JP3940051B2 - 光デバイスおよびフォトニック結晶の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信に使用される光デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光デバイスであるＹ分岐導波路を利用した光合波器の例を図１９に示す。従来の光合波器２０６は、Ｙ形状のコア２０３が基板２０４上に形成されている構成である。第１入力側光ファイバー２０１と第２入力側光ファイバー２０２が光合波器２０６の一方の端面に、出力側光ファイバー２０５が、他方の端面に設置され、それぞれ、Ｙ形状のコア２０３の端面付近に配置されている。
【０００３】
第１入力側光ファイバー２０１および第２入力側光ファイバー２０２を介して光が光合波器２０６に入射され、それら各光は、コア２０３を伝搬して合波され、出射されて出力側光ファイバー２０５中を伝搬する。なお、合波される光同士は同位相であることが必要である。
【０００４】
一方、光分岐器は、前述した光合波器の入力側と出力側とを逆にして用いればよい。すなわち、出力側光ファイバー２０５に入射光を伝搬させれば、分岐して、第１入力側光ファイバー２０１および第２入力側光ファイバー２０２にそれぞれ入射される。
【０００５】
前述した光合波器２０６のような光デバイスは、コア２０３と第１、第２入力側光ファイバー２０１、２０２および出力側光ファイバー２０５間で光が結合されるようにするために、高度な光軸合わせとモード形状のマッチングが必要で、そのため、アセンブリに熟練を要するという問題がある。その上、光合波器２０６の合波角度は、小さいので、小型化することができないという問題もある。
【０００６】
また、従来の光デバイスにおいて、複数の光を合成もしくは分波するＷＤＭ送受信モジュールは、光導波路および多層膜フィルター等を用いて構成されている。それにより、部品点数が多くなり、低コスト化が難しかった。
【０００７】
以上の問題を解決するために、フォトニック結晶を用いて光デバイスを構成することが、近年注目されている。なお、この明細書において、「フォトニック結晶」とは光の波長程度の周期性を持つ人工的な多次元周期構造体を意味する。
【０００８】
フォトニック結晶中を伝搬する所定の周波数の光は、偏向することが知られている。すなわち、フォトニック結晶は、通常の光学結晶にない強い偏向の波長分散特性を有している。そのため、この特性を用いて、ＷＤＭ用のデバイス等の光デバイスにフォトニック結晶が用いられている。
【０００９】
例えば、２次元三角格子のフォトニック結晶を利用した波長分波回路がある。（例えば、特許文献１参照）。この波長分波回路は、フォトニック結晶への光の入射面を格子ベクトルに対して非垂直にするか、格子ベクトル方向に垂直な入射面に対して傾けて光を入射させている。これは、正方格子、三角格子等の対称性の高いフォトニック結晶を用いているためである。この構造だと、フォトニック結晶作製時の加工精度に、さらに高度な光学系の入射角精度が必要となり、モジュール化は難しい。
【００１０】
また、格子ベクトル方向に光を入射することができ、高精度を必要とせずに作製できる光デバイスもある（例えば、非特許文献１参照）。しかし、このような光デバイスにおいて、例えば光フィルターでは、２種類の波長の光しか扱えず、パワー分岐用の光デバイスでは、１種類の波長の光しか扱えなかった。
【００１１】
【特許文献１】
特開平１１−２７１５４１号公報
【００１２】
【非特許文献１】
信学技報 TECHNICAL REPORT OF IEICE.OPE 2001-107 (2001-12)「スラブ導波路型低屈折率変調フォトニック結晶を応用した光機能デバイス」
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題点に鑑み、３波以上の種類の波長を波長分離するＷＤＭ用光フィルターやＡＤＤ−ＤＲＯＰ装置、２波以上の波長をパワー分離するＷＤＭ用分岐器および光合波器等の、容易に製造でき、小型化が可能な光デバイスおよびフォトニック結晶の製造方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の光デバイスは、屈折率が異なる複数の物質が周期的に配置され、２個の基本格子ベクトル間の角度の内９０°以下の方の角度が、９０°よりも小さく６０°よりも大きい角度を有する複数のフォトニック結晶が共通の基本格子ベクトル方向に連続して縦列された多段フォトニック結晶と、前記多段フォトニック結晶に光を入射させる入力側光導波路と、前記多段フォトニック結晶から出射される光を受光する出力側光導波路とを備え、前記各フォトニック結晶は、前記各フォトニック結晶中で偏向する光の固有の波長で決まる屈折率周期を有し、前記固有の波長は前記各フォトニック結晶ごとに異なることを特徴とする。それにより、光通信に用いる光デバイスが容易に製造できる。また、複数の波長の光を扱うことができる。
【００１５】
また、前記各フォトニック結晶は、前記複数の物質の屈折率あるいは屈折率の周期構造の少なくとも一つが前記フォトニック結晶ごとに異なる構成としてもよい。
【００１６】
また、前記各フォトニック結晶は、２次元フォトニック結晶としてもよい。
【００１７】
また、好ましくは、複数の前記各フォトニック結晶の２個の基本格子ベクトル方向がそれぞれ平行で、どちらか一方が光軸に一致するような構成とする。それにより、フォトニック結晶中で偏向特性を示す光（選択光）が存在し、その光を制御することができる。
【００１８】
また、前記フォトニック結晶は、第１のクラッドと第２のクラッドで挟まれている構造としてもよい。
【００１９】
また、好ましくは、前記第１のクラッドまたは前記第２のクラッドの少なくともどちらかの屈折率が１であることとする。それにより、クラッドを空気としてもよく、部品点数を削減できる。
【００２０】
また、好ましくは、光ファイバーである前記入力側光導波路および前記出力側光導波路を位置決めする溝を有することとする。それにより、高度な光軸合わせとモード形状のマッチングが不要で、容易に光ファイバーの位置決めができる。
【００２１】
また、前記溝は、前記各フォトニック結晶と直接あるいは間接的に一体化してもよい。
【００２２】
また、好ましくは、前記多段フォトニック結晶全てが気密ケースで覆われ、前記気密ケース内はガスが充填されているか、あるいは真空とする。それにより、外部環境の変化によって、気体である柱状物質の屈折率が変化することがない。そのため、安定した光デバイスを実現できる。
【００２４】
また、前記各フォトニック結晶の縦列順序は、前記各フォトニック結晶の固有の波長に基づいて決定すればよい。
【００２５】
また、好ましくは、前記フォトニック結晶は、屈折率の異なる第１物質と柱状物質とを備え、複数の前記柱状物質の軸が平行となるように前記柱状物質が周期的に前記第１物質中に配列されている２次元格子構造を有し、前記基本ベクトルの内の一方である第１基本格子ベクトルの方向に連続して縦列して、前記多段フォトニック結晶を形成し、前記入力側光導波路には、前記多段フォトニック結晶の最初の段に当たるフォトニック結晶に設置され、前記第１基本格子ベクトル方向に前記各フォトニック結晶の固有の波長の光以外の光を、前記多段フォトニック結晶に入射させる第１入力側光導波路と、前記各フォトニック結晶ごとに設置され、前記各フォトニック結晶に固有の波長の光を入射する第２入力側光導波路とがあり、前記出力側光導波路は、前記第１入力側光導波路と同一の光軸を有するように設置されている構成とする。それにより、容易に製造でき、複数の波長の光を任意の順序で合成することができる光デバイスを実現できる。
【００２６】
また、前記第２入力側光導波路は、前記各フォトニック結晶の側面に設置される構成としてもよい。
【００２７】
また、好ましくは、前記フォトニック結晶の端面が、前記フォトニック結晶ごとに順次大きくなっていき、前記第２入力側光導波路が、前記各フォトニック結晶の端面に設置される構成とする。それにより、前記第２入力側光導波路が横方向から前記フォトニック結晶に設置されないので、横幅の小さい光デバイスが実現できる。
【００２８】
また、少なくとも最終段のフォトニック結晶以外のフォトニック結晶は、縦列接続する出射側の端面の一部に、前記端面に対して一定の角度を有するミラーを備え、前記第２入力側光導波路からの光が前記ミラーに反射して、次段のフォトニック結晶に入射されることとしてもよい。
【００２９】
また、好ましくは、前記フォトニック結晶は、屈折率の異なる第１物質と柱状物質とを備え、複数の前記柱状物質の軸が平行となるように前記柱状物質が周期的に前記第１物質中に配列されている２次元格子構造を有し、前記基本ベクトルの内の一方である第１基本格子ベクトルの方向に連続して縦列して、前記多段フォトニック結晶を形成し、前記入力側光導波路は、前記多段フォトニック結晶に、前記第１基本格子ベクトル方向に光を入射させ、前記出力側光導波路には、前記多段フォトニック結晶の最終段に当たるフォトニック結晶に設置され、前記第１基本格子ベクトル方向に出射される光を受光する第１出力側光導波路と、前記各フォトニック結晶ごとに設置されている第２出力側光導波路とがある。それにより、容易に製造でき、複数の波長の光を任意の順序で分離できる光デバイスを実現できる。
【００３０】
また、前記各フォトニック結晶ごとに設置された前記第２出力側光導波路は、前記各フォトニック結晶内で偏向して出射される前記固有の波長の光を受光する構成とする。
【００３１】
また、前記各フォトニック結晶のそれぞれの格子定数が、前記フォトニック結晶ごとの前記固有の波長の０．４〜０．６の大きさとしてもよい。
【００３２】
また、前記第２出力側光導波路は、前記各フォトニック結晶の側面に設置される構成としてもよい。
【００３３】
また、好ましくは、前記多段フォトニック結晶の最終段に当たるフォトニック結晶に接続される第２出力側光導波路のみが、前記フォトニック結晶の端面に設置される構成とする。それにより、前記最終段のフォトニック結晶の長さを短くすることができるため、光デバイス全体を小型化することができる。
【００３４】
また、好ましくは、前記フォトニック結晶の端面が、前記フォトニック結晶ごとに順次小さくなっていき、前記第２出力側光導波路が、前記端面に設置される構成とする。それにより、横幅を小さくすることができる光デバイスが実現できる。
【００３５】
また、少なくとも最初の段のフォトニック結晶以外のフォトニック結晶は、縦列接続する入射側の端面の一部に、前記端面に対して一定の角度を有するミラーを備え、前段のフォトニック結晶から出射された前記固有の波長の光が前記ミラーに反射した反射光を受光する位置に前記第２出力側光導波路を有する構成としてもよい。
【００３６】
また、本発明の他の光デバイスは、各基本格子ベクトル間の角度が共に、９０°以下の方の角度が６０°よりも大きく９０°よりも小さい角度である第１フォトニック結晶および第２フォトニック結晶が接合された複数の複合フォトニック結晶が各境界面が同一平面上にあるように、連続して縦列接合されて構成された多段複合フォトニック結晶と、前記多段複合フォトニック結晶に光を入射させる入力側光導波路と、前記多段複合フォトニック結晶から出射される光を受光する出力側光導波路とを備え、前記各複合フォトニック結晶の格子構造はそれぞれ異なっており、前記各複合フォトニック結晶ごとに偏向する光の波長が異なることを特徴とする。それにより、容易に光デバイスを製造することができ、低コスト化を図ることができる。
【００３７】
また、前記多段複合フォトニック結晶は、前記第１のクラッドと前記第２のクラッドで挟まれている構造としてもよい。
【００３８】
また、前記第１のクラッドまたは前記第２のクラッドの少なくともどちらかの屈折率が１としてもよい。
【００３９】
