JP3884683B2 - スラブ導波路、及びスラブ導波路の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光平面回路など、フォトニック結晶や膜厚方向に屈折率分布を有するスラブ導波路、及びスラブ導波路の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
まず、第１の従来例であるフォトニック結晶で構成される基板付スラブ導波路を図２１の（ａ）、（ｂ）に示す。
【０００３】
図２１の（ａ）は、基板２０１上と、スラブ２０３中に前記基板２０１上に膜厚方向へ伸び、かつ、前記基板２０１に平行方向に２次元周期的に配列する円柱状の空孔２０２を形成したスラブ型フォトニック結晶２００で構成され、前記スラブ２０３の屈折率は均一で、かつ、前記基板２０１の屈折率よりも大きい。このようなスラブ型フォトニック結晶２００をスラブ導波路として用いることにより、スラブ導波路内を伝搬する光の速度を遅くしたり、また光を波長分散させたり、また光の進行方向を曲げたりすることが出来るようになる。
【０００４】
従来、フォトニック結晶の屈折率として周期的に配列する複数物質の屈折率の体積比で定義される実行屈折率を用いてフォトニック結晶内の光伝搬を議論していたが、このようなマクロ的議論は屈折率周期が光波長よりも十分小さい時には光は屈折率を平均的に感じるため有効である。しかし、屈折率周期が光波長と同程度の場合は、光は個々の屈折率を感じるため周期的に配列する異なる屈折率材料を個々に取り扱うようなミクロ的議論をしなければならない。
【０００５】
確かに、マクロ的議論では空孔２０２の屈折率と前記スラブ２０３の屈折率を平均した実効屈折率よりも小さな屈折率の基板２０１を使用すれば光は前記スラブ型フォトニック結晶２００内を伝搬すると予想される。しかし、ミクロ的議論では、このような基板付スラブ導波路の前記スラブ型フォトニック結晶２００の入射光２０４は、周期的に配列するスラブ２０３部分では基板２０１よりも屈折率の大きなスラブ２０３部分を伝搬するが、前記空孔２０２部分では基板２０１よりも屈折率が小さいため、拡散光２０６は屈折率の高い基板２０１側に漏れ、一部しか空孔２０２を伝搬できない。従って、前記スラブ型フォトニック結晶２００からの出射光２０５は、ほとんど０となる。
【０００６】
また、図２１の（ｂ）に示すように、空孔２０２を基板２０１内に延長した基板部分空孔２０７を設けて、基板２０１部分の実効屈折率を下げた基板付スラブ導波路に関しても、同様に光は前記スラブ型フォトニック結晶２００内を伝搬しない。
【０００７】
次に、第２の従来例であるフォトニック結晶で構成される基板無スラブ導波路を図２１（ｃ）及び（ｄ）に示す。
【０００８】
図２１の（ｃ）と（ｄ）とは膜厚が異なるだけで、両者とも、スラブ２０３中に前記スラブ２０３の膜厚方向へ伸び、かつ、前記スラブ２０３に平行方向に２次元周期的に配列する円柱状の空孔２０２を形成したスラブ型フォトニック結晶２００で構成され、前記スラブ２０３の屈折率は均一である。
【０００９】
このように、基板が無く、前記スラブ型フォトニック結晶２００のみで構成される場合には、前記スラブ型フォトニック結晶２００はレンズ導波路のように振舞い、屈折率の高いスラブ部がレンズとなり屈折率の低い空孔部２０２での拡散による漏れが起こらないので、入射光２０４は拡散せずに前記スラブ型フォトニック結晶２００内を伝搬する。
【００１０】
しかし、図２１の（ｃ）と（ｄ）とのように膜厚が異なる場合には、光の伝搬状態が異なる。図２１の（ｃ）の膜厚が数μｍ以下程度の場合は、屈折率の高いスラブ２０３部分において前記スラブ膜厚方向の空気との境界で光が反射してマルチモード伝搬となる。従って、シングルモード条件、またはシングルモード条件に近いモード無分散となるための条件を満足するためにスラブ膜厚を１μｍ以下としなければならない。この場合、前記スラブ型フォトニック結晶２００内での伝搬は問題無いが、コア径8μｍ程度の光ファイバーとのモードフィールド径が異なるため光ファイバーとの結合ロスが大きくなる。
【００１１】
一方、図２１の（ｄ）の膜厚が１０μｍ程度以上と大きい場合は、屈折率の高いスラブ部分において前記スラブ膜厚方向の空気との境界での反射が起こらないので、ほぼ理想的なレンズ導波路となりシングルモード伝搬に近いモード無分散な伝搬となる。その上、光ファイバーとのモードフィールドとの差が無いので、光ファイバーとの結合ロスも小さい。しかし、この場合には、膜厚１０μｍ以上で光と同程度の周期、すなわち、アスペクト比が５０以上の空孔を作製する必要が有り、現時点ではそのような高いアスペクト比を実現するのは非常に困難である。
【００１２】
また、図２１の（ｃ）と（ｄ）のいずれの場合も、実用化するには何らかの方法でスラブを補強する必要があり、基板に相当するものを念頭においてデバイス設計する必要がある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例のように、均一屈折率のスラブに周期的に空孔を形成したスラブ型フォトニック結晶の場合は、下記（１）〜（３）を全て満足することが困難である。
【００１４】
（１）光ファイバーとモードフィールド径が近い。
【００１５】
（２）理想的なレンズ導波路の場合のようなシングルモード条件、またはシングルモード条件に近いモード無分散となるための条件を満足する。
【００１６】
（３）実用化に絶えうる強度を有する。
【００１７】
従来の方法では、フォトニック結晶の空孔よりも基板の方が屈折率が高いため、空孔部分での光の漏れが生じ、光は伝搬できない。また、基板を使用しない光の漏れの無いスラブだけの構成にしてもシングルモード条件、またはシングルモード条件に近いモード無分散となるための条件を満足するためにはスラブの膜厚を１μｍ以下に薄くするか、１０μｍ以上に厚くする必要があり、前記は光ファイバーとの結合が困難で、後者は作製が非常に困難である。しかも、スラブだけでは強度が弱く、実用化には耐えられない。
【００１８】
本発明は、従来のスラブ導波路の課題を考慮し、光ファイバーとモードフィールド径が近く、理想的なレンズ導波路の場合のようなシングルモード条件、またはシングルモード条件に近いモード無分散となるための条件を満足し、実用化に絶えうる強度を有するスラブ型フォトニック結晶で構成されるスラブ導波路、及びスラブ導波路の製造方法を提供することを目的とするものである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、第１の本発明は、スラブ中に前記スラブの屈折率とは異なる屈折率を有する柱状物質を前記スラブ面に沿って２次元周期的に配列した２次元結晶格子を備え、フォトニック結晶で構成されたスラブ導波路であって、
前記スラブ中の前記柱状物質部分以外のスラブ屈折率部分の、前記スラブ面と直交する方向では、前記スラブ屈折率部分の端部以外の所定部分において最大であり、前記所定部分からの距離の２次関数に従って低下する屈折率と、前記柱状物質の個数及び形状及び屈折率とが、入射されてきた光束が最も広がる際の、前記スラブ厚さ方向の前記光束の大きさが、前記スラブ厚さを越えないように構成されている、スラブ導波路である。
【００２２】
また、第２の本発明は、前記スラブ屈折率部分の前記スラブ面と直交する方向の屈折率は、前記スラブ屈折率部分の端部以外の所定の長さの領域において実質上一定であり、前記所定の長さの領域の端部からの距離の２次関数に従って低下する、第１の本発明のスラブ導波路である。
【００２３】
また、第３の本発明は、前記距離の２次関数に従って低下する部分の屈折率の屈折率分布定数は、１ｍｍ-1以上である、第１または２の本発明のスラブ導波路である。
【００２４】
また、第４の本発明は、前記距離の２次関数に従って低下する部分の屈折率の屈折率分布定数は、入射側と出射側とでスポット径が等しくなるような屈折率分布定数である、第１または２の本発明のスラブ導波路である。
【００２５】
また、第５の本発明は、前記距離の２次関数に従って低下する部分の屈折率の屈折率分布定数は、前記スラブ屈折率部分の入射側焦点距離と出射側焦点距離との和が、前記スラブ屈折率部分と前記柱状物質とで構成される構成単位の長さと等しくなるような屈折率分布定数である、第１または２の本発明のスラブ導波路である。
【００２６】
また、第６の本発明は、前記スラブ屈折率部分と前記柱状物質との境界面のうち、少なくとも１つの境界面は曲面を有している、第１の本発明のスラブ導波路である。
【００２７】
また、第７の本発明は、前記スラブ屈折率部分と前記柱状物質との境界面は、前記スラブの膜厚方向に曲面を有する、第６の本発明のスラブ導波路である。
【００２８】
また、第８の本発明は、前記スラブ屈折率部分と前記柱状物質との境界面は、前記スラブ屈折率部分の端部以外の所定の長さの領域で平面を有し、前記所定の長さの領域の外側で前記スラブの膜圧方向に曲面を有する、第６の本発明のスラブ導波路である。
【００２９】
また、第９の本発明は、前記曲面の曲率半径は、前記スラブ屈折率部分の入射側焦点距離と出射側焦点距離との和が、前記スラブ屈折率部分と前記柱状物質とで構成される構成単位の長さと等しくなるような曲率半径である、第７または８の本発明のスラブ導波路である。
【００３０】
また、第１０の本発明は、前記曲面の曲率半径は、前記スラブ屈折率部分の入射側焦点距離と出射側焦点距離とが等しくなるような曲率半径である、第９の本発明のスラブ導波路である。
【００３１】
また、第１１の本発明は、前記曲面の曲率半径は、０．１μｍ以上である、第７または８の本発明のスラブ導波路である。
【００３２】
また、第１２の本発明は、前記屈折率が異なり孔のあいた複数のフィルムを前記孔の位置をあわせながら積層して積層体を形成する積層工程を備え、
前記積層体のフィルム部分は前記スラブとして機能するものであり、
前記孔の部分は前記柱状物質として機能するものであり、
前記複数のフィルムのうち、最も屈折率が高いフィルムが前記積層体の端部以外の位置に位置し、その最も高い屈折率のフィルムから離れるに従って、順番に低い屈折率のフィルムが前記積層体として積層される、請求項１記載のスラブ導波路を生産するための、スラブ導波路の製造方法である。
【００３４】
また、第１３の本発明は、前記積層工程は、前記複数のフィルムのうちのフィルムを前記積層体に積層する際にその積層するフィルムのフィルム面と垂直に単一波長光を照射し、前記積層体からの干渉光に基づいてその積層するフィルムを位置決めすることによって前記孔の位置を膜厚方向に揃える、第１２の本発明のスラブ導波路の製造方法である。
【００３５】
また、第１４の本発明は、前記屈折率が異なる複数のフィルムを積層して積層体を形成する積層工程と、
その形成された積層体に孔を形成する柱状物質形成工程とを備え、
前記積層体のフィルム部分は前記スラブとして機能するものであり、
前記孔の部分は前記柱状物質として機能するものであり、
前記積層工程は、その端部以外の部分で最高屈折率となる屈折率分布となるように、屈折率の異なる厚膜フィルムを積層して屈折率分布型厚膜積層体を形成する厚膜積層体形成工程と、前記屈折率分布型厚膜積層体の膜厚が所望の膜厚となるまで前記屈折率分布型厚膜積層体を積層方向にプレスするプレス工程とを有する、請求項１記載のスラブ導波路を生産するための、スラブ導波路の製造方法である。
【００３７】
また、第１５の本発明は、前記プレス工程は、少なくとも部分的に互いに非平行な面を有する２物体で前記屈折率分布型厚膜積層体を挟み込んで加重する第１４の本発明のスラブ導波路の製造方法である。
【００３８】
また、第１６の本発明は、前記２物体は、水平な平面を有する第１の物体と、前記第１の物体の平面に平行な一方向に対して前記平面からの距離が単調変化する平面あるいは曲面を有する第２の物体である、第１５の本発明のスラブ導波路の製造方法である。
【００３９】
また、第１７の本発明は、フィルム状スラブ素材に対して、上下面を通して前記フィルム状スラブ素材の内外へイオンの移動をさせることで屈折率分布を形成する屈折率分布形成工程と、
その屈折率分布が形成された前記フィルム状スラブ素材に孔をあける柱状物質形成工程とを備え、
前記フィルム状スラブ素材の部分は前記スラブとして機能するものであり、
前記孔の部分は前記柱状物質として機能するものである、請求項１記載のスラブ導波路を生産するための、スラブ導波路の製造方法である。
【００４０】
この目的を達成するため本発明は、スラブ中に前記スラブの膜厚方向に空孔を２次元周期的に配列した前記スラブ屈折率部分と前記柱状物質部分で構成される２次元結晶格子を有するスラブ型フォトニック結晶であって、前記スラブ屈折率部分の膜厚方向の屈折率が、前記スラブ膜厚内のある部分において最大となる屈折率最大部分と、前記屈折率最大部分からの距離の２次関数に沿って屈折率が低下する屈折率低下部分から構成され、前記屈折率低下部分の屈折率分布定数が1ｍｍ-1以上である。
【００４１】
このように、膜厚方向に屈折率分布定数が1ｍｍ-1以上の２次分布屈折率変化を有する前記スラブ型フォトニック結晶を使用することにより、前記スラブ型フォトニック結晶の膜厚に関係なく基板付の場合でも光は漏れなく伝搬でき、シングルモード条件、またはシングルモード条件に近いモード無分散となるための条件を満足することができる上、光ファイバーのモードフィールド径合うように膜厚も設定できる。
【００４２】
上記膜厚方向に屈折率分布を有するスラブ型フォトニック結晶の作製方法は、下記に大別できる。
【００４３】
(１)屈折率が異なる複数のフィルムを積層して屈折率分布を有するスラブ導波路を作製した後、膜厚方向に２次元周期的に配置する空孔を作製する。
【００４４】
(２)屈折率が異なる個々のフィルムの膜厚方向に２次元周期的に空孔を配列し、前記空孔位置が一致するように前記フィルムを積層方向に所望の屈折率分布となる順番に積層する。
【００４５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００４６】
（第１の実施の形態）
図１に、第１の実施の形態のスラブ導波路の構成概要断面図を示す。また、図２に第１の実施の形態のスラブ導波路の斜視図を示す。本実施の形態のスラブ導波路は、図２のスラブ屈折率部分の屈折率分布３０１に示すように膜厚方向に２次分布屈折率変化を有するスラブ型フォトニック結晶を応用したものである。
【００４７】
すなわち、本実施の形態のスラブ導波路は、スラブ中の柱状物質である空孔２の部分以外のスラブ屈折率部分１の屈折率と、柱状物質である空孔２の個数及び形状及び屈折率とが、入射されてきた光束が最も広がる際の、スラブ厚さ方向の光束の大きさが、スラブ厚さを越えないように構成されている。
【００４８】
また、図３に、スラブ屈折率が約１．５である場合において、入射側と出射側とでスポット径が等しくなるようなスラブ導波路の全光路長が光学的に０．５の整数倍のピッチとなる屈折率分布定数（Ａ1/2）と、前記スラブ型フォトニック結晶の総周期数との関係を示す。
【００４９】
本スラブ型フォトニック結晶を応用したスラブ導波路の第１の実施の形態は、図１及び図２に示すように、基板３と、前記基板３上のスラブ中に前記スラブの膜厚方向に伸びる空孔２を２次元周期的に配列したものであって、前記スラブ屈折率部分１と空孔２で構成される２次元結晶格子を有するスラブ型フォトニック結晶７で構成される。つまり、本実施の形態のスラブ導波路は、スラブ中にスラブの屈折率とは異なる屈折率を有する空孔をスラブ面に沿って２次元周期的に配列した構造を有している。また、前記スラブの膜厚方向の屈折率（ｎ）は、式１に示すように前記スラブ膜厚内に有する屈折率の極大点（ｎ0）と前記極大点から離れる距離（ｒ）と１ｍｍ-1以上の屈折率分布定数（Ａ1/2）で定義される。
【００５０】
【数１】
【００５１】
図１に示すように、前記スラブ導波路の全光路長が光学的に０．５ピッチとなる屈折率分布定数（Ａ1/2）を選ぶと、入射側と出射側でビーム形状が等しくなる。すなわち、前記スラブ導波路を伝搬するビームの軌跡４は、ビームウェストを入射端前に有する広がり入射光の場合（図１）は前記スラブ導波路内で徐々に広がり角度が小さくなり、全光路長のほぼ中央で広がり角度が０となった後は、収束光となり前記スラブ導波路出射端後にビームウェストを持つ。
【００５２】
図３より、屈折率が約１．５のスラブの場合、総周期が５周期以上の一般的なスラブ型フォトニック結晶では約０．０３μｍ-1（＝３０ｍｍ-1）の屈折率分布定数（Ａ1/2）でスラブ導波路の全光路長が光学的に０．５の整数倍のピッチとなることがわかる。
【００５３】
なお、上記屈折率分布は、図１７の（ａ）に示す２次曲線に沿った例であるが、それ以外に、図１７の（ｂ）に示すように、中央近傍の有限領域において最大屈折率で一定な屈折率一定部分と、前記屈折率一定部分の端からの距離の２次曲線に沿って屈折率が低下する屈折率低下部分で構成される屈折率分布の例も挙げられる。
【００５４】
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態について説明する。
【００５５】
図４に、第２の実施の形態におけるスラブ導波路の構成概要断面図を示す。本実施の形態のスラブ導波路は、膜厚方向に２次分布屈折率変化を有するスラブ型フォトニック結晶を応用したものである。
【００５６】
第２の実施の形態の、スラブ型フォトニック結晶を応用したスラブ導波路は、図４に示すように、基板３と、前記基板３上のスラブ中に前記スラブの膜厚方向に伸びる空孔２を２次元周期的に配列したものであって、前記スラブ屈折率部分１と空孔２で構成される２次元結晶格子を有するスラブ型フォトニック結晶３７で構成される。また、前記スラブの膜厚方向の屈折率（ｎ）は、式１に示すように前記スラブ膜厚内に有する屈折率の極大点（ｎ0）と前記極大点から離れる距離（ｒ）と１ｍｍ-1以上の屈折率分布定数（Ａ1/2）で定義され、スラブ導波路を構成するスラブ屈折率部分１の１周期分の入射側焦点距離と出射側焦点距離の和が周期的に並ぶ前記スラブ屈折率部分１と前記空孔２で構成される２次元結晶格子の周期と等しくなる屈折率分布定数（Ａ1/2）を有する。
【００５７】
図４に示すように、前記スラブ導波路を構成するスラブ屈折率部分１の１周期分の入射側焦点距離と出射側焦点距離が互いに等しく、前記焦点距離の２倍が周期的に並ぶ前記スラブ屈折率部分１と前記空孔２で構成される２次元結晶格子の周期と等しくなる屈折率分布定数（Ａ1/2）を選ぶ場合も、前記スラブ導波路の入射側と出射側でビーム形状が等しくなる。すなわち、前記スラブ導波路を伝搬するビームの軌跡３１は、スラブ屈折率部分１の１周期分の入射側と出射側にビームウェスト（３２、３３）を持つので、前記スラブ型フォトニック結晶３７の入射側と出射側にも対称的なビームウェスト（３４、３５）を持つ。
