JP4253606B2 - Light control element - Google Patents
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Description
本発明は、コアを備えクラッドがコアの外層部分をなす光制御素子に関する。 The present invention relates to a light control element having a core and a clad forming an outer layer portion of the core.
特許文献1には、SiO2などの低屈折率媒質上に発光素子が構成可能な半導体基板を接触した構成が開示されている。
フォトニック結晶と呼ばれる波長程度の誘電体周期構造により、光の禁制帯であるフォトニックバンドギャップを形成することや,強い分散性により特異な効果を示すフォトニック結晶特有の現象を利用することで、これまでとは異なる光制御素子や、これまでの光制御素子のサイズを劇的に小さくすることが可能であると期待されている。そして、フォトニックバンドギャップを利用した偏光分離素子、欠陥を導入した急激曲げが可能な光導波路や、低閾値レーザなど、多くの光制御素子が研究されている。 By forming a photonic band gap, which is a forbidden band of light, by using a dielectric periodic structure of a wavelength called photonic crystal, or by utilizing a phenomenon peculiar to photonic crystal that exhibits a unique effect due to strong dispersibility. It is expected that the light control element different from the past and the size of the conventional light control element can be dramatically reduced. Many light control elements such as a polarization separation element using a photonic band gap, an optical waveguide capable of rapid bending with a defect introduced therein, and a low threshold laser have been studied.
完全な光の制御には3次元方向に光を制御する必要があるが、3次元のフォトニック結晶を大面積で安定的に製造するには極めて高度な技術を要する。3次元構造と比較すると、面内に形成する2次元のフォトニック結晶は半導体プロセス技術を転用することで、比較的容易に形成することが可能である。すなわち、2次元面内にリソグラフィーでパターンを形成し、エッチングによりパターンを転写する方法で構成できる。2次元フォトニック結晶は、結晶を構成している面とは垂直方向の光閉じ込めを実現する必要があり、多くの場合スラブ構造が採用されている。スラブ構造とは低屈折率媒質上にサブミクロンの厚さを有する高屈折率媒質が形成されている構造である。フォトニック結晶では、その効果を顕著に示すために大きな屈折率差が必要であるため、屈折率が3程度である半導体が用いられることが多い。 For complete light control, it is necessary to control light in the three-dimensional direction, but extremely advanced technology is required to stably manufacture a three-dimensional photonic crystal in a large area. Compared with a three-dimensional structure, a two-dimensional photonic crystal formed in a plane can be formed relatively easily by diverting semiconductor process technology. That is, it can be configured by a method in which a pattern is formed by lithography in a two-dimensional plane and the pattern is transferred by etching. The two-dimensional photonic crystal needs to realize light confinement in a direction perpendicular to the plane constituting the crystal, and in many cases, a slab structure is adopted. The slab structure is a structure in which a high refractive index medium having a submicron thickness is formed on a low refractive index medium. In photonic crystals, a large difference in refractive index is required in order to show the effect remarkably, and therefore a semiconductor having a refractive index of about 3 is often used.
半導体スラブ構造としては、犠牲層上に形成されたGaAs系やInP系の化合物半導体やSiなどにフォトニック結晶を形成し、犠牲層を除去することで空気に露出するエアーブリッジ型の2次元フォトニック結晶や、SOI基板によるSiとSiO2との屈折率差を利用したものが、代表的な構造である。 As the semiconductor slab structure, a photonic crystal is formed on a GaAs-based or InP-based compound semiconductor or Si formed on the sacrificial layer, and the sacrificial layer is removed to expose the air bridge type two-dimensional photo. A typical structure is a nick crystal or a structure using a difference in refractive index between Si and SiO 2 by an SOI substrate.
しかしながら、エアーブリッジ構造は構造として脆弱であり、実用化という点では不向きな構造である。また、SOI基板は土台がしっかりしているが、Siであるために光導波路の応用などの受動素子にしか用いることができない。 However, the air bridge structure is fragile as a structure, and is not suitable for practical use. In addition, although the SOI substrate has a solid foundation, since it is Si, it can be used only for passive elements such as optical waveguide applications.
そこで、例えば、特許文献1では、SiO2などの低屈折率媒質上に発光素子が構成可能な半導体基板を接触した構成が開示されている。図16は、その構成の概要図であり、GaAsからなるフォトニック結晶配列である周期配列穴117をもつ半導体光結晶113と表面にSiO2からなる低屈折率誘電体層114を有するGaAs基板115が平面接触されている。これにより、半導体発光素子をフォトニック結晶で構成でき、構造もエアーブリッジよりも強固なものとなる。
Thus, for example,
しかし、フォトニック結晶配列に欠陥を導入した光導波路などを形成した場合では、スラブ型にすることで生じるライトラインよりも低周波数側にある導波バンドを使わないと、土台となる低屈折率媒質に光が漏れてしまう現象が生じてしまうと予想されている。屈折率差が大きければ、バンドは低周波数側にシフトするので、光の漏れない領域を大きく取ることができる。つまり、スラブ型の2次元フォトニック結晶配列を使う場合には、屈折率が比較的大きい半導体層を使う必要がある。 However, when an optical waveguide with defects introduced in the photonic crystal array is formed, a low refractive index that is the foundation is required unless a waveguide band on the lower frequency side than the light line generated by the slab type is used. It is expected that light will leak into the medium. If the refractive index difference is large, the band shifts to the low frequency side, so a large area where light does not leak can be taken. That is, when a slab type two-dimensional photonic crystal array is used, it is necessary to use a semiconductor layer having a relatively high refractive index.
一方、光制御素子に用いられる材料として、半導体以外には有機材料、電気光学材料、非線形光学材料など多くの材料が利用されている。例えば、高速な光制御素子としては、ニオブ酸リチウムで構成された方向性結合器型光制御素子もしくはマッハツェンダー型光制御素子が一般的であり、製品化がされているが、素子の小型化や印加電圧低減などの課題もある。このような材料でフォトニック結晶配列を形成することができれば、素子の劇的な微小化や低電圧化が可能となると考えられる。 On the other hand, as materials used for the light control element, many materials such as organic materials, electro-optic materials, and nonlinear optical materials are used in addition to semiconductors. For example, as a high-speed light control element, a directional coupler type light control element or a Mach-Zehnder type light control element made of lithium niobate is generally used and commercialized. There are also problems such as reducing applied voltage. If a photonic crystal array can be formed with such a material, it is thought that the device can be dramatically miniaturized and the voltage can be lowered.
