JP4183640B2 - Two-dimensional photonic crystal device - Google Patents

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この発明は、2次元フォトニック結晶デバイスに関し、特に、波長分割多重通信(WDM)等の技術分野において使用される2次元フォトニック結晶デバイスに関する。   The present invention relates to a two-dimensional photonic crystal device, and more particularly to a two-dimensional photonic crystal device used in a technical field such as wavelength division multiplexing (WDM).

過去数年に亘って、波長分割多重通信の技術分野は、めざましい技術の進歩発展が進行している。この技術の進歩発展は、主としてインターネットにおけるネットワークユーザの通信速度の高速化の要請に応えようとする努力に起因してもたらされている。WDM技術はその構成部品の価格が高価であるので、これを使用して光通信によるインターネット回路網を構成しようとすると光通信回路網の全体の形成コストが増大するにも関わらず、光通信回路網の構成に採用されるべき主要な技術となりつつある。今日において、光工学は通信回路網における情報の伝送の媒体に係わるものとして取り扱われている。次世代の通信回路網における光工学は、光通信におけるスイッチング動作および制御動作の一部或いは全部を担う技術として期待されている。新規の光工学技術はユーザに対して、WDM構成部品のローコスト化、および高性能化の道を拓くことになる。   Over the past few years, the technological field of wavelength division multiplex communication has made remarkable progress. The advancement and development of this technology is mainly due to efforts to meet the demand for higher communication speeds of network users on the Internet. Since the cost of the components of WDM technology is high, an attempt to construct an Internet network by optical communication using this WDM technology increases the cost of forming the entire optical communication network, but the optical communication circuit It is becoming a major technology that should be adopted in network construction. Today, optical engineering is treated as a medium for the transmission of information in communication networks. Optical engineering in the next-generation communication circuit network is expected as a technology that bears part or all of the switching operation and control operation in optical communication. The new optical engineering technology will open the way for users to lower the cost and improve the performance of WDM components.

ところで、WDM技術は、種々の従来技術を基礎として成り立っている。基礎となる従来技術としては、Fabry Perotフィルタ、薄膜干渉フィルタ、Mach-Zehnderフィルタ、birefringentフィルタ、ファイバ格子ブラッグ反射フィルタ、導波路回折格子の如き技術が含まれる。一方、光集積回路において、導波路を低損失で湾曲形成するには、数100μmを超える長距離に亘って緩やかに湾曲する必要があり、これが光集積回路のサイズを増大することにつながっている。
従来のデバイスと比較して小規模で多チャネルのWDMデバイスを得るには、フォトニック結晶を採用することによりその目的を達成することができる。フォトニック結晶とは、屈折率が大きく異なる2種類の透明な媒質を光波長程度の周期で規則正しく交互に配置した人工結晶をいう。フォトニック結晶は光を屈曲し、方向付けし、そしてサブミリメートルのスケールで取り扱われ、多重の光学機能を発揮する単一構造で高密度に構成される複合装置を構成する能力を有している。
By the way, the WDM technology is based on various conventional technologies. The conventional technologies that are the basis include technologies such as Fabry Perot filters, thin film interference filters, Mach-Zehnder filters, birefringent filters, fiber grating Bragg reflection filters, and waveguide diffraction gratings. On the other hand, in an optical integrated circuit, in order to bend a waveguide with low loss, it is necessary to bend gently over a long distance exceeding several hundreds of μm, which leads to an increase in the size of the optical integrated circuit. .
In order to obtain a WDM device having a smaller size and a larger number of channels than a conventional device, the object can be achieved by employing a photonic crystal. The photonic crystal refers to an artificial crystal in which two types of transparent media having greatly different refractive indexes are regularly arranged alternately with a period of about the light wavelength. Photonic crystals have the ability to bend and direct light and be handled on a submillimeter scale to form a complex device composed of a single structure that performs multiple optical functions and is dense. .

フォトニック結晶には大別して屈折率nの媒質および屈折率nの媒質を交互に1次元周期配列して構成した1次元フォトニック結晶と、屈折率nの媒質および屈折率nの媒質を交互に2次元周期配列して構成した2次元フォトニック結晶と、屈折率nの媒質および屈折率nの媒質を交互に3次元周期で配列構成した3次元フォトニック結晶とがある。このようなフォトニック結晶は、例えば高屈折率側である屈折率nの媒質をシリコン、ガリウム砒素、インジウム燐その他の半導体により構成し、低屈折率側である屈折率nの媒質を空気やガラスにより構成する。
フォトニック結晶は、上述した通り、その構成要素を光の半波長のオーダーの周期で配列した周期構造を有する。2次元周期構造のフォトニック結晶の構成要素は例えば低屈折率の媒質を空気とし、高屈折率の媒質を誘電体とする場合、空気中に配列された誘電体柱であるか、或いは誘電体内に配列された空孔とすることができる。フォトニック結晶が持つ重要な特徴にフォトニックバンドギャップの存在がある。フォトニックバンドギャップにおいては、或る周波数範囲内の光はその伝播を禁止される。但し、フォトニック結晶は、その内部に結晶欠陥を導入することによりそこを光の導通する導波路とすることができるという意味で光制御に使用することができる。フォトニック結晶内の導波路は、一般に、周期構造の構成要素を線状に破壊することにより構成する。
The photonic crystal is roughly classified into a one-dimensional photonic crystal in which a medium having a refractive index n 1 and a medium having a refractive index n 2 are alternately arranged one-dimensionally, and a medium having a refractive index n 1 and a medium having a refractive index n 2 . There are a two-dimensional photonic crystal constituted by alternately arranging two-dimensional periodic media, and a three-dimensional photonic crystal comprising a medium having a refractive index n 1 and a medium having a refractive index n 2 alternately arranged in a three-dimensional cycle. . In such a photonic crystal, for example, a medium having a refractive index n 1 on the high refractive index side is composed of silicon, gallium arsenide, indium phosphorus, or other semiconductor, and a medium having a refractive index n 2 on the low refractive index side is air. And glass.
As described above, the photonic crystal has a periodic structure in which its constituent elements are arranged with a period of the order of a half wavelength of light. For example, when the low-refractive index medium is air and the high-refractive index medium is a dielectric, the constituent elements of the two-dimensional periodic structure photonic crystal are dielectric pillars arranged in the air, The holes can be arranged in the same manner. An important feature of photonic crystals is the existence of a photonic band gap. In the photonic band gap, light within a certain frequency range is prohibited from propagating. However, the photonic crystal can be used for light control in the sense that by introducing crystal defects inside the photonic crystal, the photonic crystal can be used as a light conducting waveguide. In general, a waveguide in a photonic crystal is formed by breaking components of a periodic structure into a linear shape.

Add−Dropフィルタとして動作する主要な従来技術として導波路に沿って結晶欠陥を形成するものが特許文献1に示されている。この特許文献1に示されているAdd−Dropフィルタは図24に示したように、空気より屈折率が高い材料から形成されているスラブ11に、円柱孔16を三角格子状に配列形成して屈折率分布を形成した2次元フォトニック結晶構造を有し、フォトニック結晶の周期的配列に線状の欠陥12を形成して導波路とし、この導波路に隣接してフォトニック結晶の周期的配列を乱す点欠陥14を一つの円柱孔16の径を変えることによって設けたものとなっており、導波路に入射されて伝搬する複数の波長(λ1,λ2,…,λi,…)を含む波長帯域の光13のうち、特定の波長(λi)の光15が点欠陥14に捕獲されてスラブ11の面と直交方向に放射されるものとなっている。   Patent Document 1 discloses a technique in which crystal defects are formed along a waveguide as a main conventional technique that operates as an Add-Drop filter. As shown in FIG. 24, the Add-Drop filter shown in Patent Document 1 has cylindrical holes 16 arranged in a triangular lattice pattern in a slab 11 made of a material having a higher refractive index than air. It has a two-dimensional photonic crystal structure in which a refractive index distribution is formed, and a linear defect 12 is formed in a periodic array of photonic crystals to form a waveguide, and the periodicity of the photonic crystal is adjacent to this waveguide. The point defect 14 that disturbs the arrangement is provided by changing the diameter of one cylindrical hole 16, and includes a plurality of wavelengths (λ1, λ2,..., Λi,...) That are incident on the waveguide and propagate. Of the light 13 in the wavelength band, light 15 having a specific wavelength (λi) is captured by the point defect 14 and emitted in a direction orthogonal to the surface of the slab 11.

また、非特許文献1には図25Aに示したように2次元フォトニック結晶の周期構造中に周期構造の柱71とは径が異なり、かつ屈折率がそれぞれ異なる柱よりなる点欠陥C1,C2,C3,C4を設け、2次元フォトニック結晶構造の一端72から周期構造の柱71を線状に除去して導波路73を形成し、かつその導波路73を順次分岐させて点欠陥C1,C2,C3,C4の近くにまでそれぞれ設け、点欠陥C1,C2,C3,C4の前後にそれぞれ周期構造の2本の柱71を存在させた状態で分岐された4つの導波路73をフォトニック結晶の他端74にまで設けた構成が示されており、一端72側から導波路73に入射された広帯域の光は共振器として動作する点欠陥C1,C2,C3,C4によって、図25Bに示したように選択透過されるものとなっている。   Further, in Non-Patent Document 1, as shown in FIG. 25A, point defects C1 and C2 made of columns having a different diameter and a different refractive index from the periodic structure column 71 in the periodic structure of the two-dimensional photonic crystal. , C3, and C4, and the periodic structure pillar 71 is linearly removed from one end 72 of the two-dimensional photonic crystal structure to form a waveguide 73, and the waveguide 73 is sequentially branched to provide point defects C1, Four waveguides 73 are provided in the vicinity of C2, C3, and C4 and branched in a state where two pillars 71 having a periodic structure exist before and after the point defects C1, C2, C3, and C4, respectively. The structure provided up to the other end 74 of the crystal is shown, and broadband light incident on the waveguide 73 from the one end 72 side is shown in FIG. 25B by point defects C1, C2, C3, and C4 operating as resonators. Select as shown It has become what is umbrella.

