JP2007256389A - Optical circuit component and optical element - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the resonator Q value, while keeping a resonator volume V very small. <P>SOLUTION: In a photonic crystal optical circuit component 10, a photonic crystal optical resonator 11 is constituted by providing a dielectric thin film slab 12, having a prescribed refractive index and dielectric pillars 13 which are disposed in the dielectric thin film slab 12 and have a refractive index different from that of the dielectric thin film slab 12, and forming a defect where the same refractive index as the dielectric thin film slab 12 is given to an area, equivalent to one dielectric pillar in periodical arrangement of the dielectric pillars 13 in the dielectric thin film slab 12; and dielectric pillars 13a and 13b in an optical waveguide direction of the photonic crystal optical resonator 11, which are adjacent to the defect, are moved from the periodical array to the optical waveguide direction, and diameters of dielectric pillars 14a, 14b, 14c, 14d in a direction orthogonal to the optical waveguide direction, which are adjacent to the defect, are made smaller than those of the other dielectric pillars 13, 13a, 13b. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、光回路部品および光素子に関し、特にフォトニック結晶を用いた光回路部品および光素子に関する。   The present invention relates to an optical circuit component and an optical element, and more particularly to an optical circuit component and an optical element using a photonic crystal.

近年、高速時分割多重素子システム、波長分割多重光素子システム等の情報量や通信速度等の特性をより向上するために、それらに適用可能な光デバイスの実用化への期待が高まりつつある。しかし、現在の光デバイスは、電子デバイスと比較して、消費電力あるいは素子寸法が大きい等の問題があるために、実用化には至っていない。   In recent years, in order to further improve characteristics such as information amount and communication speed of a high-speed time division multiplexing element system, a wavelength division multiplexing optical element system, and the like, there is an increasing expectation for practical application of optical devices applicable to them. However, current optical devices have not been put into practical use due to problems such as large power consumption and element dimensions compared to electronic devices.

例えば、次世代光ネットワークの光ノード部における全光信号処理に関して、光バッファメモリが必須開発要素部品であるため、光双安定を利用したフリップフロップ型の1ビットメモリが開発されている。ところが、現在の光デバイスでは、光を閉じ込めるために、光屈折率差をその原理としている。このため、光の閉じ込め領域を小さくすることが難しく、また素子寸法の小型化ができないため、フリップフロップ型の1ビットメモリの実用化には目処が立っていない状況である。   For example, with respect to all-optical signal processing in the optical node section of the next-generation optical network, an optical buffer memory is an indispensable development component, so that a flip-flop type 1-bit memory using optical bistable has been developed. However, in the present optical device, in order to confine light, a difference in optical refractive index is used as the principle. For this reason, it is difficult to reduce the light confinement region and the element size cannot be reduced, so that there is no prospect for practical use of the flip-flop type 1-bit memory.

一方、フォトニック結晶は、その特徴として、電子のバンド構造に似た光のバンド構造を有する。この特徴によって、特定の構造には、光の禁制帯(フォトニックバンド)が表れるため、強い光閉じ込め、郡速度の遅延・制御が可能になり、それに伴う非線形効果の増強が実現できる。フォトニック結晶は、従来とは全く異なる概念で光の制御を可能とするため、新しい光回路部品として、実用化への期待が高まっている(例えば、非特許文献1参照)。   On the other hand, the photonic crystal has a light band structure similar to an electron band structure. Due to this feature, a forbidden band of light (photonic band) appears in a specific structure, so that strong light confinement and group speed delay / control are possible, and the accompanying non-linear effects can be enhanced. Since the photonic crystal can control light based on a completely different concept from the conventional one, there is an increasing expectation for practical application as a new optical circuit component (see, for example, Non-Patent Document 1).

フォトニック結晶を利用した光回路部品として、近年、スラブ型2次元フォトニック結晶を利用した微小共振器の研究が盛んに行われている。特に、微小共振器体積Vを保持したまま、共振器Q値(どの程度強い光を共振器中に閉じ込められるかの指数)の向上に関わる研究が行われている(例えば、非特許文献2参照)。   In recent years, research on microresonators using slab type two-dimensional photonic crystals has been actively conducted as optical circuit components using photonic crystals. In particular, research related to improvement of the resonator Q value (an index of how much light is confined in the resonator) while the microresonator volume V is maintained is performed (for example, see Non-Patent Document 2). ).

それらの報告の多くはフォトニック結晶を構成する空気孔あるいは誘電体柱を3個〜4個以上取り除いて微小共振器とする構造を採用しており、また、原理的にはスラブ細線導波路に空気孔を1列に並べた形状で空気孔を1個除いた構造を持つ1次元フォトニック結晶共振器に関する研究成果も報告されている(非特許文献3参照)。
野田進、馬場俊彦、納冨雅也、小野雄一編“フォトニック結晶研究の現状と将来展望 ― テクノロジーロードマップを目指して(改訂版)” 光産業技術振興協会、2002年 Y. Akahane et al, Nature 425, 944-947(2003) K. Kanamoto et al, IEICE E87-C, 1142-1147(2004)
Many of these reports employ a structure in which three to four or more air holes or dielectric pillars constituting a photonic crystal are removed to form a microresonator, and in principle, a slab wire waveguide is used. Research results on a one-dimensional photonic crystal resonator having a structure in which air holes are arranged in a line and one air hole is removed have also been reported (see Non-Patent Document 3).
Susumu Noda, Toshihiko Baba, Masaya Naoki, Yuichi Ono, “Current Status and Future Prospects of Photonic Crystal Research-Aiming for a Technology Roadmap (Revised)” Optoelectronic Technology Promotion Association, 2002 Y. Akahane et al, Nature 425, 944-947 (2003) K. Kanamoto et al, IEICE E87-C, 1142-1147 (2004)

しかし、フォトニック結晶を用いた従来の微小共振器には以下のような問題がある。
2次元フォトニック結晶光共振器においては、多数の共振器縦モードが存在するため、FSR(Free Spectral Range)を大きく取れず、また共振器体積Vを小さくできない。また、ある程度のQ値を有する共振器が実現できても、外部との結合が難しい。他方、1次元フォトニック結晶でもQ値は低く、断面積の小さい細線導波路構造が宙に浮いた形状のため、機械安定性が悪い等の問題が残る。
However, the conventional microresonator using a photonic crystal has the following problems.
In the two-dimensional photonic crystal optical resonator, since there are a large number of resonator longitudinal modes, the FSR (Free Spectral Range) cannot be increased, and the resonator volume V cannot be decreased. Even if a resonator having a certain Q value can be realized, coupling with the outside is difficult. On the other hand, even with a one-dimensional photonic crystal, the Q value is low, and a thin waveguide structure having a small cross-sectional area is suspended in the air, so that problems such as poor mechanical stability remain.

一般的に共振器QED(Quantum ElectroDynamics)における自然放出光制御や非線形光学における光双安定動作の閾値低減のためには共振器体積Vを微小に保ったまま、Q値が向上することが望ましい。すなわち、光双安定を利用した光スイッチの閾値低減にはV/Q2を小さくする必要がある。さらに、共振器は電場と媒体間の最大限の相互作用を利用するため、電場振幅は共振器中央に位置することが重要である。 In general, in order to control the spontaneous emission light in a resonator QED (Quantum ElectroDynamics) and to reduce the threshold of optical bistable operation in nonlinear optics, it is desirable to improve the Q value while keeping the resonator volume V small. That is, it is necessary to reduce V / Q 2 in order to reduce the threshold value of an optical switch using optical bistability. Furthermore, it is important that the electric field amplitude is located in the center of the resonator because the resonator utilizes the maximum interaction between the electric field and the medium.