前述のように、これらの材料においても、3次元構造を形成することは困難である。さらに、これらの材料の多くは屈折率が2程度であるため、低屈折率媒質上に形成されたスラブ構造に2次元フォトニック結晶配列を形成しても、前述のライトラインの影響から利用できるフォトニックバンドギャップ部分は極めて小さくなってしまい、フォトニック結晶としての特有の効果を利用することが困難となってしまう。 As described above, even with these materials, it is difficult to form a three-dimensional structure. Further, since many of these materials have a refractive index of about 2, even if a two-dimensional photonic crystal array is formed on a slab structure formed on a low refractive index medium, it can be used from the influence of the light line described above. The photonic band gap portion becomes extremely small, and it becomes difficult to use the unique effect as a photonic crystal.
本発明の目的は、複合コアを形成し、コアの屈折率を等価的に向上させた光制御素子を提供することである。 An object of the present invention is to provide a light control element in which a composite core is formed and the refractive index of the core is equivalently improved.
本発明は、コアを備えクラッドが当該コアの外層部分をなす光制御素子において、電気光学材料又は非線形光学材料を有する第1の層と、前記第1の層より光屈折率が高い第2の層と、を備え、前記第1の層と前記第2の層とが前記コアとなる複合コアを形成し、前記複合コアには、当該複合コアの屈折率よりも低い屈折率を有する円孔形状又は多角形形状の孔が周期的に配列されたフォトニック結晶配列構造が形成され、当該フォトニック結晶配列構造中に線欠陥構造を有することを特徴とする光制御素子である。 The present invention provides a light control element having a core and a clad forming an outer layer portion of the core, a first layer having an electro-optic material or a nonlinear optical material, and a second layer having a higher optical refractive index than the first layer. A circular core having a refractive index lower than a refractive index of the composite core, wherein the first layer and the second layer form a composite core to be the core. The light control element is characterized in that a photonic crystal array structure in which holes having a shape or a polygonal shape are periodically arranged is formed, and the photonic crystal array structure has a line defect structure.
本発明によれば、電気光学材料または非線形光学材料を用いた第1の層と、これよりも大きな屈折率を持つ第2の層を組み合わせて複合コアとしているので、複合コアの等価的な屈折率を第1の層よりも大きくすることが可能となる光制御素子を提供することができる。 According to the present invention, the first layer using the electro-optic material or the nonlinear optical material and the second layer having a higher refractive index are combined to form a composite core. It is possible to provide a light control element capable of making the rate larger than that of the first layer.
本発明を実施するための最良の形態について複数例説明する。 A plurality of examples of the best mode for carrying out the present invention will be described.
図1は、本実施の形態の光制御素子1を模式的に示した構成図である。この光制御素子1コアを備え、空気層などのクラッドがコアの外層部分をなす構成である。符号11は、電気光学材料または非線形光学材料から形成される薄膜層である(第1の層)。電気光学材料とは、電気を印加したときに屈折率などの光学特性が変化する材料であり、非線形光学材料とは、光学非線形定数が大きな材料である。薄膜層12(第2の層)は、薄膜層11よりも屈折率が高く、薄膜層11と薄膜層12は平面的に近接配置、又は、平面的に接触することで、複合コア13を形成している。複合コア13は、光制御素子1の前述のコアとなるものである。この複合コア13の等価的な屈折率は、薄膜層11と薄膜層12との中間の屈折率となる。
FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing a
ここで、等価的な屈折率というときの「等価的」ということの意味について説明する。すなわち、伝送路を形成しない媒質中を光が伝搬する場合、光のスピードは媒質中の屈折率(n)の影響を受けて,c0/n(c0:真空中の光速)で伝搬する。ところが,全反射による伝送路を形成した場合,進行方向とは垂直方向に定在波を形成し(モードを形成し)、コアとクラッドの屈折率の影響を受けて光が伝搬する。この定在波が感じる屈折率のことを「等価屈折率」と表現する。 Here, the meaning of “equivalent” when the equivalent refractive index is described. That is, when light propagates through a medium that does not form a transmission path, the speed of light is affected by the refractive index (n) in the medium, and propagates at c 0 / n (c 0 : speed of light in vacuum). . However, when a transmission path by total reflection is formed, a standing wave is formed in a direction perpendicular to the traveling direction (a mode is formed), and light propagates under the influence of the refractive indexes of the core and the cladding. The refractive index felt by the standing wave is expressed as “equivalent refractive index”.
一般的には、等価屈折率はコアとクラッドの屈折率の間の値を取る。見方を変えると、コアとクラッドから形成される伝送路を伝搬する光は、この等価屈折率(neq)の媒質内を伝搬する光に置き換えて考えることができ、光のスピードはc0/neqで伝搬すると表現することができる。 In general, the equivalent refractive index takes a value between the refractive indexes of the core and the cladding. In other words, the light propagating through the transmission line formed of the core and the clad can be considered as being replaced with the light propagating through the medium having the equivalent refractive index (n eq ), and the speed of the light is c 0 / It can be expressed as propagating with n eq .
光を光線として感覚的に述べると、全反射が許される角度内でモードが形成できる2つの角度が存在した場合、大きな角度で光が入射したときのほうが小さな角度で光が入射した場合と比較して界面での反射回数が多くなる。つまり、そのぶん光が遅く伝送路内を伝搬することになる。 When light is described sensuously as light rays, when there are two angles that can form a mode within the angle where total reflection is allowed, light is incident at a larger angle compared to light incident at a smaller angle. As a result, the number of reflections at the interface increases. That is, the light will propagate slowly in the transmission path.
このことを波動的に表現すると、光のスピードが遅くなることは、伝送路内で光のモードが感じる屈折率が大きくなることに相当し、モードによって感じる屈折率が異なることを意味する。 Expressing this in a wavelike manner, a slow light speed corresponds to an increase in the refractive index perceived by the light mode in the transmission path, which means that the perceived refractive index varies depending on the mode.
本実施の形態のように複合コア13を用いた場合にも同じように考えることができる。例えば、屈折率が低/高/低で形成される複合コアで13があれば、図2に示すように、複合コアで無い場合と比較して光が遅く伝搬することになる。つまり伝送路を伝搬する光が感じる屈折率が「等価的に」大きくなったように伝搬すると考えられる。
The same can be considered when the
等価屈折率が大きな伝送路では、光が強く閉じ込められるため(このことは波動の性質であるので、光線では説明できず、その点で論理に飛躍があることに注意を要する)、後述のようにフォトニック結晶を構成した場合に性能向上が見込める。 In a transmission line with a large equivalent refractive index, light is strongly confined (this is a wave nature, so it cannot be explained by light rays, and there is a jump in logic in that respect), and will be described later. The improvement in performance can be expected when a photonic crystal is constructed.
