JP4931387B2 - Optical resonator - Google Patents

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Description

本発明は、光機能素子に関し、微弱な光を検出する光機能素子に関する。   The present invention relates to an optical functional element, and more particularly to an optical functional element that detects weak light.

従来、微弱な光を検出する方法としては、物質の光吸収によって、この物質中に生じた自由電子を加速及び増幅し、これを電流として検出する方法がある（例えば、非特許文献１参照。）。
Ｊｉｎ−Ｗｅｉ Ｓｈｉ ｅｔ ａｌ．“Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｓｅｐａｒａｔｅ−Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ−Ｔｒａｎｓｏｒｔ−Ｃｈａｒｇｅ−Ｍｕｌｔｉｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｔｒａｖｅｌｉｎｇ−Ｗａｖｅ Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒｓ” ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＬＩＧＨＴＷＡＶＥ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ，ＶＯＬ．２２，ＮＯ．６，ＪＵＮＥ ２００４ Conventionally, as a method of detecting weak light, there is a method of accelerating and amplifying free electrons generated in a substance by light absorption of the substance and detecting this as a current (see, for example, Non-Patent Document 1). ).
Jin-Wei et al. “Design and Analysis of Separation-Absorption-Transport-Charge-Multiplication Traveling-Wave Avalanche Photodetectors” JOURNAL OFLIGHTHAVELOW 22, NO. 6, JUNE 2004

しかし、上記従来の方法では、光吸収の量子効率や暗電流及び光増倍過程における過剰雑音により検出効率が制限されている。また、検出過程において、光を吸収してしまうため、検出した光をその後の処理に利用できないという本質的な問題があった。   However, in the conventional method, the detection efficiency is limited by the quantum efficiency of light absorption, dark current, and excessive noise in the photomultiplication process. Further, since light is absorbed in the detection process, there is an essential problem that the detected light cannot be used for subsequent processing.

更に、検出できる周波数範囲（波長範囲）は、光を吸収する物質本来の物理量によってある程度制限され、検出できる周波数範囲を自由に設定できないという問題があった。   Furthermore, the detectable frequency range (wavelength range) is limited to some extent by the original physical quantity of the substance that absorbs light, and there is a problem that the detectable frequency range cannot be set freely.

本発明は、上記の点に鑑みなされたものであり、検出効率が向上し、光吸収がなく、検出できる周波数範囲の設定の自由度を向上できる光機能素子を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide an optical functional element that improves detection efficiency, does not absorb light, and can improve the freedom of setting a detectable frequency range.

本発明は、高屈折率材料のスラブに格子状に低屈折材料の穴を配置した２次元フォトニック結晶に、前記穴の周期性を局所的に乱すことで構成され、λ１とλ２の２つの共鳴波長を有した光共振器を、前記スラブ表面と平行な平面で２乃至３個の複数のユニットに分割し、前記複数のユニット間にまたがって１つの光共振器が構成されるように配置し、
前記複数のユニット間にまたがって構成される光共振器に前記λ１またはλ２の共鳴波長の光を照射して閉じ込めることで前記複数のユニットのうちの１つのユニットを残りのユニットに対し空間的に変移させる輻射圧を発生させ、
前記１つのユニットの変移を検知する変移検知手段を有し、
前記変移検知手段で検知した変移量から前記共鳴波長の光を検知する光機能素子であって、
前記輻射圧は、前記複数のユニットが同位相で光が閉じ込められる共鳴モードの共鳴波長λ１の光を照射した場合は引力であり、前記複数のユニットが逆位相で光が閉じ込められる共鳴モードの共鳴波長λ２の光を照射した場合は斥力であり、
前記変移検知手段は、前記分割した１つのユニットの残りのユニットに対する前記分割した平面と垂直の方向の変移を検知することにより、検出効率が向上し、光吸収がなく、検出できる周波数範囲の設定の自由度を向上できる。 The present invention comprises a two-dimensional photonic crystal in which holes of a low refractive material are arranged in a lattice pattern on a slab of a high refractive index material, by locally disturbing the periodicity of the holes , and two λ1 and λ2 an optical resonator having a resonance wavelength, divided into 2 or 3 pieces of the plurality of units in the slab surface and parallel to the plane, so that one optical resonator across between said plurality of units is configured Place and
Spatially for the remaining unit one unit of the plurality of units by confining by irradiating light of resonance wavelength of the λ1 or λ2 in optical resonator constituted across between said plurality of units To generate the radiation pressure to change,
A transition detecting means for detecting a transition of the one unit ;
An optical functional element that detects light of the resonance wavelength from a shift amount detected by the shift detection means ,
The radiation pressure is an attractive force when the light of the resonance mode λ1 of the resonance mode in which the plurality of units are confined in the same phase, and the resonance in the resonance mode in which the light is confined in the opposite phase. When light of wavelength λ2 is irradiated, it is repulsive,
The transition detection means detects a transition in a direction perpendicular to the divided plane with respect to the remaining units of the one divided unit, thereby improving detection efficiency and setting a frequency range that can be detected without light absorption. Can be improved.

また、本発明は、高屈折率材料のスラブに格子状に低屈折材料の穴を配置した２次元フォトニック結晶に、前記穴の周期性を局所的に乱すことで構成され、λ１とλ２の２つの共鳴波長を有した光共振器を、前記スラブ表面と垂直で前記光共振器を通る平面で２個のユニットに分割し、前記２個のユニット間にまたがって１つの光共振器が構成されるように配置し、
前記２個のユニット間にまたがって構成される光共振器に前記λ１またはλ２の共鳴波長の光を照射して閉じ込めることで前記２個のユニットのうちの１つのユニットを残りのユニットに対し空間的に変移させる輻射圧を発生させ、
前記１つのユニットの変移を検知する変移検知手段を有し、
前記変移検知手段で検知した変移量から前記共鳴波長の光を検知する光機能素子であって、
前記輻射圧は、前記２個のユニットが同位相で光が閉じ込められる共鳴モードの共鳴波長λ１の光を照射した場合は引力であり、前記２個のユニットが逆位相で光が閉じ込められる共鳴モードの共鳴波長λ２の光を照射した場合は斥力であり、
前記変移検知手段は、前記分割した１つのユニットの残りのユニットに対する前記分割した平面と垂直の方向の変移を検知することにより、検出効率が向上し、光吸収がなく、検出できる周波数範囲の設定の自由度を向上できる。 Further, the present invention is configured by locally disturbing the periodicity of the holes in a two-dimensional photonic crystal in which holes of a low refractive material are arranged in a lattice pattern on a slab of a high refractive index material , and λ1 and λ2 An optical resonator having two resonance wavelengths is divided into two units in a plane perpendicular to the slab surface and passing through the optical resonator, and one optical resonator is provided between the two units. Arranged to be composed,
The optical resonator formed between the two units is confined by irradiating light with the resonance wavelength of λ1 or λ2 to confine one of the two units with respect to the remaining units. Generating a radiation pressure that changes
A transition detecting means for detecting a transition of the one unit ;
An optical functional element that detects light of the resonance wavelength from a shift amount detected by the shift detection means ,
The radiation pressure is an attractive force when the two units emit light having a resonance wavelength λ1 in a resonance mode in which light is confined in the same phase, and a resonance mode in which the two units are confined in opposite phases. Is a repulsive force when irradiated with light having a resonance wavelength λ2.
The transition detection means detects a transition in a direction perpendicular to the divided plane with respect to the remaining units of the one divided unit, thereby improving detection efficiency and setting a frequency range that can be detected without light absorption. Can be improved.

