JP3739328B2 - フォトニック結晶素子 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォトニック結晶、あるいは導波路を作りこんだフォトニック結晶を構成要素に持つ光素子の技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
屈折率の異なる2つの部材の界面に電磁波が入射するとき、一般に、その一部は反射する。この反射波は、反射防止膜をコーティングすることにより低減できることは知られている。
【0003】
屈折率n0の部材0(空気中、あるいは真空中を含む)から屈折率n2の部材2に電磁波が入射する場合を考えれば、n0<n1 <n2を満たす屈折率n1の部材1を部材2の部材0との界面にコーティングし、入射させる電磁波の真空中の波長をλ0として、部材1の厚さh1を、n11=(2m+1)λ0/4(ただし、m=0、1、2、...)の関係を満たすようにすれば、部材0と部材1との界面での反射波と、部材1と部材2の界面での反射波が干渉した結果、入力部での反射率は、R=(n02−n1 22/(n02+n1 22になる(例えば、鶴田匡夫著「応用光学II」(培風館、1990年)の116ページ参照)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
フォトニック結晶は、微細加工技術等により使用する電磁波の波長程度の周期構造が作られている部材で、電磁波の伝搬特性が周期構造に依存する。電磁波がフォトニック結晶に入射すると、フォトニック結晶内外の屈折率差のために一部が反射する。
【0005】
通常の部材と同様に、反射防止膜がコーティング可能ならば反射損失を低減できるが、フォトニック結晶の特徴的な構造のため通常のコーティングプロセスを実施できない場合もあり、光ファイバ等からの入力光を直接フォトニック結晶素子に入力させているのが実態である(例えば、特開平11−218627号公報、USP6,075,915、USP6,093,246、USP6,028,693、USP5,907,427、USP5,751,466参照)。
【0006】
また、フォトニック結晶素子を連続的に配置したフォトニック結晶集積素子(例えば、特開2000−56146号公報、US6,278,105 B1参照)では、素子間の接続部において一般に反射が起こるが、それを防ぐことは、集積素子間に通常の反射防止膜コーティングができないために不可能である。
【0007】
本発明は、上記のような反射防止膜をコーティングできない様々な場合において、反射損失を低減させ得るフォトニック結晶部材及びフォトニック結晶導波路に係る技術を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、反射防止膜に変わってフォトニック結晶により反射防止層を形成することにより反射損失を低減するという、新しい知見に基づくものである。
【0009】
フォトニック結晶は、使用する電磁波の波長程度の周期構造になっているため、フォトニック結晶内ではその電磁波は干渉を起こし、電磁波の伝搬特性は周期構造を形成している母材の伝搬特性とは異なるものになる。伝搬特性を記述する方法として、電磁波の波数kに対して角振動数ωをプロットした図がよく用いられる。
【0010】
この図を用いてフォトニック結晶の屈折率を定義すると、角周波数ωの電磁波がフォトニック結晶内で波数kであるとき、そのフォトニック結晶が角振動数ωの電磁波に対して振舞う有効屈折率nは、ω=ck/nの関係式から与えられる。ここで、cは真空中の光速である。有効屈折率は、フォトニック結晶の構造に大きく依存するため、フォトニック結晶の構造の設計により広範囲にわたって有効屈折率を設定可能である。
【0011】
電磁波を伝搬させるフォトニック結晶の有効屈折率がn2ならば、入力部にn0<n1<n2を満たす有効屈折率n1のフォトニック結晶を配置し、長さh1をn11=(2m+1)λ0/4(ただし、m=0、1、2、...)に設定すれば反射率を低減できる。
