JP2011164577A - 負のグース−ヘンシェンシフトを利用した光素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 負のグース−ヘンシェンシフトを利用して光速度を遅延させる光素子を提供する。
【解決手段】 入射された光をガイドして出射する光導波路と、光導波路の一側に形成されている第１反射層と、光導波路の他側に形成されている第２反射層と、を備え、第１反射層及び第２反射層のうち少なくとも一つは、負のグース−ヘンシェンシフト特性を表す物質からなる光素子。
【選択図】 図２

Description

本発明は、光素子に係り、より詳細には、負のグース−ヘンシェンシフト（ｎｅｇａｔｉｖｅ Ｇｏｏｓ−Ｈａｎｃｈｅｎ ｓｈｉｆｔ）を利用して光速度を遅延させる光素子に関する。

コンピュータ及び情報機器の発達につれて情報の量は幾何級数的に増加しつつあり、現在の電気的通信網、コンピュータなどの技術力の発展速度を超えて、既に飽和状態に至っている。したがって、ぼう大な量の情報をさらに早く処理できる通信技術が必要になった。光は電磁波とは異なって電磁波干渉効果を排除するため、平行情報処理が可能であるという長所がある。電子素子より非常に速い光素子を利用して光コンピュータ、光ネットワークについての技術開発がなされており、多様な光素子についての研究が活発に進みつつある。

一方、光は秒当たり約３０万kmの速い速度で媒質に沿って伝播されるが、人間が使用する光回路で信号を伝達する手段として光を使用するため、信号の伝達速度は光の速度と同じであるといえる。これらの回路の設計で、設計者の必要に応じて信号の伝達速度を変化させる必要性があるが、従来の光速度遅延素子は、所望のほど光速度が遅延されるように調節できなく、かつ遅延される光速度も数十ナノ秒（ｎｓ）ほどで非常に微小であった。したがって、光速度の遅延程度を調節でき、かつ遅延速度を大きく延ばすことができる光速度遅延素子についての研究が多くなされている。

光速度遅延素子についての研究は、干渉変調器を利用した位相調節方法、リング共振器を利用した速度遅延方法、光結晶構造の非線形性を利用した方法などが提示されている。特に、光結晶構造を利用する光速度遅延素子について多くの研究がなされている。

光結晶構造を利用した光速度遅延素子は、周波数帯域幅の影響及び高次分散を考慮して、遅い光の群速度を持つように光結晶導波路を構成する。光結晶導波路の分散特性曲線を調べれば、コアとクラッディングとを通る光の分散特性曲線の間で非線形的な分散特性を示す領域を確認することができ、これを利用して光の群速度が遅い光速度遅延素子を製作できる。しかし、かかる光結晶導波路は、製造工程が非常に複雑で製造し難く、一度製造された素子は遅延特性を調節できないという問題点がある。

本発明が解決しようとする技術的課題は、負のグース−ヘンシェンシフトを利用して光速度を遅延させる、新たな概念の光素子を提供するところにある。

前記の技術的課題を解決するための、本発明による光素子は、入射された光をガイドして出射する光導波路と、前記光導波路の一側に形成されている第１反射層と、前記光導波路の他側に形成されている第２反射層と、を備え、前記第１反射層及び前記第２反射層のうち少なくとも一つは、負のグース−ヘンシェンシフト特性を表す物質からなる。

前記負のグース−ヘンシェンシフト特性を表す物質は、貴金属である。

前記第１反射層及び前記第２反射層のうち負のグース−ヘンシェンシフト特性を表す物質からなる反射層は、前記光導波路と対向する一面にパターンが形成されており、前記パターンは、前記光導波路内の光の進行方向と直交する方向を持つライン状の凹凸が周期的に形成されているラインパターンである。

前記光導波路は、電場の変化により屈折率が変わる物質からなり、前記光導波路は、ＣｄＴｅなどのＩＩ−ＶＩ族化合物半導体で形成される。

前記光導波路に電場を印加する電場印加手段をさらに備えて、前記電場印加手段を通じて前記光導波路に電場を印加して、前記光導波路を進む光の速度を調節できる。

本発明によれば、光導波路の両側に負のグース−ヘンシェンシフト特性を表す物質からなる反射層を形成することによって、光導波路を進む光速度を遅延させることができる。特に、反射層にライン状の凹凸が周期的に形成されているラインパターンを形成することによって、グース−ヘンシェンシフトがさらに大きい負の値を持つようにすることができる。そして、光導波路が電場の印加によって屈折率が変わる物質からなるようにして、電場を印加して光の群速度を調節できる。

グース−ヘンシェンシフトを説明するための図面である。 本発明による光素子についての望ましい一実施形態を概略的に示した図面である。 本発明による光素子に備えられる反射層の一例を概略的に示した図面である。

