JP3917170B2

JP3917170B2 - 分散補償素子

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Publication number: JP3917170B2
Application number: JP2006542262A
Authority: JP
Inventors: 憲介小川; 永聡陳
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2004-10-29
Filing date: 2005-08-26
Publication date: 2007-05-23
Anticipated expiration: 2025-08-26
Also published as: EP1832904B1; US7065280B2; EP1832904A4; US20060093299A1; WO2006046347A1; JPWO2006046347A1; EP1832904A1

Description

本発明は、フォトニック結晶を用いた分散補償素子の技術分野に関し、特にフォトニック結晶部と光を導くコア部とを個別に備えた低損失の分散補償素子に関する。

近年、長距離のデータ通信は光ファイバーを介して行なわれており、データの伝送速度も従来より飛躍的に高まっている。近い将来、このような光ファイバを介したデータ通信において、超短光パルスを用い、現時点での伝送速度より遥かに高速な１６０Ｇｂｉｔ／ｓもしくはそれ以上の伝送速度で通信を行なうことが検討されている。

ところで、データ通信を行なう場合、常にクロストークや伝送エラーという問題がついて回るが、データの伝送速度が高まると、自ずと個々の光パルスの幅と、互いに前後する光パルスの間隔が狭まってくるため、この問題は非常に重要な問題となる。

光が物質中を進行する速度は、物質の屈折率で決まり、屈折率が大きいほど光速度は遅くなる。ガラス、半導体、光学結晶等の物質では、屈折率は光の周波数(空気中の波長)によって変化するため、光速度は波長に依存することになる。この、屈折率の波長依存性により、光パルスが物質中を進行する間に光パルスの波形を歪ませ、パルスの時間幅が広がる要因となることが知られている。このように、光の波長に応じて光速度が異なる、という特性を、以下、波長分散、あるいは単に分散と称する。

上記のようにして、光ファイバ中を進行する間に、光パルスの波形が歪んだり、光パルスの時間幅が広がるわけであるが、従来の伝送速度では光パルスの時間幅も大きいため、特に大きな問題とはならない。しかし、データの伝送速度が高まると、前後の光パルスどうしが干渉するなどして、クロストークや伝送エラーが生じてしまう。このため、現状の技術のままで単に伝送速度を高めようとしたのでは、より高速度でのデータ通信は実現できないのである。

このような問題に対し、例えばフォトニック結晶を用い、波長分散を補償するという試みが既に行われている。

フォトニック結晶は、屈折率が異なる二つの物質を周期的に配列した構造を有しており、この配列の一部を欠陥させて欠陥導波路(連続欠落部)を形成することで、特定の周波数の光のみが通過し、この光に対して特定の波長分散を与える導波モードが発生する。この導波モードを利用することで、光ファイバ伝送路の波長分散を補償するのである(例えば、非特許文献１参照。)。

また、フォトニック結晶中に欠損導波路を設けて、当該欠損導波路に沿って光を伝播させることにより、光パルスの位相の波長(もしくは周波数、以下、単に波長と称する)の複数次の項に対して、それぞれ所定の波長分散変動を光に付与することを可能にする分散補償素子についての技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
細見和彦、勝山俊夫、「フォトニック結晶結合欠陥導波路の光伝搬特性(２)」、"第６３回応用物理学会学術講演会講演予稿集第３分冊"、社団法人応用物理学会、平成１４年（２００２年）９月２４日、ｐ．９１７国際公開第２００４／０６３７９７号パンフレット

しかしながら、上述した従来技術による分散補償素子の構造によれば、フォトニック結晶中に光パルスを伝播する導波路（欠陥導波路）を設けたため、導波路の大きさはフォトニック結晶層の厚さ等に依存してしまい、結果として断面積の小さい導波路となってしまう。

このような断面積の小さい導波路に光パルスを入射させようとすると、非常に大きなロス（損失）を生じさせてしまう。このようにロスの大きい分散補償素子は、広いスペクトル帯域を利用する超高速大容量光通信に適用することは非常に困難である。

そこで、本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、光パルスの伝送速度の高速化を実現することのできる低損失の分散補償素子を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、外部から入射される光パルスの波長分散を補償する分散補償素子において、入射端から出射端まで前記光パルスを導くためのコア部と、第１のクラッド層及び第２のクラッド層から成るクラッド部と、から成る導波路と、前記導波路によって導かれる前記光パルスに対して、前記波長分散の変動量の絶対値と、正負いずれかの符号と、を含む所定の分散特性を有する波長分散変動を付与するフォトニック結晶部と、を有し、前記フォトニック結晶部は、前記第１のクラッド層上に積層して形成され、前記コア部は、前記フォトニック結晶部上に積層して形成され、前記第２のクラッド層は、前記フォトニック結晶部上に部分的に積層し、かつ前記コア部の上部及び前記コア部の側部を覆うように形成されることを特徴とする。

これによれば、波長分散を付与するフォトニック結晶部と光を導く導波路とが個別に設けられるため、フォトニック結晶部の設計と導波路の設計とを個別に行なうことが可能になる。これは、コア部とクラッド部の材質を変更して、屈折率の差を設定するなど、導波路の断面積の自由な設計を可能とすることを意味している。したがって、本発明の分散補償素子と光ファイバーとを接続して、当該光ファイバーから光パルスを当該分散補償素子に入射させる際に、損失を最小限に抑えて光パルスを素子内部へ十分に取り込み、分散補償を確実に行なうことができる。また、コア部をフォトニック結晶部上に積層して形成したため、コア部によって導かれる光はフォトニック結晶部による波長分散変動をより確実に受けることが可能になる。

上記課題を解決するため、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の分散補償素子において、前記フォトニック結晶部は、誘電率の異なる第１の物質及び第２の物質とからなり、前記第１の物質が所定のサイズと所定の配置間隔で前記第２の物質中において面状に配されることを特徴とする。

これによれば、誘電率の異なる第１の物質を所定サイズと所定配置間隔で第２の物質中に面状に配列することで形成することができるため、特に複雑な構造となることもなく、比較的低コストで分散補償素子を実現することが可能である。

上記課題を解決するため、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の分散補償素子において、前記フォトニック結晶部は、前記導波路の光パルスの進行方向に沿って配される複数の領域から成り、各前記領域における前記第１の物質の前記サイズ及び前記配置間隔は、前記各領域における前記分散特性が異なるよう定められることを特徴とする。