また、前記光機能素子において、
前記２次元フォトニック結晶のスラブをスラブ表面と平行な平面で分割した複数のユニットのいずれかは前記光共振器構造を持たないことができる。
In the optical functional element,
Any of a plurality of units obtained by dividing the slab of the two-dimensional photonic crystal by a plane parallel to the slab surface may not have the optical resonator structure.

本発明によれば、検出効率が向上し、光吸収がなく、検出できる周波数範囲の設定の自由度を向上することができる。   According to the present invention, the detection efficiency is improved, there is no light absorption, and the degree of freedom in setting a detectable frequency range can be improved.

以下、図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

＜第１実施形態＞
図１（Ａ），（Ｂ）は、本発明の光機能素子の第１実施形態の平面図及び側面図を示す。図１（Ａ）の平面図において、三角格子空気穴２次元フォトニック結晶１０は、エアブリッジ構造の高屈折率材料であるシリコンのスラブ１２に三角格子状に配置した空気穴１４を設けたものである。なお、空気孔１４は空気に限らず、スラブ１２の材料より低屈折率のガラスやポリマー等の材料で埋めても良く、以下、単に「空気孔」という。 <First Embodiment>
1A and 1B are a plan view and a side view of a first embodiment of an optical functional element of the present invention. In the plan view of FIG. 1A, a triangular lattice air hole two-dimensional photonic crystal 10 is provided with air holes 14 arranged in a triangular lattice shape in a silicon slab 12 which is a high refractive index material having an air bridge structure. It is. The air holes 14 are not limited to air, and may be filled with a material such as glass or polymer having a lower refractive index than the material of the slab 12, and hereinafter simply referred to as “air holes”.

フォトニック結晶１０は屈折率が周期的に変調された構造を指し、これを用いることにより非常に小型で閉じ込めの強い、即ちＱ（Ｑｕａｌｉｔｙ Ｆａｃｔｏｒ）の高い光共振器を実現することができる。   The photonic crystal 10 indicates a structure in which the refractive index is periodically modulated. By using this, an optical resonator having a very small size and strong confinement, that is, a high Q (Quality Factor) can be realized.

光共振器１６は、Ｘ軸方向に延在する５点欠陥（５つの空気穴の欠損）のＸ軸方向の両端に隣接する空気穴を５点欠陥から離すようにＸ軸方向に幅寄せするとともに、径を小さくして形成されている。光共振器１６は例えば２つの共鳴モード（共鳴波長λ１，λ２）を有しており、共鳴波長λ１，λ２に合致した入力光を図１（Ａ）に示す光共振器１６部分にスラブ１２に対し垂直方向（Ｚ軸方向）から照射すると、共鳴波長の入力光は光共振器１６内に蓄積される。なお、光共振器１６は少なくとも共鳴波長λ１の共鳴モードを持っていればよい。   The optical resonator 16 widens the air holes adjacent to both ends in the X-axis direction of the five-point defect (deletion of five air holes) extending in the X-axis direction so as to be separated from the five-point defect. At the same time, the diameter is reduced. The optical resonator 16 has, for example, two resonance modes (resonance wavelengths λ1 and λ2), and input light that matches the resonance wavelengths λ1 and λ2 is transferred to the slab 12 in the optical resonator 16 portion shown in FIG. On the other hand, when irradiated from the vertical direction (Z-axis direction), the input light having the resonance wavelength is accumulated in the optical resonator 16. The optical resonator 16 only needs to have at least a resonance mode having a resonance wavelength λ1.

図１（Ｂ）の側面図に示すように、フォトニック結晶１０は、Ｚ軸上でスラブ１２の略中央位置においてＺ軸と直交する平面（ＸＹ平面）で切断され、第１ユニット１０ａと第２ユニット１０ｂに２分割されている。なお、光共振器１６は第１ユニット１０ａと第２ユニット１０ｂにまたがって構成されている。   As shown in the side view of FIG. 1B, the photonic crystal 10 is cut along a plane (XY plane) orthogonal to the Z axis at the approximate center position of the slab 12 on the Z axis. It is divided into two units 10b. The optical resonator 16 is configured across the first unit 10a and the second unit 10b.

第２ユニット１０ｂは図示しない基台部に固定されている。第１ユニット１０ａに対向して微少変移センサ１８が設置されている。図１（Ｂ）では、第１ユニット１０ａが第２ユニット１０ｂからＺ方向に離間した状態を示している。なお、微少変移センサ１８は出力レーザ光が光共振器１６に入射しない位置に設置されている。   The second unit 10b is fixed to a base portion (not shown). A micro transition sensor 18 is installed facing the first unit 10a. FIG. 1B shows a state in which the first unit 10a is separated from the second unit 10b in the Z direction. The minute change sensor 18 is installed at a position where the output laser beam does not enter the optical resonator 16.

本実施形態では、フォトニック結晶１０の格子定数は４００ｎｍ、空気穴１４の直径は２１０ｎｍ、第１ユニット１０ａと第２ユニット１０ｂそれぞれのスラブ厚は１００ｎｍとする。   In the present embodiment, the lattice constant of the photonic crystal 10 is 400 nm, the diameter of the air hole 14 is 210 nm, and the slab thickness of each of the first unit 10a and the second unit 10b is 100 nm.

第１ユニット１０ａと第２ユニット１０ｂがＺ方向に離間した距離Ｌ＝９０ｎｍの場合、光共振器１６のＱ値は約１５００００である。このため、光共振器１６に閉じ込められた共鳴波長λ１，λ２の光は、光共振器１６内部で強い電磁場強度を持ち、接近して存在する第１ユニット１０ａと第２ユニット１０ｂに対する輻射圧は大きくなり、第１ユニット１０ａは第２ユニット１０ｂに対し空間的変移を生じる。ここでは、距離Ｌ＝９０ｎｍから距離Ｌ＝０ｎｍに変化した場合、Ｑ値は１５００００から１８００００へと高い値を維持したまま変化する。   When the distance L = 90 nm in which the first unit 10a and the second unit 10b are separated in the Z direction, the Q value of the optical resonator 16 is about 150,000. For this reason, the light of the resonance wavelengths λ1 and λ2 confined in the optical resonator 16 has a strong electromagnetic field strength inside the optical resonator 16, and the radiation pressure on the first unit 10a and the second unit 10b existing close to each other is Increasing in size, the first unit 10a causes a spatial shift with respect to the second unit 10b. Here, when the distance L changes from 90 nm to the distance L = 0 nm, the Q value changes from 150,000 to 180000 while maintaining a high value.

ここで、輻射圧から第１ユニット１０ａと第２ユニット１０ｂが受ける力の方向は、光共振器１６の共鳴モードに依存して引力または斥力となる。第１ユニット１０ａと第２ユニット１０ｂの光共振器１６に同位相で光が閉じ込められる第１の共鳴モード（共鳴波長λ１）では、輻射圧は引力となる。   Here, the direction of the force received by the first unit 10 a and the second unit 10 b from the radiation pressure is an attractive force or a repulsive force depending on the resonance mode of the optical resonator 16. In the first resonance mode (resonance wavelength λ1) in which light is confined in the same phase in the optical resonators 16 of the first unit 10a and the second unit 10b, the radiation pressure is attractive.