一方、非特許文献2にも図26に示したように2次元フォトニック結晶構造中に2本の線状導波路81,82を設けると共に、これら2本の導波路81,82に挟まれた周期構造の柱83の中に、周期構造の柱83とは径及び屈折率が異なる柱よりなる点欠陥84を設け、この点欠陥84を共振器として動作させることが示されており、例えば導波路81を伝搬する多重波長光のうちから、特定の波長の光のみを選択して導波路82に伝搬させるものとなっている。
特開2001−272555号公報 C.Jin,S.Han,X.Meng,B.Cheng,and D.Zhang,“Demultiplexer using directly resonant-tunneling between point defects and waveguides in a photonic crystal”J.Appl.Phys., 2002, Vol.91,No.7,P.4771-4773 S.Fan,P.R.Villeneuve,J.D.Joannopoulos,and H.A.Haus“Channel drop filters in photonic crystals”Opt.Express, 1998, Vol.3, No.1,P.4-11
On the other hand, as shown in FIG. 26, Non-Patent Document 2 also includes two linear waveguides 81 and 82 in a two-dimensional photonic crystal structure, and is sandwiched between the two waveguides 81 and 82. It is shown that a point defect 84 made of a column having a diameter and a refractive index different from that of the periodic structure column 83 is provided in the periodic structure column 83, and this point defect 84 is operated as a resonator. Of the multi-wavelength light propagating through the waveguide 81, only light of a specific wavelength is selected and propagated to the waveguide 82.
JP 2001-272555 A C. Jin, S. Han, X. Meng, B. Cheng, and D. Zhang, “Demultiplexer using directly resonant-tunneling between point defects and waveguides in a photonic crystal” J. Appl. Phys., 2002, Vol. 91 , No.7, P.4771-4773 S.Fan, PRVilleneuve, JDJoannopoulos, and HAHaus “Channel drop filters in photonic crystals” Opt.Express, 1998, Vol.3, No.1, P.4-11

上述したように、従来においてはフォトニック結晶構造に線状欠陥により導波路を形成し、この導波路に隣接してフォトニック結晶の周期構造のなかに共振器として機能する点欠陥を構成することにより、波長選択フィルタとして機能する2次元フォトニック結晶デバイスを実現していた。
しかしながら、特許文献1に示された構成では、例えば伝搬光の波長を1.55μmとすると、周期構造をなす円柱孔16と点欠陥14を構成する円柱孔との間のスラブ11の壁の厚さは0.06μm程度となり、極めて薄くなることから製造が困難となっていた。また、非特許文献1及び2に示された構成では2次元フォトニック結晶の周期構造を構成する柱のなかに屈折率が異なる柱を点欠陥として形成しなければならず、屈折率を変えることは製造上、容易ではなく、特に図25Aに示した非特許文献2の構成のように、4つの点欠陥を形成し、4本のチャネルを有する場合には、フォトニック結晶を構成する2媒質に加え、それらと屈折率の異なる媒質がさらに4つ必要となり、製造が極めて困難なものとなっていた。
この発明の目的は製造が容易で、優れた波長選択フィルタとして用いることができる2次元フォトニック結晶デバイスを提供することにある。
As described above, conventionally, a waveguide is formed by a linear defect in the photonic crystal structure, and a point defect that functions as a resonator is formed in the periodic structure of the photonic crystal adjacent to the waveguide. Thus, a two-dimensional photonic crystal device that functions as a wavelength selection filter has been realized.
However, in the configuration shown in Patent Document 1, for example, when the wavelength of propagating light is 1.55 μm, the thickness of the wall of the slab 11 between the cylindrical hole 16 that forms the periodic structure and the cylindrical hole that forms the point defect 14. The thickness is about 0.06 μm, and since it is extremely thin, it has been difficult to manufacture. Further, in the configurations shown in Non-Patent Documents 1 and 2, a column having a different refractive index must be formed as a point defect among the columns constituting the periodic structure of the two-dimensional photonic crystal, and the refractive index is changed. Is not easy in manufacturing, and in particular, in the case of forming four point defects and having four channels as in the configuration of Non-Patent Document 2 shown in FIG. 25A, two media constituting a photonic crystal In addition to these, four more media having different refractive indexes are required, which makes it extremely difficult to manufacture.
An object of the present invention is to provide a two-dimensional photonic crystal device that is easy to manufacture and can be used as an excellent wavelength selective filter.

この発明によれば、2次元フォトニック結晶デバイスは第1屈折率の第1媒質層に、第1屈折率と異なる第2屈折率の第2媒質よりなる柱が行及び列に同一間隔で埋め込まれた2次元フォトニック結晶と、上記フォトニック結晶にその結晶欠陥により構成された線状導波路と、上記線状導波路上に設けられ、上記第2媒質よりなる共振用柱とを備える。上記共振用柱は上記線状導波路の幅方向中心に配置された主要柱と、その主要柱に対して光の入射側に配置された副柱の組と、その主要柱に対して光の出射側に配置された副柱の組とよりなる。上記光の出射側に配置された副柱の組は2本の副柱よりなり、それら2本の副柱はそれらの中心が上記線状導波路の幅方向中心に一致されて上記線状導波路の幅方向に配列されている。 According to the present invention, in the two-dimensional photonic crystal device, the columns made of the second medium having the second refractive index different from the first refractive index are embedded in the first refractive index in the first medium layer in the rows and columns at the same interval. A two-dimensional photonic crystal, a linear waveguide formed by crystal defects in the photonic crystal, and a resonance column provided on the linear waveguide and made of the second medium. The resonance column includes a main column arranged at the center in the width direction of the linear waveguide, a set of sub-columns arranged on the light incident side with respect to the main column, and a light beam with respect to the main column. It consists of a set of sub-pillars arranged on the exit side. The set of sub-pillars arranged on the light emission side is composed of two sub-pillars, and the two sub-pillars have their centers aligned with the center in the width direction of the linear waveguide, and the linear guides are arranged. They are arranged in the width direction of the waveguide.

この発明による2次元フォトニック結晶デバイスによれば、共振用柱は2次元フォトニック結晶の周期構造を構成する柱と同一媒質で形成され、よって屈折率を異にする2種類の媒質のみで製造することができるため、極めて容易に製造できるものとなる。   According to the two-dimensional photonic crystal device according to the present invention, the resonance column is formed of the same medium as the column constituting the periodic structure of the two-dimensional photonic crystal, and thus is manufactured using only two types of media having different refractive indexes. Therefore, it can be manufactured very easily.

この発明の実施形態を図面を参照して実施例により説明する。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

まず、図1を参照して実施例1の2次元フォトニック結晶デバイスの基本構造について説明する。2次元フォトニック結晶デバイスはこの例ではシリコンよりなる基板6上にSiO酸化膜61を形成し、そのSiO酸化膜61上に形成したシリコン薄膜をリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いてパターニングすることによって形成される。
シリコン薄膜をパターニングすることによって形成された柱62は円柱状をなして行及び列に同一間隔で配列され、つまり正方格子状に配列されており、空気中(屈折率1.0)に配列されたシリコン(屈折率3.4)よりなる柱62の周期構造によって2次元フォトニック結晶が構成される。この2次元フォトニック結晶は柱62が1列除去された、つまり柱62が1列形成されていない結晶欠陥を有しており、この結晶欠陥により構成された線状の導波路5に共振器51が形成されている。
First, the basic structure of the two-dimensional photonic crystal device of Example 1 will be described with reference to FIG. In this example, in the two-dimensional photonic crystal device, a SiO 2 oxide film 61 is formed on a substrate 6 made of silicon, and a silicon thin film formed on the SiO 2 oxide film 61 is patterned using a lithography technique and an etching technique. Formed by.
The pillars 62 formed by patterning the silicon thin film are arranged in rows and columns at the same interval in a columnar shape, that is, in a square lattice, and in the air (refractive index 1.0). A two-dimensional photonic crystal is constituted by the periodic structure of the pillars 62 made of silicon (refractive index 3.4). This two-dimensional photonic crystal has crystal defects in which one column 62 is removed, that is, one column 62 is not formed, and a resonator is provided in a linear waveguide 5 formed by the crystal defect. 51 is formed.

共振器51はこの例ではシリコンよりなる共振用柱を5本、線状導波路5上に設けることによって構成され、円柱状をなす5本の共振用柱は主要柱21と、その主要柱21に対して導波路5の光が入射する側に位置する2本の副柱23と、主要柱21に対して導波路5の光の出射側に位置する2本の副柱22とによって構成されている。
各2本の副柱22,23はそれぞれ導波路5の延伸方向と直交する方向に、つまり導波路5の幅方向に配列されており、2本の副柱22の中心及び2本の副柱23の中心は導波路5の幅方向中心とそれぞれ一致されている。また、主要柱21は導波路5の幅方向中心に位置されている。図1における矢印31は導波路5を伝搬する光の方向を示す。共振器51を構成する主要柱21及び副柱22,23は柱62と一括形成される。なお、図1Aは模式的に示した図であり、柱62及び主要柱21、副柱22,23の高さを大幅に圧縮して示している。
In this example, the resonator 51 is configured by providing five resonance columns made of silicon on the linear waveguide 5. The five resonance columns having a columnar shape are the main column 21 and the main column 21. Are composed of two sub-columns 23 positioned on the light incident side of the waveguide 5 and two sub-columns 22 positioned on the light output side of the waveguide 5 with respect to the main column 21. ing.
Each of the two sub pillars 22 and 23 is arranged in a direction orthogonal to the extending direction of the waveguide 5, that is, in the width direction of the waveguide 5, and the center of the two sub pillars 22 and the two sub pillars are arranged. The center of 23 coincides with the center of the waveguide 5 in the width direction. The main column 21 is located at the center of the waveguide 5 in the width direction. An arrow 31 in FIG. 1 indicates the direction of light propagating through the waveguide 5. The main pillar 21 and the sub pillars 22 and 23 constituting the resonator 51 are formed together with the pillar 62. FIG. 1A is a diagram schematically showing the height of the pillar 62, the main pillar 21, and the auxiliary pillars 22 and 23 in a greatly compressed state.