【0012】
以下、本発明による代表的な構成例を挙げる。
【0013】
本発明は、電磁波を伝播させるフォトニック結晶部材にあって、その電磁波の反射防止用にフォトニック結晶を設けてなることを特徴とする。
【0014】
また、本発明は、フォトニック結晶部材を用いて電磁波を伝播させ導波するフォトニック結晶導波路にあって、前記結晶部材の電磁波入力側もしくは出力側に前記結晶部材とは構造の異なるフォトニック結晶の領域を配設し、前記結晶部材からの出力強度を前記領域がない場合に比べて大きくするよう構成したことを特徴とする。
【0015】
また、前記構成において、導波する電磁波に対して前記入力側もしくは出力側の前記領域に配置されたフォトニック結晶が実効的に示す屈折率は、前記結晶部材が実効的に示す屈折率よりも小さいことを特徴とする。
【0016】
また、前記構成において、前記結晶部材、または前記結晶部材の入力側もしくは出力側の前記領域に配置された前記フォトニック結晶は、1次元もしくは2次元もしくは3次元フォトニック結晶であることを特徴とする。
【0017】
また、前記構成において、前記結晶部材に伝播させる電磁波は、光、紫外光、可視光、赤外光、ミリ波、マイクロ波のうち何れか一つであることを特徴とする。
【0018】
また、前記構成において、前記結晶部材は、線欠陥導波路を含み、前記結晶部材の入力側もしくは出力側の領域に配置された前記フォトニック結晶の導波部分は、空洞部が設けられているか、または該空洞部に導波路を構成する部材よりも低い屈折率を有する部材を埋め込んだ構造をしていることを特徴とする。
【0019】
また、前記構成において、前記結晶部材は、点欠陥導波路を含み、前記結晶部材の入力側もしくは出力側の前記領域に配置された前記フォトニック結晶の導波部分は、線欠陥導波路であることを特徴とする。
【0020】
また、前記構成において、前記結晶部材は、点欠陥導波路を含み、前記結晶部材の入力側もしくは出力側の前記領域に配置されたフォトニック結晶の導波部分は、空洞部が設けられているか、または該空洞部に導波路を構成する部材とは異なる屈折率を持った部材を埋め込んだ構造をしていることを特徴とする。
【0021】
また、前記構成において、前記結晶部材は周期的な構造からなり、前記電磁波入力側もしくは出力側の前記領域では、その周期、またはその周期性を形作る構造の大きさが前記結晶部材とは異なることを特徴とする。
【0022】
また、前記構成において、前記結晶部材および前記結晶部材の入力側もしくは出力側の前記領域に配置された前記フォトニック結晶は、所定の容器内に配置されていることを特徴とする。
【0023】
さらに、本発明は、2個以上のフォトニック結晶部材を直列に配置し、電磁波を伝播させ導波するフォトニック結晶導波路にあって、前記結晶部材それぞれの間に前記結晶部材とは構造の異なるフォトニック結晶を配置し、前記直列の結晶部材からの出力強度を該フォトニック結晶がない場合に比べて大きくなるよう構成したことを特徴とする。
【0024】
【発明の実施の形態】
(実施例1)
図1は、本発明の第1の実施例の基本的構成を示す上面図である。図2は、電磁波を透過させるフォトニック結晶200の伝搬特性を模式的に図示したものである。
【0025】
図2において、横軸kは波数、縦軸ωは角振動数を示し、aはフォトニック結晶の周期構造の周期である。実線は、電磁波がフォトニック結晶の内部にいるときのkとωの関係を与えている。角振動数ω2の電磁波に対してこのフォトニック結晶が示す有効屈折率n2は、図2の(k2,ω2)の組み合わせから、関係式ω2=ck2/n2を用いて与えられ、図2の点線の傾きがc/n2を示す。ここで、cは真空中の光速である。図2の特性は、フォトニック結晶の構造、材料等に大きく依存する。
【0026】
