.5mmの場合の挿入損失を示すグラフIn an Example, the graph which shows the insertion loss in case of L = 24.5mm 実施例において、L=39.5mmの場合の挿入損失を示すグラフIn an Example, the graph which shows the insertion loss in case of L = 39.5mm 光回路と電子回路とを結合させた構成を示す斜視図であり、図17(a)は端面結合を示す図であり、図17(b)は垂直結合を示す図It is a perspective view which shows the structure which couple | bonded the optical circuit and the electronic circuit, Fig.17 (a) is a figure which shows end surface coupling | bonding, FIG.17 (b) is a figure which shows vertical coupling | bonding.

符号の説明Explanation of symbols

1 基板
2、32 フォトニック結晶
2a 入射側傾斜面
2b 出射側傾斜面
3、19 入射部
3a、4a、14a、19a 光ファイバ
3b、4b、14b、19b コリメータレンズ
3c、4c、14c、19c 対物レンズ
4、14 出射部
5、5b 入射光
6、6a 出射光
7a、7b、9a、9b 屈折光
8 伝播光
10、10a、10b、30、50、60 導波路素子
11、12、16、17 破線
13、18 線
21a、21b 反射層
32a 入射側回折格子
32b 出射側回折格子
40 光回路
40a 傾斜面
41 レンズアレイ
41a マイクロレンズ
42 電子回路
42a VCSEL
42b 受光セル
42c 導線
43 光
51 クラッド
100 電子回路
101 導線
102、201 端面
103、202 主面
200 光回路
300 光
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2, 32 Photonic crystal 2a Incident side inclined surface 2b Output side inclined surface 3, 19 Incident part 3a, 4a, 14a, 19a Optical fiber 3b, 4b, 14b, 19b Collimator lens 3c, 4c, 14c, 19c Objective lens 4, 14 Emission part 5, 5b Incident light 6, 6a Emission light 7a, 7b, 9a, 9b Refracted light 8 Propagating light 10, 10a, 10b, 30, 50, 60 Waveguide element 11, 12, 16, 17 Broken line 13 , 18 lines 21a, 21b Reflective layer 32a Incident side diffraction grating 32b Outgoing side diffraction grating 40 Optical circuit 40a Inclined surface 41 Lens array 41a Micro lens 42 Electronic circuit 42a VCSEL
42b Light receiving cell 42c Conductor wire 43 Light 51 Clad 100 Electronic circuit 101 Conductor wire 102, 201 End surface 103, 202 Main surface 200 Optical circuit 300 Light

Claims (13)