以上の観点からフォトニック結晶光共振器を構成する欠陥は、空気孔または誘電体柱を1個除去することが、最も理想的であるといえる。しかし、これまで、共振器体積Vを微小に保ったまま、Q値が向上するような構造は未だ得られていない。また仮に所望の微小共振器構造が可能となった場合でも外部との光結合には困難を伴う。   From the above viewpoint, it can be said that it is most ideal to remove one air hole or dielectric column as a defect constituting the photonic crystal optical resonator. However, until now, no structure has been obtained in which the Q value is improved while the resonator volume V is kept small. Even if a desired microresonator structure is possible, optical coupling with the outside is difficult.

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、光制御を高精度で行えるようにすると共に、小型で、かつ外部との光結合に優れた光回路部品および光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 points, and provides an optical circuit component and an optical element that are capable of performing light control with high accuracy and that are small in size and excellent in optical coupling with the outside. With the goal.

本発明では上記課題を解決するために、フォトニック結晶を用いた光回路部品において、所定の屈折率を有する誘電体スラブと前記誘電体スラブ内に配置された前記誘電体スラブと異なる屈折率を有する誘電体柱と、を有し、前記誘電体柱を前記誘電体スラブ内に周期的に配列したときの誘電体柱1個分の領域を前記誘電体スラブと同じ屈折率にした欠陥を形成して共振器を構成すると共に、前記欠陥に隣接する前記共振器の光導波方向の誘電体柱を周期的配列から光導波方向へ移動し、前記欠陥に隣接する光導波方向と直交する方向の誘電体柱の直径がその他の誘電体柱の直径と異なることを特徴とする光回路部品が提供される。   In the present invention, in order to solve the above problems, in an optical circuit component using a photonic crystal, a dielectric slab having a predetermined refractive index and a refractive index different from that of the dielectric slab disposed in the dielectric slab are used. And forming a defect in which a region corresponding to one dielectric pillar when the dielectric pillars are periodically arranged in the dielectric slab has the same refractive index as that of the dielectric slab. The resonator is configured to move the dielectric column in the optical waveguide direction of the resonator adjacent to the defect from the periodic arrangement in the optical waveguide direction, and in a direction orthogonal to the optical waveguide direction adjacent to the defect. An optical circuit component is provided in which the diameter of the dielectric pillar is different from the diameter of the other dielectric pillars.

このような光回路部品によれば、誘電体スラブ内に誘電体柱1個分の欠陥を形成し、フォトニック結晶光共振器を構成し、また、この欠陥に隣接する光共振器光導波方向の誘電体柱を周期的配列からわずかに移動させ、そして、その欠陥に隣接する光導波方向と垂直方向に位置する誘電体柱の直径が他の格子を形成する誘電体柱の直径と異なるようにすることにより、光の漏洩を抑制することが可能となり、Q値が向上することになる。   According to such an optical circuit component, a defect corresponding to one dielectric pillar is formed in the dielectric slab to constitute a photonic crystal optical resonator, and the optical resonator optical waveguide direction adjacent to this defect The dielectric pillars of the dielectric are slightly moved out of the periodic array, and the diameter of the dielectric pillars located perpendicular to the optical waveguide direction adjacent to the defect is different from the diameters of the dielectric pillars forming the other gratings. By doing so, it becomes possible to suppress the leakage of light, and the Q value is improved.

また、本発明では、スラブ型2次元フォトニック結晶を用いた光回路部品を備える光素子において、所定の屈折率を有する誘電体スラブと、前記誘電体スラブ内に配置された前記誘電体スラブと異なる屈折率を有する誘電体柱と、を有し、前記誘電体柱を前記誘電体スラブ内に周期的に配列したときの誘電体柱1個分の領域を前記誘電体スラブと同じ屈折率にした欠陥を形成して共振器を構成すると共に、前記欠陥に隣接する前記共振器の光導波方向の誘電体柱を周期的配列から光導波方向へ移動し、前記欠陥に隣接する光導波方向と直交する方向の誘電体柱の直径がその他の誘電体柱の直径と異なるように構成した光回路部品を備えたことを特徴とする光素子が提供される。   Further, in the present invention, in an optical element including an optical circuit component using a slab type two-dimensional photonic crystal, a dielectric slab having a predetermined refractive index, and the dielectric slab disposed in the dielectric slab A dielectric column having a different refractive index, and a region corresponding to one dielectric column when the dielectric column is periodically arranged in the dielectric slab has the same refractive index as the dielectric slab. And forming a resonator to form a resonator, moving a dielectric column in the optical waveguide direction of the resonator adjacent to the defect from the periodic arrangement in the optical waveguide direction, and an optical waveguide direction adjacent to the defect; There is provided an optical element comprising an optical circuit component configured such that the diameter of the dielectric pillar in the orthogonal direction is different from the diameter of the other dielectric pillar.

このような光素子によれば、誘電体柱1個分の欠陥からなる微小共振器が用いられ、共振器の光の漏洩を抑制され、例えば、光スイッチや光メモリといった光素子の高性能化が図られるようになる。   According to such an optical element, a microresonator having a defect corresponding to one dielectric pillar is used, and leakage of light from the resonator is suppressed, and for example, high performance of an optical element such as an optical switch or an optical memory is improved. Become figured.

本発明では、光回路部品を、誘電体スラブ内に誘電体柱を周期的に配列したときに、誘電体柱1個分の領域を誘電体スラブと同じ屈折率にした欠陥を形成して共振器を構成し、この欠陥に隣接する共振器の光導波方向の誘電体柱を周期的配列から光導波方向へ移動し、欠陥に隣接する光導波方向と直交する方向の誘電体柱の直径がその他の誘電体柱の直径と異なるような構成にした。これによって、共振器体積Vを小さく維持し、高いQ値を得ることができ、さらに、V/Q2値を小さくすることが可能となる。したがって、従来よりも低エネルギーで動作する極微小な光回路部品が実現可能となる。 According to the present invention, when an optical circuit component is periodically arranged with dielectric pillars in the dielectric slab, a defect in which a region corresponding to one dielectric pillar has the same refractive index as that of the dielectric slab is formed. The dielectric column in the optical waveguide direction of the resonator adjacent to the defect is moved from the periodic arrangement to the optical waveguide direction, and the diameter of the dielectric column in the direction perpendicular to the optical waveguide direction adjacent to the defect is The configuration is different from the diameter of other dielectric pillars. As a result, the resonator volume V can be kept small, a high Q value can be obtained, and the V / Q 2 value can be further reduced. Therefore, it is possible to realize a very small optical circuit component that operates with lower energy than before.

また、共振器を備えた光回路部品を用いる光素子の高性能化を図ることが可能になる。   In addition, it becomes possible to improve the performance of an optical element using an optical circuit component including a resonator.