これによれば、フォトニック結晶部に複数の領域で構成し、それぞれの領域毎に第２の物質中に配される第１の物質のサイズと間隔を異ならせることで、正負の分散補償や、複数次の分散補償を行なうことができる。

上記課題を解決するため、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の分散補償素子において、前記導波路の屈折率を変化させて前記波長分散の前記絶対値及び前記符号を制御すべく、前記フォトニック結晶部にエネルギーを付与するエネルギー付与部を有することを特徴とする。

これによれば、導波路の屈折率を変化させるため、電気、熱、圧力等のエネルギーを外部から独立して付与するためのエネルギー付与部を備えることで、光パルスに与える波長分散変動を自在に制御することができる。

上記課題を解決するため、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の分散補償素子において、前記エネルギー付与部は、前記フォトニック結晶部の前記各領域毎にエネルギーを付与すること特徴とする。

これによれば、フォトニック結晶部の各領域毎に、個別にエネルギーを付与することが可能になるので、それぞれの領域がターゲットとする正負の分散補償や、複数次の分散補償を独立して制御することが可能になる。

上記課題を解決するため、請求項６に記載の発明は、請求項４又は請求項５に記載の分散補償素子において、前記第２の物質は、定常状態で所定のキャリア密度を有する半導体から成り、前記エネルギー付与部は、前記半導体のキャリア密度を変化させるべく前記フォトニック結晶部にエネルギーを付与することを特徴とする。

これによれば、フォトニック結晶部の第２の物質を構成する半導体のキャリア密度を変化させることにより、導波路によって導かれる光パルスに波長分散変動を付与することができる。

上記課題を解決するため、請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の分散補償素子において、前記エネルギー付与部は、前記半導体のキャリア密度を変化させるべく前記フォトニック結晶部に電圧を印加する電圧印加部を有することを特徴とする。

これによれば、フォトニック結晶部に電圧を印加して、フォトニック結晶部の第２の物質を構成する半導体のキャリア密度を変動させることによって、導波路によって導かれる光パルスに対して波長分散変動を付与することができる。

上記課題を解決するため、請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の分散補償素子において、前記エネルギー付与部は、前記第２の物質の電位を所定の値に保持するための電位保持部を有することを特徴とする。

これによれば、フォトニック結晶部の第２の物質の電位を所定の値に保持することが可能になり、光パルスに対してより安定した分散補償を行なうことが可能になる。
上記課題を解決するため、請求項９に記載の発明は、請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の分散補償素子において、前記フォトニック結晶部の光の進行方向に沿った両側に光の伝搬を抑制するバリア領域を有することを特徴とする。
これによれば、光の進行方向に対して水平方向への光の拡散を防いで、精度よく確実に光を伝播させることができる。

本発明によれば、波長分散を付与するフォトニック結晶部と光を導く導波路とが個別に設けられるため、導波路の断面積を自由に設計することができ、光パルスの減衰を最小限に抑えて素子内部へ十分に取り込むことができ、分散補償を確実に行なうことを実現する低損失の分散補償素子を提供することができる。

本実施形態にかかる分散補償素子の断面図である。フォトニック結晶層４におけるフォトニック結晶領域Ｒ１の説明図である。フォトニック結晶層４におけるフォトニック結晶領域Ｒ１を伝播する光の説明図である。フォトニック結晶層４の各領域における導波モードの説明図である。分散補償素子１の形成手順の説明図である。分散補償素子１の形成手順の説明図である。分散補償素子１の形成手順の説明図である。バリア層を設けたフォトニック結晶層４を有する分散補償素子の概略説明図である。バリア層を設けたフォトニック結晶層４の構成説明図である。他の変形構成例によるバリア層を設けたフォトニック結晶層４の説明図である。光の周波数に対する位相の変化を示すグラフである。孔４１の直径が２４２ｎｍの光の周波数に対する位相の変化を示すグラフである。多モード導波路を用いた波長分散補正素子である。方向性結合を用いた波長分散補正デバイスを示す説明図である。

符号の説明

１分散補償素子
２基板
３クラッド層
４フォトニック結晶層
４１孔
４２端子部
５、５Ａ、５Ｂコア層
６クラッド層
７内部電極
７´ 電極
８ａ、８ｂ電極
９基準電極
Ｒ１フォトニック結晶領域
Ｒ２拡張領域
ａ、ｄ間隔
ｒ半径

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
［分散補償素子の構成及び機能］
先ず、図１乃至図３を参照して、本実施形態にかかる分散補償素子の構成及び機能を説明する。
図１は、本実施形態にかかる分散補償素子の断面図である。

図１に示すように、本実施形態における分散補償素子１は、基板２、フォトニック結晶層（フォトニック結晶部）４、光パルスを導くためのコア層（コア部）５、当該コア層５と共に導波路として機能するクラッド層（第１のクラッド層）３及びクラッド層（第２のクラッド層）６、そしてこれら各部材に対して所定のエネルギーを付与するエネルギー付与部として機能する内部電極７、電極７´、電極８ａ、８ｂ及び基準電極９を備えて構成される。

基板２は、例えばシリコン（Ｓｉ）によって形成され、導電性を持たせるため不純物が添加されている。

クラッド層３は、コア層５及びクラッド層６と共に導波路として機能し、例えばシリコン酸化膜(ＳｉＯ_２)又は窒化シリコン膜によって形成され、基板２上に積層される。

フォトニック結晶層４は、分散補償素子１内を伝播する光に対して、波長分散の変動量の絶対値と、正負いずれかの符号と、を含む分散特性を有する波長分散変動を付与するためのものである。このフォトニック結晶層４は、例えば第２の物質としてのシリコン（Ｓｉ）を母材として形成され、クラッド層３上に積層される。

より具体的には、当該フォトニック結晶層４は、シリコン（Ｓｉ）によって形成された母材に面状に複数の孔４１を形成し、当該孔４１に母材の誘電率と異なる誘電率を有する第１の物質としてのシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）を充填して形成されたフォトニック結晶領域Ｒ１と、当該フォトニック結晶領域Ｒ１の両側に孔４１が形成されていない拡張領域Ｒ２と、により構成されている。

なお、上記面状とは、フォトニック結晶層４内に二次元方向に配列されている平面状等の形状を意味し、光パルスに対して波長分散変動を付与する本発明におけるフォトニック結晶としての効果を発揮させる場合には、フォトニック結晶層４が製造工程において曲面や平面と曲面とが組み合わされた形状となった場合に、当該形状に沿った配列も含むものとする。しかし、当該分散補償素子１へ入射する光の直線性を考慮すると、フォトニック結晶層４は面状の一例として平面状に形成されることが望ましい。