この例では上述したように2次元フォトニック結晶は空気によって第1屈折率の第1媒質層が構成され、第1屈折率と異なる第2屈折率の第2媒質がシリコンとされて、シリコンよりなる柱62が空気に埋め込まれた構造となっている。
2次元フォトニック結晶においてはフォトニックバンドギャップが形成され、所定の波長域の面内光に対しては光の伝搬が禁止される。これに対し、線状の導波路5においては光を伝搬できる波長域は比較的大きく、フォトニックバンドギャップ内の波長の光が伝搬し、この導波路5に共振器51を配置することにより、特定波長の光のみが共振して共振器51を透過する。従って、この2次元フォトニック結晶デバイスは波長選択フィルタとして機能するものとなる。主要柱21は特定の波長の光を選択透過させるために機能し、副柱22,23はその透過光のピークの鋭さを制御するために、つまりQファクタを高めるために機能する。この点については以下の具体的構成のなかで説明する。
In this example, as described above, in the two-dimensional photonic crystal, the first medium layer having the first refractive index is constituted by air, and the second medium having the second refractive index different from the first refractive index is made of silicon. The column 62 is embedded in air.
In the two-dimensional photonic crystal, a photonic band gap is formed, and light propagation is prohibited for in-plane light in a predetermined wavelength range. On the other hand, in the linear waveguide 5, the wavelength range in which light can propagate is relatively large, and light having a wavelength within the photonic band gap propagates. By arranging the resonator 51 in this waveguide 5, Only light of a specific wavelength resonates and passes through the resonator 51. Therefore, this two-dimensional photonic crystal device functions as a wavelength selection filter. The main column 21 functions to selectively transmit light of a specific wavelength, and the sub columns 22 and 23 function to control the sharpness of the peak of the transmitted light, that is, to increase the Q factor. This will be described in the following specific configuration.

次に、2次元フォトニック結晶デバイスの具体的構成について説明する。図2は波長分割多重通信(WDM)の分野において、多重波長光を各別の波長の光に分離選択して透過するために用いることができるWDM用2次元フォトニック結晶デバイスの構成を示したものであり、正方格子状に配列されたシリコンよりなる柱62の周期構造の中に、5つの導波路5,5,5,5,5がそれぞれ柱62が1列除去されて形成されている。
柱62の周期構造は1.15〜1.80μmの波長域の光に対してフォトニックバンドギャップを形成するものとされ、柱62の直径dは0.2μmとされ、格子間隔aは0.5μmとされている。なお、柱62の高さは入射される光のスポット径に応じて決定されるが、例えば10μm程度はあるものとされる。
Next, a specific configuration of the two-dimensional photonic crystal device will be described. FIG. 2 shows a configuration of a two-dimensional photonic crystal device for WDM that can be used to separate and transmit multi-wavelength light into light of different wavelengths in the field of wavelength division multiplex communication (WDM). In the periodic structure of pillars 62 made of silicon arranged in a square lattice, five waveguides 5 0 , 5 1 , 5 2 , 5 3 , and 5 4 are each removed by one column 62. Is formed.
The periodic structure of the pillars 62 forms a photonic band gap with respect to light in the wavelength range of 1.15 to 1.80 μm, the diameter d of the pillars 62 is 0.2 μm, and the lattice interval a is 0. It is 5 μm. The height of the column 62 is determined according to the spot diameter of the incident light, and is about 10 μm, for example.

導波路5は多重波長光が入射される部分で、平面形状が長方形をなす2次元フォトニック結晶デバイスの長手方向中央に位置しており、長方形の一方の長辺41から他方の長辺42に向かって柱62が1列、12個除去されて形成されている。導波路5,5は導波路5の内端からそれぞれ長方形の両短辺43,44に到達するように導波路5と直交方向に形成されており、導波路5,5は導波路5の中間からそれぞれ両短辺43,44に到達するように導波路5と直交方向に形成されている。なお、導波路5,5は長辺41に沿う最外の柱62から格子間隔aの5倍の位置に位置する柱62が1列除去されて構成され、導波路5,5はこの1列除去された位置の次の柱62から格子間隔aの5倍の位置に位置する柱62が1列除去されて構成されている。 Waveguide 5 0 in a portion where the multi-wavelength optical incident, located in the longitudinal center of the two-dimensional photonic crystal device plane shape a rectangular shape, from one long side 41 of the rectangle other long side 42 The column 62 is formed by removing 12 columns in a row. Waveguide 5 3, 5 4 are formed on the waveguide 5 0 perpendicular direction so as to reach from the inner end of the waveguide 5 0 in a rectangular two short sides 43 and 44, waveguide 5 1, 5 2 It is formed in the waveguide 5 0 perpendicular direction to reach the respective two short sides 43, 44 from the middle of the waveguide 5 0. Incidentally, the waveguide 5 1, 5 2 posts 62 located 5 times the position of the lattice spacing a from the outermost pillar 62 along the long side 41 is constructed by removing one column, waveguide 5 3, 5 4 Is constructed by removing one column of columns 62 located at a position five times the lattice interval a from the next column 62 after the position where one column is removed.

導波路5,5,5,5にはそれぞれ共振器51,51,51,51が形成され、これら共振器51,51,51,51によりそれぞれ異なる特定の波長の光のみが透過して各導波路5,5,5,5からその特定の波長の光が出射される。従って、この例ではこれら導波路5,5,5,5によって4本のチャネル(出力チャネル)1,2,3,4が構成されている。
各チャネル1〜4の共振器51,51,51,51の構成及び光の透過特性をRsoft Inc.社の「Full Wave」なる名称のソフトウェアを使用してシミュレーションにより求めた。このソフトウェアはFinite Difference Time Domain method(FDTD)に基づいて作成されている。
ここでは各共振器51,51,51,51の主要柱21の直径をまず決め、副柱22,23の構成及び位置を最適化することによって、透過率が高く、かつピークが急峻でQファクタが高い透過光が得られるようにした。
Waveguide 5 1, 5 2, 5 3, 5 respectively 4 resonator 51 1, 51 2, 51 3, 51 4 are formed different from each other these resonators 51 1, 51 2, 51 3, 51 4 Only light of a specific wavelength is transmitted, and light of the specific wavelength is emitted from each of the waveguides 5 1 , 5 2 , 5 3 , 5 4 . Therefore, in this example, these waveguides 5 1 , 5 2 , 5 3 and 5 4 constitute four channels (output channels) 1 , 2 , 3 and 4 .
Resonator 51 1 for each channel 1-4, 51 2, 51 3, 51 4 of the configuration and the transmission characteristics of light obtained by simulation using the software "Full Wave" is the name of Rsoft Inc. company. This software is created based on the Finite Difference Time Domain method (FDTD).
Here, by determining the diameter of the main column 21 of each resonator 51 1 , 51 2 , 51 3 , 51 4 first and optimizing the configuration and position of the sub-columns 22, 23, the transmittance is high and the peak is increased. Steep and high Q factor transmitted light can be obtained.

図3A〜Dはシミュレーションにより得られた各チャネル1〜4の共振器51,51,51,51の構成を両側に位置する柱62を省略して示したものであり、図4はこれら共振器51,51,51,51によって選択透過された各チャネル1〜4の光の波長と透過率の関係を示したものである。図4中、波形に付した1,2,3,4はチャネル番号を示す。
まず、各共振器51,51,51,51の構成について説明する。なお、図3A〜Dにおいては矢印31で示したように、光の入射側をすべて紙面左側として示している。主要柱21の直径は共振器51では0.24μm、共振器
51では0.28μm、共振器51では0.30μm、共振器51では0.34μmとした。これら主要柱21は図2に示したように導波器5の幅方向中心から格子間隔aの5倍の距離のところに位置される。
Figure 3A~D, is shown by omitting the columns 62 located resonator 51 1 of each channel 1-4 is obtained by simulation, 51 2, 51 3, 51 4 of the arrangement on both sides, 4 Shows the relationship between the wavelength and the transmittance of the light of each of the channels 1 to 4 selectively transmitted by the resonators 51 1 , 51 2 , 51 3 , and 51. In FIG. 4, 1, 2, 3, and 4 attached to the waveform indicate channel numbers.
First, the configuration of each resonator 51 1 , 51 2 , 51 3 , 51 4 will be described. 3A to 3D, the light incident side is shown as the left side of the paper as indicated by the arrow 31. The diameter of the main column 21 in resonator 51 1 0.24 .mu.m, the resonator 51 2 0.28 .mu.m, the resonator 51 3 0.30 .mu.m, was 0.34μm in the resonator 51 4. These main column 21 is located at the 5 times the distance of the lattice spacing a from the widthwise center of the waveguide 5 0 As shown in FIG.