等価屈折率の意味がこのようなものであるとすると、複合コア13が複合コア13の等価屈折率よりも低い屈折率をもつ基板上に配置され、もしくは低い屈折率の基板上に挟まれて配置されることで(図1において基板は図示せず)、空気もしくは低屈折率基板をクラッドとして光導波路を形成し、複合コア13内を全反射により、層厚方向とは垂直方向、基板に沿って光は伝搬する。
When the meaning of the equivalent refractive index is such, the
複合コア13の等価屈折率が薄膜層11の屈折率よりも高くなるために、この複合コア13を伝搬する光は、単に電気光学材料による薄膜層11を伝搬する光が受ける屈折率よりも高い屈折率を受けながら伝搬する。
Since the equivalent refractive index of the
このような構成をとることで、コア13として屈折率が小さい材料も、屈折率が大きな材料と組み合わせることで等価的な屈折率を上昇させることができ、光閉じ込めを大きくすることができる。 By adopting such a configuration, a material having a low refractive index as the core 13 can be combined with a material having a high refractive index to increase the equivalent refractive index, and light confinement can be increased.
そして、薄膜層11と薄膜層12との層厚を制御することで、複合コア13の等価屈折率を薄膜層11と薄膜層12との屈折率の間で制御することが可能となる。
Then, by controlling the layer thickness of the
前述の電気光学材料とは、電界を印加したときに屈折率などの光学特性が変化する材料であり、ニオブ酸リチウム、ニオブ酸チタン、KTP等の無機結晶、PZT,PZLT等のセラミックス、アゾ色素、スチルベンゼン色素、ダストなどの有機分子または有機結晶、さらには量子井戸構造を有する半導体結晶を用いることができる。 The above-mentioned electro-optical material is a material whose optical properties such as refractive index change when an electric field is applied, inorganic crystals such as lithium niobate, titanium niobate and KTP, ceramics such as PZT and PZLT, azo dyes Organic molecules or organic crystals such as stilbenzene dyes and dusts, and semiconductor crystals having a quantum well structure can be used.
前述の非線形光学材料とは、光放射に対して、強く非線形な誘電的応答機能を持つ光学材料であり、非線形分極を利用して光高調波発生、光混合、光パラメトリック発振などに用いられる材料である。 The above-mentioned nonlinear optical material is an optical material having a strongly nonlinear dielectric response function with respect to light radiation, and is a material used for optical harmonic generation, optical mixing, optical parametric oscillation, etc. using nonlinear polarization. It is.
前述の非線形光学材料は、大きな2次の非線形定数を有し、好ましくは2次の非線形定数が0.01pm/V以上であり、より好ましくは2次の非線形定数が1pm/V以上の材料である。または前述の非線形材料は、大きな3次の非線形定数を有し、好ましくは3次の非線形定数が0.01×10−22m2/V2であり、より好ましくは3次の非線形定数が1×10−22m2/V2である材料である。 The aforementioned nonlinear optical material has a large second-order nonlinear constant, preferably a second-order nonlinear constant of 0.01 pm / V or more, more preferably a material having a second-order nonlinear constant of 1 pm / V or more. is there. Alternatively, the above-described nonlinear material has a large third-order nonlinear constant, preferably a third-order nonlinear constant of 0.01 × 10 −22 m 2 / V 2 , and more preferably a third-order nonlinear constant of 1 It is a material which is × 10 −22 m 2 / V 2 .
前述の材料としては、無機光学材料として、ADP(NH4H2PO4)、KDP(KH2PO4)、DKDP(KD2PO4)、RDP(RbH2PO4)、RDA(RbH2AsO4)、LN、LT、KN、KT、BNN、SBN、LI、BBO、LBO、BSO、GaAs、GaP、InP、ZnTe、ZnSe、ZnS、ZnO、CdTe、CdS、CdSe、Te、Se、Ag3AsS3、Ag3SbS3、AgGaS2、AgGaSe2、ZnGeP2、GdGeAs2、Bi12SiO20、Bi12GeO20、Bi12TiO20、KTiOAsO4、KTiOPO4、BaTiO3、SrTiO3、KTaO3、KTa0.65Nb0.35O3、Cd2Nb2O7、LaBGeO5、セラミックスとしてPZT、PLZT、Ga、In、Al、As、P、N、Sb、Zn、SeのIII‐V族、II−VI族半導体混晶である半導体量子井戸構造、有機光学材料として、アゾ色素、スチルベンゼン色素、ダスト、ポリジアセチレン、低分子系2次非線形光学材料として、mNA、MNA、MAP、POM、DAN、DIVA、NPP、COANP、MNBA、MMONS、MBANP、TC−28、DNBB、DMNP、MNA、MNP、MMNA、PCNB、ECNB、IPMPU,ECPMDA、p−NMDA、MNPMDA、4NpNa、高分子系2次非線形光学材料として、ホストゲスト系材料、高分子側錯あるいは主錯にNLO基を化学結合した修飾型材料、架橋系材料があり、ホストゲスト系材料として、ホストポリマー(LCP、PMMA、POE、Poly(Vp−co−St)、PVP、PRO、PCL、PBSSe、PBDG)とゲスト色素(DANS、DANS33、DR1、DCV、TCV、p−NMDA、p−NA、p−DMNP、CPABMCA、MNA)の組み合わせ、高分子側錯あるいは主錯にNLO基を化学結合した修飾型材料で、NLOポリマーとして、Poly(St−DR1)、Poly(St−DASP)、Poly(St−NPP)、Poly(MMA−HNS)、Poly(MMA−co−MMA−DCV)、Poly(St−co−MAAB)、Poly(St−co−MABA)、Poly(St−co−MA−CM)、Poly(MMA−co−MMA−DR1)、Poly(organopho−sphazene−ANS)、PPNA、Poly(VA−co−Vat−NA)、Poly(VAc−co−Vat−NA)、Poly(ST−NA)、Poly(MMA−NA)、Poly(MMA−co−MMA−2R)、Poly(MMS−co−MMA−3R)、P6CS/MMA、ポリアリルアミン、pNA−EG、PMMA/MNA、pNA−PVA、Poly(VDCN−co−VAc)、MSMA、架橋系材料として、(架橋モノマーポリマー、NLO色素)の組み合わせで、(Bis‐A、NPDA)、(Bis‐A、ANT)、(NNDN、NAN)、(DGE+PS(O)、NPP)、(PVCN、CNNB−R)、LB膜材料として、DCAMP、FA6、PO86、AODA、TMSC、Poly(HEA−co−A−ASB)、PtBM、高分子系3次非線形光学材料として、ポリジアセチレン(PTS、TCDU、DCHDFMP、BTFP、mBCMU)、ポリアセチレン誘導体、ポリフェニルアセチレン誘導体、ポリアリレンビニレン(PPV、PTV、MO−PPV、PFV)、ポリチオフェン、アヌレン類、フタロシアニン、フラーレン、などがある。 The foregoing materials, the inorganic optical material, ADP (NH4H2PO4), KDP ( KH 2 PO 4), DKDP (KD 2 PO 4), RDP (RbH 2 PO 4), RDA (RbH 2 AsO 4), LN, LT, KN, KT, BNN, SBN, LI, BBO, LBO, BSO, GaAs, GaP, InP, ZnTe, ZnSe, ZnS, ZnO, CdTe, CdS, CdSe, Te, Se, Ag 3 AsS 3 , Ag 3 SbS 3, AgGaS 2, AgGaSe 2, ZnGeP 2, GdGeAs 2, Bi 12 SiO 20, Bi 12 GeO 20, Bi 12 TiO 20, KTiOAsO 4, KTiOPO 4, BaTiO 3, SrTiO 3, KTaO 3, KTa 0.65 Nb 0 .35 O 3, Cd 2 Nb 2 O 7, L BGeO 5, PZT as ceramics, PLZT, Ga, In, Al , As, P, N, Sb, Zn, III-V Group Se, semiconductor quantum well structure is a Group II-VI semiconductor mixed crystal, as the organic optical materials , Azo dyes, stilbenzene dyes, dust, polydiacetylene, low molecular weight second-order nonlinear optical