すなわち、フォトニック結晶層４のフォトニック結晶領域Ｒ１にかかる母材（シリコン（Ｓｉ））部分が本発明における第２の物質として機能し、孔４１（シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２））部分が本発明における第１の物質として機能することになる。尚、フォトニック結晶層４の詳細な説明及び当該フォトニック結晶層４によって行なわれる波長分散変動については後に詳述する。

コア層５は、クラッド層３及びクラッド層６と共に導波路として機能し、光パルスを分散補償素子１の入射端から出射端まで導くためのものであり、例えば窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）によって形成され、後述するフォトニック結晶層４のフォトニック結晶領域Ｒ１上に積層される。

そして、クラッド層６は、クラッド層３及びコア層５と共に導波路として機能し、クラッド層３と同様にシリコン酸化膜(ＳｉＯ_２)又は窒化シリコン膜によって形成され、コア層５の上面及び側面を覆うようにコア層５及びフォトニック結晶層４上に積層されて形成される。

内部電極７は、例えばアルミニウム（Ａｌ）等によって形成され、コア層５の上部に配されるようクラッド層６上に積層される。そして、内部電極７は、エネルギー付与部及び電圧印加部として機能し、フォトニック結晶層４に所定のバイアス電圧を印加するためのものである。なお、当該内部電極７は、後述するフォトニック結晶層４のそれぞれの領域（Ｉ）乃至（IV）ごとに設けられ、それぞれの領域毎にバイアス電圧を印加することが可能に構成されている。これによりフォトニック結晶層４のキャリア密度が変化し、屈折率が変化することにより、光パルスに対して波長分散変動を付与することが可能になる。すなわち、それぞれの領域がターゲットとする正負の分散補償や、複数次の分散補償を独立して制御することができる。なお、内部電極７はそれぞれの領域毎に制御可能に設けることができればよい。従って各領域の数だけ備えてもよく、或いは個々に独立した複数の電極から成る１つの電極ユニットとして設けてもよい。

電極７´、電極８ａ及び８ｂは、例えばチタン／ニッケル合金（ＴｉＮｉ）及びアルミ／カッパー合金（ＡｌＣｕ）によって形成され、クラッド層６及びフォトニック結晶層４との接触面を比較的硬い合金であるチタン／ニッケル合金（ＴｉＮｉ）で形成し、図示しないリード線等との接触面を比較的柔らかいアルミ／カッパー合金（ＡｌＣｕ）で形成する。これにより、クラッド層６やフォトニック結晶層４とはチタン／ニッケル合金（ＴｉＮｉ）を介して確実に接着でき、さらに、リード線等とはアルミ／カッパー合金（ＡｌＣｕ）を介して確実に接着することが可能になる。従って、当該リード線等を介して図示しない外部電極と電気的に接続され、当該外部電極を介して電極７´、電極８ａ及び８ｂに対する電圧制御を行なうことが可能になる。

また、電極８ａ及び８ｂはエネルギー付与部として機能し、後述するフォトニック結晶層４の拡張領域Ｒ２上に備えられる。これにより、フォトニック結晶層４の母材であるシリコン（Ｓｉ）部分（フォトニック結晶層４の孔４１以外の部分）に端子部４２を介して電気的に接続し、当該シリコン（Ｓｉ）部分の電位を保持する電位保持部として機能するように構成されている。

また電極８ａをＦＥＴ（Field Effect Transistor）におけるドレイン、電極８ｂをソースとみたてて当該電極８ｂをＧＮＤ接続し、フォトニック結晶層４の母材であるシリコン（Ｓｉ）部分にバイアスを印加するよう構成することも可能である。このバイアスは、当該シリコン（Ｓｉ）部分がｎ型の場合には正、ｐ型の場合には負のバイアスを印加することになる。

これによれば、電極８ａと電極８ｂの間に流れる電流量を測定して、フォトニック結晶層４のシリコン（Ｓｉ）部分のキャリア密度変化を外部モニタリングすることにより、分散特性を把握することが可能になる。また、電極８ａと電極８ｂの間にバイアスを印加することにより、フォトニック結晶層４のシリコン（Ｓｉ）部分に印加する電圧を僅かな単位で変更することが可能であり、これにより、当該シリコン（Ｓｉ）部分のキャリア密度のチューニングを高分解能化することが可能になる。

また、このフォトニック結晶層４のシリコン（Ｓｉ）部分と、シリコン酸化膜(ＳｉＯ_２)によって形成された孔４１との間の界面準位にてキャリアがトラップされてしまい、電極７′に電圧を印加しても充分にフォトニック結晶層４のシリコン（Ｓｉ）部分のキャリア密度が変化しない場合がある。この場合であっても、電極８ａと電極８ｂの間に電圧をかけ、界面準位にトラップされたキャリアを放出することによって、界面準位による影響を除去し、フォトニック結晶層４のシリコン（Ｓｉ）部分のキャリア密度の変化を円滑に促進することが可能となる。

基準電極９は、例えばアルミニウム（Ａｌ）によって形成され、フォトニック結晶層４に所定の基準電圧を与えるためのものである。

なお、分散補償素子１の形成手順については後に詳述する。

［フォトニック結晶層］
フォトニック結晶層４は、上述したようにシリコン（Ｓｉ）によって形成された母材に二次元面方向に複数の孔４１を形成し、当該孔４１に母材の誘電率と異なる誘電率を有する第１の物質としてのシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）を充填して形成されたフォトニック結晶領域Ｒ１と、当該フォトニック結晶領域Ｒ１の両側に孔４１が形成されていない拡張領域Ｒ２と、により構成されている。

ここで、図２Ａを用いてフォトニック結晶層４のフォトニック結晶領域Ｒ１について詳細に説明する。

図２Ａはフォトニック結晶層４におけるフォトニック結晶領域Ｒ１の説明図である。

フォトニック結晶層４のフォトニック結晶領域Ｒ１に形成された孔４１は、所定の半径(サイズ)ｒを有し、正三角形を単位胞とする三角格子状に配列され、各単位胞における孔４１同士は所定の間隔(正三角形の一辺の長さ)ａを隔てて配列されている。そして、フォトニック結晶領域Ｒ１は、当該孔４１の半径ｒ及び間隔ａを夫々異ならせた領域(Ｉ)、（II）、（III）及び（IV）によって構成される。これにより、分散補償素子１内を伝播する光パルスの導波モードの複数次の光に対する分散補償を実現するようになっている。なお、それぞれの領域において光パルスに対して付与される波長分散変動については後に詳述する。

