JP2016152285A

JP2016152285A - 光素子

Info

Publication number: JP2016152285A
Application number: JP2015028251A
Authority: JP
Inventors: 毅彦俵; Takehiko Tawara; 博雄尾身; Hiroo Onomi; 智足立; Satoshi Adachi
Original assignee: Hokkaido University NUC; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Hokkaido University NUC; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2015-02-17
Filing date: 2015-02-17
Publication date: 2016-08-22
Anticipated expiration: 2035-02-17
Also published as: JP6319806B2

Abstract

【課題】光放出源となる元素のイオン濃度を高く保ちつつ、電子脱離遷移過程が減らせるようにする。
【解決手段】フォトニック結晶１０１は、基底準位から励起準位へと励起された電子が基底準位に戻る際に光を放出する元素のイオンが含まれている。また、フォトニック結晶１０１は、上記元素の励起準位より上の上位準位に一致するＰＢＧを有する。例えば、元素は、Ｅｒであり、フォトニック結晶１０１は、Ｅｒ₂Ｏ₃から構成されたフォトニック結晶本体１０２と、フォトニック結晶本体１０２に形成されて周期的に配置された柱状の複数の格子要素１０３とから構成されている。格子要素１０３は、周囲のフォトニック結晶本体１０２とは異なる屈折率とされている部分であり、例えば、円柱形状の中空構造である。複数の格子要素１０３の周期および径により、フォトニック結晶１０１のＰＢＧが決定される。
【選択図】図２

Description

本発明は、フォトニック結晶から構成された光素子に関する。

ＳｉによるＬＳＩ（Large Scale Integration）に代表される電子回路を、同じＳｉを用い小型かつ低消費電力な光回路や光電子融合回路に置き換えるシリコンフォトニクスの研究が盛んに行われている。この研究では、微細加工技術の進展とともに現在では高性能なＳｉ細線導波路や光変調器、検出器のオンチップ集積が可能となっている。しかしながら、光源や光増幅器等の能動素子は、未だ実現されていない。この主な理由は、Ｓｉが間接遷移半導体であり光学遷移効率が低いためである。

これまでに、ナノ構造化、歪みによるバンド制御などが試みられているが、決定的な解決には至っていない（非特許文献１参照）。このため、希土類添加材料による光素子のＳｉ基板上集積が盛んに検討されるようになった。ここで重要となるのは、短距離で十分な光学利得を得るために、希土類が高濃度に添加されていることである。しかしながら、Ｓｉ母体結晶への希土類の添加量は、１０¹⁸ｃｍ^-3、非晶質母体の場合でも１０²⁰ｃｍ^-3が固溶限界である。このため、得られる光利得値は、おおよそ数ｄＢ／ｃｍであり、Ｓｉオンチップ光素子で期待される利得１００ｄＢ／ｃｍには達することができていない。

例えば、母材材料は異なるが、光ファイバアンプＥＤＦＡ（Erbium Doped Fiber Amplifier）の例を取ると、発光源となる希土類であるエルビウム（Ｅｒ）の添加量は１０¹⁸ｃｍ^-3と小さく、１０ｄＢ程度の利得を得るためにも、長さ数メートル以上が必要になる。

ここで、信号光の光学利得は一般に、増幅および減衰を考慮して、「φ（ｘ）＝φ_in ｅｘｐ（（σ_emＮ₁−σ_absＮ₀）Γ・ｘ）」で示されるものとなる。この式において、φ_inは入力される信号光子流、σ_emは発光断面積、Ｎ₁は励起状態の希土類の密度、σ_absは励起断面積、Ｎ₀は基底状態の希土類の密度、Γは光閉じ込め係数、ｘは光路方向の位置である。

上式を用いて光学利得Ｇを表すと「Ｇ（ｄＢ）＝Ａ×（σ_emＮ₁−σ_absＮ₀）ΓＬ」となる。この式において、Ａは係数であり、例えばＥＤＦＡの場合は４．３程度の値になる。また、Ｌは、デバイス長である。

また、発光断面積および励起断面積は、物質固有の値でありＥＤＦＡの場合には共に１０^-21ｃｍ²のオーダになる。なお、準位間に相当するエネルギーを持った光との結合であるため、発光断面積および励起断面積は、アインシュタインのＢ係数から導くことができる。また一般的に、光増幅器として使用する場合には、希土類は十分に励起されている（強励起）状態で使用され、ほとんど励起状態にあり、基底状態にあるものは非常に少なくなる。