副柱22,23は共振器51,51では図1に示した共振器5と同様、主要柱21を挟んで2本ずつ配置し、よってこれら共振器51,51は計5本の柱を導波路5,5内に有する。一方、共振器51,51は2本の副柱23に対して主要柱21側にもう1本、副柱24を付加し、よってこれら共振器51,51は計6本の柱を導波路5,5内に有する。
副柱22,23及び24の直径はいずれも0.1μmであり、2本の副柱22の間隔及び2本の副柱23の間隔はいずれも0.2μmである。また、2本の副柱23と主要柱21との間隔はいずれも0.7μmであり、主要柱21と2本の副柱22との間隔はいずれも0.9μmである。なお、副柱24は光の入射方向において主要柱21の中心を通る線上に位置し、副柱24と主要柱21との間隔は0.55μmである。
Fukuhashira 22 and 23 similar to the resonator 5 shown in resonator 51 1, 51 2 in Fig. 1, arranged two by two across the main column 21, thus these resonators 51 1, 51 2 is present a total of 5 having a pillar to the waveguide 5 1, 5 2. On the other hand, the resonators 51 3, 51 4 and the other one for the main column 21 side of the two sub pillars 23, adds Fukuhashira 24, thus these resonators 51 3, 51 4 is six pillars In the waveguides 5 3 and 5 4 .
The diameters of the sub pillars 22, 23 and 24 are all 0.1 μm, and the distance between the two sub pillars 22 and the distance between the two sub pillars 23 are both 0.2 μm. Further, the distance between the two sub pillars 23 and the main pillar 21 is 0.7 μm, and the distance between the main pillar 21 and the two sub pillars 22 is 0.9 μm. The sub pillar 24 is located on a line passing through the center of the main pillar 21 in the light incident direction, and the distance between the sub pillar 24 and the main pillar 21 is 0.55 μm.

各チャネル1〜4の共振器51,51,51,51を上記のような構成とし、導波路5から1.15〜1.80μmの波長域の光を入射した時の各チャネル1〜4によって選択透過される光は図4に示したようになり、チャネル1では波長1.306μmの光が共振器51によって選択透過され、チャネル2,3,4では波長1.390μm,1.452μm,1.587μmの光がそれぞれ選択透過され、図4に示したようにこれら4つの波長の光は極めて急峻なピークをもつものとなっている。なお、図4はチャネル1,2,3,4それぞれ個別に求めた波長と透過率の関係を重ね書きして示している。
表1は上記4つの波長の光をそれぞれ導波路5から入射させた時の各チャネル1〜4におけるそれら4つの波長の光の透過率を表にまとめて示したものである。

Figure 0004183640
The resonator 51 1, 51 2, 51 3, 51 4 of each channel 1-4 is configured as described above, each of the waveguides 5 0 when incident light in a wavelength range of 1.15~1.80μm light selective transmission by the channel 1-4 is as shown in FIG. 4, the light of the channel 1 wavelength 1.306μm is selected transmitted by the resonator 51 1, the channel 2, 3 and 4 wavelengths 1.390μm , 1.452 μm and 1.587 μm are selectively transmitted, and as shown in FIG. 4, these four wavelengths of light have extremely steep peaks. Note that FIG. 4 shows the relationship between the wavelength and the transmittance obtained individually for each of the channels 1, 2, 3, and 4 overwritten.
Table 1 shows the light transmittance of these four wavelength in each channel 1-4 when caused to enter the four wavelengths of light from each waveguide 5 0 summarized in Table.
Figure 0004183640

図5A〜Dは1.306μm,1.390μm,1.452μm及び1.587μmという4つの波長の光を導波路5からそれぞれ入射させた時のある瞬時における電界分布を示したものであり、+印は正電界を示し、−印は負電界を示している。図5Aからわかるように、波長1.306μmの光はチャネル2,3,4を伝搬できず、チャネル1の共振器51にのみ共振してチャネル1を伝搬する。同様に、波長1.390μmの光は図5Bに示したようにチャネル2の共振器51にのみ共振してチャネル2を伝搬し、波長1.452μmの光は図5Cに示したようにチャネル3の共振器51にのみ共振してチャネル3を伝搬し、波長1.587μmの光は図5Dに示したようにチャネル4の共振器51にのみ共振してチャネル4を伝搬する。
従って、この2次元フォトニック結晶デバイスによれば、入射された波長多重光を4つの各別の波長の光に分離選択して透過させることができる。
Figure 5A~D have the meanings indicated 1.306μm, 1.390μm, the electric field distribution at a moment when made incident respectively light of the four wavelengths from the waveguide 5 0 of 1.452μm and 1.587μm, + Indicates a positive electric field, and − indicates a negative electric field. As can be seen from Figure 5A, the light of wavelength 1.306μm can not propagate channels 2, 3, 4, and resonance occurs only the resonator 51 1 channel 1 propagates channel 1. Similarly, the light of wavelength 1.390μm propagates the channel 2 resonates only the resonator 51 2 of the channel 2 as shown in Figure 5B, the channel so that light of a wavelength 1.452μm is shown in FIG. 5C 3 only resonates in the resonator 51 3 propagates through the channel 3, the light of wavelength 1.587μm is resonated in the resonator 51 4 channels 4 only propagate channel 4 as shown in FIG. 5D.
Therefore, according to this two-dimensional photonic crystal device, the incident wavelength multiplexed light can be separated and selected into four different wavelengths of light and transmitted.

図6は主要柱21の直径dと透過光の波長の関係を示したものであり、直径dを大きくすることにより選択透過される波長が大きくなることがわかる。
ここで、共振器51の要素である主要柱21、副柱22,23の役割を1本のチャネルについて行ったシミュレーション結果をもとに説明する。
まず、図7Aに示したように、2次元フォトニック結晶デバイスが導波路5とチャネル1を構成する導波路5を有するものとし、主要柱21のみを導波路5に配置してなる共振器51aについてシミュレーションする。主要柱21の直径はここでは0.28μmとした。図7A中には導波路5から光を入射させた時の電界分布を示してあり、図7Bは導波路5から1.15〜1.80μmの波長域の光を入射させた時の共振器51aによって選択透過された光の波長−透過特性を示す。透過率のピークは波長1.4μmであり、波長1.4μmの光が選択されているものの、1.15〜1.65μmといった広帯域の光が透過しており、つまり選択透過される光はピークが急峻ではなく、広がりが大きくなっていることからQファクタは良くない。
FIG. 6 shows the relationship between the diameter d 1 of the main column 21 and the wavelength of transmitted light. It can be seen that the wavelength that is selectively transmitted increases as the diameter d 1 is increased.
Here, the role of the main column 21 and the sub-columns 22 and 23, which are elements of the resonator 51, will be described based on a simulation result in which one channel is used.
First, as shown in FIG. 7A, and as having a waveguide 5 1 2-dimensional photonic crystal device constituting the waveguide 5 0 and channel 1, formed by arranging only the main column 21 to the waveguide 5 1 The resonator 51a is simulated. Here, the diameter of the main column 21 is 0.28 μm. From the waveguide 5 0 in Figure 7A is shown the electric field distribution when light is incident, Figure 7B is a waveguide 5 0 when applying a light having a wavelength range of 1.15~1.80μm The wavelength-transmission characteristic of the light selectively transmitted by the resonator 51a is shown. The transmittance peak is 1.4 μm wavelength, and light having a wavelength of 1.4 μm is selected, but broadband light of 1.15 to 1.65 μm is transmitted, that is, the selectively transmitted light has a peak. Is not steep and the spread is large, so the Q factor is not good.

主要柱21の存在は電界あるいは電界間隔の局所限定を変化させ、光波長を選択することにつながる。負電界及び正電界は常に部分的に主要柱21の導波路延伸方向両側に存在する。従って、主要柱21の役割は透過波長を選択するものであると類推することができる。
図8A〜Cはこの主要柱21のみが配置された図7Aの共振器51aにおける波長1.2μm,1.4μm及び1.6μmの光の電界分布をそれぞれ示したものであり、図8Aに示した波長1.2μmの場合及び図8Cに示した波長1.6μmの場合では共振器51aを中心として、つまり主要柱21を中心として電界分布は非対称になっていることがわかる。この非対称性により、これら波長においては透過率が低いものとなる。一方、図8Bに示した波長1.4μmでは主要柱21を中心として対称に電界分布が生じており、この対称な電界分布によって透過率が高くなる。
The presence of the main column 21 changes the local limitation of the electric field or electric field interval, and leads to selection of the light wavelength. The negative electric field and the positive electric field always exist partially on both sides of the main pillar 21 in the waveguide extension direction. Therefore, it can be analogized that the role of the main pillar 21 is to select the transmission wavelength.
FIGS. 8A to 8C show electric field distributions of light having wavelengths of 1.2 μm, 1.4 μm, and 1.6 μm, respectively, in the resonator 51a of FIG. 7A in which only the main column 21 is arranged, and are shown in FIG. 8A. In the case of the wavelength of 1.2 μm and the case of the wavelength of 1.6 μm shown in FIG. 8C, it can be seen that the electric field distribution is asymmetric with respect to the resonator 51a, that is, with the main column 21 as the center. This asymmetry results in low transmittance at these wavelengths. On the other hand, at a wavelength of 1.4 μm shown in FIG. 8B, an electric field distribution is generated symmetrically with respect to the main column 21, and the transmittance is increased by this symmetrical electric field distribution.