また、光ファイバーである前記入力側光導波路および出力側光ファ導波路を位置決めする溝を有する構成としてもよい。請求項３１に記載の光デバイス。
【００４０】
また、前記溝は、前記多段複合フォトニック結晶と直接あるいは間接的に一体化されていてもよい。
【００４１】
また、前記多段複合フォトニック結晶全てが気密ケースで覆われ、前記気密ケース内はガスが充填されているか、あるいは真空であるとしてもよい。
【００４２】
また、好ましくは、前記第１フォトニック結晶および前記第２フォトニック結晶は、それぞれ共に、屈折率の異なる第１物質と柱状物質とを備え、複数の前記柱状物質の軸が平行となるように前記柱状物質が周期的に前記第１物質中に配列されている２次元格子構造を有し、前記第１フォトニック結晶の第１基本格子ベクトルと前記第２フォトニック結晶の第１基本格子ベクトルの方向は平行であって、前記第１フォトニック結晶と前記第２フォトニック結晶とが接合された境界面に平行であり、前記第１フォトニック結晶と第２フォトニック結晶との格子構造は、前記境界面に対して対称であり、出力側光導波路は、前記多段複合フォトニック結晶の最終段に当たる複合フォトニック結晶の端面に設置されている。それにより、容易に製造でき、複数の波長の光を任意の順序で合成することができる光デバイスを実現できる。
【００４３】
また、前記各第１フォトニック結晶および前記各第２フォトニック結晶内で偏向して出射されるそれぞれに固有の波長の光が、前記各第１フォトニック結晶および前記各第２フォトニック結晶の端面から出射されるように、前記各第１複合フォトニック結晶の長さが設定されることとしてもよい。
【００４４】
また、前記各第１フォトニック結晶および前記各第２フォトニック結晶内で偏向されるそれぞれに固有の波長の光が、前記各フォトニック結晶端で交わるように、前記各第１複合フォトニック結晶の長さが設定されている。
【００４５】
また、好ましくは、前記第１フォトニック結晶および前記第２フォトニック結晶は、それぞれ共に、屈折率の異なる第１物質と柱状物質とを備え、複数の前記柱状物質の軸が平行となるように前記柱状物質が周期的に前記第１物質中に配列されている２次元格子構造を有し、前記第１フォトニック結晶の第１基本格子ベクトルと前記第２フォトニック結晶の第１基本格子ベクトルの方向は平行であって、前記第１フォトニック結晶と前記第２フォトニック結晶とが接合された境界面に平行であり、前記第１フォトニック結晶と第２フォトニック結晶との格子構造は、前記境界面に対して対称であり、前記出力側光導波路には、前記多段複合フォトニック結晶の最終段に当たる第１フォトニック結晶に設置され、前記第１基本格子ベクトル方向に出射される光を受光する第１出力側光導波路と、前記各第１複合フォトニック結晶ごとに設置され、前記各第１フォトニック結晶および前記各第２フォトニック結晶中で偏向して出射されるそれぞれに固有の波長の光を受光する第２出力側光導波路とがある構成とする。それにより、容易に製造でき、複数の波長の光を任意の順序で分離することができる光デバイスを実現できる。
【００４６】
また、前記第１物質の屈折率と前記柱状物質の屈折率の差が１．０以上としてもよい。
【００４７】
また、前記第１物質はポリマー材料であり、前記柱状物質は気体としてもよい。
【００４８】
また、前記第１のフォトニック結晶および前記第２フォトニック結晶の格子定数が、前記固有の波長の０．４〜０．６の大きさとしてもよい。
【００４９】
また、前記柱状物質の断面形状が、前記各固有の波長の０．０８〜０．３の半径を有する円としてもよい。
【００６０】
また、前記第１入力側光導波路、前記第２入力側光導波路および前記出力側光導波路は、光ファイバーとしてもよい。
【００６１】
また、前記第１入力側光導波路と前記第２入力側光ファイバーとの距離は、前記フォトニック結晶の長さに比例していることとしてもよい。
【００６２】
また、本発明のフォトニック結晶の製造方法は、屈折率が異なる複数の物質が周期的に配置され、２個の基本格子ベクトル間の角度の内９０°以下の方の角度が、９０°よりも小さく６０°よりも大きい角度を有することで、周期的屈折率分布を有している複数のフォトニック結晶が共通の基本格子ベクトル方向に連続して縦列された多段フォトニック結晶を構成する各フォトニック結晶の製造方法であって、前記各フォトニック結晶は、前記各フォトニック結晶中で偏向する光の固有の波長で決まる屈折率周期を有し、前記固有の波長は前記各フォトニック結晶ごとに異なっており、基板上に形成した第１物質上に、所望とする柱状物質の配置箇所に、シングルイオンを照射して前記第１物質中にトラックを形成した後、前記基板および第１物質をアルカリ溶液に浸漬することで、前記トラック部分を侵食し、柱状穴を形成することを特徴とする。それにより、容易にフォトニック結晶を製造することができる。
【００６３】
また、前記シングルイオンは、少なくとも１個照射することとしてもよい。
【００６４】
また、好ましくは、前記シングルイオンのエネルギーは、１ＭｅＶ以上とする。それにより、イオンが深く侵入する。
【００６５】
また、前記柱状穴に、前記第１物質とは異なる屈折率を有する物質を充填することとしてもよい。
【００６６】
また、前記第１物質はポリマー材料とし、前記柱状穴には気体を充填することとしてもよい。
【００６７】
【発明の実施の形態】
(実施の形態１)
本発明の実施の形態１に係る光デバイスについて、図１を用いて説明する。実施の形態１における光デバイスは、波長が同一の２つの光を１つの光に合波するための光合波器である。入力側光ファイバー１、２が、複合フォトニック結晶４の片側端面と設置され、複合フォトニック結晶４の反対側端面には、出力側光ファイバー３が設置されている。複合フォトニック結晶４は、２種類のフォトニック結晶５、６が境界面７で接合されて構成されている。
【００６８】
フォトニック結晶５、６の格子構造は、２次元構造であって、第１物質９中に円柱状の柱状物質１０が周期的に配置された構造である。それぞれの柱状物質１０の中心軸は、すべて平行に配置されている。例えば、第１物質９の屈折率は、１．５〜１．７程度とし、ＳｉＯ₂や、アクリル系樹脂（ＰＭＭＡ、ＵＶアクリルレート樹脂など）、エポキシ系樹脂、ポリイミド系、シリコーン樹脂、カーボネート系のポリカーボネート等の樹脂とし、柱状物質１０は空気とすればよい。このような構造であれば、ＳｉＯ₂基板に穴を空けるだけで作成できるので、容易にフォトニック結晶を作成することができる。
【００６９】
フォトニック結晶５、６が顕著に偏向分散特性を示すためには、柱状物質１０の格子定数ａ（柱状物質同士の距離）は、伝搬させる光の波長の０．４〜０．６が好ましい。柱状物質１０の半径ｒは、伝搬させる光の波長の０．０８〜０．３（格子定数ａの０．２〜０．５）が好ましい。
【００７０】
実施の形態１におけるフォトニック結晶５は、対称性の低い斜交格子である。図２に、対称性の低い斜交格子の格子構造およびブリルアンゾーンの平面図を示す。柱状物質１０が格子を形成している。図２（ａ）に示しているように、対称性の低い斜交格子の格子ベクトル（ａ₁,ａ₂）同士のなす角の内、９０°以下の角度である内角θは、６０°よりも大きく９０°よりも小さい値をとる。なお、内角θは、。
【００７１】
図２（ｂ）には、この格子構造でのブリルアンゾーンを示している。ブリルアンゾーン２１の重要な対称点は、（Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３）の３点となる。この場合に、基本格子ベクトル（ａ₁,ａ₂）方向の入射光は、ブリルアンゾーン２１の重要な対称点方向と一致していないため、偏向分散を示す。したがって、基本格子ベクトル（ａ₁,ａ₂）に対して垂直な入射面に光を垂直入射させたときに、対称性の低い斜交格子構造のフォトニック結晶は、強い偏向分散特性を起こす。つまり、対称性の低い斜交格子構造のフォトニック結晶の、基本格子ベクトルａ₁方向に入射した光は偏向するという特性を有する。なお、全ての光が偏向するのではなく、任意の波長の光にだけが偏向する（以下、偏向する光を選択光という）。どの波長の光がどちらの方向に偏向するかは、格子構造によって決定される。
【００７２】
以上に説明したように、対称性の低い斜交格子の構造を有するフォトニック結晶に、基本格子ベクトルａ₁もしくはａ₂方向に入射した選択光は、偏向するという特性を示す。
【００７３】
ここでは、２次元格子構造のフォトニック結晶について説明したが、３次元格子構造のフォトニック結晶であっても、対称性の低い斜交格子の構造であれば、偏向分散特性を示し、その基本格子ベクトル方向に光を入射させれば、その光は偏向する。
【００７４】
フォトニック結晶５、６は、上述した対称性の低い斜交格子の構造を有し、偏向分散特性を有する。フォトニック結晶５と、フォトニック結晶６における格子構造は、その境界面７に対して対称な構造である。すなわち、それぞれ、第１物質９に、半径ｒの円柱状の柱状物質１０が、その中心軸が平行で、格子定数ａになるように配列されている。なお、格子定数ａは、隣接する各柱状物質１０間の距離である。また、フォトニック結晶５とフォトニック結晶６の各柱状物質１０の配列は、境界面７に対して、対称に配列されていて、フォトニック結晶５の基本格子ベクトル（ａ₁,ａ₂）同士の内角θと、フォトニック結晶６の基本格子ベクトル（ａ₁′,ａ₂′）同士の内角θ′とは等しい値となる。
【００７５】
例えば、フォトニック結晶５、６は、ガラスやポリマーなどの第１物質９である薄膜コアに伝搬させる光の波長の０．１４の半径ｒの柱状物質１０である空孔が光の波長の０．５４の格子定数ａで周期的に配列する２次元結晶格子であり、フォトニック結晶５の基本格子ベクトル（ａ₁,ａ₂）同士の内角θと、フォトニック結晶６の基本格子ベクトル（ａ₁′,ａ₂′）同士の内角θ′は共に８０°である。
【００７６】
また、入力側光ファイバー１、２および出力側光ファイバー３のそれぞれの光軸とフォトニック結晶５の基本格子ベクトル（ａ₁,ａ₂）と、フォトニック結晶６の基本格子ベクトル（ａ₁′,ａ₂′）とは、同一平面状にあり、かつ、フォトニック結晶５の第１基本格子ベクトルａ₁とフォトニック結晶６の第１基本格子ベクトルａ₁′とは共通である。
【００７７】
フォトニック結晶５、６が接合されて、複合フォトニック結晶４を構成している。各入力側光ファイバー１および２は、各フォトニック結晶５および６の所定の位置に、境界面７に対して対称に設置されていて、出力側光ファイバー３は、その光軸が境界面７に含まれる位置に設置されている。
【００７８】
複合フォトニック結晶４と入力側光ファイバー１、２とが接する箇所は、フォトニック結晶５、６の基本格子ベクトルａ₁と垂直である。
【００７９】
フォトニック結晶５に偏向特性を示す波長の光すなわち選択光を基本格子ベクトルａ₁方向に入射させると、進行方向８ａに偏向する。また、フォトニック結晶６は、フォトニック結晶５の構造と境界面７に対して対称であるので、同様に、同一波長の選択光を基本格子ベクトルａ₁′方向に入射させると境界面７に対して、進行方向８ａと対称方向である進行方向８ｂに偏向する。例えば、選択光の入射方向と偏向方向とのなす角度（偏向角度）は１０度である。このとき、合波角は、２０度となり、これは、従来のＹ分岐導波路による合波器の合波角に比べて大きい。
【００８０】
進行方向８ａ、８ｂはともに、境界面７に向かっている。したがって、入力側光ファイバー１を伝搬してきた光と入力側光ファイバー２を伝搬してきた光とが、交わる位置が、複合フォトニック結晶４の丁度端面となるように複合フォトニック結晶４の寸法は決められている。交わった光同士は合波されて、複合フォトニック結晶４の端面から出射される。出射された光は、出力側光ファイバー３に入射され、出力側光ファイバー３中を伝搬していく。なお、合波される光同士の位相は等しい。
【００８１】