【００５８】
前記スラブ屈折率部分１の１周期分の入射側と出射側にビームウェスト（３２、３３）を有する条件は、図３における総周期が１周期の場合に相当し、約０．１５μｍ-1（＝１５０ｍｍ-1）の屈折率分布定数（Ａ1/2）となる。
【００５９】
このように、膜厚方向に屈折率分布定数が1ｍｍ-1以上の２次分布屈折率変化を有する前記スラブ型フォトニック結晶３７を使用することにより、前記スラブ型フォトニック結晶３７の膜厚に関係なくビーム軌跡は前記スラブ型フォトニック結晶３７の膜厚内に収まり、基板付の場合でもビーム軌跡は基板との境界に達しないので光は漏れなく伝搬できる。
【００６０】
さらに、膜厚方向の２次分布屈折率変化は任意の角度入射の光においても伝搬速度が等しくなるのでシングルモード条件、またはシングルモード条件に近いモード無分散となるための条件を満足することができる。従って、スラブ型フォトニック結晶３７は、光ファイバーのモードフィールド径合うように膜厚も設定できるので、光ファイバーと容易に結合可能である。
【００６１】
なお、以上はスラブ屈折率が約１．５の場合を説明したが、上記屈折率分布定数（Ａ1/2）を満足すれば屈折率は任意でよく、材料も光学的に透明であれば良い。一般的には、フォトニック結晶の構成としては、１．０〜４．０程度の屈折率変調がよく使用され、上記のように固体スラブ（ＳｉやＧａＡｓやTi2O5などの高屈折材料やポリマーやガラスなどの低屈折率材料）に空孔を分布させる以外に、高屈折率材料のスラブ（ＳｉやＧａＡｓやTi2O5など）に低屈折率の柱状物質（ポリマーやガラスなど）を分布させることも可能である。また、上記に記載のポリマー材料として、アクリル系（ＰＭＭＡ、ＵＶアクリルレートポリマーなど）、エポキシ系、ポリイミド系、シリコーン系などが挙げられる。なお、本実施の形態の空孔は本発明の柱状物質の例である。
【００６２】
また、フォトニック結晶は屈折率が重要なので、上記材料以外でも上記屈折率の条件を満足する材料あれば固体（酸化物など誘電体全般）でも液体（水やエチレングリコールなど）でも気体（空気や不活性ガスなど）でも何でも良い。
【００６３】
（第３の実施の形態）
次に、第３の実施の形態について説明する。
【００６４】
図５に第３の実施の形態のスラブ導波路の構成概要断面図を示す。本実施の形態のスラブ導波路は、膜厚方向に入射端面と出射端面に曲面を有するスラブ型フォトニック結晶を応用したものである。また、図６に、スラブ屈折率が約１．５の場合の入射側と出射側でスポット径が等しくなるようなスラブ導波路が光学的にレンズとして機能する曲率半径と前記スラブ型フォトニック結晶の総周期数との関係を示す。
【００６５】
本実施の形態のスラブ型フォトニック結晶を応用したスラブ導波路は、図５に示すように、基板４３と、前記基板４３上のスラブ中に前記スラブの膜厚方向に伸びる空孔４２を２次元周期的に配列した前記スラブ屈折率部分４１と空孔４２で構成される２次元結晶格子を有するスラブ型フォトニック結晶４７で構成され、前記スラブ型フォトニック結晶４７の入射端面４５と出射端面４６が０．１μｍ以上の曲率半径を有する曲面である。
【００６６】
図５に示すように、前記スラブ型フォトニック結晶４７が入射側と出力側に同様のビームウェスト（焦点）を有するような光学的にレンズとして機能するように入力側端面４５と出力側端面４６の曲率半径を選ぶと、入射側と出射側でビーム形状が等しくなる。すなわち、前記スラブ導波路を伝搬するビームの軌跡４４は、入射光は、入射端面で収束光に変換されるが、前記スラブ型フォトニック結晶４７中での回折により、全光路長のほぼ中央でビームウェスト（最小ビームスポット）４８を形成した後、広がり光となった光は、前記スラブ導波路出射端面で再び収束光に変換され、入射光と対称的なビーム形状となる。
【００６７】
図６より、屈折率が約１．５のスラブの場合、入射端面４５と出射端面４６が前記スラブ型フォトニック結晶４７の総周期数の約１／１０倍μｍ（総周期数の１／１０倍に単位としてマイクロメートルを付けた長さ）の曲率半径を有すれば、スラブ導波路が光学的にレンズとして機能することがわかる。
【００６８】
なお、上記スラブ導波路の端面の曲面は、図１７の（ｃ）に示す２次曲面であるが、それ以外に、図１７の（ｄ）に示すような非２次曲面や、図１７の（ｅ）に示すような中央近傍の非曲面（平面）部分と前記非曲面部分と周囲の曲面部分で構成される面や、図１７の（ｆ）に示すような回折表面を有するフレネルレンズ型の例も挙げられる。
【００６９】
（第４の実施の形態）
次に、第４の実施の形態について説明する。
【００７０】
図７に、第４の実施の形態のスラブ導波路の構成概要断面図を示す。
【００７１】
すなわち、本実施の形態のスラブ導波路は、膜厚方向に２次分布屈折率変化を有するスラブ型フォトニック結晶を応用したものである。
【００７２】
第４の実施の形態のスラブ型フォトニック結晶を応用したスラブ導波路は、図７に示すように、基板４３と、前記基板４３上のスラブ中に前記スラブの膜厚方向に伸びる空孔６２を２次元周期的に配列したものであって、前記スラブ屈折率部分６１と空孔６２で構成される２次元結晶格子を有するスラブ型フォトニック結晶６７で構成される。そして、前記スラブ屈折率部分６１と空孔６２の個々の境界が前記スラブの膜厚方向に曲面を有し、曲率半径は、前記スラブ屈折率部分６１の１周期分の入射側焦点距離と出射側焦点距離の和が周期的に並ぶ前記スラブ屈折率部分６１と前記空孔６２で構成される２次元結晶格子の周期と等しい。
【００７３】
すなわち、空孔６２の形状は、スラブ膜厚方向の中央部分でその半径が小さく中央位置からスラブ面側に離れていくに従って、半径が大きくなるような形状である。そして、空孔６２とスラブ屈折率部分６１との境界面は、スラブ膜厚方向で２次関数に従った曲線になっている。
【００７４】
図７に示すように、前記スラブ屈折率部分６１の１周期分の入射側焦点距離と出射側焦点距離が互いに等しく、前記焦点距離の２倍が周期的に並ぶ前記スラブ屈折率部分６１と前記空孔６２で構成される２次元結晶格子の周期と等しくなる曲率半径を選ぶ場合も、前記スラブ導波路の入射側と出射側でビーム形状が等しくなる。すなわち、前記スラブ導波路を伝搬するビームの軌跡６８は、スラブ屈折率部分６１の１周期分の入射側と出射側にビームウェスト（６３、６４）を持つので、前記スラブ型フォトニック結晶６７の入射側と出射側にも対称的なビームウェスト（６５、６６）を持つ。
【００７５】
前記スラブ屈折率部分６１の１周期分の入射側と出射側にビームウェスト（６３、６４）を有する条件は、図６における総周期が１周期の場合に相当し、約０．２２μｍ-1（＝２２０ｍｍ-1）の曲率半径となる。
【００７６】
このように、入射端および出射端の曲率半径が０．１μｍ-1以上の曲率半径を有する前記スラブ型フォトニック結晶４７や、入射端および出射端０．１μｍ-1以上の曲率半径を有する個々のスラブ屈折率部分６１と空孔６２の周期配列で構成される前記スラブ型フォトニック結晶６７を使用することにより、前記スラブ型フォトニック結晶４７、６７の膜厚に関係なくビーム軌跡は前記スラブ型フォトニック結晶の膜厚内に収まり、基板付の場合でもビーム軌跡は基板との境界に達しないので光は漏れなく伝搬できる。さらに、端面の曲率半径はレンズのように機能し、任意の角度入射の光においても伝搬速度が等しくなるのでシングルモード条件、またはシングルモード条件に近いモード無分散となるための条件を満足することができる。従って、スラブ型フォトニック結晶は、光ファイバーのモードフィールド径合うように膜厚も設定できるので、容易に結合可能である。
【００７７】
なお、以上はスラブ屈折率が約１．５の場合を説明したが、上記曲率半径を満足すれば屈折率は任意でよく、材料も光学的に透明であれば良い。一般的には、フォトニック結晶の構成としては、１．０〜４．０程度の屈折率変調がよく使用され、上記のように固体スラブ（ＳｉやＧａＡｓやTi2O5などの高屈折材料やポリマーやガラスなどの低屈折率材料）に空孔を分布させる以外に、高屈折率材料のスラブ（ＳｉやＧａＡｓやTi2O5など）に低屈折率の柱状物質（ポリマーやガラスなど）を分布させることも可能である。また、上記に記載のポリマー材料として、アクリル系（ＰＭＭＡ、ＵＶアクリルレートポリマーなど）、エポキシ系、ポリイミド系、シリコーン系などが挙げられる。
【００７８】
また、フォトニック結晶は屈折率が重要なので、上記材料以外でも上記屈折率の条件を満足する材料あれば固体（酸化物など誘電体全般）でも液体（水やエチレングリコールなど）でも気体（空気や不活性ガスなど）でも何でも良い。
【００７９】
なお、上記第１及び第２の実施の形態で説明した屈折率分布型スラブの屈折率分布のプロファイルは、図１７の（ａ）に示すように２次曲線だけでなく、図１７の（ｂ）に示すように中心付近で屈折率がほぼ一定となるハイブリッド型も可能である。
【００８０】
また、上記第３及び第４の実施の形態で説明したスラブの入射端と出射端面の曲面のプロファイルは、図１７の（ｃ）に示すように２次曲面型だけでなく、図１７の（ｄ）に示すような非２次曲面型や、図１７の（ｅ）に示すような曲面と非曲面が混在するハイブリッド型や、図１７の（ｆ）に示すような回折を利用するフレネル型も可能である。
【００８１】
また、以上は、図８の（ａ）のように基板７１上にスラブ型フォトニック結晶７０を形成した例であるが、第１の実施の形態と第２の実施の形態に示す屈折率分布レンズ型スラブ型フォトニック結晶や第３の実施の形態と第４の実施の形態に示す曲面レンズ型スラブ型フォトニック結晶は伝搬ビームが前記スラブ型フォトニック結晶の膜厚方向の境界に達することが無いので、光伝搬状態は基板の状態に依らない。従って、基板状態に関しては、図８の（ｂ）に示すように基板部分にも空孔を有する構造や、図８の（ｃ）に示すように基板の無い構造でもかまわない。
【００８２】
次に、上記膜厚方向に屈折率分布を有するスラブ型フォトニック結晶の作製方法の実施の形態について説明する。
【００８３】
膜厚方向に屈折率分布を有するスラブ型フォトニック結晶の作製方法は、大別して次の２通り考えられる。
【００８４】
（１）屈折率が異なる個々のフィルムの膜厚方向に２次元周期的に空孔を配列し、前記空孔位置が一致するように前記フィルムを積層方向に所望の屈折率分布となる順番に積層する。
【００８５】
（２）屈折率が異なる複数のフィルムを積層して屈折率分布を有するスラブ導波路を作製した後、膜厚方向に２次元周期的に配置する空孔を作製する。
【００８６】
以下、作製方法（１）の例を第５の実施の形態に、作製方法（２）の例を第６の実施の形態に示す。
【００８７】
（第５の実施の形態）
次に、第５の実施の形態について説明する。
【００８８】
図９および図１０に、第５の実施の形態のスラブ導波路の作成方法の概要図を示す。
【００８９】
すなわち、図９および図１０は、２次元周期的に空孔を配列した屈折率分布スラブ型フォトニック結晶で構成されるスラブ導波路を作成する方法を示す図である。
【００９０】
本実施の形態の本屈折率分布スラブ型フォトニック結晶を応用したスラブ導波路の作製方法は、図９の（ｃ）に示すように、所望のスラブ導波路８０の膜厚方向の理想的な屈折率分布を膜厚方向にｍ個に分割し、前記分割したｍ個の部分スラブの個々の屈折率を前記部分スラブの分布する屈折率の最大値と最小値の間のある値、例えば、平均値と決め（第ｋ番目の部分スラブの屈折率：nk）（ｋ＝1〜ｍ）、図９の（ａ）に示すように前記ｍ個の部分スラブに対応する屈折率のｍ個のフィルム８１（第１番目のフィルム〜第ｍ番目のフィルム）を用意する。前記個々のフィルム８１について、前記スラブ型フォトニック結晶８０の２次元周期的に配列する空孔８２位置に、突起８３を有する金型８４を前記フィルム８１にプレスして所望の空孔８２を形成した後、前記金型８４を前記フィルム８１から離す。この時、図９の（ａ）に示すように金型８４を加熱した状態でプレスすると空孔加工が容易になる。また、金型８４だけでなく、フィルム８１も含めて全体を加熱してもかまわない。
【００９１】
次に、空孔形成済みフィルムであるフォトニック結晶フィルムを空孔位置を揃えて積層する方法について説明する。
【００９２】
まず、第１の方法としては、次のような方法がある。すなわち、図９の（ｂ）に示すように、空孔形成済みフィルムであるフォトニック結晶フィルム８６を積層する毎にフォトニック結晶フィルム８６に垂直に、単一波長光８７を照射し、積層フィルム８８からの干渉光８９を観測しながら、積層するフォトニック結晶フィルム８６を水平方向に移動させ、干渉光８９の分布が対称になるところでフィルムを位置決めして積層する。
【００９３】
次に、第２の方法としては、次のような方法がある。すなわち、図１０の（ｂ）に示すように、空孔形成済みフィルムであるフォトニック結晶フィルム８６の形成された空孔よりも細い複数の位置決めピン９１を基板９０上のフィルムの空孔位置に立てた状態で、複数のフィルムを順番に積層する。
【００９４】
（第６の実施の形態）
次に、第６の実施の形態について説明する。
【００９５】
図１１及び図２０に第６の実施の形態のスラブ導波路の作成方法の概要図を示す。
【００９６】
すなわち、図１１は、２次元周期的に空孔を配列した屈折率分布スラブ型フォトニック結晶で構成されるスラブ導波路の第１の作製方法を示す概要図であり、図２０は、２次元周期的に空孔を配列した屈折率分布スラブ型フォトニック結晶で構成されるスラブ導波路の第２の作製方法を示す概要図である。
【００９７】
まず、図１１に示すスラブ導波路の第１の作製方法について説明する。
【００９８】
第１の作製方法は、図１１の（ａ）に示すように、まず、所望のスラブ導波路１００の膜厚方向の理想的な屈折率分布を膜厚方向にｍ個に分割する。そして、前記分割したｍ個の部分スラブの個々の屈折率を前記部分スラブの分布する屈折率の最大値と最小値の間のある値、例えば、平均値と決め（第ｋ番目の部分スラブの屈折率：nk）（ｋ＝1〜ｍ）、前記ｍ個の部分スラブに対応する屈折率のｍ個のフィルム１０１（第１番目のフィルム〜第ｍ番目のフィルム）を用意する。、そして、前記フィルム１０１を第１番目から第ｍ番目まで順番に積層する。ただし、フィルム１０１の膜厚は、積層時にスラブの膜厚となるように、個々のフィルム１０１の膜厚と積層数を調整する。
【００９９】
そして、図１１の（ｂ）に示すように、前記屈折率の異なるフィルムの積層により構成された膜厚方向に擬似２次屈折率分布、すなわち、実質上２次関数に従った屈折率分布を有する屈折率分布スラブ導波路１０２に対して、所望の２次元周期的に配列する空孔１０６の位置に突起１０３を有する金型１０４を前記スラブ導波路にプレスして所望の空孔１０６を形成する。その後、前記金型１０４を前記スラブ導波路から分離する。この時、金型１０４を加熱した状態でプレスすると空孔加工が容易になる。また、金型だけでなく、フィルムも含めて全体を加熱してもかまわない。
【０１００】
以上スラブ導波路の第１の作製方法について説明した。次に、スラブ導波路の第２の作製方法について説明する。
【０１０１】
すなわち、第２の作製方法のうち、フィルム積層により形成された屈折率分布を有するスラブ導波路１９０を作製する方法は図１１の（ａ）と同様である。図２０のスラブ導波路１９０の穴あけ方法として、以下の方法がある。すなわち、図２０の（ａ）に示すように所望の位置に２次元周期的に配列した空孔を有するマスク１９１を重ねた状態で、図２０の（ｂ）に示すようにイオンビーム１９２を照射して、前記屈折率分布スラブ導波路１９０の前記マスクの空孔位置にトラック１９３を形成するイオン注入プロセス（トラッキングプロセス）を行なう。その後、図２０の（ｃ）に示すように、前記イオン照射済みの屈折率分布スラブ導波路１９０を強アルカリ（ＮａＯＨ）１９５のエッチング液に浸漬するプロセス（エッチングプロセス）を行うことで前記マスク１９１の空孔パターンを前記屈折率分スラブ導波路１９０に転写する。なお、前記スラブ導波路の空孔の大きさは前記エッチング条件（濃度、時間など）で制御する。
【０１０２】
また、前記マスク１９１を使用して前記スラブ導波路に空孔を形成する方法として、その他のドライエッチなどの方法も可能である。
【０１０３】
次に、上記膜厚方向に屈折率分布を有するスラブ導波路の作製方法の実施の形態について説明する。
【０１０４】
膜厚方向に屈折率分布を有するスラブ導波路の作製方法は、大別して次の２通りが考えられる。
【０１０５】
（１）拡大・縮小のプロセスを使用せず実寸大で屈折率分布を形成する。
【０１０６】
（２）スラブ導波路の相似関係にある屈折率分布を有するスラブを作製し、前記スラブを縮小・拡大することで所望の屈折率分布を有するスラブ導波路を作製する。
【０１０７】
以下、作製方法（１）の例を第７の実施の形態〜第１０の実施の形態に、作製方法（２）の例を第１１実施の形態〜第１４実施の形態に示す。
【０１０８】
（第７の実施の形態）
次に、第７の実施の形態について説明する。
【０１０９】
図１２の（ａ）に膜厚方向に屈折率分布を有するスラブ導波路の第７の実施の形態の作製方法の概要図を示す。
【０１１０】
本実施の形態の本屈折率分布を有するスラブ導波路の作製方法は、図１２の（ａ）に示すように、まず、所望のスラブ導波路の膜厚方向の理想的な屈折率分布を膜厚方向にｍ個に分割し、前記分割したｍ個の部分スラブの個々の屈折率を前記部分スラブの分布する屈折率の最大値と最小値の間のある値、例えば、平均値と決め（第ｋ番目の部分スラブの屈折率：nk）（ｋ＝1〜ｍ）、前記ｍ個の部分スラブに対応する複数の屈折率の未硬化ポリマーを用意する。次に、基板１１０上に第k番目の未硬化ポリマー（屈折率：nk）を塗布し（ｋ＝１，２，・・・ｍの順）、ブレード１１３で前記第ｋ番目の部分スラブの膜厚の第ｋ番目のフィルムになるように未硬化ポリマーを引伸ばした後、前記未硬化ポリマー１１１を硬化する。上記未硬化ポリマー１１１の塗布・引伸ばし・硬化を第１番目のフィルムから第ｍ番目のフィルムまで繰り返すことにより、膜厚方向に屈折率分布を有するスラブ導波路を作製することができる。
【０１１１】
なお、未硬化ポリマー１１１の硬化方法としては、加熱やＵＶ照射などが挙げられる。
【０１１２】
（第８の実施の形態）
次に、第８の実施の形態について説明する。
【０１１３】
図１２の（ｂ）に、膜厚方向に屈折率分布を有するスラブ導波路の第８の実施の形態の作製方法の概要図を示す。