主要柱21は上述した通り、透過波長を選択するものであるが、透過波長のQファクタは高くなく、光の透過方向において主要柱21の前後に電界を閉じ込める光キャビティを構成することによってQファクタを高めることができる。このようなキャビティは副柱22,23さらには24の存在によって構成される。
図9Aは図2に示した2次元フォトニック結晶デバイスのチャネル2に配置された共振器51において、選択透過される波長1.390μmの光の電界分布を示したものである。この共振器51は点線で包囲されるごとく、4面ミラーCに見える。2本の副柱22は共振器51の光の出射側ミラー範囲を定め、2本の副柱23は光の入射側のミラー範囲を定める。また、導波路5の幅方向両側にそれぞれ位置するフォトニック結晶を構成する周期構造の5本の柱62は導波路5の幅方向両側の共振器51のミラー範囲を定める。この4面ミラーCは太線で示した2個の光キャビティC及びCによって構成されていると言え、これら光キャビティC,Cに正負の電界が図9Aに示したように閉じ込められる。高度の電界の閉じ込めは電界の空間的配列が共振波長に一致したときに生起し、ピークは急峻になる。電界は主要柱21及び副柱22,23の近傍に局所限定されている。共振器51は非共振波長の光を反射し、2個の光キャビティC,Cは共振波長の光のみを閉じ込め、よってこの共振器51によれば300程度の高いQファクタで1.390μmの波長の光が選択透過される。図9Bはこの共振器51に1.15〜1.80μmの波長域の光を入射させた時の波長−透過特性を示したものである。
As described above, the transmission wavelength of the main column 21 is selected. However, the Q factor of the transmission wavelength is not high, and the Q factor is configured by forming an optical cavity that confines an electric field before and after the main column 21 in the light transmission direction. Can be increased. Such a cavity is constituted by the presence of the sub-columns 22, 23 and 24.
Figure 9A is a two-dimensional photonic resonator 51 2 arranged in the channel 2 of the crystal device shown in Figure 2 shows the electric field distribution of light of wavelength 1.390μm is permselective. The resonator 51 2 As is surrounded by a dotted line, looks 4 mirror C. Two sub column 22 defines an emission side mirror range of the resonator 51 2 light, two sub pillars 23 defines a mirror range of the light incident side. Further, 5 pillars 62 of the periodic structure of the photonic crystal located respectively on both sides in the width direction of the waveguide 5 2 defines the mirror range of the resonator 51 2 in the width direction on both sides of the waveguide 5 2. It can be said that the four-sided mirror C is constituted by two optical cavities C 1 and C 2 indicated by bold lines, and positive and negative electric fields are confined in these optical cavities C 1 and C 2 as shown in FIG. 9A. . High-level electric field confinement occurs when the spatial arrangement of the electric field coincides with the resonance wavelength, and the peak becomes sharp. The electric field is locally limited to the vicinity of the main column 21 and the sub-columns 22 and 23. Resonator 51 2 reflects light of non-resonant wavelength, 1 two optical cavities C 1, C 2 confinement only light of resonance wavelength, thus a high Q-factor of about 300, according to the resonator 51 2 .Light having a wavelength of 390 μm is selectively transmitted. 9B is a wavelength when the light is incident in the wavelength range 1.15~1.80μm to the resonator 51 2 - shows the transmission characteristics.

上述した共振器51に対して2本の副柱22を削除した場合の電界分布及び波長−透過特性を図10(1)A,Bに示す。また、共振器51に対して2本の副柱23を削除した場合の電界分布及び波長−透過特性を図10(2)A,Bに示す。さらに、共振器51に対して副柱23を1本のみ削除すると共に残った1本の副柱23を導波路幅方向中心に位置させた場合の電界分布及び波長−透過特性を図10(3)A,Bに示す。図10(1)B,図10(2)Bではピークの幅が広く、広帯域の光が透過するものとなっており、また図10(3)Bではかなり急峻なピークを示している。 Electric field distribution and the wavelength when the relative resonator 51 2 described above have deleted the two sub pillars 22 - transmission characteristics Fig 10 (1) A, shown in B. The field distribution and the wavelength of deleting the two sub pillars 23 with respect to the resonator 51 2 - transmission characteristics Fig 10 (2) A, shown in B. Furthermore, the electric field distribution and the wavelength in the case where is located a single sub-pillars 23 remaining waveguide width direction center with respect to the resonator 51 2 Remove secondary column 23 only one - the transmission characteristics 10 ( 3) Shown in A and B. 10 (1) B and FIG. 10 (2) B have a wide peak width and transmit broadband light, and FIG. 10 (3) B shows a fairly steep peak.

図11(1)Aは図7Aに示した構成と同様、導波路5とチャネル1を構成する導波路5を有し、導波路5に主要柱21と各2本の副柱22,23とよりなる共振器51が配置されてなる2次元フォトニック結晶デバイスを示したものであり、主要柱21の直径はここでは0.32μmとしている。主要柱21の直径をこのような大きさとし、導波路5から1.15〜1.80μmの波長域の光を入射した時のチャネル1によって選択透過される光は図11(1)Bに示したようになり、波長1.530μmの光が共振器51によって選択透過される。図11(1)A中にはこの波長1.530μmの光を導波路5から入射させた時の電界分布を示している。 Figure 11 (1) A is similar to the configuration shown in FIG. 7A, has a waveguide 5 1 constituting the waveguide 5 0 and channel 1, the main column 21 to the waveguide 5 1 and of the two sub-pillars 22 , which shows a two-dimensional photonic crystal device the resonator 51 5 made more and 23 formed by arranged, where the diameter of the main column 21 is set to 0.32 [mu] m. Such size Satoshi diameter of the main column 21, the light selective transmission by the channel 1 when the light is incident in the wavelength range 1.15~1.80μm from the waveguide 5 0 11 (1) to B now shown, light of wavelength 1.530μm is selected transmitted by the resonator 51 5. It shows the electric field distribution when light is incident of the wavelength 1.530μm from the waveguide 5 0 in FIG. 11 (1) A.

一方、図11(2)Aは図11(1)Aに対し、導波路5の幅のみを変え、1μmより狭い0.8μmにした場合の波長1.530μmの光の電界分布を示したものであり、図11(2)Bはこの図11(2)Aに示した構成における光の波長−透過特性を示したものである。これら図11(2)A,Bは導波路5の幅を0.8μmにすると、1.15〜1.80μmの波長域の光は導波路5を伝搬することができなくなることを示している。
これに対し、図11(3)Aは導波路5の幅を広くし、1.2μmにした場合の波長1.530μmの光の電界分布を示したものであり、図11(3)Bはこの図11(3)Aに示した構成における光の波長−透過特性を示したものである。これら図11(3)A,Bより導波路5の幅を広くした場合は導波路5を光が伝搬するものの、共振器515bによって選択透過された光のピークの幅は広くなり、Qファクタが悪くなることがわかる。
On the other hand, FIG. 11 (2) A whereas FIG 11 (1) A, only the changed width of the waveguide 5 1, showed the electric field distribution of light of wavelength 1.530μm when made into narrower than 1 [mu] m 0.8 [mu] m FIG. 11 (2) B shows the wavelength-transmission characteristics of light in the configuration shown in FIG. 11 (2) A. These views 11 (2) A, when B is a width of the waveguide 5 1 to 0.8 [mu] m, light in the wavelength range of 1.15~1.80μm indicates that it is not possible to propagate in the waveguide 5 1 ing.
In contrast, FIG. 11 (3) A is wider width of the waveguide 5 1, which shows the electric field distribution of light of wavelength 1.530μm in the case of the 1.2 [mu] m, FIG. 11 (3) B Fig. 11 shows the wavelength-transmission characteristics of light in the configuration shown in Fig. 11 (3) A. These views 11 (3) A, although the optical waveguide 5 1 if you increase the width of the waveguide 5 1 than B propagates, the width of the peak of the light selective transmission by the resonator 51 5b is widened, It turns out that Q factor worsens.

図11(1)A〜(3)Aでは2本の副柱23と主要柱21との間隔及び主要柱21と2本の副柱22との間隔はそれぞれ0.7μm,0.9μmとなっており、つまり光キャビティC,C(図9A参照)の導波路延伸方向の寸法は同じであるものの、導波路幅方向の寸法が異なることから光キャビティC,Cの容積が異なるものとなっており、光キャビティC,Cの容積が好ましい容積から外れると光キャビティC,Cとして有効に作用しなくなることを示している。つまり、光キャビティC,Cの容積は光の選択透過及びその透過光のQファクタを高め、ピークを急峻とする上で重要な役割を果たす。 11 (1) A to (3) A, the distance between the two sub-columns 23 and the main column 21 and the distance between the main column 21 and the two sub-columns 22 are 0.7 μm and 0.9 μm, respectively. That is, the dimensions of the optical cavities C 1 and C 2 (see FIG. 9A) are the same in the waveguide extension direction, but the dimensions of the optical cavities C 1 and C 2 are different because the dimensions in the waveguide width direction are different. has become a thing, it shows that the volume of the optical cavity C 1, C 2 is outside the preferred volume not act effectively as an optical cavity C 1, C 2. That is, the volumes of the optical cavities C 1 and C 2 play an important role in increasing the selective transmission of light and the Q factor of the transmitted light, and making the peak steep.

次に、図2のチャネル2に配置した共振器51を例に、共振器51を構成する主要柱21及び副柱22,23の導波路延伸方向の位置関係と透過特性の関係について説明する。
図12Bは図12Aに示したように副柱22,23の位置を固定し、主要柱21の位置のみを導波路延伸方向に変化させたときの透過率の変化を示したものであり、主要柱21の位置はL=0μmの初期位置において最大の透過率が得られるが、主要柱21の位置を変えても透過率の低下はゆるやかであり、Lが−0.1μmから0.4μmの範囲内において25%より高い透過率を得ることができる。従って、高い透過率を得るために副柱22と副柱23との間における主要柱21の導波路延伸方向の位置については特に高い位置精度を要求されない。これはこの発明の大きな特徴である。
Next, an example resonator 51 2 disposed in the channel 2 in FIG. 2, the relationship between the positional relationship between the transmission characteristics of the waveguide extending direction of the main column 21 and Fukuhashira 22 and 23 constituting the resonator 51 2 Description To do.
FIG. 12B shows the change in transmittance when the positions of the sub-columns 22 and 23 are fixed as shown in FIG. 12A and only the position of the main column 21 is changed in the waveguide extension direction. position of the pillar 21 is the maximum transmittance is obtained in the initial position of L 1 = 0 .mu.m, decrease in transmittance even when changing the position of the main column 21 is gradual, 0 L 1 from -0.1Myuemu. A transmittance higher than 25% can be obtained within the range of 4 μm. Therefore, in order to obtain a high transmittance, the position of the main pillar 21 between the sub pillar 22 and the sub pillar 23 in the waveguide extension direction is not particularly required to be high. This is a major feature of the present invention.

