JP4964726B2 - 光共振器構造 - Google Patents
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Description
(基本構造)
図3Aに、第1の実施の形態における光共振器構造の上面図を示す。この光共振器構造のフォトニック結晶としての構造、及び線欠陥幅変化型である共振器としての構造は図1Aに示す光共振器構造と同じである。
図3Aに示した光共振器構造に対し、nを変更させながら図2Aに示す構造に対して行ったFDTD計算と同様のFDTD計算を実行した結果を図5に示す。図5の横軸はnの値であり、縦軸は計算の結果得られたQ値である。また、図5には、比較のために図2Aに示すスロット無しの場合における計算結果も示されている。
さて、本発明に係る光共振器構造におけるスロットの断面形状は、図3A、図6(a)に示すように長方形に限られるわけではない。例えば図6(b)に示す楕円など長方形(矩形)に近似の形状でもよい。また、スロットは必ずしも単一媒質である必要はなく、例えば図6(c)に示すように一列上に並んだ複数の長方形断面の低屈折率媒質の集合をスロットとして用いてもよいし、図6(d)に示すように複数の長方形断面の低屈折率媒質を規則的に配置したものをスロットとして用いてもよい。
ところで本願の発明者らは、本発明に係るスロット付き光共振器構造における光共振器が、フォトニック結晶中に線欠陥導波路を配置し、フォトニック結晶に局所的に変調を加えることにより、導波路の一部にモードギャップを導入し、それによる光閉込を原理とする共振器である場合において、共振器のQ値がスロットの線欠陥方向の長さ(m)に大きく依存して変化することを発見した。
本実施の形態における光共振器構造の高屈折率層は、対象波長が200nmから5000nmの範囲において屈折率が2.5以上となるSi、Ge、GaAs、AlAs、SiC、InP、InAs、GaP、GaN、AlN、ZnSe、ZnO等の半導体、またはこれらの半導体のうちのいずれか複数の混晶半導体等の媒質からなる。また、穴やスロットは、上記対象波長において屈折率が1.8以下となるSiOx、SiNx(x=0.5−2)等のガラス・アモルファス・高分子物質・空気または真空などの媒質からなる。他の実施の形態に示す共振器構造についても同様の材料を用いることができる。上記の材料を用いることにより少なくとも共振波長が200nmから5000nmの範囲に存在する共振器を実現することが可能である。
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。
本発明における第3の実施の形態の光共振器構造を図9に示す。この共振器構造を構成するフォトニック結晶のSi層の厚さは205nmであり、正三角格子を構成する各穴はSi層を貫通する半径100nmの円柱であり、屈折率1の空気が低屈折率の媒質として満たされている。正三角格子の格子定数は420nmであり、線欠陥901に接する両側の列の穴の中心間隔は格子定数の√3×0.98倍である。また、図3Aと同じく、A、B、Cで示された線欠陥の両側の穴がそれぞれ線欠陥から外側にシフトされている。スロット902は、n=4、m=22、幅は2列分である。
303 線欠陥の両側の穴を拡幅する部分
401 高屈折率層
402 規則的に配置された穴
801、901 線欠陥
903 入出力線欠陥導波路
Claims (9)
- 有限の厚さを持つ高屈折率層に一定の規則をもって低屈折率の媒質からなる柱を配置した構造である2次元フォトニック結晶の中に形成された光共振器と、その周辺の構造とを含む光共振器構造であって、
前記光共振器の周辺の一部に低屈折率の媒質からなるスロットを配置し、前記高屈折率層と前記スロットとの間の屈折率差による光の反射により、前記光共振器の光閉じ込め性能を増強することを特徴とする光共振器構造。 - 前記高屈折率層が広がる面に平行な面による前記スロットの断面の形状が、矩形、多角形、円形、楕円形、またはそれらに類似した形状であることを特徴とする請求項1に記載の光共振器構造。
- 前記スロットに対して前記光共振器が配置された側と反対の側に前記低屈折率の媒質からなる柱を配置しないことを特徴とする請求項1または2に記載の光共振器構造。
- 前記光共振器は、前記2次元フォトニック結晶中に線欠陥導波路を配置し、当該線欠陥導波路周辺の2次元フォトニック結晶に局所的に変調を加えて前記線欠陥導波路の一部にモードギャップバリアを導入することにより光の閉じ込めを行う光共振器であり、
前記スロットを、前記線欠陥の片側または両側に配置したことを特徴とする請求項1ないし3のうちいずれか1項に記載の光共振器構造。 - 前記線欠陥に沿った方向の前記スロットの長さを前記2次元フォトニック結晶の結晶周期の20倍以上としたことを特徴とする請求項4に記載の光共振器構造。
- 前記スロットの前記線欠陥に沿った方向の中心軸を、前記線欠陥に接する柱の列から数えて(n+1)番目の列上に配置する場合において、nは3以上の自然数であることを特徴とする請求項4または5に記載の光共振器構造。
- 前記2次元フォトニック結晶に局所的に変調を加える方法は、前記低屈折率の媒質からなる前記柱を前記線欠陥の中心から離れる方向にシフトさせて配置する方法、前記2次元フォトニック結晶の格子定数を部分的に変化させてダブルへテロ構造を作成する方法、または前記柱の大きさを局所的に変化させる方法であることを特徴とする請求項4ないし6のうちいずれか1項に記載の光共振器構造。
- 前記高屈折率層は、光の波長が200nmから5000nmの範囲である場合において屈折率が2.5以上となる媒質であり、当該媒質の種類として、Si、Ge、GaAs、AlAs、SiC、InP、InAs、GaP、GaN、AlN、ZnSe、もしくはZnOの半導体、またはこれらの半導体のうちのいずれか複数の混晶半導体を含み、
前記低屈折率の媒質は、前記波長の範囲において屈折率が1.8以下となる媒質であり、当該媒質の種類として、ガラス、アモルファス、高分子物質、空気、または真空を含むことを特徴とする請求項1ないし7のうちいずれか1項に記載の光共振器構造。 - 前記スロットに対して前記光共振器が配置される側とは反対の側に当該光共振器とは別の光共振器を配置したことを特徴とする請求項1ないし8のうちいずれか1項に記載の光共振器構造。
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