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
まず、第1の実施の形態について説明する。図1は第1の実施の形態のフォトニック結晶光回路部品の構成の模式図である。図1は、周期的に規則正しく配列したフォトニック結晶光回路部品10において、格子欠陥1個分の極微小な体積を有するフォトニック結晶光共振器11によって構成される2次元スラブ型フォトニック結晶である。誘電体薄膜スラブ12と周期配列した誘電体円柱13の屈折率をそれぞれ3.4(シリコン(Si)やガリウム砒素(GaAs)等の半導体)、1(空気)としたフォトニック結晶光回路部品10の格子定数aをa=420nmとし、誘電体円柱13は真円柱と仮定し、その直径LをL=0.6aとした。誘電体薄膜スラブ12の厚みtはt=0.6aであり、その上下クラッド層は空気層を仮定した。この構造は通常エアブリッジ構造と呼ばれるものである。さらに、フォトニック結晶光共振器11において、フォトニック結晶光共振器11を構成する誘電体円柱13a、13bが周期的配列(破線による円が周期的配列)から光導波方向にd=0.2aずれており、フォトニック結晶光共振器11を構成する格子欠陥に隣接する光導波方向と直交する方向の誘電体円柱14a、14b、14c、14dの直径L1をL1=0.4aとする。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
First, the first embodiment will be described. FIG. 1 is a schematic diagram of the configuration of the photonic crystal optical circuit component according to the first embodiment. FIG. 1 shows a two-dimensional slab type photonic crystal composed of a photonic crystal optical resonator 11 having an extremely small volume corresponding to one lattice defect in a photonic crystal optical circuit component 10 regularly arranged regularly. is there. Photonic crystal optical circuit component 10 in which the refractive index of dielectric thin film slab 12 and dielectric cylinder 13 periodically arranged is 3.4 (semiconductor such as silicon (Si) or gallium arsenide (GaAs)) and 1 (air), respectively. And the dielectric cylinder 13 is assumed to be a true cylinder, and its diameter L is L = 0.6a. The thickness t of the dielectric thin film slab 12 was t = 0.6a, and the upper and lower cladding layers were assumed to be air layers. This structure is usually called an air bridge structure. Further, in the photonic crystal optical resonator 11, the dielectric cylinders 13a and 13b constituting the photonic crystal optical resonator 11 are d = 0.2a in the optical waveguide direction from the periodic arrangement (the circle by the broken line is the periodic arrangement). The diameter L1 of the dielectric cylinders 14a, 14b, 14c, and 14d in the direction perpendicular to the optical waveguide direction adjacent to the lattice defects constituting the photonic crystal optical resonator 11 is L1 = 0.4a.

一般に、スラブ型2次元フォトニック結晶におけるフォトニック結晶光共振器性能指数であるQ値は1/Q=1/Qv+1/Qhに分解可能であり、Qvはスラブの垂直方向、Qhはスラブの面内方向を示している。通常、フォトニック結晶光共振器は共振器を形成する格子欠陥数が多くなるほど、Q値は大きくなる。3次元FDTD法(Finite Difference Time Domain:有限差分時間領域法)により計算した結果では格子の直径及び周期配列を保持した状態で、Q値はそれぞれ欠陥1個の時、Q=300、欠陥2個の時、Q=1200、欠陥3個の時、Q=1600、欠陥4個の時、Q=6300である。 In general, the Q value, which is a photonic crystal optical resonator performance index in a slab type two-dimensional photonic crystal, can be decomposed into 1 / Q = 1 / Q v + 1 / Q h , Q v is the vertical direction of the slab, Q h indicates the in-plane direction of the slab. Usually, the photonic crystal optical resonator has a higher Q value as the number of lattice defects forming the resonator increases. The result calculated by the three-dimensional FDTD method (Finite Difference Time Domain: Finite Difference Time Domain Method) shows that the lattice diameter and the periodic arrangement are maintained, and when the Q value is 1 defect, Q = 300 and 2 defects. Q = 1200, 3 defects, Q = 1600, 4 defects, Q = 6300.

図1の場合では、フォトニック結晶光共振器11は独立したものを想定しているため、誘電体薄膜スラブ12のQhは無限であり、Q=Qvとなる。よって欠陥1個のフォトニック結晶光共振器11は上記一般の例と同じ状態の場合、Q=300となり、誘電体薄膜スラブ12の垂直方向の損失が大きいことを意味している。これは物理的にはフォトニック結晶光共振器11の狭い領域内で光の多重散乱が生じ、波数ベクトルが様々な方向を向いてしまい、ライトラインより高周波数領域の漏れモードが励起するため、散乱損失が大きくなることを意味している。尚、ライトラインとは媒質中で光が伝播できる最低周波数を伝播定数に対して示したものであり、ω=ck/n(ω:角振動数、c:光の速さ、n:屈折率、k:波数)で定まる直線で表すことができる。従ってライトラインよりも低周波数領域を利用することで、上下のクラッド層へ導波光の漏洩を抑えることが可能となる。さらに、欠陥1個で構成されるフォトニック結晶光共振器11に対して、誘電体円柱13a、13bを周期的配列から光導波方向へd=0.2a移動させ、誘電体円柱14a、14b、14c、14dの直径を変化させることで、フォトニック結晶光共振器11の領域内の光は誘電体円柱13a、13bや誘電体円柱14a、14b、14c、14dとの反射光の位相は、他の誘電体円柱13からの反射光の位相とずれてしまう。このため、フォトニック結晶光共振器11の領域内における光の多重散乱が低減する。結果として、フォトニック結晶光回路部品10の垂直方向への光の漏洩が減少可能となる。実際に、フォトニック結晶光共振器11の構造について、3次元FDTD法を用いて計算を行ったところQ=28000の値を得た。このことから、スラブ上下方向への光波の漏洩が非常に小さいことがわかる。尚、図2は図1のフォトニック結晶光共振器の周波数特性を示す図である。横軸は規格化周波数(ωα/2πc=α/λ、λ:波長)であり、共振器の持つ基本共鳴周波数ピークは0.259である。 In the case of FIG. 1, since the photonic crystal optical resonator 11 is assumed to be independent, Q h of the dielectric thin film slab 12 is infinite, and Q = Q v. Therefore, in the same state as the above general example, the photonic crystal optical resonator 11 with one defect is Q = 300, which means that the loss in the vertical direction of the dielectric thin film slab 12 is large. This is because, physically, multiple scattering of light occurs in a narrow region of the photonic crystal optical resonator 11, the wave vector is directed in various directions, and a leakage mode in a higher frequency region than the light line is excited. This means that the scattering loss increases. The light line indicates the minimum frequency at which light can propagate in the medium with respect to the propagation constant, and ω = ck / n (ω: angular frequency, c: speed of light, n: refractive index. , K: wave number). Therefore, by using a lower frequency region than the light line, it is possible to suppress leakage of guided light to the upper and lower cladding layers. Further, the dielectric cylinders 13a and 13b are moved d = 0.2a in the optical waveguide direction from the periodic array with respect to the photonic crystal optical resonator 11 composed of one defect, and the dielectric cylinders 14a, 14b, By changing the diameters of 14c and 14d, the light in the region of the photonic crystal optical resonator 11 is reflected by the dielectric cylinders 13a and 13b and the dielectric cylinders 14a, 14b, 14c and 14d. The phase of the reflected light from the dielectric cylinder 13 is shifted. For this reason, multiple scattering of light in the region of the photonic crystal optical resonator 11 is reduced. As a result, light leakage in the vertical direction of the photonic crystal optical circuit component 10 can be reduced. Actually, when the structure of the photonic crystal optical resonator 11 was calculated using the three-dimensional FDTD method, a value of Q = 28000 was obtained. From this, it can be seen that the leakage of light waves in the vertical direction of the slab is very small. FIG. 2 is a diagram showing frequency characteristics of the photonic crystal optical resonator of FIG. The horizontal axis is the normalized frequency (ωα / 2πc = α / λ, λ: wavelength), and the fundamental resonance frequency peak of the resonator is 0.259.

そこで、この第1の実施の形態では、上記のように、欠陥1個で構成されるフォトニック結晶光共振器11において、光導波方向の誘電体円柱13a、13bが周期的配列から光導波方向にわずかに移動し、かつフォトニック結晶光共振器11を構成する格子欠陥に隣接する光導波方向と直交する方向の誘電体円柱14a、14b、14c、14dの直径をその他のフォトニック結晶を構成する誘電体円柱13の直径よりも小さくした。これにより、垂直方向への光の漏洩を低下させ、共振器体積Vを小さくしつつ、Q値を向上させることが可能となった。   Therefore, in the first embodiment, as described above, in the photonic crystal optical resonator 11 composed of one defect, the dielectric cylinders 13a and 13b in the optical waveguide direction are changed from the periodic arrangement to the optical waveguide direction. The diameters of the dielectric cylinders 14a, 14b, 14c, and 14d in the direction perpendicular to the optical waveguide direction adjacent to the lattice defects constituting the photonic crystal optical resonator 11 are slightly different from each other. The diameter of the dielectric cylinder 13 is smaller. As a result, the leakage of light in the vertical direction is reduced, and the Q value can be improved while the resonator volume V is reduced.