materials such as mNA, MNA, MAP, POM, DAN, DIVA, NPP, COANP, MNBA, MMONS, MBANP, TC-28, DNBB , DMNP, MNA, MNP, MMNA, PCNB, ECNB, IPMPU, ECPMDA, p-NMDA, MNPMDA, 4NpNa, high molecular second-order nonlinear optical materials, host guest materials, polymer side complex or main complex with NLO group There are modified and chemically bonded materials, cross-linked materials, and host guest materials As materials, host polymers (LCP, PMMA, POE, Poly (Vp-co-St), PVP, PRO, PCL, PBSSe, PBDG) and guest dyes (DANS, DANS 33 , DR1, DCV, TCV, p-NMDA, p-NA, p-DMNP, CPABMCA, MNA), a modified type material in which NLO group is chemically bonded to the side complex or main complex of the polymer, NLO polymer as Poly (St-DR1), Poly (St-DASP) ), Poly (St-NPP), Poly (MMA-HNS), Poly (MMA-co-MMA-DCV), Poly (St-co-MAAB), Poly (St-co-MABA), Poly (St-co -MA-CM), Poly (MMA-co-MMA-DR1), Poly (organ pho-sphazene-ANS), PPNA, Poly (VA-co-Vat-NA), Poly (VAc-co-Vat-NA), Poly (ST-NA), Poly (MMA-NA), Poly (MMA-co -MMA-2R), Poly (MMS-co-MMA-3R), P6CS / MMA, polyallylamine, pNA-EG, PMMA / MNA, pNA-PVA, Poly (VDCN-co-VAc), MSMA, cross-linked material (Bis-A, NPDA), (Bis-A, ANT), (NNDN, NAN), (DGE + PS (O), NPP), (PVCN, CNNB- R), LB film materials include DCAMP, FA6, PO86, AODA, TMSC, Poly (HE -Co-A-ASB), PtBM, and high-molecular third-order nonlinear optical materials such as polydiacetylene (PTS, TCDU, DCHDFMP, BTFP, mBCMU), polyacetylene derivatives, polyphenylacetylene derivatives, polyarylene vinylenes (PPV, PTV) , MO-PPV, PFV), polythiophene, annulene, phthalocyanine, fullerene, and the like.
これらの材料の多くは屈折率が高くても2.5程度であり、半導体のような屈折率が3を超える材料は少ないため、これを単独で薄膜化し、SiO2などの低屈折率媒質上に形成しても屈折率差が大きく取ることができない。 Most of these materials have a refractive index of about 2.5 even if the refractive index is high, and there are few materials having a refractive index exceeding 3 such as a semiconductor. Therefore, this material is made into a thin film on a low refractive index medium such as SiO 2. Even if it is formed, a large difference in refractive index cannot be obtained.
等価的な屈折率差を大きくする必要がある光制御素子1は、このような材料と屈折率が高い材料とで形成される上記の複合コア13の構造により実現できる。
The
これにより、高い屈折率差を保ちながら、電気光学材料や非線形光学材料が有する光学特性を利用することが可能となる。 As a result, it is possible to utilize the optical characteristics of the electro-optic material and the nonlinear optical material while maintaining a high refractive index difference.
電気光学材料や非線形光学材料が有する光学特性は、例えば、電界印加や光照射による屈折率変調の特性や非線形特性を利用した波長変換などの現象を利用することが可能となる。 As the optical characteristics of the electro-optic material and the nonlinear optical material, for example, it is possible to use a phenomenon such as a property of refractive index modulation by applying an electric field or light irradiation or a wavelength conversion using the nonlinear characteristics.
これは、量子井戸構造を持たせた半導体により、屈折率変調などを起こさせることは可能であるが、光変調特性などでは電気光学材料を用いた光制御素子と同等か若干劣る面も多い。そのため、屈折率差を等価的に大きくし、電気光学効果や非線形光学効果を利用した光素子を本実施の形態により構成できる。 Although it is possible to cause refractive index modulation or the like by a semiconductor having a quantum well structure, there are many aspects that are equivalent to or slightly inferior to a light control element using an electro-optic material in terms of light modulation characteristics. Therefore, an optical element using the electro-optic effect or the nonlinear optical effect can be configured according to the present embodiment by increasing the difference in refractive index equivalently.
次に、別の実施の形態について説明する。 Next, another embodiment will be described.
図3は、本実施の形態の光制御素子1を模式的に示した構成図であり、(a)は縦断面図、(b)は平面図である。図1の実施の形態と同一の部材などには同一の符号を用い、詳細な説明は省略する。
3A and 3B are configuration diagrams schematically showing the
図3の例においても、電気光学材料または非線形光学材料から形成される薄膜層11と、薄膜層11より高い屈折率をもつ薄膜層12とを備え、薄膜層12は薄膜層11と平面的に近接配置、もしくは平面的に接触することで複合コア13が形成されている。この複合コア13が複合コア13の等価屈折率よりも低い屈折率をもつ基板上に形成され、もしくは低い屈折率の基板上に挟まれた配置を形成されることで(基板については後述)、空気もしくは低屈折率基板をクラッドとして光導波路を形成し、複合コア内を全反射により、層厚方向とは垂直方向、基板に沿って光は伝搬する。
3 also includes a
図3の光制御素子1が図1のものと相違するのは、複合コア13に2次元フォトニック結晶配列構造が形成されていることである。この例でのフォトニック結晶は、複合コア13の層厚方向に貫通する円孔21の3角配列により構成されている。
The
フォトニック結晶配列構造は、周期構造を調整することで、光の禁制体であるフォトニックバンドギャップを持たせることが可能である。フォトニック結晶の特性は、基板と形成された構造体(ここでは空気円孔)の誘電率の差、その配置、光の波長と構造体の大きさ、構造体間の距離などによって決定される。そのため、これらのどれかを変化させれば、フォトニック結晶の特性を変化させることができる。 The photonic crystal array structure can have a photonic band gap which is a light forbidden body by adjusting the periodic structure. The characteristics of the photonic crystal are determined by the difference in dielectric constant between the substrate and the formed structure (here, air holes), its arrangement, the wavelength of light and the size of the structure, the distance between the structures, etc. . Therefore, if any of these is changed, the characteristics of the photonic crystal can be changed.