前述したように、選択光の偏向角度もしくは選択光の波長は、フォトニック結晶５、６の構造を変化させることで制御できる。例えば、柱状物質１０同士の距離ａを変化させたり、柱状物質１０および第１物質９を変更するなどして、選択光の波長および偏向角度等を制御することができる。
【００８２】
このように、フォトニック結晶を用いて光デバイスを構成すると、Ｙ分岐導波路を用いることがないので、高度な光軸合わせとモード形状のマッチングを必要としない。それにより、光合波器を容易に製造することができる。また、さらに従来のＹ分岐導波路を用いた合波器よりも大きな合波角を有する合波器を実現することができる。それにより、短い距離で十分、光を合波することができるので、光デバイスを小型化することができる。
【００８３】
なお、上記に記載の第１物質９とするポリマー材料として、アクリル系ポリマー（ＰＭＭＡ、ＵＶアクリルレートポリマー等）、エポキシ系ポリマー、ポリイミド系ポリマー、シリコーン系ポリマー、ポリカーボネードなどが挙げられる。
【００８４】
さらに、フォトニック結晶を構成する第１物質９と柱状物質１０の屈折率は、その相対屈折率差が１.０以上でも良く、第１物質９としてＳｉやＧａＡｓやＴｉ₂Ｏ₅などの高屈折材料を使用し、柱状物質にＳｉＯ₂などの低屈折率材料を使用しても良い。また、フォトニック結晶は構成材料の屈折率により特性が変化するので、その選択は重要であり、上記材料以外でも上記屈折率の条件を満足する材料であれば固体(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(空気やガスなど)でもよい。
【００８５】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る光デバイスについて、図３を用いて説明する。実施の形態２の光デバイスは波長が同一の３つの光を１つの光に合波するための３合波器である。
【００８６】
実施の形態２の光デバイスは、入力側光ファイバー１、２、１１と出力側光ファイバー３と複合フォトニック結晶１４とからなる。複合フォトニック結晶１４は、フォトニック結晶５およびフォトニック結晶６とが直接接合されているのではなく、それらの間にフォトニック結晶１２を介して接合されている。つまり、フォトニック結晶５、６は、それぞれフォトニック結晶１２と接合されている。
【００８７】
フォトニック結晶１２は、フォトニック結晶５、６と同様に、円柱状の柱状物質１０が第１物質中９にその中心軸が平行な状態で配列されていて、格子定数ａもフォトニック結晶５、６と同一である。しかし、フォトニック結晶１２は、対称性の高い構造であって、基本格子ベクトル同士の内角は９０°である。このような構造のフォトニック結晶１２中にその基本格子ベクトル方向に所定の光を入射させても光は偏向せず、フォトニック結晶１２中を直進する。
【００８８】
入力側光ファイバー１中を伝搬してきた光が、フォトニック結晶５に入射されるように、入力側光ファイバー１はフォトニック結晶５の端面に配置されている。また、入力側光ファイバー２中を伝搬してきた光が、フォトニック結晶６に入射されるように、入力側光ファイバー２はフォトニック結晶６の端面に配置されている。さらに、入力側光ファイバー１１中を伝搬してきた光は、フォトニック結晶１２に入射されるように、入力側光ファイバー１１はフォトニック結晶１２の端面に配置されている。
【００８９】
出力側光ファイバー３は、複合フォトニック結晶１４において入力側光ファイバー１、２、１１が配置されている端面とは逆の端面に配置されている。また、出力側光ファイバー３は、複合フォトニック結晶１４から出射される光と結合するようにその光軸がフォトニック結晶１２中に含まれ、その光軸は、入力側光ファイバー１１の光軸１３と同一であるよう配置されている。
【００９０】
入力側光ファイバー１と入力側光ファイバー２は、入力側光ファイバー１１の光軸１３に対して、対象になる位置に配置されている。なお、光軸１３は、フォトニック結晶１２の中心位置にあるのが好ましい。
【００９１】
入力側光ファイバー１を介して複合フォトニック結晶１４（フォトニック結晶５）に入射された選択光は、進行方向８ａに偏向する。また、入力側光ファイバー２を介して複合フォトニック結晶１４（フォトニック結晶６）に入射された選択光は、進行方向８ｂに偏向する。さらに、入力側光ファイバー１１を介して、複合フォトニック結晶１４（フォトニック結晶１２）に入射された選択光は直進するので、光軸１３に沿って進行方向８ｃに進行する。複合フォトニック結晶１４の寸法は、これらの３種類の光が交わる位置が端面となるように決定されている。そうすることで、３種類の光が複合フォトニック結晶１４の端面で交わり、合波され、出射される。複合フォトニック結晶１４から出射される合成光は、出力側光ファイバー３に入射して伝搬する。
【００９２】
以上のように、フォトニック結晶５、６、１２を接合した複合フォトニック結晶１４を用いて光デバイスを構成することで、光軸合わせとモード形状のマッチングの難しさから、製造することが非常に困難であった３合波波器を簡単な構成で実現することができる。
【００９３】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係る光デバイスについて図４を用いて説明する。実施の形態３の光デバイスはＷＤＭ用パワー合波器である。
【００９４】
実施の形態３は、実施の形態１の複合フォトニック結晶４と同じように、境界面に対して対称な格子構造を有する複合フォトニック結晶４ａ₁〜４ａ_nが縦列に複数個接合されて構成されている。すなわち、複合フォトニック結晶４と同様に、境界面に対して対称の格子構造を有する複合フォトニック結晶４ａ₁〜４ａ_nが縦列に接合され、それらの境界面７ａ₁〜７ａ_nは、同一面に形成されるように基板１５ａ上に配置されている。なお、各複合フォトニック結晶４ａ₁〜４ａ_nの格子構造は、それぞれ異なっていて、各複合フォトニック結晶４ａ₁〜４ａ_nごとに、偏向する光（選択光）の波長が異なる。
【００９５】
各複合フォトニック結晶４ａ₁〜４ａ_nは、境界面７ａ₁〜７ａ_nに対して対称な格子構造をもつ、フォトニック結晶５ａ₁〜５ａ_n、６ａ₁〜６ａ_nから構成されている。各複合フォトニック結晶４ａ₁〜４ａ_nの一つの基本格子ベクトルの方向は、全て出射側光ファイバー３ａの光軸と同一の方向である。
【００９６】
複合フォトニック結晶４ａ₁は、基本格子ベクトル方向に選択光を伝搬させた場合に、選択光は境界面７ａ₁に近づいていくように偏向するような格子構造とする。同様に、他の複合フォトニック結晶４ａ_k中の基本格子ベクトル方向に選択光を伝搬させた場合に、境界面７ａ_kに近づくように偏向する。ただし、１≦ｋ≦ｎである。
【００９７】
入力側光ファイバー１ａ、２ａは、複合フォトニック結晶４ａ₁の端面に配置されている。また、出力側光ファイバー３ａは、複合フォトニック結晶４ａ_nの端面に配置され、その光軸１３ａは境界面７ａ₁〜７ａ_nに含まれる。
【００９８】
全ての複合フォトニック結晶波４ａ₁〜４ａ_nの選択光が合成された光がそれぞれ入力側光ファイバー１ａ、２ａを伝搬して、複合フォトニック結晶４ａ₁にその基本格子ベクトルと同一方向に入射される。入力側光ファイバー１ａから入射された光のうち、波長ｆ_4a1の光は複合フォトニック結晶４ａ₁のフォトニック結晶５ａ₁中を偏向し、その進行方向は、境界面７ａ₁に近づく方向である。また、入力側光ファイバー２ａから入射された光のうち、波長ｆ_4a1の光は複合フォトニック結晶４ａ₁のフォトニック結晶６ａ₁中を偏向し、その進行方向は、境界面７ａ₁に近づく方向である。境界面７ａ₁付近で両方の光は合波され、次段の複合フォトニック結晶４ａ₂に境界面７ａ₂に沿って入射される。
【００９９】
選択光以外の光は、複合フォトニック結晶４ａ₁中で、入力側光ファイバー１ａ、２ａの光軸に沿って直進して、複合フォトニック結晶４ａ₂にその基本格子ベクトル方向に入射される。
【０１００】
以下同様にして、順々に、複合フォトニック結晶４ａ_kでは、入力側光ファイバー１ａ、２ａの光軸に沿って進行する光から選択光が偏向して分離され、その境界面７ａ_kに沿って進行する合成光に合成される。最終段にある複合フォトニック結晶４ａ_nには、入力側光ファイバー１ａおよび２ａの光軸に沿って入射する光は、複合フォトニック結晶４ａ_nの選択光のみである。この選択光は、複合フォトニック結晶４ａ_nのフォトニック結晶５ａ_nおよび６ａ_n中を境界面７ａ_nに近づく方向に偏向する。境界面７ａ_n付近で、波長ｆ_4anの光と、境界面７ａ_n付近を進行している合成光とが合成され、複合フォトニック結晶４ａ_nの端面から出射され、出力側光ファイバー３ａに入射され、伝搬していく。なお、出力側光ファイバー３ａの光軸は、境界面７ａ_nに含まれ、複合フォトニック結晶４ａ_nからの光と結合するような位置に配置されている。
【０１０１】
上述の複合フォトニック結晶４ａ₁〜４ａ_nは、１．３〜２.０程度の屈折率を有する、例えばガラスやポリマーである第１物質９である薄膜コアに、８０°の内角θを有する２個の基本格子ベクトル方向に、各選択光の波長の０．１４の半径ｒを有する円柱状の空孔９を、選択光の波長の０．５４の格子定数ａで、周期的に配列されている。
【０１０２】
このように、固有波長を選択偏向できるフォトニック結晶を、その基本格子ベクトル方向が、境界面に含まれるようにミラー対称接合することで、基本格子ベクトル方向に入射された選択光は境界面に対称となる方向に偏向する。このような構成の複合フォトニック結晶を縦列接合することで、複数波長を取扱うＷＤＭ用パワー合波器が実現できる。
【０１０３】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４に係る光デバイスについて図５を用いて説明する。実施の形態４の光デバイスは、光合波器である。
【０１０４】
実施の形態４の光デバイスは、複数の格子構造を持つ複合フォトニック結晶を用いずに、単一の格子構造を有するフォトニック結晶６ｂを用いて構成されていて、フォトニック結晶６ｂは、実施の形態１のフォトニック結晶６と同じように、偏向分散特性を有する。
【０１０５】
フォトニック結晶６ｂの片側端面には、入力側光ファイバー１ｂ、２ｂが設置され、他方端面には、出力側光ファイバー３ｂが設置されている。また、入力側光ファイバー１ｂと出力側光ファイバー３ｂとの光軸１３ｂは、同一である。
【０１０６】
入力側光ファイバー１ｂには、複数の波長の光が伝搬しているが、フォトニック結晶６ｂの選択光は伝搬していない。入力側光ファイバー２ｂには、フォトニック結晶６ｂの選択光が伝搬している。入力側光ファイバー１ｂ、２ｂからフォトニック結晶６ｂにその基本格子ベクトル方向に光が入射される。入力側光ファイバー１ｂから入射された光は、フォトニック結晶６ｂ中では、偏向しないので、光軸１３ｂに沿ってそのまま直進する。
【０１０７】
一方、入力側光ファイバー２ｂから入射された光は、フォトニック結晶６ｂ中で偏向する。偏向方向は、光軸１３ｂへと近づく方向である。したがって、入力側光ファイバー１ｂからフォトニック結晶６ｂに入射された光と、入力側光ファイバー２ｂからフォトニック結晶６ｂに入射された光は、フォトニック結晶６中で交わり合成される。フォトニック結晶６ｂの光の伝搬方向の長さをこれらの光が交わる位置までにしておけば、合成光がフォトニック結晶６ｂの端面から出射される。入力側光ファイバー１ｂと出力側光ファイバー３ｂの光軸は同一であるので、フォトニック結晶６ｂから出射された光は、出力側光ファイバー３ｂに入射し、伝搬していく。
【０１０８】
なお、入力側光ファイバー１ｂ、２ｂの間の距離を広くすると、その距離に比例して、フォトニック結晶６ｂの光の伝搬方向の長さを長くしなければならない。
【０１０９】
以上のようにフォトニック結晶を用いて光合波器を構成することができる。このような構成の光合波器は、高度な光軸合わせとモード形状のマッチングを必要としない。それにより、光合波器を容易に製造することができる。