図１（Ｂ）に示すように距離Ｌ＝９０ｎｍの状態で、光共振器１６部分にスラブ１２に対し垂直方向（Ｚ軸方向）から共鳴波長λ１の光を照射すると、この光は共振器１６に閉じ込められ、第１ユニット１０ａは照射された共鳴波長λ１の光の光強度に応じて第２ユニット１０ｂに近接する向きに最大９０ｎｍ変移する。   As shown in FIG. 1B, when the optical resonator 16 is irradiated with light having a resonance wavelength λ1 from the direction perpendicular to the slab 12 (Z-axis direction) in a state where the distance L is 90 nm, this light is emitted from the resonator 16. The first unit 10a shifts up to 90 nm in the direction approaching the second unit 10b according to the light intensity of the irradiated light having the resonance wavelength λ1.

微少変移センサ１８は、レーザ光を第１ユニット１０ａに照射し、第１ユニット１０ａからの反射光と照射光の干渉パターンを観測することで第１ユニット１０ａの変移量を検知する。この第１ユニット１０ａの変移量は共鳴波長λ１の光の光強度が大なるほど大きくなり、変移量から共鳴波長λ１の光及び光強度を検知することができる。   The minute change sensor 18 irradiates the first unit 10a with laser light, and detects the amount of change of the first unit 10a by observing the interference pattern between the reflected light and the irradiated light from the first unit 10a. The amount of change of the first unit 10a increases as the light intensity of the light having the resonance wavelength λ1 increases, and the light and light intensity of the resonance wavelength λ1 can be detected from the amount of change.

＜第２実施形態＞
図２（Ａ），（Ｂ）は、本発明の光機能素子の第２実施形態の平面図及び側面図を示す。同図中、図１と同一部分には同一符号を付す。図２（Ａ）の平面図において、三角格子空気穴２次元フォトニック結晶１０は、エアブリッジ構造の高屈折率材料であるシリコンのスラブ１２に三角格子状に配置した空気穴１４を設けたものである。 <Second Embodiment>
2A and 2B show a plan view and a side view of a second embodiment of the optical functional element of the present invention. In the figure, the same parts as those in FIG. In the plan view of FIG. 2A, the triangular lattice air hole two-dimensional photonic crystal 10 is provided with air holes 14 arranged in a triangular lattice shape in a silicon slab 12 that is a high refractive index material of an air bridge structure. It is.

フォトニック結晶１０は屈折率が周期的に変調された構造を指し、これを用いることにより非常に小型で閉じ込めの強い、即ちＱ（Ｑｕａｌｉｔｙ Ｆａｃｔｏｒ）の高い光共振器を実現することができる。   The photonic crystal 10 indicates a structure in which the refractive index is periodically modulated. By using this, an optical resonator having a very small size and strong confinement, that is, a high Q (Quality Factor) can be realized.

光共振器１６は、Ｘ軸方向に延在する５点欠陥（５つの空気穴の欠損）のＸ軸方向の両端に隣接する空気穴を５点欠陥から離すようにＸ軸方向に幅寄せするとともに、径を小さくして構成されている。光共振器１６は例えば２つの共鳴モード（共鳴波長λ１，λ２）を有しており、共鳴波長λ１，λ２に合致した入力光を図２（Ａ）に示す光共振器１６部分にスラブ１２に対し垂直方向（Ｚ軸方向）から照射すると、共鳴波長の入力光は光共振器１６内に蓄積される。なお、光共振器１６は少なくとも共鳴波長λ２の共鳴モードを持っていればよい。   The optical resonator 16 widens the air holes adjacent to both ends in the X-axis direction of the five-point defect (deletion of five air holes) extending in the X-axis direction so as to be separated from the five-point defect. In addition, the diameter is reduced. The optical resonator 16 has, for example, two resonance modes (resonance wavelengths λ1 and λ2), and input light that matches the resonance wavelengths λ1 and λ2 is transferred to the slab 12 in the optical resonator 16 portion shown in FIG. On the other hand, when irradiated from the vertical direction (Z-axis direction), the input light having the resonance wavelength is accumulated in the optical resonator 16. The optical resonator 16 only needs to have at least a resonance mode having a resonance wavelength λ2.

図２（Ｂ）の側面図に示すように、フォトニック結晶１０は、Ｚ軸上でスラブ１２の略中央位置においてＺ軸と直交する平面（ＸＹ平面）で切断され、第１ユニット１０ａと第２ユニット１０ｂに２分割されている。なお、光共振器１６は第１ユニット１０ａと第２ユニット１０ｂにまたがって構成されている。   As shown in the side view of FIG. 2B, the photonic crystal 10 is cut along a plane (XY plane) orthogonal to the Z axis at the approximate center position of the slab 12 on the Z axis, It is divided into two units 10b. The optical resonator 16 is configured across the first unit 10a and the second unit 10b.

第２ユニット１０ｂは図示しない基台部に固定されている。第１ユニット１０ａに対向して微少変移センサ１８とレーザ光源２０が設置されている。図２（Ｂ）では、第１ユニット１０ａが第２ユニット１０ｂからＺ方向に離間した状態を示している。なお、微少変移センサ１８とレーザ光源２０は、それぞれの出力レーザ光が互いに干渉することなく、かつ、光共振器１６に入射しない位置に設置されている。   The second unit 10b is fixed to a base portion (not shown). A micro transition sensor 18 and a laser light source 20 are installed facing the first unit 10a. FIG. 2B shows a state in which the first unit 10a is separated from the second unit 10b in the Z direction. The minute transition sensor 18 and the laser light source 20 are installed at positions where the output laser beams do not interfere with each other and do not enter the optical resonator 16.

本実施形態では、フォトニック結晶１０の格子定数は４００ｎｍ、空気穴１４の直径は２１０ｎｍ、第１ユニット１０ａと第２ユニット１０ｂそれぞれのスラブ厚は１００ｎｍとする。   In the present embodiment, the lattice constant of the photonic crystal 10 is 400 nm, the diameter of the air hole 14 is 210 nm, and the slab thickness of each of the first unit 10a and the second unit 10b is 100 nm.

第１ユニット１０ａと第２ユニット１０ｂのＺ方向離間した距離Ｌ＝９０ｎｍの場合、光共振器１６のＱ値は約１５００００である。このため、光共振器１６に閉じ込められた共鳴波長λ１，λ２の光は、光共振器１６内部で強い電磁場強度を持ち、接近して存在する第１ユニット１０ａと第２ユニット１０ｂに対する輻射圧は大きくなり、第１ユニット１０ａは第２ユニット１０ｂに対し空間的変移を生じる。ここでは、距離Ｌ＝９０ｎｍから距離Ｌ＝０ｎｍに変化した場合、Ｑ値は１５００００から１８００００へと高い値を維持したまま変化する。   When the distance L between the first unit 10a and the second unit 10b is 90 nm, the Q value of the optical resonator 16 is about 150,000. For this reason, the light of the resonance wavelengths λ1 and λ2 confined in the optical resonator 16 has a strong electromagnetic field strength inside the optical resonator 16, and the radiation pressure on the first unit 10a and the second unit 10b existing close to each other is Increasing in size, the first unit 10a causes a spatial shift with respect to the second unit 10b. Here, when the distance L changes from 90 nm to the distance L = 0 nm, the Q value changes from 150,000 to 180000 while maintaining a high value.