以上のことから簡略化すると、利得は一般的に、「Ｇ（ｄＢ）∝σ_emＮ₁ΓＬ」と表すことができる。この式において、σ_emは物質固有であり、またΓはデバイス構造に依存し、１を超えない。従って、光学利得は希土類の密度およびデバイス長によって決まり、デバイス長を短くするためには希土類の濃度を上げる必要がある。例えば、Ｓｉオンチップ光素子で期待される利得１００ｄＢ／ｃｍを達成するためには、Ｅｒ濃度１０²¹ｃｍ^-3が必要になる。

このための手段としてＳｉ基板上へ希土類を結晶構成元素にもつ単結晶を成長する方法が、結晶品質および希土類濃度の両観点から有望であると考えられる。一例として、通信波長帯光源と相互作用可能な希土類元素であるＥｒを用いたＥｒＹＳｉＯ₅（Ｅｒ濃度１０²¹ｃｍ^-3）の自己形成微結晶の成長に成功し、これまで３０ｄＢ／ｃｍの利得が実現されている（非特許文献２参照）。

馬場俊彦, 「シリコンフォトニクスによる新世代光集積とインタコネクション」, 電子情報通信学会誌, vol.94, no.12, pp.1037-1040, 2011. H. Isshiki et al., "Rare earth silicates as gain media for silicon photonics [Invited]", Photon. Res., vol.2, no.3, pp.A45-A55, 2014. L.F. Johnson et al., "InfraredtoVisible Conversion by RareEarth Ions in Crystals", Journal of Applied Physics, vol.43, no.3, pp.1125-1137, 1972. M. Pollnau et al., "Power dependence of upconversion luminescence in lanthanide and transition-metal-ion systems", Physical Review B, vol.61, no.5, pp.3337-3346, 2000. E. Kuramochi et al., "Ultrahigh-Q photonic crystal nanocavities realized by the local width modulation of a line defect", Applied Physics Letters, vol.88, 041112, 2006.

ところで、上述した従来の技術では、高濃度（Ｅｒ濃度１０²¹ｃｍ^-3）であるにもかかわらず利得が３０ｄＢ／ｃｍにとどまっている。この主な理由としては、ポンプ光により発光準位へ励起された電子が、上位エネルギー準位に離脱してしまう電子脱離遷移（アップコンバージョン：ＵＣ）過程が存在することが挙げられる。このＵＣ過程は、励起された電子が何らかの相互作用を介し、より高エネルギー状態へ遷移離脱する現象であり、希土類材料や色素分子などでよく知られている現象である（非特許文献３参照）。またＵＣ過程が生じる確率は、希土類の添加濃度に依存し、高濃度に添加するほどＵＣ確率が上がることが知られている（非特許文献２参照）。

上述した電子離脱遷移であるＵＣ過程は、希土類イオン間の距離を大きくする（希土類濃度を減少させる）ことでのみ抑制でき、ＵＣ確率の抑制は利得媒質における希土類濃度とのトレードオフとなると考えられてきた。このように、従来では、希土類などの光放出源となる元素のイオン濃度を高く保ちつつ、かつＵＣ過程を減らすことができないという問題があった。

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、光放出源となる元素のイオン濃度を高く保ちつつ、電子脱離遷移過程が減らせるようにすることを目的とする。

本発明に係る光素子は、基底準位から励起準位へと励起された元素の電子が基底準位に戻る際の光放出による光素子であって、元素のイオンを含むフォトニック結晶から構成され、フォトニック結晶は、元素の励起準位より上の上位準位に一致するフォトニックバンドギャップを有する。

上記光素子において、フォトニック結晶は、元素の励起準位より上の上位準位に一致するフォトニックバンドギャップに加え、元素の励起準位に一致するフォトニックバンドギャップを有するものとしてもよい。

上記光学素子において、フォトニック結晶は、支持基板と、支持基板より低い屈折率の材料から構成されて元素を含み、支持基板の上に形成された元素含有層とから構成してもよい。なお、元素は、エルビウムであればよい。

