JP5019731B2 - 光デバイス - Google Patents
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Description
本発明は、カーボンナノチューブを含有する層が設けられた光デバイスに関する。
近年、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、特に単層のカーボンナノチューブ（single walled nanotubes：SWNT）は、その可飽和吸収特性、高速応答性等の特性のために、光デバイスの分野で注目されている。例えば、カーボンナノチューブの可飽和吸収特性は、光雑音抑圧器、受動モード同期ファイバレーザ、Ｑスイッチファイバレーザ等に適用されている。
従来、カーボンナノチューブを利用した光デバイスとしては、ガラス基板上にカーボンナノチューブを塗布したものが使用されている。この光デバイスは、ガラス基板の表面が光軸に対し、垂直となるように、光路中に配置される（例えば、特許文献１参照）。
また、光出射側の端面にカーボンナノチューブを含有する領域（ここでは、カーボンナノチューブを含有する層という）が設けられた光ファイバ（光デバイス）も開発されている（例えば、特許文献１参照）。
従来、カーボンナノチューブを利用した光デバイスとしては、ガラス基板上にカーボンナノチューブを塗布したものが使用されている。この光デバイスは、ガラス基板の表面が光軸に対し、垂直となるように、光路中に配置される（例えば、特許文献１参照）。
また、光出射側の端面にカーボンナノチューブを含有する領域（ここでは、カーボンナノチューブを含有する層という）が設けられた光ファイバ（光デバイス）も開発されている（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、上記特許文献１の技術は以下の点で改善の余地を有している。
光デバイスに入射した光と、カーボンナノチューブとの相互作用を充分に生じさせ、所望の性能（例えば、所望の可飽和吸収特性）の光デバイスを得るためには、光デバイスに入射した光とカーボンナノチューブとの相互作用長を長くする必要がある。
特許文献１の光デバイスにおいては、カーボンナノチューブを含有する層は、光軸に対して垂直に配置されるため、光デバイスに入射した光とカーボンナノチューブとの相互作用長を長くするためには、カーボンナノチューブを含有する層の厚みを厚くする必要がある。
しかしながら、従来の光デバイスでは、カーボンナノチューブを含有する層の厚みを厚くすることには、透過性の観点から、限界がある。
光デバイスに入射した光と、カーボンナノチューブとの相互作用を充分に生じさせ、所望の性能（例えば、所望の可飽和吸収特性）の光デバイスを得るためには、光デバイスに入射した光とカーボンナノチューブとの相互作用長を長くする必要がある。
特許文献１の光デバイスにおいては、カーボンナノチューブを含有する層は、光軸に対して垂直に配置されるため、光デバイスに入射した光とカーボンナノチューブとの相互作用長を長くするためには、カーボンナノチューブを含有する層の厚みを厚くする必要がある。
しかしながら、従来の光デバイスでは、カーボンナノチューブを含有する層の厚みを厚くすることには、透過性の観点から、限界がある。
本発明の目的は、光デバイスに入射した光と、カーボンナノチューブとの相互作用長を長く確保することが可能な光デバイスを得ることができる技術を提供することである。
本発明者らは、導波路から染み出すエバネッセント波と、カーボンナノチューブとの間で相互作用が生じることを見出した。これにより、導波路の光軸に沿って、導波路近傍にカーボンナノチューブを含有する領域を設けるという新規な構成を採用することが可能となった。すなわち、本発明によれば、光軸に対し垂直にカーボンナノチューブを有する層を形成していた従来の光デバイスとは全く異なる構成の光デバイスを提供することができる。
本発明によれば、導波路と、前記導波路の光軸に沿って配置されるとともに、前記導波路外部に設けられたカーボンナノチューブを含有する領域と、を有し、前記カーボンナノチューブを含有する領域には、前記導波路から染み出すエバネッセント波が染み出し、前記カーボンナノチューブは、前記エバネッセント波に対する可飽和吸収体であるこことを特徴とする光デバイスが提供される。
ここで、本発明において、導波路近傍とは、導波路を伝播する光のエバネッセント波がしみだす領域のことをいう。
ここで、本発明において、導波路近傍とは、導波路を伝播する光のエバネッセント波がしみだす領域のことをいう。
従来の光デバイスでは、導波路を通る光と、カーボンナノチューブとの間での相互作用により、光デバイスの性能を決定していたが、本発明の光デバイスは、導波路から染み出すエバネッセント波と、カーボンナノチューブとの間で相互作用により、光デバイスの性能が決定されることとなる。
本発明では、カーボンナノチューブを含有する領域は、導波路の光軸に沿って配置されており、導波路の光軸と交差しないように設けられている。すなわち、本発明では、従来のように、カーボンナノチューブを含有する領域が光軸に対して垂直に設けられていないため、導波路に入射した入射光と、カーボンナノチューブとの相互作用長（換言すると、エバネッセント波と、カーボンナノチューブとの相互作用長）を長くしても光の透過性が悪化してしまうことがない。
これにより、本発明の光デバイスにおいては、エバネッセント波と、カーボンナノチューブとの相互作用長を長く確保することができ、光デバイスに入射した光と、カーボンナノチューブとの相互作用を充分に生じさせて、所望の性能の光デバイスを得ることができる。
これにより、本発明の光デバイスにおいては、エバネッセント波と、カーボンナノチューブとの相互作用長を長く確保することができ、光デバイスに入射した光と、カーボンナノチューブとの相互作用を充分に生じさせて、所望の性能の光デバイスを得ることができる。
さらに、本発明では、導波路から染み出すエバネッセント波と、カーボンナノチューブとの間の相互作用により、光デバイスの性能を決定することが可能となる。導波路から染み出すエバネッセント波は、微量であるため、光デバイスを製造する際に、例え、カーボンナノチューブを含有する領域の長さ寸法（エバネッセント波と、カーボンナノチューブとの相互作用長）に誤差が生じても、光デバイスの性能に大きな影響を与えないと考えられる。従って、本発明では、製造安定性に優れた光デバイスを提供することができる。
また、本発明では、カーボンナノチューブを含有する領域は、光軸に沿って設けられているので、カーボンナノチューブを含有する領域には、エバネッセント波が染み出すこととなるが、エバネッセント波の強度は、導波路中を伝播する光にくらべ弱い。そのため、カーボンナノチューブが光により劣化してしまうことを防止することができる。
この際、基板と、この基板上に形成されたクラッド層と、を有し、このクラッド層上に設けられ、前記クラッド層よりも屈折率の高い前記導波路と、前記導波路の光軸に沿って配置されるとともに、前記導波路外部に設けられたカーボンナノチューブを含有する領域と、を有することが好ましい。
このような構成によれば、基板上にクラッド層が設けられ、このクラッド層上に導波路が設けられている。この構成の光デバイスでは、クラッド層、基板を共通化し、クラッド層上に他の導波路を形成することが可能であり、モノシリック構造をとって、光デバイスの集積化を図ることが可能となる。
このような構成によれば、基板上にクラッド層が設けられ、このクラッド層上に導波路が設けられている。この構成の光デバイスでは、クラッド層、基板を共通化し、クラッド層上に他の導波路を形成することが可能であり、モノシリック構造をとって、光デバイスの集積化を図ることが可能となる。
さらに、本発明は、光ファイバを含んで構成され、前記光ファイバは、前記導波路を構成するコア部と、このコア部の外周側に設けられたクラッド部と、前記コア部の光軸に沿って配置されるとともに、前記コア部外部に設けられたカーボンナノチューブを含有する領域と、を有するものであってもよい。
この際、光ファイバの構造としては、以下の（i）〜（iv）のような構造が例示できる。
（i）前記クラッド部には、前記コア部の光軸に沿って切り欠かれた切り欠き部が形成され、この切り欠き部は、前記コア部外部に位置しており、前記切り欠き部上に、前記カーボンナノチューブを含有する領域が設けられている構造。
このような構造の光ファイバは、従来からある光ファイバのクラッド部の外周面の一部を切り欠き、コア部外部に位置する切り欠き部を形成し、この切り欠き部上に、カーボンナノチューブを含有する領域を設ければよい。
この際、光ファイバの構造としては、以下の（i）〜（iv）のような構造が例示できる。
（i）前記クラッド部には、前記コア部の光軸に沿って切り欠かれた切り欠き部が形成され、この切り欠き部は、前記コア部外部に位置しており、前記切り欠き部上に、前記カーボンナノチューブを含有する領域が設けられている構造。
このような構造の光ファイバは、従来からある光ファイバのクラッド部の外周面の一部を切り欠き、コア部外部に位置する切り欠き部を形成し、この切り欠き部上に、カーボンナノチューブを含有する領域を設ければよい。
（ii）前記クラッド部には、前記コア部の光軸に沿って延びる孔が形成されており、前記孔の内部に前記カーボンナノチューブを含有する領域が設けられている構造。
このような構造の光ファイバは、例えば、フォトニック結晶光ファイバの空気孔にカーボンナノチューブを含有する領域を設けることで、製造することができる。
このような構造の光ファイバは、例えば、フォトニック結晶光ファイバの空気孔にカーボンナノチューブを含有する領域を設けることで、製造することができる。
（iii）前記コア部は、その中心部が中空の中空形状であり、前記中空部分に前記エバネッセント波が染み出し、前記中空部分に、前記カーボンナノチューブを含有する領域が設けられている構造。
（iv）前記クラッド部は、その径が光ファイバの光軸に沿って漸減した後、拡大するテーパ部を有し、前記カーボンナノチューブを含有する領域は、少なくとも、前記テーパ部の最も径が小さい部分の外周面を覆うように設けられている構造。
さらに、本発明は、当該光デバイスは、光スイッチであり、前記導波路の一部に対し、光学的な交差が生じる位置関係で配置された第二の導波路を有するものであってもよい。
ここで、本発明において、光スイッチとは、出射する光のＯＮ／ＯＦＦを行うもののみならず、出射する光の位相を変化させるものも含む概念である。
上述した前記導波路（以下、第一の導波路という）近傍には、カーボンナノチューブを含有する領域が設けられており、第一の導波路を通る光の強度に応じて、第一の導波路を通る光の吸収率が変化する。光の吸収率に変化が生じると、第一の導波路を通る光の位相も変化することとなる。
第二の導波路は、第一の導波路に対し、光学的な交差が生じる位置関係に配置されているので、第一の導波路を通る光の位相の変化に応じて、第二の導波路から出射される光が影響を受けることとなる。
上述した前記導波路（以下、第一の導波路という）近傍には、カーボンナノチューブを含有する領域が設けられており、第一の導波路を通る光の強度に応じて、第一の導波路を通る光の吸収率が変化する。光の吸収率に変化が生じると、第一の導波路を通る光の位相も変化することとなる。
第二の導波路は、第一の導波路に対し、光学的な交差が生じる位置関係に配置されているので、第一の導波路を通る光の位相の変化に応じて、第二の導波路から出射される光が影響を受けることとなる。