【０１１０】
（実施の形態５）
本発明の実施の形態５に係る光デバイスについて図６を用いて説明する。実施の形態５の光デバイスは、ＷＤＭ用波長合波器である。
【０１１１】
実施の形態５の光デバイスは、実施の形態４のフォトニック結晶６ｂと同じように偏向分散特性を有するフォトニック結晶が縦列に複数個接合されて構成されている。フォトニック結晶６ｃ₁〜６ｃ_nは縦列に接合されて、基板１５ｃ上に配置されている。各フォトニック結晶６ｃ₁〜６ｃ_nの格子構造は、それぞれ異なっていて、偏向する光の波長（選択光）はそれぞれ異なる。
【０１１２】
入力側光ファイバー１ｃが、フォトニック結晶６ｃ₁の端面に設置されていて、フォトニック結晶６ｃ₁の他端には、フォトニック結晶６ｃ₂（図示せず）が接合されるというように、フォトニック結晶６ｃ₁〜６ｃ_nは順々に縦列に接合されていて、最終段に当たるフォトニック結晶６ｃ_nの端面には、出力側光ファイバー３ｃが設置されている。入力側光ファイバー１ｃと出力側光ファイバー３ｃとの光軸１３ｃは同一である。また、各フォトニック結晶６ｃ₁〜６ｃ_nの側面には、入力側光ファイバー２ｃ₁〜２ｃ_nがそれぞれ設置されている。
【０１１３】
入力側光ファイバー１ｃ中を伝搬している光が、フォトニック結晶６ｃ₁に基本格子ベクトル方向に入射される。入力側光ファイバー１ｃ中を伝搬している光は、波長が異なる複数の光の合成波であるが、各フォトニック結晶６ｃ₁〜６ｃ_nのいずれにおいても偏向特性を示さないものである。そのため、入力側光ファイバー１ｃからフォトニック結晶１ｃに入射された光波は、光軸１３ｃに沿って直進する。
【０１１４】
また、入力側光ファイバー２ｃ₁中を伝搬している光も、フォトニック結晶６ｃ₁の側面から基本格子ベクトル方向に入射されるが、入力側光ファイバー２ｃ₁中を伝搬している光は、フォトニック結晶６ｃ₁の選択光である。そのため、光軸１３ｃに対して、約１０°傾いて偏向する。それにより、入力側光ファイバー１ｃから入射された光と入力側光ファイバー２ｃ₁から入射された光が、フォトニック結晶６ｃ₁中で交わり合成される。合成された光は、光軸１３ｃに沿って進行し、次段のフォトニック結晶６ｃ₂（図示せず）に入射される。
【０１１５】
なお、図６において、入力側光ファイバー２ｃ₁の光軸方向は、フォトニック結晶６ｃ₁中の基本格子ベクトル方向とは異なるが、入射の際の屈折によって、基本格子ベクトル方向に入射されるようにすればよい。
【０１１６】
フォトニック結晶６ｃ₁の光の伝搬方向の長さは、この光が交わる箇所を端面となるように決定しておく。選択光は基本格子ベクトル方向(光軸１３ｃに一致)に対して偏向（偏向角は約１０°）するので、フォトニック結晶６ｃ₁の光の伝搬方向の長さが、光軸１３ｃから側面までの距離をｔａｎ(偏向角)で除した値よりも大きくなるようにすればよい。
【０１１７】
以下同様に、入力側光ファイバー２ｃ_k中を伝搬している光は、フォトニック結晶６ｃ_kの側面から基本格子ベクトル方向に入射され、その光は、フォトニック結晶６ｃ_kの選択光である。入射側光ファイバー２ｃ_kからフォトニック結晶６ｃ_kに入射された光は偏向し、光軸１３ｃ方向へと進む。前段のフォトニック結晶６ｃ_k-1からフォトニック結晶６ｃ_kに入射された合成波は、光軸１３ｃに沿って進行する。これらの光は、フォトニック結晶６ｃ_k中で合成され、次段のフォトニック結晶６ｃ_k+1に光軸１３ｃに沿って入射される。つまり、各フォトニック結晶６ｃ₁〜６ｃ_nでは、前段から光軸１３ｃに沿って入射された光に、各フォトニック結晶６ｃ₁〜６ｃ_nの選択光が合成されていく。最終段であるフォトニック結晶６ｃ_nの端面から、全ての合成光が出射され、出力側光ファイバー３ｃに入射して伝搬する。
【０１１８】
以上のように、フォトニック結晶を用いて構成されたＷＤＭ用波長合波器は、高度な光軸合わせとモード形状のマッチングを必要としない。それにより、容易に製造することができる。
【０１１９】
（実施の形態６）
本発明の実施の形態６に係る光デバイスについて図７を用いて説明する。実施の形態６の光デバイスは、ＷＤＭ用波長合波器であって、実施の形態５とは選択光を入射する光ファイバーの設置位置が異なるが基本的な構成は同様である。
【０１２０】
実施の形態６の光デバイスは、実施の形態４のフォトニック結晶６ｂと同じように偏向分散特性を有するフォトニック結晶が縦列に複数個接合されて構成されている。フォトニック結晶６ｄ₁〜６ｄ_nは縦列に接合されて、基板１５ｄ上に配置されている。各フォトニック結晶６ｄ₁〜６ｄ_nの格子構造は、それぞれ異なっていて、偏向する光の波長（選択光）はそれぞれ異なる。
【０１２１】
入力側光ファイバー１ｄが、フォトニック結晶６ｄ₁の端面に設置されていて、フォトニック結晶６ｄ₁の他端には、フォトニック結晶６ｄ₂（図示せず）が接合され、というように、フォトニック結晶６ｄ₁〜６ｄ_nは順々に縦列に接合されていて、最終段に当たるフォトニック結晶６ｄ_nの端面には、出力側光ファイバー３ｄが設置されている。入力側光ファイバー１ｄと出力側光ファイバー３ｄとの光軸１３ｄは同一である。また、各フォトニック結晶６ｄ₁〜６ｄ_nは、それぞれ、後段に進むに従い、光軸１３ｄに対して垂直方向の長さが、大きくなる。さらに、フォトニック結晶６ｄ₁〜６ｄ_nの片方の側面は、全て同一面とされる。それにより、フォトニック結晶６ｄ_kの端面の内、その前段のフォトニック結晶６ｄ_k-1とは、接していない部分ができる。その部分には、入力側光ファイバー２ｄ_kが設置される。ただし、フォトニック結晶６ｄ₁は、最初の段であるので、入力側光ファイバー１ｄ、２ｄ₁が配置されている。
【０１２２】
入力側光ファイバー２ｄ₁〜２ｄ_nは、光軸１３ｄと平行に配置されるので、実施の形態６の光デバイスは、横幅を小さくすることができる。
【０１２３】
入力側光ファイバー１ｄ中を伝搬している光が、フォトニック結晶６ｄ₁に基本格子ベクトル方向に入射される。入力側光ファイバー１ｄ中を伝搬している光は、各フォトニック結晶６ｄ₁〜６ｄ_nのいずれにおいても偏向特性を示さない波長を有する。そのため、入力側光ファイバー１ｄからフォトニック結晶１ｄに基本格子ベクトル方向に入射された光波は、光軸１３ｄに沿って直進する。
【０１２４】
また、入力側光ファイバー２ｄ₁中を伝搬している光も、フォトニック結晶６ｄ₁に、基本格子ベクトル方向に入射されるが、入力側光ファイバー２ｄ₁中を伝搬している光は、フォトニック結晶６ｄ₁の選択光である。そのため、光は光軸１３ｄに対して偏向する。それにより、入力側光ファイバー１ｄ₁から入射された光と入力側光ファイバー２ｄ₁から入射された光が、フォトニック結晶６ｄ₁中で合成される。合成された光は、光軸１３ｄに沿って進行し、次段のフォトニック結晶に入射される。
【０１２５】
フォトニック結晶６ｄ₁の光の伝搬方向の長さは、この光が交わる箇所を端面となるように決定しておく。選択光は基本格子ベクトル方向(光軸１３ｄに一致)に対して偏向（偏向角は約１０°）するので、フォトニック結晶６ｄ₁の光の伝搬方向の長さが、光軸１３ｃから入力側光ファイバー２ｄ₁の設置位置までの距離をｔａｎ(偏向角)で除した値よりも大きくなるようにすればよい。
【０１２６】
入力側光ファイバー２ｄ_k中を伝搬している光は、フォトニック結晶６ｄ_kの側面から基本格子ベクトル方向に入射され、その光は、フォトニック結晶６ｄ_kの選択光である。入射側光ファイバー２ｄ_kからフォトニック結晶６ｄ_kに入射された光は偏向し、光軸１３ｄ方向へと進む。前段のフォトニック結晶６ｄ_k-1からフォトニック結晶６ｄ_kに入射された合成波は、光軸１３ｄに沿って進行する。これらの光は、フォトニック結晶６ｄ_k中で合成され、次段のフォトニック結晶６ｄ_k+1に光軸１３ｄに沿って入射される。つまり、各フォトニック結晶６ｄ₁〜６ｄ_nでは、前段から光軸１３ｄに沿って入射された光に、各フォトニック結晶６ｄ₁〜６ｄ_nの選択光が合成されていく。最終段であるフォトニック結晶６ｄ_nの端面から、全ての合成光が出射され、出力側光ファイバー３ｄに入射して伝搬する。
【０１２７】
以上のように、フォトニック結晶を用いて構成されたＷＤＭ用波長合波器は、高度な光軸合わせとモード形状のマッチングを必要としない。それにより、容易に製造することができる。
【０１２８】
（実施の形態７）
本発明の実施の形態７に係る光デバイスについて図８を用いて説明する。実施の形態７の光デバイスは、ＷＤＭ用波長合波器であって、実施の形態５とは選択光を入射する光ファイバーの設置位置が異なるが基本的な構成は同様である。
【０１２９】
実施の形態７の光デバイスは、実施の形態５の光デバイスと同様に、異なる偏向分散特性を有するフォトニック結晶６ｅ₁〜６ｅ_nを多段で用いて、各フォトニック結晶ごとに、異なる波長の光を合成するものである。また、各フォトニック結晶６ｅ₂〜６ｅ_nに、入力側光ファイバー２ｅ₂〜２ｅ_nより光を入射する際に、ミラーを用いて入射する構成である。
【０１３０】
実施の形態７の光デバイスは、実施の形態４のフォトニック結晶６ｂと同じように偏向分散特性を有する各フォトニック結晶６ｅ₁〜６ｅ_nが縦列に複数個接合され、基板１５ｅ上に設置されて構成されている。各フォトニック結晶６ｅ₁〜６ｅ_nの格子構造は、それぞれ異なっていて、偏向する光の波長（選択光）はそれぞれ異なる。
【０１３１】
入力側光ファイバー１ｅが、フォトニック結晶６ｅ₁の端面に設置されていて、フォトニック結晶６ｅ₁の他端には、フォトニック結晶６ｅ₂（図示せず）が接合され、というように、フォトニック結晶６ｅ₁〜６ｅ_nは順々に縦列に接合されていて、最終段に当たるフォトニック結晶６ｅ_nの端面には、出力側光ファイバー３ｅが設置されている。入力側光ファイバー１ｅと出力側光ファイバー３ｅとの光軸１３ｅは同一である。入力側光ファイバー２ｅ₁は、フォトニック結晶６ｅ₁の端面に設置される。
【０１３２】
フォトニック結晶６ｅ₁〜６ｅ_n-1は、光軸１３ｅに対して略４５度の角度となるように、出力側の端面の一角が落とされた面取り部１７ｅ₁〜１７ｅ_n-1を有する。面取り部１７ｅ₁〜１７ｅ_n-1には、ミラーが設置されている。入力側光ファイバー２ｅ₂〜２ｅ_nは、光軸１３ｅに対して垂直に設置されている。入力側光ファイバー２ｅ₂〜２ｅ_nは、そこから出力された光が、ミラーで反射して、各フォトニック結晶６ｅ₂〜６ｅ_nに基本格子ベクトル方向に入射するような位置に配置され、それらの光は、入力側光ファイバー２ｅ₁の光軸１３ｅ₂に沿って進行する。
【０１３３】
このように、実施の形態７の光デバイスは、入力側光ファイバー２ｅ₂〜２ｅ_nが、垂直に設置されていても、ミラーによって、各フォトニック結晶６ｅ₂〜６ｅ_nの基本格子ベクトル方向に、選択光を入射できる。なお、面取り部１７ｅ₁〜１７ｅ_n-1周辺の屈折率と、フォトニック結晶６ｅ₁〜６ｅ_n-1の屈折率とを全反射がおこる条件とすることで、ミラーを用いずに、損失の低い全反射を利用することもできる。
【０１３４】
入力側光ファイバー１ｅ中を伝搬している光が、フォトニック結晶６ｅ₁に入射される。入力側光ファイバー１ｅ中を伝搬している光は、各フォトニック結晶６ｅ₁〜６ｅ_nのいずれにおいても偏向特性を示さない波長を有する。そのため、入力側光ファイバー１ｅからフォトニック結晶１ｅに基本格子ベクトル方向に入射された光波は、光軸１３ｅに沿って直進する。
【０１３５】
また、入力側光ファイバー２ｅ₁中を伝搬している光も、フォトニック結晶６ｅ₁に、基本格子ベクトル方向に入射されるが、入力側光ファイバー２ｅ₁中を伝搬している光は、フォトニック結晶６ｅ₁の選択光である。そのため、光は光軸１３ｅに近づく方向に偏向する。それにより、入力側光ファイバー１ｅ₁から入射された光と入力側光ファイバー２ｅ₁から入射された光が、フォトニック結晶６ｅ₁中で合成される。合成された光は、光軸１３ｅ₁に沿って進行し、次段のフォトニック結晶６ｅ₂（図示せず）に入射される。