以上説明したことにより、本発明によれば、光放出源となる元素のイオン濃度を高く保ちつつ、電子脱離遷移過程が減らせることができるという優れた効果が得られる。

図１は、本発明の実施の形態１における光素子の構成を示す斜視図である。図２は、本発明の実施の形態１における光素子の構成を示す平面図である。図３は、本発明の実施の形態１における光素子の構成を示す断面図である。図４は、エルビウムイオンのエネルギー準位構造を示す説明図である。図５は、発光準位である⁴Ｉ_13/2から離脱した電子の緩和による光放出を説明する説明図である。図６は、電子の離脱準位から基底状態への発光遷移を禁止した状態のエルビウムイオンのエネルギー準位構造を示す説明図である。図７は、実施の形態１における光素子における入射光に対する透過光強度特性を示す特性図である。図８は、本発明の実施の形態２における光素子の構成を示す斜視図である。図９は、本発明の実施の形態３における光素子の構成を示す斜視図である。図１０は、実施の形態３における光素子のフォトニック結晶３０１中の光の分散関係の計算結果を示す特性図である。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

［実施の形態１］
はじめに、本発明の実施の形態１について説明する。図１は、本発明の実施の形態１における光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における光素子の構成を示す平面図である。また、図３は、本発明の実施の形態１における光素子の構成を示す断面図である。

この光素子は、フォトニック結晶１０１から構成されている。フォトニック結晶１０１は、基底準位から励起準位へと励起された電子が基底準位に戻る際に光を放出する元素のイオンが含まれている。また、フォトニック結晶１０１は、上記元素の励起準位より上の上位準位に一致するフォトニックバンドギャップ（Photonic bandgap：ＰＢＧ）を有する。この光素子は、基底準位から励起準位へと励起された元素の電子が基底準位に戻る際の光放出による光素子である。

例えば、元素は、エルビウム（Ｅｒ）であり、フォトニック結晶１０１は、酸化エルビウム（Ｅｒ₂Ｏ₃）から構成されたフォトニック結晶本体１０２と、フォトニック結晶本体１０２に形成されて周期的に配置された柱状の複数の格子要素１０３とから構成されている。格子要素１０３は、周囲のフォトニック結晶本体１０２とは異なる屈折率とされている部分であり、例えば、円柱形状の中空構造である。複数の格子要素１０３の周期、径、および屈折率により、フォトニック結晶１０１のＰＢＧが決定される。

実施の形態１では、フォトニック結晶本体１０２をＥｒ₂Ｏ₃から構成しており、Ｅｒの上位準位（⁴Ｉ_9/2，波長８１２ｎｍ）にＰＢＧが一致するように、格子要素１０３は、直径Ｒ＝２６０ｎｍ（規格化直径Ｒ’＝０．７ａ）、格子定数ａ＝３７０ｎｍ（規格化格子定数ａ／λ＝０．４３５）の三角格子配列とされている。また、フォトニック結晶本体１０２は、板厚（厚さ）がｔ＝３００ｎｍ（規格化厚さ＝ｔ’＝０．８ａ）としている。なお、Ｅｒ₂Ｏ₃は、屈折率ｎ＝１．９４である。

上述した実施の形態１によれば、光放出源となる元素のイオン濃度を高く保ちつつ、電子脱離遷移過程が減らせる。この点について、より詳細に説明する。以下では、実施の形態１における元素（希土類元素）がＥｒの場合を例に説明する。まず、エルビウムイオンのエネルギー準位構造は、図４に示すものとなる。基底準位である⁴Ｉ_15/2から第１励起準位の⁴Ｉ_13/2に励起された電子は、ある時間の後、元の基底準位⁴Ｉ_15/2へ１．５μｍ帯光子の放出を伴いエネルギー的に緩和する。

しかし電子離脱遷移（ＵＣ過程）の存在により一部の電子は、⁴Ｉ_13/2→⁴Ｉ_9/2→４Ｓ_3/2のように、高エネルギー準位へカスケード的にエネルギー伝達していき、発光準位である⁴Ｉ_13/2から離脱する。このようにして離脱した電子は、図５に示すように、移動先各上位準位に相当するエネルギーを伴った光子放出により基底準位⁴Ｉ_15/2に緩和する。なお、⁴Ｉ_13/2→⁴Ｉ_9/2→４Ｓ_3/2といった準位から、⁴Ｉ_11/2や⁴Ｆ_9/2などの他の中間準位へは、非発光緩和すると考えられており、例えば⁴Ｉ_13/2→⁴Ｉ_11/2といったようなＵＣ過程は生じない。上述したＵＣでは、上位エネルギー準位になるほどＵＣ過程に必要な電子数が多くなるため、上位エネルギー準位絵のＵＣほどＵＣ遷移確率は低下する（非特許文献４参照）。