この際、前記第二の導波路の光出射側の端部は、前記導波路の光出射側の端部に接続されるとともに、前記第二の導波路の光入射側の端部は、前記導波路の光入射側の端部に接続されており、前記第二の導波路および前記導波路に光を入射するための入射側導波路と、前記第二の導波路および前記導波路からの光を出射する出射側導波路と、が設けられていることが好ましい。
この構成の光スイッチでは、入射側導波路からの光は、前記導波路（以下、第一の導波路）と、第二の導波路とに分岐される。
前述したように、第一の導波路に入射する光の強度が弱い場合と、強い場合とで、第一の導波路を通る光の位相が変化する。
例えば、第一の導波路に入射する光の強度が弱い場合には、大きな位相の変化、例えば、位相が１８０°変化する。この場合には、第一の導波路からの光の位相と、第二の導波路からの光の位相とが１８０°ずれることとなるので、互いに打ち消しあい、出射側導波路中を光が伝播しないようになる。
一方で、第一の導波路に入射する光の強度が強い場合には、第一の導波路中の光に大きな位相の変化が生じず、第一の導波路からの光と、第二の導波路からの光とが互いに打ち消してしまうことがない。そのため、第一の導波路からの光と、第二の導波路からの光とが合成されて、出射側導波路中を光が伝播することとなる。
前述したように、第一の導波路に入射する光の強度が弱い場合と、強い場合とで、第一の導波路を通る光の位相が変化する。
例えば、第一の導波路に入射する光の強度が弱い場合には、大きな位相の変化、例えば、位相が１８０°変化する。この場合には、第一の導波路からの光の位相と、第二の導波路からの光の位相とが１８０°ずれることとなるので、互いに打ち消しあい、出射側導波路中を光が伝播しないようになる。
一方で、第一の導波路に入射する光の強度が強い場合には、第一の導波路中の光に大きな位相の変化が生じず、第一の導波路からの光と、第二の導波路からの光とが互いに打ち消してしまうことがない。そのため、第一の導波路からの光と、第二の導波路からの光とが合成されて、出射側導波路中を光が伝播することとなる。
本発明によれば、光デバイスに入射した光と、カーボンナノチューブとの相互作用長を長く確保することが可能な光デバイスを得る技術が提供される。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
なお、すべての図面において、同様な構成要素には、同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
前述したように、本発明にかかる光デバイスは、導波路から染み出すエバネッセント波と、カーボンナノチューブとの間の相互作用を利用したものである。
ここで、導波路から染み出すエバネッセント波は微量であり、そのため、エバネッセント波と、カーボンナノチューブとの相互作用長を長くする必要がある。本実施形態では、導波路の光軸に沿って、ＣＮＴ領域を設けることで、相互作用長を長く確保することが可能となり、所望の特性の光デバイスを提供できるのである。
なお、すべての図面において、同様な構成要素には、同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
前述したように、本発明にかかる光デバイスは、導波路から染み出すエバネッセント波と、カーボンナノチューブとの間の相互作用を利用したものである。
ここで、導波路から染み出すエバネッセント波は微量であり、そのため、エバネッセント波と、カーボンナノチューブとの相互作用長を長くする必要がある。本実施形態では、導波路の光軸に沿って、ＣＮＴ領域を設けることで、相互作用長を長く確保することが可能となり、所望の特性の光デバイスを提供できるのである。
（第一実施形態）
図１および図２には、本実施形態にかかる光デバイス１が示されている。
この光デバイス１は、導波路１３１と、
導波路１３１の光軸に沿って配置されるとともに、導波路１３１近傍に設けられたカーボンナノチューブを含有する領域１４と、
を有するものである。
以下に、この光デバイス１を詳細に説明する。
図１および図２には、本実施形態にかかる光デバイス１が示されている。
この光デバイス１は、導波路１３１と、
導波路１３１の光軸に沿って配置されるとともに、導波路１３１近傍に設けられたカーボンナノチューブを含有する領域１４と、
を有するものである。
以下に、この光デバイス１を詳細に説明する。
光デバイス１は、平面略矩形形状であり、基板１１と、クラッド層１２と、コア層１３と、カーボンナノチューブを含有する領域（以下、ＣＮＴ領域という）１４と、を有する。
基板１１は、シリコン単結晶基板である。
クラッド層１２は、基板１１上に設けられており、ＳｉＯ２よりなる層である。
コア層１３は、クラッド層１２上に設けられており、ＳｉＯ2を含有する層にＧｅが添加された層である。このコア層１３は、クラッド層１２よりも屈折率が高い。
さらに、このコア層１３には、導波路１３１が形成されている。
導波路１３１は、コア層１３の導波路１３１以外の他の部分１３２中に埋め込まれたような状態となっている（埋め込み型導波路）。この導波路１３１の表面と、前記他の部分１３２の表面は同一平面上にある。
導波路１３１は、光デバイス１の長手方向に沿って延びている。この導波路１３１は、クラッド層１２よりも屈折率が高く、さらに、コア層１３の他の部分１３２の屈折率よりも高くなっている。
基板１１は、シリコン単結晶基板である。
クラッド層１２は、基板１１上に設けられており、ＳｉＯ２よりなる層である。
コア層１３は、クラッド層１２上に設けられており、ＳｉＯ2を含有する層にＧｅが添加された層である。このコア層１３は、クラッド層１２よりも屈折率が高い。
さらに、このコア層１３には、導波路１３１が形成されている。
導波路１３１は、コア層１３の導波路１３１以外の他の部分１３２中に埋め込まれたような状態となっている（埋め込み型導波路）。この導波路１３１の表面と、前記他の部分１３２の表面は同一平面上にある。
導波路１３１は、光デバイス１の長手方向に沿って延びている。この導波路１３１は、クラッド層１２よりも屈折率が高く、さらに、コア層１３の他の部分１３２の屈折率よりも高くなっている。
ＣＮＴ領域１４は、コア層１３上に設けられており、ＣＮＴ領域１４は、導波路１３１の上面に直接、接触している。このＣＮＴ領域１４は、導波路１３１表面と、他の部分１３２の表面のうち導波路１３１に隣接する部分の表面と、を覆っている。
ＣＮＴ領域１４は、導波路１３１の光軸に沿って延びている。ここで、ＣＮＴ領域１４は、導波路１３１の全長に沿って、導波路１３１の全面を覆うように形成されていてもよく、また、導波路１３１の表面の一部のみ覆うように形成されていてもよい。ＣＮＴ領域１４の導波路１３１に沿った長さ寸法は、光デバイス１の用途や、導波路１３１からのエバネッセント波のしみだしの割合等に応じて適宜設定することができる。
さらに、ＣＮＴ領域１４の厚みは、ＣＮＴ領域１４の導波路１３１に沿った長さ寸法、導波路１３１からのエバネッセント波のしみだしの割合、導波路１３１からのエバネッセント波が染み出す距離等に応じて適宜設定すればよい。
一般に、導波路１３１からのエバネッセント波が染み出す距離は数十μｍといわれている。ＣＮＴ領域１４を厚く成膜することが難しく、ＣＮＴ領域１４の厚みが数百ｎｍとなってしまうような場合には、ＣＮＴ領域１４の導波路１３１に沿った長さ寸法を長く確保することで、導波路１３１を通る光にＣＮＴの作用を確実に施すことができる。
ＣＮＴ領域１４は、導波路１３１の光軸に沿って延びている。ここで、ＣＮＴ領域１４は、導波路１３１の全長に沿って、導波路１３１の全面を覆うように形成されていてもよく、また、導波路１３１の表面の一部のみ覆うように形成されていてもよい。ＣＮＴ領域１４の導波路１３１に沿った長さ寸法は、光デバイス１の用途や、導波路１３１からのエバネッセント波のしみだしの割合等に応じて適宜設定することができる。
さらに、ＣＮＴ領域１４の厚みは、ＣＮＴ領域１４の導波路１３１に沿った長さ寸法、導波路１３１からのエバネッセント波のしみだしの割合、導波路１３１からのエバネッセント波が染み出す距離等に応じて適宜設定すればよい。
一般に、導波路１３１からのエバネッセント波が染み出す距離は数十μｍといわれている。ＣＮＴ領域１４を厚く成膜することが難しく、ＣＮＴ領域１４の厚みが数百ｎｍとなってしまうような場合には、ＣＮＴ領域１４の導波路１３１に沿った長さ寸法を長く確保することで、導波路１３１を通る光にＣＮＴの作用を確実に施すことができる。
ＣＮＴ領域１４に含まれるカーボンナノチューブは、例えば、図１５に示すように、１２００ｎｍ〜１７００ｎｍに可飽和吸収特性を有するものである。
また、ＣＮＴ領域１４に含まれるカーボンナノチューブは、単層のカーボンナノチューブ（ＳＷＣＮＴ）であることが好ましい。
さらに、ＣＮＴ領域１４に含まれるカーボンナノチューブは、その軸が導波路１３１の光軸に対し垂直に配置されていることが好ましい。
また、ＣＮＴ領域１４に含まれるカーボンナノチューブの軸が導波路１３１表面に対して垂直になるように、カーボンナノチューブを導波路１３１上に立たせるように配置してもよい。
ＣＮＴ領域１４の吸収率は、カーボンナノチューブの軸と入射光電界とがなす角度に依存して変化し、カーボンナノチューブの軸と入射光電界とが平行である場合に最大となり、垂直である場合に最小となる。従って、カーボンナノチューブの軸が導波路１３１の光軸に対し垂直となるようにするか、カーボンナノチューブの軸が導波路１３１に対して垂直になるようにすることが好ましい。
また、ＣＮＴ領域１４に含まれるカーボンナノチューブは、単層のカーボンナノチューブ（ＳＷＣＮＴ）であることが好ましい。
さらに、ＣＮＴ領域１４に含まれるカーボンナノチューブは、その軸が導波路１３１の光軸に対し垂直に配置されていることが好ましい。
また、ＣＮＴ領域１４に含まれるカーボンナノチューブの軸が導波路１３１表面に対して垂直になるように、カーボンナノチューブを導波路１３１上に立たせるように配置してもよい。
ＣＮＴ領域１４の吸収率は、カーボンナノチューブの軸と入射光電界とがなす角度に依存して変化し、カーボンナノチューブの軸と入射光電界とが平行である場合に最大となり、垂直である場合に最小となる。従って、カーボンナノチューブの軸が導波路１３１の光軸に対し垂直となるようにするか、カーボンナノチューブの軸が導波路１３１に対して垂直になるようにすることが好ましい。
このような構造の光デバイス１は、以下のようにして製造される。
図３に示すように、基板１１上に、例えば、火炎堆積法により、クラッド層１２を構成するＳｉＯ２の微粒子を堆積する。その後、加熱し、ＳｉＯ２の微粒子を溶融するとともに、透明化する。
次に、同じく火炎堆積法により、クラッド層１２上にコア層１３を構成するＳｉＯ２−ＧｅＯ２の微粒子を堆積する。その後、加熱して、ＳｉＯ２−ＧｅＯ２の微粒子を溶融するとともに、透明化する。
なお、クラッド層１２、コア層１３の積層方法は、火炎堆積法に限られるものではない。
その後、コア層１３表面に対し、導波路１３１のパターンに応じて、紫外線を照射する。例えば、基板１１上にクラッド層１２とコア層１３とが設けられた積層体を移動ステージ上に設置し、紫外線を照射しながら、移動ステージを駆動する。
このようにして、紫外線を照射することにより、コア層１３の紫外線照射領域の屈折率が変化し、導波路１３１が形成されることとなる。
なお、ここでは火炎堆積法により、クラッド層１２、コア層１３を積層した後、紫外線を照射することにより導波路１３１を形成したが、導波路１３１の形成方法としてはこれに限られない。
例えば、火炎堆積法により、クラッド層、コア層を積層した後、導波路を構成する部分だけ残し、コア層をエッチングする。その後、導波路の側面をクラッド層と同様の材料で埋め込んでもよい。