本発明は、負のグース−ヘンシェンシフトを利用した光素子である。本発明を説明する前に、グース−ヘンシェンシフトについて先ず説明する。

図１は、グース−ヘンシェンシフトを説明するための図面である。

図１（ａ）に示したように、第１媒質で進行している光が屈折率の相異なる第２媒質に合えば、第１媒質と第２媒質との境界面で反射する。この時、入射光の反射地点は、必ずしも入射光と第１及び第２媒質の境界面とが合う地点であるものではない。

さらに詳細に説明すれば、図１（ｂ）に示したように、入射される光１１０が反射される地点は、入射された光が第１媒質と第２媒質との境界面に合う地点１２０より前方の地点１３０であるか、または後方の地点１４０でありうる。すなわち、光が入射された地点１２０より前方の地点１３０であるか、または後方の地点１４０から反射された光１５０、１６０が進む。これをグース−ヘンシェン効果といい、入射された光１１０が第１媒質と第２媒質との境界面に合う地点１２０と、反射された光が進む地点１３０、１４０との間の距離をグース−ヘンシェンシフトという。この時、前方の地点１３０から反射された光１５０が進む場合を、正のグース−ヘンシェンシフトといい、後方の地点１４０から反射された光１６０が進む場合を、負のグース−ヘンシェンシフトという。

入射た光が正のグース−ヘンシェンシフトして反射されるか、または負のグース−ヘンシェンシフトして反射されるかは、第２媒質により決定されるが、負のグース−ヘンシェンシフト特性を表す物質は、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）などの貴金属が主になっている。そして、どれほどグース−ヘンシェンシフトが起きるかは、第２媒質の構成物質以外に、入射された光の波長、入射角度、第２媒質表面形状などにより変化する。

以下、添付した図面を参照して本発明による負のグース−ヘンシェンシフトを利用した光素子の望ましい実施形態について詳細に説明する。しかし、本発明は以下で開示される実施形態に限定されるものではなく、相異なる多様な形態で具現され、但し、本実施形態は本発明の開示を完全にし、かつ当業者に発明の範ちゅうを完全に知らせるために提供されるものである。

図２は、本発明による光素子についての望ましい一実施形態を概略的に示した図面であり、図３は、本発明による光素子に備えられる反射層の一例を概略的に示した図面である。

図２及び図３を参照すれば、本発明による光素子２００は、光導波路２１０、第１反射層２２０、第２反射層２３０及び電場印加手段２４０を備える。

光導波路２１０は、内部に入射された光をガイドして外部に出射する。光導波路２１０は、電場の変化により屈折率が変わる物質からなりうるが、望ましくは、ｋｅｒｒ定数が大きくて、外部電場の変化により屈折率が相対的に多く変わる物質からなる。光導波路２１０が電場の変化により屈折率が変わる物質からなれば、外部から電場が印加された時、電気−光学的効果により光導波路２１０の内部で進む光の群速度を屈折率の変化で調節可能になる。したがって、光導波路２１０の内部を進む光の群速度を調節しやすくなる。特に、光導波路２１０がｋｅｒｒ定数の大きい物質からなれば、光の群速度をさらに調節しやすくなる。このために、光導波路２１０はＩＩ−ＶＩ族化合物半導体からなり、望ましくは、ＣｄＴｅからなりうる。

第１反射層２２０と第２反射層２３０とは、それぞれ光導波路２１０の一側及び他側に形成されて、光導波路２１０の内部を進む光を反射させる。第１反射層２２０及び第２反射層２３０のうち少なくとも一つは、負のグース−ヘンシェンシフト特性を表す物質からなる。本実施形態では、第１反射層２２０と第２反射層２３０とがいずれも負のグース−ヘンシェンシフト特性を表す物質からなる場合を示した。第１反射層２２０及び第２反射層２３０が負のグース−ヘンシェンシフト特性を表すように、第１反射層２２０及び第２反射層２３０は金、銀などの貴金属からなりうる。

そして、第１反射層２２０及び第２反射層２３０は、負のグース−ヘンシェンシフト程度を大きくするために、光導波路２１０の対向面にパターンが形成されうる。ここで、パターンは、格子のように一面に凹凸が形成されている形態を意味する。第１反射層２２０及び第２反射層２３０に形成されているパターンは、図３に図示されているように、ライン状の凹凸が周期的に形成されているラインパターンでありうる。この時、各ラインの形成方向は、図３に示したように、光の進行方向と直交する方向に形成して初めて、負のグース−ヘンシェンシフト程度をさらに大きくすることができる。負のグース−ヘンシェンシフト程度は、入射される光の波長、入射角、パターンの形状などにより調節できる。ここで、パターンの形状は、前述したようにラインパターンであることが望ましく、ラインパターンの凹凸高さを調節して負のグース−ヘンシェンシフト程度を調節できる。