【０１１４】
本実施の形態の本屈折率分布を有するスラブ導波路の作製方法は、図１２の（ｂ）に示すように、まず、所望のスラブ導波路の膜厚方向の理想的な屈折率分布を膜厚方向にｍ個に分割し、前記分割したｍ個の部分スラブの個々の屈折率を前記部分スラブの分布する屈折率の最大値と最小値の間のある値、例えば、平均値と決め（第ｋ番目の部分スラブの屈折率：nk）（ｋ＝1〜ｍ）、前記ｍ個の部分スラブに対応する複数の屈折率の未硬化ポリマーを用意する。次に、基板１１０上に第k番目の未硬化ポリマー（屈折率：nk）を塗布し（ｋ＝１，２，・・・ｍの順）、スピンコーター１１４で基板１１０及び第ｋ−１番目の硬化済ポリマー上の第ｋ番目の未硬化ポリマーに遠心力を与え、前記第ｋ番目の未硬化ポリマーの膜厚が硬化後に前記第ｋ番目の部分スラブの膜厚の第ｋ番目のフィルムになるように前記第ｋ番目の未硬化ポリマーを伸張後、前記第ｋ番目の未硬化ポリマー１１１を硬化する。上記未硬化ポリマー１１１の塗布・伸張・硬化を第１番目のフィルムから第ｍ番目のフィルムまで繰り返すことにより、膜厚方向に屈折率分布を有するスラブ導波路を作製することができる。
【０１１５】
なお、未硬化ポリマー１１１の硬化方法としては、加熱やＵＶ照射などが挙げられる。
【０１１６】
（第９の実施の形態）
次に、第９の実施の形態について説明する。
【０１１７】
図１２の（ｃ）に膜厚方向に屈折率分布を有するスラブ導波路の第９実施の形態の作製方法の概要図を示す。
【０１１８】
本実施の形態の本屈折率分布を有するスラブ導波路の作製方法は、図１２(ｃ)に示すように、まず、所望のスラブ導波路の膜厚方向の理想的な屈折率分布を膜厚方向にｍ個に分割し、前記分割したｍ個の部分スラブの個々の屈折率を前記部分スラブの分布する屈折率の最大値と最小値の間のある値、例えば、平均値と決め（第ｋ番目の部分スラブの屈折率：nk）（ｋ＝1〜ｍ）、前記ｍ個の部分スラブに対応する複数の屈折率を有する光学的に透明な材料１１５を用意する。次に、基板１１０上に第k番目の材料（屈折率：nk）をスパッタなどで前記第ｋ番目の材料の膜厚が前記第ｋ番目の部分スラブの膜厚になるように堆積・積層する（ｋ＝１，２，・・・ｍの順）。上記材料の１１５の薄膜堆積プロセスを第１番目の堆積薄膜から第ｍ番目の堆積薄膜まで繰り返すことにより、膜厚方向に屈折率分布を有するスラブ導波路を作製することができる。
【０１１９】
なお、前記光学的に透明な材料１１５としては、ポリマー、ガラス、化合物半導体、酸化物（セラミック）など、屈折率制御が可能な材料が挙げられる。
【０１２０】
（第１０の実施の形態）
次に、第１０の実施の形態について説明する。
【０１２１】
図１２の（ｄ）に膜厚方向に屈折率分布を有するスラブ導波路の第１０実施の形態の作製方法の概要図を示す。
【０１２２】
本屈折率分布を有するスラブ導波路の作製方法の実施例は、図１２（ｄ）に示すように、まず、所望の屈折率分布の最大の屈折率を均質に有する屈折率均質スラブ１１７を用意し、前記屈折率均質スラブ導波路の屈折率を下げるイオン１１９を有する電離媒体（電解液）１１８に前記屈折率均質スラブ１１７を浸漬する。前記電離媒体（電解液）１１８内のイオン１１９は前記屈折率均質スラブ１１７の表面から進入し、前記屈折率均質スラブ１１７内のイオンを置換する。そのイオン置換量は、前記屈折率均質スラブ１１７の表面から内側に向かって少なくなるので、屈折率が均質であった前記屈折率均質スラブ１１７の屈折率は、中央で屈折率が最大となる屈折率分布を有するスラブ導波路となる。なお、前記屈折率分布は、イオン交換条件（濃度、温度、時間など）制御する。
【０１２３】
前記屈折率均質スラブ１１７としてはガラスなどを、屈折率を下げるイオン１１９としてはフッ素イオンなどが挙げられる。
【０１２４】
なお、本実施の形態の屈折率均質スラブ１１７は本発明のフィルム状スラブ素材の例である。
【０１２５】
（第１１の実施の形態）
次に、第１１の実施の形態について説明する。
【０１２６】
図１３に膜厚方向に屈折率分布を有するスラブ導波路の第１１実施の実施の形態の作製方法の概要図を示す。
【０１２７】
本実施の形態の本屈折率分布を有するスラブ導波路の作製方法は、図１３に示すように、所望のスラブ導波路１２０の膜厚方向の理想的な屈折率分布を膜厚方向にｍ個に分割し、前記分割したｍ個の部分スラブの個々の屈折率を前記部分スラブの分布する屈折率の最大値と最小値の間のある値、例えば、平均値と決め（第ｋ番目の部分スラブの屈折率：nk）（ｋ＝1〜ｍ）、前記ｍ個の部分スラブに対応する屈折率のｍ個の厚膜フィルム１２１（第１番目の厚膜フィルム〜第ｍ番目の厚膜フィルム）を用意する。平面を有する台１２２の平面１２４上に前記厚膜フィルムを第１番目から第ｍ番目まで順番に積層し、前記台の平面１２４と前記平面１２４と互いに平行な平面１２５を有する加圧部１２３の前記平面１２５の間に前記積層した圧膜フィルム挟み、前記積層した圧膜フィルムの膜厚が所望のスラブ導波路１２０の膜厚になるまで加重を加える。このとき、前記積層した厚膜フィルムを加熱すると加工が容易になる。
【０１２８】
このように、所望の屈折率分布を有するスラブ導波路に相似関係にある屈折率分布を有するスラブを圧縮することにより、μｍオーダーの光学材料の作製も容易になる。
【０１２９】
（第１２の実施の形態）
次に、第１２の実施の形態について説明する。
【０１３０】
図１４に、膜厚方向に屈折率分布を有すると同時に、ある一定方向に膜厚が変化し、前記屈折率分布が前記分布する膜厚に比例して変化するスラブ導波路の第１２の実施の形態の作製方法の概要図を示す。
【０１３１】
本実施の形態の本屈折率分布を有するスラブ導波路の作製方法は、図１４に示すように、膜厚方向に屈折率分布を有すると同時に、ある一定方向に膜厚が変化し、前記屈折率分布が前記分布する膜厚に比例して変化するスラブ導波路１３０の膜厚方向の理想的な屈折率分布を膜厚方向にｍ個に分割し、前記分割したｍ個の部分スラブの個々の屈折率を前記部分スラブの分布する屈折率の最大値と最小値の間のある値、例えば、平均値と決め（第ｋ番目の部分スラブの屈折率：nk）（ｋ＝1〜ｍ）、前記ｍ個の部分スラブに対応する屈折率のｍ個の厚膜フィルム１３１（第１番目の厚膜フィルム〜第ｍ番目の厚膜フィルム）を用意する。平面を有する台１３２の平面１３４上に前記厚膜フィルムを第１番目から第ｍ番目まで順番に積層し、前記台の平面１３４と前記平面１３４との距離が前記スラブ導波路１３０の膜厚変化に応じて単調変化する面１３５を有する加圧部１３３の前記面１３５の間に前記積層した圧膜フィルム挟み、前記積層した圧膜フィルムの膜厚が所望のスラブ導波路１３０の膜厚になるまで加重を加える。このとき、前記積層した厚膜フィルムを加熱すると加工が容易になる。
【０１３２】
このように、所望の屈折率分布を有するスラブ導波路に相似関係にある屈折率分布を有するスラブを圧縮することにより、μｍオーダーの光学材料の作製も容易になる。
【０１３３】
図１４の膜厚方向に屈折率分布を有すると同時に、ある一定方向に膜厚が変化し、前記屈折率分布が前記分布する膜厚に比例して変化するスラブ導波路は、膜厚の大きい端１３６と膜厚の小さな端１３７のモードフィールドが異なるため、モード変換器として利用できる。さらに、前記スラブ導波路１３０の膜厚方向と前記膜厚の大きい端１３６と膜厚の小さな端１３７を結ぶ光軸に垂直な方向の幅１３８をシングルモード条件、またはシングルモード条件に近いモード無分散となるための条件を満足する大きさにすると、前記モード変換機はシングルモードのモード変換器として利用できる。
【０１３４】
（第１３の実施の形態）
次に、第１３の実施の形態について説明する。
【０１３５】
図１５に膜厚方向に屈折率分布を有するスラブ導波路の第１３実施の形態の作製方法の概要図を示す。
【０１３６】
本実施の形態の本屈折率分布を有するスラブ導波路の作製方法は、図１５に示すように、所望のスラブ導波路１４０の膜厚方向の理想的な屈折率分布を膜厚方向にｍ個に分割し、前記分割したｍ個の部分スラブの個々の屈折率を前記部分スラブの分布する屈折率の最大値と最小値の間のある値、例えば、平均値と決め（第ｋ番目の部分スラブの屈折率：nk）（ｋ＝1〜ｍ）、前記ｍ個の部分スラブに対応する屈折率のｍ個の厚膜フィルム１４１（第１番目の厚膜フィルム〜第ｍ番目の厚膜フィルム）を用意する。次に、スラブ導波路１４０の膜厚と同じ間隔を有し、互いに反対方向に回転する対抗する２個のローラー（１４２、１４３）間に前記ローラーの回転方向に向かって前記厚膜フィルムを第１番目から第ｍ番目まで順番に積層した積層厚膜フィルムを挿入する。挿入した積層厚膜フィルムは、前記２個のローラー（１４２、１４３）によりスラブ導波路１４０の膜厚まで圧延される。このとき、前記積層した厚膜フィルムを加熱すると加工が容易になる。
【０１３７】
また、図は省略するが、平面上に積層厚膜フィルム上でローラーで加重しながら転がすことにより、前記積層厚膜フィルムを引伸ばす（圧延する）ことも可能である。
【０１３８】
なお、前記圧延プロセスを複数回に分け、段階的に前記積層厚膜フィルムを薄くしても良い。
【０１３９】
このように、所望の屈折率分布を有するスラブ導波路に相似関係にある屈折率分布を有するスラブを圧縮することにより、μｍオーダーの光学材料の作製も容易になる。
【０１４０】
（第１４の実施の形態）
次に、第１４の実施の形態について説明する。
【０１４１】
図１６に膜厚方向に屈折率分布を有するスラブ導波路の第１４実施の形態の作製方法の概要図を示す。
【０１４２】
本屈折率分布を有するスラブ導波路の作製方法の実施例は、図１６に示すように、所望のスラブ導波路１５０の膜厚方向の理想的な屈折率分布を膜厚方向にｍ個に分割し、前記分割したｍ個の部分スラブの個々の屈折率を前記部分スラブの分布する屈折率の最大値と最小値の間のある値、例えば、平均値と決め（第ｋ番目の部分スラブの屈折率：nk）（ｋ＝1〜ｍ）、前記ｍ個の部分スラブに対応する屈折率のｍ個の厚膜フィルム１５１（第１番目の厚膜フィルム〜第ｍ番目の厚膜フィルム）を用意する。次に、前記厚膜積層フィルム１５１の対抗する端を冶具（１５２、１５３）で保持し、前記冶具（１５２、１５３）を相対的に遠ざけて、前記厚膜積層フィルム１５１に対して面に平行に外側へ張力を加えることにより、前記厚膜積層フィルム１５１の膜厚をスラブ導波路１５０の膜厚まで薄くする。このとき、前記積層した厚膜フィルム１５０を加熱すると加工が容易になる。
なお、前記引張りプロセスを複数回に分け、段階的に前記積層厚膜フィルムを薄くしても良い。
【０１４３】
このように、所望の屈折率分布を有するスラブ導波路に相似関係にある屈折率分布を有するスラブを圧縮することにより、μｍオーダーの光学材料の作製も容易になる。
【０１４４】
（第１５の実施の形態）
次に、第１５の実施の形態について説明する。
【０１４５】
図１８に膜厚方向に屈折率分布を有するスラブ導波路の第１５実施の形態の概要図を示す。
【０１４６】
膜厚方向に屈折率分布を有するスラブ導波路の第１５実施の形態は、図１８に示すように、膜厚方向の中央近傍の最大屈折率部分と、前記最大屈折率部分から離れるに従って屈折率が２次曲線に沿って低下する屈折率低下部分で構成される屈折率分布スラブ導波路１７０と、前記屈折率分布スラブ導波路１７０内において入射光を拡散する拡散面１７１で構成される。本実施例は、前記屈折率分布スラブ導波路１７０に対する入射光１７４と出射光１７５の結合方法で、主に図１８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の３種類に分類される。
【０１４７】
（１）直線型マルチキャスト
図１８の（ａ）に示すように、光の入射面１７２と出射面１７３が前記屈折率分布スラブ導波路１７０の膜厚方向に対して平行で、前記入射光拡散面１７１も前記膜厚方向に平行である。
【０１４８】
この場合、入射光１７４は、屈折率分布スラブ導波路１７０に平行に入射し、前記拡散面１７１において前記屈折率分布スラブ導波路１７０の膜厚方向に対して垂直方向に光が一様に拡散し、出射面のいずれの位置からもほぼ等量の光量の出射光１７５を受けることができる。
【０１４９】
（２）反射型マルチキャスト
図１８の（ｂ）に示すように、光の入射面と出射面が前記屈折率分布スラブ導波路１７０の膜厚方向に対して互いに反対方向に４５°傾いた傾斜入射面１７７と傾斜出射面１７８となり、前記入射光拡散面１７１も、傾斜入射面１７７同様４５°傾いている。
【０１５０】
この場合、入射光１７４は、屈折率分布スラブ導波路１７０の膜厚方向に入射して４５°傾いた傾斜入射面１７７で反射して前記屈折率分布スラブ導波路１７０に結合される。前記傾斜入射面１７７上の拡散面１７１によって入射光は、前記屈折率分布スラブ導波路１７０の膜厚方向に対して垂直方向に光が一様に拡散し、前記傾斜出射面１７８での反射により、屈折率分布スラブ導波路１７０の膜厚方向のいずれの位置からもほぼ等量の光量の出射光１７５を受けることができる。
【０１５１】
（３）カプラー型マルチキャスト
図１８の（ｃ）に示すように、前記屈折率分布スラブ導波路１７０の膜厚方向に平行な入射面と出射面のそれぞれの近傍にプリズムカプラー１７９を設け、前記拡散面は、入射面同様膜厚方向である。
【０１５２】
この場合、入射光１７４は、屈折率分布スラブ導波路１７０の膜厚方向に傾けてプリズムカプラー１７９へ入射し、前記屈折率分布スラブ導波路１７０に結合される。前記入射面上の拡散面によって入射光は、前記屈折率分布スラブ導波路１７０の膜厚方向に対して垂直方向に光が一様に拡散し、前記屈折率分布スラブ導波路１７０を結合した一方のプリズムカプラー１７９を介して出射面のいずれの位置からもほぼ等量の光量の出射光１７５を受けることができる。
【０１５３】
ここで、図示していないが、前記出射面に複数の受光部を設けると、１個の光入力信号を複数個の受光信号に分配することができる。
【０１５４】
また、前記屈折率分布スラブ導波路１７０の２次曲線に沿った屈折率低下部分により、中心から離れるに従って屈折率が低下するので中心から離れる位置を通る高次モードほど速度が速く、中心に近い屈折率が高い位置を通る低次モードほど速度が遅いので、前記低次モードから高次モードの渡って等速伝搬（モード無分散）、すなわちシングルモードと同様の伝搬が可能となり、屈折率が一様なスラブ導波路に比べて光高速通信が可能となる。
【０１５５】
上記のような、拡散面を有する入射面と対応する出射面は、同一の前記屈折率分布スラブ導波路１７０において複数存在しても良く、入射光と前記屈折率分布スラブ導波路１７０の結合方法も混在しても問題ない。
【０１５６】
（第１６の実施の形態）
次に、第１６の実施の形態について説明する。
【０１５７】
図１９の（ａ）に膜厚方向に屈折率分布を有するスラブ導波路の第１６実施の形態の概要図を示す。
【０１５８】
本実施の形態の膜厚方向に屈折率分布を有するスラブ導波路は、図１９の（ａ）に示すように、膜厚方向の中央近傍の最大屈折率部分と、前記最大屈折率部分から離れるに従って屈折率が２次曲線に沿って低下する屈折率低下部分で構成される屈折率分布スラブ導波路１７０と、前記屈折率分布スラブ導波路１７０内において入射光を拡散する拡散面１７１で構成される屈折率分布スラブ導波路を、前記拡散面を同方向に揃えた状態で、膜厚方向に積層した構成を有する。
【０１５９】
このように、前記屈折率分布スラブ導波路１７０を多層化した多層屈折率分布スラブ導波路１８４を使用すると、複数の入射光を束ねた入射部（図示せず）と前記多層屈折率分布スラブ導波路１８４のパッシブアラインメント（固定部を使用した機械精度での光結合）が一度に可能となる。また、出力側についても同様に複数の受光部を束ねた受光部（図示せず）と前記多層屈折率分布スラブ導波路１８４のパッシブアラインメントか可能となる。
【０１６０】
（第１７の実施の形態）
次に、第１７の実施の形態について説明する。
【０１６１】
図１９の（ｂ）に膜厚方向に屈折率分布を有するスラブ導波路の第１７実施の形態の概要図を示す。
【０１６２】
本実施の形態の膜厚方向に屈折率分布を有するスラブ導波路は、図１９の（ｂ）に示すように、本願第１５の実施の形態の（２）反射型マルチキャストの屈折率分布スラブ導波路と、プリント基板などの電気用絶縁基板１８０を積層した構成を有し、前記電気用絶縁基板１８０において前記屈折率分布スラブ導波路１７０の膜厚方向の入射光１８２と出射光１８３が通る部分にスルーホール１８１を設けることにより入射光１８２と出射光１８３と前記屈折率分布スラブ導波路の結合を可能にする。
【０１６３】
このように、前記屈折率分布スラブ導波路１７０と電気用絶縁基板１８０を多層化したハイブリッド導波路を使用すると、電気回路と光回路の実装が容易になると同時に、小型化も可能となる。
【０１６４】
なお、前記プリント基板などの電気用絶縁基板１８０としては、３次元電気実装などの多層プリント基板などでも良い。
【０１６５】
なお、本願明細書に開示された各発明の相互の関係は、以下の通りである。
【０１６６】
第１の発明は、スラブ中に前記スラブの屈折率とは異なる屈折率を有する柱状物質を前記スラブ面に沿って２次元周期的に配列した２次元結晶格子を備え、
前記スラブ中の前記柱状物質部分以外のスラブ屈折率部分の屈折率と、前記柱状物質の個数及び形状及び屈折率とが、入射されてきた光束が最も広がる際の、前記スラブ厚さ方向の前記光束の大きさが、前記スラブ厚さを越えないように構成されているスラブ導波路である。
【０１６７】
また、第２の発明は、前記スラブ屈折率部分は、屈折率の分布が一様でない第１の発明のスラブ導波路である。
【０１６８】
また、第３の発明は、前記スラブ屈折率部分の前記スラブ面と直交する方向の屈折率は、前記スラブ屈折率部分の端部以外の所定部分において最大であり、前記所定部分からの距離の２次関数に従って低下する第２の発明のスラブ導波路である。
【０１６９】
また、第４の発明は、前記スラブ屈折率部分の前記スラブ面と直交する方向の屈折率は、前記スラブ屈折率部分の端部以外の所定の長さの領域において実質上一定であり、前記所定の長さの領域の端部からの距離の２次関数に従って低下する第２の発明のスラブ導波路である。
【０１７０】
また、第５の発明は、前記距離の２次関数に従って低下する部分の屈折率の屈折率分布定数は、１ｍｍ-1以上である第３または４の発明のスラブ導波路である。
【０１７１】
また、第６の発明は、前記柱状物質は、屈折率が一様な気体である第３または４の発明のスラブ導波路である。
【０１７２】