図３に示すように、基板１１上に、例えば、火炎堆積法により、クラッド層１２を構成するＳｉＯ２の微粒子を堆積する。その後、加熱し、ＳｉＯ２の微粒子を溶融するとともに、透明化する。
次に、同じく火炎堆積法により、クラッド層１２上にコア層１３を構成するＳｉＯ２−ＧｅＯ２の微粒子を堆積する。その後、加熱して、ＳｉＯ２−ＧｅＯ２の微粒子を溶融するとともに、透明化する。
なお、クラッド層１２、コア層１３の積層方法は、火炎堆積法に限られるものではない。
その後、コア層１３表面に対し、導波路１３１のパターンに応じて、紫外線を照射する。例えば、基板１１上にクラッド層１２とコア層１３とが設けられた積層体を移動ステージ上に設置し、紫外線を照射しながら、移動ステージを駆動する。
このようにして、紫外線を照射することにより、コア層１３の紫外線照射領域の屈折率が変化し、導波路１３１が形成されることとなる。
なお、ここでは火炎堆積法により、クラッド層１２、コア層１３を積層した後、紫外線を照射することにより導波路１３１を形成したが、導波路１３１の形成方法としてはこれに限られない。
例えば、火炎堆積法により、クラッド層、コア層を積層した後、導波路を構成する部分だけ残し、コア層をエッチングする。その後、導波路の側面をクラッド層と同様の材料で埋め込んでもよい。
その後、導波路１３１上にＣＮＴ領域１４を設ける。
カーボンナノチューブを、例えば、アルコール、ジクロロエタン、ジメチルホルムアミド等の溶媒に均一に分散させ、分散液を調整する。この分散液を導波路１３１上に向けて、吹き付け、塗布する。
なお、ＣＮＴ領域１４の形成方法は、前述したような方法に限られるものではない。
例えば、ＣＮＴ領域１４に含まれるカーボンナノチューブを、その軸が導波路１３１の光軸に対し垂直となるように配置する場合、カーボンナノチューブをポリマーもしくはガラスに溶かし、このポリマーもしくはガラスを引っ張り、ＣＮＴ領域１４を形成する。これにより、カーボンナノチューブの軸を導波路１３１の光軸に対し垂直に配置することができる。
また、ＣＮＴ領域１４に含まれるカーボンナノチューブの軸が導波路１３１に対して垂直になるように、カーボンナノチューブを導波路１３１上に立たせて配置する場合には、ＣＶＤ法を利用し、ＣＮＴ領域１４を形成する。
カーボンナノチューブを、例えば、アルコール、ジクロロエタン、ジメチルホルムアミド等の溶媒に均一に分散させ、分散液を調整する。この分散液を導波路１３１上に向けて、吹き付け、塗布する。
なお、ＣＮＴ領域１４の形成方法は、前述したような方法に限られるものではない。
例えば、ＣＮＴ領域１４に含まれるカーボンナノチューブを、その軸が導波路１３１の光軸に対し垂直となるように配置する場合、カーボンナノチューブをポリマーもしくはガラスに溶かし、このポリマーもしくはガラスを引っ張り、ＣＮＴ領域１４を形成する。これにより、カーボンナノチューブの軸を導波路１３１の光軸に対し垂直に配置することができる。
また、ＣＮＴ領域１４に含まれるカーボンナノチューブの軸が導波路１３１に対して垂直になるように、カーボンナノチューブを導波路１３１上に立たせて配置する場合には、ＣＶＤ法を利用し、ＣＮＴ領域１４を形成する。
このような構造の光デバイス１では、導波路１３１からのエバネッセント波は、ＣＮＴ領域１４内に染み出し、ＣＮＴ領域１４の可飽和吸収特性の作用をうけることとなる。例えば、導波路１３１を通る光の強度が弱い場合には、導波路１３１からのエバネッセント波は、ＣＮＴ領域１４内に染み出し、ＣＮＴ領域１４に吸収されることとなる。
一方で、導波路１３１を通る光の強度が強い場合には、導波路１３１からのエバネッセント波は、ＣＮＴ領域１４内に染み出すものの、ＣＮＴ領域１４にはほとんど吸収されず、光デバイス１から出射することとなる。
以上のような光デバイス１は、例えば、モード同期レーザ装置等に、搭載することが可能である。モード同期レーザ装置に搭載する場合には、ＣＮＴ領域１４の導波路１３１の光軸に沿った長さ寸法は、１ｍｍ〜５０ｍｍ程度であることが好ましい。
一方で、導波路１３１を通る光の強度が強い場合には、導波路１３１からのエバネッセント波は、ＣＮＴ領域１４内に染み出すものの、ＣＮＴ領域１４にはほとんど吸収されず、光デバイス１から出射することとなる。
以上のような光デバイス１は、例えば、モード同期レーザ装置等に、搭載することが可能である。モード同期レーザ装置に搭載する場合には、ＣＮＴ領域１４の導波路１３１の光軸に沿った長さ寸法は、１ｍｍ〜５０ｍｍ程度であることが好ましい。
次に、本実施形態の光デバイス１の作用効果について説明する。
ＣＮＴ領域１４は、導波路１３１の光軸に沿って設けられており、従来のように、光軸に対して垂直に設けられていないため、導波路１３１に入射した入射光と、ＣＮＴ領域１４との相互作用長（換言すると、エバネッセント波と、カーボンナノチューブとの相互作用長）を長くしても光の透過性が悪化してしまうことがない。
これにより、本実施形態では、エバネッセント波と、カーボンナノチューブとの相互作用長を長くすることができ、入射した光のエバネッセント波と、ＣＮＴ領域１４との相互作用を充分に生じさせることにより、所望の性能の光デバイス１を得ることができる。
ＣＮＴ領域１４は、導波路１３１の光軸に沿って設けられており、従来のように、光軸に対して垂直に設けられていないため、導波路１３１に入射した入射光と、ＣＮＴ領域１４との相互作用長（換言すると、エバネッセント波と、カーボンナノチューブとの相互作用長）を長くしても光の透過性が悪化してしまうことがない。
これにより、本実施形態では、エバネッセント波と、カーボンナノチューブとの相互作用長を長くすることができ、入射した光のエバネッセント波と、ＣＮＴ領域１４との相互作用を充分に生じさせることにより、所望の性能の光デバイス１を得ることができる。
また、本実施形態では、ＣＮＴ領域１４は、導波路１３１上に直接形成されているので、導波路１３１からは、エバネッセント波がＣＮＴ領域１４内に確実に漏れ出すこととなる。これにより、カーボンナノチューブと、エバネッセント波との相互作用を確実に生じさせることができる。
さらに、本実施形態では、導波路１３１から染み出すエバネッセント波と、カーボンナノチューブとの間で相互作用により、光デバイス１の性能が決定されることとなる。導波路１３１から染み出すエバネッセント波は、微量であるため、光デバイス１を製造する際に、例え、ＣＮＴ領域１４の長さ寸法（エバネッセント波と、カーボンナノチューブとの相互作用長）に誤差が生じても、光デバイス１の性能に大きな影響を与えないと考えられる。従って、本実施形態では、製造安定性に優れた光デバイス１を提供することができる。
また、従来の特許文献１のような光デバイスでは、カーボンナノチューブを含有する層は、光軸に対し垂直に設けられているため、強度の大きな光を透過させる場合には、カーボンナノチューブが劣化する可能性があった。
これに対し、本実施形態では、ＣＮＴ領域１４は、光軸に沿って設けられているので、ＣＮＴ領域１４には、エバネッセント波が染み出すこととなる。このエバネッセント波の強度は、導波路１３１中を伝播する光にくらべ弱いため、カーボンナノチューブが光により劣化してしまうことを防止することができる。
これに対し、本実施形態では、ＣＮＴ領域１４は、光軸に沿って設けられているので、ＣＮＴ領域１４には、エバネッセント波が染み出すこととなる。このエバネッセント波の強度は、導波路１３１中を伝播する光にくらべ弱いため、カーボンナノチューブが光により劣化してしまうことを防止することができる。
（第二実施形態）
図４には、第二実施形態にかかる光デバイス２が示されている。
この光デバイス２は、前記第一実施形態と同様の基板１１と、クラッド層１２とを有する。
クラッド層１２上には、断面略台形形状の導波路２３が設けられている。
この導波路２３は、クラッド層１２の表面から上方に向かって突出しており、いわゆるリッジ形状となっている。
導波路２３は、前記実施形態と同様、ＳｉＯ2と、Ｇｅとを含有する層となっており、クラッド層１２の屈折率よりも、高い屈折率を有する。
この導波路２３上には、前記実施形態と同様のＣＮＴ領域１４が形成されている。ＣＮＴ領域１４は、前記導波路２３の光軸に沿って延びるとともに、前記導波路２３の上面および側面を一体的に覆っている。
このような構造の光デバイス２は、次のようにして製造される。
前記実施形態と同様に、基板１１上にクラッド層１２を設け、さらに、前記実施形態と同様、クラッド層１２の表面略全面を覆うように、ＳｉＯ2と、Ｇｅとを含有する層（図示略）を設ける。そして、この層上にマスキングを行い、不要部分（導波路２３となる部分以外の部分）を選択的に除去する。これにより、導波路２３が形成されることとなる。
その後、導波路２３上にＣＮＴ領域１４を設ける。ＣＮＴ領域１４は、前記実施形態と同様の方法で設けることができる。
図４には、第二実施形態にかかる光デバイス２が示されている。
この光デバイス２は、前記第一実施形態と同様の基板１１と、クラッド層１２とを有する。
クラッド層１２上には、断面略台形形状の導波路２３が設けられている。
この導波路２３は、クラッド層１２の表面から上方に向かって突出しており、いわゆるリッジ形状となっている。
導波路２３は、前記実施形態と同様、ＳｉＯ2と、Ｇｅとを含有する層となっており、クラッド層１２の屈折率よりも、高い屈折率を有する。
この導波路２３上には、前記実施形態と同様のＣＮＴ領域１４が形成されている。ＣＮＴ領域１４は、前記導波路２３の光軸に沿って延びるとともに、前記導波路２３の上面および側面を一体的に覆っている。
このような構造の光デバイス２は、次のようにして製造される。
前記実施形態と同様に、基板１１上にクラッド層１２を設け、さらに、前記実施形態と同様、クラッド層１２の表面略全面を覆うように、ＳｉＯ2と、Ｇｅとを含有する層（図示略）を設ける。そして、この層上にマスキングを行い、不要部分（導波路２３となる部分以外の部分）を選択的に除去する。これにより、導波路２３が形成されることとなる。
その後、導波路２３上にＣＮＴ領域１４を設ける。ＣＮＴ領域１４は、前記実施形態と同様の方法で設けることができる。
このような光デバイス２では、前記実施形態の光デバイス１と同様の効果に加え、以下の効果を奏する。
ＣＮＴ領域１４は、導波路２３の上面だけでなく、側面をも覆うように設けられている。従って、導波路２３の上面および側面からのエバネッセント波は、ＣＮＴ領域１４内に染み出すこととなり、ＣＮＴ領域１４内に染み出すエバネッセント波の量を多くすることができる。
ＣＮＴ領域１４は、導波路２３の上面だけでなく、側面をも覆うように設けられている。従って、導波路２３の上面および側面からのエバネッセント波は、ＣＮＴ領域１４内に染み出すこととなり、ＣＮＴ領域１４内に染み出すエバネッセント波の量を多くすることができる。
さらに、導波路２３の上面および側面からのエバネッセント波がＣＮＴ領域１４内にしみだすため、エバネッセント波と、カーボンナノチューブとの相互作用を確実に発生させることができる。そのため、性能が安定した光デバイス２を製造することが可能となる。
（第三実施形態）
図５を参照して、第三実施形態にかかる光デバイス３について説明する。
この光デバイス３は、前記各実施形態と同様の基板１１と、クラッド層１２とを有する。
クラッド層１２上には、クラッド層１２よりも屈折率の高いコア層３３が形成されている。
このコア層３３は、ＳｉＯ2を含有する層にＧｅが添加されたものであり、前記クラッド層１２上面を覆う基部３３１と、この基部３３１上に設けられた導波路３３２とを有する。
導波路３３２は、断面略台形形状であり、前記基部３３１から上方に突出するように形成されている。