上記のような構成を有するフォトニック結晶光回路部品10は、例えば、光スイッチや光メモリへの適用が可能となる。
図3、4はフォトニック結晶光共振器を用いたスイッチ原理を示す図である。図3は光双安定の履歴曲線を示している。共振器内に光エネルギーが蓄積されると共振器内屈折率nがn=n0+n2Iの関係に従い変化する。ここでn0は線形屈折率、n2は3次の非線形屈折率、Iは共振器内光強度である。上記関係式はいわゆる光カー効果による屈折率変化を示すことになる。入力パワーを上げると、変化した屈折率が共振器内の位相条件を満足した時に出力光が発生する。これは図3の出力パワーがA値からB値へ状態移行することを表している。入力パワーを下げると出力パワーはB値からC値へと状態移行し、D値の状態へ落ちることになる。このように入力パワーに対して、出力パワーが2つの値を持ち、かつ履歴を持っている。これは光双安定と呼ばれるものである。図4は図3の光双安定を利用した光スイッチを説明する図である。まずA値とD値の間に入力パワーを持つような保持光を入れる。セットパルスを入れたときに入力パワーが急激に上がるため、出力パワー状態がA値からB値に移り、スイッチする。また戻すときはリセットパルスを入れると状態がC値からD値に移行する。セットパルスとリセットパルスの時間を自由に制御でき、フォトニック結晶光共振器11が光メモリとしての適用が可能となる。また、フォトニック結晶の、光スイッチや光メモリへ適用が進むと、その他様々な光素子への適用への期待も高まる。尚、本実施例は誘電体円柱13の直径LがL=0.6aの場合について示したが、Lがフォトニックバンドギャップを有する範囲であれば、同様の効果が期待できる。
The photonic crystal optical circuit component 10 having the above configuration can be applied to, for example, an optical switch or an optical memory.
3 and 4 are diagrams showing a switching principle using a photonic crystal optical resonator. FIG. 3 shows an optical bistable history curve. When light energy is accumulated in the resonator, the refractive index n in the resonator changes according to the relationship n = n 0 + n 2 I. Here, n 0 is the linear refractive index, n 2 is the third-order nonlinear refractive index, and I is the intracavity light intensity. The above relational expression indicates a change in refractive index due to the so-called optical Kerr effect. When the input power is increased, output light is generated when the changed refractive index satisfies the phase condition in the resonator. This represents that the output power in FIG. 3 shifts from the A value to the B value. When the input power is lowered, the output power shifts from the B value to the C value and falls to the D value state. Thus, the output power has two values with respect to the input power, and has a history. This is called optical bistability. FIG. 4 is a diagram for explaining an optical switch using the optical bistability of FIG. First, holding light having input power is inserted between the A value and the D value. When the set pulse is applied, the input power increases rapidly, so that the output power state shifts from the A value to the B value and switches. When returning, when a reset pulse is input, the state shifts from the C value to the D value. The time of the set pulse and the reset pulse can be freely controlled, and the photonic crystal optical resonator 11 can be applied as an optical memory. In addition, as the application of photonic crystals to optical switches and optical memories progresses, expectations for application to various other optical elements also increase. Although the present embodiment shows the case where the diameter L of the dielectric cylinder 13 is L = 0.6a, the same effect can be expected as long as L has a photonic band gap.

次に第2の実施の形態について説明する。図5は第2の実施の形態の光回路部品の構成の模式図である。フォトニック結晶光回路部品20において、フォトニック結晶光共振器21(破線X2から破線Y2の間の領域)は第1の実施の形態における、フォトニック結晶光共振器11と同じ構造をしており、第2の実施の形態では、このフォトニック結晶光共振器21の両側に配列された誘電体円柱を介してフォトニック結晶光導波路25(破線X2より左側の領域)、26(破線Y2より右側の領域)と接続している。フォトニック結晶光導波路25、26とフォトニック結晶光共振器21の光結合性を向上(換言すれば光回路部品全体の透過率向上)するために、フォトニック結晶光導波路25、26の両側に配列された誘電体円柱27a〜27h、28a〜28hの直径L2をL2=0.5aとし、誘電体円柱27a〜27h、28a〜28hの幅をw1(w1=1.73a)とする。ただし、フォトニック結晶光共振器21を構成する誘電体円柱23a、23bが周期的配列(破線による円が周期的配列)から光導波方向にd=0.2aずれており、フォトニック結晶光共振器21を構成する格子欠陥に隣接する光導波方向と直交する方向の誘電体円柱24a、24b、24c、24dの直径L1をL1=0.4a、誘電体薄膜スラブ22の厚みtはt=0.6aとする。   Next, a second embodiment will be described. FIG. 5 is a schematic diagram of the configuration of the optical circuit component of the second embodiment. In the photonic crystal optical circuit component 20, the photonic crystal optical resonator 21 (the region between the broken line X2 and the broken line Y2) has the same structure as the photonic crystal optical resonator 11 in the first embodiment. In the second embodiment, the photonic crystal optical waveguides 25 (regions on the left side of the broken line X2) and 26 (right sides of the broken line Y2) are disposed through the dielectric cylinders arranged on both sides of the photonic crystal optical resonator 21. Area). In order to improve the optical coupling between the photonic crystal optical waveguides 25 and 26 and the photonic crystal optical resonator 21 (in other words, to improve the transmittance of the entire optical circuit component), both sides of the photonic crystal optical waveguides 25 and 26 are provided. The diameter L2 of the arranged dielectric cylinders 27a to 27h and 28a to 28h is L2 = 0.5a, and the width of the dielectric cylinders 27a to 27h and 28a to 28h is w1 (w1 = 1.73a). However, the dielectric cylinders 23a and 23b constituting the photonic crystal optical resonator 21 are deviated by d = 0.2a in the optical waveguide direction from the periodic arrangement (the circle by the broken line is the periodic arrangement). The diameter L1 of the dielectric cylinders 24a, 24b, 24c and 24d in the direction perpendicular to the optical waveguide direction adjacent to the lattice defect constituting the vessel 21 is L1 = 0.4a, and the thickness t of the dielectric thin film slab 22 is t = 0. .6a.