ここで、電子の離脱準位から基底状態への発光遷移（例えば⁴Ｉ_9/2→⁴Ｉ_15/2）を禁止すると、図６に示すように、励起電子はより下位のエネルギー準位に緩和する。もしくは、より上位のエネルギー準位にＵＣで移動する。このような状態において、上位準位への移動確率よりも下位準位への緩和確率の方を十分高くすることができれば、実効的に第１励起準位の⁴Ｉ_13/2に電子が強く捕獲され光学利得の増大化が実現する。

フォトニック結晶本体１０２をＥｒ₂Ｏ₃から構成した実施の形態１では、フォトニック結晶１０１のＰＢＧを、ＥｒイオンのＵＣ過程第１上位準位（⁴Ｉ_9/2）付近（波長８２０ｎｍ）に形成させ、これらを一致させることで上述した状態を実現している。形成されるＰＢＧは１００ｎｍの波長幅があり、この幅の中にＵＣ過程第１上位順位の８１２ｎｍが含まれているようになる。

実施の形態１における光素子を光増幅器として使う場合、フォトニック結晶１０１の平面の法線方向から、フォトニック結晶１０１の一方の面より信号光を入射し、透過させて他方の面から出射させる。前述した各寸法としている実施の形態１における光素子における入射光に対する透過光強度特性を図７に示す。図７に示すように、目的の第１上位準位⁴Ｉ_9/2近傍（図４の８１２ｎｍ）にＰＢＧが形成されていることがわかる。

この状態は、⁴Ｉ_9/2→⁴Ｉ_15/2のエネルギー緩和時間が第１励起準位からのエネルギー緩和（⁴Ｉ_13/2→⁴Ｉ_15/2）にくらべ十分に長く光学遷移が禁制となっていることを示し、ＵＣ過程で上位準位へ励起された電子は第１励起状態へと再分布される。これにより、電子の散逸が禁止され、第１励起準位における高い光学利得が実現される。なお、ＰＢＧにより光学遷移を禁制とする準位および利得を生じさせる準位は、ＰＢＧのスケーリング則によりフォトニック結晶構造パラメータ（屈折率，波長，格子定数）を変更することで任意に選択（設定）が可能である。

また、フォトニック結晶１０１を構成する格子要素１０３の配置は、三角格子に限らず正方格子型であってもよい。また、フォトニック結晶は、準結晶型、ウッドパイル構造型などＰＢＧを形成するものであればいずれを用いても良い。また、光素子を光増幅器として使うには信号光の他に励起光（もしくはポンプ光）が必要になる。ポンプ光は、信号光とともに、フォトニック結晶１０１の平面の法線方向から、フォトニック結晶１０１の一方の面より入射すれば良い。実施の形態１におけるポンプ光の波長は９８０ｎｍであり、⁴Ｉ_11/2励起になる。また、信号光やポンプ光は、フォトニック結晶１０１の平面の法線方向に完全に一致する必要はなく、また両者が同じ位置に入射されていれば、両者の入射角度が異なっていても構わない。

［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２について図８を用いて説明する。図８は、本発明の実施の形態２における光素子の構成を示す斜視図である。この光素子は、フォトニック結晶２０１から構成されている。また、実施の形態２では、フォトニック結晶２０１は、支持基板２０２と、支持基板２０２より低い屈折率の材料から構成されて支持基板２０２の上に形成された元素含有層２０３とから構成されている。また、実施の形態２では、元素含有層２０３が、基底準位から励起準位へと励起された電子が基底準位に戻る際に光を放出する元素のイオンを含んでいる。例えば、支持基板２０２は、シリコンから構成され、元素は、エルビウム（Ｅｒ）であり、元素含有層２０３は、酸化エルビウム（Ｅｒ₂Ｏ₃）から構成されている

なお、フォトニック結晶２０１は、上記元素の励起準位より上の上位準位に一致するフォトニックバンドギャップ（Photonic bandgap：ＰＢＧ）を有する。フォトニック結晶２０１も、周期的に配置された柱状の複数の格子要素２０４を備える。格子要素２０４は、例えば、円柱形状の中空構造である。複数の格子要素２０４の周期および径により、フォトニック結晶２０１のＰＢＧが決定される。