角振動数ω2の電磁波を屈折率n0の部材0(空気中、あるいは真空中を含む)から有効屈折率n2のフォトニック結晶200に入射させる場合に、フォトニック結晶200とは構造が異なるフォトニック結晶100を部材0とフォトニック結晶200の間に配置する。このとき、フォトニック結晶100の有効屈折率n1はn0<n1<n2になるような構造にし、長さh1はn11=(2m+1)λ0/4に設定する。ここで、λ0は角振動数ω2の真空中での波長である。具体的な構成例は、後述の実施例で述べる。
【0027】
フォトニック結晶100を配置したことにより、入射波は界面110と210の2箇所で反射する成分が現れるが、それらは互いに打ち消すように干渉するため全反射率はフォトニック結晶100がない場合に比べて減少する。
【0028】
出力側も入力側と同様で、フォトニック結晶200から部材0に直接出力すれば反射成分が多いが、入力側と同様な設計でフォトニック結晶300を配置することにより、界面211と界面310からの反射波が打ち消しあって反射損失が低減する。
【0029】
(実施例2)
先に従来技術として示したように、1枚の基板上に複数のフォトニック結晶素子を配置した集積フォトニック結晶素子の提案(例えば、特開2000−56146号公報、US6,278,105 B1)では、入出力部での反射損失を考慮していない。また、一枚の基板上に集積されたフォトニック結晶素子群のそれぞれの素子での伝搬特性は一般には互いに異なるが、その接続点での反射の問題に対しても何らの考慮も為されていない。
【0030】
本発明を用いれば、この反射を低減できる。それに対する実施例を示したのが図3である。図1と異なる点は、電磁波を透過させるフォトニック結晶素子本体がフォトニック結晶200だけでなく、フォトニック結晶400を含むことである。フォトニック結晶200と400は、一般的には異なる伝搬特性を持つので有効屈折率も異なる。したがって、フォトニック結晶200と400を直接接続すると、一般的には界面で反射を生ずる。これを低減するためには、フォトニック結晶200と有効屈折率n4の400の間にフォトニック結晶350を配置し、有効屈折率n35が可能な限りn35 2=n24を満たすように設計して、フォトニック結晶350の長さh35がn3535=(2m+1)λ0/4を満たすようにすれば良い。
【0031】
フォトニック結晶400からの出力部もまったく同様で、フォトニック結晶400と部材0の間にフォトニック結晶360を配置し、有効屈折率n36が可能な限りn36 2=n04を満たすように設計して、フォトニック結晶360の長さh36がn3636=(2m+1)λ0/4を満たすようにすれば良い。
【0032】
本実施例では、2個のフォトニック結晶素子を直列に接続した場合に反射波を低減する方法を述べたが、まったく同様にして3個以上のフォトニック結晶素子を直列接続した場合でも反射波を低減できる。
【0033】
(実施例3)
上記実施例1においては、フォトニック結晶200とは構造の異なるフォトニック結晶100を配置することにより反射損失を低減できることを述べたが、フォトニック結晶100の実際の構造は様々なものが考えられ、また最適な構造はフォトニック結晶200の構造にも依存する。
【0034】
したがって、フォトニック結晶100の構造・材料を一意的に限定することはできない。本実施例では、2次元フォトニック結晶の線欠陥導波路に対する反射防止層の一例を述べる。
【0035】
2次元フォトニック結晶の線欠陥導波路の一例は、「M. Notomi他著、Electronics Letters、Vol.37、No.5、pp.293296(2001)」に示されているが、反射損失低減のための処置は施されていない。2次元フォトニック結晶の線欠陥導波路に対する反射損失低減のための構造を、図4に示す。図中、(a)は上面図、(b)はA−A断面図である。
【0036】