この導波路３３２上には、前記各実施形態と同様のＣＮＴ領域１４が直接、設けられている。ＣＮＴ領域１４は、前記導波路３３２の光軸に沿って延びるとともに、前記導波路３３２の上面および側面を一体的に覆っている。
光デバイス３を製造する際には、クラッド層１２の表面略全面を覆うように、ＳｉＯ2と、Ｇｅとを含有する層（図示略）を設ける。そして、この層上にマスキングを行い、エッチングを行う。マスクが施されていない部分の厚みが所定の厚みとなった時点でエッチングを終了する。
その他の点においては、第二実施形態と略同様の方法で製造することができる。
このような光デバイス３は、第二実施形態の光デバイス２と同様の効果を奏する。
図５を参照して、第三実施形態にかかる光デバイス３について説明する。
この光デバイス３は、前記各実施形態と同様の基板１１と、クラッド層１２とを有する。
クラッド層１２上には、クラッド層１２よりも屈折率の高いコア層３３が形成されている。
このコア層３３は、ＳｉＯ2を含有する層にＧｅが添加されたものであり、前記クラッド層１２上面を覆う基部３３１と、この基部３３１上に設けられた導波路３３２とを有する。
導波路３３２は、断面略台形形状であり、前記基部３３１から上方に突出するように形成されている。
この導波路３３２上には、前記各実施形態と同様のＣＮＴ領域１４が直接、設けられている。ＣＮＴ領域１４は、前記導波路３３２の光軸に沿って延びるとともに、前記導波路３３２の上面および側面を一体的に覆っている。
光デバイス３を製造する際には、クラッド層１２の表面略全面を覆うように、ＳｉＯ2と、Ｇｅとを含有する層（図示略）を設ける。そして、この層上にマスキングを行い、エッチングを行う。マスクが施されていない部分の厚みが所定の厚みとなった時点でエッチングを終了する。
その他の点においては、第二実施形態と略同様の方法で製造することができる。
このような光デバイス３は、第二実施形態の光デバイス２と同様の効果を奏する。
（第四実施形態）
図６，７を参照して、第四実施形態にかかる光デバイス４を説明する。
図６は、本実施形態の光デバイス４を示す斜視図であり、図７は、本実施形態の光デバイス４の光軸方向の断面図である。
この光デバイス４は、光ファイバであり、コア部４１と、このコア部４１の外周側に設けられ、コア部４１の外周を覆うクラッド部４２とを有する。
コア部４１は、長尺状に延びており、導波路となるものである。このコア部４１は、断面略円形形状となっている。
クラッド部４２は、コア部４１の外周を覆うものであり、コア部４１に沿って延びている。
クラッド部４２の外周部の少なくとも一部には、コア部４１の光軸方向に沿って延びる平面部（切り欠き部）４２１が形成されている。すなわち、クラッド部４２の断面形状は略半円形状となっている。
この平面部４２１は、断面略円形形状のクラッド部４２の外周面の少なくとも一部をコア部４１の光軸に沿って切り欠くことで形成することができる。
平面部４２１は、図７に示すように、クラッド部４２の一部に形成されていてもよく、また、クラッド部４２全長にわたって形成されていてもよい。
図６，７を参照して、第四実施形態にかかる光デバイス４を説明する。
図６は、本実施形態の光デバイス４を示す斜視図であり、図７は、本実施形態の光デバイス４の光軸方向の断面図である。
この光デバイス４は、光ファイバであり、コア部４１と、このコア部４１の外周側に設けられ、コア部４１の外周を覆うクラッド部４２とを有する。
コア部４１は、長尺状に延びており、導波路となるものである。このコア部４１は、断面略円形形状となっている。
クラッド部４２は、コア部４１の外周を覆うものであり、コア部４１に沿って延びている。
クラッド部４２の外周部の少なくとも一部には、コア部４１の光軸方向に沿って延びる平面部（切り欠き部）４２１が形成されている。すなわち、クラッド部４２の断面形状は略半円形状となっている。
この平面部４２１は、断面略円形形状のクラッド部４２の外周面の少なくとも一部をコア部４１の光軸に沿って切り欠くことで形成することができる。
平面部４２１は、図７に示すように、クラッド部４２の一部に形成されていてもよく、また、クラッド部４２全長にわたって形成されていてもよい。
クラッド部４２の断面（コア部４１の光軸と直交する断面）において平面部４２１からコア部４１までの距離Ｌ１は、クラッド部４２の平面部４２１以外の外周面から、コア部４１までの距離Ｌ２よりも短い。
また、平面部４２１はコア部４１近傍にあり、平面部４２１からコア部４１までの距離Ｌ１は、コア部４１からのエバネッセント波が染み出す距離よりも短くなっている。
このような平面部４２１上には、前記各実施形態と同様のＣＮＴ領域１４が形成されている。ＣＮＴ領域１４は、コア部４１の光軸に沿って設けられている。
以上の光デバイス4においては、コア部４１内を伝播する光のエバネッセント波は、平面部４２１上のＣＮＴ領域１４内にまで染み出す。
また、平面部４２１はコア部４１近傍にあり、平面部４２１からコア部４１までの距離Ｌ１は、コア部４１からのエバネッセント波が染み出す距離よりも短くなっている。
このような平面部４２１上には、前記各実施形態と同様のＣＮＴ領域１４が形成されている。ＣＮＴ領域１４は、コア部４１の光軸に沿って設けられている。
以上の光デバイス4においては、コア部４１内を伝播する光のエバネッセント波は、平面部４２１上のＣＮＴ領域１４内にまで染み出す。
次に、本実施形態の光デバイス４の作用効果について説明する。
ＣＮＴ領域１４は、導波路であるコア部４１の光軸に沿って設けられており、従来のように、光軸に対して垂直に設けられていないため、コア部４１に入射した入射光と、ＣＮＴ領域１４との相互作用長（換言すると、エバネッセント波と、カーボンナノチューブとの相互作用長）を長くしても光の透過性が悪化してしまうことがない。
これにより、光デバイス４に入射した光のエバネッセント波と、ＣＮＴ領域１４との相互作用を生じさせて、所望の性能の光デバイス４を提供することができる。
さらに、本実施形態の光デバイス４は、従来からある一般的な断面円形形状の光ファイバのクラッド部を切り欠いて、平面部４２１を形成し、この平面部４２１上にＣＮＴ領域１４を設ければよい。従来からある光ファイバを利用して、光デバイス４を製造することができるので、製造コストの増加を防止することができる。
ＣＮＴ領域１４は、導波路であるコア部４１の光軸に沿って設けられており、従来のように、光軸に対して垂直に設けられていないため、コア部４１に入射した入射光と、ＣＮＴ領域１４との相互作用長（換言すると、エバネッセント波と、カーボンナノチューブとの相互作用長）を長くしても光の透過性が悪化してしまうことがない。
これにより、光デバイス４に入射した光のエバネッセント波と、ＣＮＴ領域１４との相互作用を生じさせて、所望の性能の光デバイス４を提供することができる。
さらに、本実施形態の光デバイス４は、従来からある一般的な断面円形形状の光ファイバのクラッド部を切り欠いて、平面部４２１を形成し、この平面部４２１上にＣＮＴ領域１４を設ければよい。従来からある光ファイバを利用して、光デバイス４を製造することができるので、製造コストの増加を防止することができる。
さらに、コア部４１から染み出すエバネッセント波は、微量であるため、光デバイス４を製造する際に、例え、ＣＮＴ領域１４の長さ寸法（エバネッセント波と、カーボンナノチューブとの相互作用長）に誤差が生じても、光デバイス４の性能に大きな影響を与えないと考えられる。従って、本実施形態では、製造安定性に優れた光デバイス４を提供することができる。
また、本実施形態では、ＣＮＴ領域１４は、コア部４１の光軸に沿って設けられているので、ＣＮＴ領域１４には、エバネッセント波が染み出すこととなる。このエバネッセント波の強度は、コア部４１中を伝播する光にくらべ弱いため、カーボンナノチューブが光により劣化してしまうことを防止することができる。
（第五実施形態）
図８を参照して、本発明の第五実施形態について説明する。
本実施形態の光デバイス５は、フォトニック結晶光ファイバを利用した光ファイバである。
この光デバイス５は、導波路を構成するコア部５１と、このコア部５１の外周に設けられたクラッド部５２とを有する。
本実施形態では、コア部５１と、クラッド部５２との材質は同じであり、クラッド部５２に形成された複数の孔５２１に取り囲まれた部分がコア部５１となっている。
なお、ここでは、コア部５１を取り囲む４つの孔５２１しか図示していないが、クラッド部５２のコア部５１を取り囲む孔の外周側に、さらに、多数の孔が形成されていてもよい。
孔５２１は、コア部５１の光軸に沿って延び、コア部５１に対し略平行に配置されている。
複数の孔５２１のうち、コア部５１近傍に位置し、コア部５１を取り囲むように形成されている孔５２１の内部には、ＣＮＴが充填されており、ＣＮＴ領域１４が設けられている。
なお、孔５２１は、コア部５１の全長に沿って設けられているが、ＣＮＴ領域１４は孔５２１の一部にのみ設けられていてもよく、孔５２１を完全に埋めるように設けられていてもよい。
図８を参照して、本発明の第五実施形態について説明する。
本実施形態の光デバイス５は、フォトニック結晶光ファイバを利用した光ファイバである。
この光デバイス５は、導波路を構成するコア部５１と、このコア部５１の外周に設けられたクラッド部５２とを有する。
本実施形態では、コア部５１と、クラッド部５２との材質は同じであり、クラッド部５２に形成された複数の孔５２１に取り囲まれた部分がコア部５１となっている。
なお、ここでは、コア部５１を取り囲む４つの孔５２１しか図示していないが、クラッド部５２のコア部５１を取り囲む孔の外周側に、さらに、多数の孔が形成されていてもよい。
孔５２１は、コア部５１の光軸に沿って延び、コア部５１に対し略平行に配置されている。
複数の孔５２１のうち、コア部５１近傍に位置し、コア部５１を取り囲むように形成されている孔５２１の内部には、ＣＮＴが充填されており、ＣＮＴ領域１４が設けられている。
なお、孔５２１は、コア部５１の全長に沿って設けられているが、ＣＮＴ領域１４は孔５２１の一部にのみ設けられていてもよく、孔５２１を完全に埋めるように設けられていてもよい。
このような光デバイス５においては、コア部５１内を伝播する光のエバネッセント波は、ＣＮＴ領域１４内にまで染み出す。
なお、光デバイス５は、フォトニック結晶光ファイバを利用したものであるため、孔５２１内の空気と、コア部５１との屈折率差により、コア部５１内を光が伝播する構成となっている。本実施形態では、孔５２１内にＣＮＴ領域１４が設けられるが、孔５２１内に完全にＣＮＴを充填することは難しく、孔５２１内には空気が残存するものと推測される。従って、孔５２１内にＣＮＴ領域１４を設けても、コア部５１内に光を伝播させることは可能である。
なお、光デバイス５は、フォトニック結晶光ファイバを利用したものであるため、孔５２１内の空気と、コア部５１との屈折率差により、コア部５１内を光が伝播する構成となっている。本実施形態では、孔５２１内にＣＮＴ領域１４が設けられるが、孔５２１内に完全にＣＮＴを充填することは難しく、孔５２１内には空気が残存するものと推測される。従って、孔５２１内にＣＮＴ領域１４を設けても、コア部５１内に光を伝播させることは可能である。
次に、光デバイス５の製造方法について説明する。
ＣＮＴ領域１４を孔５２１に設ける際には、まず、孔５２１が形成されたクラッド部５２と、コア部５１とを有する光ファイバを用意する。
次に、第一実施形態と同様の方法でカーボンナノチューブが分散された分散液を調整する。