実施の形態２において、光は支持基板２０２内を導波し、支持基板２０２の外へ染み出した光が、元素含有層２０３における希土類元素の第１励起準位を励起する。ここで、屈折率ｎ＝３．４８のシリコンからなる支持基板２０２（フォトニック結晶２０１）には、格子定数ａ＝２５０ｎｍ（規格化格子定数ａ／ｌ＝０．２９４）、直径Ｒ＝１７５ｎｍ（規格化直径Ｒ’＝０．７ａ）の格子要素２０４が、三角格子に配列されている。これらは、公知のリソグラフィー技術およびエッチング技術により形成すれば良い。また、支持基板２０２の板厚は、ｔ＝２００ｎｍ（規格化厚さｔ’＝０．８ａ）である。このように構成したフォトニック結晶２０１は、ＵＣ過程第１上位準位（⁴Ｉ_9/2）付近（波長λ＝８５０ｎｍ）に、ＰＢＧを有するものとなる。

上述の実施の形態２によれば、前述した実施の形態１と同様に、フォトニック結晶２０１のＰＢＧにより、元素含有層２０３における希土類イオンにおけるＵＣ過程は抑制され、第１励起準位の光学利得を増大させる。なお、上述では、元素含有層２０３にも格子要素２０４を形成しているが、これに限るものではなく、元素含有層２０３には格子要素を形成しなくても良い。格子要素が形成されたフォトニック結晶構造が、元素含有層２０３に接して形成されていれば良い。また屈折率の異なる材料を、元素含有層の下部もしくは上部もしくは両方に積層した１次元光共振器型を用いても良い。

［実施の形態３］
次に、本発明の実施の形態３について図９を用いて説明する。図９は、本発明の実施の形態３における光素子の構成を示す斜視図である。この光素子は、フォトニック結晶３０１から構成されている。また、実施の形態３では、フォトニック結晶３０１は、支持基板３０２と、支持基板３０２より低い屈折率の材料から構成されて支持基板３０２の上に形成された元素含有層３０３とから構成されている。また、実施の形態３では、元素含有層３０３が、基底準位から励起準位へと励起された電子が基底準位に戻る際に光を放出する元素のイオンを含んでいる。例えば、支持基板２０２は、シリコンから構成され、元素は、エルビウム（Ｅｒ）であり、元素含有層３０３は、酸化エルビウム（Ｅｒ₂Ｏ₃）から構成されている

なお、フォトニック結晶３０１は、上記元素の励起準位より上の上位準位に一致するフォトニックバンドギャップ（Photonic bandgap：ＰＢＧ）を有する。フォトニック結晶３０１も、周期的に配置された柱状の複数の格子要素３０４を備える。格子要素３０４は、例えば、円柱形状の中空構造である。複数の格子要素３０４の周期および径により、フォトニック結晶３０１のＰＢＧが決定される。これらの構成は、前述した実施の形態２と同様である。

実施の形態３では、上述した構成に加え、線欠陥光導波路３０５を備え、線欠陥光導波路３０５の途中に光閉じ込め領域３０６を備える。線欠陥光導波路３０５は、周期的な間隔で設けられた格子要素３０４の中に、線状に連続した部分の格子要素３０４をなくした構造であり、この領域に光が導波する。また、光閉じ込め領域３０６は、個の幅方向の両脇に配置されている格子要素３０４の位置が、他の格子要素３０４に対してわずかにシフトしており、モードギャップ型共振器を構成している（非特許文献５参照）。なお、実施の形態３においては、光は支持基板３０２の線欠陥光導波路３０５の部分を導波し、ここより外へ染み出した光が、元素含有層３０３における希土類元素の第１励起準位を励起する。

実施の形態３では、屈折率ｎ＝３．４８のシリコンからなる支持基板３０２（フォトニック結晶３０１）に、格子定数ａ＝４０１ｎｍ（規格化格子定数ａ／ｌ＝０．２６１）、直径Ｒ＝１４０ｎｍ（規格化直径Ｒ’＝０．７ａ）の格子要素３０４が、三角格子に配列されている。これらは、公知のリソグラフィー技術およびエッチング技術により形成すれば良い。また、支持基板３０２の板厚は、ｔ＝２００ｎｍ（規格化厚さｔ’＝０．５ａ）である。このように構成したフォトニック結晶３０１（支持基板３０２）によれば、第１励起準位（⁴Ｉ_13/2）付近（波長λ＝１５３５ｎｍ）およびＵＣ過程第１上位準位（⁴Ｉ_9/2）付近（波長λ＝８５０ｎｍ）の２カ所に、ＰＢＧを有するものとなる。