また、第７の発明は、前記距離の２次関数に従って低下する部分の屈折率の屈折率分布定数は、全光路長が光学的に０．５の整数倍のピッチとなるような屈折率分布定数である第３または４の発明のスラブ導波路である。
【０１７３】
また、第８の発明は、前記距離の２次関数に従って低下する部分の屈折率の屈折率分布定数は、前記スラブ屈折率部分の入射側焦点距離と出射側焦点距離との和が、前記スラブ屈折率部分と前記柱状物質とで構成される構成単位の長さと等しくなるような屈折率分布定数である第３または４の発明のスラブ導波路である。
【０１７４】
また、第９の発明は、前記距離の２次関数に従って低下する部分の屈折率の屈折率分布定数は、前記スラブ屈折率部分の入射側焦点距離と出射側焦点距離とが等しくなるような屈折率分布定数である第８の発明のスラブ導波路である。
【０１７５】
また、第１０の発明は、複数の前記スラブ屈折率部分のうち、光の入力端面となる前記スラブ屈折率部分の入力端面、及び光の出力端面となる前記スラブ屈折率部分の出力端面の少なくとも一方の端面は曲面を有する第３または４の発明のスラブ導波路である。
【０１７６】
また、第１１の発明は、複数の前記スラブ屈折率部分のうち、光の入力端面となる前記スラブ屈折率部分の入力端面、及び光の出力端面となる前記スラブ屈折率部分の出力端面の少なくとも一方の端面は、前記スラブ屈折率部分の端部以外の所定の面が平面であり、前記平面の外側に曲面を有する第３または４の発明のスラブ導波路である。
【０１７７】
また、第１２の発明は、前記曲面は、０．１μｍ以上の曲率半径を有する曲面である第１０または１１の発明のスラブ導波路である。
【０１７８】
また、第１３の発明は、前記曲面は、前記スラブ屈折率部分及び前記柱状物質から構成される構成単位を１周期とした場合の総周期数の１／１０倍μｍ以上の曲率半径を有する曲面である第１０または１１の発明のスラブ導波路である。
【０１７９】
また、第１４の発明は、前記スラブ屈折率部分と前記柱状物質との境界面のうち、少なくとも１つの境界面は曲面を有している第１の発明のスラブ導波路である。
【０１８０】
また、第１５の発明は、前記スラブ屈折率部分と前記柱状物質との境界面は、前記スラブの膜厚方向に曲面を有する第１４の発明のスラブ導波路である。
【０１８１】
また、第１６の発明は、前記スラブ屈折率部分と前記柱状物質との境界面は、前記スラブ屈折率部分の端部以外の所定の長さの領域で平面を有し、前記所定の長さの領域の外側で前記スラブの膜圧方向に曲面を有する第１４の発明のスラブ導波路である。
【０１８２】
また、第１７の発明は、前記曲面の曲率半径は、前記スラブ屈折率部分の入射側焦点距離と出射側焦点距離との和が、前記スラブ屈折率部分と前記柱状物質とで構成される構成単位の長さと等しくなるような曲率半径である第１５または１６の発明のスラブ導波路である。
【０１８３】
また、第１８の発明は、前記曲面の曲率半径は、前記スラブ屈折率部分の入射側焦点距離と出射側焦点距離とが等しくなるような曲率半径である第１７の発明のスラブ導波路である。
【０１８４】
また、第１９の発明は、前記曲面の曲率半径は、０．１μｍ以上である第１５または１６の発明のスラブ導波路である。
【０１８５】
また、第２０の発明は、前記スラブ面の少なくとも一方に前記スラブ面と接する膜状物質を備えた第１〜１９の発明のいずれかのスラブ導波路である。
【０１８６】
また、第２１の発明は、入射光の入射面に少なくとも一つの入射光拡散部分を備えた第３、４、１５、１６の発明のいずれかのスラブ導波路である。
【０１８７】
また、第２２の発明は、前記入射光拡散部分は、前記入射光が最初に反射する面に設けられている第２１の発明のスラブ導波路である。
【０１８８】
また、第２３の発明は、第２１の発明のスラブ導波路を、複数個膜圧方向に積層したスラブ導波路である。
【０１８９】
また、第２４の発明は、電気用基板と、
前記電気用基板にその膜圧方向に積層された第２１の発明のスラブ導波路とを備えたスラブ導波路である。
【０１９０】
また、第２５の発明は、前記電気用基板に入射光と出射光との少なくとも一つを通過させるスルーホールが形成されている第２４の発明のスラブ導波路である。
【０１９１】
また、第２６の発明は、屈折率が異なり孔のあいた複数のフィルムを前記孔の位置をあわせながら積層して積層体を形成する積層工程を備え、
前記積層体のフィルム部分はスラブとして機能するものであり、
前記孔の部分は柱状物質として機能するものであるスラブ導波路の製造方法である。
【０１９２】
また、第２７の発明は、前記複数のフィルムのうち、最も屈折率が高いフィルムが前記積層体の端部以外の位置に位置し、その最も高い屈折率のフィルムから離れるに従って、順番に低い屈折率のフィルムが前記積層体として積層される第２６の発明のスラブ導波路の製造方法である。
【０１９３】
また、第２８の発明は、前記積層工程は、前記複数のフィルムのうちのフィルムを前記積層体に積層する際にその積層するフィルムのフィルム面と垂直に単一波長光を照射し、前記積層体からの干渉光に基づいてその積層するフィルムを位置決めすることによって前記孔の位置を膜厚方向に揃える第２６の発明のスラブ導波路の製造方法である。
【０１９４】
また、第２９の発明は、前記積層工程は、前記孔よりも細い複数の位置決めピンを前記フィルムの孔の位置に立て、その位置決めピンを利用して前記複数のフィルムの前記孔の位置を膜圧方向にそろえて積層する第２６の発明のスラブ導波路の製造方法である。
【０１９５】
また、第３０の発明は、前記孔は、予め前記フィルムに、周期的に配列した柱状突起を表面に有する金型を押し付け、その押し付けた金型を離型させることによって形成されたものである第２６の発明のスラブ導波路の製造方法である。
【０１９６】
また、第３１の発明は、屈折率が異なる複数のフィルムを積層して積層体を形成する積層工程と、
その形成された積層体に孔を形成する柱状物質形成工程とを備え、
前記積層体のフィルム部分はスラブとして機能するものであり、
前記孔の部分は柱状物質として機能するものであるスラブ導波路の製造方法である。
【０１９７】
また、第３２の発明は、前記柱状物質形成工程は、前記積層体に、周期的に配列した柱状突起を表面に有する金型を押し付け、その押し付けた金型を離型させることによって前記孔を形成する第３１の発明のスラブ導波路の製造方法である。
【０１９８】
また、第３３の発明は、前記柱状物質形成工程は、周期的に配列した孔を有するマスクを前記積層体のフィルム面に重ねた状態でイオンを注入するトラッキング工程と、
そのイオン注入済みの前記積層体をエッチング液に浸漬するエッチング工程とを有する第３１の発明のスラブ導波路の製造方法である。
【０１９９】
また、第３４の発明は、前記積層工程は、未硬化ポリマー塗布する工程と、前記未硬化ポリマーを引伸ばす工程と、その引き延ばされた前記未硬化ポリマーを硬化する工程との３工程の繰り返しで行われる第３１の発明のスラブ導波路の製造方法である。
【０２００】
また、第３５の発明は、前記積層工程は、積層材料の薄膜堆積工程の繰り返しで行われる第３１の発明のスラブ導波路の製造方法である。
【０２０１】
また、第３６の発明は、前記積層工程は、その端部以外の部分で最高屈折率となる屈折率分布となるように、屈折率の異なる厚膜フィルムを積層して屈折率分布型厚膜積層体を形成する厚膜積層体形成工程と、
前記屈折率分布型厚膜積層体の膜厚が所望の膜厚となるまで前記屈折率分布型厚膜積層体を積層方向にプレスするプレス工程とを有する第３１の発明のスラブ導波路の製造方法である。
【０２０２】
また、第３７の発明は、前記プレス工程は、互いに平行な面を有する２物体で前記屈折率分布型厚膜積層体を挟みこんで加重する第３６の発明のスラブ導波路の製造方法である。
【０２０３】
また、第３８の発明は、前記プレス工程は、少なくとも部分的に互いに非平行な面を有する２物体で前記屈折率分布型厚膜積層体を挟み込んで加重する第３６の発明のスラブ導波路の製造方法である。
【０２０４】
また、第３９の発明は、前記２物体は、水平な平面を有する第１の物体と、前記第１の物体の平面に平行な一方向に対して前記平面からの距離が単調変化する平面あるいは曲面を有する第２の物体である第３８の発明のスラブ導波路の製造方法である。
【０２０５】
また、第４０の発明は、前記プレス工程は、最小間隔が実質上スラブ導波路の膜厚に等しく、前記間隔位置で互いに平行な面を有する少なくとも一方がローラーである２物体の前記ローラーの回転力により前記２物体間に前記屈折率分布型厚膜積層体を巻き込みながら前記屈折率分布型厚膜積層体の膜厚をスラブ導波路の膜厚まで薄くする第３６の発明のスラブ導波路の製造方法である。
【０２０６】
また、第４１の発明は、前記プレス工程は、最小間隔が実質上スラブ導波路の膜厚に等しく、前記間隔位置で互いに平行な面を有する少なくとも一方がローラーである２物体の一方の表面に、前記屈折率分布型厚膜積層体を固定した状態で、前記ローラーを前記屈折率分布型厚膜積層体上で転がすことにより、前記屈折率分布型厚膜積層体の膜厚をスラブ導波路の膜厚まで薄くする第３６の発明のスラブ導波路の製造方法である。
【０２０７】
また、第４２の発明は、前記プレス工程は、前記屈折率分布型厚膜積層体の端の少なくとも２ヵ所に前記屈折率分布型厚膜積層体に平行に外側に向かう張力を加えることにより、前記屈折率分布型厚膜積層体の膜厚をスラブ導波路の膜厚まで薄くする第３６の発明のスラブ導波路の製造方法である。
【０２０８】
また、第４３の発明は、前記プレス工程の際、前記屈折率分布型厚膜積層体を加熱する第２６〜４２の発明のいずれかのスラブ導波路の製造方法である。
【０２０９】
第４４の発明は、フィルム状スラブ素材に対して、上下面を通して前記フィルム状スラブ素材の内外へイオンを移動させることで屈折率分布を形成する屈折率分布形成工程と、
その屈折率分布が形成された前記フィルム状スラブ素材に孔をあける柱状物質形成工程とを備え、
前記フィルム状スラブ素材の部分はスラブとして機能するものであり、
前記孔の部分は柱状物質として機能するものであるスラブ導波路の製造方法である。
【０２１０】
【発明の効果】
以上説明したところから明らかなように、本発明は、光ファイバーと結合ロスが無く、シングルモード条件、またはシングルモード条件に近いモード無分散となるための条件を満足することが出来るスラブ導波路、及びスラブ導波路の製造方法を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるスラブ導波路の構成概要断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態におけるスラブ導波路の斜視図である。
【図３】本発明の第１実施の形態におけるスラブ導波路の屈折率分布定数とフォトニック結晶の総周期数の関係図である。
【図４】本発明の第２実施の形態におけるスラブ導波路の構成概要断面図である。
【図５】本発明の第３実施の形態におけるスラブ導波路の構成概要断面図である。
【図６】本発明の第３実施の形態におけるスラブ導波路の曲率半径とフォトニック結晶の総周期数の関係図である。
【図７】本発明の第４実施の形態におけるスラブ導波路の構成概要断面図である。
【図８】本発明の第１〜第４実施の形態におけるスラブ導波路の基板の構成概要図である。
【図９】本発明の第５実施の形態におけるスラブ導波路の第１作製方法の概要図である。
【図１０】本発明の第５実施の形態におけるスラブ導波路の第２作製方法の概要図である。
【図１１】本発明の第６実施の形態におけるスラブ導波路の第１作製方法の概要図である。
【図１２】本発明の第７〜第１０実施の形態におけるのスラブ導波路の作製方法の概要図である。
【図１３】本発明の第１１実施の形態におけるスラブ導波路の作製方法の概要図である。
【図１４】本発明の第１２実施の形態におけるスラブ導波路の作製方法の概要図である。
【図１５】本発明の第１３実施の実施の形態におけるスラブ導波路の作製方法の概要図である。
【図１６】本発明の第１４実施の形態におけるスラブ導波路の作製方法の概要図である。
【図１７】本発明の第１〜第４実施の形態におけるスラブ導波路の膜厚方向の屈折率分布と端面加工の構成概要図である。
【図１８】本発明の第１５実施の形態におけるスラブ導波路の概要図である。
【図１９】本発明の第１６実施の形態におけるスラブ導波路の概要図である。
【図２０】本発明の第６実施の形態におけるスラブ導波路の第２作製方法（トラックエッチ）の概要図である。
【図２１】従来のスラブ型フォトニック結晶で構成されたスラブ導波路の例である。
【符号の説明】
１ 屈折率分布スラブ
２ 空孔
３ 基板
４ ビーム軌跡
５ 入力側ビームウェスト
６ 入力側ビームウェスト
７ 屈折率分布スラブ型フォトニック結晶
３１ ビーム軌跡
３２ 屈折率分布スラブ部分の一周期分の入射側ビームウェスト
３３ 屈折率分布スラブ部分の一周期分の出力側ビームウェスト
３４ スラブ型フォトニック結晶の入射側ビームウェスト
３５ スラブ型フォトニック結晶の出射側ビームウェスト
４１ スラブ屈折率部分
４２ 空孔
４３ 基板
４４ ビーム軌跡
４５ スラブ型フォトニック結晶の入射端面
４６ スラブ型フォトニック結晶の出射端面
４７ スラブ型フォトニック結晶
４８ ビームウェスト
６１ スラブ屈折率部分
６２ 空孔
６３ スラブ部分一周期分の入射側ビームウェスト
６４ スラブ部分一周期分の出射側ビームウェスト
６５ スラブ型フォトニック結晶の入射側ビームウェスト
６６ スラブ型フォトニック結晶の出射側ビームウェスト
６７ スラブ型フォトニック結晶
６８ ビーム軌跡
７０ スラブ型フォトニック結晶
７１ 基板
７２ スラブ屈折率部分
７３ 空孔
７４ 空孔付基板
７５ 屈折率分布
８０ 屈折率分布スラブ型フォトニック結晶
８１ フィルム
８２ 空孔
８３ 突起
８４ 金型
８５ ヒーター
８６ フォトニック結晶フィルム
８７ 単一波長ビーム
８８ 積層済フォトニック結晶フィルム
８９ 干渉光
９０ 基板
９１ 位置決めピン
１００ 屈折率分布スラブ型フォトニック結晶
１０１ フィルム
１０２ 屈折率分布スラブ
１０３ 突起
１０４ 金型
１０５ ヒーター
１０６ 空孔
１１０ 基板
１１１ 硬化前ポリマー
１１２ 積層済フィルム
１１３ ブレード
１１４ スピンコーター
１１５ 堆積材料
１１６ 原料ソース
１１７ 屈折率均質スラブ
１１８ 電離媒体（電解液）
１１９ イオン
１２０ 屈折率分布スラブ導波路
１２１ 厚膜フィルム
１２２ 台
１２３ 加圧部
１２４ 台平面
１２５ 加圧部平面
１３０ テーパー型屈折率分布スラブ導波路
１３１ 積層厚膜フィルム
１３２ 台
１３３ テーパー付加圧部
１３４ 台平面
１３５ 加圧部テーパー面
１３６ スラブ導波路端（膜厚大）
１３７ スラブ導波路端（膜厚大）
１３８ スラブ導波路幅
１３９ スラブ導波路高
１４０ 屈折率分布スラブ導波路
１４１ 積層厚膜フィルム
１４２ 第１のローラー
１４３ 第２のローラー
１５０ 屈折率分布スラブ導波路
１５１ 積層厚膜フィルム
１５２ 第１の固定治具
１５３ 第２の固定治具
１６０ ２次曲線屈折率分布型スラブ
１６１ ２次曲線
１６２ ハイブリッド屈折率分布型スラブ
１６３ ２次曲線部分
１６４ 一定部分
１６５ ２次曲面
１６６ 非２次曲面
１６７ 曲面
１６８ 非曲面
１６９ 回折表面
２００ スラブ型フォトニック結晶
１７０ 屈折率分布型スラブ導波路
１７１ 拡散面
１７２ 入射面
１７３ 出射面
１７４ 入射光
１７５ 出射光
１７６ 拡散光
１７７ 傾斜入射面（４５°）
１７８ 傾斜出斜面（４５°）
１７９ プリズムカプラー
１８０ 電気用基板（多層）
１８１ スルーホール
１８２ 入射光
１８３ 出射光
１８４ 多層屈折率分布型スラブ導波路
１９０ 屈折率分布スラブ
１９１ マスク
１９２ イオンビーム
１９３ トラック
１９４ フォトニック結晶スラブ
１９５ 強アルカリ（ＮａＯＨ）
１９６ 侵食孔
２０１ 基板
２０２ 空孔
２０３ スラブ
２０４ 入射光
２０５ 出射光
２０６ 拡散光
２０７ 基板空孔
【発明の属する技術分野】
本発明は、光平面回路など、フォトニック結晶や膜厚方向に屈折率分布を有するスラブ導波路、及びスラブ導波路の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
まず、第１の従来例であるフォトニック結晶で構成される基板付スラブ導波路を図２１の（ａ）、（ｂ）に示す。
【０００３】
図２１の（ａ）は、基板２０１上と、スラブ２０３中に前記基板２０１上に膜厚方向へ伸び、かつ、前記基板２０１に平行方向に２次元周期的に配列する円柱状の空孔２０２を形成したスラブ型フォトニック結晶２００で構成され、前記スラブ２０３の屈折率は均一で、かつ、前記基板２０１の屈折率よりも大きい。このようなスラブ型フォトニック結晶２００をスラブ導波路として用いることにより、スラブ導波路内を伝搬する光の速度を遅くしたり、また光を波長分散させたり、また光の進行方向を曲げたりすることが出来るようになる。
【０００４】
従来、フォトニック結晶の屈折率として周期的に配列する複数物質の屈折率の体積比で定義される実行屈折率を用いてフォトニック結晶内の光伝搬を議論していたが、このようなマクロ的議論は屈折率周期が光波長よりも十分小さい時には光は屈折率を平均的に感じるため有効である。しかし、屈折率周期が光波長と同程度の場合は、光は個々の屈折率を感じるため周期的に配列する異なる屈折率材料を個々に取り扱うようなミクロ的議論をしなければならない。
【０００５】
確かに、マクロ的議論では空孔２０２の屈折率と前記スラブ２０３の屈折率を平均した実効屈折率よりも小さな屈折率の基板２０１を使用すれば光は前記スラブ型フォトニック結晶２００内を伝搬すると予想される。しかし、ミクロ的議論では、このような基板付スラブ導波路の前記スラブ型フォトニック結晶２００の入射光２０４は、周期的に配列するスラブ２０３部分では基板２０１よりも屈折率の大きなスラブ２０３部分を伝搬するが、前記空孔２０２部分では基板２０１よりも屈折率が小さいため、拡散光２０６は屈折率の高い基板２０１側に漏れ、一部しか空孔２０２を伝搬できない。従って、前記スラブ型フォトニック結晶２００からの出射光２０５は、ほとんど０となる。
【０００６】
また、図２１の（ｂ）に示すように、空孔２０２を基板２０１内に延長した基板部分空孔２０７を設けて、基板２０１部分の実効屈折率を下げた基板付スラブ導波路に関しても、同様に光は前記スラブ型フォトニック結晶２００内を伝搬しない。
【０００７】
次に、第２の従来例であるフォトニック結晶で構成される基板無スラブ導波路を図２１（ｃ）及び（ｄ）に示す。