フォトニック結晶配列構造としては、円孔21のほかにも、誘電体ピラーで周囲が低屈折率媒質である構造でも良い。また誘電体周期構造は、円孔形状である必要はなく、多角形形状の孔として構成しても良い。
As the photonic crystal arrangement structure, in addition to the
また、図4に示すように、フォトニック結晶配列構造の一部に線状にフォトニック結晶配列構造の配列を無くすことで(符号22部分)、線欠陥構造を設けることで光導波路を形成できる。 Further, as shown in FIG. 4, by eliminating the arrangement of the photonic crystal arrangement structure in a part of the photonic crystal arrangement structure (reference numeral 22), an optical waveguide can be formed by providing a line defect structure. .
このような2次元フォトニック結晶は、層厚方向は全反射により光を閉じ込め、層が形成されている部分にフォトニック結晶が形成されている。そして、層厚方向が全反射によって光を閉じ込めているので、伝搬光の波数によっては光閉じ込めができなくなる場合がある。全反射による光閉じ込めができなくなるのは、光が閉じ込められている部分において波数が大きく変化する場合や、大きな波数分布をもったモードが励振されてしまう場合である。この現象は、上下のクラッドとなる部分の材料の屈折率に大きく影響され、この部分とコア部分の屈折率差によって、全反射による光閉じ込めが無効になるかどうかが決定される。フォトニックバンド図内でライトラインとよばれるクラッド部分の屈折率によって決定される直線よりも、下の部分にフォトニックバンド構造が存在すれば、その部分での光閉じ込めが無効にならずに、2次元フォトニック結晶が有効に作用することになる。 In such a two-dimensional photonic crystal, light is confined by total reflection in the layer thickness direction, and the photonic crystal is formed in a portion where the layer is formed. Since the layer thickness direction confines light by total reflection, the light confinement may not be possible depending on the wave number of propagating light. Light confinement due to total reflection becomes impossible when the wave number changes greatly in a portion where light is confined or when a mode having a large wave number distribution is excited. This phenomenon is greatly influenced by the refractive index of the material of the upper and lower clad parts, and the difference in refractive index between this part and the core part determines whether or not the optical confinement due to total reflection becomes invalid. In the photonic band diagram, if there is a photonic band structure in the lower part than the straight line determined by the refractive index of the cladding part called the light line, the optical confinement in that part will not be invalidated, The two-dimensional photonic crystal works effectively.
つまり、フォトニック結晶の効果を利用するためには、フォトニックバンドギャップを大きく開かせ、さらにライトラインよりも低周波数側に存在させる必要がある。フォトニック結晶配列において、フォトニックバンドギャップを大きく開かせるためには、屈折率差が必要となる。さらに、前述のライトライン以下でフォトニックバンドギャップを開かせるためにも、バンドギャップ自体を低周波数側に移動させる必要がある。 In other words, in order to use the effect of the photonic crystal, it is necessary to open the photonic band gap widely and to be present on the lower frequency side than the light line. In the photonic crystal arrangement, a refractive index difference is necessary to widen the photonic band gap. Furthermore, in order to open the photonic band gap below the above-mentioned light line, it is necessary to move the band gap itself to the low frequency side.
図5に、平面波展開法を用いた計算機シミュレーション結果を示す。2次元フォトニック結晶配列を仮定して、屈折率1の円孔21が、屈折率3と屈折率2の基板に設けていると仮定して計算した。TE偏光について計算してある。屈折率3に対応するバンド図が図5(a)であり、屈折率2に対応するバンド図が図5(b)である。横軸のあらゆる波数に対して、規格化周波数が存在しない部分がフォトニックバンドギャップである。屈折率2に対して、屈折率3ではフォトニックバンドギャップ自体が低周波数側に移動し、ギャップ自体も大きくなっていることがわかる。このことから、フォトニック結晶配列が形成されている部分での屈折率差が大きいことが、フォトニック結晶による光制御素子の特性と、設計トレランスに大きく影響しており、屈折率差を大きくとる必要があることがわかる。
FIG. 5 shows the result of computer simulation using the plane wave expansion method. Assuming a two-dimensional photonic crystal arrangement, calculation was performed assuming that a
2次元フォトニック結晶配列構造の構成は具体的には以下のようにして実現できる。例えば、上記複合コア13に光の半波長程度の円孔21を半導体プロセスによるリソグラフィーとエッチングで形成することができる。リソグラフィーには、レジスト上に電子ビーム露光や短波長のフォトリソグラフィーなどでパターンニングすることで可能である。また、エッチングはドライエッチング技術を用いることで、レジストパターンを転写することができる。
Specifically, the configuration of the two-dimensional photonic crystal arrangement structure can be realized as follows. For example, a
より具体的には、高い屈折率を持つ薄膜層にSiを用いた場合、フォトリソグラフィーや電子ビーム露光により、1μm以下の微小円孔をレジストにパターンニングし、それをフロン系のエッチングガスにより、レジストをマスクとしてドライエッチングすることにより、フォトニック結晶配列を形成することができる。この場合、薄膜層は1μm以下の極めて薄いものであるので、高アスペクト比を与えるエッチングプロセスは必要なく、容易に形成することができる。 More specifically, when Si is used for a thin film layer having a high refractive index, a microscopic hole having a size of 1 μm or less is patterned in a resist by photolithography or electron beam exposure, and the resist is etched with a Freon-based etching gas. A photonic crystal array can be formed by dry etching using a resist as a mask. In this case, since the thin film layer is extremely thin with a thickness of 1 μm or less, an etching process that provides a high aspect ratio is not necessary and can be easily formed.