ここで、輻射圧から第１ユニット１０ａと第２ユニット１０ｂが受ける力の方向は、光共振器１６の共鳴モードに依存して引力または斥力となる。第１ユニット１０ａと第２ユニット１０ｂの光共振器１６に逆位相で光が閉じ込められる第２の共鳴モード（共鳴波長λ２）では、輻射圧は斥力となる。   Here, the direction of the force received by the first unit 10 a and the second unit 10 b from the radiation pressure is an attractive force or a repulsive force depending on the resonance mode of the optical resonator 16. In the second resonance mode (resonance wavelength λ2) in which light is confined in the opposite phase in the optical resonators 16 of the first unit 10a and the second unit 10b, the radiation pressure is repulsive.

距離Ｌ＝０ｎｍの状態で、光共振器１６部分にスラブ１２に対し垂直方向（Ｚ軸方向）から共鳴波長λ２の光を照射すると、この光は共振器１６に閉じ込められ、第１ユニット１０ａは照射された共鳴波長λ２の光の光強度に応じて第２ユニット１０ｂから離間する向きに変移する。このとき、レーザ光源２０から第１ユニット１０ａに照射して第１ユニット１０ａに輻射圧をかけ、このレーザ光を例えば０から順次増大させつつ、微少変移センサ１８で第１ユニット１０ａが静止した状態であるかどうかを検知する。微少変移センサ１８は、レーザ光を第１ユニット１０ａに照射し、第１ユニット１０ａからの反射光と照射光の干渉パターンを観測することで第１ユニット１０ａの変移量を検知する。   When the optical resonator 16 is irradiated with light having a resonance wavelength λ2 from the direction perpendicular to the slab 12 (Z-axis direction) in a state where the distance L = 0 nm, this light is confined in the resonator 16 and the first unit 10a The direction is shifted away from the second unit 10b according to the light intensity of the irradiated light having the resonance wavelength λ2. At this time, the first unit 10a is irradiated from the laser light source 20 to apply a radiation pressure to the first unit 10a, and the first unit 10a is stationary by the minute change sensor 18 while increasing the laser light sequentially from 0, for example. Detect whether or not. The minute change sensor 18 irradiates the first unit 10a with laser light, and detects the amount of change of the first unit 10a by observing the interference pattern between the reflected light and the irradiated light from the first unit 10a.

レーザ光源２０の出力するレーザ光により第１ユニット１０ａが受ける輻射圧と、光共振器１６に共鳴波長λ２の光が閉じ込められて発生する斥力が釣り合うと第１ユニット１０は静止し、微少変移センサ１８で第１ユニット１０の静止を検知した時点におけるレーザ光源２０の出力レーザ光の光強度から共鳴波長λ２の光及び光強度を検知することができる。   When the radiation pressure received by the first unit 10a by the laser light output from the laser light source 20 and the repulsive force generated by confining the light having the resonance wavelength λ2 in the optical resonator 16 are balanced, the first unit 10 is stationary, and the minute change sensor. The light of the resonance wavelength λ 2 and the light intensity can be detected from the light intensity of the output laser light of the laser light source 20 at the time when the stationary state of the first unit 10 is detected at 18.

＜第３実施形態＞
図３（Ａ），（Ｂ）は、本発明の光機能素子の第３実施形態の平面図及び側面図を示す。同図中、図１と同一部分には同一符号を付す。図３（Ａ）の平面図において、三角格子空気穴２次元フォトニック結晶１０は、エアブリッジ構造の高屈折率材料であるシリコンのスラブ１２に三角格子状に配置した空気穴１４を設けたものである。 <Third Embodiment>
3A and 3B show a plan view and a side view of a third embodiment of the optical functional device of the present invention. In the figure, the same parts as those in FIG. In the plan view of FIG. 3A, the triangular lattice air hole two-dimensional photonic crystal 10 is provided with air holes 14 arranged in a triangular lattice shape in a silicon slab 12 which is a high refractive index material having an air bridge structure. It is.

フォトニック結晶１０は屈折率が周期的に変調された構造を指し、これを用いることにより非常に小型で閉じ込めの強い、即ちＱ（Ｑｕａｌｉｔｙ Ｆａｃｔｏｒ）の高い光共振器を実現することができる。   The photonic crystal 10 indicates a structure in which the refractive index is periodically modulated. By using this, an optical resonator having a very small size and strong confinement, that is, a high Q (Quality Factor) can be realized.

光共振器１６は、Ｘ軸方向に延在する５点欠陥（５つの空気穴の欠損）のＸ軸方向の両端に隣接する空気穴を５点欠陥から離すようにＸ軸方向に幅寄せするとともに、径を小さくして構成されている。光共振器１６は例えば２つの共鳴モード（共鳴波長λ１，λ２）を有しており、共鳴波長λ１，λ２に合致した入力光を図３（Ａ）に示す光共振器１６部分にスラブ１２に対し垂直方向（Ｚ軸方向）から照射すると、共鳴波長の入力光は光共振器１６内に蓄積される。なお、光共振器１６は少なくとも共鳴波長λ１の共鳴モードを持っていればよい。   The optical resonator 16 widens the air holes adjacent to both ends in the X-axis direction of the five-point defect (deletion of five air holes) extending in the X-axis direction so as to be separated from the five-point defect. In addition, the diameter is reduced. The optical resonator 16 has, for example, two resonance modes (resonance wavelengths λ1 and λ2), and input light that matches the resonance wavelengths λ1 and λ2 is transferred to the slab 12 in the optical resonator 16 portion shown in FIG. On the other hand, when irradiated from the vertical direction (Z-axis direction), the input light having the resonance wavelength is accumulated in the optical resonator 16. The optical resonator 16 only needs to have at least a resonance mode having a resonance wavelength λ1.

図３（Ｂ）の側面図に示すように、フォトニック結晶１０は、Ｚ軸と直交する平面（ＸＹ平面）で切断され、第１ユニット１０ｃと第２ユニット１０ｄと第３ユニット１０ｅに３分割されている。なお、光共振器１６は第１ユニット１０ｃと第２ユニット１０ｄと第３ユニット１０ｅにまたがって構成されている。   As shown in the side view of FIG. 3B, the photonic crystal 10 is cut along a plane (XY plane) orthogonal to the Z axis, and is divided into a first unit 10c, a second unit 10d, and a third unit 10e. Has been. In addition, the optical resonator 16 is comprised ranging over the 1st unit 10c, the 2nd unit 10d, and the 3rd unit 10e.

第３ユニット１０ｅは図示しない基台部に固定されている。第１ユニット１０ｃに対向して微少変移センサ１８が設置されている。図３（Ｂ）では、第１ユニット１０ｃ、第２ユニット１０ｄ、第３ユニット１０ｅが互いにＺ方向に離間した状態を示している。なお、微少変移センサ１８は出力レーザ光が光共振器１６に入射しない位置に設置されている。   The third unit 10e is fixed to a base portion (not shown). A micro transition sensor 18 is installed facing the first unit 10c. FIG. 3B shows a state in which the first unit 10c, the second unit 10d, and the third unit 10e are separated from each other in the Z direction. The minute change sensor 18 is installed at a position where the output laser beam does not enter the optical resonator 16.