【０００８】
図２１の（ｃ）と（ｄ）とは膜厚が異なるだけで、両者とも、スラブ２０３中に前記スラブ２０３の膜厚方向へ伸び、かつ、前記スラブ２０３に平行方向に２次元周期的に配列する円柱状の空孔２０２を形成したスラブ型フォトニック結晶２００で構成され、前記スラブ２０３の屈折率は均一である。
【０００９】
このように、基板が無く、前記スラブ型フォトニック結晶２００のみで構成される場合には、前記スラブ型フォトニック結晶２００はレンズ導波路のように振舞い、屈折率の高いスラブ部がレンズとなり屈折率の低い空孔部２０２での拡散による漏れが起こらないので、入射光２０４は拡散せずに前記スラブ型フォトニック結晶２００内を伝搬する。
【００１０】
しかし、図２１の（ｃ）と（ｄ）とのように膜厚が異なる場合には、光の伝搬状態が異なる。図２１の（ｃ）の膜厚が数μｍ以下程度の場合は、屈折率の高いスラブ２０３部分において前記スラブ膜厚方向の空気との境界で光が反射してマルチモード伝搬となる。従って、シングルモード条件、またはシングルモード条件に近いモード無分散となるための条件を満足するためにスラブ膜厚を１μｍ以下としなければならない。この場合、前記スラブ型フォトニック結晶２００内での伝搬は問題無いが、コア径8μｍ程度の光ファイバーとのモードフィールド径が異なるため光ファイバーとの結合ロスが大きくなる。
【００１１】
一方、図２１の（ｄ）の膜厚が１０μｍ程度以上と大きい場合は、屈折率の高いスラブ部分において前記スラブ膜厚方向の空気との境界での反射が起こらないので、ほぼ理想的なレンズ導波路となりシングルモード伝搬に近いモード無分散な伝搬となる。その上、光ファイバーとのモードフィールドとの差が無いので、光ファイバーとの結合ロスも小さい。しかし、この場合には、膜厚１０μｍ以上で光と同程度の周期、すなわち、アスペクト比が５０以上の空孔を作製する必要が有り、現時点ではそのような高いアスペクト比を実現するのは非常に困難である。
【００１２】
また、図２１の（ｃ）と（ｄ）のいずれの場合も、実用化するには何らかの方法でスラブを補強する必要があり、基板に相当するものを念頭においてデバイス設計する必要がある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例のように、均一屈折率のスラブに周期的に空孔を形成したスラブ型フォトニック結晶の場合は、下記（１）〜（３）を全て満足することが困難である。
【００１４】
（１）光ファイバーとモードフィールド径が近い。
【００１５】
（２）理想的なレンズ導波路の場合のようなシングルモード条件、またはシングルモード条件に近いモード無分散となるための条件を満足する。
【００１６】
（３）実用化に絶えうる強度を有する。
【００１７】
従来の方法では、フォトニック結晶の空孔よりも基板の方が屈折率が高いため、空孔部分での光の漏れが生じ、光は伝搬できない。また、基板を使用しない光の漏れの無いスラブだけの構成にしてもシングルモード条件、またはシングルモード条件に近いモード無分散となるための条件を満足するためにはスラブの膜厚を１μｍ以下に薄くするか、１０μｍ以上に厚くする必要があり、前記は光ファイバーとの結合が困難で、後者は作製が非常に困難である。しかも、スラブだけでは強度が弱く、実用化には耐えられない。
【００１８】
本発明は、従来のスラブ導波路の課題を考慮し、光ファイバーとモードフィールド径が近く、理想的なレンズ導波路の場合のようなシングルモード条件、またはシングルモード条件に近いモード無分散となるための条件を満足し、実用化に絶えうる強度を有するスラブ型フォトニック結晶で構成されるスラブ導波路、及びスラブ導波路の製造方法を提供することを目的とするものである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、第１の本発明は、スラブ中に前記スラブの屈折率とは異なる屈折率を有する柱状物質を前記スラブ面に沿って２次元周期的に配列した２次元結晶格子を備え、フォトニック結晶で構成されたスラブ導波路であって、
前記スラブ中の前記柱状物質部分以外のスラブ屈折率部分の、前記スラブ面と直交する方向では、前記スラブ屈折率部分の端部以外の所定部分において最大であり、前記所定部分からの距離の２次関数に従って低下する屈折率と、前記柱状物質の個数及び形状及び屈折率とが、入射されてきた光束が最も広がる際の、前記スラブ厚さ方向の前記光束の大きさが、前記スラブ厚さを越えないように構成されている、スラブ導波路である。
【００２２】
また、第２の本発明は、前記スラブ屈折率部分の前記スラブ面と直交する方向の屈折率は、前記スラブ屈折率部分の端部以外の所定の長さの領域において実質上一定であり、前記所定の長さの領域の端部からの距離の２次関数に従って低下する、第１の本発明のスラブ導波路である。
【００２３】
また、第３の本発明は、前記距離の２次関数に従って低下する部分の屈折率の屈折率分布定数は、１ｍｍ-1以上である、第１または２の本発明のスラブ導波路である。
【００２４】
また、第４の本発明は、前記距離の２次関数に従って低下する部分の屈折率の屈折率分布定数は、入射側と出射側とでスポット径が等しくなるような屈折率分布定数である、第１または２の本発明のスラブ導波路である。
【００２５】
また、第５の本発明は、前記距離の２次関数に従って低下する部分の屈折率の屈折率分布定数は、前記スラブ屈折率部分の入射側焦点距離と出射側焦点距離との和が、前記スラブ屈折率部分と前記柱状物質とで構成される構成単位の長さと等しくなるような屈折率分布定数である、第１または２の本発明のスラブ導波路である。
【００２６】
また、第６の本発明は、前記スラブ屈折率部分と前記柱状物質との境界面のうち、少なくとも１つの境界面は曲面を有している、第１の本発明のスラブ導波路である。
【００２７】
また、第７の本発明は、前記スラブ屈折率部分と前記柱状物質との境界面は、前記スラブの膜厚方向に曲面を有する、第６の本発明のスラブ導波路である。
【００２８】
また、第８の本発明は、前記スラブ屈折率部分と前記柱状物質との境界面は、前記スラブ屈折率部分の端部以外の所定の長さの領域で平面を有し、前記所定の長さの領域の外側で前記スラブの膜圧方向に曲面を有する、第６の本発明のスラブ導波路である。
【００２９】
また、第９の本発明は、前記曲面の曲率半径は、前記スラブ屈折率部分の入射側焦点距離と出射側焦点距離との和が、前記スラブ屈折率部分と前記柱状物質とで構成される構成単位の長さと等しくなるような曲率半径である、第７または８の本発明のスラブ導波路である。
【００３０】
また、第１０の本発明は、前記曲面の曲率半径は、前記スラブ屈折率部分の入射側焦点距離と出射側焦点距離とが等しくなるような曲率半径である、第９の本発明のスラブ導波路である。
【００３１】
また、第１１の本発明は、前記曲面の曲率半径は、０．１μｍ以上である、第７または８の本発明のスラブ導波路である。
【００３２】
また、第１２の本発明は、前記屈折率が異なり孔のあいた複数のフィルムを前記孔の位置をあわせながら積層して積層体を形成する積層工程を備え、
前記積層体のフィルム部分は前記スラブとして機能するものであり、
前記孔の部分は前記柱状物質として機能するものであり、
前記複数のフィルムのうち、最も屈折率が高いフィルムが前記積層体の端部以外の位置に位置し、その最も高い屈折率のフィルムから離れるに従って、順番に低い屈折率のフィルムが前記積層体として積層される、請求項１記載のスラブ導波路を生産するための、スラブ導波路の製造方法である。
【００３４】
また、第１３の本発明は、前記積層工程は、前記複数のフィルムのうちのフィルムを前記積層体に積層する際にその積層するフィルムのフィルム面と垂直に単一波長光を照射し、前記積層体からの干渉光に基づいてその積層するフィルムを位置決めすることによって前記孔の位置を膜厚方向に揃える、第１２の本発明のスラブ導波路の製造方法である。
【００３５】
また、第１４の本発明は、前記屈折率が異なる複数のフィルムを積層して積層体を形成する積層工程と、
その形成された積層体に孔を形成する柱状物質形成工程とを備え、
前記積層体のフィルム部分は前記スラブとして機能するものであり、
前記孔の部分は前記柱状物質として機能するものであり、
前記積層工程は、その端部以外の部分で最高屈折率となる屈折率分布となるように、屈折率の異なる厚膜フィルムを積層して屈折率分布型厚膜積層体を形成する厚膜積層体形成工程と、前記屈折率分布型厚膜積層体の膜厚が所望の膜厚となるまで前記屈折率分布型厚膜積層体を積層方向にプレスするプレス工程とを有する、請求項１記載のスラブ導波路を生産するための、スラブ導波路の製造方法である。
【００３７】
また、第１５の本発明は、前記プレス工程は、少なくとも部分的に互いに非平行な面を有する２物体で前記屈折率分布型厚膜積層体を挟み込んで加重する第１４の本発明のスラブ導波路の製造方法である。
【００３８】
また、第１６の本発明は、前記２物体は、水平な平面を有する第１の物体と、前記第１の物体の平面に平行な一方向に対して前記平面からの距離が単調変化する平面あるいは曲面を有する第２の物体である、第１５の本発明のスラブ導波路の製造方法である。
【００３９】
また、第１７の本発明は、フィルム状スラブ素材に対して、上下面を通して前記フィルム状スラブ素材の内外へイオンの移動をさせることで屈折率分布を形成する屈折率分布形成工程と、
その屈折率分布が形成された前記フィルム状スラブ素材に孔をあける柱状物質形成工程とを備え、
前記フィルム状スラブ素材の部分は前記スラブとして機能するものであり、
前記孔の部分は前記柱状物質として機能するものである、請求項１記載のスラブ導波路を生産するための、スラブ導波路の製造方法である。
【００４０】
この目的を達成するため本発明は、スラブ中に前記スラブの膜厚方向に空孔を２次元周期的に配列した前記スラブ屈折率部分と前記柱状物質部分で構成される２次元結晶格子を有するスラブ型フォトニック結晶であって、前記スラブ屈折率部分の膜厚方向の屈折率が、前記スラブ膜厚内のある部分において最大となる屈折率最大部分と、前記屈折率最大部分からの距離の２次関数に沿って屈折率が低下する屈折率低下部分から構成され、前記屈折率低下部分の屈折率分布定数が1ｍｍ-1以上である。
【００４１】
このように、膜厚方向に屈折率分布定数が1ｍｍ-1以上の２次分布屈折率変化を有する前記スラブ型フォトニック結晶を使用することにより、前記スラブ型フォトニック結晶の膜厚に関係なく基板付の場合でも光は漏れなく伝搬でき、シングルモード条件、またはシングルモード条件に近いモード無分散となるための条件を満足することができる上、光ファイバーのモードフィールド径合うように膜厚も設定できる。
【００４２】
上記膜厚方向に屈折率分布を有するスラブ型フォトニック結晶の作製方法は、下記に大別できる。
【００４３】
(１)屈折率が異なる複数のフィルムを積層して屈折率分布を有するスラブ導波路を作製した後、膜厚方向に２次元周期的に配置する空孔を作製する。
【００４４】
(２)屈折率が異なる個々のフィルムの膜厚方向に２次元周期的に空孔を配列し、前記空孔位置が一致するように前記フィルムを積層方向に所望の屈折率分布となる順番に積層する。
【００４５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００４６】
（第１の実施の形態）
図１に、第１の実施の形態のスラブ導波路の構成概要断面図を示す。また、図２に第１の実施の形態のスラブ導波路の斜視図を示す。本実施の形態のスラブ導波路は、図２のスラブ屈折率部分の屈折率分布３０１に示すように膜厚方向に２次分布屈折率変化を有するスラブ型フォトニック結晶を応用したものである。
【００４７】
すなわち、本実施の形態のスラブ導波路は、スラブ中の柱状物質である空孔２の部分以外のスラブ屈折率部分１の屈折率と、柱状物質である空孔２の個数及び形状及び屈折率とが、入射されてきた光束が最も広がる際の、スラブ厚さ方向の光束の大きさが、スラブ厚さを越えないように構成されている。
【００４８】
また、図３に、スラブ屈折率が約１．５である場合において、入射側と出射側とでスポット径が等しくなるようなスラブ導波路の全光路長が光学的に０．５の整数倍のピッチとなる屈折率分布定数（Ａ1/2）と、前記スラブ型フォトニック結晶の総周期数との関係を示す。
【００４９】
本スラブ型フォトニック結晶を応用したスラブ導波路の第１の実施の形態は、図１及び図２に示すように、基板３と、前記基板３上のスラブ中に前記スラブの膜厚方向に伸びる空孔２を２次元周期的に配列したものであって、前記スラブ屈折率部分１と空孔２で構成される２次元結晶格子を有するスラブ型フォトニック結晶７で構成される。つまり、本実施の形態のスラブ導波路は、スラブ中にスラブの屈折率とは異なる屈折率を有する空孔をスラブ面に沿って２次元周期的に配列した構造を有している。また、前記スラブの膜厚方向の屈折率（ｎ）は、式１に示すように前記スラブ膜厚内に有する屈折率の極大点（ｎ0）と前記極大点から離れる距離（ｒ）と１ｍｍ-1以上の屈折率分布定数（Ａ1/2）で定義される。
【００５０】
【数１】
図１に示すように、前記スラブ導波路の全光路長が光学的に０．５ピッチとなる屈折率分布定数（Ａ1/2）を選ぶと、入射側と出射側でビーム形状が等しくなる。すなわち、前記スラブ導波路を伝搬するビームの軌跡４は、ビームウェストを入射端前に有する広がり入射光の場合（図１）は前記スラブ導波路内で徐々に広がり角度が小さくなり、全光路長のほぼ中央で広がり角度が０となった後は、収束光となり前記スラブ導波路出射端後にビームウェストを持つ。
【００５２】
図３より、屈折率が約１．５のスラブの場合、総周期が５周期以上の一般的なスラブ型フォトニック結晶では約０．０３μｍ-1（＝３０ｍｍ-1）の屈折率分布定数（Ａ1/2）でスラブ導波路の全光路長が光学的に０．５の整数倍のピッチとなることがわかる。
【００５３】
なお、上記屈折率分布は、図１７の（ａ）に示す２次曲線に沿った例であるが、それ以外に、図１７の（ｂ）に示すように、中央近傍の有限領域において最大屈折率で一定な屈折率一定部分と、前記屈折率一定部分の端からの距離の２次曲線に沿って屈折率が低下する屈折率低下部分で構成される屈折率分布の例も挙げられる。
【００５４】
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態について説明する。
【００５５】
図４に、第２の実施の形態におけるスラブ導波路の構成概要断面図を示す。本実施の形態のスラブ導波路は、膜厚方向に２次分布屈折率変化を有するスラブ型フォトニック結晶を応用したものである。
【００５６】
第２の実施の形態の、スラブ型フォトニック結晶を応用したスラブ導波路は、図４に示すように、基板３と、前記基板３上のスラブ中に前記スラブの膜厚方向に伸びる空孔２を２次元周期的に配列したものであって、前記スラブ屈折率部分１と空孔２で構成される２次元結晶格子を有するスラブ型フォトニック結晶３７で構成される。また、前記スラブの膜厚方向の屈折率（ｎ）は、式１に示すように前記スラブ膜厚内に有する屈折率の極大点（ｎ0）と前記極大点から離れる距離（ｒ）と１ｍｍ-1以上の屈折率分布定数（Ａ1/2）で定義され、スラブ導波路を構成するスラブ屈折率部分１の１周期分の入射側焦点距離と出射側焦点距離の和が周期的に並ぶ前記スラブ屈折率部分１と前記空孔２で構成される２次元結晶格子の周期と等しくなる屈折率分布定数（Ａ1/2）を有する。
【００５７】
図４に示すように、前記スラブ導波路を構成するスラブ屈折率部分１の１周期分の入射側焦点距離と出射側焦点距離が互いに等しく、前記焦点距離の２倍が周期的に並ぶ前記スラブ屈折率部分１と前記空孔２で構成される２次元結晶格子の周期と等しくなる屈折率分布定数（Ａ1/2）を選ぶ場合も、前記スラブ導波路の入射側と出射側でビーム形状が等しくなる。すなわち、前記スラブ導波路を伝搬するビームの軌跡３１は、スラブ屈折率部分１の１周期分の入射側と出射側にビームウェスト（３２、３３）を持つので、前記スラブ型フォトニック結晶３７の入射側と出射側にも対称的なビームウェスト（３４、３５）を持つ。
【００５８】
前記スラブ屈折率部分１の１周期分の入射側と出射側にビームウェスト（３２、３３）を有する条件は、図３における総周期が１周期の場合に相当し、約０．１５μｍ-1（＝１５０ｍｍ-1）の屈折率分布定数（Ａ1/2）となる。
【００５９】
このように、膜厚方向に屈折率分布定数が1ｍｍ-1以上の２次分布屈折率変化を有する前記スラブ型フォトニック結晶３７を使用することにより、前記スラブ型フォトニック結晶３７の膜厚に関係なくビーム軌跡は前記スラブ型フォトニック結晶３７の膜厚内に収まり、基板付の場合でもビーム軌跡は基板との境界に達しないので光は漏れなく伝搬できる。
【００６０】
さらに、膜厚方向の２次分布屈折率変化は任意の角度入射の光においても伝搬速度が等しくなるのでシングルモード条件、またはシングルモード条件に近いモード無分散となるための条件を満足することができる。従って、スラブ型フォトニック結晶３７は、光ファイバーのモードフィールド径合うように膜厚も設定できるので、光ファイバーと容易に結合可能である。
【００６１】
なお、以上はスラブ屈折率が約１．５の場合を説明したが、上記屈折率分布定数（Ａ1/2）を満足すれば屈折率は任意でよく、材料も光学的に透明であれば良い。一般的には、フォトニック結晶の構成としては、１．０〜４．０程度の屈折率変調がよく使用され、上記のように固体スラブ（ＳｉやＧａＡｓやTi2O5などの高屈折材料やポリマーやガラスなどの低屈折率材料）に空孔を分布させる以外に、高屈折率材料のスラブ（ＳｉやＧａＡｓやTi2O5など）に低屈折率の柱状物質（ポリマーやガラスなど）を分布させることも可能である。また、上記に記載のポリマー材料として、アクリル系（ＰＭＭＡ、ＵＶアクリルレートポリマーなど）、エポキシ系、ポリイミド系、シリコーン系などが挙げられる。なお、本実施の形態の空孔は本発明の柱状物質の例である。
【００６２】
また、フォトニック結晶は屈折率が重要なので、上記材料以外でも上記屈折率の条件を満足する材料あれば固体（酸化物など誘電体全般）でも液体（水やエチレングリコールなど）でも気体（空気や不活性ガスなど）でも何でも良い。
【００６３】
（第３の実施の形態）
次に、第３の実施の形態について説明する。
【００６４】
図５に第３の実施の形態のスラブ導波路の構成概要断面図を示す。本実施の形態のスラブ導波路は、膜厚方向に入射端面と出射端面に曲面を有するスラブ型フォトニック結晶を応用したものである。また、図６に、スラブ屈折率が約１．５の場合の入射側と出射側でスポット径が等しくなるようなスラブ導波路が光学的にレンズとして機能する曲率半径と前記スラブ型フォトニック結晶の総周期数との関係を示す。