また、電気光学材料としてニオブ酸リチウム(LN)を利用する場合であれば、そのZ軸カット結晶基板の表面を、CF系ガスに対してメタルマスクを用いてドライエッチングする。これにより、1μm以下の深さの微細孔を形成することができる。シリコンとの組み合わせであれば、共通のガスを用いることができるのでより好ましいが、ガスを変えてエッチングしても、前述の微細孔を形成することは可能である。 If lithium niobate (LN) is used as the electro-optic material, the surface of the Z-axis cut crystal substrate is dry-etched against a CF gas using a metal mask. Thereby, micropores having a depth of 1 μm or less can be formed. A combination with silicon is more preferable because a common gas can be used, but the aforementioned fine holes can be formed even if etching is performed by changing the gas.
あらかじめ、LNの微細孔付近の上下部分や、微細孔に電極を設けておくと、微小空間に強電解を印加することができ、より効果的である。さらに、シリコン上に電気駆動素子を設けており、エレクトロフォレシスによりLN上の電極とシリコン上の電気駆動素子との電気的接続を行い、複合基板による電気駆動素子一体型の光制御素子を作製することができる。 If electrodes are provided in the upper and lower portions near the micropores of the LN or the micropores in advance, strong electrolysis can be applied to the microspace, which is more effective. Further, an electric drive element is provided on the silicon, and the electrode on the LN and the electric drive element on the silicon are electrically connected by electrophoresis to produce a light control element integrated with the electric drive element using the composite substrate. be able to.
ニオブ酸リチウムのかわりに、ニオブ酸チタン,KTP、SBN(Sr:ストロンチウム、Ba:バリウム、Nb:ニオブの複合酸化物)、チタン酸バリウム等の無機結晶や高屈折率の有機材料、もしくはPZT,PZLT、チタン酸バリウム等の無機セラミックスに対して、同様にドライエッチングにより微細孔を作製してもよい。また、シリコン基板のかわりに、LN基板、MgOドープLN基板、GaAs基板、その他の基板を用いてもよい。さらに、これらLNのフォトニック結晶の一部に、プロトン拡散またはチタン拡散による導波路を設けたり、ダイシングやドライエッチによるリッジ形または埋め込み形導波路を作製したりしてもよい。 Instead of lithium niobate, titanium niobate, KTP, SBN (Sr: strontium, Ba: barium, Nb: composite oxide of niobium), barium titanate and other inorganic crystals, high refractive index organic materials, or PZT, For inorganic ceramics such as PZLT and barium titanate, fine holes may be similarly produced by dry etching. Further, instead of the silicon substrate, an LN substrate, an MgO-doped LN substrate, a GaAs substrate, or another substrate may be used. Further, a waveguide by proton diffusion or titanium diffusion may be provided in a part of the photonic crystal of LN, or a ridge type or buried type waveguide by dicing or dry etching may be produced.
また、LNやPZTの薄膜またはフォトニック結晶構造薄膜は、結晶を用いることに限定されるわけではなく、ゾルゲル法を用いた前駆体およびその前駆体のドライエッチングにより作製してもよい。さらに、シリコン上にドライエッチングにより形成した微細孔に液晶を充填してもよい。このとき、液晶の配向を基板に対して垂直な方向とし、横電界を印加することにより作製した、液晶フォトニック結晶を用いることも効果的である。さらには、単なる基板ではなく、LN基板のような電気光学効果を有する基板に液晶を部分的に充填して、複合的に電気光学効果を生じさせてもよい。 Further, the thin film of LN or PZT or the photonic crystal structure thin film is not limited to the use of crystals, and may be prepared by a precursor using a sol-gel method and dry etching of the precursor. Furthermore, liquid crystal may be filled in fine holes formed by dry etching on silicon. At this time, it is also effective to use a liquid crystal photonic crystal produced by applying a transverse electric field with the liquid crystal orientation perpendicular to the substrate. Furthermore, instead of a simple substrate, a liquid crystal may be partially filled in a substrate having an electro-optic effect such as an LN substrate, so that the electro-optic effect is generated in a composite manner.
別の実施の形態について説明する。 Another embodiment will be described.
図6は、本実施の形態の光制御素子1を模式的に示した縦断面図である。図3、図4の実施の形態と同一の部材などには同一の符号を用い、詳細な説明は省略する。
FIG. 6 is a longitudinal sectional view schematically showing the
図6において、電気光学材料または非線形光学材料による薄膜層11と、薄膜層11よりも屈折率が高い薄膜層12の2層は、平面的に近接配置、もしくは平面的に接触することで複合コア13を形成しているが、この複合コア13が基板上31に接して配置されており、この基板31は薄膜層11よりも低い屈折率で構成されている。基板31上に複合コア13を形成するときは、図6のように薄膜層11、薄膜層12をこの順に順次形成してもよいし、図7のように薄膜層12、薄膜層11をこの順に順次形成してもよい。
In FIG. 6, two layers of a
基板31の具体的な構成としては、SiO2やガラスを用いた基板や、Si上に1μm以上の膜厚を持つSiO2もしくは有機材料層が形成された基板を用いることができる。
As a specific configuration of the
この基板31の低屈折率部分と空気とをクラッドとして光導波路が形成される。光導波路を形成する方法としては、低屈折率層で挟み込む構造でもよいし、空気に複合コア13が露出されたエアーブリッジ構造でもよい。
An optical waveguide is formed using the low refractive index portion of the
複合コア13に前述のフォトニック結晶配列構造を形成することで、スラブ型2次元フォトニック結晶を形成することができる。
By forming the above-described photonic crystal array structure in the
この複合コア13は薄膜層11の屈折率よりも大きな等価屈折率を有するために、光は複合コア13内に強く閉じ込められるので、前述のような低屈折率媒質によるライトラインの影響から生じる低屈折率媒質方向への光の漏れがなくなるか、もしくは少なくなる。
Since the
この構造は以下のようにして実現できる。例えば、電子回路に用いられる、屈折率1.45のSiO2上に形成された波長以下の厚みのSi薄膜をもつSOI(Silicon on insulator)基板を用い、最上部の100nm程度のSi層に電気光学材料の薄膜を接合する。電気光学材料の薄膜は、例えば、ニオブ酸リチウムなどの電気光学材料の基板に、プロトンやヘリウムイオンなどの陽イオンを、イオン注入装置で打ち込んだ基板を加熱することで、イオン打ち込み部分から電気光学材料薄膜層が分離させることで、形成できる。薄膜層の厚さはイオン注入エネルギーを調整することで、数100nmの膜厚を実現できる。これを利用すると、イオン注入された電気光学材料基板とSOI基板を接合し、その基板を加熱することで、イオン注入された部分で電気光学材料は分離され、Si層上に電気光学材料の薄膜層が形成される。この薄膜層は500nm以下の薄膜層である。そして、電気光学材料薄膜層の面と低屈折率媒質層とを接合し、SOI基板のシリコン層を研磨とウェットエッチングにより除去、さらにSiO2層をウェットエッチングにより除去する。接合には真空中で接合する常温接合やプラズマ活性化接合、ウェハ融着技術などを用いることが可能である。その後、リソグラフィーとエッチングにより2次元フォトニック結晶配列を形成することで、構造を実現することができる。最後のSiO2層は除去する必要はなく、除去しない場合には後述の保護層71になる。接合は、加熱接合や超高真空装置を用いた常温接合などの方法で実現できる。低屈折率媒質としてはSiO2やガラスなどを用いることができる。電気光学材料として、例えばニオブ酸リチウムを用いた場合であれば、熱膨張係数がほとんど同じであるSiO2層との接合により、接合後の薄膜の加熱分離において、熱膨張による層分離がおきにくい。