図6、7は光導波路の導波モードを示す分散図である。図6にはL=L2=0.6a、t=0.6aのときの波数と周波数の関係を示している。これによれば、フォトニックバンドギャップ内において2本の導波モード#1、#2が存在することがわかる。これらの導波モードのうち、導波モード#1は伝播方向に平行な鏡面において対称なモードを持ち、偶モードと呼ばれる。他方、導波モード#2は反対称なモードを有し、奇モードと呼ばれる。一般的な単一モードは偶モードであるため、導波モード#1が通常、フォトニック結晶光導波路の光伝播に利用される。図6はそのような導波路における導波モードを示しており、光の透過帯域はモード端からライトラインまでの規格化周波数0.261から0.277までの領域である。また、図8は図2のフォトニック結晶光共振器11の規格化周波数特性の再掲であり、図6のフォトニック結晶光導波路の導波帯域も合わせて示している(図8中の破線B1から破線B2の間の周波数)。フォトニック結晶光共振器21の共鳴周波数と図6のフォトニック結晶光導波路の導波帯域は合致していないことがわかる。   6 and 7 are dispersion diagrams showing the waveguide mode of the optical waveguide. FIG. 6 shows the relationship between the wave number and the frequency when L = L2 = 0.6a and t = 0.6a. This shows that there are two waveguide modes # 1 and # 2 in the photonic band gap. Of these guided modes, guided mode # 1 has a symmetric mode in a mirror plane parallel to the propagation direction, and is called an even mode. On the other hand, waveguide mode # 2 has an antisymmetric mode and is called an odd mode. Since a general single mode is an even mode, waveguide mode # 1 is usually used for light propagation in a photonic crystal optical waveguide. FIG. 6 shows a waveguide mode in such a waveguide, and the light transmission band is a region from a normalized frequency of 0.261 to 0.277 from the mode end to the light line. 8 shows the normalized frequency characteristics of the photonic crystal optical resonator 11 shown in FIG. 2, and also shows the waveguide band of the photonic crystal optical waveguide shown in FIG. 6 (broken line B1 in FIG. 8). To the broken line B2). It can be seen that the resonant frequency of the photonic crystal optical resonator 21 does not match the waveguide band of the photonic crystal optical waveguide of FIG.

そこで、フォトニック結晶光共振器とフォトニック結晶光導波路の共鳴周波数整合を取るためにはどちらか一方の実効屈折率を変化させてやればよい。ここでは、フォトニック結晶光共振器の構造は変えず、フォトニック結晶光導波路の構造を修正することで、実効屈折率を変化させる。図7はフォトニック結晶光導波路25、26の両側に配列された誘電体円柱27a〜27h、28a〜28hの直径L2をL2=0.5aとしたときの波数と周波数の関係を示している。孔径を小さくすることで実効屈折率を上げ、導波モードに対応する規格化周波数を下げることができる。得られた導波モード#1は規格化周波数0.253から0.272の導波帯域を持ち、図8より、その導波帯域内にフォトニック結晶光共振器21の共鳴周波数が存在することは明らかである(図8中の実線A1から実線A2の間の周波数)。このフォトニック結晶光導波路を利用することで外部からフォトニック結晶光共振器を励起することが可能となる。以上を鑑みて、図5の形態をとることができる。   Therefore, in order to achieve resonance frequency matching between the photonic crystal optical resonator and the photonic crystal optical waveguide, one of the effective refractive indexes may be changed. Here, the effective refractive index is changed by modifying the structure of the photonic crystal optical waveguide without changing the structure of the photonic crystal optical resonator. FIG. 7 shows the relationship between the wave number and the frequency when the diameter L2 of the dielectric cylinders 27a to 27h and 28a to 28h arranged on both sides of the photonic crystal optical waveguides 25 and 26 is L2 = 0.5a. By reducing the hole diameter, the effective refractive index can be increased and the normalized frequency corresponding to the waveguide mode can be decreased. The obtained waveguide mode # 1 has a waveguide band with a normalized frequency of 0.253 to 0.272, and from FIG. 8, the resonance frequency of the photonic crystal optical resonator 21 exists within the waveguide band. Is clear (frequency between solid line A1 and solid line A2 in FIG. 8). By using this photonic crystal optical waveguide, it is possible to excite the photonic crystal optical resonator from the outside. In view of the above, the form of FIG. 5 can be taken.

図9は、第2の実施の形態の光回路部品の変形例の構成の模式図である。図9では、フォトニック結晶光回路部品30において、フォトニック結晶光共振器31(破線X3から破線Y3の間の領域)とフォトニック結晶光導波路35(破線X3より左側の領域)、36(破線Y3より右側の領域)がそれぞれ4個の誘電体円柱33a〜33d、33e〜33hを介して、接続されている。   FIG. 9 is a schematic diagram of a configuration of a modification of the optical circuit component according to the second embodiment. In FIG. 9, in the photonic crystal optical circuit component 30, the photonic crystal optical resonator 31 (region between the broken line X3 and the broken line Y3) and the photonic crystal optical waveguide 35 (region on the left side of the broken line X3), 36 (broken line) The region on the right side of Y3) is connected via four dielectric cylinders 33a to 33d and 33e to 33h, respectively.

この時の、フォトニック結晶光共振器31を構成する誘電体円柱33a、33hが周期的配列(破線による円が周期的配列の位置)から光導波方向にd=0.2aずれており、フォトニック結晶光共振器31を構成する格子欠陥に隣接する光導波方向と直交する方向の誘電体円柱34a、34b、34c、34dの直径L1をL1=0.4aとする。また、フォトニック結晶光導波路35、36の両側に配列された誘電体円柱37a〜37f、38a〜38fの直径L2はL2=0.5aとし、その幅をw1とし、その他のフォトニック結晶を構成する誘電体円柱33、33a〜33hの直径LはL=0.6a、誘電体薄膜スラブ32の厚みtはt=0.6aとする。   At this time, the dielectric cylinders 33a and 33h constituting the photonic crystal optical resonator 31 are deviated by d = 0.2a in the optical waveguide direction from the periodic arrangement (the position of the circle by the broken line is the periodic arrangement). The diameter L1 of the dielectric cylinders 34a, 34b, 34c, and 34d in the direction orthogonal to the optical waveguide direction adjacent to the lattice defects constituting the nick crystal optical resonator 31 is set to L1 = 0.4a. Further, the dielectric cylinders 37a to 37f and 38a to 38f arranged on both sides of the photonic crystal optical waveguides 35 and 36 have a diameter L2 of L2 = 0.5a and a width w1, thereby constituting other photonic crystals. The diameter L of the dielectric cylinders 33 and 33a to 33h is L = 0.6a, and the thickness t of the dielectric thin film slab 32 is t = 0.6a.

図10、11はフォトニック結晶光回路部品の透過特性を示した図である。図10はフォトニック結晶光回路部品20において、フォトニック結晶光共振器21とフォトニック結晶光導波路25、26が3個の誘電体円柱を介して接続される場合であるのに対し、図11はフォトニック結晶光回路部品30において、フォトニック結晶光共振器31とフォトニック結晶光導波路35、36が4個の誘電体円柱を介して接続される場合である。図10、11の透過特性は2次元FDTD法により計算されたものである。横軸は規格化周波数である。図10、11共に、規格化周波数0.264付近に非常に鋭いピークが存在することがわかる。尚、共鳴周波数の相違は3次元と2次元FDTD法の違いに起因する。そして、図10と比較して、図11の方が鋭い共鳴ピークを持つことがわかる。これは4個の誘電体円柱を介して構成されたフォトニック結晶光共振器31が3個の誘電体円柱を介して構成されるフォトニック結晶光共振器21と比較して高いQ値を持つことを示している。このようにフォトニック結晶光共振器とフォトニック結晶光導波路間の誘電体円柱数を変化させることで全体のQ値を変化させることが可能となる。尚、本実施例はL=0.6aの場合について示したが、Lがフォトニックバンドギャップを有する範囲であれば、これと異なる組み合わせでも同様の効果が期待できる。   10 and 11 are diagrams showing the transmission characteristics of the photonic crystal optical circuit component. FIG. 10 shows a case where the photonic crystal optical resonator 21 and the photonic crystal optical waveguides 25 and 26 are connected via three dielectric cylinders in the photonic crystal optical circuit component 20, whereas FIG. In the photonic crystal optical circuit component 30, the photonic crystal optical resonator 31 and the photonic crystal optical waveguides 35 and 36 are connected via four dielectric cylinders. The transmission characteristics in FIGS. 10 and 11 are calculated by the two-dimensional FDTD method. The horizontal axis is the normalized frequency. 10 and 11, it can be seen that there is a very sharp peak near the normalized frequency of 0.264. The difference in resonance frequency is due to the difference between the three-dimensional and two-dimensional FDTD methods. And it turns out that the direction of FIG. 11 has a sharper resonance peak compared with FIG. This is because the photonic crystal optical resonator 31 configured via four dielectric cylinders has a higher Q value than the photonic crystal optical resonator 21 configured via three dielectric cylinders. It is shown that. Thus, the overall Q value can be changed by changing the number of dielectric cylinders between the photonic crystal optical resonator and the photonic crystal optical waveguide. Although the present embodiment shows the case of L = 0.6a, the same effect can be expected even with a combination different from this as long as L has a photonic band gap.