このように、第１反射層２２０及び第２反射層２３０を負のグース−ヘンシェンシフト特性を表す物質で構成すれば、光導波路２１０の内部を進む光の群速度を遅延させることができる。例えば、図２の参照番号２５０で表示されたように、光が光導波路２１０内に入射される場合を仮定する。第１反射層２２０及び第２反射層２３０が負のグース−ヘンシェンシフト特性を表していない物質で構成された場合には、点線で表示された参照番号２６０のように、光が光導波路２１０内を進むようになる。しかし、第１反射層２２０及び第２反射層２３０が負のグース−ヘンシェンシフト特性を表す物質で構成された場合には、実線で表示された参照番号２７０のように、光が光導波路２１０内を進むようになる。すなわち、第１反射層２２０及び第２反射層２３０が負のグース−ヘンシェンシフト特性を表す物質で構成されれば、そうでない場合に比べてさらに後方から反射するので、光の全体進行経路が長くなる。したがって、光導波路２１０を進む光の群速度は遅延される効果を奏する。

電場印加手段２４０は、光導波路２１０に電場を印加するものであって、電場印加手段２４０を利用して光導波路２１０に電場を印加することによって、光導波路２１０の屈折率を変化させることができる。第１反射層２２０及び第２反射層２３０がいずれも金属からなるので、電場印加手段２４０は、光導波路２１０に電場を印加するために複雑な構造を持つ必要がない。電場を印加して光導波路２１０の屈折率を変化させれば、前述したように、電気−光学的効果により光導波路２１０の内部で進む光の群速度を調節できる。そして、光導波路２１０の屈折率の変化を通じて負のグース−ヘンシェンシフト程度を調節できる。すなわち、電場印加手段２４０を通じて光導波路２１０に電場を印加することによって、光導波路２１０内を進む光の群速度を調節可能になる。

従来の光結晶構造などを利用した光速度遅延素子は、素子の製作後に光の群速度を調節できないが、本発明による光素子２００は、素子の製作後にも光導波路２１０に電場を印加して光の群速度を調節できるようになる。そして、本発明による光素子２００は、光の波長、入射角、パターンの形状、印加される電場の強度などを調節して、光が遅延される時間を従来の光速度遅延素子に比べて顕著に長めることができる。本発明による光素子２００は、ＯＰＣＢ（ｏｐｔｉｃａｌ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｏａｒｄ）、光集積化回路などで光速度を調節できる素子として利用され、光ネットワーク、光通信、光コンピュータシステムなどへの応用ができる。

以上、本発明の望ましい実施形態について図示して説明したが、本発明は前述した特定の望ましい実施形態に限定されず、特許請求の範囲で請求する本発明の趣旨を逸脱せずに当業者ならば誰でも多様な変形実施が可能であるということはいうまでもなく、かかる変更は、特許請求の範囲に記載の範囲内にある。

本発明は、光素子関連の技術分野に好適に用いられる。

２００ 光素子
２１０ 光導波路
２２０ 第１反射層
２３０ 第２反射層
２４０ 電場印加手段

Claims (9)

1. 入射された光をガイドして出射する光導波路と、
   前記光導波路の一側に形成されている第１反射層と、
   前記光導波路の他側に形成されている第２反射層と、を備え、
   前記第１反射層及び前記第２反射層のうち少なくとも一つは、負のグース−ヘンシェンシフト特性を表す物質からなることを特徴とする光素子。
2. 前記負のグース−ヘンシェンシフト特性を表す物質は、貴金属であることを特徴とする請求項１に記載の光素子。
3. 前記第１反射層及び前記第２反射層のうち負のグース−ヘンシェンシフト特性を表す物質からなる反射層は、前記光導波路と対向する一面にパターンが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光素子。
4. 前記パターンは、前記光導波路内の光の進行方向と直交する方向を持つライン状の凹凸が周期的に形成されているラインパターンであることを特徴とする請求項３に記載の光素子。
5. 前記光導波路は、電場の変化により屈折率が変わる物質からなることを特徴とする請求項１ないし４のうちいずれか１項に記載の光素子。
6. 前記光導波路は、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体で形成されることを特徴とする請求項５に記載の光素子。
7. 前記ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体は、ＣｄＴｅであることを特徴とする請求項６に記載の光素子。
8. 前記光導波路に電場を印加する電場印加手段をさらに備えることを特徴とする請求項１ないし４のうちいずれか１項に記載の光素子。
9. 前記電場印加手段を通じて前記光導波路に電場を印加して、前記光導波路を進む光の速度を調節することを特徴とする請求項８に記載の光素子。

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