本実施形態では、フォトニック結晶１０の格子定数は４００ｎｍ、空気穴１４の直径は２１０ｎｍ、第１ユニット１０ｃと第３ユニット１０ｅそれぞれのスラブ厚は８０ｎｍ、第２ユニット１０ｄのスラブ厚は４０ｎｍとする。   In this embodiment, the lattice constant of the photonic crystal 10 is 400 nm, the diameter of the air hole 14 is 210 nm, the slab thickness of each of the first unit 10c and the third unit 10e is 80 nm, and the slab thickness of the second unit 10d is 40 nm. .

光共振器１６に閉じ込められた共鳴波長λ１，λ２の光は、光共振器１６内部で強い電磁場強度を持ち、接近して存在する第１〜第３ユニット１０ｃ〜１０ｅに対する輻射圧は大きくなり、第１ユニット１０ｃは第３ユニット１０ｅに対し空間的変移を生じ、Ｑ値は１５００００から１８００００へと高い値を維持したまま変化する。   The light having the resonance wavelengths λ1 and λ2 confined in the optical resonator 16 has a strong electromagnetic field strength inside the optical resonator 16, and the radiation pressure with respect to the first to third units 10c to 10e existing close to each other increases. The first unit 10c causes a spatial shift with respect to the third unit 10e, and the Q value changes from 150,000 to 180000 while maintaining a high value.

ここで、輻射圧から第１〜第３ユニット１０ｃ〜１０ｅが受ける力の方向は、光共振器１６の共鳴モードに依存して引力または斥力となる。第１〜第３ユニット１０ｃ〜１０ｅの光共振器１６に同位相で光が閉じ込められる第１の共鳴モード（共鳴波長λ１）では、輻射圧は引力となる。   Here, the direction of the force received by the first to third units 10 c to 10 e from the radiation pressure is an attractive force or a repulsive force depending on the resonance mode of the optical resonator 16. In the first resonance mode (resonance wavelength λ1) where light is confined in the same phase in the optical resonators 16 of the first to third units 10c to 10e, the radiation pressure is attractive.

図３（Ｂ）に示すように第１〜第３ユニット１０ｃ〜１０ｅを互いに離間した状態で、光共振器１６部分にスラブ１２に対し垂直方向（Ｚ軸方向）から共鳴波長λ１の光を照射すると、この光は共振器１６に閉じ込められ、第１，第２ユニット１０ｃ，１０ｄは照射された共鳴波長λ１の光の光強度に応じて第３ユニット１０ｅに近接する向きに変移する。   As shown in FIG. 3B, with the first to third units 10c to 10e being separated from each other, the optical resonator 16 is irradiated with light having the resonance wavelength λ1 from the direction perpendicular to the slab 12 (Z-axis direction). Then, this light is confined in the resonator 16, and the first and second units 10 c and 10 d are shifted toward the third unit 10 e in accordance with the light intensity of the irradiated light having the resonance wavelength λ1.

微少変移センサ１８は、レーザ光を第１ユニット１０ｃに照射し、第１ユニット１０ｃからの反射光と照射光の干渉パターンを観測することで第１ユニット１０ｃの変移量を検知する。この第１ユニット１０ｃの変移量は共鳴波長λ１の光の光強度が大なるほど大きくなり、変移量から共鳴波長λ１の光及び光強度を検知することができる。   The minute change sensor 18 irradiates the first unit 10c with laser light, and detects the amount of change of the first unit 10c by observing the interference pattern between the reflected light and the irradiated light from the first unit 10c. The amount of change of the first unit 10c increases as the light intensity of the light having the resonance wavelength λ1 increases, and the light and light intensity of the resonance wavelength λ1 can be detected from the amount of change.

＜第４実施形態＞
図４（Ａ），（Ｂ）は、本発明の光機能素子の第４実施形態の平面図及び側面図を示す。同図中、図１と同一部分には同一符号を付す。図４（Ａ）の平面図において、三角格子空気穴２次元フォトニック結晶１０は、エアブリッジ構造の高屈折率材料であるシリコンのスラブ１２に三角格子状に配置した空気穴１４を設けたものである。 <Fourth embodiment>
4A and 4B show a plan view and a side view of a fourth embodiment of the optical functional element of the present invention. In the figure, the same parts as those in FIG. In the plan view of FIG. 4A, the triangular lattice air hole two-dimensional photonic crystal 10 is provided with air holes 14 arranged in a triangular lattice shape in a silicon slab 12 which is a high refractive index material having an air bridge structure. It is.

フォトニック結晶１０は屈折率が周期的に変調された構造を指し、これを用いることにより非常に小型で閉じ込めの強い、即ちＱ（Ｑｕａｌｉｔｙ Ｆａｃｔｏｒ）の高い光共振器を実現することができる。   The photonic crystal 10 indicates a structure in which the refractive index is periodically modulated. By using this, an optical resonator having a very small size and strong confinement, that is, a high Q (Quality Factor) can be realized.

光共振器１６は、Ｘ軸方向に延在する５点欠陥（５つの空気穴の欠損）のＸ軸方向の両端に隣接する空気穴を５点欠陥から離すようにＸ軸方向に幅寄せするとともに、径を小さくして構成されている。光共振器１６は例えば２つの共鳴モード（共鳴波長λ１，λ２）を有しており、共鳴波長λ１，λ２に合致した入力光を図４（Ａ）に示す光共振器１６部分にスラブ１２に対し垂直方向（Ｚ軸方向）から照射すると、共鳴波長の入力光は光共振器１６内に蓄積される。なお、光共振器１６は少なくとも共鳴波長λ１の共鳴モードを持っていればよい。   The optical resonator 16 widens the air holes adjacent to both ends in the X-axis direction of the five-point defect (deletion of five air holes) extending in the X-axis direction so as to be separated from the five-point defect. In addition, the diameter is reduced. The optical resonator 16 has, for example, two resonance modes (resonance wavelengths λ1 and λ2), and input light that matches the resonance wavelengths λ1 and λ2 is transferred to the slab 12 in the optical resonator 16 portion shown in FIG. On the other hand, when irradiated from the vertical direction (Z-axis direction), the input light having the resonance wavelength is accumulated in the optical resonator 16. The optical resonator 16 only needs to have at least a resonance mode having a resonance wavelength λ1.

図４（Ｂ）の側面図に示すように、フォトニック結晶１０は、Ｚ軸上でスラブ１２の略中央位置においてＺ軸と直交する平面（ＸＹ平面）で切断され、第１ユニット１０ａと第２ユニット１０ｆに２分割されている。なお、光共振器１６は第１ユニット１０ａだけに形成され、第２ユニット１０ｆには形成されていない。   As shown in the side view of FIG. 4B, the photonic crystal 10 is cut along a plane (XY plane) orthogonal to the Z axis at a substantially central position of the slab 12 on the Z axis, It is divided into two units 10f. The optical resonator 16 is formed only in the first unit 10a and is not formed in the second unit 10f.

第２ユニット１０ｆは図示しない基台部に固定されている。第１ユニット１０ａに対向して微少変移センサ１８が設置されている。図４（Ｂ）では、第１ユニット１０ａが第２ユニット１０ｆからＺ方向に離間した状態を示している。なお、微少変移センサ１８は出力レーザ光が光共振器１６に入射しない位置に設置されている。   The second unit 10f is fixed to a base portion (not shown). A micro transition sensor 18 is installed facing the first unit 10a. FIG. 4B shows a state in which the first unit 10a is separated from the second unit 10f in the Z direction. The minute change sensor 18 is installed at a position where the output laser beam does not enter the optical resonator 16.