そして、この分散液を孔５２１内に流す。分散液を孔５２１内に充填する方法としては、例えば、毛細管現象を利用してもよく、また、注射器により分散液を孔５２１内に押し出してもよい。さらには、孔５２１の一方の端部側にポンプ等の吸引手段を設置し、一方の端部側を陰圧にしておき、分散液を孔５２１内に充填してもよい。
その後、必要に応じて、分散液中の溶媒をとばす。これにより、孔５２１内にＣＮＴ領域１４が設けられることとなる。
なお、孔５２１内の全長にわたってＣＮＴ領域１４を設けた場合には、必要に応じてＣＮＴ領域１４が設けられた光ファイバを切断し、ＣＮＴ領域１４の長さ寸法（エバネッセント波と、カーボンナノチューブとの相互作用長）を調整する。そして、他の光ファイバ（ＣＮＴ領域１４が設けられていない通常の光ファイバ）と接続することで、所望の長さ寸法（エバネッセント波と、カーボンナノチューブとの相互作用長）のＣＮＴ領域１４を有する光デバイスを得ることができる。
すなわち、この光デバイスは、導波路を構成する第一のコア部と、このコア部の外周に設けられた第一のクラッド部と、前記第一のコア部の光軸に沿って配置されるとともに、前記コア部近傍に設けられたカーボンナノチューブを含有する領域とを有する第一の光ファイバと、導波路を構成する第二のコア部と、この第二のコア部の外周に設けられた第二のクラッド部とを有するとともに、カーボンナノチューブを含有する領域が設けられていない第二の光ファイバとを有し、第一の光ファイバと第二の光ファイバとが接続された光デバイスとなる。
ＣＮＴ領域１４を孔５２１に設ける際には、まず、孔５２１が形成されたクラッド部５２と、コア部５１とを有する光ファイバを用意する。
次に、第一実施形態と同様の方法でカーボンナノチューブが分散された分散液を調整する。
そして、この分散液を孔５２１内に流す。分散液を孔５２１内に充填する方法としては、例えば、毛細管現象を利用してもよく、また、注射器により分散液を孔５２１内に押し出してもよい。さらには、孔５２１の一方の端部側にポンプ等の吸引手段を設置し、一方の端部側を陰圧にしておき、分散液を孔５２１内に充填してもよい。
その後、必要に応じて、分散液中の溶媒をとばす。これにより、孔５２１内にＣＮＴ領域１４が設けられることとなる。
なお、孔５２１内の全長にわたってＣＮＴ領域１４を設けた場合には、必要に応じてＣＮＴ領域１４が設けられた光ファイバを切断し、ＣＮＴ領域１４の長さ寸法（エバネッセント波と、カーボンナノチューブとの相互作用長）を調整する。そして、他の光ファイバ（ＣＮＴ領域１４が設けられていない通常の光ファイバ）と接続することで、所望の長さ寸法（エバネッセント波と、カーボンナノチューブとの相互作用長）のＣＮＴ領域１４を有する光デバイスを得ることができる。
すなわち、この光デバイスは、導波路を構成する第一のコア部と、このコア部の外周に設けられた第一のクラッド部と、前記第一のコア部の光軸に沿って配置されるとともに、前記コア部近傍に設けられたカーボンナノチューブを含有する領域とを有する第一の光ファイバと、導波路を構成する第二のコア部と、この第二のコア部の外周に設けられた第二のクラッド部とを有するとともに、カーボンナノチューブを含有する領域が設けられていない第二の光ファイバとを有し、第一の光ファイバと第二の光ファイバとが接続された光デバイスとなる。
本実施形態の光デバイス５では、第四実施形態の光デバイス４と同様の効果に加えて、以下の効果を奏する。
本実施形態の光デバイス５は、従来からあるフォトニック結晶光ファイバの空気孔（孔５２１）にＣＮＴ領域１４を設けることで、製造することができる。
また、本実施形態の光デバイス５では、孔５２１と、コア部５１との間の距離を適宜調整することで、コア部５１内を伝播する光のエバネッセント波のＣＮＴ領域１４へのしみだし量を調整することが可能となる。
また、本実施形態の光デバイス５では、孔５２１と、コア部５１との間の距離を適宜調整することで、コア部５１内を伝播する光のエバネッセント波のＣＮＴ領域１４へのしみだし量を調整することが可能となる。
（第六実施形態）
図９を参照して、本発明の第六実施形態について説明する。
本実施形態の光デバイス６は、光ファイバであり、コア部６１と、このコア部６１の外周側に設けられ、コア部６１の外周を覆うクラッド部６２とを有する。
コア部６１は、長尺状に延びており、導波路となるものである。このコア部６１の中心部には、コア部６１の光軸に沿って延びる孔６１１が形成されている。
孔６１１の内部にはカーボンナノチューブが充填されており、ＣＮＴ領域１４が設けられている。
なお、孔６１１は、コア部６１の全長に沿って設けられているが、ＣＮＴ領域１４は孔６１１の一部にのみ設けられていてもよく、孔６１１を完全に埋めるように設けられていてもよい。
ＣＮＴ領域１４を孔６１１に設ける場合には、孔６１１が形成されたコア部６１と、クラッド部６２とを有する光ファイバを用意する。
そして、第一実施形態と同様の方法でカーボンナノチューブが分散された分散液を調整する。この分散液を孔６１１内に流す。孔６１１への分散液の充填方法は、第五実施形態と同様である。
その後、必要に応じて、分散液中の溶媒をとばす。これにより、孔６１１内にＣＮＴ領域１４が設けられることとなる。
なお、第五実施形態と同様、孔６１１内の全長にわたってＣＮＴ領域１４を設けた場合には、必要に応じてＣＮＴ領域１４が設けられた光ファイバを切断し、ＣＮＴ領域１４の長さ寸法（エバネッセント波と、カーボンナノチューブとの相互作用長）を調整する。そして、他の光ファイバ（ＣＮＴ領域１４が設けられていない通常の光ファイバ（導波路を構成するコア部と、コア部の外周を覆う第二のクラッド部を有する光ファイバ））と接続することで、所望の長さ寸法（エバネッセント波と、カーボンナノチューブとの相互作用長）のＣＮＴ領域１４を有する光デバイスを構成することができる。
このような光デバイス６においては、コア部６１内を伝播する光のエバネッセント波は、ＣＮＴ領域１４内にまで染み出す。
図９を参照して、本発明の第六実施形態について説明する。
本実施形態の光デバイス６は、光ファイバであり、コア部６１と、このコア部６１の外周側に設けられ、コア部６１の外周を覆うクラッド部６２とを有する。
コア部６１は、長尺状に延びており、導波路となるものである。このコア部６１の中心部には、コア部６１の光軸に沿って延びる孔６１１が形成されている。
孔６１１の内部にはカーボンナノチューブが充填されており、ＣＮＴ領域１４が設けられている。
なお、孔６１１は、コア部６１の全長に沿って設けられているが、ＣＮＴ領域１４は孔６１１の一部にのみ設けられていてもよく、孔６１１を完全に埋めるように設けられていてもよい。
ＣＮＴ領域１４を孔６１１に設ける場合には、孔６１１が形成されたコア部６１と、クラッド部６２とを有する光ファイバを用意する。
そして、第一実施形態と同様の方法でカーボンナノチューブが分散された分散液を調整する。この分散液を孔６１１内に流す。孔６１１への分散液の充填方法は、第五実施形態と同様である。
その後、必要に応じて、分散液中の溶媒をとばす。これにより、孔６１１内にＣＮＴ領域１４が設けられることとなる。
なお、第五実施形態と同様、孔６１１内の全長にわたってＣＮＴ領域１４を設けた場合には、必要に応じてＣＮＴ領域１４が設けられた光ファイバを切断し、ＣＮＴ領域１４の長さ寸法（エバネッセント波と、カーボンナノチューブとの相互作用長）を調整する。そして、他の光ファイバ（ＣＮＴ領域１４が設けられていない通常の光ファイバ（導波路を構成するコア部と、コア部の外周を覆う第二のクラッド部を有する光ファイバ））と接続することで、所望の長さ寸法（エバネッセント波と、カーボンナノチューブとの相互作用長）のＣＮＴ領域１４を有する光デバイスを構成することができる。
このような光デバイス６においては、コア部６１内を伝播する光のエバネッセント波は、ＣＮＴ領域１４内にまで染み出す。
本実施形態の光デバイス６は、第四実施形態の光デバイス４と同様の効果に加えて、以下の効果を奏する。
コア部６１に形成された孔６１１内にＣＮＴ領域１４が設けられており、ＣＮＴ領域１４の外周面は、コア部６１に直接、接触している。従って、コア部６１の孔６１１の内周面からエバネッセント波がＣＮＴ領域１４内に確実にしみだすこととなる。
コア部６１に形成された孔６１１内にＣＮＴ領域１４が設けられており、ＣＮＴ領域１４の外周面は、コア部６１に直接、接触している。従って、コア部６１の孔６１１の内周面からエバネッセント波がＣＮＴ領域１４内に確実にしみだすこととなる。
（第七実施形態）
図１０を参照して、本発明の第七実施形態について説明する。
図１０は、本実施形態の光デバイス７の長手方向の断面図である。
本実施形態の光デバイス７は、光ファイバであり、導波路を構成するコア部７１と、このコア部７１の外周に設けられ、コア部７１の外周を覆うクラッド部７２とを有する。
コア部７１は、テーパ部７１１と、テーパ部７１１の両端部に接続された大径部７１２とを有する。
テーパ部７１１は、光ファイバの光軸に沿って徐々に縮径したのち、拡径する。
大径部７１２においては、径に変動はない。
クラッド部７２は、コア部７１に沿って延びている。このクラッド部７２もコア部７１と同様に、テーパ部７２１と、このテーパ部７２１の両端部に接続された大径部７２２と、を有している。
このテーパ部７２１の直径は、コア部７１の光軸に沿って徐々に縮径したのち、拡径する。テーパ部７２１の径が最も小さい部分では、径が数μｍ程度になっている。
大径部７２２においては、直径の変動はない。
ＣＮＴ領域１４は、コア部７１の光軸に沿って延びるとともに、テーパ部７２１の最も径が小さい部分の外周面を含むテーパ部７２１の外周面を覆うように設けられている。
このような光デバイス７においては、光は、コア部７１の大径部７１２を伝播するが、コア部７１のテーパ部７１１の最も径が小さい部分およびその近傍を伝播する際には、テーパ部７１１をつきぬけクラッド部７２のテーパ部７２１を伝播することとなる。
コア部７１内のテーパ部７１１およびクラッド部７２のテーパ部７２１を伝播する光のエバネッセント波は、ＣＮＴ領域１４内にまで染み出す。
図１０を参照して、本発明の第七実施形態について説明する。
図１０は、本実施形態の光デバイス７の長手方向の断面図である。
本実施形態の光デバイス７は、光ファイバであり、導波路を構成するコア部７１と、このコア部７１の外周に設けられ、コア部７１の外周を覆うクラッド部７２とを有する。
コア部７１は、テーパ部７１１と、テーパ部７１１の両端部に接続された大径部７１２とを有する。
テーパ部７１１は、光ファイバの光軸に沿って徐々に縮径したのち、拡径する。
大径部７１２においては、径に変動はない。
クラッド部７２は、コア部７１に沿って延びている。このクラッド部７２もコア部７１と同様に、テーパ部７２１と、このテーパ部７２１の両端部に接続された大径部７２２と、を有している。
このテーパ部７２１の直径は、コア部７１の光軸に沿って徐々に縮径したのち、拡径する。テーパ部７２１の径が最も小さい部分では、径が数μｍ程度になっている。
大径部７２２においては、直径の変動はない。
ＣＮＴ領域１４は、コア部７１の光軸に沿って延びるとともに、テーパ部７２１の最も径が小さい部分の外周面を含むテーパ部７２１の外周面を覆うように設けられている。
このような光デバイス７においては、光は、コア部７１の大径部７１２を伝播するが、コア部７１のテーパ部７１１の最も径が小さい部分およびその近傍を伝播する際には、テーパ部７１１をつきぬけクラッド部７２のテーパ部７２１を伝播することとなる。
コア部７１内のテーパ部７１１およびクラッド部７２のテーパ部７２１を伝播する光のエバネッセント波は、ＣＮＴ領域１４内にまで染み出す。
本実施形態の光デバイス７は、第四実施形態の光デバイス４と同様の効果に加えて、以下の効果を奏する。