図4の(a)において、221が2次元フォトニック結晶200の領域での線欠陥導波路である。本構造は、図4の(b)に示すように、基板411上に積層されたコア層412、例えば、SiO2基板とそれに積層されたSi膜からなる。フォトニック結晶構造は、Si膜に穴を開けることにより作製される。波長1.55μmの光の伝搬を考えた場合は、Si膜の厚さと穴のピッチが数百nm程度になる。Si膜面内で線欠陥に垂直な方向は穴の周期配列のためバンドギャップが形成され、1.55μmの光は伝搬できない。線欠陥に沿っては周期構造がなくなっているので導波可能である。
【0037】
この2次元フォトニック結晶線欠陥導波路の入力損失を低減するため、フォトニック結晶100の領域における線欠陥導波路上に半径r1の穴をコア層に開ける。半径r1の穴の開いた導波部121は、領域200の導波路221よりも穴を開けた分だけ平均として屈折率が小さくなるので、n0<n1<n2の関係を満たすことが可能になり、領域100の長さh1をn11=(2m+1)λ0/4になるように設定すれば入射損失を低減できる。半径r1の大きさは、可能な限りn1 2=n02を満たすように決定する。
【0038】
有効屈折率n1を所望の値にするために、導波部121に開けた穴にコア層よりも小さい屈折率の材料を埋め込むことも可能である。本例ではコア層に屈折率約3.4のSiを用いており、埋め込み材料としては屈折率2.0〜2.3のTiO2、Ta25、ZnS等を挙げることが出来る。
【0039】
以上、入力部側について述べたが、出力部側のフォトニック結晶300についても、入力部側と同様な処理をすればよい。
【0040】
なお、図4中、210はフォトニック結晶100と200の界面、211はフォトニック結晶200と300の界面を示すが、必ずしも物理的に明確に存在するものでなく、説明の便宜上に設けた線である。また、110はフォトニック結晶100と入力側媒体の界面、310はフォトニック結晶300と出力側の媒体の界面を示す。
【0041】
(実施例4)
フォトニック結晶200が点欠陥導波路を持った2次元フォトニック結晶の例を、図5に示す。
【0042】
本実施例では、例えば、基板にSiO2、コア層にTiO2、Ta25、ZnS等を選ぶことが可能である。図5中の黒丸(●)で示す部分は、コア層に穴を開けた後にコア層よりも屈折率が高い材料を埋め込んだ状態を示す。コア層に屈折率が約3.4のSiを選んだ場合は、それよりも屈折率の高いGaAsやポリマーを埋め込み材に用いる。コア層にTiO2、Ta25、ZnS等の屈折率が2.0〜2.3のものを選んだ場合は、埋め込み材にはSi, GaAs, ポリマー等を用いる。
【0043】
フォトニック結晶200の導波部221には、図5に示すように、丸印(●)の部分がない点欠陥が周期3aで形成されており、この点欠陥を伝わって導波が可能である。この伝搬特性をk(波数)−ω(角周波数)の分散関係で模式的に示したものが、図6である。x方向(太い実線)とy方向(細い実線)の特性を同じ軸に示す。
【0044】
y方向に関しては周期aなので、フォトニック結晶の一般的性質として、k=nπ/aにバンドギャップが現れ(図6の細い実線)、また、x方向には周期が3aなのでバンドギャップは、k=nπ/3aに現れる(図6の太い実線)。ただし、n=±1、±2、±3、...である。
【0045】
その結果、角振動数ω0周辺のように、y方向には伝搬できなくてx方向には伝搬できる周波数領域が存在する。
【0046】
領域100は、領域200への入射波の損失を低減するためのもので、導波部121は丸印の高屈折材料がない。その結果、導波部121のx方向に対する有効屈折率は、高屈折率材料を含んだ導波部221のx方向の有効屈折率よりも小さくなる。導波部121のx方向に対する伝搬特性は、図6の太い点線で模式的に示されている。以上の条件から、n0<n1<n2の関係を満たすことが可能になり反射防止層を形成できる。
【0047】
以上、入力部側について述べたが、出力部側についても同様な構造にすればよい。
【0048】
(実施例5)