1方向に屈折率周期性を有する積層体であり、前記屈折率周期方向に対して垂直である底面と、前記底面に対して傾斜している入射側傾斜面および出射側傾斜面とを有する、コアであるフォトニック結晶と、入射部と、出射部とを備えた導波路素子であって、
前記入射部が前記フォトニック結晶の前記底面に光を入射させ、
前記フォトニック結晶中に入射された光が、前記入射側傾斜面で反射して、前記フォトニック結晶中にブリルアンゾーン境界上のバンドによる伝播光が生じ、
前記伝播光が前記出射側傾斜面で反射して、前記フォトニック結晶の前記底面から光が出射され、
前記フォトニック結晶から出射された光が前記出射部に導かれる導波路素子。
A laminated body having refractive index periodicity in one direction, and having a bottom surface perpendicular to the refractive index periodic direction, an incident side inclined surface and an output side inclined surface inclined with respect to the bottom surface; A waveguide device comprising a photonic crystal as a core, an incident part, and an emission part,
The incident portion causes light to be incident on the bottom surface of the photonic crystal;
The light incident on the photonic crystal is reflected by the incident-side inclined surface, and light propagated by a band on the Brillouin zone boundary is generated in the photonic crystal,
The propagating light is reflected by the exit side inclined surface, and light is emitted from the bottom surface of the photonic crystal,
A waveguide element in which light emitted from the photonic crystal is guided to the emitting portion.
1方向に屈折率周期性を有する積層体であり、前記屈折率周期方向に対して垂直である底面と、前記底面に対して傾斜している傾斜面とを有する、コアであるフォトニック結晶と、入射部とを備えた導波路素子であって、
前記入射部が前記フォトニック結晶の前記底面に光を入射させ、
前記フォトニック結晶中に入射された光が、前記傾斜面で反射して、前記フォトニック結晶中にブリルアンゾーン境界上のバンドによる伝播光が生じる導波路素子。
A photonic crystal as a core, which is a laminate having a refractive index periodicity in one direction and has a bottom surface perpendicular to the refractive index periodic direction and an inclined surface inclined with respect to the bottom surface; A waveguide element comprising an incident part,
The incident portion causes light to be incident on the bottom surface of the photonic crystal;
A waveguide element in which light incident on the photonic crystal is reflected by the inclined surface, and propagating light is generated in the photonic crystal by a band on a Brillouin zone boundary.
1方向に屈折率周期性を有する積層体であり、前記屈折率周期方向に対して垂直である底面と、前記底面に対して傾斜している傾斜面とを有する、コアであるフォトニック結晶と、出射部とを備えた導波路素子であって、
前記フォトニック結晶中を伝播するブリルアンゾーン境界上のバンドによる伝播光が前記傾斜面で反射して、前記フォトニック結晶の前記底面から光が出射され、
前記フォトニック結晶から出射された光が前記出射部に導かれる導波路素子。
A photonic crystal as a core, which is a laminate having a refractive index periodicity in one direction and has a bottom surface perpendicular to the refractive index periodic direction and an inclined surface inclined with respect to the bottom surface; A waveguide element comprising an output part,
The propagating light by the band on the Brillouin zone boundary propagating in the photonic crystal is reflected by the inclined surface, and light is emitted from the bottom surface of the photonic crystal,
A waveguide element in which light emitted from the photonic crystal is guided to the emitting portion.
前記入射側傾斜面および前記出射側傾斜面には、それぞれ反射層が形成されている請求項1に記載の導波路素子。   The waveguide element according to claim 1, wherein a reflection layer is formed on each of the incident side inclined surface and the emission side inclined surface. 前記傾斜面には、反射層が形成されている請求項2または請求項3に記載の導波路素子。   The waveguide element according to claim 2, wherein a reflective layer is formed on the inclined surface. 前記反射層は、金属膜である請求項4または請求項5に記載の導波路素子。   The waveguide element according to claim 4, wherein the reflective layer is a metal film. 前記反射層は、誘電体多層膜である請求項4または請求項5に記載の導波路素子。   The waveguide element according to claim 4, wherein the reflective layer is a dielectric multilayer film. 1方向に屈折率周期性を有する積層体であり、前記屈折率周期方向に対して垂直である底面と、前記底面に対向する上面と、前記上面に形成された入射側回折格子および出射側回折格子とを有する、コアであるフォトニック結晶と、入射部と、出射部とを備えた導波路素子であって、
前記入射部が前記フォトニック結晶の前記底面に光を入射させ、
前記フォトニック結晶中に入射された光が、前記入射側回折格子で反射して、前記フォトニック結晶中にブリルアンゾーン境界上のバンドによる伝播光が生じ、
前記伝播光が前記出射側回折格子で反射して、前記フォトニック結晶の前記底面から光が出射され、
前記フォトニック結晶から出射された光が前記出射部に導かれる導波路素子。
A laminated body having a refractive index periodicity in one direction, a bottom surface perpendicular to the refractive index periodic direction, a top surface facing the bottom surface, an incident side diffraction grating and an output side diffraction formed on the top surface A waveguide element having a photonic crystal as a core having a lattice, an incident part, and an emission part,
The incident portion causes light to be incident on the bottom surface of the photonic crystal;
Light incident on the photonic crystal is reflected by the incident-side diffraction grating, and light propagated by a band on the Brillouin zone boundary is generated in the photonic crystal,
The propagating light is reflected by the emission side diffraction grating, and light is emitted from the bottom surface of the photonic crystal,
A waveguide element in which light emitted from the photonic crystal is guided to the emitting portion.
1方向に屈折率周期性を有する積層体であり、前記屈折率周期方向に対して垂直である底面と、前記底面に対向する上面と、前記上面に形成された回折格子とを有する、コアであるフォトニック結晶と、入射部とを備えた導波路素子であって、
前記入射部が前記フォトニック結晶の前記底面に光を入射させ、
前記フォトニック結晶中に入射された光が、前記回折格子で反射して、前記フォトニック結晶中にブリルアンゾーン境界上のバンドによる伝播光が生じる導波路素子。
A core having a refractive index periodicity in one direction and having a bottom surface perpendicular to the refractive index periodic direction, a top surface facing the bottom surface, and a diffraction grating formed on the top surface; A waveguide device having a photonic crystal and an incident part,
The incident portion causes light to be incident on the bottom surface of the photonic crystal;
A waveguide element in which light incident on the photonic crystal is reflected by the diffraction grating, and propagation light is generated in the photonic crystal by a band on a Brillouin zone boundary.
1方向に屈折率周期性を有する積層体であり、前記屈折率周期方向に対して垂直である底面と、前記底面に対向する上面と、前記上面に形成された回折格子とを有する、コアであるフォトニック結晶と、出射部とを備えた導波路素子であって、
前記フォトニック結晶中を伝播するブリルアンゾーン境界上のバンドによる伝播光が前記回折格子で反射して、前記フォトニック結晶の前記底面から光が出射され、
前記フォトニック結晶から出射された光が前記出射部に導かれる導波路素子。
A core having a refractive index periodicity in one direction and having a bottom surface perpendicular to the refractive index periodic direction, a top surface facing the bottom surface, and a diffraction grating formed on the top surface; A waveguide device comprising a photonic crystal and an emission part,
Light propagated by a band on a Brillouin zone boundary propagating in the photonic crystal is reflected by the diffraction grating, and light is emitted from the bottom surface of the photonic crystal,
A waveguide element in which light emitted from the photonic crystal is guided to the emitting portion.
前記フォトニック結晶中に入射される光の進行方向もしくは前記フォトニック結晶中から出射される光の進行方向は、前記フォトニック結晶の前記屈折率周期方向と同一方向である請求項1、請求項4および請求項8のいずれかに記載の導波路素子。   The traveling direction of light incident on the photonic crystal or the traveling direction of light emitted from the photonic crystal is the same direction as the refractive index periodic direction of the photonic crystal. A waveguide element according to any one of claims 4 and 8. 前記フォトニック結晶中に入射される光の進行方向は、前記フォトニック結晶の前記屈折率周期方向と同一方向である請求項2または請求項9に記載の導波路素子。   The waveguide element according to claim 2 or 9, wherein a traveling direction of light incident on the photonic crystal is the same direction as the refractive index periodic direction of the photonic crystal. 前記フォトニック結晶中から出射される光の進行方向は、前記フォトニック結晶の前記屈折率周期方向と同一方向である請求項3または請求項10に記載の導波路素子。   The waveguide element according to claim 3 or 10, wherein a traveling direction of light emitted from the photonic crystal is the same direction as the refractive index periodic direction of the photonic crystal.
JP2005160206A 2005-05-31 2005-05-31 Waveguide element Withdrawn JP2006337574A (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005160206A JP2006337574A (en) 2005-05-31 2005-05-31 Waveguide element
PCT/JP2006/310028 WO2006129501A1 (en) 2005-05-31 2006-05-19 Waveguide element