This structure can be realized as follows. For example, an SOI (Silicon on insulator) substrate having an Si thin film with a thickness equal to or less than a wavelength formed on SiO 2 having a refractive index of 1.45, which is used in an electronic circuit, is electrically connected to an uppermost Si layer of about 100 nm Bond thin films of optical material. The electro-optic material thin film is formed by, for example, heating the substrate in which cations such as protons and helium ions are implanted into the substrate of the electro-optic material such as lithium niobate by an ion implantation apparatus. It can be formed by separating the material thin film layer. The thickness of the thin film layer can be adjusted to several hundred nm by adjusting the ion implantation energy. By utilizing this, the electro-optic material substrate is bonded to the SOI substrate, and the substrate is heated so that the electro-optic material is separated at the ion-implanted portion, and the electro-optic material thin film is formed on the Si layer. A layer is formed. This thin film layer is a thin film layer of 500 nm or less. Then, the surface of the electro-optic material thin film layer and the low refractive index medium layer are joined, the silicon layer of the SOI substrate is removed by polishing and wet etching, and the SiO 2 layer is removed by wet etching. For the bonding, it is possible to use room temperature bonding, plasma activation bonding, wafer fusion technique, or the like that is bonded in vacuum. Thereafter, the structure can be realized by forming a two-dimensional photonic crystal array by lithography and etching. The last SiO 2 layer does not need to be removed, and if not removed, it becomes a
別の実施の形態について説明する。 Another embodiment will be described.
図8は、本実施の形態の光制御素子1を模式的に示した縦断面図である。図6、図7の実施の形態と同一の部材などには同一の符号を用い、詳細な説明は省略する。
FIG. 8 is a longitudinal sectional view schematically showing the
図8において、光制御素子1は、複合コア13は、電気光学材料による薄膜層11に、それよりも高い屈折率を持つ薄膜層12が挟まれて積層された構造である。
In FIG. 8, the
このような構造により、複合コア13内の屈折率分布がコア中心から対称な形状になるので、光導波路としてより安定した動作が期待できる。
With such a structure, the refractive index distribution in the
光パワーは高屈折率薄膜層に集中するが、高屈折率層が100nm程度の極めて薄い層であれば、コア内を伝搬する光モードは電気光学薄膜層へ広がりながら伝搬するため、電気光学材料または非線形光学材料の特性を伝搬光は受けることができる。 The optical power is concentrated in the high refractive index thin film layer. However, if the high refractive index layer is an extremely thin layer of about 100 nm, the optical mode propagating in the core propagates while spreading to the electro optical thin film layer. Alternatively, the propagating light can receive the characteristics of the nonlinear optical material.
また、図9に示すように、複合コア13は、薄膜層12に薄膜層11が挟まれて積層された構造としてもよい。
Further, as shown in FIG. 9, the
このような構造により、複合コア13内の屈折率分布がコア中心から対称な形状になるので、光導波路としてより安定した動作が期待できる。
With such a structure, the refractive index distribution in the
図8の構造と比較して、図9の構造では、光パワーの集中した部分に電気光学材料の薄膜層11が存在するために、電気光学材料または非線形光学材料の特性を伝搬光が十分に受けることができる。
Compared with the structure of FIG. 8, in the structure of FIG. 9, since the
別の実施の形態について説明する。 Another embodiment will be described.
図9は、本実施の形態の光制御素子1を模式的に示した縦断面図である。図6、図7の実施の形態と同一の部材などには同一の符号を用い、詳細な説明は省略する。
FIG. 9 is a longitudinal sectional view schematically showing the
図9の光制御素子1は、電気光学材料または非線形光学材料から形成される薄膜層11と、薄膜層11よりも高い屈折率をもつ薄膜層12、41とが、複合コア13を形成している。薄膜層12の屈折率よりも薄膜層41(第3の層)の屈折率が高い。そして、薄膜層11よりも低い屈折率を持つ基板上31に、薄膜層41,11,12の順で平面的に近接配置もしくは平面的に接触して構成されている。
The
このような構造であれば、複合コア13を構成する薄膜に三種類の材料を使うことができ、複合コア13の等価屈折率も薄膜層11よりも大きな値を取ることができる。
With such a structure, three types of materials can be used for the thin film constituting the
このように複合コア13に3種類の材料を用いることができれば、GaAs系やInP系などの半導体発光材料を用いることが可能となる。また、電気光学効果と非線形効果のどちらかが大きい材料を同時に光導波路のコアとしても用いることができる。このときに、Siなどの屈折率が高い媒質を用いることで、複合コア13の屈折率を向上させることができる。
If three types of materials can be used for the
また、図10に示すような薄膜層の配置であれば、電気光学材料が複合コア13の中央に存在するために、導波光の光パワーが集中しているので、電気光学効果などの特性による影響を大きくすることができる。
Further, in the arrangement of the thin film layer as shown in FIG. 10, since the optical power of the guided light is concentrated because the electro-optic material exists in the center of the
また、この配置であると、薄膜層12が最表面であるので、薄膜層12への光照射などが可能となり、薄膜層12を半導体発光材料としたときにも効果がある。
Also, with this arrangement, since the
また、次のように構成してもよい。すなわち、図11に示すように、基板上31に、図10の例とは異なり、薄膜層12,11,41の順で各薄膜層を平面的に近接配置もしくは平面的に接触して構成する。
Moreover, you may comprise as follows. That is, as shown in FIG. 11, unlike the example of FIG. 10, the thin film layers 12, 11, 41 are arranged on the
図11に示すような薄膜層の配置であれば、電気光学材料が複合コア13の中央に存在するために、導波光の光パワーが集中しているので、電気光学効果などの特性による影響を大きくすることができる。また、この配置であると、薄膜層12への光パワー分布も図7と比較して大きくなるので、薄膜層12を半導体発光材料としたときにも効果がある。
With the arrangement of the thin film layer as shown in FIG. 11, since the electro-optic material is present at the center of the
さらに、次のように構成してもよい。すなわち、図12に示すように、基板上31に、図10、図11の例とは異なり、薄膜層12,41,11の順で各薄膜層を平面的に近接配置もしくは平面的に接触して構成する。
Furthermore, you may comprise as follows. That is, as shown in FIG. 12, unlike the example of FIG. 10 and FIG. 11, the thin film layers 12, 41, and 11 are arranged in close proximity to each other or in plane contact with the
図12に示すような薄膜層の配置であれば、最も高い屈折率を持つ薄膜層41が複合コア13の中央に存在するために、導波光のモード形状をシンプルな形に保つことができ、安定した導波光の伝搬が可能となる。
With the arrangement of the thin film layer as shown in FIG. 12, since the
また、薄膜層41を十分に薄くすることで、光パワーを薄膜層12に分配しながら光伝搬させることが可能となるので、電気光学効果等の光特性変化を起こさせることができる。
In addition, by making the
別の実施の形態について説明する。 Another embodiment will be described.