本実施形態では、テーパ部７２１の外周面に、第一実施形態で使用したＣＮＴを含有した分散液を塗布するだけで、ＣＮＴ領域１４を設けることができるので、光デバイス７の製造に手間を要しない。
（第八実施形態）
図１１を参照して、本発明の第八実施形態について説明する。
図１１には、光デバイスとしての光集積回路素子８が示されている。
この光集積回路素子８は、第一実施形態と同様の基板１１と、この基板１１上に設けられたクラッド層１２と、このクラッド層１２上に設けられたコア層１３とを備える。
コア層１３には複数の導波路８３１（８３１Ａ〜８３１Ｄ），８３３が形成されている。
複数の導波路のうち、光スイッチ用の導波路８３１は、第一の導波路８３１Ａ、第二の導波路８３１Ｂ、入射側導波路８３１Ｃ、出射側導波路８３１Ｄを有する。
第一の導波路８３１Ａの光入射側の端部と、第二の導波路８３１Ｂの光入射側の端部とは接続されている。また、第一の導波路８３１Ａの光出射側の端部と、第二の導波路８３１Ｂの光出射側の端部とは接続されている。すなわち、第二の導波路８３１Ｂは、第一の導波路８３１Ａの光入射側の端部、光出射側の端部に対し、光学的な交差が生じる位置関係で配置されているといえる。
なお、第二の導波路８３１Ｂの光入射側端部、光出射側端部以外の部分は、第一の導波路８３１Ａに対し、光学的に結合しないよう（光学的な交差が生じないよう）、離間配置されている。
図１１を参照して、本発明の第八実施形態について説明する。
図１１には、光デバイスとしての光集積回路素子８が示されている。
この光集積回路素子８は、第一実施形態と同様の基板１１と、この基板１１上に設けられたクラッド層１２と、このクラッド層１２上に設けられたコア層１３とを備える。
コア層１３には複数の導波路８３１（８３１Ａ〜８３１Ｄ），８３３が形成されている。
複数の導波路のうち、光スイッチ用の導波路８３１は、第一の導波路８３１Ａ、第二の導波路８３１Ｂ、入射側導波路８３１Ｃ、出射側導波路８３１Ｄを有する。
第一の導波路８３１Ａの光入射側の端部と、第二の導波路８３１Ｂの光入射側の端部とは接続されている。また、第一の導波路８３１Ａの光出射側の端部と、第二の導波路８３１Ｂの光出射側の端部とは接続されている。すなわち、第二の導波路８３１Ｂは、第一の導波路８３１Ａの光入射側の端部、光出射側の端部に対し、光学的な交差が生じる位置関係で配置されているといえる。
なお、第二の導波路８３１Ｂの光入射側端部、光出射側端部以外の部分は、第一の導波路８３１Ａに対し、光学的に結合しないよう（光学的な交差が生じないよう）、離間配置されている。
さらに、入射側導波路８３１Ｃは、第一の導波路８３１Ａの光入射側の端部と、第二の導波路８３１Ｂの光出射側の端部との交点に接続されている。
また、出射側導波路８３１Ｄは、第一の導波路８３１Ａの光出射側の端部と、第二の導波路８３１Ｂの光出射側の端部との交点に接続されている。
第一の導波路８３１Ａ上には、第一の導波路８３１Ａの光軸に沿って、ＣＮＴ領域１４が直接、設けられている。なお、第二の導波路８３１Ｂ上には、ＣＮＴ領域は設けられていない。
ここで、基板１１と、クラッド層１２と、コア層１３に形成された第一の導波路８３１Ａ、第二の導波路８３１Ｂ、入射側導波路８３１Ｃ、出射側導波路８３１Ｄと、第一の導波路８３１Ａ上に設けられたＣＮＴ領域１４で、光スイッチが構成される。
この光スイッチでは、入射側導波路８３１Ｃからの光は、第一の導波路８３１Ａと、第二の導波路８３１Ｂとに分岐される。
第一の導波路８３１Ａ上には、ＣＮＴ領域１４が設けられており、第一の導波路８３１Ａを通る光の強度に応じて、第一の導波路８３１Ａを通る光の吸収率が変化する。光の吸収率に変化が生じると、第一の導波路８３１Ａを通る光の位相も変化することとなる。
また、出射側導波路８３１Ｄは、第一の導波路８３１Ａの光出射側の端部と、第二の導波路８３１Ｂの光出射側の端部との交点に接続されている。
第一の導波路８３１Ａ上には、第一の導波路８３１Ａの光軸に沿って、ＣＮＴ領域１４が直接、設けられている。なお、第二の導波路８３１Ｂ上には、ＣＮＴ領域は設けられていない。
ここで、基板１１と、クラッド層１２と、コア層１３に形成された第一の導波路８３１Ａ、第二の導波路８３１Ｂ、入射側導波路８３１Ｃ、出射側導波路８３１Ｄと、第一の導波路８３１Ａ上に設けられたＣＮＴ領域１４で、光スイッチが構成される。
この光スイッチでは、入射側導波路８３１Ｃからの光は、第一の導波路８３１Ａと、第二の導波路８３１Ｂとに分岐される。
第一の導波路８３１Ａ上には、ＣＮＴ領域１４が設けられており、第一の導波路８３１Ａを通る光の強度に応じて、第一の導波路８３１Ａを通る光の吸収率が変化する。光の吸収率に変化が生じると、第一の導波路８３１Ａを通る光の位相も変化することとなる。
例えば、第一の導波路８３１Ａに入射する光の強度が弱い場合には、大きな位相の変化、例えば、位相が１８０°変化する。この場合には、第一の導波路８３１Ａから出射される光の位相と、第二の導波路８３１Ｂから出射される光の位相とが１８０°ずれることとなるので、互いに打ち消しあい、出射側導波路８３１Ｄ中を光が伝播しないようになる。
一方で、第一の導波路８３１Ａに入射する光の強度が強い場合には、例えば、第一の導波路８３１Ａ中の光に大きな位相の変化が生じず、第一の導波路８３１Ａから出射される光と、第二の導波路８３１Ｂから出射される光とが互いに打ち消してしまうことがない。そのため、第一の導波路８３１Ａから出射される光と、第二の導波路８３１Ｂから出射される光とが合成されて、出射側導波路８３１Ｄ中を光が伝播することとなる。
なお、ＣＮＴ領域１４の第一の導波路８３１Ａの光軸に沿った長さ寸法は、例えば１００μｍ〜１０ｍｍ程度である。
一方で、第一の導波路８３１Ａに入射する光の強度が強い場合には、例えば、第一の導波路８３１Ａ中の光に大きな位相の変化が生じず、第一の導波路８３１Ａから出射される光と、第二の導波路８３１Ｂから出射される光とが互いに打ち消してしまうことがない。そのため、第一の導波路８３１Ａから出射される光と、第二の導波路８３１Ｂから出射される光とが合成されて、出射側導波路８３１Ｄ中を光が伝播することとなる。
なお、ＣＮＴ領域１４の第一の導波路８３１Ａの光軸に沿った長さ寸法は、例えば１００μｍ〜１０ｍｍ程度である。
また、コア層１３には、光スイッチ用の導波路とは別に、他の導波路８３３が形成されている。この他の導波路８３３上には、前記第一実施形態と同様に、ＣＮＴ領域１４が設けられている。
基板１１と、クラッド層１２と、コア層１３に形成された他の導波路８３３と、この他の導波路８３３上に形成されたＣＮＴ領域１４とで、前記第一実施形態と同様の光デバイスが構成されることとなる。
基板１１と、クラッド層１２と、コア層１３に形成された他の導波路８３３と、この他の導波路８３３上に形成されたＣＮＴ領域１４とで、前記第一実施形態と同様の光デバイスが構成されることとなる。
このような光集積回路素子８は、前記第一実施形態と同様の方法で製造することができる。
すなわち、第一実施形態と同様の方法で、基板１１上に、クラッド層１２、コア層１３を設けたのち、導波路８３１，８３３のパターンに応じてコア層１３に紫外線を照射する。
すなわち、第一実施形態と同様の方法で、基板１１上に、クラッド層１２、コア層１３を設けたのち、導波路８３１，８３３のパターンに応じてコア層１３に紫外線を照射する。
次に、本実施形態の光集積回路素子８の作用効果について説明する。光集積回路素子８では、第一実施形態の光デバイス１と同様の効果に加え、以下の効果を奏する。
この光集積回路素子８では、光スイッチを構成する基板１１、クラッド層１２、コア層１３と、第一実施形態と同様の光デバイスを構成する基板１１、クラッド層１２、コア層１３とを共通化することができるので、光デバイスの集積化を図ることができる。
この光集積回路素子８では、光スイッチを構成する基板１１、クラッド層１２、コア層１３と、第一実施形態と同様の光デバイスを構成する基板１１、クラッド層１２、コア層１３とを共通化することができるので、光デバイスの集積化を図ることができる。
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記第一実施形態〜第三実施形態では、ＣＮＴ領域１４を設ける際に、カーボンナノチューブを含有する分散液を、導波路上塗布したが、ＣＮＴ領域１４を形成する方法としては、これに限られない。例えば、Ｎｉや、Ｃｏ等の触媒を導波路上に設け、ＣＶＤ法により、ＣＮＴ領域１４を形成してもよい。具体的には、ガス状の含炭素材料を熱分解し、生成した炭素からカーボンナノチューブを生成し、ＣＮＴ領域を形成する。
また、前記第一実施形態〜第三実施形態では、少なくとも導波路の上面を覆うようにＣＮＴ領域１４を設けたが、これに限らず、導波路の側面のみを覆うようにＣＮＴ領域を設けてもよい。
例えば、前記第一実施形態〜第三実施形態では、ＣＮＴ領域１４を設ける際に、カーボンナノチューブを含有する分散液を、導波路上塗布したが、ＣＮＴ領域１４を形成する方法としては、これに限られない。例えば、Ｎｉや、Ｃｏ等の触媒を導波路上に設け、ＣＶＤ法により、ＣＮＴ領域１４を形成してもよい。具体的には、ガス状の含炭素材料を熱分解し、生成した炭素からカーボンナノチューブを生成し、ＣＮＴ領域を形成する。
また、前記第一実施形態〜第三実施形態では、少なくとも導波路の上面を覆うようにＣＮＴ領域１４を設けたが、これに限らず、導波路の側面のみを覆うようにＣＮＴ領域を設けてもよい。
さらに、例えば、図１２に示すように、基板１１上の導波路１５をクラッド層１６で覆うような構成を採用する場合には、クラッド層１６に、カーボンナノチューブを分散させてもよい。この場合には、クラッド層１６全体が、導波路１５の光軸に沿って配置されるとともに、前記導波路１５近傍に設けられたカーボンナノチューブを含有する領域となる。
例えば、エッチングにより、導波路１５を形成した後、導波路１５の側面、上面をクラッド層１６で被覆する。この際、クラッド層１６を樹脂製とし、樹脂中にカーボンナノチューブを分散させる。クラッド層１６を、カーボンナノチューブを含有する、いわゆるポリマーナノコンポジットで構成する。
また、クラッド層１６をゾルゲル法で作製し、クラッド層１６にカーボンナノチューブを分散させてもよい。クラッド層１６のゾルにカーボンナノチューブを分散させ、これを基板１１上および導波路１５上に塗布する。
なお、このような構成では、クラッド層１６全体にカーボンナノチューブが分散することとなるが、導波路１５近傍領域までしかエバネッセント波が到達しないため、導波路１５の近傍部分に存在するカーボンナノチューブと、エバネッセント波とが相互作用する。
例えば、エッチングにより、導波路１５を形成した後、導波路１５の側面、上面をクラッド層１６で被覆する。この際、クラッド層１６を樹脂製とし、樹脂中にカーボンナノチューブを分散させる。クラッド層１６を、カーボンナノチューブを含有する、いわゆるポリマーナノコンポジットで構成する。
また、クラッド層１６をゾルゲル法で作製し、クラッド層１６にカーボンナノチューブを分散させてもよい。クラッド層１６のゾルにカーボンナノチューブを分散させ、これを基板１１上および導波路１５上に塗布する。
なお、このような構成では、クラッド層１６全体にカーボンナノチューブが分散することとなるが、導波路１５近傍領域までしかエバネッセント波が到達しないため、導波路１５の近傍部分に存在するカーボンナノチューブと、エバネッセント波とが相互作用する。