上述したように、実施の形態３では、フォトニック結晶３０１（支持基板３０２）が、２つのＰＢＧを有するところに第１の特徴がある。また、実施の形態３では、線欠陥光導波路３０５と光閉じ込め領域３０６とによる共振器を備えているところに第２の特徴がある。

実施の形態３における光素子を光増幅器として使う場合、信号光は線欠陥光導波路３０５の一端の端面に入力され、他端の端面より出射される。入射した信号光は、屈折率の高い方に閉じ込められるため、支持基板３０２の線欠陥光導波路３０５を伝搬することになる。また、実施の形態３における光素子を光源として使う場合には、線欠陥光導波路３０５の両端の端面より生成された光が出射される。

図１０は、実施の形態３における光素子のフォトニック結晶３０１中の光の分散関係の計算結果を示す特性図である。図１０に示すように、２つの規格化周波数領域でＰＢＧが形成されていることがわかる。このように２つのＰＢＧを備える状態で、まず、ＵＣ過程のエネルギー上位準位に２次の（高エネルギー側の）ＰＢＧを一致させ、ここからの発光遷移確率を抑制する。加えて、第１励起準位に捕獲された電子のエネルギー緩和は、基底のＰＢＧ内に形成された欠陥（共振器）モードで遷移確率を増大させることができる。

このように、実施の形態３によれば、⁴Ｉ_9/2へのＵＣ過程を上側のＰＢＧで抑制しつつ、増幅したい⁴Ｉ_13/2発光は、下側のＰＢＧで閉じ込め導波する。なお、ポンプ光である波長９８０ｎｍの光は、信号光と同じように入力され、線欠陥光導波路３０５に緩く閉じ込められ伝搬する。なお、ＰＢＧは、２つ以上形成されるようにすればよく、１、２、３次元ＰＢＧ構造においていかなる共振器構造を用いても良い。

ところで、上述した実施の形態１，２，３では、希土類材料を用いたＵＣ過程を例に説明したが、これに限るものではなく、高分子材料、色素溶液、捕獲原子集団など固体、液体、気体の電子離脱遷移が生じる利得媒質を有する光素子材料など、基底準位から励起準位へと励起された電子が基底準位に戻る際に光を放出する元素（イオン）を含むものであれば、いずれもでもよい。

以上に説明したように、本発明によれば、基底準位から励起準位へと励起された電子が基底準位に戻る際に光を放出する元素を含むフォトニック結晶のフォトニックバンドギャップを、元素の励起準位より上の上位準位に一致するものとしたので、光放出源となる元素のイオン濃度を高く保ちつつ、電子脱離遷移過程が減らせるようになる。

本発明によれば、利得媒質における希土類などの光を放出する元素を高濃度に維持した状態で、電子離脱遷移による励起電子の散逸を禁止し効果的に標的準位へ電子を捕獲し、実行的に光学利得を増大させることができる。また、離脱禁制準位および標的準位は形成されるＰＢＧ構造により任意に選択でき、光増幅器、レーザ、光メモリなどの多様な光素子への適用、ならびにこれら微小光素子の同一基板上への集積化が可能となる。また同時に、電子離脱が禁止されることで、光素子の低消費エネルギー化も実現できる。

なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。

１０１…フォトニック結晶、１０２…フォトニック結晶本体、１０３…格子要素。

Claims

基底準位から励起準位へと励起された元素の電子が基底準位に戻る際の光放出による光素子であって、
前記元素のイオンを含むフォトニック結晶から構成され、
前記フォトニック結晶は、前記元素の励起準位より上の上位準位に一致するフォトニックバンドギャップを有する
ことを特徴とする光素子。
請求項１記載の光素子において、
前記フォトニック結晶は、前記元素の励起準位より上の上位準位に一致するフォトニックバンドギャップに加え、前記元素の励起準位に一致するフォトニックバンドギャップを有する
ことを特徴とする光素子。
請求項１記載の光学素子において、
前記フォトニック結晶は、
支持基板と、
前記支持基板より低い屈折率の材料から構成されて前記元素を含み、前記支持基板の上に形成された元素含有層と
から構成されていることを特徴とする光素子。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の光素子において、
前記元素は、エルビウムであることを特徴とする光素子。