全反射率を最低にするための最適条件はn1 2=n02であるため、領域100の有効屈折率n1を調整する必要がある。図7に示すように、領域100の導波部分に半径r1の穴をコア層に開けて、コア層よりも屈折率が高い材料を埋め込んで有効屈折率を上げる、あるいは何も埋め込まないか低屈折材料を埋め込んで有効屈折率を下げるといったことも可能である。
【0049】
コア層にTiO2やZnSに選んだ場合は、高屈折材料にSi等を、低屈折材料にTa25等を用いることが出来る。コア層にSiを選んだ場合は、高屈折材にGaAsやポリマー等を、低屈折材にTiO2、Ta25、ZnS等を用いることができる。
【0050】
以上、入力部について述べたが、出力部についても同様な構造にすればよい。
【0051】
(実施例6)
反射損失を低減するために配置する領域100は、フォトニック結晶素子の本体である領域200よりも有効屈折率が小さい必要がある。そのための一つの方法として、領域100の周期構造のピッチを領域200のピッチよりも小さくすることによって達成することが可能である。点欠陥導波路の場合の一例を、図8に示す。
【0052】
導波路部分の周期は、領域200では3a、領域100では2aである。領域100では領域200に比べて屈折率の高い(黒丸印(●)で示す)部分の割合が減るので、領域100での有効屈折率は領域200よりも低く、反射防止層を形成するための条件が満たされる。
【0053】
(実施例7)
実施例4では、周期構造を作るための埋め込み材料にコア層よりも屈折率が高い材料を用いたが、逆に埋め込み材料にコア材よりも屈折率の低いものを用いることも可能である。例えば、基板を屈折率約1.5のSiO2、コア材に屈折率約3.4のSi等を用いて、埋め込み材に屈折率が2.0〜2.3程度のTiO2、Ta25、ZnS等、あるいはSiO2を用いることができる。また、埋め込み材の部分はコア層に穴を開けるだけで何も埋め込まない方法もある。
【0054】
本実施例を模式的に示したものが、図9である。図中、コア層に黒丸(●)で示す部分が埋め込み材を表している。導波部221は、黒丸(●)で示す部分が抜けており点欠陥導波路になっている。図中、反射防止層100及び300の導波部121、321の白丸(〇)で示す部分は、黒丸(●)で示す部分の材料よりも小さい屈折率の材料を用いて導波部121、321の有効屈折率が221の有効屈折率よりも小さくなるようにする。例えば、コア層にSi、黒丸(●)で示す部分の材料にTiO2、白丸(〇)で示す部分の材料にTa25を用いる。
【0055】
(実施例8)
フォトニック結晶は、微細な構造からなり、塵やほこりは大敵である。図10に示すように、本発明によるフォトニック結晶素子200を含む光モジュールを容器500の中に固定し密閉することにより、この問題を排除する。
【0056】
図10に示すように、容器内に装填された光モジュールにおいて、光ファイバ621からの入力光をレンズ611により収束してフォトニック結晶素子200に入力し、フォトニック結晶200からの出力光は、レンズ612により光ファイバ622に導かれる。このような構成にすることにより、塵埃等の問題を排除することができる。
【0057】
(実施例9)
フォトニック結晶の、ある電磁波に対する実効的な屈折率は、フォトニック結晶を形作る材料及び構造により決定される。したがって、設計により所望の屈折率を得ることが原理的に可能である。実施例7までは、この原理を用いて、フォトニック結晶素子に屈折率の設計を施したフォトニック結晶からなる反射防止層を配置した。しかしながら、本発明はさらに広範囲に適用可能で、任意の光学素子の反射防止層にフォトニック結晶を用いることができる。
【0058】
図11は、任意の部材250にフォトニック結晶からなる反射防止層100と300を配置したものである。この配置は基本的に実施例1と同様であるが、反射防止層を付ける部材250がフォトニック結晶に限定せず、一般の部材を表している。フォトニック結晶100と300の構造は実施例7までに示した様に色々な方法で適用可能である。
【0059】