【０１３６】
フォトニック結晶６ｅ₁の光の伝搬方向の長さは、この光が交わる箇所を端面となるように決定しておく。選択光は基本格子ベクトル方向(光軸１３ｅ₂に一致)に対して偏向（偏向角は約１０°）するので、フォトニック結晶６ｅ₁の光の伝搬方向の長さが、光軸１３ｅ₂から入力側光ファイバー２ｅ₁の設置位置までの距離をｔａｎ(偏向角)で除した値よりも大きくなるようにすればよい。
【０１３７】
同様にして、入力側光ファイバー２ｅ_kからはフォトニック結晶６ｅ_kの選択光が出射され、フォトニック結晶６ｅ_k-1の面取り部１７ｅ_k-1のミラーで反射され、フォトニック結晶６ｅ_kに基本格子ベクトル方向に光軸１３ｅ₂に沿って入射し、フォトニック結晶６ｅ_k中で偏向して、直進しているフォトニック結晶６ｅ_kに光軸１３ｅ₁に沿って入射された前段からの合成光と合成されて出射される。
【０１３８】
このように、各フォトニック結晶６ｅ₁〜６ｅ_nごとに順次選択光が合成されていき、最終段のフォトニック結晶６ｅ_nから合成光が出射されて、出力側光ファイバー３ｅに入射してその中を伝搬する。
【０１３９】
以上のように、フォトニック結晶を用いて構成されたＷＤＭ用波長合波器は、高度な光軸合わせとモード形状のマッチングを必要としない。それにより、容易に製造することができる。
【０１４０】
上述した、実施の形態５〜７のＷＤＭ用波長合波器によれば、各フォトニック結晶において、偏向する光の固有波長(選択波長)は、フォトニック結晶の屈折率周期構造で決まる。そのため、各複合フォトニック結晶の選択光を制御することができ、さらに、その複合フォトニック結晶の縦列順序によって、合波波長順序を自由に制御できる。したがって、複数波長を取扱うＷＤＭにおいて任意の波長を任意の順序で合波・追加できる。
【０１４１】
また、複数の複合フォトニック結晶を縦列に接合するとしたが、１つの第１部質に、光の伝搬方向に一定の距離ごとに、半径および周期構造を変化させた柱状物質を形成して、異なる周期構造を形成することで、実施の形態５〜７に示した光デバイスを形成してもよい。
【０１４２】
（実施の形態８）
本発明の実施の形態８に係る光デバイスについて、図９を用いて説明する。実施の形態８の光デバイスは、ＷＤＭ用光フィルターである。実施の形態８の光デバイスは、実施の形態５と同様に、偏向分散特性の異なるフォトニック結晶を多段で接合して、複数の波長成分を持つ光を波長ごとに分波する。
【０１４３】
実施の形態８の光デバイスは、実施の形態４のフォトニック結晶６ｂと同じように偏向分散特性を有するフォトニック結晶が縦列に複数個接合され、基板１５ｆ上に設置されて構成されている。各フォトニック結晶６ｆ₁〜６ｆ_nの格子構造は、それぞれ異なっていて、偏向する光の波長（選択光）はそれぞれ異なる。
【０１４４】
フォトニック結晶６ｆ₁の端面には入力側光ファイバー１ｆが設置され、最終段のフォトニック結晶６ｆ_nの端面には出力側光ファイバー３ｆが設置されている。入力側光ファイバー１ｆと出力側光ファイバー３ｆとの光軸１３ｆは、各フォトニック結晶６ｆ₁〜６ｆ_nの基本格子ベクトルと同一方向である。各フォトニック結晶６ｆ₁〜６ｆ_nの側面には、分離された光が伝搬するための出力側光ファイバー３１ｆ₁〜３１ｆ_nが設置されている。
【０１４５】
入力側光ファイバー１ｆ中から複数の異なる波長の光の合成波が伝搬しており、それらには、各フォトニック結晶６ｆ₁〜６ｆ_nの選択光が含まれている。合成波が、入力側光ファイバー１ｆからフォトニック結晶６ｆ₁に、光軸１３ｆに沿って入射されると、合成波中のフォトニック結晶６ｆ₁の選択光は、光軸１３ｆに対して進行方向１３ｆに偏向する。残りの合成波は、光軸１３ｆに沿って進行方向に直進する。
【０１４６】
偏向した選択光は、フォトニック結晶６ｆ₁の側面から出射され、出力側光ファイバー３１ｆ₁に入射する。選択光以外の残りの合成波は、次段のフォトニック結晶に光軸１３ｆに沿って入射される。
【０１４７】
同様にして、フォトニック結晶６ｆ_kで、フォトニック結晶６ｆ_kの選択光が分離され、出力側光ファイバー３１ｆ_kに入射して伝搬し、残りの光は次段のフォトニック結晶に、光軸１３ｆに沿って入射される。これを最終段のフォトニック結晶６ｆ_nまで続ける。
【０１４８】
なお、各フォトニック結晶６ｆ₁〜６ｆ_nにおける選択光と非選択光の出射位置に関して、非選択光は光軸１３ｆ上を伝搬するので光軸１３ｆ上の出射端に出力側光ファイバー３ｆを接続すれば良いが、選択光は第１の基本格子ベクトル（光軸に一致）から約１０°偏向するので各フォトニック結晶６ｆ₁〜６ｆ_nの光の伝搬方向の長さで出射位置が決まり、側面から出射させる場合はフォトニック結晶６ｆ₁〜６ｆ_nを選択光が縦列接続面に到達しない程度の長さにすれば良い。
【０１４９】
また、図１０に示すように、最終段のフォトニック結晶６ｆ_nにおいては、出力側光ファイバー３１ｆ_nを、側面ではなく端面に設置し分離した選択光を端面から出射してもよい。この場合、フォトニック結晶６ｆ_nを他の２次元フォトニック結晶よりも短くすることができる。
【０１５０】
このように、複合フォトニック結晶を構成する各フォトニック結晶６ｆ₁〜６ｆ_nの縦列順序に従って１波長ずつ分離でき、分離波長順序も自由に制御できるため、複数波長を取扱うＷＤＭにおいて任意の波長を任意の順序で分離できる。
【０１５１】
（実施の形態９）
本発明の実施の形態９に係る光デバイスについて、図１１を用いて説明する。実施の形態９の光デバイスは、ＷＤＭ用光フィルターであって、実施の形態８とは、選択光を出射する光ファイバーの設置位置が異なるが基本的な構成は同様である。
【０１５２】
実施の形態９の光デバイスは、実施の形態４のフォトニック結晶６ｂと同じように偏向分散特性を有するフォトニック結晶が縦列に複数個接合されて構成されている。フォトニック結晶６ｇ₁〜６ｇ_nは縦列に接合されて、基板１５ｇ上に配置されている。各フォトニック結晶６ｇ₁〜６ｇ_nの格子構造は、それぞれ異なっていて、偏向する光の波長（選択光）はそれぞれ異なる。
【０１５３】
入力側光ファイバー１ｇが、フォトニック結晶６ｇ₁の端面に設置されていて、フォトニック結晶６ｇ₁の他端には、フォトニック結晶６ｇ₂（図示せず）が接合され、同様にして、フォトニック結晶６ｇ₁〜６ｇ_nは順々に縦列に接合されていて、最終段に当たるフォトニック結晶６ｇ_nの端面には、出力側光ファイバー３ｇが設置されている。入力側光ファイバー１ｇと出力側光ファイバー３ｇとの光軸１３ｇは各フォトニック結晶６ｇ₁〜６ｇ_nの基本格子ベクトル方向と同一である。
【０１５４】
また、各フォトニック結晶６ｇ₁〜６ｇ_nは、それぞれ、後段に進むに従い、光軸１３ｇに対して垂直方向の長さが小さくなる。さらに、フォトニック結晶６ｇ₁〜６ｇ_nの片方の側面は、全て同一面とされる。それにより、フォトニック結晶６ｇ_kの端面の内、その後段のフォトニック結晶とは、接していない部分ができる。その部分には、出力側光ファイバー３１ｇ_kが設置される。ただし、フォトニック結晶６ｇ_nは、最終の段であるので、その端面には出力側光ファイバー３ｇ、３１ｇ_nが配置されている。
【０１５５】
入力側光ファイバー１ｇから複数の異なる波長の光の合成波がフォトニック結晶６ｇ₁に基本格子ベクトル方向に入射されると、合成波中のフォトニック結晶６ｇ₁の選択光は、光軸１３ｇに対して偏向する。残りの合成波は、光軸１３ｇに沿って直進する。
【０１５６】
偏向した光は、フォトニック結晶６ｇ₁の端面から出射され、出力側光ファイバー３１ｇ₁に入射し伝搬していく。選択光以外の残りの合成波は、次段のフォトニック結晶に光軸１３ｇに沿って入射される。
【０１５７】
同様にして、フォトニック結晶６ｇ_kで、フォトニック結晶６ｇ_kの選択光が分離され、出力側光ファイバー３１ｇ_kに入射して伝搬し、残りの光は次段のフォトニック結晶６ｇ_k+1に、光軸１３ｆに沿って入射される。これを最終段のフォトニック結晶６ｆ_nまで続ける。
【０１５８】
なお、フォトニック結晶を構成する第１物質９の屈折率は、１．５〜１．７程度とする。フォトニック結晶は、例えばＳｉＯ_２やポリマー製のスラブ中に、６５〜８５°の内角θを有する２個の基本格子ベクトル方向に、選択光の波長の０．０８〜０．３の半径ｒ１９を有する円柱状の空気円孔である柱状物質１０を、選択光の波長の０．４〜０．６の格子定数ａで、周期的に配列して作成する。
【０１５９】
なお、選択光は基本格子ベクトル方向（光軸に一致）から約１０°偏向するのでフォトニック結晶６ｇ₁〜６ｇ_nの光の伝搬方向の長さで出射位置が決まる。したがって、出射側光ファイバー３１ｇ₁〜３１ｇ_nは、それをもとに設置位置を決定する。
【０１６０】
（実施の形態１０）
本発明の実施の形態１０に係る光デバイスについて図１２を用いて説明する。実施の形態１０の光デバイスは、ＷＤＭ用光フィルターであって、実施の形態８とは、選択光を出射する光ファイバーの設置位置が異なるが基本的な構成は同様である。
【０１６１】
実施の形態１０の光デバイスは、実施の形態８の光デバイスと同様に、異なる波長分散特性を有するフォトニック結晶６ｈ₁〜６ｈ_nを多段で用いて、各フォトニック結晶ごとに、異なる波長の光を取り出すものである。また、各フォトニック結晶６ｈ₁〜６ｈ_nより取り出した光を、フォトニック結晶６ｈ₁〜６ｈ_nに備えたミラーを用いて出力側光ファイバー３１ｈ₁〜３１ｈ_nに入射させる構成である。
【０１６２】
実施の形態１０の光デバイスは、実施の形態４のフォトニック結晶６ｂと同じように偏向分散特性を有する各フォトニック結晶６ｈ₁〜６ｈ_nが縦列に複数個接合され、基板１５ｈ上に設置されて構成されている。各フォトニック結晶６ｈ₁〜６ｈ_nの格子構造は、それぞれ異なっていて、偏向する光の波長（選択光）はそれぞれ異なる。
【０１６３】
入力側光ファイバー１ｈが、フォトニック結晶６ｈ₁の端面に設置されていて、フォトニック結晶６ｈ₁の他端には、フォトニック結晶６ｈ₂（図示せず）が接合され、同様にして、フォトニック結晶６ｈ₁〜６ｈ_nは順々に縦列に接合されていて、最終段に当たるフォトニック結晶６ｈ_nの端面には、出力側光ファイバー３ｈと出力側光ファイバー３１ｈ_nが設置されている。入力側光ファイバー１ｈと出力側光ファイバー３ｈとの光軸１３ｈは各フォトニック結晶６ｈ₁〜６ｈ_nの基本格子ベクトル方向と同一である。
【０１６４】
実施の形態１０のフォトニック結晶６ｈ₂〜６ｈ_nは、光軸１３ｈに対して略４５度の角度となるように、入力側の端面の一角が落とされた面取り部１７ｈ₁〜１７ｈ_n-1を有する。面取り部１７ｈ₁〜１７ｈ_n-1には、ミラーが設置されている。出力側光ファイバー３１ｈ₁〜３１ｈ_n-1は、光軸１３ｈに対して垂直に設置されている。フォトニック結晶６ｈ₁〜６ｈ_n-1の端面から出射される、偏向された光が、面取り部１７ｈ₁〜１７ｈ_n-1のミラーで反射され、出力側光ファイバー３１ｈ₁〜３１ｈ_n-1に入射される。
【０１６５】
入力側光ファイバー１ｈから複数の波長の光を含む合成波がフォトニック結晶６ｈ₁に基本格子ベクトル方向に入射されると、合成波中のフォトニック結晶６ｈ₁の選択光は、光軸１３ｈに対して偏向する。残りの合成波は、光軸１３ｈに沿って直進する。
【０１６６】
偏向した光は、フォトニック結晶６ｈ₁の端面から出射され、面取り部１７ｈ₁のミラーで反射して、出力側光ファイバー３１ｈ₁に入射する。選択光以外の残りの合成波は、次段のフォトニック結晶に光軸１３ｈに沿って入射される。フォトニック結晶６ｈ₂（図示せず）中で選択光が偏向して合成波から分離され、残りの合成波は直進して、次のフォトニック結晶に入射される。
【０１６７】