次に、第3の実施の形態について説明する。図12は第3の実施の形態の光回路部品の構成の模式図である。図12は、フォトニック結晶光回路部品40において、フォトニック結晶光共振器41(破線X4から破線Y4の間の領域)の両側にフォトニック結晶光導波路45(破線X4より左側の領域)、46(破線Y4より右側の領域)が結合された第2の実施の形態の図9と同様に、フォトニック結晶光共振器41は両側に配列された4個の誘電体円柱43a〜43d、43e〜43hを介してフォトニック結晶光導波路45、46と接続している。しかし、図12では、フォトニック結晶光導波路45、46の幅がフォトニック結晶光共振器41の幅w1と異なる幅w2を持たせている。   Next, a third embodiment will be described. FIG. 12 is a schematic diagram of the configuration of the optical circuit component according to the third embodiment. FIG. 12 shows photonic crystal optical circuit components 40 in which photonic crystal optical waveguides 45 (regions on the left side of the broken line X4) and 46 are provided on both sides of a photonic crystal optical resonator 41 (region between the broken line X4 and the broken line Y4). Similarly to FIG. 9 of the second embodiment in which (the region on the right side of the broken line Y4) is coupled, the photonic crystal optical resonator 41 has four dielectric cylinders 43a to 43d and 43e to 43 arranged on both sides. The photonic crystal optical waveguides 45 and 46 are connected via 43h. However, in FIG. 12, the width of the photonic crystal optical waveguides 45 and 46 is different from the width w 1 of the photonic crystal optical resonator 41.

フォトニック結晶光共振器41を構成する誘電体円柱43a、43hが周期的配列(破線による円が周期的配列)から光導波方向にd=0.2aずれており、フォトニック結晶光共振器41を構成する格子欠陥に隣接する光導波方向と直交する方向の誘電体円柱44a、44b、44c、44dの直径L1をL1=0.4aとし、その他のフォトニック結晶を構成する誘電体円柱43、43a〜43hの直径LをL=0.6a、誘電体薄膜スラブ42の厚みtはt=0.6aとする。   The dielectric cylinders 43a and 43h constituting the photonic crystal optical resonator 41 are deviated by d = 0.2a in the optical waveguide direction from the periodic arrangement (the circle by the broken line is the periodic arrangement). Dielectric cylinders 44a, 44b, 44c, and 44d in the direction perpendicular to the optical waveguide direction adjacent to the lattice defects constituting the diameter L1 of L1 = 0.4a, and other dielectric cylinders 43 constituting the photonic crystal, The diameter L of 43a to 43h is L = 0.6a, and the thickness t of the dielectric thin film slab 42 is t = 0.6a.

図12において、フォトニック結晶光導波路の幅を持たせることは、第2の実施の形態と同様にフォトニック結晶光共振器21、31とフォトニック結晶光導波路25、26、35、36のモード周波数整合を与え、Q値を向上させるものである。   In FIG. 12, the width of the photonic crystal optical waveguide is given by the modes of the photonic crystal optical resonators 21 and 31 and the photonic crystal optical waveguides 25, 26, 35, and 36 as in the second embodiment. It provides frequency matching and improves the Q value.

次に第4の実施の形態について説明する。図13は第4の実施の形態の光回路部品の構成の模式図である。
図13は、フォトニック結晶光回路部品50において、フォトニック結晶光導波路55、56が連続的に接続しており、その脇にフォトニック結晶光共振器51が存在する。
Next, a fourth embodiment will be described. FIG. 13 is a schematic diagram of the configuration of the optical circuit component of the fourth embodiment.
In FIG. 13, in a photonic crystal optical circuit component 50, photonic crystal optical waveguides 55 and 56 are continuously connected, and a photonic crystal optical resonator 51 is present on the side.

フォトニック結晶光共振器51を構成する誘電体円柱53a、53bが周期的配列(破線による円が元の位置)から光導波方向にd=0.2aずれており、フォトニック結晶光共振器51を構成する格子欠陥に隣接する光導波方向と直交する方向の誘電体円柱54a、54b、54c、54dの直径L1をL1=0.4a、誘電体薄膜スラブ52の厚みtはt=0.6aとする。   The dielectric cylinders 53a and 53b constituting the photonic crystal optical resonator 51 are shifted by d = 0.2a in the optical waveguide direction from the periodic arrangement (the circle by the broken line is the original position). The diameter L1 of the dielectric cylinders 54a, 54b, 54c, 54d in the direction perpendicular to the optical waveguide direction adjacent to the lattice defects constituting the L1 = 0.4a, and the thickness t of the dielectric thin film slab 52 is t = 0.6a. And

フォトニック結晶光導波路55、56の両側に配列された誘電体円柱57a〜57n、58a〜58nの半径L2はL2=0.5a、フォトニック結晶光導波路55、56の幅をw1、その他のフォトニック結晶を構成する誘電体円柱53の直径LをL=0.6aとした。また、フォトニック結晶光共振器51とフォトニック結晶光導波路55、56間の誘電体柱の列数は1〜5とする。   The radius L2 of the dielectric cylinders 57a to 57n and 58a to 58n arranged on both sides of the photonic crystal optical waveguides 55 and 56 is L2 = 0.5a, the width of the photonic crystal optical waveguides 55 and 56 is w1, and other photo The diameter L of the dielectric cylinder 53 constituting the nick crystal was set to L = 0.6a. The number of rows of dielectric columns between the photonic crystal optical resonator 51 and the photonic crystal optical waveguides 55 and 56 is 1 to 5.

図13において、フォトニック結晶光導波路55、56の幅を持たせることは、第1、第2、第3の実施の形態の際と同様に、フォトニック結晶光共振器51とフォトニック結晶光導波路55、56のモード周波数整合を与え、Q値を向上させるものである。   In FIG. 13, the widths of the photonic crystal optical waveguides 55 and 56 are set in the same manner as in the first, second, and third embodiments, and the photonic crystal optical resonator 51 and the photonic crystal optical waveguide. The mode frequency matching of the waveguides 55 and 56 is given, and the Q value is improved.

尚、以上の説明では、誘電体薄膜スラブ12、22、32、42、52の材料に珪素やガリウム・砒素を用い、誘電体薄膜スラブ12、22、32、42、52以外の部分の材料に空気を用いた場合を述べたが、その他の材料を用いることも可能である。例えば、誘電体薄膜スラブ12、22、32、42、52の材料には珪素、ゲルマニウム、ガリウム・砒素化合物、インジウム・燐系化合物、またはインジウム・アンチモン系化合物を用いることができ、また誘電体薄膜スラブ12、22、32、42、52以外の部分の材料には、ポリイミド系有機化合物、エポキシ系有機化合物、アクリル系有機化合物、空気、真空、また上記誘電体薄膜スラブ材料の酸化物を用いることができる。このような材料を用いた場合にも上記同様な効果を得ることが可能である。   In the above description, silicon or gallium / arsenic is used as the material of the dielectric thin film slabs 12, 22, 32, 42, 52, and the material other than the dielectric thin film slabs 12, 22, 32, 42, 52 is used. Although the case of using air has been described, other materials can also be used. For example, silicon, germanium, gallium / arsenic compound, indium / phosphorus compound, or indium / antimony compound can be used for the material of the dielectric thin film slabs 12, 22, 32, 42, 52, and the dielectric thin film For materials other than the slabs 12, 22, 32, 42, 52, use polyimide organic compounds, epoxy organic compounds, acrylic organic compounds, air, vacuum, or oxides of the above dielectric thin film slab materials. Can do. Even when such a material is used, the same effect as described above can be obtained.