また、前記第一実施形態〜第三実施形態では、基板１１上に、クラッド層１２等を積層し、導波路１３１，２３，３３２を成形した後、ＣＮＴ領域１４を設け、光デバイス１〜３を製造したが、これに限らず、例えば、あらかじめ導波路１３１，２３，３３２が設けられた市販の構造体に、ＣＮＴ領域１４を設けて、光デバイスを製造してもよい。このようにすれば、容易に光デバイスを製造することができる。
さらに、前記第一実施形態〜第三実施形態においても言及したが、ＣＮＴ領域１４は、導波路１３１，２３，３３２全長にわたって設けられていてもよく、導波路１３１，２３，３３２の一部を覆うように設けられていてもよい。例えば、導波路１３１，２３，３３２上に所定の間隔をあけて、複数のＣＮＴ領域１４を設けることも可能である。
このように、導波路１３１，２３，３３２上の一部にＣＮＴ領域１４を設ける場合には、所定のパターンの開口が形成されたマスクで、導波路１３１，２３，３３２を被覆し、このマスクの上からＣＮＴの分散液を塗布すればよい。これにより、マスクの開口の位置に、ＣＮＴ領域１４を設けることができる。
さらに、前記第一実施形態〜第三実施形態においても言及したが、ＣＮＴ領域１４は、導波路１３１，２３，３３２全長にわたって設けられていてもよく、導波路１３１，２３，３３２の一部を覆うように設けられていてもよい。例えば、導波路１３１，２３，３３２上に所定の間隔をあけて、複数のＣＮＴ領域１４を設けることも可能である。
このように、導波路１３１，２３，３３２上の一部にＣＮＴ領域１４を設ける場合には、所定のパターンの開口が形成されたマスクで、導波路１３１，２３，３３２を被覆し、このマスクの上からＣＮＴの分散液を塗布すればよい。これにより、マスクの開口の位置に、ＣＮＴ領域１４を設けることができる。
さらに、前記第一実施形態〜第三実施形態においては、基板１１上にクラッド１２層を積層し、さらに、クラッド層１２上に導波路１３１，２３，３３２を形成したが、これに限らず、例えば、基板上に堆積したガラス、もしくはバルクガラスにフェムト秒パルスを集光照射して、導波路を形成してもよい。
すなわち、基板と、基板上に設けられた導波路と、導波路の光軸に沿って配置されるとともに、導波路近傍に設けられたカーボンナノチューブを含有する領域と、を有する光デバイスが提供されることとなる。
この場合にも、フェムト秒パルスを集光照射することで、基板上に複数の導波路を形成することが可能であり、光デバイスの集積化を図ることができる。
すなわち、基板と、基板上に設けられた導波路と、導波路の光軸に沿って配置されるとともに、導波路近傍に設けられたカーボンナノチューブを含有する領域と、を有する光デバイスが提供されることとなる。
この場合にも、フェムト秒パルスを集光照射することで、基板上に複数の導波路を形成することが可能であり、光デバイスの集積化を図ることができる。
第二実施形態では、クラッド層１２をＳｉＯ２よりなる層とし、導波路２３を、ＳｉＯ2を含有する層にＧｅが添加された層としたが、これに限らず、クラッド層や、導波路を樹脂層とすることも可能である。
例えば、クラッド層上に紫外線硬化型樹脂組成物層を形成する。そして、紫外線硬化型樹脂組成物層面に対して、所定パターンのフォトマスクを介して紫外線を照射し、露光した後、紫外線硬化型樹脂組成物層を加熱する。加熱後の紫外線硬化型樹脂組成物層の未露光部分を現像液を用いて溶解除去することにより導波路を形成する。
例えば、クラッド層上に紫外線硬化型樹脂組成物層を形成する。そして、紫外線硬化型樹脂組成物層面に対して、所定パターンのフォトマスクを介して紫外線を照射し、露光した後、紫外線硬化型樹脂組成物層を加熱する。加熱後の紫外線硬化型樹脂組成物層の未露光部分を現像液を用いて溶解除去することにより導波路を形成する。
さらに、本発明では、図１３に示すような光デバイス（光スイッチ）９を提供することも可能である。
この光デバイス９は、前記第一実施形態と同様の基板１１と、クラッド層１２と、コア層１３とを有する。コア層１３には、一対の導波路９３１，９３３（第一の導波路９３１、第二の導波路９３３）が形成されている。一対の導波路９３１，９３３は、平面略Ｘ字状に配置されており、一対の導波路９３１，９３３の長手方向の中央部分同士が、光学的に交差している。この交差部分上面には、ＣＮＴ領域１４が設けられている。ＣＮＴ領域１４は、一対の導波路９３１，９３３に跨って設けられるとともに、導波路９３１，９３３の光軸に沿って配置されている。
このような光デバイス９では、一対の導波路９３１，９３３にそれぞれ入射する光の強度が弱い場合には、ＣＮＴ領域１４による光の吸収率が大きくなるため、それぞれの光に対し大きな位相の変化が生じる。位相が変化した光は、一対の導波路９３１，９３３を通るなかで、光学的に結合し、それぞれの導波路９３１，９３３から出射されることとなる。
また、一対の導波路９３１，９３３にそれぞれ入射する光の強度が大きい場合には、ＣＮＴ領域１４により、光が殆ど吸収されないと考えられるので、導波路９３１，９３３に入射した光に対し大きな位相の変化は生じない。一対の導波路９３１，９３３を通るなかで、各光は光学的に結合し、導波路９３１，９３３から出射することとなるが、導波路９３１，９３３から出射光の位相は、弱い光を導波路９３１，９３３に入射した場合と異なるものとなる。
この光デバイス９は、前記第一実施形態と同様の基板１１と、クラッド層１２と、コア層１３とを有する。コア層１３には、一対の導波路９３１，９３３（第一の導波路９３１、第二の導波路９３３）が形成されている。一対の導波路９３１，９３３は、平面略Ｘ字状に配置されており、一対の導波路９３１，９３３の長手方向の中央部分同士が、光学的に交差している。この交差部分上面には、ＣＮＴ領域１４が設けられている。ＣＮＴ領域１４は、一対の導波路９３１，９３３に跨って設けられるとともに、導波路９３１，９３３の光軸に沿って配置されている。
このような光デバイス９では、一対の導波路９３１，９３３にそれぞれ入射する光の強度が弱い場合には、ＣＮＴ領域１４による光の吸収率が大きくなるため、それぞれの光に対し大きな位相の変化が生じる。位相が変化した光は、一対の導波路９３１，９３３を通るなかで、光学的に結合し、それぞれの導波路９３１，９３３から出射されることとなる。
また、一対の導波路９３１，９３３にそれぞれ入射する光の強度が大きい場合には、ＣＮＴ領域１４により、光が殆ど吸収されないと考えられるので、導波路９３１，９３３に入射した光に対し大きな位相の変化は生じない。一対の導波路９３１，９３３を通るなかで、各光は光学的に結合し、導波路９３１，９３３から出射することとなるが、導波路９３１，９３３から出射光の位相は、弱い光を導波路９３１，９３３に入射した場合と異なるものとなる。
また、図１３においては、導波路９３１，９３３の光学的な交差部分の上面にＣＮＴ領域１４を形成したが、これに限らず、例えば、前記交差部分以外の部分にＣＮＴ領域１４を形成してもよい。
さらに、本発明では、図１４に示すような光デバイス５’を提供することも可能である。
この光デバイス５’は、導波路を構成するコア部５１’と、このコア部５１’の外周に設けられたクラッド部５２’とを有する。
コア部５１’は、クラッド部５２’の中心部に形成された空気孔である。クラッド部５２’には、コア部５１’を取り囲むように複数の孔５２１が形成されている。孔５２１は、コア部５１’の光軸に沿って延び、コア部５１’に対し略平行に配置されている。孔５２１のうち、コア部５１’近傍に位置し、コア部５１’を取り囲むように形成されている孔５２１の内部には、ＣＮＴが充填されており、ＣＮＴ領域１４が設けられている。
このような光デバイス５’においても、コア部５１’内を伝播する光のエバネッセント波は、ＣＮＴ領域１４内にまで染み出す。
この光デバイス５’は、導波路を構成するコア部５１’と、このコア部５１’の外周に設けられたクラッド部５２’とを有する。
コア部５１’は、クラッド部５２’の中心部に形成された空気孔である。クラッド部５２’には、コア部５１’を取り囲むように複数の孔５２１が形成されている。孔５２１は、コア部５１’の光軸に沿って延び、コア部５１’に対し略平行に配置されている。孔５２１のうち、コア部５１’近傍に位置し、コア部５１’を取り囲むように形成されている孔５２１の内部には、ＣＮＴが充填されており、ＣＮＴ領域１４が設けられている。
このような光デバイス５’においても、コア部５１’内を伝播する光のエバネッセント波は、ＣＮＴ領域１４内にまで染み出す。
次に、本発明の実施例について説明する。
前記第一実施形態と同様の光デバイス１を作製した。
本実施例において、光デバイス１は以下のような手順で製造した。
まず、基板１１上にクラッド層１２と、導波路１３１が形成されていないコア層１３とを設けた（以下、積層体と呼ぶ）。
クラッド層１２は、第一実施形態と同様、ＳｉＯ２を含有するものであり、コア層１３は、ＳｉＯ２層にＧｅを添加したものである。
クラッド層１２の厚みは４０μｍ、コア層１３の厚みは６μｍであり、クラッド層１２とコア層１３との屈折率差は０．７５％である。
その後、コア層１３に紫外線を照射させながら、前記積層体を移動させ、導波路１３１を形成した。コア層１３に紫外線を照射させることで、紫外線照射領域の屈折率が上昇し、導波路１３１が形成される。
本実施例では、紫外線に対する感度をあげるため、あらかじめ、積層体に対し、高圧で水素処理を施している。
また、紫外線照射後、屈折率の変化を安定化させるために、積層体をアニーリングした。
その後、ＣＮＴを含有する分散液を、積層体の導波路１３１上にスプレーし、ＣＮＴ領域１４を設けた。
なお、導波路１３１の全長は、１０ｍｍであり、ＣＮＴ領域１４は、導波路１３１全長に渡って設けられている。
前記第一実施形態と同様の光デバイス１を作製した。
本実施例において、光デバイス１は以下のような手順で製造した。
まず、基板１１上にクラッド層１２と、導波路１３１が形成されていないコア層１３とを設けた（以下、積層体と呼ぶ）。
クラッド層１２は、第一実施形態と同様、ＳｉＯ２を含有するものであり、コア層１３は、ＳｉＯ２層にＧｅを添加したものである。
クラッド層１２の厚みは４０μｍ、コア層１３の厚みは６μｍであり、クラッド層１２とコア層１３との屈折率差は０．７５％である。
その後、コア層１３に紫外線を照射させながら、前記積層体を移動させ、導波路１３１を形成した。コア層１３に紫外線を照射させることで、紫外線照射領域の屈折率が上昇し、導波路１３１が形成される。
本実施例では、紫外線に対する感度をあげるため、あらかじめ、積層体に対し、高圧で水素処理を施している。
また、紫外線照射後、屈折率の変化を安定化させるために、積層体をアニーリングした。
その後、ＣＮＴを含有する分散液を、積層体の導波路１３１上にスプレーし、ＣＮＴ領域１４を設けた。
なお、導波路１３１の全長は、１０ｍｍであり、ＣＮＴ領域１４は、導波路１３１全長に渡って設けられている。
図１５に光デバイス１の透過スペクトルを示す。図１５の透過スペクトルＳ１は、最大損失となる偏波でのスペクトルであり、透過スペクトルＳ２は、最小損失となる偏波でのスペクトルである。
また、図１６に、光デバイス１の最大損失となる偏波での可飽和吸収特性を示す。
また、図１６に、光デバイス１の最大損失となる偏波での可飽和吸収特性を示す。
次に、光デバイス１を、図１７に示すモード同期レーザ装置１００に搭載させた。
このモード同期レーザ装置１００は、利得領域を含む共振器１０１と、利得領域で光学利得を生成するための励起用レーザ光源１０２とを有する。
共振器１０１は、アイソレータ１０３と、励起用レーザ光源１０２からの励起光が供給される光増幅器（利得領域）１０４と、偏波面コントローラ１０５と、これらをリング状に接続する光ファイバ１０６とを有する。