同様にして、フォトニック結晶６ｈ_k-1の端面から出射された偏向した選択光は、面取り部１７ｈ_k-1のミラーで反射して、出力側光ファイバー３１ｈ_k-1に入射する。選択光以外の残りの合成波は、フォトニック結晶６ｈ_kに光軸１３ｈに沿って入射し、フォトニック結晶６ｈ_k中で選択光が偏向して合成波から分離され、残りの合成波は直進して、次のフォトニック結晶に入射される。
【０１６８】
このように、各フォトニック結晶６ｈ₁〜６ｈ_nごとに順次選択光が分離されていき、最終段のフォトニック結晶６ｈ_nから出射された偏向した選択光は出力側光ファイバー３１ｈ_nに直接入射される。
【０１６９】
このように、実施の形態１０の光デバイスは、出力側光ファイバー３１ｈ₁〜３１ｈ_n-1が、光軸１３ｈに対して、垂直に設置されていても、ミラーによって、各フォトニック結晶６ｈ₂〜６ｈ_nの基本格子ベクトル方向に、選択光を入射できる。なお、面取り部１７ｈ₁〜１７ｈ_n-1周辺の屈折率と、フォトニック結晶６ｈ₂〜６ｈ_nの屈折率とを全反射がおこる条件とすることで、ミラーを用いずに、損失の低い全反射を利用することもできる。
【０１７０】
（実施の形態１１）
本発明の実施の形態１１に係る光デバイスについて、図１３を用いて説明する。実施の形態１１の光デバイスは、ＷＤＭ用分岐機能付光フィルターであって、フォトニック結晶が接合して構成された複合フォトニック結晶を、さらに縦列に多段に接合して構成されている。
【０１７１】
各複合フォトニック結晶４ｉ₁〜４ｉ_nは、各フォトニック結晶６ｉ₁〜６ｉ_nと各フォトニック結晶５ｉ₁〜５ｉ_nとが各境界面７ｉ₁〜７ｉ_nで接合されて構成されている。さらに、各複合フォトニック結晶４ｉ₁〜４ｉ_nは、基板１５ｉ上に形成されている。各フォトニック結晶５ｉ₁〜５ｉ_nおよび各フォトニック結晶６ｉ₁〜６ｉ_nは、異なる波長分散特性を有するフォトニック結晶である。それぞれ、フォトニック結晶５ｉ_kとフォトニック結晶６ｉ_kとは、境界面７ｉ_kで接合されて複合フォトニック結晶４ｉ_kを形成している。フォトニック結晶５ｉ_kとフォトニック結晶６ｉ_kとは、選択光の波長が同一であるが、選択光の偏向方向は境界面７ｉ_kに対して対称であるような格子構造である。したがって、複合フォトニック結晶４ｉ_kの格子構造は、境界面７ｉ_k上に柱状物質１０が形成され、かつ、境界面７ｉ_kに対して対称となるように、その他の柱状物質１０は配置されている。なお、フォトニック結晶５ｉ_kの基本格子ベクトルａ₁と基本格子ベクトルａ₂との角度の内小さい方の角度およびフォトニック結晶６ｉ_kの基本格子ベクトルａ₁′と基本格子ベクトルａ₂′との角度の内小さい方の角度は等しく、その値は９０度よりも小さくて６０度よりも大きい。
【０１７２】
また、各複合フォトニック結晶４ｉ₁〜４ｉ_nは、境界面７ｉ₁〜７ｉ_nが同一平面となるように、多段で接合され、その両側側面には出力側光ファイバー３１ｉ₁〜３１ｉ_n、３２ｉ₁〜３２ｉ_nが設置されている。
【０１７３】
入力側光ファイバー１ｉは、複合フォトニック結晶４ｉ₁の端面に、光軸１３ｉが境界面７ｉ₁〜７ｉ_n上にあるように設置されている。なお、光軸１３ｉは、最終段の複合フォトニック結晶４ｉ_nの端面に設置された出射側光ファイバー３ｉの光軸でもある。入力側光ファイバー１ｉを介して、波長の異なる複数の光の合成光が複合フォトニック結晶４ｉ₁に基本格子ベクトル方向に入射されると、選択光はフォトニック結晶５ｉ₁、６ｉ₁中を偏向して進行する。複合フォトニック結晶４ｉ₁に入射された合成光のうち半分はフォトニック結晶５ｉ₁中を伝搬し、半分はフォトニック結晶６ｉ₁中を伝搬するので、選択光の内半分がフォトニック結晶５ｉ₁側に分岐され、選択光の内半分がフォトニック結晶６ｉ₁側に分岐される。つまり、合成光より選択光を２つに分岐させて分離することができる。
【０１７４】
偏向した光は、出力側光ファイバー３１ｉ₁、３２ｉ₁に入射される。なお、出力側光ファイバー３１ｉ₁、３２ｉ₁は、偏向した光が入射する位置に設置されている。
【０１７５】
複合フォトニック結晶４ｉ₁の選択光以外の光は、直進して、次段の複合フォトニック結晶４ｉ₂（図示せず）に入射する。同様にして、複合フォトニック結晶４ｉ₁〜４ｉ_nごとに選択光が分離され、かつ分岐される。なお、各複合フォトニック結晶４ｉ₁〜４ｉ_nの選択光はそれぞれ異なる。最終段の複合フォトニック結晶５ｉ_nの端面には、出力側光ファイバー３ｉが、境界面７ｉ_nに光軸１３ｉが含まれるように設置されていて、各複合フォトニック結晶４ｉ₁〜４ｉ_nで分離されなかった残りの光が、出力側光ファイバー３ｉに入射される。
【０１７６】
なお、フォトニック結晶を構成する第１物質９の屈折率は、１．５〜１．７程度とする。フォトニック結晶は、例えばＳｉＯ_２やポリマー製のスラブ中に、６５〜８５°の内角θを有する２個の基本格子ベクトル方向に、選択光の波長の０．０８〜０．３の半径ｒ１９を有する円柱状の空気円孔である柱状物質１０を、選択光の波長の０．４〜０．６の格子定数ａで、周期的に配列して作成する。
【０１７７】
また、最終段の複合フォトニック結晶４ｉ_nに設置する出力側光ファイバー３１ｇ_n、３２ｇ_nは、側面ではなく端面に設置してもよい。そうすることで、最終段の複合フォトニック結晶４ｉ_nを短くすることができる。
【０１７８】
このように、固有波長を選択偏向できるフォトニック結晶をミラー対称接合した複合フォトニック結晶を多段で縦列接合することで、選択光を基本格子ベクトルに対して対称方向に偏向させることができる。それにより、複数波長を取扱うＷＤＭにおいて任意の波長を２個ずつ任意の順序で分離することができる。
【０１７９】
（実施の形態１２）
本発明の実施の形態１２に係る光デバイスについて、図１４を用いて説明する。実施の形態１２の光デバイスは、ＷＤＭ用パワー分岐器である。実施の形態１１と同様に、フォトニック結晶が接合して構成された複合フォトニック結晶を、縦列に多段に接合して構成されている。
【０１８０】
実施の形態１２の光デバイスの基本構成は、実施の形態１１の光デバイスと同様である。つまり、各複合フォトニック結晶４ｊ₁〜４ｊ_nが基板１５ｊ上で縦列で接合されていて、複合フォトニック結晶４ｊ₁〜４ｊ_nは、各フォトニック結晶６ｊ₁〜６ｊ_nと各フォトニック結晶５ｊ₁〜５ｊ_nとが境界面７ｊ₁〜７ｊ_nで接合されて構成されている。各フォトニック結晶６ｊ₁〜６ｊ_nおよび各フォトニック結晶５ｊ₁〜５ｊ_nの格子構造は、実施の形態１１の各フォトニック結晶６ｉ₁〜６ｉ_nと各フォトニック結晶５ｉ₁〜５ｉ_nと同一であるが、光が伝搬する方向（光軸１３ｊ方向）の長さは、実施の形態１２の各フォトニック結晶の方が短く、端面から選択光がその境界面に沿って入射した場合に、偏向して側面からは出射されずに、逆方向の端面から出射される長さとする。したがって、実施の形態１１の各複合フォトニック結晶４ｉ₁〜４ｉ_nに比べて、実施の形態１２の複合フォトニック結晶４ｊ₁〜４ｊ_nは短くすることができる。それにより、光デバイスの小型化が可能となる。
【０１８１】
このような複合フォトニック結晶４ｊ₁〜４ｊ_nが、それらの境界面７ｊ₁〜７ｊ_nが、同一平面となるように接合されている。最初の段である複合フォトニック結晶４ｊ₁の端面には、境界面７ｊ₁と光軸１３ｊが重なるように、入力側光ファイバー１ｊが設置され、最終段である複合フォトニック結晶４ｊ_nの端面には、出力側光ファイバー３１ｊ、３２ｊとが設置されている。なお、光軸１３ｊ方向は、基本格子ベクトル方向でもある。
【０１８２】
入力側光ファイバー１ｊを介して、波長の異なる複数の光の合成光が、複合フォトニック結晶４ｊ₁に基本格子ベクトル方向に入射されると、フォトニック結晶５ｊ₁、６ｊ₁中を、選択光は偏向して進行する。複合フォトニック結晶４ｊ₁に入射された合成光のうち半分はフォトニック結晶５ｊ₁中を伝搬し、半分はフォトニック結晶６ｊ₁中を伝搬するので、選択光の内半分がフォトニック結晶５ｉ₁側に偏向し、選択光の内半分がフォトニック結晶６ｉ₁側に偏向する。非選択光は、光軸１３ｊに沿って直進するので、光は三つに分岐されて、複合フォトニック結晶４ｊ₁の端面から出射され、複合フォトニック結晶４ｊ₂（図示せず）に入射される。
【０１８３】
複合フォトニック結晶４ｊ_kには、光軸１３ｊに沿って入射される光と、その光の両側を進行する複合フォトニック結晶４ｊ_k-1における選択光とが入射される。各複合フォトニック結晶４ｊ₁〜４ｊ_nにおける選択光は異なるので、複合フォトニック結晶４ｊ_k-1における選択光は、複合フォトニック結晶４ｊ_k中では直進する。また、光軸１３ｊに沿って、複合フォトニック結晶４ｊ_kに入射する光は合成光であり、その内の複合フォトニック結晶４ｊ_kの選択光はフォトニック結晶５ｊ_k、６ｊ_k側に偏向し、合成光より分岐して分離する。そして、直進する複合フォトニック結晶４ｊ₁からの合成光と合成され、複合フォトニック結晶４ｊ_kより出射される。選択光が除かれた合成光は、光軸１３ｊに沿って直進し、フォトニック結晶４ｊ_kより出射される。
このように、各フォトニック結晶４ｊ_kにおける選択光が、両端の光と合成され、逆に、光軸１３ｊに沿って直進している合成光からは、各選択光が除去されていく。
【０１８４】
最終段であるフォトニック結晶４ｊ_nは、入力側光ファイバー１ｊから入力された合成光が完全に二つに分岐されて、第１出力側光ファイバー３１ｊと第２の出力側光ファイバー３２ｊに出力される。
【０１８５】
このように、従来は、合成光を波長ごとに分離たものを分岐して、それらを合波することで、行なっていた複数波長を取扱うＷＤＭにおけるパワー分岐を、固有波長を選択偏向できるフォトニック結晶をミラー対称接合した各複合フォトニック結晶を縦列接合するという簡単な構成の光デバイスで実現できる。
【０１８６】
（実施の形態１３）
本発明の実施の形態１３に係る光デバイスについて、図１５を用いて説明する。実施の形態１３の光デバイスは光３分岐器である。
【０１８７】
実施の形態１３の光デバイスは、入力側光ファイバー１ｍと、出力側光ファイバー３１ｍと、出力側光ファイバー３２ｍと、出力側光ファイバー３３ｍと複合フォトニック結晶４ｍとからなる。複合フォトニック結晶４ｍは、フォトニック結晶５ｍおよびフォトニック結晶６ｍとが直接接合されているのではなく、それらの間にフォトニック結晶１２ｍを介して接合されている。つまり、フォトニック結晶５ｍ、６ｍは、それぞれフォトニック結晶１２ｍと接合されている。
【０１８８】
フォトニック結晶５ｍ、６ｍの格子構造は、実施の形態１のフォトニック結晶５、６と同様である。すなわち、対称性の低い構造であって所定の波長の光が、フォトニック結晶５ｍ、６ｍ中を基本ベクトル方向に伝搬すると、その光は、偏向する。フォトニック結晶５ｍ、６ｍの基本ベクトルの方向は同一であって、入力側光ファイバー１ｍの光軸１３ｍと同一方向であり、フォトニック結晶５ｍ、６ｍの格子構造は、光軸１３ｍに対して対称である。
【０１８９】
フォトニック結晶１２ｍは、フォトニック結晶５ｍ、６ｍと同様に、円柱状の柱状物質１０が第１物質中９にその中心軸が平行な状態で配列されていて、格子定数ａもフォトニック結晶５ｍ、６ｍと同一である。しかし、フォトニック結晶１２ｍは、対称性の高い構造であって、基本格子ベクトル同士の内角は９０°である。このような構造のフォトニック結晶１２ｍ中にその基本格子ベクトル方向に所定の光を入射させても光は偏向せず、フォトニック結晶１２ｍ中を直進する。
【０１９０】
入力側光ファイバー１ｍは、複合フォトニック結晶４ｍの端面に設置され、その光軸１３ｍは、フォトニック結晶１２ｍ中に存在し、好ましくは、その中心位置にある。複合フォトニック結晶４ｍの逆側の端面には、出力側光ファイバー３１ｍ、３２ｍ、３３ｍが設置され、出力側光ファイバー３３ｍの光軸は、入力側光ファイバーの光軸１３ｍと同一である。
【０１９１】