図13(a)は、本実施の形態の光制御素子1を模式的に示した縦断面図である。図9の実施の形態と同一の部材などには同一の符号を用い、詳細な説明は省略する。
FIG. 13A is a longitudinal sectional view schematically showing the
図13の構成では、複合コアとして電気光学材料による薄膜層11が、屈折率が徐々に変化する多層膜から形成される屈折率変化層51(第4の層)に挟まれ、複合コア13を形成する構造である。屈折率変化層14には、誘電体多層膜、半導体多層膜、有機膜などを用いることができる。
In the configuration of FIG. 13, a
図13では、屈折率がコア中央に向かって徐々に屈折率が高くなる構造であり、複合コア13としての等価屈折率が薄膜層11よりも大きくなるような屈折率分布をしている。
この構造により光パワーは安定して複合コア内に分布することになる。
In FIG. 13, the refractive index gradually increases toward the center of the core, and the refractive index distribution is such that the equivalent refractive index as the
With this structure, the optical power is stably distributed in the composite core.
前述の各実施の形態において、複合コアを形成する各薄膜層11,12,41,51の層間に、当該薄膜層11,12,41,51同士の直接接合を防止するバッファ層61を挟み込むようにしてもよい。
In each of the above-described embodiments, the
これは、例えば、異なる材料基板上にSiO2などをスパッタリングにより100nm以下の厚みに製膜し、製膜した部分同士を接合することで、複合コア13を形成する。この場合、膜厚を50nm以下にすることで、バッファ層に低屈折率材料を用いても透過屈折率を低下させずに、複合コアを形成できる。
For example, the
また、前述の各実施の形態において、複合コア13の上部、すなわち、複合コア13の基板31に設けられた側とは反対側の面に複合コア13を保護する保護層71を設けてもよい。保護層71の材料には、複合コア13が配置されている基板31の屈折率と同一屈折率を材料が好ましい。より好ましくは、材料自体も基板31と同一とするのが良い。
In each of the above-described embodiments, a
フォトニック結晶配列構造は、この保護層71を含むクラッド層をも含めて形成した構成でもかまわず、むしろこのような構成であれば、クラッド部分の等価屈折率も同時に低下するので、ライトラインによる影響も緩和できる。
The photonic crystal arrangement structure may be a structure formed including the clad layer including the
さらに、前述の各実施の形態において、複合コア13の全体にフォトニック結晶配列構造(円孔21など)を形成する必要はなく、複合コア13を形成する一部の薄膜層にだけ、フォトニック結晶配列を形成し、他の薄膜層には形成しないようにしてもよい。
Further, in each of the above-described embodiments, it is not necessary to form a photonic crystal array structure (
これにより、円孔21もしくはピラー構造を形成したときに生じる屈折率の低下を抑えることが可能となる。
As a result, it is possible to suppress a decrease in refractive index that occurs when the
また、屈折率分布を図13(b)に示す。屈折率変化層51の最小屈折率がクラッド31の屈折率よりも高ければ、薄膜層11の屈折率は最大屈折率と比較して大きい場合、等しい場合、小さい場合のいずれの場合でも良い。
薄膜層11の屈折率が低くても屈折率変化層51の最大屈折率が十分に大きければ、等価屈折率としてのコアの屈折率は大きくなるので、光をより強く閉じ込めることが可能となる。
The refractive index distribution is shown in FIG. As long as the minimum refractive index of the refractive
Even if the refractive index of the
1 光制御素子
11 第1の層
12 第2の層
21 フォトニック結晶配列構造(円孔)
31 基板
41 第3の層
51 第4の層
61 バッファ層
71 保護層
DESCRIPTION OF
31
Claims (10)
電気光学材料又は非線形光学材料を有する第1の層と、
前記第1の層より光屈折率が高い第2の層と、
を備え、
前記第1の層と前記第2の層とが前記コアとなる複合コアを形成し、
前記複合コアには、当該複合コアの屈折率よりも低い屈折率を有する円孔形状又は多角形形状の孔が周期的に配列されたフォトニック結晶配列構造が形成され、当該フォトニック結晶配列構造中に線欠陥構造を有することを特徴とする光制御素子。 In the light control element including the core and the clad forming the outer layer portion of the core,
A first layer comprising an electro-optic material or a non-linear optical material;
A second layer having a higher refractive index than the first layer;
With
The first layer and the second layer form a composite core to be the core,
The composite core is formed with a photonic crystal array structure in which circular holes or polygonal holes having a refractive index lower than the refractive index of the composite core are periodically arranged, and the photonic crystal array structure A light control element having a line defect structure therein.
前記第1の層よりも低い屈折率を持つ基板上に、前記第3の層、前記第1の層、及び前記第2の層が順次積層されている、
ことを特徴とする請求項1に記載の光制御素子。 A third layer having a higher refractive index than the first and second layers forms the composite core together with the first layer and the second layer;
The third layer, the first layer, and the second layer are sequentially stacked on a substrate having a lower refractive index than the first layer.
The light control element according to claim 1.
前記第1の層よりも低い屈折率を持つ基板上に、前記第2の層、前記第1の層、及び前記第3の層が順次積層されている、
ことを特徴とする請求項1に記載の光制御素子。 A third layer having a higher refractive index than the first and second layers forms the composite core together with the first layer and the second layer;
The second layer, the first layer, and the third layer are sequentially stacked on a substrate having a refractive index lower than that of the first layer.
The light control element according to claim 1.
前記第1の層よりも低い屈折率を持つ基板上に、前記第2の層、前記第3の層、及び前記第1の層が順次積層されている、
ことを特徴とする請求項1に記載の光制御素子。 A third layer having a higher refractive index than the first and second layers forms the composite core together with the first layer and the second layer;
The second layer, the third layer, and the first layer are sequentially stacked on a substrate having a refractive index lower than that of the first layer.
The light control element according to claim 1.
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