また、主要柱21の位置を選定することによって、透過率を所望の値に設定することができるということは、光アッテネーション機能を持たせることができることを示しており、つまり入力光の強度に対する出力光の強度の比を所望の値とすることができることを示している。これは、波長選択フィルタ機能と光アッテネーション機能とを同時に実現することができるものであり、この発明の大きな特徴とするところである。
図13Bは図13Aに示したように主要柱21及び副柱22の位置を固定し、2本の副柱23の位置を導波路延伸方向に変化させたときの透過率の変化を示したものであり、2本の副柱23の位置はL=0μmの初期位置において最大の透過率が得られ、副柱23の位置精度は前述の主要柱21の位置精度に比べ、高い位置精度が要求されるものとなっている。
Further, the fact that the transmittance can be set to a desired value by selecting the position of the main pillar 21 indicates that the optical attenuation function can be provided, that is, the output with respect to the intensity of the input light. It shows that the light intensity ratio can be set to a desired value. This is capable of realizing both the wavelength selection filter function and the optical attenuation function at the same time, which is a major feature of the present invention.
FIG. 13B shows the change in transmittance when the positions of the main pillar 21 and the sub pillar 22 are fixed as shown in FIG. 13A and the positions of the two sub pillars 23 are changed in the waveguide extension direction. The maximum transmittance is obtained at the initial position of L 2 = 0 μm at the positions of the two sub-columns 23, and the position accuracy of the sub-columns 23 is higher than that of the main column 21 described above. It is what is required.

図14Bは図14Aに示したように主要柱21及び副柱23の位置を固定し、2本の副柱22の位置を導波路延伸方向に変化させたときの透過率の変化を示したものであり、2本の副柱22の位置はL=0μmの初期位置において最大の透過率が得られ、副柱22の位置精度は副柱23と同様、高い位置精度が要求されるものとなっている。
図15Bは図15Aに示したように主要柱21に対して副柱22及び23の位置を同時に導波路延伸方向に変化させたときの透過率の変化を示したものであり、副柱22,23は互いに近づく、あるいは互いに遠ざかるといった位置変化をする。図15BよりL=0μmの初期位置において最大の透過率が得られると共に、L=0.4μmにおいても高い透過率が得られるものの、このL=0.4μmの時には透過波長が広帯域となっており、Qファクタが悪いという結果を得た。
FIG. 14B shows the change in transmittance when the positions of the main pillar 21 and the sub pillar 23 are fixed as shown in FIG. 14A and the positions of the two sub pillars 22 are changed in the waveguide extending direction. As for the position of the two sub-columns 22, the maximum transmittance is obtained at the initial position of L 3 = 0 μm, and the position accuracy of the sub-column 22 is required to be high as in the case of the sub-column 23. It has become.
FIG. 15B shows the change in transmittance when the positions of the sub-columns 22 and 23 are simultaneously changed in the waveguide extending direction with respect to the main column 21 as shown in FIG. 15A. The positions 23 are moved closer to each other or moved away from each other. From FIG. 15B, the maximum transmittance is obtained at the initial position of L 4 = 0 μm, and a high transmittance is obtained even at L 4 = 0.4 μm. However, when L 4 = 0.4 μm, the transmission wavelength is wide. As a result, the Q factor was poor.

次に、図3C及びDに示したようにチャネル3の共振器51及びチャネル4の共振器51において光の入射側に2本の副柱23に加え、もう1本副柱24を設けた点についてチャネル4でのシミュレーション結果をもとに説明する。
チャネル4での波長1.587μmの光の透過率は前記表1に示したように29%である。ここで副柱24を除去すると透過率は4%にまで減少してしまう。これに対し、チャネル1や2ではこのような副柱24を設けなくても表1に示したように63%あるいは70%といった高い透過率が得られている。
Then, in addition to the two sub pillars 23 on the incident side of light in the resonator 51 4 resonators 51 3 and the channel 4 of the channel 3, as shown in Figure 3C and D, provided the other one sub-pillar 24 This point will be described based on the simulation result in channel 4.
As shown in Table 1, the transmittance of light having a wavelength of 1.587 μm in channel 4 is 29%. If the sub pillar 24 is removed here, the transmittance is reduced to 4%. On the other hand, in the channels 1 and 2, as shown in Table 1, a high transmittance of 63% or 70% is obtained without providing such a sub pillar 24.

このことは、光が入射される導波路5から最初に分岐しているチャネル1,2では副柱24は不要であるものの、次に分岐しているチャネル3,4では副柱24を設けることが重要なことであることを示しており、副柱24を設けることはチャネル数を増加し、かつ光の透過率を高く保持する上で重要なことであると類推される。
上述した例によれば、共振器51を構成する主要柱21及び副柱22,23さらには24といった5本もしくは6本の共振用柱は、2次元フォトニック結晶の周期構造を構成する柱62と同一媒質で形成され、よって非特許文献1や2に記載されている構成のように、周期構造を構成する柱とは屈折率の異なる媒質によって共振用の点欠陥(柱)を設ける構成と異なり、フォトニック結晶を構成する2媒質のみでデバイスを製造することができるため、製造が極めて容易となる。
This is despite initially in channels 1 branches into Fukuhashira 24 from the waveguide 5 0 which light is incident is not required, then it branched provided Fukuhashira 24 in channels 3 and 4 are It is presumed that the provision of the auxiliary pillars 24 is important for increasing the number of channels and maintaining a high light transmittance.
According to the above-described example, the five or six resonance columns such as the main column 21 and the sub columns 22, 23, and 24 that constitute the resonator 51 are the columns 62 that constitute the periodic structure of the two-dimensional photonic crystal. And a configuration in which a point defect (column) for resonance is provided by a medium having a refractive index different from that of the column forming the periodic structure, as in the configuration described in Non-Patent Documents 1 and 2. In contrast, since the device can be manufactured using only two media constituting the photonic crystal, the manufacturing becomes extremely easy.

また、特許文献1に記載された構成では円柱孔よりなる点欠陥14と周期構造をなす円柱孔16との間の壁が、例えば伝搬光の波長を1.55μmとすると0.06μm程度となって極めて薄くなることから製造が困難となっていたが、この例では隣接する柱間の隙間は最低でも0.1μmあり、つまり空気層の厚さは最低でも0.1μmあり、よってその分、容易に製造できるものとなっている。さらに、選択透過される光の中心波長は主要柱21の径によって基本的に決まるが、この例では主要柱21の周囲には大きな空間があり、主要柱21の径を広い範囲で選択することができることから、結果的に広い波長域の光に対して例えば4チャネルといった複数チャネルの波長を選択することができるものとなる。   Further, in the configuration described in Patent Document 1, the wall between the point defect 14 made of a cylindrical hole and the cylindrical hole 16 having a periodic structure becomes, for example, about 0.06 μm when the wavelength of propagating light is 1.55 μm. However, in this example, the gap between adjacent pillars is at least 0.1 μm, that is, the thickness of the air layer is at least 0.1 μm. It can be easily manufactured. Further, the center wavelength of the selectively transmitted light is basically determined by the diameter of the main column 21. In this example, there is a large space around the main column 21, and the diameter of the main column 21 is selected in a wide range. Therefore, as a result, it is possible to select wavelengths of a plurality of channels such as four channels for light in a wide wavelength range.

加えて、特許文献1に記載された構成では入射光13は導波路端面からスラブ11の面内方向に入射されるものの、点欠陥14によって捕獲選択された光15はスラブ面と垂直方向に出射されることから、例えばその出射光を受けるデバイスの配置が難しく、その点で取扱いづらいものとなっていたが、この例では光の入出射は同一面内で行われるため、その点、取扱い易いものとなっている In addition, although the incident light 13 is incident in the in-plane direction of the slab 11 from the waveguide end face in the configuration described in Patent Document 1, the light 15 captured and selected by the point defect 14 is emitted in a direction perpendicular to the slab surface. Therefore, for example, it is difficult to arrange a device that receives the emitted light, and it is difficult to handle in this respect. However, in this example, since light is incident and emitted in the same plane, this point is easy to handle. It has become a thing .

実施例2は共振器を構成する部分において、線状導波路の幅を局所的に狭めることにより、高いQファクタが得られるようにし、共振器の性能を向上させて、より優れた波長選択特性を実現できるようにしたものであり、この実施例2の2次元フォトニック結晶デバイスの基本構造を図16に示す。なお、図1と対応する部分には同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
この例では導波路5の共振器51を構成する部分において導波路5の幅方向両側に位置する周期構造の柱62の位置がずらされ、これにより導波路5の幅がその中心線に対して対称的に狭められたものとなっている。位置をずらす柱62は図16にドットを付して示したように、この例では共振器51の導波路幅方向両側を規定する各5本の柱62とされる。これら柱62の位置は順次ずらされており、導波路5の幅は主要柱21が位置する共振器51の中央において最も狭められ、この位置から光の入射側及び出射側に向って対称的に広げられている。
In the second embodiment, in the portion constituting the resonator, the width of the linear waveguide is locally narrowed so that a high Q factor can be obtained, the performance of the resonator is improved, and more excellent wavelength selection characteristics. The basic structure of the two-dimensional photonic crystal device of Example 2 is shown in FIG. Note that portions corresponding to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
In this example, the positions of the pillars 62 of the periodic structure located on both sides in the width direction of the waveguide 5 are shifted in the portion constituting the resonator 51 of the waveguide 5, so that the width of the waveguide 5 is changed with respect to the center line. It is narrowed symmetrically. As shown in FIG. 16 with dots, the columns 62 for shifting the position are five columns 62 each defining both sides of the resonator 51 in the waveguide width direction. The positions of the columns 62 are sequentially shifted, and the width of the waveguide 5 is narrowest at the center of the resonator 51 where the main column 21 is located, and symmetrically from this position toward the light incident side and the light emitting side. It has been spread.