(付記1) フォトニック結晶を用いた光回路部品において、
所定の屈折率を有する誘電体スラブと前記誘電体スラブ内に配置された前記誘電体スラブと異なる屈折率を有する誘電体柱と、を有し、
前記誘電体柱を前記誘電体スラブ内に周期的に配列したときの誘電体柱1個分の領域を前記誘電体スラブと同じ屈折率にした欠陥を形成して共振器を構成すると共に、前記欠陥に隣接する前記共振器の光導波方向の誘電体柱を周期的配列から光導波方向へ移動し、前記欠陥に隣接する光導波方向と直交する方向の誘電体柱の直径がその他の誘電体柱の直径と異なることを特徴とする光回路部品。
(Appendix 1) In optical circuit parts using photonic crystals,
A dielectric slab having a predetermined refractive index and a dielectric pillar having a refractive index different from that of the dielectric slab disposed in the dielectric slab,
A resonator is formed by forming a defect in which a region corresponding to one dielectric column when the dielectric columns are periodically arranged in the dielectric slab has the same refractive index as that of the dielectric slab, and The dielectric column in the optical waveguide direction of the resonator adjacent to the defect is moved from the periodic arrangement in the optical waveguide direction, and the diameter of the dielectric column in the direction orthogonal to the optical waveguide direction adjacent to the defect is other dielectric material. An optical circuit component characterized by being different from the diameter of a pillar.

(付記2) 前記共振器に接続され、前記誘電体柱を前記誘電体スラブ内に周期的に配列したときの誘電体柱複数個分の直線状領域を前記誘電体スラブと同じ屈折率にした、光の伝播経路となる直線状欠陥を備えた光導波路を有することを特徴とする付記1記載の光回路部品。   (Supplementary Note 2) A linear region corresponding to a plurality of dielectric pillars when connected to the resonator and periodically arranging the dielectric pillars in the dielectric slab has the same refractive index as the dielectric slab. 2. The optical circuit component according to appendix 1, wherein the optical circuit component has an optical waveguide provided with a linear defect serving as a light propagation path.

(付記3) 前記共振器の前記光導波路との接続領域に複数の前記誘電体柱が配列されていることを特徴とする付記2記載の光回路部品。
(付記4) 前記接続領域に配列される前記誘電体柱の個数は可変であることを特徴とする付記3記載の光回路部品。
(Supplementary note 3) The optical circuit component according to supplementary note 2, wherein a plurality of the dielectric pillars are arranged in a connection region of the resonator with the optical waveguide.
(Supplementary note 4) The optical circuit component according to supplementary note 3, wherein the number of the dielectric pillars arranged in the connection region is variable.

(付記5) 前記光導波路は、前記光導波路の光導波方向と前記共振器の光導波方向とが一致するように前記共振器に接続されていることを特徴とする付記2記載の光回路部品。   (Supplementary note 5) The optical circuit component according to supplementary note 2, wherein the optical waveguide is connected to the resonator so that an optical waveguide direction of the optical waveguide coincides with an optical waveguide direction of the resonator. .

(付記6) 前記光導波路は、前記誘電体柱のうちの前記直線状欠陥の両側に配列される誘電体柱の直径が前記光導波路の他の誘電体柱の直径と異なることを特徴とする付記2記載の光回路部品。   (Additional remark 6) The said optical waveguide is characterized by the diameter of the dielectric pillar arrange | positioned on the both sides of the said linear defect among the said dielectric pillars differing from the diameter of the other dielectric pillar of the said optical waveguide. The optical circuit component according to Appendix 2.

(付記7) 前記光導波路は、前記誘電体柱のうちの前記直線状欠陥の両側に配列される誘電体柱を周期的配列から光導波方向と直交する方向へ移動したことを特徴とする付記2記載の光回路部品。   (Additional remark 7) The said optical waveguide moved the dielectric pillar arranged on the both sides of the said linear defect among the said dielectric pillars from the periodic arrangement to the direction orthogonal to an optical waveguide direction. 2. The optical circuit component according to 2.

(付記8) 前記光導波路は、前記共振器の光導波方向両側に前記共振器を挟んで接続されていることを特徴とする付記2記載の光回路部品。
(付記9) 前記共振器は、前記光導波路の前記直線状欠陥の領域の脇に設けられていることを特徴とする付記2記載の光回路部品。
(Supplementary note 8) The optical circuit component according to supplementary note 2, wherein the optical waveguide is connected to both sides of the resonator in the optical waveguide direction with the resonator interposed therebetween.
(Supplementary note 9) The optical circuit component according to supplementary note 2, wherein the resonator is provided at a side of the linear defect region of the optical waveguide.

(付記10) 前記誘電体スラブは、珪素、ゲルマニウム、ガリウム・砒素化合物、インジウム・燐系化合物またはインジウム・アンチモン系化合物を用いて形成されていることを特徴とする付記1記載の光回路部品。   (Supplementary note 10) The optical circuit component according to supplementary note 1, wherein the dielectric slab is formed using silicon, germanium, a gallium / arsenic compound, an indium / phosphorus compound, or an indium / antimony compound.

(付記11) 前記誘電体柱は、二酸化珪素、ポリイミド系有機化合物、エポキシ系有機化合物、アクリル系有機化合物、空気、真空または前記誘電体スラブ材料の酸化物を用いて形成されていることを特徴とする付記1記載の光回路部品。   (Supplementary Note 11) The dielectric pillar is formed using silicon dioxide, polyimide organic compound, epoxy organic compound, acrylic organic compound, air, vacuum, or an oxide of the dielectric slab material. The optical circuit component according to appendix 1.

(付記12) スラブ型2次元フォトニック結晶を用いた光回路部品を備える光素子において、
所定の屈折率を有する誘電体スラブと、前記誘電体スラブ内に配置された前記誘電体スラブと異なる屈折率を有する誘電体柱と、を有し、前記誘電体柱を前記誘電体スラブ内に周期的に配列したときの誘電体柱1個分の領域を前記誘電体スラブと同じ屈折率にした欠陥を形成して共振器を構成すると共に、前記欠陥に隣接する前記共振器の光導波方向の誘電体柱を周期的配列から光導波方向へ移動し、前記欠陥に隣接する光導波方向と直交する方向の誘電体柱の直径がその他の誘電体柱の直径と異なるように構成した光回路部品を備えたことを特徴とする光素子。
(Supplementary Note 12) In an optical element including an optical circuit component using a slab type two-dimensional photonic crystal,
A dielectric slab having a predetermined refractive index, and a dielectric pillar having a refractive index different from that of the dielectric slab disposed in the dielectric slab, and the dielectric pillar is placed in the dielectric slab. A resonator is formed by forming a defect in which a region corresponding to one dielectric pillar when arranged periodically has the same refractive index as that of the dielectric slab, and an optical waveguide direction of the resonator adjacent to the defect. An optical circuit configured such that the diameter of the dielectric column in the direction perpendicular to the optical waveguide direction adjacent to the defect is different from the diameter of the other dielectric columns An optical element comprising a component.