以上、2次元スラブ型導波路に穴を開けた円孔型のフォトニック結晶を例に反射防止層の設計指針を述べたが、円柱型や3次元のウッドパイル型といった他のあらゆるフォトニック結晶に対しても、上記の方法はそのまま適用される。
【0060】
本発明は、フォトニック結晶の伝搬特性および有効屈折率が設計可能である性質を利用して反射防止層を構成しようとするものである。通常用いられる反射防止膜は、材料固有の屈折率を用いるためこのような自由度はない。フォトニック結晶は特徴的な構造をしているため、あるいは集積されている等の理由で通常の反射防止膜をコーティングできない場合がある。
【0061】
本発明では、反射防止層をフォトニック結晶素子本体に直接作りこむため、通常の反射防止膜コーティングが出来ない場合でも作製可能であり、この点と有効屈折率が設計可能な点が従来からよく知られている反射防止膜とは異なる。
【0062】
以上、本発明を整理すると、次のようになる。
【0063】
(1) 電磁波を伝搬するフォトニック結晶部材において、入力部または出力部に構造の異なるフォトニック結晶の領域を配置し、該フォトニック結晶部材本体からの出力強度を該領域がない場合に比べて大きくすることを特徴とするフォトニック結晶部材。
【0064】
(2) 前記(1)のフォトニック結晶部材本体は、1次元あるいは2次元あるいは3次元フォトニック結晶であることを特徴とするフォトニック結晶部材。
【0065】
(3) 前記(1)のフォトニック結晶部材の入出力に配置されたフォトニック結晶は、1次元あるいは2次元あるいは3次元フォトニック結晶であることを特徴とするフォトニック結晶部材。
【0066】
(4) 前記(1)のフォトニック結晶部材に伝搬させる電磁波は、光、紫外光、可視光、赤外光、ミリ波、マイクロ波であることを特徴とするフォトニック結晶部材。
【0067】
(5) 前記(1)のフォトニック結晶部材において、導波する電磁波に対して入力部または出力部に配置されたフォトニック結晶が実効的に示す屈折率は、フォトニック結晶部材本体が実効的に示す屈折率よりも小さいことを特徴とするフォトニック結晶部材。
【0068】
(6) 前記(1)のフォトニック結晶部材は、線欠陥導波路を含むことを特徴とするフォトニック結晶部材。
【0069】
(7) 前記(6)のフォトニック結晶部材の入出力部に配置されたフォトニック結晶の導波部分は、空洞部が設けられているか、あるいは該空洞部に導波路を構成する部材よりも低い屈折率を持った部材を埋め込んだ構造をしていることを特徴とするフォトニック結晶部材。
【0070】
(8) 前記(1)のフォトニック結晶部材は、点欠陥導波路を含むことを特徴とするフォトニック結晶部材。
【0071】
(9) 前記(8)のフォトニック結晶部材の入出力部に配置されたフォトニック結晶の導波部分は、線欠陥導波路であることを特徴とするフォトニック結晶部材。
【0072】
(10) 前記(8)のフォトニック結晶部材の入出力部に配置されたフォトニック結晶の導波部分は、空洞部が設けられているか、あるいは該空洞部に導波路を構成する部材とは異なる屈折率を持った部材を埋め込んだ構造をしていることを特徴とするフォトニック結晶部材。
【0073】
(11) 前記(1)のフォトニック結晶部材本体は、周期的な構造からなり、前記入力部または出力部の領域ではその周期が該本体とは異なることを特徴とするフォトニック結晶部材。
【0074】
(12) 前記(1)のフォトニック結晶部材本体は、周期的な構造からなり、前記入力部または出力部の領域ではその周期性を形作る構造の大きさが該本体とは異なることを特徴とするフォトニック結晶部材。
【0075】
(13) 前記(1)のフォトニック結晶部材本体は、周期的な構造からなり、前記入力部または出力部の領域ではその周期性を形作る構造の材料の少なくともひとつが該本体とは異なることを特徴とするフォトニック結晶部材。
【0076】
(14) 前記(1)のフォトニック結晶部材本体において、周期的な構造中に周期性を中断する部分があることを特徴とするフォトニック結晶部材。