本実施形態では、フォトニック結晶１０の格子定数は４００ｎｍ、空気穴１４の直径は２１０ｎｍ、第１ユニット１０ａと第２ユニット１０ｆそれぞれのスラブ厚は１００ｎｍとする。   In the present embodiment, the lattice constant of the photonic crystal 10 is 400 nm, the diameter of the air hole 14 is 210 nm, and the slab thickness of each of the first unit 10a and the second unit 10f is 100 nm.

第１ユニット１０ａと第２ユニット１０ｆがＺ方向に離間した距離Ｌ＝９０ｎｍの場合、光共振器１６のＱ値は約１５００００である。このため、光共振器１６に閉じ込められた共鳴波長λ１，λ２の光は、光共振器１６内部で強い電磁場強度を持ち、接近して存在する第１ユニット１０ａと第２ユニット１０ｆに対する輻射圧は大きくなり、第１ユニット１０ａは第２ユニット１０ｆに対し空間的変移を生じる。ここでは、距離Ｌ＝９０ｎｍから距離Ｌ＝０ｎｍに変化した場合、Ｑ値は１５００００から１８００００へと高い値を維持したまま変化する。   When the distance L = 90 nm in which the first unit 10a and the second unit 10f are separated in the Z direction, the Q value of the optical resonator 16 is about 150,000. For this reason, the light of the resonance wavelengths λ1 and λ2 confined in the optical resonator 16 has a strong electromagnetic field strength inside the optical resonator 16, and the radiation pressure on the first unit 10a and the second unit 10f that are close to each other is Increasing in size, the first unit 10a causes a spatial shift with respect to the second unit 10f. Here, when the distance L changes from 90 nm to the distance L = 0 nm, the Q value changes from 150,000 to 180000 while maintaining a high value.

ここで、輻射圧から第１ユニット１０ａと第２ユニット１０ｆが受ける力の方向は、光共振器１６の共鳴モードに依存して引力または斥力となる。第１の共鳴モード（共鳴波長λ１）では、輻射圧は引力となる。

Here, the direction of the force which the first unit 10a and the second unit 10f receives from the radiation pressure, ing the attraction or repulsion depending on the resonant mode of the optical resonator 16. In the first resonance mode (resonance wavelength λ1), the radiation pressure is an attractive force.

図４（Ｂ）に示すように距離Ｌ＝９０ｎｍの状態で、光共振器１６部分にスラブ１２に対し垂直方向（Ｚ軸方向）から共鳴波長λ１の光を照射すると、この光は共振器１６に閉じ込められ、第１ユニット１０ａは照射された共鳴波長λ１の光の光強度に応じて第２ユニット１０ｆに近接する向きに最大９０ｎｍ変移する。   As shown in FIG. 4B, when the optical resonator 16 is irradiated with light having a resonance wavelength λ1 from the direction perpendicular to the slab 12 (Z-axis direction) in a state where the distance L is 90 nm, this light is transmitted to the resonator 16. The first unit 10a shifts up to 90 nm in the direction approaching the second unit 10f according to the light intensity of the irradiated light having the resonance wavelength λ1.

微少変移センサ１８は、レーザ光を第１ユニット１０ａに照射し、第１ユニット１０ａからの反射光と照射光の干渉パターンを観測することで第１ユニット１０ａの変移量を検知する。この第１ユニット１０ａの変移量は共鳴波長λ１の光の光強度が大なるほど大きくなり、変移量から共鳴波長λ１の光及び光強度を検知することができる。   The minute change sensor 18 irradiates the first unit 10a with laser light, and detects the amount of change of the first unit 10a by observing the interference pattern between the reflected light and the irradiated light from the first unit 10a. The amount of change of the first unit 10a increases as the light intensity of the light having the resonance wavelength λ1 increases, and the light and light intensity of the resonance wavelength λ1 can be detected from the amount of change.

＜第５実施形態＞
図５（Ａ），（Ｂ）は、本発明の光機能素子の第５実施形態の平面図及び側面図を示す。同図中、図１と同一部分には同一符号を付す。図５（Ａ）の平面図において、三角格子空気穴２次元フォトニック結晶１０は、エアブリッジ構造の高屈折率材料であるシリコンのスラブ１２に三角格子状に配置した空気穴１４を設けたものである。 <Fifth Embodiment>
FIGS. 5A and 5B are a plan view and a side view of a fifth embodiment of the optical functional element of the present invention. In the figure, the same parts as those in FIG. In the plan view of FIG. 5A, the triangular lattice air hole two-dimensional photonic crystal 10 has air holes 14 arranged in a triangular lattice shape in a silicon slab 12 which is a high refractive index material of an air bridge structure. It is.

フォトニック結晶１０は屈折率が周期的に変調された構造を指し、これを用いることにより非常に小型で閉じ込めの強い、即ちＱ（Ｑｕａｌｉｔｙ Ｆａｃｔｏｒ）の高い光共振器を実現することができる。   The photonic crystal 10 indicates a structure in which the refractive index is periodically modulated. By using this, an optical resonator having a very small size and strong confinement, that is, a high Q (Quality Factor) can be realized.

光共振器１６は、Ｘ軸方向に延在する５点欠陥（５つの空気穴の欠損）のＸ軸方向の両端に隣接する空気穴を５点欠陥から離すようにＸ軸方向に幅寄せするとともに、径を小さくして形成されている。光共振器１６は例えば２つの共鳴モード（共鳴波長λ１，λ２）を有しており、共鳴波長λ１，λ２に合致した入力光を図５（Ａ）に示す光共振器１６部分にスラブ１２に対し垂直方向（Ｚ軸方向）から照射すると、共鳴波長の入力光は光共振器１６内に蓄積される。なお、光共振器１６は少なくとも共鳴波長λ１の共鳴モードを持っていればよい。   The optical resonator 16 widens the air holes adjacent to both ends in the X-axis direction of the five-point defect (deletion of five air holes) extending in the X-axis direction so as to be separated from the five-point defect. At the same time, the diameter is reduced. The optical resonator 16 has, for example, two resonance modes (resonance wavelengths λ1 and λ2), and input light that matches the resonance wavelengths λ1 and λ2 is transferred to the slab 12 in the optical resonator 16 portion shown in FIG. On the other hand, when irradiated from the vertical direction (Z-axis direction), the input light having the resonance wavelength is accumulated in the optical resonator 16. The optical resonator 16 only needs to have at least a resonance mode having a resonance wavelength λ1.

図５（Ｂ）の側面図に示すように、フォトニック結晶１０は、Ｘ軸上で光共振器１６の例えば中央位置においてＸ軸と直交する平面（ＹＺ平面）で切断され、第４ユニット１０ｇと第５ユニット１０ｈに２分割されている。なお、光共振器１６は第４ユニット１０ｇと第５ユニット１０ｈにまたがって構成されている。ところで、第４ユニット１０ｇと第５ユニット１０ｈを切断する切断面は光共振器１６の例えば中央位置においてＹ軸と直交する平面（ＸＺ平面）であっても良い。   As shown in the side view of FIG. 5B, the photonic crystal 10 is cut along a plane (YZ plane) orthogonal to the X axis at the center position of the optical resonator 16, for example, on the X axis. And the fifth unit 10h. The optical resonator 16 is configured to straddle the fourth unit 10g and the fifth unit 10h. By the way, the cut surface for cutting the fourth unit 10g and the fifth unit 10h may be a plane (XZ plane) orthogonal to the Y axis at the center position of the optical resonator 16, for example.