光増幅器１０４は、希土類添加光ファイバを有する。この希土類添加光ファイバは、シングルモードの光ファイバのコア部分にイッテルビウム（Ｙｂ）や、エルビウム（Ｅｒ）等の希土類（光増幅媒体）が添加された光ファイバである。光増幅媒体は、励起用レーザ光源１０２からの光により励起され、光を増幅する。
本実施形態では、例えば、波長１５５０ｎｍ付近で大きな利得を有するエルビウム（Ｅｒ）添加光ファイバを使用する。
このモード同期レーザ装置１００は、利得領域を含む共振器１０１と、利得領域で光学利得を生成するための励起用レーザ光源１０２とを有する。
共振器１０１は、アイソレータ１０３と、励起用レーザ光源１０２からの励起光が供給される光増幅器（利得領域）１０４と、偏波面コントローラ１０５と、これらをリング状に接続する光ファイバ１０６とを有する。
光増幅器１０４は、希土類添加光ファイバを有する。この希土類添加光ファイバは、シングルモードの光ファイバのコア部分にイッテルビウム（Ｙｂ）や、エルビウム（Ｅｒ）等の希土類（光増幅媒体）が添加された光ファイバである。光増幅媒体は、励起用レーザ光源１０２からの光により励起され、光を増幅する。
本実施形態では、例えば、波長１５５０ｎｍ付近で大きな利得を有するエルビウム（Ｅｒ）添加光ファイバを使用する。
励起用レーザ光源１０２からの光は、光増幅器１０４に導入され、光ファイバ１０６、アイソレータ１０３を介して、偏波面コントローラ１０５に導入される。偏波面コントローラ１０５からの光は、光ファイバ１０６を介して、光デバイス１の導波路１３１に導入される。光デバイス１に入射した光は、導波路１３１を通り、３ｄＢカプラ１０８からその一部が共振器１０１の外部に取り出される。カプラ１０８から取り出された光は、第二の光増幅器１０９を介して、出力される。
一方、カプラ１０８からの他の一部の光は、光ファイバ１０６、１０７、アイソレータ１０３を介し、再度、光増幅器１０４に導入されることとなる。
なお、図１７中、符号１０７は、シングルモードファイバ（SMF）である。
一方、カプラ１０８からの他の一部の光は、光ファイバ１０６、１０７、アイソレータ１０３を介し、再度、光増幅器１０４に導入されることとなる。
なお、図１７中、符号１０７は、シングルモードファイバ（SMF）である。
ここで、モード同期レーザ装置１００に電源を投入した当初では、モード同期レーザ装置１００内を循環する光の強度が弱いため、不安定な多モード発振が行われる。
光がモード同期レーザ装置１００内を循環するにつれて、光の強度が大きくなる。そして、カーボンナノチューブの可飽和吸収特性が出現するパワーに達すると、カーボンナノチューブの可飽和吸収特性の回復時間に依存して、モード同期状態となり、安定なパルス発振状態に達する。
光がモード同期レーザ装置１００内を循環するにつれて、光の強度が大きくなる。そして、カーボンナノチューブの可飽和吸収特性が出現するパワーに達すると、カーボンナノチューブの可飽和吸収特性の回復時間に依存して、モード同期状態となり、安定なパルス発振状態に達する。
図１８にモード同期レーザ装置１００から出力された光のスペクトルを示す。３ｄＢスペクトルの幅は、１．７ｎｍ以下である。
また、図１９に、ＳＨＧ（Second Harmonic Generation）により測定した自己相関波形を示す。半値全幅（Full Width Half Maximum）は、２．１２ｐｓであった。
さらに、図２０に出力波形を示す。図２０から繰り返し周波数は、１．５５ＭＨｚであることがわかる。
また、図１９に、ＳＨＧ（Second Harmonic Generation）により測定した自己相関波形を示す。半値全幅（Full Width Half Maximum）は、２．１２ｐｓであった。
さらに、図２０に出力波形を示す。図２０から繰り返し周波数は、１．５５ＭＨｚであることがわかる。
このように光デバイス１を用いたモード同期レーザ装置１００において、パルス発振を得ることができ、モード同期レーザ装置として、充分な特性を示すものが得られることがわかった。
なお、本実施例のモード同期レーザ装置１００は、光デバイス１にかえて、従来のガラス基板上にＣＮＴ領域を形成したデバイスを使用したモード同期レーザ装置と同等の特性を示している。
なお、本実施例のモード同期レーザ装置１００は、光デバイス１にかえて、従来のガラス基板上にＣＮＴ領域を形成したデバイスを使用したモード同期レーザ装置と同等の特性を示している。
これは、以下の理由によるものである。
本実施例の光デバイス１では、カーボンナノチューブと、エバネッセント波との相互作用長を１０ｍｍとしている。この相互作用長は、導波路１３１からのエバネッセント波の染み出し量と、ＣＮＴ領域１４の厚みと、従来（特許文献１）のガラス基板上にＣＮＴ領域を形成した光デバイスにおけるＣＮＴ領域の厚みとを考慮して決定されたものである。すなわち、光デバイス１は、ガラス基板上にＣＮＴ領域を形成した光デバイスと、同等の可飽和吸収特性を示す光デバイスとなっている。
従って、光デバイス１におけるカーボンナノチューブと、エバネッセント波との相互作用長をさらに長くすれば、従来の光デバイスと同等以上の性能を有する光デバイスを提供することも可能であることがわかり、本実施例の結果はこれを示唆するものであるといえる。
本実施例の光デバイス１では、カーボンナノチューブと、エバネッセント波との相互作用長を１０ｍｍとしている。この相互作用長は、導波路１３１からのエバネッセント波の染み出し量と、ＣＮＴ領域１４の厚みと、従来（特許文献１）のガラス基板上にＣＮＴ領域を形成した光デバイスにおけるＣＮＴ領域の厚みとを考慮して決定されたものである。すなわち、光デバイス１は、ガラス基板上にＣＮＴ領域を形成した光デバイスと、同等の可飽和吸収特性を示す光デバイスとなっている。
従って、光デバイス１におけるカーボンナノチューブと、エバネッセント波との相互作用長をさらに長くすれば、従来の光デバイスと同等以上の性能を有する光デバイスを提供することも可能であることがわかり、本実施例の結果はこれを示唆するものであるといえる。
１ 光デバイス
２ 光デバイス
３ 光デバイス
４ 光デバイス
５ 光デバイス
５’ 光デバイス
６ 光デバイス
７ 光デバイス
８ 光集積回路素子（光デバイス）
９ 光デバイス
１１ 基板
１２ クラッド層
１３ コア層
１４ ＣＮＴ領域（カーボンナノチューブを含有する領域）
１５ 導波路
１６ クラッド層
２３ 導波路
３３ コア層
４１ コア部
４２ クラッド部
５１ コア部
５１’ コア部
５２ クラッド部
５２’ クラッド部
６１ コア部
６２ クラッド部
７１ コア部
７２ クラッド部
１００ モード同期レーザ装置
１０１ 共振器
１０２ 励起用レーザ光源
１０３ アイソレータ
１０４ 光増幅器
１０５ 偏波面コントローラ
１０６ 光ファイバ
１０７ 光ファイバ
１０８ カプラ
１０９ 光増幅器
１３１ 導波路
１３２ 他の部分
３３１ 基部
３３２ 導波路
４２１ 平面部（切り欠き部）
５２１ 孔
６１１ 孔
７１１ テーパ部
７１２ 大径部
７２１ テーパ部
７２２ 大径部
８３１Ｃ 入射側導波路
８３１Ｄ 出射側導波路
８３１ 導波路
８３１Ａ 第一の導波路
８３１Ｂ 第二の導波路
８３３ 導波路
９３１ 第一の導波路
９３３ 第二の導波路
Ｌ１ 距離
Ｌ２ 距離
Ｓ１ 透過スペクトル
Ｓ２ 透過スペクトル
２ 光デバイス
３ 光デバイス
４ 光デバイス
５ 光デバイス
５’ 光デバイス
６ 光デバイス
７ 光デバイス
８ 光集積回路素子（光デバイス）
９ 光デバイス
１１ 基板
１２ クラッド層
１３ コア層
１４ ＣＮＴ領域（カーボンナノチューブを含有する領域）
１５ 導波路
１６ クラッド層
２３ 導波路
３３ コア層
４１ コア部
４２ クラッド部
５１ コア部
５１’ コア部
５２ クラッド部
５２’ クラッド部
６１ コア部
６２ クラッド部
７１ コア部
７２ クラッド部
１００ モード同期レーザ装置
１０１ 共振器
１０２ 励起用レーザ光源
１０３ アイソレータ
１０４ 光増幅器
１０５ 偏波面コントローラ
１０６ 光ファイバ
１０７ 光ファイバ
１０８ カプラ
１０９ 光増幅器
１３１ 導波路
１３２ 他の部分
３３１ 基部
３３２ 導波路
４２１ 平面部（切り欠き部）
５２１ 孔
６１１ 孔
７１１ テーパ部
７１２ 大径部
７２１ テーパ部
７２２ 大径部
８３１Ｃ 入射側導波路
８３１Ｄ 出射側導波路
８３１ 導波路
８３１Ａ 第一の導波路
８３１Ｂ 第二の導波路
８３３ 導波路
９３１ 第一の導波路
９３３ 第二の導波路
Ｌ１ 距離
Ｌ２ 距離
Ｓ１ 透過スペクトル
Ｓ２ 透過スペクトル
Claims (9)
- 導波路と、
前記導波路の光軸に沿って配置されるとともに、前記導波路外部に設けられたカーボンナノチューブを含有する領域と、を有し、
前記カーボンナノチューブを含有する領域には、前記導波路から染み出すエバネッセント波が染み出し、前記カーボンナノチューブは、前記エバネッセント波に対する可飽和吸収体であることを特徴とする光デバイス。 - 請求項１に記載の光デバイスにおいて、
基板と、
この基板上に形成されたクラッド層と、を有し、
このクラッド層上に設けられ、前記クラッド層よりも屈折率の高い前記導波路と、
前記導波路の光軸に沿って配置されるとともに、前記導波路外部に設けられたカーボンナノチューブを含有する領域と、
を有することを特徴とする光デバイス。 - 請求項１に記載の光デバイスにおいて、
光ファイバを含んで構成され、
前記光ファイバは、前記導波路を構成するコア部と、
このコア部の外周側に設けられたクラッド部と、
前記コア部の光軸に沿って配置されるとともに、前記コア部外部に設けられたカーボンナノチューブを含有する領域と、
を有することを特徴とする光デバイス。 - 請求項３に記載の光デバイスにおいて、
前記クラッド部には、前記コア部の光軸に沿って切り欠かれた切り欠き部が形成され、
この切り欠き部は、前記コア部外部に位置しており、
前記切り欠き部上に、前記カーボンナノチューブを含有する領域が設けられていることを特徴とする光デバイス。 - 請求項３に記載の光デバイスにおいて、
前記クラッド部には、前記コア部の光軸に沿って延びる孔が形成されており、
前記孔の内部に前記カーボンナノチューブを含有する領域が設けられていることを特徴とする光デバイス。 - 請求項３に記載の光デバイスにおいて、
前記コア部は、その中心部が中空の中空形状であり、
前記中空部分に前記エバネッセント波が染み出し、前記中空部分に、前記カーボンナノチューブを含有する領域が設けられていることを特徴とする光デバイス。 - 請求項３に記載の光デバイスにおいて、
前記クラッド部は、その径が前記コア部の光軸に沿って漸減した後、拡大するテーパ部を有し、
前記カーボンナノチューブを含有する領域は、少なくとも、前記テーパ部の最も径が小さい部分の外周面を覆うように設けられていることを特徴とする光デバイス。 - 請求項１乃至７のいずれかに記載の光デバイスにおいて、
当該光デバイスは、光スイッチであり、
前記導波路の一部に対し、光学的な交差が生じる位置関係で配置された第二の導波路を有することを特徴とする光デバイス。 - 請求項８に記載の光デバイスにおいて、
前記第二の導波路の光出射側の端部は、前記導波路の光出射側の端部に接続されるとともに、前記第二の導波路の光入射側の端部は、前記導波路の光入射側の端部に接続されており、
前記第二の導波路および前記導波路に光を入射するための入射側導波路と、
前記第二の導波路および前記導波路からの光を出射する出射側導波路と、
が設けられていることを特徴とする光デバイス。
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