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005160206A JP2006337574A (en) 2005-05-31 2005-05-31 Waveguide element

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2006337574A true JP2006337574A (en) 2006-12-14

Family

ID=37481431

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005160206A Withdrawn JP2006337574A (en) 2005-05-31 2005-05-31 Waveguide element

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP2006337574A (en)
WO (1) WO2006129501A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007097228A1 (en) 2006-02-23 2007-08-30 Nippon Sheet Glass Company, Limited Waveguide optical element

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0827417B2 (en) * 1990-07-09 1996-03-21 松下電器産業株式会社 Optical coupling device
JP2517147B2 (en) * 1990-03-26 1996-07-24 松下電器産業株式会社 Optical coupling device
US5282080A (en) * 1991-12-09 1994-01-25 Sdl, Inc. Surface coupled optical amplifier
JPH0973026A (en) * 1995-09-05 1997-03-18 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Integrated type optical connecting structure
US5966478A (en) * 1997-09-17 1999-10-12 Lucent Technologies Inc. Integrated optical circuit having planar waveguide turning mirrors
JP2000056168A (en) * 1998-08-05 2000-02-25 Seiko Epson Corp Optical transmitter
JP2000193580A (en) * 1998-12-25 2000-07-14 Sharp Corp Optical waveguide type probe, light detecting head and production of them
JP3100584B2 (en) * 1999-02-15 2000-10-16 日本電信電話株式会社 Optoelectronic integrated circuit and method of manufacturing the same
US7355162B2 (en) * 2002-07-02 2008-04-08 Optitune Plc Optical wavelength measuring device using guiding body and diffractive structure
WO2004081626A1 (en) * 2003-03-04 2004-09-23 Nippon Sheet Glass Company Limited Waveguide device using photonic crystal
US6968096B2 (en) * 2003-07-18 2005-11-22 Nippon Sheet Glass Co., Ltd. Diffraction device using photonic crystal

Also Published As

Publication number Publication date
WO2006129501A1 (en) 2006-12-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7310468B2 (en) Photonic crystal waveguide, homogeneous medium waveguide, and optical device
US7499615B2 (en) System and methods for routing optical signals
JP2000056146A (en) Light self-guide optical circuit
JP2008015224A (en) Optical connection device and mounting method
JP2011523714A (en) Optical splitter device
CN103999303A (en) Integrated sub-wavelength grating system
JP2009139411A (en) Polarization and wavelength separation element
JP5758657B2 (en) Lens array and optical module having the same
JP2007025382A (en) Optical waveguide, method of manufacturing optical waveguide and optical waveguide module
US7228026B2 (en) Optical multiplexer/demultiplexer and manufacturing method thereof
KR20100126720A (en) Mems-based pellicle beamsplitter
JP2006337574A (en) Waveguide element
JP4910887B2 (en) Optical resonator, wavelength filter, and optical sensor
WO2007013502A1 (en) Optical module having optical filter
JP5772436B2 (en) Optical coupler and optical device
JP2005309413A (en) Optical element and demultiplexing element using it
JP3555888B2 (en) Self-guided optical circuit
JP2006221124A (en) Optical element and manufacturing method thereof
JPWO2018235200A1 (en) Optical waveguide, optical circuit and semiconductor laser
JP2007271676A (en) Fiber type optical path, fiber type component and optical module
JP2008117890A (en) Fiber laser
JP2005284240A (en) Photonic crystal waveguide, homogeneous medium waveguide, and optical element
JP6871106B2 (en) Optical waveguide chip connection structure
JP2006284767A (en) Optical module
JP6846145B2 (en) Photonic crystal vertical optical waveguide device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080227

A761 Written withdrawal of application

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761

Effective date: 20100908