第５ユニット１０ｈは図示しない基台部に固定されている。第４ユニット１０ｇに対向して微少変移センサ１８が設置されている。図５（Ｂ）では、第４ユニット１０ｇが第５ユニット１０ｈからＸ方向に離間した状態を示している。なお、微少変移センサ１８は出力レーザ光が光共振器１６に入射しない位置に設置されている。   The fifth unit 10h is fixed to a base portion (not shown). A micro transition sensor 18 is installed facing the fourth unit 10g. FIG. 5B shows a state where the fourth unit 10g is separated from the fifth unit 10h in the X direction. The minute change sensor 18 is installed at a position where the output laser beam does not enter the optical resonator 16.

本実施形態では、フォトニック結晶１０の格子定数は４００ｎｍ、空気穴１４の直径は２１０ｎｍ、第４ユニット１０ｇと第５ユニット１０ｈそれぞれのスラブ厚は２００ｎｍとする。   In the present embodiment, the lattice constant of the photonic crystal 10 is 400 nm, the diameter of the air hole 14 is 210 nm, and the slab thickness of each of the fourth unit 10g and the fifth unit 10h is 200 nm.

第４ユニット１０ｇと第５ユニット１０ｈがＸ方向に離間した距離Ｌ＝９０ｎｍの場合、光共振器１６のＱ値は約１５００００である。このため、光共振器１６に閉じ込められた共鳴波長λ１，λ２の光は、光共振器１６内部で強い電磁場強度を持ち、接近して存在する第４ユニット１０ｇと第５ユニット１０ｈに対する輻射圧は大きくなり、第４ユニット１０ｇは第５ユニット１０ｈに対し空間的変移を生じる。ここでは、距離Ｌ＝９０ｎｍから距離Ｌ＝０ｎｍに変化した場合、Ｑ値は１５００００から１８００００へと高い値を維持したまま変化する。   When the distance L = 90 nm in which the fourth unit 10g and the fifth unit 10h are separated in the X direction, the Q value of the optical resonator 16 is about 150,000. For this reason, the light having the resonance wavelengths λ1 and λ2 confined in the optical resonator 16 has a strong electromagnetic field strength inside the optical resonator 16, and the radiation pressure on the fourth unit 10g and the fifth unit 10h that are present in close proximity is as follows. The fourth unit 10g causes a spatial shift with respect to the fifth unit 10h. Here, when the distance L changes from 90 nm to the distance L = 0 nm, the Q value changes from 150,000 to 180000 while maintaining a high value.

ここで、輻射圧から第４ユニット１０ｇと第５ユニット１０ｈが受ける力の方向は、光共振器１６の共鳴モードに依存して引力または斥力となる。第４ユニット１０ｇと第５ユニット１０ｈの光共振器１６に同位相で光が閉じ込められる第１の共鳴モード（共鳴波長λ１）では、輻射圧は引力となる。   Here, the direction of the force received by the fourth unit 10 g and the fifth unit 10 h from the radiation pressure is an attractive force or a repulsive force depending on the resonance mode of the optical resonator 16. In the first resonance mode (resonance wavelength λ1) in which light is confined in the same phase in the optical resonators 16 of the fourth unit 10g and the fifth unit 10h, the radiation pressure is attractive.

図５（Ｂ）に示すように距離Ｌ＝９０ｎｍの状態で、光共振器１６部分にスラブ１２に対し垂直方向（Ｚ軸方向）から共鳴波長λ１の光を照射すると、この光は共振器１６に閉じ込められ、第４ユニット１０ｇは照射された共鳴波長λ１の光の光強度に応じて第５ユニット１０ｈに近接する向きに最大９０ｎｍ変移する。   As shown in FIG. 5B, when the optical resonator 16 is irradiated with light having a resonance wavelength λ1 from the direction perpendicular to the slab 12 (Z-axis direction) in a state where the distance L is 90 nm, this light is emitted from the resonator 16. The fourth unit 10g shifts up to 90 nm in a direction approaching the fifth unit 10h according to the light intensity of the irradiated light having the resonance wavelength λ1.

微少変移センサ１８は、レーザ光を第４ユニット１０ｇに照射し、第４ユニット１０ｇからの反射光と照射光の干渉パターンを観測することで第４ユニット１０ｇの変移量を検知する。この第４ユニット１０ｇの変移量は共鳴波長λ１の光の光強度が大なるほど大きくなり、変移量から共鳴波長λ１の光及び光強度を検知することができる。   The minute change sensor 18 irradiates the fourth unit 10g with laser light, and detects the amount of change of the fourth unit 10g by observing the interference pattern between the reflected light and the irradiated light from the fourth unit 10g. The amount of change of the fourth unit 10g increases as the light intensity of the light having the resonance wavelength λ1 increases, and the light and light intensity of the resonance wavelength λ1 can be detected from the amount of change.

このように、Ｑ値の高い光共振器１６に閉じ込められた光の輻射圧を利用して光及びその光強度を検出するため、検出効率が向上し、光吸収がないので検出した光をその後の処理に利用できる。また、光共振器１６は欠陥の数、欠陥に隣接する空気孔の幅寄せ量、欠陥に隣接する空気孔の径などを変化させることで共鳴モードを比較的自由に変化させることができるので、検出できる周波数範囲の設定の自由度が高くできる。   In this way, since the light and its light intensity are detected using the radiation pressure of the light confined in the optical resonator 16 having a high Q value, the detection efficiency is improved and there is no light absorption. It can be used for processing. Further, since the optical resonator 16 can change the resonance mode relatively freely by changing the number of defects, the width of the air holes adjacent to the defects, the diameter of the air holes adjacent to the defects, and the like. The degree of freedom in setting the detectable frequency range can be increased.

なお、上記実施形態では、共鳴波長に合致した入力光をスラブに対し垂直方向から照射する構成であるが、２次元フォトニック結晶１０に共振器１６と結合する光導波路を設け、入力光を光導波路から共振器１６に入力する構成であっても良い。また、２次元フォトニック結晶１０のスラブ１２を用いて説明を行ったが、３次元フォトニック結晶に形成した光共振器においても、共振器の設計を調整することで共鳴波長をチューニングでき、一方の部分の変移により閉じ込められた光を検出することができる。   In the above embodiment, the input light matching the resonance wavelength is irradiated from the direction perpendicular to the slab. However, the two-dimensional photonic crystal 10 is provided with an optical waveguide coupled to the resonator 16 to guide the input light. A configuration in which the signal is input from the waveguide to the resonator 16 may be employed. Also, the description has been given using the slab 12 of the two-dimensional photonic crystal 10, but also in the optical resonator formed in the three-dimensional photonic crystal, the resonance wavelength can be tuned by adjusting the design of the resonator, It is possible to detect the light confined by the transition of the portion.

なお、上記実施形態は、シリコンフォトニック結晶のスラブを用いた場合について述べたが、ＧａＡｓ等の他の材料、３次元フォトニック結晶等の他の構造を用いた場合にも同様の効果が得られる。更に、フォトニック結晶による光共振器以外の例えばウイスパリングギャラリ（Ｗｈｉｓｐｅｒｉｎｇ Ｇａｌｌｅｒｙ）モード光共振器についても同様な効果が期待できる。   In the above embodiment, the case where the slab of the silicon photonic crystal is used has been described. However, the same effect can be obtained when another material such as GaAs or another structure such as a three-dimensional photonic crystal is used. It is done. Furthermore, the same effect can be expected for a whispering gallery mode optical resonator other than the photonic crystal based optical resonator.