入力側光ファイバー１ｍ中を伝搬してきた選択光が、複合フォトニック結晶５ｍに基本格子ベクトル方向に入射する際に、各フォトニック結晶５ｍ、６ｍ、１２ｍにそれぞれ入射する。その内フォトニック結晶５ｍに入射した光は、光軸１３ｍから離れる方向に偏向し、フォトニック結晶６ｍに入射した光もまた、光軸１３ｍから離れる方向に偏向する。また、フォトニック結晶１２ｍに入射された光は直進する。出力側光ファイバー３１ｍは、フォトニック結晶５ｍの出射端面に設置され、出力側光ファイバー３２ｍは、フォトニック結晶６ｍの出射端面に設置され、出力側光ファイバー３３ｍは、フォトニック結晶１２ｍの出射端面に設置されている。各出力側光ファイバー３１ｍ、３２ｍ、３３ｍは、複合フォトニック結晶４ｍから出射された光が入射されるように、配置されている。
【０１９２】
このように、従来の合波器では非常に困難であった３合波を簡単な構成で実現することができる。
【０１９３】
なお、フォトニック結晶を構成する第１物質９の屈折率は、１．５〜１．７程度とする。フォトニック結晶は、例えばＳｉＯ_２やポリマー製のスラブ中に、６５〜８５°の内角θを有する２個の基本格子ベクトル（ａ_１，ａ_２）方向に、選択光の波長の０．０８〜０．３の半径ｒ１９を有する円柱状の空気円孔である柱状物質１０を、選択光の波長の０．４〜０．６の格子定数ａで、周期的に配列して作成する。
【０１９４】
(実施の形態１４)
本発明の実施の形態１４に係る光デバイスについて、図１６を用いて説明する。実施の形態１４の光デバイスは、Ａｄｄ−Ｄｒｏｐ装置である。
【０１９５】
実施の形態１４の光デバイスは、フォトニック結晶６ｐ₁とフォトニック結晶６ｐ₂とが、光ファイバーを介して接続されている構成である。入力側光ファイバー１ｐがフォトニック結晶６ｐ₁の端面に接続されている。フォトニック結晶６ｐ₁の逆側の端面には出力側光ファイバー３１ｐが接続されている。また、出力側光ファイバー３１ｐが設置されている端面には、ＤＲＯＰ用光ファイバー３２ｐが設置されている。
【０１９６】
出力側光ファイバー３１ｐと結合している入力側光ファイバー２ｐは、フォトニック結晶６ｐ₂の端面に設置されている。その逆側の端面には出力側光ファイバー３ｐが設置されている。また、入力側光ファイバー２ｐ側の端面には、ＡＤＤ用光ファイバー３３ｐも設置されている。
【０１９７】
入力側光ファイバー１ｐから選択光と非選択光が、フォトニック結晶６ｐ₁に基本格子ベクトル方向に入力されると、選択光は偏向し、非選択光は直進する。直進した非選択光は、フォトニック結晶６ｐ₁の端面から出射され、出力側光ファイバー３１ｐ中を伝搬していく。一方、選択光は、偏向して、フォトニック結晶６ｐ₁の端面から出射されて、ＤＲＯＰ用光ファイバー３２ｐに入射される。
【０１９８】
ＤＲＯＰ用光ファイバー３２ｐは、偏向した選択光がフォトニック結晶６ｐ₁端面から出射される位置にあらかじめ設置されている。出力側光ファイバー３１ｐとＤＲＯＰ用光ファイバー３２ｐとの距離は、フォトニック結晶６ｐ₁の長さに比例している。
【０１９９】
出力側光ファイバー３１ｐ中を伝搬している光は、入力側光ファイバー２ｐに結合し、フォトニック結晶６ｐ₂に入力される。また、ＡＤＤ用光ファイバー３３ｐ中を選択光が伝搬し、フォトニック結晶６ｐ₂に基本ベクトル方向に入射される。
【０２００】
非選択光は直進し、選択光は非選択光に近づくように偏向する。フォトニック結晶６ｐ₂の長さは、その端面にて選択光および非選択光が合成されるようにあらかじめ調節しておく。これらの合成光が出力される箇所に出力側光ファイバー３ｐを設置しておく。端面から出射された選択光と非選択光の合成光は、出力側光ファイバー３ｐ₂に入射される。
【０２０１】
このような構成の光デバイスは、Ｄｒｏｐ用光ファイバー３２ｐより取り出された光を外部で変調するなど、加工した後に、再び、Ａｄｄ用光ファイバー３３ｐで入射させることができる。
【０２０２】
このように、簡単な構成で、ＷＤＭなど波長多重伝送途上に、特定の波長のみを外部に取り出して加工した後に、再び追加することができる、簡単な構成の光デバイスで実現できる。
【０２０３】
以上の実施の形態１〜１４において、前記２次元フォトニック結晶を構成するスラブ導波路と円孔の屈折率は、その相対屈折率差が１．０以上でも良く、スラブ導波路にＳｉやＧａＡｓやＴｉ_２Ｏ_５などの高屈折材料を使用し、円孔部分にＳｉＯ_２などの低屈折率材料を使用しても良い。
【０２０４】
また、フォトニック結晶の両面がクラッドで挟まれている構造としてもよいが、クラッドを設置せずに、気体中にフォトニック結晶を設置することで、その気体をクラッドとしてもよい。例えば、空気中に設置することで、屈折率が１のクラッドが形成されていることになる。なお、両面とも同一のクラッドである必要はなく、異なる材料を適宜組み合わせればよい。
【０２０５】
また、各フォトニック結晶への光の受け渡しに光ファイバーを用いる場合は、図１７に示すように、光ファイバーの固定方法としてフォトニック結晶７４のクラッドの役割をする基板７５を大きめにして基板７５上に光ファイバー位置決め固定用のＶ溝８１、８２、８３を設けて、光ファイバー７１、７２、７３の位置決めを行なうか、クラッドの下にＳｉなどの基板を別に設け、この基板に位置決め固定用のＶ溝を設ければよい。一方、光導波路を用いる場合は、クラッドの役割をする基板上にコアを形成すればよい。
【０２０６】
また、柱状物質が円孔で構成されるフォトニック結晶を使用する場合は、外部環境によって空気の屈折率が変化するので、フォトニック結晶を気密性のあるケースで封じ込めて、内部にガス（Ａｒ、Ｎなど）を充填するか、真空にすることで、柱状物質が安定する。
【０２０７】
（実施の形態１５）
本発明の実施の形態１５に係るフォトニック結晶の製造方法について、図１８（ａ）、図１８（ｂ）、図１８（ｃ）、図１８（ｄ）を用いて説明する。実施の形態１５の製造方法は、高エネルギーイオンで作製したトラックを侵食して柱状物質である円孔１１０を設ける方法である。まず、ガラス基板１１１上にスパッタなどで薄膜を蒸着するか、ポリマーを塗布してスピンコートで作製するか、または、溶剤で溶かした樹脂を用いてキャスティングすることで作製した第１物質であるポリマースラブ１１２に対して、イオン注入器１１３を使用してポリマースラブ１１２上で円孔１１０を設けたい位置に、Ｈ、Ｏ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｐｂ、Ｚｎイオンなどのシングルイオン１１４を照射して貫通させる。イオンのエネルギーは１ＭｅＶ以上とし、イオン種はポリマースラブ１１２の密度や膜厚に応じて決定する。エネルギーを１ＭｅＶ以上とすることで、イオンが深く侵入する。
【０２０８】
ポリマースラブ１１２中でシングルイオンが貫通した部分にはトラック１１５（分子結合が切れた跡）ができる。このポリマースラブ１１２を、ＮａＯＨなどの強アルカリ１１６に浸漬することで、トラック１１５部分が侵食されて円孔１１０となり、ポリマースラブ１１２に所望のフォトニック結晶を作製することができる。
【０２０９】
イオン注入器１１３から発射されたシングルイオン１１４は、外部電界で入射位置を制御することができるので、どのような結晶構造であっても外部電界を制御することで作製することができる。また、同じ位置に注入するイオンの個数も任意に設定できるので再現性のある加工ができる。
【０２１０】
なお、前記イオン注入器１１３とターゲットであるポリマースラブ１１２のいずれかを動かすことでもイオン注入位置を制御することが可能である。また、フォトトニック結晶１１８は、円孔１１２を周期配列させたが、円孔１１２にポリマースラブ１１２の屈折率とは異なる屈折率を有する物質を充填してもよい。
【０２１１】
また、フォトニック結晶には基板が設置されていなくてもよく、ガラス基板１１１上にポリマースラブ１１２を形成した後に、ガラス基板１１１を取り除き、ポリマースラブ１１２のみにしてから、上述のように高エネルギーイオンを照射し、エッチングしてフォトニック結晶を製造してもよい。
【０２１２】
【発明の効果】
本発明によれば、製造するのに高精度が必要とされた光デバイスが、容易に作成することができる上、小型化も可能であるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１に係る光デバイスの構成を示す平面図
【図２】 対称性の低い斜交格子の格子構造およびブリルアンゾーンを示し、図２（ａ）が対称性の低い斜交格子の格子構造の平面図であり、図２（ｂ）はブリルアンゾーンの平面図
【図３】 本発明の実施の形態２に係る光デバイスの構成を示す平面図
【図４】 本発明の実施の形態３に係る光デバイスの構成を示す平面図
【図５】 本発明の実施の形態４に係る光デバイスの構成を示す平面図
【図６】 本発明の実施の形態５に係る光デバイスの構成を示す平面図
【図７】 本発明の実施の形態６に係る光デバイスの構成を示す平面図
【図８】 本発明の実施の形態７に係る光デバイスの構成を示す平面図
【図９】 本発明の実施の形態８に係る光デバイスの構成を示す平面図
【図１０】 本発明の実施の形態８に係る他の光デバイスの構成を示す平面図
【図１１】 本発明の実施の形態９に係る光デバイスの構成を示す平面図
【図１２】 本発明の実施の形態１０に係る光デバイスの構成を示す平面図
【図１３】 本発明の実施の形態１１に係る光デバイスの構成を示す平面図
【図１４】 本発明の実施の形態１２に係る光デバイスの構成を示す平面図
【図１５】 本発明の実施の形態１３に係る光デバイスの構成を示す平面図
【図１６】 本発明の実施の形態１４に係る光デバイスの構成を示す平面図
【図１７】 本発明の光ファイバの固定方法を示す斜視図
【図１８】 本発明の実施の形態１５に係るフォトニック結晶の製造方法を示す工程図
【図１９】 従来の光合波器の構成を示す平面図
【符号の説明】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ、１ｈ、１ｉ、１ｊ、１ｍ、２ａ、２ｂ、２ｃ₁〜２ｃ_n、２ｄ₁〜２ｄ_n、２ｅ₁〜２ｅ_n、２ｐ、１１ 入力側光ファイバー
３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉ、３ｐ、３１ｆ₁〜３１ｆ_n、３１ｇ₁〜３１ｇ_n、３１ｈ₁〜３１ｈ_n、３１ｉ₁〜３１ｉ_n、３１ｊ、３１ｍ、３１ｐ、３２ｉ₁〜３２ｉ_n、３２ｊ、３２ｍ、３３ｍ 出力側光ファイバー
４、４ａ₁〜４ａ_n、４ｉ₁〜４ｉ_n、４ｊ₁〜４ｊ_n、４ｍ、１４ 複合フォトニック結晶
５、５ａ₁〜５ａ_n、５ｉ₁〜５ｉ_n、５ｊ₁〜５ｊ_n、５ｍ、６、６ａ₁〜６ａ_n、６ｂ、６ｃ₁〜６ｃ_n、６ｄ₁〜６ｄ_n、６ｅ₁〜６ｅ_n、６ｆ₁〜６ｆ_n、６ｇ₁〜６ｇ_n、６ｈ₁〜６ｈ_n、６ｉ₁〜６ｉ_n、６ｊ₁〜６ｊ_n、６ｍ、６ｐ₁、６ｐ₂、１２、１２ｍ、７４ フォトニック結晶
７、７ａ₁〜７ａ_n、７ｂ、７ｃ、７ｉ₁〜７ｉ_n、 境界面
８ａ、８ｂ 進行方向
９ 第１物質
１０ 柱状物質
１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ₁、１３ｅ₂、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈ、１３ｉ、１３ｊ、１３ｍ 光軸
１５、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ、１５ｇ、１５ｈ、１５ｉ、１５ｊ、１５ｐ、７５ 基板
１７ｅ₁〜１７ｅ_n-1、１７ｈ₁〜１７ｈ_n-1 面取り部
２１ ブリルアンゾーン
３２ｐ ＤＲＯＰ用光ファイバー
３３ｐ ＡＤＤ用光ファイバー
７１、７２、７３ 光ファイバー
８１、８２、８３ Ｖ溝
１１０ 円孔
１１１ ガラス基板
１１２ ポリマースラブ
１１３ イオン注入器
１１４ シングルイオン
１１５ トラック部分
１１６ 強アルカリ
２０１ 第１入力側光ファイバー
２０２ 第２入力側光ファイバー
２０３ コア
２０４ 基板
２０５ 出力側光ファイバー