同図に示す如く、互いに隣接する領域間の境界部で、屈折率の違いから生じる反射による光減衰が最小となるように各領域を配置する。すなわち、互いに隣接する領域の屈折率差が大きいと、互いに隣接する領域間の境界部で光が反射しやすくなり、この反射により光の損失が大きくなるだけでなく、進行してくる波に干渉を与えて、分散補償値に影響を及ぼしてしまう。従って、隣り合う領域の屈折率の差ができるだけ小さくなるように配列することが望ましい。

本実施形態においては、同図に示す如く、光の進行方向に沿って順にそれぞれの領域を配置する際に、各領域における孔４１の間隔ａの小さいほうから順に配列すると共に、各領域の境界で隣接する孔４１間の間隔は、それぞれの領域における孔４１の間隔ａの大きいほうの値より短くなるよう構成する。

つまり、領域（Ｉ）における孔４１の間隔ａを「ａ１」とし、領域（II）における孔４１の間隔ａを「ａ１」より大きい値である「ａ２」とし、領域（III）における孔４１の間隔ａを「ａ２」より大きい値である「ａ３」とし、領域（IV）における孔４１の間隔ａを「ａ３」より更に大きい値である「ａ４」とした場合には、孔４１の間隔ａの小さい領域から順に領域(Ｉ)、領域（II）、領域（III）、そして領域(IV)と配列すると共に、領域（Ｉ）と領域（II）との境界で隣接する孔４１間の間隔ｄ１は、「ａ２」より短くなるように、また、領域（II）と領域（III）との境界で隣接する孔４１間の間隔ｄ２は、「ａ３」より短くなるように、また、領域（III）と領域（IV）との境界で隣接する孔４１間の間隔ｄ３は、「ａ４」より短くなるように、構成する（図２（Ａ）参照）。

そして、分散補償素子１の一端側の入射端から、フォトニック結晶層４の上部に備えた上記コア層５に入射した光は、フォトニック結晶層４の各領域(Ｉ)、(II)、（III）及び（IV）にて、夫々の領域における孔４１の半径ｒと間隔ａに応じた波長分散変動を受けつつ、図２Ｂにおいて矢印で示す如く同図中を左から右へと伝播しながら、分散補償素子１の他端側の出射端から出射するようになっている。

すなわち、フォトニック結晶層４のフォトニック結晶領域Ｒ１の上部に備えたコア層５内を伝播する光は、当該コア層５の基板側（図１において下方）に備えたクラッド層３と、コア層５の上面及び側面を覆うように備えられたクラッド層６と、によって反射されながらコア層５内を伝播する。なお、実際にはコア層５内を伝播する光は、クラッド層３及びクラッド層６の境界面が完全な反射面とはならないため、コア層５内に完全に閉じ込められて伝播することはない。従って、クラッド層３、コア層５及びクラッド層６が本発明における導波路として形成されている。

そして、光がコア層５内を伝播するとき、フォトニック結晶層４の領域（Ｉ）の上を伝播する際には、この領域(Ｉ)の孔４１の半径ｒ１と間隔ａ１に応じた波長分散変動を受け、続いて領域(II)を伝播する間に、この領域(II)の孔４１の半径ｒ２と間隔ａ２に応じた波長分散を受け、同様にして領域(III)及び領域（IV）を伝播する間に、それぞれの領域(III)及び領域（IV）の孔４１の半径ｒ３と間隔ａ３、及び半径ｒ４及びｒ４に応じた波長分散変動を受ける。

つまり、このコア層５から出射した光は、フォトニック結晶層４の全ての領域（Ｉ）乃至（IV）における波長分散変動を受けて出射することとなる。

［波長分散変動］
続いて、フォトニック結晶層４による波長分散変動について具体的に説明する。

なお、本発明における分散補償素子に用いるフォトニック結晶は、伝搬する光の周波数が、いわゆる下肢分枝のフォトニックバンド領域、すなわち、最低周波数のフォトニックギャップの下側にあるフォトニックバンド領域に対応するフォトニック結晶と、伝搬する光の周波数が、上肢分枝のフォトニックバンド領域、すなわち、上記フォトニックギャップの上側にあるフォトニックバンド領域に対応するフォトニック結晶とがあり、どちらの場合も適用可能であるが、本実施の形態では、導波モードの分枝が波数ゼロで最近接するフォトニック結晶を用いて説明する。

ところで、光が物質中を伝搬する際の様子を調べる際に、周波数−波数の関係が重要となる。この関係より、光が物質中を伝搬する際の速度が求まる。この速度は光パルスの重心が移動するスピードを指し、群速度と呼ばれる。群速度は、周波数−波数特性曲線の傾き(微分係数)として与えられる。真空や空気中では、周波数−波数特性は直線となり、群速度は周波数によらず一定であるが、ガラス・半導体・金属などの物質中では周波数−波数特性は直線にならず、群速度は周波数に応じて変化する。したがって、空気中から入射した光が物質を透過する場合、空気中から入射する光の周波数(波長と言い換えてよい)に応じて群速度は変化する。光パルスは単一の波長だけでなく、さまざまな波長成分を含んでいるので、群速度が波長に依存すると物質中を伝搬するにつれて光パルスの幅が拡がり、波形が歪んでしまう。群速度が波長(または周波数)に依存するとき、その依存性を波長分散と呼ぶ。また、群速度が波長(または周波数)に応じて変化する割合を群速度分散と呼ぶ。群速度分散は、周波数−波数特性曲線の二階微分に等しい。さらに、このようにして生じる波形の歪みは、正、負、ゼロの波長分散だけではなく、２次、３次、…と複数次の波長分散も含むものである。

そこで、上述したように４つの領域（Ｉ）乃至（IV）を有するよう構成し、これら４個の領域(Ｉ)、(II)、(III)及び(IV)において、それぞれ独立して設けられた内部電極７によってそれぞれの領域毎に独立してバイアス電圧を印加することにより、当該各領域におけるフォトニック結晶層４のキャリア密度を変化させて屈折率を変化させることによって、３次までの分散補償を行なう。より具体的には、２次の項の正負、３次の項の正負、計４通りの波長分散（波長分散変動）を与えるよう、それぞれの領域において孔４１の半径ｒと間隔ａが上述の如く設定されている。