【0077】
(15) 前記(1)のフォトニック結晶部材は、それ全体を被う容器に固定されていることを特徴とするフォトニック結晶部材。
【0078】
(16) 電磁波を伝搬する部材において、入力部または出力部にフォトニック結晶の領域を配置し、該部材本体からの出力強度を該フォトニック結晶領域がない場合に比べて大きくすることを特徴とする部材。
【0079】
(17) 前記(16)の部材の入出力に配置されたフォトニック結晶は、1次元あるいは2次元あるいは3次元フォトニック結晶であることを特徴とする部材。
【0080】
(18) 前記(16)の部材に伝搬させる電磁波は、光、紫外光、可視光、赤外光、ミリ波、マイクロ波であることを特徴とする部材。
【0081】
(19) 前記(16)の部材において、導波する電磁波に対して入力部または出力部に配置されたフォトニック結晶が実効的に示す屈折率は、該部材本体が示す屈折率よりも小さいことを特徴とする部材。
【0082】
(20) 前記(16)の部材の入出力部に配置されたフォトニック結晶の導波部分は、空洞部が設けられているか、あるいは該空洞部に導波路を構成する部材とは異なる部材を埋め込んだ構造をしていることを特徴とするフォトニック結晶部材。
【0083】
(21) 前記(16)の部材の入出力部に配置されたフォトニック結晶の導波部分は、線欠陥導波路であることを特徴とする部材。
【0084】
(22) 前記(16)の部材は、それ全体を被う容器に固定されていることを特徴とする部材。
【0085】
(23) 2個以上のフォトニック結晶を直列に配置した集積素子において、それぞれのフォトニック結晶の間に構造の異なるフォトニック結晶を配置し、該配置したフォトニック結晶がない場合に比べて出力強度が大きくなることを特徴とするフォトニック結晶集積素子。
【0086】
【発明の効果】
本発明によれば、フォトニック結晶の入出力部にフォトニック結晶からなる反射防止層を配置することにより、反射損失を大幅に低減可能なフォトニック結晶部材を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に関わる実施例1の反射防止層を有するフォトニック結晶部材を示す図。
【図2】フォトニック結晶の特性を模式的に示す図。
【図3】本発明に関わる実施例2の反射防止層を有する直列のフォトニック結晶群を示す図。
【図4】本発明に関わる実施例3の線欠陥導波路を含んだフォトニック結晶に反射防止層を配置した部材を示す図。
【図5】本発明に関わる実施例4の点欠陥導波路を含んだフォトニック結晶に反射防止層を配置した部材を示す図。
【図6】図5のフォトニック結晶の特性を模式的に示す図。
【図7】本発明に関わる実施例5の点欠陥導波路を含んだフォトニック結晶に反射防止層を配置した部材を示す図。
【図8】本発明に関わる実施例6の点欠陥導波路を含んだフォトニック結晶に反射防止層を配置した部材を示す図。
【図9】本発明に関わる実施例7の点欠陥導波路を含んだフォトニック結晶に反射防止層を配置した部材を示す図。
【図10】本発明に関わる実施例8のフォトニック結晶素子を容器の中に配置した構成を示す図。
【図11】本発明に関わる実施例9のフォトニック結晶からなる反射防止層を有する部材を示す図。
【符号の説明】
100:フォトニック結晶、110:フォトニック結晶100と入力側媒体の界面、121:フォトニック結晶100内に設けられた導波路、200:フォトニック結晶、210:フォトニック結晶100と200の界面、211:フォトニック結晶200と300の界面、221:フォトニック200結晶内に設けられた導波路、250:任意の部材、300:フォトニック結晶、310:フォトニック結晶300と出力側の媒体の界面、321:フォトニック結晶300内に設けられた導波路、350:フォトニック結晶、360:フォトニック結晶、400:フォトニック結晶、411:基板、412:コア層、500:フォトニック結晶素子全体を被う容器、611:レンズ、612:レンズ、621:光ファイバ、622:光ファイバ。