【００６５】
本実施の形態のスラブ型フォトニック結晶を応用したスラブ導波路は、図５に示すように、基板４３と、前記基板４３上のスラブ中に前記スラブの膜厚方向に伸びる空孔４２を２次元周期的に配列した前記スラブ屈折率部分４１と空孔４２で構成される２次元結晶格子を有するスラブ型フォトニック結晶４７で構成され、前記スラブ型フォトニック結晶４７の入射端面４５と出射端面４６が０．１μｍ以上の曲率半径を有する曲面である。
【００６６】
図５に示すように、前記スラブ型フォトニック結晶４７が入射側と出力側に同様のビームウェスト（焦点）を有するような光学的にレンズとして機能するように入力側端面４５と出力側端面４６の曲率半径を選ぶと、入射側と出射側でビーム形状が等しくなる。すなわち、前記スラブ導波路を伝搬するビームの軌跡４４は、入射光は、入射端面で収束光に変換されるが、前記スラブ型フォトニック結晶４７中での回折により、全光路長のほぼ中央でビームウェスト（最小ビームスポット）４８を形成した後、広がり光となった光は、前記スラブ導波路出射端面で再び収束光に変換され、入射光と対称的なビーム形状となる。
【００６７】
図６より、屈折率が約１．５のスラブの場合、入射端面４５と出射端面４６が前記スラブ型フォトニック結晶４７の総周期数の約１／１０倍μｍ（総周期数の１／１０倍に単位としてマイクロメートルを付けた長さ）の曲率半径を有すれば、スラブ導波路が光学的にレンズとして機能することがわかる。
【００６８】
なお、上記スラブ導波路の端面の曲面は、図１７の（ｃ）に示す２次曲面であるが、それ以外に、図１７の（ｄ）に示すような非２次曲面や、図１７の（ｅ）に示すような中央近傍の非曲面（平面）部分と前記非曲面部分と周囲の曲面部分で構成される面や、図１７の（ｆ）に示すような回折表面を有するフレネルレンズ型の例も挙げられる。
【００６９】
（第４の実施の形態）
次に、第４の実施の形態について説明する。
【００７０】
図７に、第４の実施の形態のスラブ導波路の構成概要断面図を示す。
【００７１】
すなわち、本実施の形態のスラブ導波路は、膜厚方向に２次分布屈折率変化を有するスラブ型フォトニック結晶を応用したものである。
【００７２】
第４の実施の形態のスラブ型フォトニック結晶を応用したスラブ導波路は、図７に示すように、基板４３と、前記基板４３上のスラブ中に前記スラブの膜厚方向に伸びる空孔６２を２次元周期的に配列したものであって、前記スラブ屈折率部分６１と空孔６２で構成される２次元結晶格子を有するスラブ型フォトニック結晶６７で構成される。そして、前記スラブ屈折率部分６１と空孔６２の個々の境界が前記スラブの膜厚方向に曲面を有し、曲率半径は、前記スラブ屈折率部分６１の１周期分の入射側焦点距離と出射側焦点距離の和が周期的に並ぶ前記スラブ屈折率部分６１と前記空孔６２で構成される２次元結晶格子の周期と等しい。
【００７３】
すなわち、空孔６２の形状は、スラブ膜厚方向の中央部分でその半径が小さく中央位置からスラブ面側に離れていくに従って、半径が大きくなるような形状である。そして、空孔６２とスラブ屈折率部分６１との境界面は、スラブ膜厚方向で２次関数に従った曲線になっている。
【００７４】
図７に示すように、前記スラブ屈折率部分６１の１周期分の入射側焦点距離と出射側焦点距離が互いに等しく、前記焦点距離の２倍が周期的に並ぶ前記スラブ屈折率部分６１と前記空孔６２で構成される２次元結晶格子の周期と等しくなる曲率半径を選ぶ場合も、前記スラブ導波路の入射側と出射側でビーム形状が等しくなる。すなわち、前記スラブ導波路を伝搬するビームの軌跡６８は、スラブ屈折率部分６１の１周期分の入射側と出射側にビームウェスト（６３、６４）を持つので、前記スラブ型フォトニック結晶６７の入射側と出射側にも対称的なビームウェスト（６５、６６）を持つ。
【００７５】
前記スラブ屈折率部分６１の１周期分の入射側と出射側にビームウェスト（６３、６４）を有する条件は、図６における総周期が１周期の場合に相当し、約０．２２μｍ-1（＝２２０ｍｍ-1）の曲率半径となる。
【００７６】
このように、入射端および出射端の曲率半径が０．１μｍ-1以上の曲率半径を有する前記スラブ型フォトニック結晶４７や、入射端および出射端０．１μｍ-1以上の曲率半径を有する個々のスラブ屈折率部分６１と空孔６２の周期配列で構成される前記スラブ型フォトニック結晶６７を使用することにより、前記スラブ型フォトニック結晶４７、６７の膜厚に関係なくビーム軌跡は前記スラブ型フォトニック結晶の膜厚内に収まり、基板付の場合でもビーム軌跡は基板との境界に達しないので光は漏れなく伝搬できる。さらに、端面の曲率半径はレンズのように機能し、任意の角度入射の光においても伝搬速度が等しくなるのでシングルモード条件、またはシングルモード条件に近いモード無分散となるための条件を満足することができる。従って、スラブ型フォトニック結晶は、光ファイバーのモードフィールド径合うように膜厚も設定できるので、容易に結合可能である。
【００７７】
なお、以上はスラブ屈折率が約１．５の場合を説明したが、上記曲率半径を満足すれば屈折率は任意でよく、材料も光学的に透明であれば良い。一般的には、フォトニック結晶の構成としては、１．０〜４．０程度の屈折率変調がよく使用され、上記のように固体スラブ（ＳｉやＧａＡｓやTi2O5などの高屈折材料やポリマーやガラスなどの低屈折率材料）に空孔を分布させる以外に、高屈折率材料のスラブ（ＳｉやＧａＡｓやTi2O5など）に低屈折率の柱状物質（ポリマーやガラスなど）を分布させることも可能である。また、上記に記載のポリマー材料として、アクリル系（ＰＭＭＡ、ＵＶアクリルレートポリマーなど）、エポキシ系、ポリイミド系、シリコーン系などが挙げられる。
【００７８】
また、フォトニック結晶は屈折率が重要なので、上記材料以外でも上記屈折率の条件を満足する材料あれば固体（酸化物など誘電体全般）でも液体（水やエチレングリコールなど）でも気体（空気や不活性ガスなど）でも何でも良い。
【００７９】
なお、上記第１及び第２の実施の形態で説明した屈折率分布型スラブの屈折率分布のプロファイルは、図１７の（ａ）に示すように２次曲線だけでなく、図１７の（ｂ）に示すように中心付近で屈折率がほぼ一定となるハイブリッド型も可能である。
【００８０】
また、上記第３及び第４の実施の形態で説明したスラブの入射端と出射端面の曲面のプロファイルは、図１７の（ｃ）に示すように２次曲面型だけでなく、図１７の（ｄ）に示すような非２次曲面型や、図１７の（ｅ）に示すような曲面と非曲面が混在するハイブリッド型や、図１７の（ｆ）に示すような回折を利用するフレネル型も可能である。
【００８１】
また、以上は、図８の（ａ）のように基板７１上にスラブ型フォトニック結晶７０を形成した例であるが、第１の実施の形態と第２の実施の形態に示す屈折率分布レンズ型スラブ型フォトニック結晶や第３の実施の形態と第４の実施の形態に示す曲面レンズ型スラブ型フォトニック結晶は伝搬ビームが前記スラブ型フォトニック結晶の膜厚方向の境界に達することが無いので、光伝搬状態は基板の状態に依らない。従って、基板状態に関しては、図８の（ｂ）に示すように基板部分にも空孔を有する構造や、図８の（ｃ）に示すように基板の無い構造でもかまわない。
【００８２】
次に、上記膜厚方向に屈折率分布を有するスラブ型フォトニック結晶の作製方法の実施の形態について説明する。
【００８３】
膜厚方向に屈折率分布を有するスラブ型フォトニック結晶の作製方法は、大別して次の２通り考えられる。
【００８４】
（１）屈折率が異なる個々のフィルムの膜厚方向に２次元周期的に空孔を配列し、前記空孔位置が一致するように前記フィルムを積層方向に所望の屈折率分布となる順番に積層する。
【００８５】
（２）屈折率が異なる複数のフィルムを積層して屈折率分布を有するスラブ導波路を作製した後、膜厚方向に２次元周期的に配置する空孔を作製する。
【００８６】
以下、作製方法（１）の例を第５の実施の形態に、作製方法（２）の例を第６の実施の形態に示す。
【００８７】
（第５の実施の形態）
次に、第５の実施の形態について説明する。
【００８８】
図９および図１０に、第５の実施の形態のスラブ導波路の作成方法の概要図を示す。
【００８９】
すなわち、図９および図１０は、２次元周期的に空孔を配列した屈折率分布スラブ型フォトニック結晶で構成されるスラブ導波路を作成する方法を示す図である。
【００９０】
本実施の形態の本屈折率分布スラブ型フォトニック結晶を応用したスラブ導波路の作製方法は、図９の（ｃ）に示すように、所望のスラブ導波路８０の膜厚方向の理想的な屈折率分布を膜厚方向にｍ個に分割し、前記分割したｍ個の部分スラブの個々の屈折率を前記部分スラブの分布する屈折率の最大値と最小値の間のある値、例えば、平均値と決め（第ｋ番目の部分スラブの屈折率：nk）（ｋ＝1〜ｍ）、図９の（ａ）に示すように前記ｍ個の部分スラブに対応する屈折率のｍ個のフィルム８１（第１番目のフィルム〜第ｍ番目のフィルム）を用意する。前記個々のフィルム８１について、前記スラブ型フォトニック結晶８０の２次元周期的に配列する空孔８２位置に、突起８３を有する金型８４を前記フィルム８１にプレスして所望の空孔８２を形成した後、前記金型８４を前記フィルム８１から離す。この時、図９の（ａ）に示すように金型８４を加熱した状態でプレスすると空孔加工が容易になる。また、金型８４だけでなく、フィルム８１も含めて全体を加熱してもかまわない。
【００９１】
次に、空孔形成済みフィルムであるフォトニック結晶フィルムを空孔位置を揃えて積層する方法について説明する。
【００９２】
まず、第１の方法としては、次のような方法がある。すなわち、図９の（ｂ）に示すように、空孔形成済みフィルムであるフォトニック結晶フィルム８６を積層する毎にフォトニック結晶フィルム８６に垂直に、単一波長光８７を照射し、積層フィルム８８からの干渉光８９を観測しながら、積層するフォトニック結晶フィルム８６を水平方向に移動させ、干渉光８９の分布が対称になるところでフィルムを位置決めして積層する。
【００９３】
次に、第２の方法としては、次のような方法がある。すなわち、図１０の（ｂ）に示すように、空孔形成済みフィルムであるフォトニック結晶フィルム８６の形成された空孔よりも細い複数の位置決めピン９１を基板９０上のフィルムの空孔位置に立てた状態で、複数のフィルムを順番に積層する。
【００９４】
（第６の実施の形態）
次に、第６の実施の形態について説明する。
【００９５】
図１１及び図２０に第６の実施の形態のスラブ導波路の作成方法の概要図を示す。
【００９６】
すなわち、図１１は、２次元周期的に空孔を配列した屈折率分布スラブ型フォトニック結晶で構成されるスラブ導波路の第１の作製方法を示す概要図であり、図２０は、２次元周期的に空孔を配列した屈折率分布スラブ型フォトニック結晶で構成されるスラブ導波路の第２の作製方法を示す概要図である。
【００９７】
まず、図１１に示すスラブ導波路の第１の作製方法について説明する。
【００９８】
第１の作製方法は、図１１の（ａ）に示すように、まず、所望のスラブ導波路１００の膜厚方向の理想的な屈折率分布を膜厚方向にｍ個に分割する。そして、前記分割したｍ個の部分スラブの個々の屈折率を前記部分スラブの分布する屈折率の最大値と最小値の間のある値、例えば、平均値と決め（第ｋ番目の部分スラブの屈折率：nk）（ｋ＝1〜ｍ）、前記ｍ個の部分スラブに対応する屈折率のｍ個のフィルム１０１（第１番目のフィルム〜第ｍ番目のフィルム）を用意する。、そして、前記フィルム１０１を第１番目から第ｍ番目まで順番に積層する。ただし、フィルム１０１の膜厚は、積層時にスラブの膜厚となるように、個々のフィルム１０１の膜厚と積層数を調整する。
【００９９】
そして、図１１の（ｂ）に示すように、前記屈折率の異なるフィルムの積層により構成された膜厚方向に擬似２次屈折率分布、すなわち、実質上２次関数に従った屈折率分布を有する屈折率分布スラブ導波路１０２に対して、所望の２次元周期的に配列する空孔１０６の位置に突起１０３を有する金型１０４を前記スラブ導波路にプレスして所望の空孔１０６を形成する。その後、前記金型１０４を前記スラブ導波路から分離する。この時、金型１０４を加熱した状態でプレスすると空孔加工が容易になる。また、金型だけでなく、フィルムも含めて全体を加熱してもかまわない。
【０１００】
以上スラブ導波路の第１の作製方法について説明した。次に、スラブ導波路の第２の作製方法について説明する。
【０１０１】
すなわち、第２の作製方法のうち、フィルム積層により形成された屈折率分布を有するスラブ導波路１９０を作製する方法は図１１の（ａ）と同様である。図２０のスラブ導波路１９０の穴あけ方法として、以下の方法がある。すなわち、図２０の（ａ）に示すように所望の位置に２次元周期的に配列した空孔を有するマスク１９１を重ねた状態で、図２０の（ｂ）に示すようにイオンビーム１９２を照射して、前記屈折率分布スラブ導波路１９０の前記マスクの空孔位置にトラック１９３を形成するイオン注入プロセス（トラッキングプロセス）を行なう。その後、図２０の（ｃ）に示すように、前記イオン照射済みの屈折率分布スラブ導波路１９０を強アルカリ（ＮａＯＨ）１９５のエッチング液に浸漬するプロセス（エッチングプロセス）を行うことで前記マスク１９１の空孔パターンを前記屈折率分スラブ導波路１９０に転写する。なお、前記スラブ導波路の空孔の大きさは前記エッチング条件（濃度、時間など）で制御する。
【０１０２】
また、前記マスク１９１を使用して前記スラブ導波路に空孔を形成する方法として、その他のドライエッチなどの方法も可能である。
【０１０３】
次に、上記膜厚方向に屈折率分布を有するスラブ導波路の作製方法の実施の形態について説明する。
【０１０４】
膜厚方向に屈折率分布を有するスラブ導波路の作製方法は、大別して次の２通りが考えられる。
【０１０５】
（１）拡大・縮小のプロセスを使用せず実寸大で屈折率分布を形成する。
【０１０６】
（２）スラブ導波路の相似関係にある屈折率分布を有するスラブを作製し、前記スラブを縮小・拡大することで所望の屈折率分布を有するスラブ導波路を作製する。
【０１０７】
以下、作製方法（１）の例を第７の実施の形態〜第１０の実施の形態に、作製方法（２）の例を第１１実施の形態〜第１４実施の形態に示す。
【０１０８】
（第７の実施の形態）
次に、第７の実施の形態について説明する。
【０１０９】
図１２の（ａ）に膜厚方向に屈折率分布を有するスラブ導波路の第７の実施の形態の作製方法の概要図を示す。
【０１１０】
本実施の形態の本屈折率分布を有するスラブ導波路の作製方法は、図１２の（ａ）に示すように、まず、所望のスラブ導波路の膜厚方向の理想的な屈折率分布を膜厚方向にｍ個に分割し、前記分割したｍ個の部分スラブの個々の屈折率を前記部分スラブの分布する屈折率の最大値と最小値の間のある値、例えば、平均値と決め（第ｋ番目の部分スラブの屈折率：nk）（ｋ＝1〜ｍ）、前記ｍ個の部分スラブに対応する複数の屈折率の未硬化ポリマーを用意する。次に、基板１１０上に第k番目の未硬化ポリマー（屈折率：nk）を塗布し（ｋ＝１，２，・・・ｍの順）、ブレード１１３で前記第ｋ番目の部分スラブの膜厚の第ｋ番目のフィルムになるように未硬化ポリマーを引伸ばした後、前記未硬化ポリマー１１１を硬化する。上記未硬化ポリマー１１１の塗布・引伸ばし・硬化を第１番目のフィルムから第ｍ番目のフィルムまで繰り返すことにより、膜厚方向に屈折率分布を有するスラブ導波路を作製することができる。
【０１１１】
なお、未硬化ポリマー１１１の硬化方法としては、加熱やＵＶ照射などが挙げられる。
【０１１２】
（第８の実施の形態）
次に、第８の実施の形態について説明する。
【０１１３】
図１２の（ｂ）に、膜厚方向に屈折率分布を有するスラブ導波路の第８の実施の形態の作製方法の概要図を示す。
【０１１４】
本実施の形態の本屈折率分布を有するスラブ導波路の作製方法は、図１２の（ｂ）に示すように、まず、所望のスラブ導波路の膜厚方向の理想的な屈折率分布を膜厚方向にｍ個に分割し、前記分割したｍ個の部分スラブの個々の屈折率を前記部分スラブの分布する屈折率の最大値と最小値の間のある値、例えば、平均値と決め（第ｋ番目の部分スラブの屈折率：nk）（ｋ＝1〜ｍ）、前記ｍ個の部分スラブに対応する複数の屈折率の未硬化ポリマーを用意する。次に、基板１１０上に第k番目の未硬化ポリマー（屈折率：nk）を塗布し（ｋ＝１，２，・・・ｍの順）、スピンコーター１１４で基板１１０及び第ｋ−１番目の硬化済ポリマー上の第ｋ番目の未硬化ポリマーに遠心力を与え、前記第ｋ番目の未硬化ポリマーの膜厚が硬化後に前記第ｋ番目の部分スラブの膜厚の第ｋ番目のフィルムになるように前記第ｋ番目の未硬化ポリマーを伸張後、前記第ｋ番目の未硬化ポリマー１１１を硬化する。上記未硬化ポリマー１１１の塗布・伸張・硬化を第１番目のフィルムから第ｍ番目のフィルムまで繰り返すことにより、膜厚方向に屈折率分布を有するスラブ導波路を作製することができる。
【０１１５】
なお、未硬化ポリマー１１１の硬化方法としては、加熱やＵＶ照射などが挙げられる。
【０１１６】
（第９の実施の形態）
次に、第９の実施の形態について説明する。
【０１１７】
図１２の（ｃ）に膜厚方向に屈折率分布を有するスラブ導波路の第９実施の形態の作製方法の概要図を示す。
【０１１８】
本実施の形態の本屈折率分布を有するスラブ導波路の作製方法は、図１２(ｃ)に示すように、まず、所望のスラブ導波路の膜厚方向の理想的な屈折率分布を膜厚方向にｍ個に分割し、前記分割したｍ個の部分スラブの個々の屈折率を前記部分スラブの分布する屈折率の最大値と最小値の間のある値、例えば、平均値と決め（第ｋ番目の部分スラブの屈折率：nk）（ｋ＝1〜ｍ）、前記ｍ個の部分スラブに対応する複数の屈折率を有する光学的に透明な材料１１５を用意する。次に、基板１１０上に第k番目の材料（屈折率：nk）をスパッタなどで前記第ｋ番目の材料の膜厚が前記第ｋ番目の部分スラブの膜厚になるように堆積・積層する（ｋ＝１，２，・・・ｍの順）。上記材料の１１５の薄膜堆積プロセスを第１番目の堆積薄膜から第ｍ番目の堆積薄膜まで繰り返すことにより、膜厚方向に屈折率分布を有するスラブ導波路を作製することができる。
【０１１９】
なお、前記光学的に透明な材料１１５としては、ポリマー、ガラス、化合物半導体、酸化物（セラミック）など、屈折率制御が可能な材料が挙げられる。
【０１２０】
（第１０の実施の形態）
次に、第１０の実施の形態について説明する。
【０１２１】