なお、微少変移センサ１８が請求項記載の変移手段に相当し、レーザ光源２０が逆向き力発生手段に相当し、する。   The minute change sensor 18 corresponds to the shift means described in the claims, and the laser light source 20 corresponds to the reverse force generation means.

本発明の光機能素子の第１実施形態の平面図及び側面図である。It is the top view and side view of 1st Embodiment of the optical function element of this invention. 本発明の光機能素子の第２実施形態の平面図及び側面図である。It is the top view and side view of 2nd Embodiment of the optical function element of this invention. 本発明の光機能素子の第３実施形態の平面図及び側面図である。It is the top view and side view of 3rd Embodiment of the optical function element of this invention. 本発明の光機能素子の第４実施形態の平面図及び側面図である。It is the top view and side view of 4th Embodiment of the optical function element of this invention. 本発明の光機能素子の第５実施形態の平面図及び側面図である。It is the top view and side view of 5th Embodiment of the optical function element of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１０ フォトニック結晶
１０ａ，１０ｃ 第１ユニット
１０ｂ，１０ｄ，１０ｆ 第２ユニット
１０ｅ 第３ユニット
１０ｇ 第４ユニット
１０ｈ 第５ユニット
１２ スラブ
１４ 空気穴
１６ 光共振器
１８ 微少変移センサ
２０ レーザ光源 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Photonic crystal 10a, 10c 1st unit 10b, 10d, 10f 2nd unit 10e 3rd unit 10g 4th unit 10h 5th unit 12 Slab 14 Air hole 16 Optical resonator 18 Minute displacement sensor 20 Laser light source

Claims (4)

高屈折率材料のスラブに格子状に低屈折材料の穴を配置した２次元フォトニック結晶に、前記穴の周期性を局所的に乱すことで構成され、λ１とλ２の２つの共鳴波長を有した光共振器を、前記スラブ表面と平行な平面で２乃至３個の複数のユニットに分割し、前記複数のユニット間にまたがって１つの光共振器が構成されるように配置し、
前記複数のユニット間にまたがって構成される光共振器に前記λ１またはλ２の共鳴波長の光を照射して閉じ込めることで前記複数のユニットのうちの１つのユニットを残りのユニットに対し空間的に変移させる輻射圧を発生させ、
前記１つのユニットの変移を検知する変移検知手段を有し、
前記変移検知手段で検知した変移量から前記共鳴波長の光を検知する光機能素子であって、
前記輻射圧は、前記複数のユニットが同位相で光が閉じ込められる共鳴モードの共鳴波長λ１の光を照射した場合は引力であり、前記複数のユニットが逆位相で光が閉じ込められる共鳴モードの共鳴波長λ２の光を照射した場合は斥力であり、
前記変移検知手段は、前記分割した１つのユニットの残りのユニットに対する前記分割した平面と垂直の方向の変移を検知する
ことを特徴とする光機能素子。 A two-dimensional photonic crystal in which holes of a low-refractive material are arranged in a lattice pattern on a slab of a high-refractive index material is configured by locally disturbing the periodicity of the holes, and has two resonance wavelengths λ1 and λ2. The optical resonator is divided into two or three units in a plane parallel to the slab surface, and arranged so that one optical resonator is formed across the plurality of units.
One of the plurality of units is spatially separated from the remaining units by irradiating and confining light having a resonance wavelength of λ1 or λ2 to an optical resonator formed between the plurality of units. To generate the radiation pressure to change,
A transition detecting means for detecting a transition of the one unit;
An optical functional element that detects light of the resonance wavelength from a shift amount detected by the shift detection means,
The radiation pressure is an attractive force when the light of the resonance mode λ1 of the resonance mode in which the plurality of units are confined in the same phase, and the resonance in the resonance mode in which the light is confined in the opposite phase. When light of wavelength λ2 is irradiated, it is repulsive,
The optical detection element, wherein the transition detection unit detects a transition in a direction perpendicular to the divided plane with respect to the remaining units of the one divided unit. 高屈折率材料のスラブに格子状に低屈折材料の穴を配置した２次元フォトニック結晶に、前記穴の周期性を局所的に乱すことで構成され、λ１とλ２の２つの共鳴波長を有した光共振器を、前記スラブ表面と垂直で前記光共振器を通る平面で２個のユニットに分割し、前記２個のユニット間にまたがって１つの光共振器が構成されるように配置し、
前記２個のユニット間にまたがって構成される光共振器に前記λ１またはλ２の共鳴波長の光を照射して閉じ込めることで前記２個のユニットのうちの１つのユニットを残りのユニットに対し空間的に変移させる輻射圧を発生させ、
前記１つのユニットの変移を検知する変移検知手段を有し、
前記変移検知手段で検知した変移量から前記共鳴波長の光を検知する光機能素子であって、
前記輻射圧は、前記２個のユニットが同位相で光が閉じ込められる共鳴モードの共鳴波長λ１の光を照射した場合は引力であり、前記２個のユニットが逆位相で光が閉じ込められる共鳴モードの共鳴波長λ２の光を照射した場合は斥力であり、
前記変移検知手段は、前記分割した１つのユニットの残りのユニットに対する前記分割した平面と垂直の方向の変移を検知する
ことを特徴とする光機能素子。 A two-dimensional photonic crystal in which holes of a low-refractive material are arranged in a lattice pattern on a slab of a high-refractive index material is configured by locally disturbing the periodicity of the holes, and has two resonance wavelengths λ1 and λ2. The optical resonator is divided into two units on a plane perpendicular to the slab surface and passing through the optical resonator, and arranged so that one optical resonator is formed across the two units. ,
The optical resonator formed between the two units is confined by irradiating light with the resonance wavelength of λ1 or λ2 to confine one of the two units with respect to the remaining units. Generating a radiation pressure that changes
A transition detecting means for detecting a transition of the one unit;
An optical functional element that detects light of the resonance wavelength from a shift amount detected by the shift detection means,
The radiation pressure is an attractive force when the two units emit light having a resonance wavelength λ1 in a resonance mode in which light is confined in the same phase, and a resonance mode in which the two units are confined in opposite phases. Is a repulsive force when irradiated with light having a resonance wavelength λ2.
The optical detection element, wherein the transition detection unit detects a transition in a direction perpendicular to the divided plane with respect to the remaining units of the one divided unit. 請求項１記載の光機能素子において、
前記２次元フォトニック結晶のスラブをスラブ表面と平行な平面で分割した複数のユニットのいずれかは前記光共振器構造を持たないことを特徴とする光機能素子。 The optical functional element according to claim 1,
One of the plurality of units obtained by dividing the slab of the two-dimensional photonic crystal by a plane parallel to the slab surface does not have the optical resonator structure. 請求項１または２記載の光機能素子において、
前記光共振器は、前記穴の、欠損または位置ずれまたは径の変化のいずれか、またはこれらの組み合わせによって、前記穴の周期性を局所的に乱して構成されていることを特徴とする光機能素子。 The optical functional element according to claim 1 or 2 ,
The optical resonator is configured such that the periodicity of the hole is locally disturbed by any one of the defect, displacement, or diameter change of the hole, or a combination thereof. Functional element.
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