Claims (6)

  1. 基板に平行な面内にストライプ状に延在したコアが設けられ、前記コアの一端部側に電磁波の入力端があり、前記コアの他端部側に前記電磁波の出力端があり、前記コアとクラッドとの組み合わせにより前記コアに前記電磁波を閉じ込めるように構成され、前記コア部分を中心として前記電磁波を伝搬させるフォトニック結晶素子を有し、
    前記フォトニック結晶導波路を前記電磁波入力側領域または出力側領域の部分とそれ以外の部分とに区分した場合に、前記フォトニック結晶導波路の電磁波入力側領域または出力側領域の部分には前記それ以外の部分とは構造の異なるフォトニック結晶導波路の領域を設け、それにより前記フォトニック結晶導波路からの出力強度が前記電磁波入力側領域または出力側領域が存在しない場合に比べて大きくなるように構成され、
    前記入力端または前記出力端で前記フォトニック結晶導波路に接する外部領域の屈折率をn0、前記それ以外の部分のフォトニック結晶導波路の有効屈折率をn2とするとき、前記フォトニック結晶導波路の前記電磁波入力側領域または出力側領域の光導波路の有効屈折率をn1、導波路長さをh1としたとき、n n 1 n 2 を満たし、かつ、n1h1=(2m+1)*λ0/4(但し、m=0,1,2,…。λ0は前記入力端に入射する電磁波の真空中での波長である。)となるように構成したことを特徴とするフォトニック結晶素子。
  2. 前記それ以外の部分のフォトニック結晶導波路には線欠陥導波路が設けられ、前記電磁波入力側領域または出力側領域の光導波部分には空洞部が設けられているか、または前記空洞部に導波路を構成する部材よりも低い屈折率を有する部材を埋め込んだ構造を有することを特徴とする請求項1記載のフォトニック結晶素子。
  3. 前記それ以外の部分のフォトニック結晶導波路には点欠陥導波路部分が設けられ、前記電磁波入力側領域または出力側領域の光導波部分は線欠陥導波路であることを特徴とする請求項1記載のフォトニック結晶素子。
  4. 前記それ以外の部分のフォトニック結晶導波路は周期的な構造からなり、前記電磁波入力側領域または出力側領域の部分では、その周期、またはその周期性を形作る構造の大きさが前記それ以外の部分のフォトニック結晶導波路とは異なることを特徴とする請求項1記載のフォトニック結晶素子。
  5. 前記電磁波入力側領域及び出力側領域は周期的な構造からなり、前記周期構造の導波方向の周期がコア部とクラッド部で異なることを特徴とする請求項1記載のフォトニック結晶素子。
  6. 基板に平行な面内にストライプ状に延在したコアが設けられ、前記コアの一端部側に電磁波の入力端があり、前記コアの他端部側に前記電磁波の出力端があり、前記コアとクラッドとの組み合わせにより前記コアに前記電磁波を閉じ込めるように構成され、前記コア部分を中心として前記電磁波を伝搬させるフォトニック結晶素子を有し、
    前記フォトニック結晶導波路には第1のフォトニック結晶導波路と、第2のフォトニック結晶導波路と、第3のフォトニック結晶導波路とが設けられ、前記第1のフォトニック結晶導波路の一端と前記第2のフォトニック結晶導波路の一端とが光学的に接続され、前記第2のフォトニック結晶導波路の他端と前記第3のフォトニック結晶導波路の一端とが光学的に接続され、
    前記第1のフォトニック結晶導波路の有効屈折率をn1、前記第2のフォトニック結晶導波路の有効屈折率をn、前記第3のフォトニック結晶導波路の有効屈折率をn3とし、m=0,1,2,…とし、λ0を伝搬させる電磁波の真空中での波長とし、第2のフォトニック結晶導波路の長さをh2としたとき、(n2)2=n1*n3を満たし、かつ、n2*h2=(2m+1)*λ0/4を満たすように構成したことを特徴とするフォトニック結晶素子。
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