図３は、各領域における導波モードの説明図であり、同図に示す如く、領域(I)が２次の項の正、領域(IV)が２次の項の負、領域(II)が３次の項の正、領域(III)が３次の項の負の波長分散を与える場合、
領域(Ｉ)では、ｋ＝ｃ_２ν^２、
領域(IV)では、ｋ＝−ｃ’_２ν^２、
領域(II)では、ｋ＝ｃ’’_２ν^２＋ｃ_３ν^３、
領域(III)では、ｋ＝−ｃ’’’_２ν^２−ｃ’_３ν^３、
の式で表される曲線となる。ただし、各式は中心周波数付近の周波数―波数特性曲線をνのべき乗で近似して表している。

ここで、ｋ：波数、ｃ：正の数、ν：中心周波数を原点として表した周波数である。

そして、領域(Ｉ)乃至(IV)を合成した、数式１において、２次の項の係数：(ｃ_２−ｃ’_２＋ｃ’’_２−ｃ’ ’ ’_２) が分散補償素子１内を伝播する光に対して２次の分散補償値を与え、３次の項の係数：(ｃ_３−ｃ’_３) が分散補償素子１内を伝播する光に対して３次の分散補償値を付与する。

ｋ＝(ｃ_２−ｃ’_２＋ｃ’’_２−ｃ’ ’ ’_２)ν^２＋(ｃ_３−ｃ’_３)ν^３
したがって、内部電極７によって各領域に加えるバイアス電圧を調整することによって、曲線を変動させることにより、コア層５によって導かれる光パルスに対して波長分散変動を付与する。

本実施形態においては、分散補償素子１内を伝播する光パルスの導波モードについて３次までの波長分散変動を付与して分散補償を行なうために、フォトニック結晶層４を４つの領域（Ｉ）乃至（IV）を有するよう構成したが、当該領域を増減させることにより、変動させる次数を容易に増減することができる。つまり、ｎ次までの波長について分散変動を発生させて分散補償を行なうよう構成するためには、フォトニック結晶層４は、２(ｎ−１)個の領域を有するよう構成すればよい。

また、本実施形態では、互いに隣接する領域間の境界部で、屈折率の違いから生じる反射による光減衰が最小となるよう各領域における孔４１の間隔ａの小さいほうから順に配列させたが、これに限らず、屈折率の違いから生じる反射による光減衰が最小となるよう、隣り合う領域の屈折率の差ができるだけ小さくなるよう配置させればよく、各領域における孔４１の間隔ａの大きいほうから順に配列させても、大小ばらばらであってもよい。

［分散補償素子の形成手順］
続いて、分散補償素子１の形成手順について図４乃至図６を用いて説明する。

まず、シリコンから成る基板２上に、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）から成るクラッド層３を積層する（図４（ａ）参照）。基板２は、例えば５００μｍ程度の厚さを有し、クラッド層３は例えば３００ｎｍの厚さを有する。

次に、フォトニック結晶層４を形成すべく、母材となるシリコン（Ｓｉ）をクラッド層３の上部に積層する（図４（ｂ））。

そしてこのシリコン（Ｓｉ）に孔４１を所定のサイズ及び間隔で形成する（フォトニック結晶層４のフォトニック結晶領域Ｒ１に該当する）と共に、両側部に端子部４２を設ける（フォトニック結晶層４の拡張領域Ｒ２に該当する）（図４（ｃ））。

このようなフォトニック結晶層４は、シリコン（Ｓｉ）の上にレジストを塗布し、フォトリソグラフィ等の手法によりそれぞれの領域（Ｉ）乃至（IV）毎に定められたサイズと間隔で、孔４１のパターンをレジスト上に形成する。そして、ドライエッチングによりシリコン（Ｓｉ）上に孔４１のパターンを形成する。

また端子部４２は、不純物をイオン注入等によってドープしたものである。これにより、電極８が電気的に接続される端子部４２では電気抵抗が小さくなり、電界が集中しやすくなる。

このような不純物としては、半導体でも用いられている、ｐ型元素のＢ（ホウ素）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｇａ（ガリウム）、Ｉｎ（インジウム）、Ｔｌ（タリウム）、ｎ型元素のＮ（窒素）、Ｐ（リン）、Ａｓ（砒素）、Ｓｂ（アンチモン）、Ｂｉ（ビスマス）等がある。これらのうち、ｐ型元素では、ドープを容易に行なえることから、Ｂ（ホウ素）が特に好適である。

続いて、シリコン（Ｓｉ）の孔４１内を、シリコン（Ｓｉ）（フォトニック結晶層４の母材）の誘電率と異なる誘電率を有するシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）で充填すべく、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）を塗布し（図４（ｄ））、不要部分を研磨（例えばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polish）等）によって除去する（図４（ｅ））。こうして、誘電率の異なるシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）とシリコン層（Ｓｉ）とからなり、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）がそれぞれの領域（Ｉ）乃至（IV）毎に定められたサイズと配置間隔でシリコン層（Ｓｉ）中に配されるフォトニック結晶層４がクラッド層３上に積層して形成される。

次に、コア層５を形成すべく、フォトニック結晶層４の上部に窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）の層を積層する（図４（ｆ））。

そして、所定の幅及び高さで窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）の層をパターニングする（図５（ｇ））。所定の幅は例えば１μｍ、所定の高さは例えば４００ｎｍ等であり、当該分散補償素子１に入射させて分散補償を行なおうとする対象の光パルスの入射ビーム径に応じ、最適な大きさに設定することができる。

続いて、クラッド層６を形成すべく、フォトニック結晶層４及びコア層５の上部にシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）を積層し（図５（ｈ））、不要部分をＣＭＰ研磨等によって除去した後に、内部電極７を形成すべくアルミニウム（Ａｌ）を蒸着する（図５（ｉ））。

そして、蒸着したアルミニウム（Ａｌ）を、コア層５の上部に配するよう所定の大きさに成形する（図５（ｊ））。

次に、フォトニック結晶層４上に積層したシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）、及び成形したアルミニウムの上部に更にシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）を塗布し、不要部分をＣＭＰ研磨等によって除去して表面に安定化処理（Passivation）を施す（図５（ｋ））。以上の処理により、内部電極７がシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）（クラッド層６）内部に配されるようになっている。

続いて、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）をパターニングする（図５（ｌ））。

そして、電極７´、電極８ａ及び８ｂの材料であるチタン／ニッケル合金（ＴｉＮｉ）及びアルミ／カッパー合金（ＡｌＣｕ）を上部全面に配し（図６（ｍ））、クラッド層６上でパターニングして電極７′、電極８ａ及び８ｂを形成する（図６（ｎ））。