共振器51はこのように幅が狭められた導波路5内に、主要柱21と各2本の副柱22,23を形成することによって構成されており、このような構成を採用したことにより、高いQファクタが得られるものとなっている。
図17はこのような共振器構造を有する2次元フォトニック結晶デバイスの具体的構成として、前述の図2に示したデバイスと同様、4本のチャネル1〜4を有し、多重波長光を4つの各別の光に分離選択することができるWDM用2次元フォトニック結晶デバイスの構成を示したものであり、図2と対応する部分には同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
The resonator 51 is configured by forming the main column 21 and the two sub-columns 22 and 23 in the waveguide 5 having such a narrow width. By adopting such a configuration, the resonator 51 is formed. A high Q factor can be obtained.
FIG. 17 shows a specific configuration of a two-dimensional photonic crystal device having such a resonator structure, as in the device shown in FIG. FIG. 2 shows a configuration of a two-dimensional photonic crystal device for WDM that can be separated and selected into two different lights, and the same reference numerals are given to portions corresponding to those in FIG. 2, and detailed description thereof is omitted. .

以下、シミュレーションにより求めた各チャネル1〜4の共振器51,51,51,51の構成及び光の透過特性について説明する。
まず、共振器51,51,51,51の構成を図18〜図21を参照して説明する。この例では主要柱21の直径は共振器51では0.276μm、共振器51では0.280μm、共振器51では0.284μm、共振器51では0.288μmとされている。各2本の副柱22,23の直径はいずれも0.1μmであり、2本の副柱22の間隔及び2本の副柱23の間隔はいずれも0.2μmである。また、2本の副柱23と主要柱21との間隔はいずれも0.7μmであり、主要柱21と2本の副柱22との間隔はいずれも0.9μmである。なお、この例ではチャネル3,4の共振器51,51も主要柱21と各2本の副柱22,23とよりなる5本の柱が導波路5,5に配置されたものとなっている。
Hereinafter, the configuration and light transmission characteristics of the resonators 51 6 , 51 7 , 51 8 , and 51 9 of the channels 1 to 4 obtained by simulation will be described.
First, it will be described with reference to FIGS. 18 to 21 the construction of the resonator 51 6, 51 7, 51 8, 51 9. The diameter of the main column 21 in this example the resonator 51 6 0.276μm, the resonator 51 7 0.280μm, the resonator 51 8 0.284μm, there is a 0.288μm in resonator 51 9. Each of the two sub-columns 22 and 23 has a diameter of 0.1 μm, and the interval between the two sub-columns 22 and the interval between the two sub-columns 23 are both 0.2 μm. Further, the distance between the two sub pillars 23 and the main pillar 21 is 0.7 μm, and the distance between the main pillar 21 and the two sub pillars 22 is 0.9 μm. In this example, the resonators 51 8 and 51 9 of the channels 3 and 4 are also arranged in the waveguides 5 3 and 5 4 with five columns including the main column 21 and the two sub-columns 22 and 23 respectively. It has become a thing.

導波路幅方向両側に位置して位置がずらされている各5本の柱62(この例では光の入射側からそれら柱を順に62,62,62,62,62としている)の位置は、柱62では0.05μm、柱62では0.1μm、柱62では0.15μm、柱62では0.1μm、柱62では0.05μm、それぞれ導波路幅方向中心に近づく方向に、いずれの共振器51,51,51,51においてもずらされている。
図22は各チャネル1〜4の共振器51,51,51,51を上記のような構成とし、導波路5から光を入射させた時の各チャネル1〜4によって選択透過される光の波長と透過率の関係を各別に求め、重ね書きして示したものであり、この例では1.35μm〜1.42μmといった狭い波長域内において、4つの波長の光を選択透過できるものとなっており、これら4つの波長の光は極めてピークが急峻でQファクタは400〜600の間の値が得られている。
Each of the five pillars 62 positioned on both sides of the waveguide width direction and shifted in position (in this example, the pillars are 62 1 , 62 2 , 62 3 , 62 4 , 62 5 in order from the light incident side). position of) is that in column 62 1 0.05 .mu.m, the pillars 62 2 0.1 [mu] m, the pillars 62 3 0.15 [mu] m, the pillars 62 4 0.1 [mu] m, the pillars 62 5 0.05 .mu.m, respectively the waveguide width direction toward the center, it is offset in any of the resonator 51 6, 51 7, 51 8, 51 9.
Figure 22 is permselective by each channel 1-4 when the resonator 51 6, 51 7, 51 8, 51 9 of each channel 1 to 4 is incident light from the structure described above, the waveguide 5 0 The relationship between the wavelength of transmitted light and the transmittance is obtained separately and overwritten, and in this example, light of four wavelengths can be selectively transmitted within a narrow wavelength range of 1.35 μm to 1.42 μm. These four wavelengths of light have extremely steep peaks and a Q factor between 400 and 600 is obtained.

図23は一例としてチャネル2に配置された共振器51における共振波長の光が入射されたときの電界分布を示したものであり、電界はほぼ全部が共振器51内に、つまり光キャビティ内に局所限定され、これにより光の閉じ込め性能が改善されていることがわかる。
なお、図18〜21に示した各チャネル1〜4の主要柱21の直径と、図22に示した各チャネル1〜4の透過光の波長−透過特性とから、主要柱21の直径を0.4nm変えると、選択波長が1nm変化することがわかった。
上述したような2次元フォトニック結晶デバイスはリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて形成することができる形状寸法を有しており、例えば電子ビームリソグラフィ及び誘導結合プラズマエッチングといった技術を採用して形成される。
Figure 23 is shows the electric field distribution when the light of resonance wavelength is incident on the resonator 51 7 disposed in the channel 2 as an example, the electric field is almost entirely in the resonator 51 7, i.e. the optical cavity It can be seen that the light confinement performance is improved.
The diameter of the main column 21 is set to 0 from the diameter of the main column 21 of each of the channels 1 to 4 shown in FIGS. 18 to 21 and the wavelength-transmission characteristics of the transmitted light of each of the channels 1 to 4 shown in FIG. It was found that when the wavelength was changed by 4 nm, the selected wavelength was changed by 1 nm.
The two-dimensional photonic crystal device as described above has a shape and dimension that can be formed by using a lithography technique and an etching technique, and is formed by using techniques such as electron beam lithography and inductively coupled plasma etching, for example. .

なお、図2及び図17に示したデバイスではいずれもチャネル数を4チャネルとしているが、チャネル数は4チャネルより多くすることもでき、また4チャネルより少ないものとしてもよい。
また、上述では空気中にシリコンよりなる柱を周期配列して2次元フォトニック結晶を構成し、かつシリコンよりなる共振用柱を用いる柱構造となっているが、このような柱構造に替えて例えばシリコンのごとき誘電体に孔を周期的に配列形成し、かつ共振用孔を形成するといった孔構造を採用しても、上述と同様の結果を得ることができる。
なお、使用する2つの媒質は上述ではシリコンと空気とされているが、これら媒質に限定されるものではなく、例えばシリコンに替えてインジウム燐、ガリウム砒素等の誘電体物質を用いることもできる。
2 and 17, the number of channels is 4 in both devices, but the number of channels can be more than 4 or less than 4.
Further, in the above description, a two-dimensional photonic crystal is configured by periodically arranging columns made of silicon in the air, and a column structure using a resonance column made of silicon is used. For example, even when a hole structure is employed in which holes are periodically formed in a dielectric such as silicon and a resonance hole is formed, the same result as described above can be obtained.
The two media to be used are silicon and air in the above description, but are not limited to these media. For example, a dielectric material such as indium phosphide or gallium arsenide may be used instead of silicon.