第1の実施の形態のフォトニック結晶光回路部品の構成の模式図である。It is a schematic diagram of the structure of the photonic crystal optical circuit component of 1st Embodiment. 図1のフォトニック結晶光共振器の周波数特性を示す図である。It is a figure which shows the frequency characteristic of the photonic crystal optical resonator of FIG. フォトニック結晶光共振器を用いたスイッチ原理を示す図(その1)である。It is FIG. (1) which shows the switch principle using a photonic crystal optical resonator. フォトニック結晶光共振器を用いたスイッチ原理を示す図(その2)である。It is FIG. (2) which shows the switch principle using a photonic crystal optical resonator. 第2の実施の形態の光回路部品の構成の模式図である。It is a schematic diagram of a structure of the optical circuit component of 2nd Embodiment. 光導波路の導波モードを示す分散図(その1)である。It is a dispersion | distribution figure (the 1) which shows the waveguide mode of an optical waveguide. 光導波路の導波モードを示す分散図(その2)である。It is a dispersion | distribution figure (the 2) which shows the waveguide mode of an optical waveguide. 光導波路の導波モードを示す分散図(その3)である。It is a dispersion | distribution figure (the 3) which shows the waveguide mode of an optical waveguide. 第2の実施の形態の光回路部品の変形例の構成の模式図である。It is a schematic diagram of the structure of the modification of the optical circuit component of 2nd Embodiment. フォトニック結晶光回路の透過特性を示した図(その1)である。It is the figure (the 1) which showed the transmission characteristic of the photonic crystal optical circuit. フォトニック結晶光回路の透過特性を示した図(その2)である。It is the figure (the 2) which showed the transmission characteristic of the photonic crystal optical circuit. 第3の実施の形態の光回路部品の構成の模式図である。It is a schematic diagram of a structure of the optical circuit component of 3rd Embodiment. 第4の実施の形態の光回路部品の構成の模式図である。It is a schematic diagram of a structure of the optical circuit component of 4th Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

10 フォトニック結晶光回路部品
11 フォトニック結晶光共振器
12 誘電体薄膜スラブ
13,13a,13b,14a〜14d 誘電体円柱
a 格子定数
L,L1 誘電体円柱の直径
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Photonic crystal optical circuit component 11 Photonic crystal optical resonator 12 Dielectric thin film slab 13, 13a, 13b, 14a-14d Dielectric cylinder a Lattice constant L, L1 Diameter of dielectric cylinder

Claims (10)

フォトニック結晶を用いた光回路部品において、
所定の屈折率を有する誘電体スラブと前記誘電体スラブ内に配置された前記誘電体スラブと異なる屈折率を有する誘電体柱と、を有し、
前記誘電体柱を前記誘電体スラブ内に周期的に配列したときの誘電体柱1個分の領域を前記誘電体スラブと同じ屈折率にした欠陥を形成して共振器を構成すると共に、前記欠陥に隣接する前記共振器の光導波方向の誘電体柱を周期的配列から光導波方向へ移動し、前記欠陥に隣接する光導波方向と直交する方向の誘電体柱の直径がその他の誘電体柱の直径と異なることを特徴とする光回路部品。
In optical circuit components using photonic crystals,
A dielectric slab having a predetermined refractive index and a dielectric pillar having a refractive index different from that of the dielectric slab disposed in the dielectric slab,
A resonator is formed by forming a defect in which a region corresponding to one dielectric column when the dielectric columns are periodically arranged in the dielectric slab has the same refractive index as that of the dielectric slab, and The dielectric column in the optical waveguide direction of the resonator adjacent to the defect is moved from the periodic arrangement in the optical waveguide direction, and the diameter of the dielectric column in the direction orthogonal to the optical waveguide direction adjacent to the defect is other dielectric material. An optical circuit component characterized by being different from the diameter of a pillar.
前記共振器に接続され、前記誘電体柱を前記誘電体スラブ内に周期的に配列したときの誘電体柱複数個分の直線状領域を前記誘電体スラブと同じ屈折率にした、光の伝播経路となる直線状欠陥を備えた光導波路を有することを特徴とする請求項1記載の光回路部品。   Propagation of light, which is connected to the resonator and has the same refractive index as that of the dielectric slab in a linear region corresponding to a plurality of dielectric columns when the dielectric columns are periodically arranged in the dielectric slab. 2. The optical circuit component according to claim 1, further comprising an optical waveguide provided with a linear defect serving as a path. 前記共振器の前記光導波路との接続領域に複数の前記誘電体柱が配列されていることを特徴とする請求項2記載の光回路部品。   The optical circuit component according to claim 2, wherein a plurality of the dielectric pillars are arranged in a connection region of the resonator with the optical waveguide. 前記接続領域に配列される前記誘電体柱の個数は可変であることを特徴とする請求項3記載の光回路部品。   4. The optical circuit component according to claim 3, wherein the number of the dielectric pillars arranged in the connection region is variable. 前記光導波路は、前記光導波路の光導波方向と前記共振器の光導波方向とが一致するように前記共振器に接続されていることを特徴とする請求項2記載の光回路部品。   The optical circuit component according to claim 2, wherein the optical waveguide is connected to the resonator so that an optical waveguide direction of the optical waveguide coincides with an optical waveguide direction of the resonator. 前記光導波路は、前記誘電体柱のうちの前記直線状欠陥の両側に配列される誘電体柱の直径が前記光導波路の他の誘電体柱の直径と異なることを特徴とする請求項2記載の光回路部品。   3. The optical waveguide according to claim 2, wherein a diameter of a dielectric column arranged on both sides of the linear defect in the dielectric column is different from a diameter of another dielectric column of the optical waveguide. Optical circuit components. 前記光導波路は、前記誘電体柱のうちの前記直線状欠陥の両側に配列される誘電体柱を周期的配列から光導波方向と直交する方向へ移動したことを特徴とする請求項2記載の光回路部品。   3. The optical waveguide according to claim 2, wherein the dielectric pillars arranged on both sides of the linear defect in the dielectric pillars are moved from the periodic array in a direction perpendicular to the optical waveguide direction. Optical circuit components. 前記光導波路は、前記共振器の光導波方向両側に前記共振器を挟んで接続されていることを特徴とする請求項2記載の光回路部品。   3. The optical circuit component according to claim 2, wherein the optical waveguide is connected to both sides of the resonator in the optical waveguide direction with the resonator interposed therebetween. 前記共振器は、前記光導波路の前記直線状欠陥の領域の脇に設けられていることを特徴とする請求項2記載の光回路部品。   The optical circuit component according to claim 2, wherein the resonator is provided beside a region of the linear defect of the optical waveguide. スラブ型2次元フォトニック結晶を用いた光回路部品を備える光素子において、
所定の屈折率を有する誘電体スラブと、前記誘電体スラブ内に配置された前記誘電体スラブと異なる屈折率を有する誘電体柱と、を有し、前記誘電体柱を前記誘電体スラブ内に周期的に配列したときの誘電体柱1個分の領域を前記誘電体スラブと同じ屈折率にした欠陥を形成して共振器を構成すると共に、前記欠陥に隣接する前記共振器の光導波方向の誘電体柱を周期的配列から光導波方向へ移動し、前記欠陥に隣接する光導波方向と直交する方向の誘電体柱の直径がその他の誘電体柱の直径と異なるように構成した光回路部品を備えたことを特徴とする光素子。

In an optical element including an optical circuit component using a slab type two-dimensional photonic crystal,
A dielectric slab having a predetermined refractive index, and a dielectric pillar having a refractive index different from that of the dielectric slab disposed in the dielectric slab, and the dielectric pillar is placed in the dielectric slab. A resonator is formed by forming a defect in which a region corresponding to one dielectric pillar when arranged periodically has the same refractive index as that of the dielectric slab, and an optical waveguide direction of the resonator adjacent to the defect. An optical circuit configured such that the diameter of the dielectric column in the direction perpendicular to the optical waveguide direction adjacent to the defect is different from the diameter of the other dielectric columns An optical element comprising a component.

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