次に、基板２の下面にアルミニウム（Ａｌ）を蒸着して、基準電極９を形成する（図６（ｏ））。この際、基板２に基準電極９が接続される面は、電気抵抗を小さくするため、不純物をドープし、例えば端子部４２と同等のキャリア密度とするのが好ましい。

以上説明した如く形成された分散補償素子１は、波長分散を付与するフォトニック結晶層４とは別に光を導くための導波路とを個別に設けたので、フォトニック結晶層４の設計と導波路の設計とを個別に行なうことが可能になる。従って、光パルスの径が比較的大きい場合であっても、コア層５の大きさを調整して光パルスを素子内部へ容易に取り込むことができる。

また、コア層５をフォトニック結晶層４上に積層させるよう配置したため、コア層５によって導かれる光パルスはフォトニック結晶層４による波長分散変動を確実に受けることができる。

従って、光ファイバ伝送路から取り出した光パルスをモニタリングし、その波長分散情報に基づき、波長分散を制御する分散補償システム等に分散補償素子１を用いることにより、光ファイバ伝送路において、温度、気象等による条件変動が生じても、常に最適な分散補償を行なうことができる。

その結果、広いスペクトル帯域を利用する超高速大容量光通信に対応する波長分散補償を実現することができ、伝送速度のさらなる高速化を十分に実現することが可能となる。

なお、上述した実施の形態において、フォトニック結晶層４のそれぞれの領域毎に設けられた内部電極７を用いてバイアス電圧を印加することで、フォトニック結晶層４のキャリア密度を変化させて屈折率を変化させる構成としたが、これ以外の手段をエネルギー付与部として用いることも可能である。

例えば、各領域（Ｉ）乃至（IV）にヒータを設け、ヒータに電流を流してフォトニック結晶層４の温度を上昇させるのである。屈折率の温度依存性により、フォトニック結晶層４の屈折率を変化させることができる。

さらに、圧電素子により所定のストレスをフォトニック結晶層４の両面から印加することでひずみを加え、屈折率を変化させることもできる。

なお、上述した説明において、本実施形態における分散補償素子１は、通信用波長帯域である1.55μm帯の周波数を有する光パルスに対する分散補償を行なうものとし、各部材の大きさ等を例示した。

［フォトニック結晶層の変形構成例］
上述した実施形態におけるフォトニック結晶層４について、他の変形構成例を図を用いて以下に説明する。

（１）変形構成例１
フォトニック結晶層４の変形構成例を図７を用いて説明する。

上述した実施形態におけるフォトニック結晶層４は、シリコン（Ｓｉ）によって形成された母材に対し面状に複数の孔４１を形成し、当該孔４１に母材の誘電率と異なる誘電率を有するシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）を充填して形成されたフォトニック結晶領域Ｒ１と、当該フォトニック結晶領域Ｒ１の両側に孔４１が形成されていない拡張領域Ｒ２と、により構成したが、更に、フォトニック結晶領域Ｒ１の両側部に、シリコン（Ｓｉ）より屈折率が小さい材料で形成された光の伝搬を禁止し、或いは抑制するためのバリア領域を設けることによって、コア層５により伝播する光を拡散させることなく、フォトニック結晶領域Ｒ１の上だけを伝播させることが可能になる。

図７Ａはバリア層を設けたフォトニック結晶層４を有する分散補償素子の概略説明図、図７Ｂはバリア層を設けたフォトニック結晶層４のより具体的な構成説明図である。

図７Ａ及び図７Ｂに示す如く、フォトニック結晶領域Ｒ１の両側に光の進行方向に沿って、フォトニック結晶層４を構成するシリコン（Ｓｉ）よりも屈折率の小さい材料で形成されたバリア領域を設けることによって、光の進行方向（同図において右方向）に対して水平方向（同図において上下方向）への光の拡散を防いで、フォトニック結晶領域Ｒ１の上、すなわちコア層５にそって確実に光を伝播させることができる。

また、図７Ｂに記載の如く、端子部４２をバリア領域に設けることによって、上述したエネルギー付与部としての電極８ａ及び８ｂと電気的に接続し、電位保持部として機能させることができる。

なお、上述した例では、クラッド層３（及びクラッド層６）と同じシリコン酸化膜(ＳｉＯ_２)又は窒化シリコン膜で形成したが、これに限らず、フォトニック結晶層４の母材であるシリコン（Ｓｉ）より小さい屈折率を有する材料であれば良い。

（２）変形構成例２
フォトニック結晶層４の他の変形構成例を図８を用いて説明する。この例では、フォトニック結晶領域Ｒ１に形成した孔４１と異なる態様で孔４１を形成することによって上述したバリア領域を実現することができるようになっている。

図８は、他の変形構成例によるバリア層を設けたフォトニック結晶層４の説明図であって、フォトニック結晶層４のフォトニック結晶領域Ｒ１のある領域を示すものである。

図８を用いて、各領域における孔４１の間隔（ピッチ）について説明する。なお、光伝搬領域に下肢分枝のフォトニックバンド領域である領域(I)または(II)に対応するフォトニック結晶の場合について説明するものとする。

フォトニック結晶領域Ｒ１における孔４１の間隔（ピッチ）をａ_Ｒ１、バリア領域における孔４１の間隔（ピッチ）をａ_Ｒ２、バリア領域とフォトニック結晶領域Ｒ１との境界で隣接する孔４１の中心間隔をｄｘとすると、当該バリア領域をフォトニックバンドギャップ領域とするためには、フォトニック結晶領域Ｒ１における孔４１の間隔ａ_Ｒ１とバリア領域における孔４１の間隔ａ_Ｒ２との関係が、ａ_Ｒ１＜ａ_Ｒ２となるよう構成する。

このとき、バリア領域とフォトニック結晶領域Ｒ１との境界で隣接する孔４１の中心間隔ｄｘは、次式で示す条件を満たすよう構成する。なお、孔４１の中心間隔ｄｘの下限を設定するのは、バリア領域とフォトニック結晶領域Ｒ１との境界で隣接する孔４１同士が重ならないようにするためであり、上限を設定するのは、境界に光が閉じ込められることを避けるためである。

当該条件を満たすよう各領域の孔４１を形成する。一例として、領域(I)において、フォトニック結晶領域Ｒ１における孔４１の間隔（ピッチ）ａ_Ｒ１を４０３nm、半径ｒ_R1を１２１nm、バリア領域における孔４１の間隔（ピッチ）ａ_Ｒ２を４３４nm、半径ｒ_R2を１３０nm、バリア領域とフォトニック結晶領域Ｒ１との境界で隣接する孔４１の中心間隔ｄｘを６００nmとして構成すればよい。