Aはこの発明の第1の実施例の基本構成を模式的に示す斜視図、BはAの平面図。A is a perspective view schematically showing a basic configuration of the first embodiment of the present invention, and B is a plan view of A. FIG. この発明の第1の実施例の具体的構成を示す平面図。The top view which shows the specific structure of 1st Example of this invention. Aは図2におけるチャネル1の共振器51の要部構成を示す部分拡大平面図、Bは図2におけるチャネル2の共振器51の要部構成を示す部分拡大平面図、Cは図2におけるチャネル3の共振器51の要部構成を示す部分拡大平面図、Dは図2におけるチャネル4の共振器51の要部構成を示す部分拡大平面図。A is a partially enlarged plan view showing a main configuration of a resonator 51 1 channel 1 in FIG. 2, B is a partially enlarged plan view showing a main configuration of a resonator 51 and second channel 2 in FIG. 2, C is 2 partially enlarged plan view showing a main configuration of a resonator 51 3 channel 3 in, D is partially enlarged plan view showing a main configuration of a resonator 51 4 channels 4 in FIG. 図2のデバイスのチャネル1〜4によってそれぞれ選択透過される透過光の波長−透過特性を示す図。The figure which shows the wavelength-transmission characteristic of the transmitted light each selectively permeate | transmitted by the channels 1-4 of the device of FIG. Aは図2のデバイスに波長1.306μmの光を入射させた時の電界分布を示す平面図、Bは図2のデバイスに波長1.390μmの光を入射させた時の電界分布を示す平面図、Cは図2のデバイスに波長1.452μmの光を入射させた時の電界分布を示す平面図、Dは図2のデバイスに波長1.587μmの光を入射させた時の電界分布を示す平面図。A is a plan view showing an electric field distribution when light having a wavelength of 1.306 μm is incident on the device of FIG. 2, and B is a plane showing an electric field distribution when light having a wavelength of 1.390 μm is incident on the device of FIG. Fig. C is a plan view showing the electric field distribution when light having a wavelength of 1.452 µm is incident on the device of Fig. 2, and D is the electric field distribution when light having a wavelength of 1.587 µm is incident on the device of Fig. 2. FIG. 共振器の主要柱21の直径と透過光の波長の関係を示す図。The figure which shows the relationship between the diameter of the main pillar 21 of a resonator, and the wavelength of transmitted light. Aは主要柱21のみ導波路に配置した共振器が設けられている1チャネルの2次元フォトニック結晶デバイス及びその電界分布を示す平面図、BはAに示したデバイスの透過光の波長−透過特性を示す図。A is a plan view showing a one-channel two-dimensional photonic crystal device and a field distribution of the one-channel two-dimensional photonic crystal device provided with a resonator in which only the main column 21 is arranged in the waveguide, and B is a wavelength-transmittance of transmitted light of the device shown in A. The figure which shows a characteristic. Aは図7Aに示したデバイスに波長1.2μmの光を入射させた時の主要柱近傍の電界分布を示す部分拡大平面図、Bは図7Aに示したデバイスに波長1.4μmの光を入射させた時の主要柱近傍の電界分布を示す部分拡大平面図、Cは図7Aに示したデバイスに波長1.6μmの光を入射させた時の主要柱近傍の電界分布を示す部分拡大平面図。A is a partially enlarged plan view showing an electric field distribution in the vicinity of the main column when light having a wavelength of 1.2 μm is incident on the device shown in FIG. 7A, and B is a light having a wavelength of 1.4 μm applied to the device shown in FIG. 7A. FIG. 7C is a partially enlarged plan view showing the electric field distribution in the vicinity of the main column when it is incident, and C is a partial enlarged plane showing the electric field distribution in the vicinity of the main column when light having a wavelength of 1.6 μm is incident on the device shown in FIG. 7A. Figure. Aは図2に示したデバイスのチャネル2の共振器51の電界分布を示す部分拡大平面図、BはAの共振器の波長−透過特性を示す図。A is a partially enlarged plan view showing the electric field distribution of the resonator 51 2 channels 2 of the device shown in Figure 2, B is the wavelength of the cavity of the A - showing transmission characteristics. (1)Aは図9Aの共振器から2本の副柱22を削除した共振器の電界分布を示す部分拡大平面図、(1)Bは(1)Aの共振器の波長−透過特性を示す図、(2)Aは図9Aの共振器から2本の副柱23を削除した共振器の電界分布を示す部分拡大平面図、(2)Bは(2)Aの共振器の波長−透過特性を示す図、(3)Aは図9Aの共振器から副柱23を1本削除し、残りの1本を導波路の幅方向中央に配置した共振器の電界分布を示す部分拡大平面図、(3)Bは(3)Aの共振器の波長−透過特性を示す図。(1) A is a partially enlarged plan view showing an electric field distribution of a resonator in which two sub-columns 22 are deleted from the resonator of FIG. 9A, and (1) B is (1) wavelength-transmission characteristics of the resonator of A. (2) A is a partially enlarged plan view showing the electric field distribution of the resonator in which the two sub-columns 23 are deleted from the resonator of FIG. 9A, (2) B is (2) the wavelength of the resonator of A— (3) A is a partially enlarged plane showing an electric field distribution of a resonator in which one sub-column 23 is deleted from the resonator of FIG. 9A and the remaining one is arranged at the center in the width direction of the waveguide. FIG. 3B is a diagram showing the wavelength-transmission characteristics of the resonator of FIG. (1)Aは主要柱21と各2本の副柱22,23とを導波路に配置した共振器が設けられている1チャネルの2次元フォトニック結晶デバイス及びその電界分布を示す平面図、(1)Bは(1)Aの共振器の波長−透過特性を示す図、(2)Aは(1)Aのデバイスの共振器が設けられている導波路5の幅のみ1μmから0.8μmに狭めた構成及びその電界分布を示す平面図、(2)Bは(2)Aの共振器の波長−透過特性を示す図、(3)Aは(1)Aのデバイスの共振器が設けられている導波路5の幅のみ1μmから1.2μmに広げた構成及びその電界分布を示す平面図、(3)Bは(3)Aの共振器の波長−透過特性を示す図。(1) A is a plan view showing a one-channel two-dimensional photonic crystal device provided with a resonator in which a main column 21 and two sub-columns 22 and 23 are arranged in a waveguide, and an electric field distribution thereof. (1) B is (1) the wavelength of the resonator a - showing transmission characteristics, (2) a is 0 to 1μm only the width of the waveguide 5 1 resonator is provided in the device (1) a FIG. 8 is a plan view showing the configuration narrowed to 8 μm and its electric field distribution, (2) B is a diagram showing the wavelength-transmission characteristics of (2) A resonator, and (3) A is (1) the resonator of the device of A. plan view showing a configuration and an electric field distribution and spread to 1.2μm from 1μm only waveguide 5 first width provided is, (3) B is (3) the wavelength of the resonator a - shows the transmission characteristic Figure . Aは図3Bに示した共振器51において主要柱21の位置を変化させる方向を示す図、BはAに示すように主要柱21の位置を変化させた場合の透過率の変化を示す図。A is a diagram showing a direction of changing the position of the main column 21 in the resonator 51 2 shown in FIG. 3B, B is a diagram showing a change in transmittance in the case of changing the position of the main pole 21 as shown in A . Aは図12Aの共振器51において副柱23の位置を変化させる方向を示す図、BはAに示すように副柱23の位置を変化させた場合の透過率の変化を示す図。A is a view showing FIG, B is a variation of the transmittance in the case of changing the position of Fukuhashira 23 as shown in A indicating the direction of changing the position of the sub-pillar 23 in the resonator 51 2 in FIG. 12A. Aは図12Aの共振器51において副柱22の位置を変化させる方向を示す図、BはAに示すように副柱22の位置を変化させた場合の透過率の変化を示す図。A is a view showing FIG, B is a variation of the transmittance in the case of changing the position of Fukuhashira 22 as shown in A indicating the direction of changing the position of the sub-pillar 22 in the resonator 51 2 in FIG. 12A. Aは図12Aの共振器51において副柱22,23の位置を同時に変化させる方向を示す図、BはAに示すように副柱22,23の位置を変化させた場合の透過率の変化を示す図。A is a diagram showing a direction of changing the position of the sub-pillar 22, 23 at the same time in the resonator 51 2 in FIG. 12A, B is the change in transmittance in the case of changing the position of Fukuhashira 22 and 23 as shown in A FIG. Aはこの発明の第2の実施例の基本構成を模式的に示す斜視図、BはAの平面図。A is a perspective view schematically showing a basic configuration of a second embodiment of the present invention, and B is a plan view of A. FIG. この発明の第2の実施例の具体的構成を示す平面図。The top view which shows the specific structure of the 2nd Example of this invention. 図17におけるチャネル1の共振器51の構成を示す部分拡大平面図。Partially enlarged plan view showing a configuration of a resonator 51 6 Channel 1 in Figure 17. 図17におけるチャネル2の共振器51の構成を示す部分拡大平面図。Partially enlarged plan view showing a configuration of a resonator 51 7 channel 2 in FIG. 17. 図17におけるチャネル3の共振器51の構成を示す部分拡大平面図。Partially enlarged plan view showing a configuration of a resonator 51 8 channel 3 in FIG. 17. 図17におけるチャネル4の共振器51の構成を示す部分拡大平面図。Partially enlarged plan view showing a configuration of a resonator 51 9 of the channel 4 in Fig. 17. 図17のデバイスのチャネル1〜4によってそれぞれ選択透過される透過光の波長−透過特性を示す図。The figure which shows the wavelength-transmission characteristic of the transmitted light each selectively permeate | transmitted by the channels 1-4 of the device of FIG. 図17に示したデバイスのチャネル2の共振器51の電界分布を示す部分拡大平面図。Partially enlarged plan view showing the electric field distribution of the resonator 51 7 channels 2 of the device shown in Figure 17. 2次元フォトニック結晶デバイスの第1の従来例を示す斜視図。The perspective view which shows the 1st prior art example of a two-dimensional photonic crystal device. Aは2次元フォトニック結晶デバイスの第2の従来例を示す平面図、BはAのデバイスの入射光と選択された透過光の周波数特性を示す図。A is a plan view showing a second conventional example of a two-dimensional photonic crystal device, and B is a diagram showing frequency characteristics of incident light and selected transmitted light of the device of A. FIG. 2次元フォトニック結晶デバイスの第3の従来例を示す平面図。The top view which shows the 3rd prior art example of a two-dimensional photonic crystal device.

Claims (2)

第1屈折率の第1媒質層に、第1屈折率と異なる第2屈折率の第2媒質よりなる柱が行及び列に同一間隔で埋め込まれた2次元フォトニック結晶と、
上記フォトニック結晶にその結晶欠陥により構成された線状導波路と、
上記線状導波路上に設けられ、上記第2媒質よりなる共振用柱とを備え
記共振用柱は上記線状導波路の幅方向中心に配置された主要柱と、その主要柱に対して光の入射側に配置された副柱の組と、その主要柱に対して光の出射側に配置された副柱の組とよりなり、
記光の出射側に配置された副柱の組は2本の副柱よりなり、それら2本の副柱はそれらの中心が上記線状導波路の幅方向中心に一致されて上記線状導波路の幅方向に配列されていることを特徴とする2次元フォトニック結晶デバイス。
A two-dimensional photonic crystal in which columns made of a second medium having a second refractive index different from the first refractive index are embedded in rows and columns at the same interval in a first medium layer having a first refractive index;
A linear waveguide composed of the crystal defects in the photonic crystal;
A resonance column provided on the linear waveguide and made of the second medium ;
The upper Symbol resonance pillar main pillars arranged in the width direction center of the line waveguide, a set of Fukuhashira arranged on the light incident side with respect to the main post, the light for the main column Na more and set of arranged Fukuhashira the exit side is,
Set of Fukuhashira disposed on the exit side of the upper Symbol light consists of two Fukuhashira, they two Fukuhashira their centers are coincident in the widthwise center of the line waveguide and the linear A two-dimensional photonic crystal device characterized by being arranged in the width direction of a waveguide.
請求項1記の2次元フォトニック結晶デバイスにおいて、
上記線状導波路の幅が上記共振用柱が位置する部分において上記線状導波路の中心線に対して対称的に狭められていることを特徴とする2次元フォトニック結晶デバイス。
In the two-dimensional photonic crystal device according to claim 1 Symbol placement,
2. A two-dimensional photonic crystal device, wherein the width of the linear waveguide is narrowed symmetrically with respect to the center line of the linear waveguide at a portion where the resonance column is located.
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