図１２の（ｄ）に膜厚方向に屈折率分布を有するスラブ導波路の第１０実施の形態の作製方法の概要図を示す。
【０１２２】
本屈折率分布を有するスラブ導波路の作製方法の実施例は、図１２（ｄ）に示すように、まず、所望の屈折率分布の最大の屈折率を均質に有する屈折率均質スラブ１１７を用意し、前記屈折率均質スラブ導波路の屈折率を下げるイオン１１９を有する電離媒体（電解液）１１８に前記屈折率均質スラブ１１７を浸漬する。前記電離媒体（電解液）１１８内のイオン１１９は前記屈折率均質スラブ１１７の表面から進入し、前記屈折率均質スラブ１１７内のイオンを置換する。そのイオン置換量は、前記屈折率均質スラブ１１７の表面から内側に向かって少なくなるので、屈折率が均質であった前記屈折率均質スラブ１１７の屈折率は、中央で屈折率が最大となる屈折率分布を有するスラブ導波路となる。なお、前記屈折率分布は、イオン交換条件（濃度、温度、時間など）制御する。
【０１２３】
前記屈折率均質スラブ１１７としてはガラスなどを、屈折率を下げるイオン１１９としてはフッ素イオンなどが挙げられる。
【０１２４】
なお、本実施の形態の屈折率均質スラブ１１７は本発明のフィルム状スラブ素材の例である。
【０１２５】
（第１１の実施の形態）
次に、第１１の実施の形態について説明する。
【０１２６】
図１３に膜厚方向に屈折率分布を有するスラブ導波路の第１１実施の実施の形態の作製方法の概要図を示す。
【０１２７】
本実施の形態の本屈折率分布を有するスラブ導波路の作製方法は、図１３に示すように、所望のスラブ導波路１２０の膜厚方向の理想的な屈折率分布を膜厚方向にｍ個に分割し、前記分割したｍ個の部分スラブの個々の屈折率を前記部分スラブの分布する屈折率の最大値と最小値の間のある値、例えば、平均値と決め（第ｋ番目の部分スラブの屈折率：nk）（ｋ＝1〜ｍ）、前記ｍ個の部分スラブに対応する屈折率のｍ個の厚膜フィルム１２１（第１番目の厚膜フィルム〜第ｍ番目の厚膜フィルム）を用意する。平面を有する台１２２の平面１２４上に前記厚膜フィルムを第１番目から第ｍ番目まで順番に積層し、前記台の平面１２４と前記平面１２４と互いに平行な平面１２５を有する加圧部１２３の前記平面１２５の間に前記積層した圧膜フィルム挟み、前記積層した圧膜フィルムの膜厚が所望のスラブ導波路１２０の膜厚になるまで加重を加える。このとき、前記積層した厚膜フィルムを加熱すると加工が容易になる。
【０１２８】
このように、所望の屈折率分布を有するスラブ導波路に相似関係にある屈折率分布を有するスラブを圧縮することにより、μｍオーダーの光学材料の作製も容易になる。
【０１２９】
（第１２の実施の形態）
次に、第１２の実施の形態について説明する。
【０１３０】
図１４に、膜厚方向に屈折率分布を有すると同時に、ある一定方向に膜厚が変化し、前記屈折率分布が前記分布する膜厚に比例して変化するスラブ導波路の第１２の実施の形態の作製方法の概要図を示す。
【０１３１】
本実施の形態の本屈折率分布を有するスラブ導波路の作製方法は、図１４に示すように、膜厚方向に屈折率分布を有すると同時に、ある一定方向に膜厚が変化し、前記屈折率分布が前記分布する膜厚に比例して変化するスラブ導波路１３０の膜厚方向の理想的な屈折率分布を膜厚方向にｍ個に分割し、前記分割したｍ個の部分スラブの個々の屈折率を前記部分スラブの分布する屈折率の最大値と最小値の間のある値、例えば、平均値と決め（第ｋ番目の部分スラブの屈折率：nk）（ｋ＝1〜ｍ）、前記ｍ個の部分スラブに対応する屈折率のｍ個の厚膜フィルム１３１（第１番目の厚膜フィルム〜第ｍ番目の厚膜フィルム）を用意する。平面を有する台１３２の平面１３４上に前記厚膜フィルムを第１番目から第ｍ番目まで順番に積層し、前記台の平面１３４と前記平面１３４との距離が前記スラブ導波路１３０の膜厚変化に応じて単調変化する面１３５を有する加圧部１３３の前記面１３５の間に前記積層した圧膜フィルム挟み、前記積層した圧膜フィルムの膜厚が所望のスラブ導波路１３０の膜厚になるまで加重を加える。このとき、前記積層した厚膜フィルムを加熱すると加工が容易になる。
【０１３２】
このように、所望の屈折率分布を有するスラブ導波路に相似関係にある屈折率分布を有するスラブを圧縮することにより、μｍオーダーの光学材料の作製も容易になる。
【０１３３】
図１４の膜厚方向に屈折率分布を有すると同時に、ある一定方向に膜厚が変化し、前記屈折率分布が前記分布する膜厚に比例して変化するスラブ導波路は、膜厚の大きい端１３６と膜厚の小さな端１３７のモードフィールドが異なるため、モード変換器として利用できる。さらに、前記スラブ導波路１３０の膜厚方向と前記膜厚の大きい端１３６と膜厚の小さな端１３７を結ぶ光軸に垂直な方向の幅１３８をシングルモード条件、またはシングルモード条件に近いモード無分散となるための条件を満足する大きさにすると、前記モード変換機はシングルモードのモード変換器として利用できる。
【０１３４】
（第１３の実施の形態）
次に、第１３の実施の形態について説明する。
【０１３５】
図１５に膜厚方向に屈折率分布を有するスラブ導波路の第１３実施の形態の作製方法の概要図を示す。
【０１３６】
本実施の形態の本屈折率分布を有するスラブ導波路の作製方法は、図１５に示すように、所望のスラブ導波路１４０の膜厚方向の理想的な屈折率分布を膜厚方向にｍ個に分割し、前記分割したｍ個の部分スラブの個々の屈折率を前記部分スラブの分布する屈折率の最大値と最小値の間のある値、例えば、平均値と決め（第ｋ番目の部分スラブの屈折率：nk）（ｋ＝1〜ｍ）、前記ｍ個の部分スラブに対応する屈折率のｍ個の厚膜フィルム１４１（第１番目の厚膜フィルム〜第ｍ番目の厚膜フィルム）を用意する。次に、スラブ導波路１４０の膜厚と同じ間隔を有し、互いに反対方向に回転する対抗する２個のローラー（１４２、１４３）間に前記ローラーの回転方向に向かって前記厚膜フィルムを第１番目から第ｍ番目まで順番に積層した積層厚膜フィルムを挿入する。挿入した積層厚膜フィルムは、前記２個のローラー（１４２、１４３）によりスラブ導波路１４０の膜厚まで圧延される。このとき、前記積層した厚膜フィルムを加熱すると加工が容易になる。
【０１３７】
また、図は省略するが、平面上に積層厚膜フィルム上でローラーで加重しながら転がすことにより、前記積層厚膜フィルムを引伸ばす（圧延する）ことも可能である。
【０１３８】
なお、前記圧延プロセスを複数回に分け、段階的に前記積層厚膜フィルムを薄くしても良い。
【０１３９】
このように、所望の屈折率分布を有するスラブ導波路に相似関係にある屈折率分布を有するスラブを圧縮することにより、μｍオーダーの光学材料の作製も容易になる。
【０１４０】
（第１４の実施の形態）
次に、第１４の実施の形態について説明する。
【０１４１】
図１６に膜厚方向に屈折率分布を有するスラブ導波路の第１４実施の形態の作製方法の概要図を示す。
【０１４２】
本屈折率分布を有するスラブ導波路の作製方法の実施例は、図１６に示すように、所望のスラブ導波路１５０の膜厚方向の理想的な屈折率分布を膜厚方向にｍ個に分割し、前記分割したｍ個の部分スラブの個々の屈折率を前記部分スラブの分布する屈折率の最大値と最小値の間のある値、例えば、平均値と決め（第ｋ番目の部分スラブの屈折率：nk）（ｋ＝1〜ｍ）、前記ｍ個の部分スラブに対応する屈折率のｍ個の厚膜フィルム１５１（第１番目の厚膜フィルム〜第ｍ番目の厚膜フィルム）を用意する。次に、前記厚膜積層フィルム１５１の対抗する端を冶具（１５２、１５３）で保持し、前記冶具（１５２、１５３）を相対的に遠ざけて、前記厚膜積層フィルム１５１に対して面に平行に外側へ張力を加えることにより、前記厚膜積層フィルム１５１の膜厚をスラブ導波路１５０の膜厚まで薄くする。このとき、前記積層した厚膜フィルム１５０を加熱すると加工が容易になる。
なお、前記引張りプロセスを複数回に分け、段階的に前記積層厚膜フィルムを薄くしても良い。
【０１４３】
このように、所望の屈折率分布を有するスラブ導波路に相似関係にある屈折率分布を有するスラブを圧縮することにより、μｍオーダーの光学材料の作製も容易になる。
【０１４４】
（第１５の実施の形態）
次に、第１５の実施の形態について説明する。
【０１４５】
図１８に膜厚方向に屈折率分布を有するスラブ導波路の第１５実施の形態の概要図を示す。
【０１４６】
膜厚方向に屈折率分布を有するスラブ導波路の第１５実施の形態は、図１８に示すように、膜厚方向の中央近傍の最大屈折率部分と、前記最大屈折率部分から離れるに従って屈折率が２次曲線に沿って低下する屈折率低下部分で構成される屈折率分布スラブ導波路１７０と、前記屈折率分布スラブ導波路１７０内において入射光を拡散する拡散面１７１で構成される。本実施例は、前記屈折率分布スラブ導波路１７０に対する入射光１７４と出射光１７５の結合方法で、主に図１８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の３種類に分類される。
【０１４７】
（１）直線型マルチキャスト
図１８の（ａ）に示すように、光の入射面１７２と出射面１７３が前記屈折率分布スラブ導波路１７０の膜厚方向に対して平行で、前記入射光拡散面１７１も前記膜厚方向に平行である。
【０１４８】
この場合、入射光１７４は、屈折率分布スラブ導波路１７０に平行に入射し、前記拡散面１７１において前記屈折率分布スラブ導波路１７０の膜厚方向に対して垂直方向に光が一様に拡散し、出射面のいずれの位置からもほぼ等量の光量の出射光１７５を受けることができる。
【０１４９】
（２）反射型マルチキャスト
図１８の（ｂ）に示すように、光の入射面と出射面が前記屈折率分布スラブ導波路１７０の膜厚方向に対して互いに反対方向に４５°傾いた傾斜入射面１７７と傾斜出射面１７８となり、前記入射光拡散面１７１も、傾斜入射面１７７同様４５°傾いている。
【０１５０】
この場合、入射光１７４は、屈折率分布スラブ導波路１７０の膜厚方向に入射して４５°傾いた傾斜入射面１７７で反射して前記屈折率分布スラブ導波路１７０に結合される。前記傾斜入射面１７７上の拡散面１７１によって入射光は、前記屈折率分布スラブ導波路１７０の膜厚方向に対して垂直方向に光が一様に拡散し、前記傾斜出射面１７８での反射により、屈折率分布スラブ導波路１７０の膜厚方向のいずれの位置からもほぼ等量の光量の出射光１７５を受けることができる。
【０１５１】
（３）カプラー型マルチキャスト
図１８の（ｃ）に示すように、前記屈折率分布スラブ導波路１７０の膜厚方向に平行な入射面と出射面のそれぞれの近傍にプリズムカプラー１７９を設け、前記拡散面は、入射面同様膜厚方向である。
【０１５２】
この場合、入射光１７４は、屈折率分布スラブ導波路１７０の膜厚方向に傾けてプリズムカプラー１７９へ入射し、前記屈折率分布スラブ導波路１７０に結合される。前記入射面上の拡散面によって入射光は、前記屈折率分布スラブ導波路１７０の膜厚方向に対して垂直方向に光が一様に拡散し、前記屈折率分布スラブ導波路１７０を結合した一方のプリズムカプラー１７９を介して出射面のいずれの位置からもほぼ等量の光量の出射光１７５を受けることができる。
【０１５３】
ここで、図示していないが、前記出射面に複数の受光部を設けると、１個の光入力信号を複数個の受光信号に分配することができる。
【０１５４】
また、前記屈折率分布スラブ導波路１７０の２次曲線に沿った屈折率低下部分により、中心から離れるに従って屈折率が低下するので中心から離れる位置を通る高次モードほど速度が速く、中心に近い屈折率が高い位置を通る低次モードほど速度が遅いので、前記低次モードから高次モードの渡って等速伝搬（モード無分散）、すなわちシングルモードと同様の伝搬が可能となり、屈折率が一様なスラブ導波路に比べて光高速通信が可能となる。
【０１５５】
上記のような、拡散面を有する入射面と対応する出射面は、同一の前記屈折率分布スラブ導波路１７０において複数存在しても良く、入射光と前記屈折率分布スラブ導波路１７０の結合方法も混在しても問題ない。
【０１５６】
（第１６の実施の形態）
次に、第１６の実施の形態について説明する。
【０１５７】
図１９の（ａ）に膜厚方向に屈折率分布を有するスラブ導波路の第１６実施の形態の概要図を示す。
【０１５８】
本実施の形態の膜厚方向に屈折率分布を有するスラブ導波路は、図１９の（ａ）に示すように、膜厚方向の中央近傍の最大屈折率部分と、前記最大屈折率部分から離れるに従って屈折率が２次曲線に沿って低下する屈折率低下部分で構成される屈折率分布スラブ導波路１７０と、前記屈折率分布スラブ導波路１７０内において入射光を拡散する拡散面１７１で構成される屈折率分布スラブ導波路を、前記拡散面を同方向に揃えた状態で、膜厚方向に積層した構成を有する。
【０１５９】
このように、前記屈折率分布スラブ導波路１７０を多層化した多層屈折率分布スラブ導波路１８４を使用すると、複数の入射光を束ねた入射部（図示せず）と前記多層屈折率分布スラブ導波路１８４のパッシブアラインメント（固定部を使用した機械精度での光結合）が一度に可能となる。また、出力側についても同様に複数の受光部を束ねた受光部（図示せず）と前記多層屈折率分布スラブ導波路１８４のパッシブアラインメントか可能となる。
【０１６０】
（第１７の実施の形態）
次に、第１７の実施の形態について説明する。
【０１６１】
図１９の（ｂ）に膜厚方向に屈折率分布を有するスラブ導波路の第１７実施の形態の概要図を示す。
【０１６２】
本実施の形態の膜厚方向に屈折率分布を有するスラブ導波路は、図１９の（ｂ）に示すように、本願第１５の実施の形態の（２）反射型マルチキャストの屈折率分布スラブ導波路と、プリント基板などの電気用絶縁基板１８０を積層した構成を有し、前記電気用絶縁基板１８０において前記屈折率分布スラブ導波路１７０の膜厚方向の入射光１８２と出射光１８３が通る部分にスルーホール１８１を設けることにより入射光１８２と出射光１８３と前記屈折率分布スラブ導波路の結合を可能にする。
【０１６３】
このように、前記屈折率分布スラブ導波路１７０と電気用絶縁基板１８０を多層化したハイブリッド導波路を使用すると、電気回路と光回路の実装が容易になると同時に、小型化も可能となる。
【０１６４】
なお、前記プリント基板などの電気用絶縁基板１８０としては、３次元電気実装などの多層プリント基板などでも良い。
【０１６５】
なお、本願明細書に開示された各発明の相互の関係は、以下の通りである。
【０１６６】
第１の発明は、スラブ中に前記スラブの屈折率とは異なる屈折率を有する柱状物質を前記スラブ面に沿って２次元周期的に配列した２次元結晶格子を備え、
前記スラブ中の前記柱状物質部分以外のスラブ屈折率部分の屈折率と、前記柱状物質の個数及び形状及び屈折率とが、入射されてきた光束が最も広がる際の、前記スラブ厚さ方向の前記光束の大きさが、前記スラブ厚さを越えないように構成されているスラブ導波路である。
【０１６７】
また、第２の発明は、前記スラブ屈折率部分は、屈折率の分布が一様でない第１の発明のスラブ導波路である。
【０１６８】
また、第３の発明は、前記スラブ屈折率部分の前記スラブ面と直交する方向の屈折率は、前記スラブ屈折率部分の端部以外の所定部分において最大であり、前記所定部分からの距離の２次関数に従って低下する第２の発明のスラブ導波路である。
【０１６９】
また、第４の発明は、前記スラブ屈折率部分の前記スラブ面と直交する方向の屈折率は、前記スラブ屈折率部分の端部以外の所定の長さの領域において実質上一定であり、前記所定の長さの領域の端部からの距離の２次関数に従って低下する第２の発明のスラブ導波路である。
【０１７０】
また、第５の発明は、前記距離の２次関数に従って低下する部分の屈折率の屈折率分布定数は、１ｍｍ-1以上である第３または４の発明のスラブ導波路である。
【０１７１】
また、第６の発明は、前記柱状物質は、屈折率が一様な気体である第３または４の発明のスラブ導波路である。
【０１７２】
また、第７の発明は、前記距離の２次関数に従って低下する部分の屈折率の屈折率分布定数は、全光路長が光学的に０．５の整数倍のピッチとなるような屈折率分布定数である第３または４の発明のスラブ導波路である。
【０１７３】
また、第８の発明は、前記距離の２次関数に従って低下する部分の屈折率の屈折率分布定数は、前記スラブ屈折率部分の入射側焦点距離と出射側焦点距離との和が、前記スラブ屈折率部分と前記柱状物質とで構成される構成単位の長さと等しくなるような屈折率分布定数である第３または４の発明のスラブ導波路である。
【０１７４】
また、第９の発明は、前記距離の２次関数に従って低下する部分の屈折率の屈折率分布定数は、前記スラブ屈折率部分の入射側焦点距離と出射側焦点距離とが等しくなるような屈折率分布定数である第８の発明のスラブ導波路である。
【０１７５】
また、第１０の発明は、複数の前記スラブ屈折率部分のうち、光の入力端面となる前記スラブ屈折率部分の入力端面、及び光の出力端面となる前記スラブ屈折率部分の出力端面の少なくとも一方の端面は曲面を有する第３または４の発明のスラブ導波路である。
【０１７６】
また、第１１の発明は、複数の前記スラブ屈折率部分のうち、光の入力端面となる前記スラブ屈折率部分の入力端面、及び光の出力端面となる前記スラブ屈折率部分の出力端面の少なくとも一方の端面は、前記スラブ屈折率部分の端部以外の所定の面が平面であり、前記平面の外側に曲面を有する第３または４の発明のスラブ導波路である。
【０１７７】
また、第１２の発明は、前記曲面は、０．１μｍ以上の曲率半径を有する曲面である第１０または１１の発明のスラブ導波路である。
【０１７８】
また、第１３の発明は、前記曲面は、前記スラブ屈折率部分及び前記柱状物質から構成される構成単位を１周期とした場合の総周期数の１／１０倍μｍ以上の曲率半径を有する曲面である第１０または１１の発明のスラブ導波路である。
【０１７９】
また、第１４の発明は、前記スラブ屈折率部分と前記柱状物質との境界面のうち、少なくとも１つの境界面は曲面を有している第１の発明のスラブ導波路である。
【０１８０】
また、第１５の発明は、前記スラブ屈折率部分と前記柱状物質との境界面は、前記スラブの膜厚方向に曲面を有する第１４の発明のスラブ導波路である。
【０１８１】
また、第１６の発明は、前記スラブ屈折率部分と前記柱状物質との境界面は、前記スラブ屈折率部分の端部以外の所定の長さの領域で平面を有し、前記所定の長さの領域の外側で前記スラブの膜圧方向に曲面を有する第１４の発明のスラブ導波路である。
【０１８２】
また、第１７の発明は、前記曲面の曲率半径は、前記スラブ屈折率部分の入射側焦点距離と出射側焦点距離との和が、前記スラブ屈折率部分と前記柱状物質とで構成される構成単位の長さと等しくなるような曲率半径である第１５または１６の発明のスラブ導波路である。