また、各領域の孔４１の間隔が等しくても（つまり、ａ_Ｒ１ =ａ_Ｒ２）、フォトニック結晶領域Ｒ１における孔４１の半径がｒ_R1、バリア領域における孔４１の半径がｒ_R2である場合に、これらの関係がｒ_R1＞ｒ_R2となるよう構成することにより、バリア領域をフォトニックギャップとすることができる。この場合、各領域で孔４１の間隔（ピッチ）は変化しない（均一）であるため、バリア領域とフォトニック結晶領域Ｒ１との境界で隣接する孔４１の中心の距離（以下、中心間隔と言う。）ｄｘの条件設定をする必要はない。この場合、例えば、各領域の孔４１の間隔ａ_Ｒ１及びａ_Ｒ２を４０３nmとし、フォトニック結晶領域Ｒ１における孔４１の半径ｒ_R1 を１２１nmとして構成した場合、バリア領域における孔４１の半径ｒ_R2を１１０nmとして構成すればよい。

他方、光伝搬領域に上肢分枝のフォトニックバンド領域である領域(III)または(IV)に対応するフォトニック結晶の場合に、バリア領域をフォトニックバンドギャップ領域とするためには、各領域の孔４１の間隔（ピッチ）の相関関係がａ_Ｒ１＞ａ_Ｒ２となるように、又は、各領域の孔４１の半径の相関関係が各ｒ_R1＜ｒ_R2となるよう構成する。このとき、バリア領域とフォトニック結晶領域Ｒ１との境界で隣接する孔４１の中心間隔ｄｘは、上述の場合と同様に式１で示す条件を満たすよう構成する。

また、各領域の孔４１の間隔が等しくても（つまり、ａ_Ｒ１ =ａ_Ｒ２）、フォトニック結晶領域Ｒ１における孔４１の半径がｒ_R1とバリア領域における孔４１の半径がｒ_R2の相関関係がｒ_R1＜ｒ_R2となるよう構成することにより、バリア領域をフォトニックギャップとすることができる。

なお、上記変形構成例１と同様に端子部４２をバリア領域に設けることにより、電極８ａ及び８ｂと電気的に接続し、電位保持部として機能させることができる。

［フォトニック結晶層の他の応用例］
上述した実施形態におけるフォトニック結晶層４は、フォトニック結晶層の複数の領域に、それぞれのサイズや間隔が異なる複数の孔４１を設けることによって、正負の分散補償や、複数次の分散補償を行うことができる点に着目し、上記実施形態では、これを用いた分散補償素子の構成について説明した。

ところで、フォトニック結晶層４は上記実施形態の［波長分散変動］において図３を用いて詳細に述べたように、バイアス電圧を印加することによってキャリア密度を変化させて屈折率を変化させることができるものであるが、屈折率が変わるということは、言い換えれば伝播する光の位相（radian）を変化させることができる。

図９は、フォトニック結晶層４の孔４１の直径Ｄが２８２ｎｍ、２７０ｎｍ、２６０ｎｍのときの光の周波数に対する位相の変化を示すグラフである。図９中、実線が、孔４１の直径Ｄが２８２ｎｍのときの光の周波数に対する位相の変化を示す曲線（Ｄ２８２）、点線が、孔４１の直径が２７０ｎｍのときの光の周波数に対する位相の変化を示す曲線（Ｄ２７０）、破線が、孔４１の直径Ｄが２６０ｎｍのときの光の周波数に対する位相の変化を示す曲線（Ｄ２６０）である。同図に示す如く、孔４１の直径Ｄが小さいほど、光の位相変化が大きくなる。

更に、図１０は、フォトニック結晶層４の孔４１の直径が２４２ｎｍである場合における、バイアス電圧が０Ｖ、+１００Ｖ、‐１００Ｖのときの、光の周波数に対する位相の変化を示すグラフであり、このように、光の位相はフォトニック結晶層４に印加するバイアス電圧の大きさによって種々変化する。

このように、通常であれば（言い換えればフォトニック結晶層４にバイアス電圧を印加していないとき）には、光の特性曲線が、波数と周波数は光速ｃを比例係数とする比例関係にあるが、フォトニック結晶層４にバイアス電圧を印加することにより、フォトニックギャップの影響をうけて、当該フォトニックギャップの付近で光の特性曲線が変化する。

上述したようなフォトニック結晶の特性を利用して、波長分散補正デバイスとして応用することもできる。

（１）多モードによる波長分散補正デバイスへの応用手法
図１１は、多モード導波路を用いた波長分散補正素子である。同図は、フォトニック結晶層４の波長分散補正デバイスとしての機能を判りやすく説明するため、フォトニック結晶層４及び端子部４２以外の構成を省略して図示したものである。
同図に示す如く、フォトニック結晶層４の光の入出射端にシングルモード領域を設け、フォトニック結晶層４の中央部に孔４１が形成されたフォトニック結晶領域Ｒ１を設ける。

そして、光の入射端側のシングルモード領域から、フォトニック結晶層4の中央部へと、光の進行方向（同図において下方向）に対して垂直な面の断面積が、当該光の進行方向に連続的に増大し、一定の断面積を有するフォトニック結晶層４の中央部へと、フォトニック結晶層４の光の進行方向に対して垂直な面の断面積を変化させつつ形成し、その後、光の進行方向に対して垂直な面の断面積が、当該光の進行方向に連続的に減少するよう形成して、光の出射端側のシングルモード領域へと当該断面積を変化させる。

したがって、コア層によって導波されフォトニック結晶層４上を伝搬する光は、フォトニック結晶領域Ｒ１上を進行する多モードの光となって、図１１に図示するように左右に配置した各端子部４２に印加したバイアス電圧の制御に基づいて異なる経路を経て伝搬する。異なる経路では、形成された孔４１の直径Ｄがそれぞれ異なるフォトニック結晶領域Ｒ１を通過することになる。孔４１の直径Ｄが異なると、フォトニックギャップの周波数位置が変化し、フォトニックバンドが周波数シフトし、伝搬する光の周波数に対応した領域での波長分散値が変化する。よって、この多モード導波路を用いると、バイアス電圧により、光の伝搬経路を制御することを通じて、波長分散値を可変制御することができる。