２０６ 光合波器

Claims (41)

1. 屈折率が異なる複数の物質が周期的に配置され、２個の基本格子ベクトル間の角度の内９０°以下の方の角度が、９０°よりも小さく６０°よりも大きい角度を有する複数のフォトニック結晶が共通の基本格子ベクトル方向に連続して縦列された多段フォトニック結晶と、
   前記多段フォトニック結晶に光を入射させる入力側光導波路と、
   前記多段フォトニック結晶から出射される光を受光する出力側光導波路とを備え、
   前記各フォトニック結晶は、前記各フォトニック結晶中で偏向する光の固有の波長で決まる屈折率周期を有し、前記固有の波長は前記各フォトニック結晶ごとに異なることを特徴とする光デバイス。
2. 前記各フォトニック結晶は、前記複数の物質の屈折率あるいは屈折率の周期構造の少なくとも一つが前記フォトニック結晶ごとに異なる請求項１に記載の光デバイス。
3. 前記各フォトニック結晶は、２次元フォトニック結晶である請求項１に記載の光デバイス。
4. 複数の前記各フォトニック結晶の２個の基本格子ベクトル方向がそれぞれ平行で、どちらか一方が光軸に一致する請求項１に記載の光デバイス。
5. 前記フォトニック結晶は、第１のクラッドと第２のクラッドで挟まれている請求項１に記載の光デバイス。
6. 前記第１のクラッドまたは前記第２のクラッドの少なくともどちらかの屈折率が１である請求項５に記載の光デバイス。
7. 光ファイバーである前記入力側光導波路および前記出力側光導波路を位置決めする溝を有する請求項１に記載の光デバイス。
8. 前記溝は、前記各フォトニック結晶と直接あるいは間接的に一体化されている請求項７に記載の光デバイス。
9. 前記多段フォトニック結晶全てが気密ケースで覆われ、前記気密ケース内はガスが充填されているか、あるいは真空である請求項１に記載の光デバイス。
10. 前記各フォトニック結晶の縦列順序は、前記各フォトニック結晶の固有の波長に基づいて決定される請求項１に記載の光デバイス。
11. 前記フォトニック結晶は、屈折率の異なる第１物質と柱状物質とを備え、複数の前記柱状物質の軸が平行となるように前記柱状物質が周期的に前記第１物質中に配列されている２次元格子構造を有し、
    前記基本ベクトルの内の一方である第１基本格子ベクトルの方向に連続して縦列して、前記多段フォトニック結晶を形成し、
    前記入力側光導波路には、前記多段フォトニック結晶の最初の段に当たるフォトニック結晶に設置され、前記第１基本格子ベクトル方向に前記各フォトニック結晶の固有の波長の光以外の光を、前記多段フォトニック結晶に入射させる第１入力側光導波路と、
    前記各フォトニック結晶ごとに設置され、前記各フォトニック結晶に固有の波長の光を入射する第２入力側光導波路とがあり、
    前記出力側光導波路は、前記第１入力側光導波路と同一の光軸を有するように設置されている請求項１に記載の光デバイス。
12. 前記第２入力側光導波路は、前記各フォトニック結晶の側面に設置される請求項１１に記載の光デバイス。
13. 前記フォトニック結晶の端面が、前記フォトニック結晶ごとに順次大きくなっていき、前記第２入力側光導波路が、前記各フォトニック結晶の端面に設置される請求項１１に記載の光デバイス。
14. 少なくとも最終段のフォトニック結晶以外のフォトニック結晶は、縦列接続する出射側の端面の一部に、前記端面に対して一定の角度を有するミラーを備え、前記第２入力側光導波路からの光が前記ミラーに反射して、次段のフォトニック結晶に入射される請求項１１に記載の光デバイス。
15. 前記フォトニック結晶は、屈折率の異なる第１物質と柱状物質とを備え、複数の前記柱状物質の軸が平行となるように前記柱状物質が周期的に前記第１物質中に配列されている２次元格子構造を有し、
    前記基本ベクトルの内の一方である第１基本格子ベクトルの方向に連続して縦列して、前記多段フォトニック結晶を形成し、
    前記入力側光導波路は、前記多段フォトニック結晶に、前記第１基本格子ベクトル方向に光を入射させ、
    前記出力側光導波路には、前記多段フォトニック結晶の最終段に当たるフォトニック結晶に設置され、前記第１基本格子ベクトル方向に出射される光を受光する第１出力側光導波路と、
    前記各フォトニック結晶ごとに設置されている第２出力側光導波路とがある請求項１に記載の光デバイス。
16. 前記各フォトニック結晶ごとに設置された前記第２出力側光導波路は、前記各フォトニック結晶内で偏向して出射される前記固有の波長の光を受光する請求項１５に記載の光デバイス。
17. 前記各フォトニック結晶のそれぞれの格子定数が、前記フォトニック結晶ごとの前記固有の波長の０．４〜０．６の大きさである請求項１１または１５に記載の光デバイス。
18. 前記第２出力側光導波路は、前記各フォトニック結晶の側面に設置される請求項１５に記載の光デバイス。
19. 前記多段フォトニック結晶の最終段に当たるフォトニック結晶に接続される第２出力側光導波路のみが、前記フォトニック結晶の端面に設置される請求項１８に記載の光デバイス。
20. 前記フォトニック結晶の端面が、前記フォトニック結晶ごとに順次小さくなっていき、前記第２出力側光導波路が、前記端面に設置される請求項１５に記載の光デバイス。
21. 少なくとも最初の段のフォトニック結晶以外のフォトニック結晶は、縦列接続する入射側の端面の一部に、前記端面に対して一定の角度を有するミラーを備え、前段のフォトニック結晶から出射された前記固有の波長の光が前記ミラーに反射した反射光を受光する位置に前記第２出力側光導波路を有する請求項１５に記載の光デバイス。
22. 各基本格子ベクトル間の角度が共に、９０°以下の方の角度が６０°よりも大きく９０ °よりも小さい角度である第１フォトニック結晶および第２フォトニック結晶が接合された複数の複合フォトニック結晶が各境界面が同一平面上にあるように、連続して縦列接合されて構成された多段複合フォトニック結晶と、
    前記多段複合フォトニック結晶に光を入射させる入力側光導波路と、
    前記多段複合フォトニック結晶から出射される光を受光する出力側光導波路とを備え、
    前記各複合フォトニック結晶の格子構造はそれぞれ異なっており、前記各複合フォトニック結晶ごとに偏向する光の波長が異なることを特徴とする光デバイス。
23. 前記多段複合フォトニック結晶は、前記第１のクラッドと前記第２のクラッドで挟まれている請求項２２に記載の光デバイス。
24. 前記第１のクラッドまたは前記第２のクラッドの少なくともどちらかの屈折率が１である請求項２３に記載の光デバイス。
25. 光ファイバーである前記入力側光導波路および前記出力側光導波路を位置決めする溝を有する請求項２２に記載の光デバイス。
26. 前記溝は、前記多段複合フォトニック結晶と直接あるいは間接的に一体化されている請求項２５に記載の光デバイス。
27. 前記多段複合フォトニック結晶全てが気密ケースで覆われ、前記気密ケース内はガスが充填されているか、あるいは真空である請求項２２に記載の光デバイス。
28. 前記第１フォトニック結晶および前記第２フォトニック結晶は、それぞれ共に、屈折率の異なる第１物質と柱状物質とを備え、複数の前記柱状物質の軸が平行となるように前記柱状物質が周期的に前記第１物質中に配列されている２次元格子構造を有し、
    前記第１フォトニック結晶の第１基本格子ベクトルと前記第２フォトニック結晶の第１基本格子ベクトルの方向は平行であって、前記第１フォトニック結晶と前記第２フォトニック結晶とが接合された境界面に平行であり、
    前記第１フォトニック結晶と第２フォトニック結晶との格子構造は、前記境界面に対して対称であり、
    出力側光導波路は、前記多段複合フォトニック結晶の最終段に当たる複合フォトニック結晶の端面に設置されている請求項２２に記載の光デバイス。
29. 前記各第１フォトニック結晶および前記各第２フォトニック結晶内で偏向して出射されるそれぞれに固有の波長の光が、前記各第１フォトニック結晶および前記各第２フォトニック結晶の端面から出射されるように、前記各第１複合フォトニック結晶の長さが設定されている請求項２８に記載の光デバイス。
30. 前記各第１フォトニック結晶および前記各第２フォトニック結晶内で偏向されるそれぞれに固有の波長の光が、前記各フォトニック結晶端で交わるように、前記各第１複合フォトニック結晶の長さが設定されている請求項２８に記載の光デバイス。
31. 前記第１フォトニック結晶および前記第２フォトニック結晶は、それぞれ共に、屈折率の異なる第１物質と柱状物質とを備え、複数の前記柱状物質の軸が平行となるように前記柱状物質が周期的に前記第１物質中に配列されている２次元格子構造を有し、
    前記第１フォトニック結晶の第１基本格子ベクトルと前記第２フォトニック結晶の第１基本格子ベクトルの方向は平行であって、前記第１フォトニック結晶と前記第２フォトニック結晶とが接合された境界面に平行であり、
    前記第１フォトニック結晶と第２フォトニック結晶との格子構造は、前記境界面に対して対称であり、
    前記出力側光導波路には、前記多段複合フォトニック結晶の最終段に当たる第１フォトニック結晶に設置され、前記第１基本格子ベクトル方向に出射される光を受光する第１出力側光導波路と、
    前記各第１複合フォトニック結晶ごとに設置され、前記各第１フォトニック結晶および前記各第２フォトニック結晶中で偏向して出射されるそれぞれに固有の波長の光を受光する第２出力側光導波路とがある請求項２２に記載の光デバイス。
32. 前記第１物質の屈折率と前記柱状物質の屈折率の差が１．０以上である請求項１１、請求項１５、請求項２８、請求項３１のいずれかに記載の光デバイス。
33. 前記第１物質はポリマー材料であり、前記柱状物質は気体である請求項１１、請求項１５、請求項２８、請求項３１のいずれかに記載の光デバイス。
34. 前記第１フォトニック結晶および前記第２フォトニック結晶の格子定数が、前記固有の波長の０．４〜０．６の大きさである請求項２８または請求項３１に記載の光デバイス。
35. 前記柱状物質の断面形状が、前記各固有の波長の０．０８〜０．３の半径を有する円である請求項１１、請求項１５、請求項２８、請求項３１のいずれかに記載の光デバイス。
36. 前記入力側光導波路および前記出力側光導波路は、光ファイバーである請求項１または請求項２２に記載の光デバイス。
37. 屈折率が異なる複数の物質が周期的に配置され、２個の基本格子ベクトル間の角度の内９０°以下の方の角度が、９０°よりも小さく６０°よりも大きい角度を有することで、周期的屈折率分布を有している複数のフォトニック結晶が共通の基本格子ベクトル方向に連続して縦列された多段フォトニック結晶を構成する各フォトニック結晶の製造方法であって、
    前記各フォトニック結晶は、
    前記各フォトニック結晶中で偏向する光の固有の波長で決まる屈折率周期を有し、前記固有の波長は前記各フォトニック結晶ごとに異なっており、
    基板上に形成した第１物質上に、所望とする柱状物質の配置箇所に、シングルイオンを照射して前記第１物質中にトラックを形成した後、
    前記基板および第１物質をアルカリ溶液に浸漬することで、前記トラック部分を侵食し、柱状穴を形成することを特徴とするフォトニック結晶の製造方法。
38. 前記シングルイオンは、少なくとも１個照射する請求項３７に記載のフォトニック結晶の製造方法。
39. 前記シングルイオンのエネルギーは、１ＭｅＶ以上である請求項３７に記載のフォトニック結晶の製造方法。
40. 前記柱状穴に、前記第１物質とは異なる屈折率を有する物質を充填する請求項３７に記載のフォトニック結晶の製造方法。
41. 前記第１物質はポリマー材料とし、
    前記柱状穴には気体を充填する請求項３７に記載のフォトニック結晶の製造方法。

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