【０１８３】
また、第１８の発明は、前記曲面の曲率半径は、前記スラブ屈折率部分の入射側焦点距離と出射側焦点距離とが等しくなるような曲率半径である第１７の発明のスラブ導波路である。
【０１８４】
また、第１９の発明は、前記曲面の曲率半径は、０．１μｍ以上である第１５または１６の発明のスラブ導波路である。
【０１８５】
また、第２０の発明は、前記スラブ面の少なくとも一方に前記スラブ面と接する膜状物質を備えた第１〜１９の発明のいずれかのスラブ導波路である。
【０１８６】
また、第２１の発明は、入射光の入射面に少なくとも一つの入射光拡散部分を備えた第３、４、１５、１６の発明のいずれかのスラブ導波路である。
【０１８７】
また、第２２の発明は、前記入射光拡散部分は、前記入射光が最初に反射する面に設けられている第２１の発明のスラブ導波路である。
【０１８８】
また、第２３の発明は、第２１の発明のスラブ導波路を、複数個膜圧方向に積層したスラブ導波路である。
【０１８９】
また、第２４の発明は、電気用基板と、
前記電気用基板にその膜圧方向に積層された第２１の発明のスラブ導波路とを備えたスラブ導波路である。
【０１９０】
また、第２５の発明は、前記電気用基板に入射光と出射光との少なくとも一つを通過させるスルーホールが形成されている第２４の発明のスラブ導波路である。
【０１９１】
また、第２６の発明は、屈折率が異なり孔のあいた複数のフィルムを前記孔の位置をあわせながら積層して積層体を形成する積層工程を備え、
前記積層体のフィルム部分はスラブとして機能するものであり、
前記孔の部分は柱状物質として機能するものであるスラブ導波路の製造方法である。
【０１９２】
また、第２７の発明は、前記複数のフィルムのうち、最も屈折率が高いフィルムが前記積層体の端部以外の位置に位置し、その最も高い屈折率のフィルムから離れるに従って、順番に低い屈折率のフィルムが前記積層体として積層される第２６の発明のスラブ導波路の製造方法である。
【０１９３】
また、第２８の発明は、前記積層工程は、前記複数のフィルムのうちのフィルムを前記積層体に積層する際にその積層するフィルムのフィルム面と垂直に単一波長光を照射し、前記積層体からの干渉光に基づいてその積層するフィルムを位置決めすることによって前記孔の位置を膜厚方向に揃える第２６の発明のスラブ導波路の製造方法である。
【０１９４】
また、第２９の発明は、前記積層工程は、前記孔よりも細い複数の位置決めピンを前記フィルムの孔の位置に立て、その位置決めピンを利用して前記複数のフィルムの前記孔の位置を膜圧方向にそろえて積層する第２６の発明のスラブ導波路の製造方法である。
【０１９５】
また、第３０の発明は、前記孔は、予め前記フィルムに、周期的に配列した柱状突起を表面に有する金型を押し付け、その押し付けた金型を離型させることによって形成されたものである第２６の発明のスラブ導波路の製造方法である。
【０１９６】
また、第３１の発明は、屈折率が異なる複数のフィルムを積層して積層体を形成する積層工程と、
その形成された積層体に孔を形成する柱状物質形成工程とを備え、
前記積層体のフィルム部分はスラブとして機能するものであり、
前記孔の部分は柱状物質として機能するものであるスラブ導波路の製造方法である。
【０１９７】
また、第３２の発明は、前記柱状物質形成工程は、前記積層体に、周期的に配列した柱状突起を表面に有する金型を押し付け、その押し付けた金型を離型させることによって前記孔を形成する第３１の発明のスラブ導波路の製造方法である。
【０１９８】
また、第３３の発明は、前記柱状物質形成工程は、周期的に配列した孔を有するマスクを前記積層体のフィルム面に重ねた状態でイオンを注入するトラッキング工程と、
そのイオン注入済みの前記積層体をエッチング液に浸漬するエッチング工程とを有する第３１の発明のスラブ導波路の製造方法である。
【０１９９】
また、第３４の発明は、前記積層工程は、未硬化ポリマー塗布する工程と、前記未硬化ポリマーを引伸ばす工程と、その引き延ばされた前記未硬化ポリマーを硬化する工程との３工程の繰り返しで行われる第３１の発明のスラブ導波路の製造方法である。
【０２００】
また、第３５の発明は、前記積層工程は、積層材料の薄膜堆積工程の繰り返しで行われる第３１の発明のスラブ導波路の製造方法である。
【０２０１】
また、第３６の発明は、前記積層工程は、その端部以外の部分で最高屈折率となる屈折率分布となるように、屈折率の異なる厚膜フィルムを積層して屈折率分布型厚膜積層体を形成する厚膜積層体形成工程と、
前記屈折率分布型厚膜積層体の膜厚が所望の膜厚となるまで前記屈折率分布型厚膜積層体を積層方向にプレスするプレス工程とを有する第３１の発明のスラブ導波路の製造方法である。
【０２０２】
また、第３７の発明は、前記プレス工程は、互いに平行な面を有する２物体で前記屈折率分布型厚膜積層体を挟みこんで加重する第３６の発明のスラブ導波路の製造方法である。
【０２０３】
また、第３８の発明は、前記プレス工程は、少なくとも部分的に互いに非平行な面を有する２物体で前記屈折率分布型厚膜積層体を挟み込んで加重する第３６の発明のスラブ導波路の製造方法である。
【０２０４】
また、第３９の発明は、前記２物体は、水平な平面を有する第１の物体と、前記第１の物体の平面に平行な一方向に対して前記平面からの距離が単調変化する平面あるいは曲面を有する第２の物体である第３８の発明のスラブ導波路の製造方法である。
【０２０５】
また、第４０の発明は、前記プレス工程は、最小間隔が実質上スラブ導波路の膜厚に等しく、前記間隔位置で互いに平行な面を有する少なくとも一方がローラーである２物体の前記ローラーの回転力により前記２物体間に前記屈折率分布型厚膜積層体を巻き込みながら前記屈折率分布型厚膜積層体の膜厚をスラブ導波路の膜厚まで薄くする第３６の発明のスラブ導波路の製造方法である。
【０２０６】
また、第４１の発明は、前記プレス工程は、最小間隔が実質上スラブ導波路の膜厚に等しく、前記間隔位置で互いに平行な面を有する少なくとも一方がローラーである２物体の一方の表面に、前記屈折率分布型厚膜積層体を固定した状態で、前記ローラーを前記屈折率分布型厚膜積層体上で転がすことにより、前記屈折率分布型厚膜積層体の膜厚をスラブ導波路の膜厚まで薄くする第３６の発明のスラブ導波路の製造方法である。
【０２０７】
また、第４２の発明は、前記プレス工程は、前記屈折率分布型厚膜積層体の端の少なくとも２ヵ所に前記屈折率分布型厚膜積層体に平行に外側に向かう張力を加えることにより、前記屈折率分布型厚膜積層体の膜厚をスラブ導波路の膜厚まで薄くする第３６の発明のスラブ導波路の製造方法である。
【０２０８】
また、第４３の発明は、前記プレス工程の際、前記屈折率分布型厚膜積層体を加熱する第２６〜４２の発明のいずれかのスラブ導波路の製造方法である。
【０２０９】
第４４の発明は、フィルム状スラブ素材に対して、上下面を通して前記フィルム状スラブ素材の内外へイオンを移動させることで屈折率分布を形成する屈折率分布形成工程と、
その屈折率分布が形成された前記フィルム状スラブ素材に孔をあける柱状物質形成工程とを備え、
前記フィルム状スラブ素材の部分はスラブとして機能するものであり、
前記孔の部分は柱状物質として機能するものであるスラブ導波路の製造方法である。
【０２１０】
【発明の効果】
以上説明したところから明らかなように、本発明は、光ファイバーと結合ロスが無く、シングルモード条件、またはシングルモード条件に近いモード無分散となるための条件を満足することが出来るスラブ導波路、及びスラブ導波路の製造方法を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるスラブ導波路の構成概要断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態におけるスラブ導波路の斜視図である。
【図３】本発明の第１実施の形態におけるスラブ導波路の屈折率分布定数とフォトニック結晶の総周期数の関係図である。
【図４】本発明の第２実施の形態におけるスラブ導波路の構成概要断面図である。
【図５】本発明の第３実施の形態におけるスラブ導波路の構成概要断面図である。
【図６】本発明の第３実施の形態におけるスラブ導波路の曲率半径とフォトニック結晶の総周期数の関係図である。
【図７】本発明の第４実施の形態におけるスラブ導波路の構成概要断面図である。
【図８】本発明の第１〜第４実施の形態におけるスラブ導波路の基板の構成概要図である。
【図９】本発明の第５実施の形態におけるスラブ導波路の第１作製方法の概要図である。
【図１０】本発明の第５実施の形態におけるスラブ導波路の第２作製方法の概要図である。
【図１１】本発明の第６実施の形態におけるスラブ導波路の第１作製方法の概要図である。
【図１２】本発明の第７〜第１０実施の形態におけるのスラブ導波路の作製方法の概要図である。
【図１３】本発明の第１１実施の形態におけるスラブ導波路の作製方法の概要図である。
【図１４】本発明の第１２実施の形態におけるスラブ導波路の作製方法の概要図である。
【図１５】本発明の第１３実施の実施の形態におけるスラブ導波路の作製方法の概要図である。
【図１６】本発明の第１４実施の形態におけるスラブ導波路の作製方法の概要図である。
【図１７】本発明の第１〜第４実施の形態におけるスラブ導波路の膜厚方向の屈折率分布と端面加工の構成概要図である。
【図１８】本発明の第１５実施の形態におけるスラブ導波路の概要図である。
【図１９】本発明の第１６実施の形態におけるスラブ導波路の概要図である。
【図２０】本発明の第６実施の形態におけるスラブ導波路の第２作製方法（トラックエッチ）の概要図である。
【図２１】従来のスラブ型フォトニック結晶で構成されたスラブ導波路の例である。
【符号の説明】
１ 屈折率分布スラブ
２ 空孔
３ 基板
４ ビーム軌跡
５ 入力側ビームウェスト
６ 入力側ビームウェスト
７ 屈折率分布スラブ型フォトニック結晶
３１ ビーム軌跡
３２ 屈折率分布スラブ部分の一周期分の入射側ビームウェスト
３３ 屈折率分布スラブ部分の一周期分の出力側ビームウェスト
３４ スラブ型フォトニック結晶の入射側ビームウェスト
３５ スラブ型フォトニック結晶の出射側ビームウェスト
４１ スラブ屈折率部分
４２ 空孔
４３ 基板
４４ ビーム軌跡
４５ スラブ型フォトニック結晶の入射端面
４６ スラブ型フォトニック結晶の出射端面
４７ スラブ型フォトニック結晶
４８ ビームウェスト
６１ スラブ屈折率部分
６２ 空孔
６３ スラブ部分一周期分の入射側ビームウェスト
６４ スラブ部分一周期分の出射側ビームウェスト
６５ スラブ型フォトニック結晶の入射側ビームウェスト
６６ スラブ型フォトニック結晶の出射側ビームウェスト
６７ スラブ型フォトニック結晶
６８ ビーム軌跡
７０ スラブ型フォトニック結晶
７１ 基板
７２ スラブ屈折率部分
７３ 空孔
７４ 空孔付基板
７５ 屈折率分布
８０ 屈折率分布スラブ型フォトニック結晶
８１ フィルム
８２ 空孔
８３ 突起
８４ 金型
８５ ヒーター
８６ フォトニック結晶フィルム
８７ 単一波長ビーム
８８ 積層済フォトニック結晶フィルム
８９ 干渉光
９０ 基板
９１ 位置決めピン
１００ 屈折率分布スラブ型フォトニック結晶
１０１ フィルム
１０２ 屈折率分布スラブ
１０３ 突起
１０４ 金型
１０５ ヒーター
１０６ 空孔
１１０ 基板
１１１ 硬化前ポリマー
１１２ 積層済フィルム
１１３ ブレード
１１４ スピンコーター
１１５ 堆積材料
１１６ 原料ソース
１１７ 屈折率均質スラブ
１１８ 電離媒体（電解液）
１１９ イオン
１２０ 屈折率分布スラブ導波路
１２１ 厚膜フィルム
１２２ 台
１２３ 加圧部
１２４ 台平面
１２５ 加圧部平面
１３０ テーパー型屈折率分布スラブ導波路
１３１ 積層厚膜フィルム
１３２ 台
１３３ テーパー付加圧部
１３４ 台平面
１３５ 加圧部テーパー面
１３６ スラブ導波路端（膜厚大）
１３７ スラブ導波路端（膜厚大）
１３８ スラブ導波路幅
１３９ スラブ導波路高
１４０ 屈折率分布スラブ導波路
１４１ 積層厚膜フィルム
１４２ 第１のローラー
１４３ 第２のローラー
１５０ 屈折率分布スラブ導波路
１５１ 積層厚膜フィルム
１５２ 第１の固定治具
１５３ 第２の固定治具
１６０ ２次曲線屈折率分布型スラブ
１６１ ２次曲線
１６２ ハイブリッド屈折率分布型スラブ
１６３ ２次曲線部分
１６４ 一定部分
１６５ ２次曲面
１６６ 非２次曲面
１６７ 曲面
１６８ 非曲面
１６９ 回折表面
２００ スラブ型フォトニック結晶
１７０ 屈折率分布型スラブ導波路
１７１ 拡散面
１７２ 入射面
１７３ 出射面
１７４ 入射光
１７５ 出射光
１７６ 拡散光
１７７ 傾斜入射面（４５°）
１７８ 傾斜出斜面（４５°）
１７９ プリズムカプラー
１８０ 電気用基板（多層）
１８１ スルーホール
１８２ 入射光
１８３ 出射光
１８４ 多層屈折率分布型スラブ導波路
１９０ 屈折率分布スラブ
１９１ マスク
１９２ イオンビーム
１９３ トラック
１９４ フォトニック結晶スラブ
１９５ 強アルカリ（ＮａＯＨ）
１９６ 侵食孔
２０１ 基板
２０２ 空孔
２０３ スラブ
２０４ 入射光
２０５ 出射光
２０６ 拡散光
２０７ 基板空孔
Claims (17)
- スラブ中に前記スラブの屈折率とは異なる屈折率を有する柱状物質を前記スラブ面に沿って２次元周期的に配列した２次元結晶格子を備え、フォトニック結晶で構成されたスラブ導波路であって、
前記スラブ中の前記柱状物質部分以外のスラブ屈折率部分の、前記スラブ面と直交する方向では、前記スラブ屈折率部分の端部以外の所定部分において最大であり、前記所定部分からの距離の２次関数に従って低下する屈折率と、前記柱状物質の個数及び形状及び屈折率とが、入射されてきた光束が最も広がる際の、前記スラブ厚さ方向の前記光束の大きさが、前記スラブ厚さを越えないように構成されている、スラブ導波路。 - 前記スラブ屈折率部分の前記スラブ面と直交する方向の屈折率は、前記スラブ屈折率部分の端部以外の所定の長さの領域において実質上一定であり、前記所定の長さの領域の端部からの距離の２次関数に従って低下する、請求項１記載のスラブ導波路。
- 前記距離の２次関数に従って低下する部分の屈折率の屈折率分布定数は、１ｍｍ-1以上である、請求項１または２に記載のスラブ導波路。
- 前記距離の２次関数に従って低下する部分の屈折率の屈折率分布定数は、入射側と出射側とでスポット径が等しくなるような屈折率分布定数である、請求項１または２に記載のスラブ導波路。
- 前記距離の２次関数に従って低下する部分の屈折率の屈折率分布定数は、前記スラブ屈折率部分の入射側焦点距離と出射側焦点距離との和が、前記スラブ屈折率部分と前記柱状物質とで構成される構成単位の長さと等しくなるような屈折率分布定数である、請求項１または２に記載のスラブ導波路。
- 前記スラブ屈折率部分と前記柱状物質との境界面のうち、少なくとも１つの境界面は曲面を有している、請求項１記載のスラブ導波路。
- 前記スラブ屈折率部分と前記柱状物質との境界面は、前記スラブの膜厚方向に曲面を有する、請求項６記載のスラブ導波路。
- 前記スラブ屈折率部分と前記柱状物質との境界面は、前記スラブ屈折率部分の端部以外の所定の長さの領域で平面を有し、前記所定の長さの領域の外側で前記スラブの膜圧方向に曲面を有する、請求項６記載のスラブ導波路。
- 前記曲面の曲率半径は、前記スラブ屈折率部分の入射側焦点距離と出射側焦点距離との和が、前記スラブ屈折率部分と前記柱状物質とで構成される構成単位の長さと等しくなるような曲率半径である、請求項７または８に記載のスラブ導波路。
- 前記曲面の曲率半径は、前記スラブ屈折率部分の入射側焦点距離と出射側焦点距離とが等しくなるような曲率半径である、請求項９記載のスラブ導波路。
- 前記曲面の曲率半径は、０．１μｍ以上である、請求項７または８に記載のスラブ導波路。
- 前記屈折率が異なり孔のあいた複数のフィルムを前記孔の位置をあわせながら積層して積層体を形成する積層工程を備え、
前記積層体のフィルム部分は前記スラブとして機能するものであり、
前記孔の部分は前記柱状物質として機能するものであり、
前記複数のフィルムのうち、最も屈折率が高いフィルムが前記積層体の端部以外の位置に位置し、その最も高い屈折率のフィルムから離れるに従って、順番に低い屈折率のフィルムが前記積層体として積層される、請求項１記載のスラブ導波路を生産するための、スラブ導波路の製造方法。 - 前記積層工程は、前記複数のフィルムのうちのフィルムを前記積層体に積層する際にその積層するフィルムのフィルム面と垂直に単一波長光を照射し、前記積層体からの干渉光に基づいてその積層するフィルムを位置決めすることによって前記孔の位置を膜厚方向に揃える、請求項１２記載のスラブ導波路の製造方法。
- 前記屈折率が異なる複数のフィルムを積層して積層体を形成する積層工程と、
その形成された積層体に孔を形成する柱状物質形成工程とを備え、
前記積層体のフィルム部分は前記スラブとして機能するものであり、
前記孔の部分は前記柱状物質として機能するものであり、
前記積層工程は、その端部以外の部分で最高屈折率となる屈折率分布となるように、屈折率の異なる厚膜フィルムを積層して屈折率分布型厚膜積層体を形成する厚膜積層体形成工程と、前記屈折率分布型厚膜積層体の膜厚が所望の膜厚となるまで前記屈折率分布型厚膜積層体を積層方向にプレスするプレス工程とを有する、請求項１記載のスラブ導波路を生産するための、スラブ導波路の製造方法。 - 前記プレス工程は、少なくとも部分的に互いに非平行な面を有する２物体で前記屈折率分布型厚膜積層体を挟み込んで加重する請求項１４記載のスラブ導波路の製造方法。
- 前記２物体は、水平な平面を有する第１の物体と、前記第１の物体の平面に平行な一方向に対して前記平面からの距離が単調変化する平面あるいは曲面を有する第２の物体である、請求項１５記載のスラブ導波路の製造方法。
- フィルム状スラブ素材に対して、上下面を通して前記フィルム状スラブ素材の内外へイオンの移動をさせることで屈折率分布を形成する屈折率分布形成工程と、
その屈折率分布が形成された前記フィルム状スラブ素材に孔をあける柱状物質形成工程とを備え、
前記フィルム状スラブ素材の部分は前記スラブとして機能するものであり、
前記孔の部分は前記柱状物質として機能するものである、請求項１記載のスラブ導波路を生産するための、スラブ導波路の製造方法。
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