例えば、上記導波路はフォトニック結晶層が下肢分枝のフォトニックバンド領域に対応するものとして構成し、入射する光の波長を１５３０〜１５６０ｎｍ、すなわちｃ‐ｂａｎｄと呼ばれる光通信波長帯の光とし、フォトニック結晶Ｒ１に形成される孔４１のピッチ（間隔）は４０３nmとし、孔４１の直径Ｄを２３０〜２８０nmの間で変化させるものとし、更に、多モード導波路の長さを１０mmとすると、波長分散を正常分散値−５００〜０ｐｓ／ｎｍの範囲で可変でき、よりコンパクト且つ安価な波長分散補正デバイスを提供することが可能となる。また、他の部材を必要としないので、光の損失を防ぐことができる。

（２）方向性結合による波長分散補正デバイスへの応用手法
図１２を用いてフォトニック結晶層４の他の応用手法を説明する。図１２は、フォトニック結晶層４を用いた他の応用手法として、方向性結合を用いた波長分散補正デバイスを示す説明図である。フォトニック結晶層４の波長分散補正デバイスとしての機能を判りやすく説明するため、フォトニック結晶層４、コア層５及び端子部４２以外の構成を省略して図示した。

同図に示す如く、フォトニック結晶層４の孔４１の直径Ｄの大きさが異なる複数の領域を光の進行方向に垂直な方向に設ける。図に示す例では孔４１の直径Dが大きい領域（図中右側）と、孔４１の直径Dが小さい領域（図中左側）の2つの領域を設けた。

また、コア層５等で構成される導波路を、フォトニック結晶層４のそれぞれの領域上に配して構成する。同図においては、コア層５Ａを含む導波路と、コア層５Ｂを含む導波路の2つの導波路が設けられており、各導波路によって導かれる光は、上記フォトニック結晶層４の孔４１の直径Dが異なる領域上を夫々進行することとなる。

さらに、フォトニック結晶層４を電気的に接続してエネルギーを付与するための端子部４２Ａ、４２Ｂ及び４３Ｃを設ける。このうち、端子部４２Ａをフォトニック結晶層４の図中右側に配し、端子部４２Ｂをフォトニック結晶層４の光の入射端側である図中左上部に配し、端子部４２Ｃをフォトニック結晶層４の光の出射端側である図中左下部に配する。

このような構成により、端子部４２Ａ、４２Ｂ及び４３Ｃに印加した電圧と上述した基準電極９（図１を参照。）に印加したバイアス電圧によって、光の経路を連続的に変化させることができる。

図１２を参照して具体的に説明すると、先ず初めに、コア層５Ａに入射した光（図中一点鎖線で示す。）は、端子部４２Ａと上述した基準電極９との間にバイアス電圧が印加されていない場合、図中破線で示す経路Ａを通って伝搬する。そして、バイアス電圧（例えば、１０V）が印加されると、図中実線で示す経路Ｂを通って伝搬する。

このように、バイアス電圧をゼロから連続的に変化させることにより、光の伝搬経路を経路Aから経路Bへと連続的に変化させることができる。これは、バイアス電圧により、フォトニックバンドが周波数シフトし、結合導波路の対称・非対称モード間の位相差が変化するためである。

そして、光は伝播経路の変化に伴ってそれぞれ異なる直径のフォトニック結晶の領域を伝搬することになるため、多モード導波路の場合と同様に、発生する波長分散値は経路に応じて変化する。よって、本導波路を用いて、波長分散を連続的に可変制御できる。

以上説明したように、フォトニック結晶層４には、孔４１の直径Ｄの大きさや間隔（ピッチ）等が異なる複数の領域を光の進行方向に垂直な方向に設け、さらに複数の端子部４２を設けることにより、波長分散補正デバイスに入射された光に対して所望の変調を自在に与えることが可能になり、コンパクト且つ安価な波長分散補正デバイスを実現することができる。

Claims

外部から入射される光パルスの波長分散を補償する分散補償素子において、
入射端から出射端まで前記光パルスを導くためのコア部と、第１のクラッド層及び第２のクラッド層から成るクラッド部と、から成る導波路と、
前記導波路によって導かれる前記光パルスに対して、前記波長分散の変動量の絶対値と、正負いずれかの符号と、を含む所定の分散特性を有する波長分散変動を付与するフォトニック結晶部と、
を有し、
前記フォトニック結晶部は、前記第１のクラッド層上に積層して形成され、
前記コア部は、前記フォトニック結晶部上に積層して形成され、
前記第２のクラッド層は、前記フォトニック結晶部上に部分的に積層し、かつ前記コア部の上部及び前記コア部の側部を覆うように形成されることを特徴とする分散補償素子。
請求項１に記載の分散補償素子において、
前記フォトニック結晶部は、誘電率の異なる第１の物質及び第２の物質とからなり、前記第１の物質が所定のサイズと所定の配置間隔で前記第２の物質中において面状に配されることを特徴とする分散補償素子。
請求項２に記載の分散補償素子において、
前記フォトニック結晶部は、前記導波路の光パルスの進行方向に沿って配される複数の領域から成り、
各前記領域における前記第１の物質の前記サイズ及び前記配置間隔は、前記各領域における前記分散特性が異なるよう定められることを特徴とする分散補償素子。
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の分散補償素子において、
前記フォトニック結晶部の屈折率を変化させて前記波長分散の前記絶対値及び前記符号を制御すべく、前記フォトニック結晶部にエネルギーを付与するエネルギー付与部を有することを特徴とする分散補償素子。
請求項４に記載の分散補償素子において、
前記エネルギー付与部は、前記フォトニック結晶部の前記各領域毎にエネルギーを付与すること特徴とする分散補償素子。
請求項４又は請求項５に記載の分散補償素子において、
前記第２の物質は、定常状態で所定のキャリア密度を有する半導体から成り、
前記エネルギー付与部は、前記半導体のキャリア密度を変化させるべく前記フォトニック結晶部にエネルギーを付与することを特徴とする分散補償素子。
請求項６に記載の分散補償素子において、
前記エネルギー付与部は、前記半導体のキャリア密度を変化させるべく前記フォトニック結晶部に電圧を印加する電圧印加部を有することを特徴とする分散補償素子。
請求項７に記載の分散補償素子において、
前記エネルギー付与部は、前記第２の物質の電位を所定の値に保持するための電位保持部を有することを特徴とする分散補償素子。
請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の分散補償素子において、
前記フォトニック結晶部の光の進行方向に沿った両側に光の伝搬を抑制するバリア領域を有することを特徴とする分散補償素子。