JP6888231B2 - Optical control device and its manufacturing method, optical integrated circuit and electromagnetic wave detection device - Google Patents
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Description
本発明は、光制御デバイス及びその製造方法、光集積回路並びに電磁波検出装置に関する。 The present invention relates to an optical control device, a method for manufacturing the same, an optical integrated circuit, and an electromagnetic wave detection device.
2次元フォトニック結晶スロット導波路内に電気光学ポリマー層を含む光制御デバイスが知られている(非特許文献1を参照)。電気光学ポリマー層を形成することは、スロット導波路内に電気光学ポリマー材料を充填することと、電気光学ポリマー材料にポーリング電界を印加することにより、電気光学ポリマー材料を配向させることを含む。 An optical control device including an electro-optical polymer layer in a two-dimensional photonic crystal slot waveguide is known (see Non-Patent Document 1). Forming the electro-optic polymer layer involves filling the slot waveguide with the electro-optic polymer material and orienting the electro-optic polymer material by applying a polling electric field to the electro-optic polymer material.
しかしながら、非特許文献1に開示された光制御デバイスのスロット導波路は、75nmのような狭いスロット幅を有する。スロット導波路は狭いスロット幅を有するため、電気光学ポリマー材料を配向させるために電気光学ポリマー材料にポーリング電界を印加すると、スロットの両側の側壁間でリーク電流が発生して、高いポーリング電界を電気光学ポリマー材料に印加することができない。そのため、電気光学ポリマー材料は十分に配向せず、電気光学ポリマー層の二次非線形感受率を大きくすることが困難である。
However, the slot waveguide of the optical control device disclosed in Non-Patent
また、スロット導波路は狭いスロット幅を有するため、スロット幅の揺らぎが少ないスロット導波路を作製することが困難である。そのため、スロット導波路は高い光損失を有する。さらに、スロット導波路では、スロット幅が狭くかつスロット幅の揺らぎも存在するため、電気光学ポリマー材料にポーリング電界を印加すると、スロット幅が局所的に狭くなっている部分において局所的にリーク電流が発生し易い。そのため、スロット内において電気光学ポリマー材料を均一に配向させることが困難である。非特許文献1に開示された光制御デバイスを、高い歩留りで製造することは困難である。
Further, since the slot waveguide has a narrow slot width, it is difficult to fabricate a slot waveguide having little fluctuation in the slot width. Therefore, the slot waveguide has a high optical loss. Further, in the slot waveguide, the slot width is narrow and the slot width fluctuates. Therefore, when a polling electric field is applied to the electro-optical polymer material, a leak current is locally generated in the portion where the slot width is locally narrowed. It is easy to occur. Therefore, it is difficult to uniformly orient the electro-optical polymer material in the slot. It is difficult to manufacture the optical control device disclosed in
本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、大きな二次非線形感受率を有する光学樹脂層を含み、かつ、低い光損失と高い歩留りとを有する光制御デバイス及びその製造方法を提供することである。本発明の別の目的は、以上の光制御デバイスを備える光集積回路及び電磁波検出装置を提供することである。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is an optical control device including an optical resin layer having a large second-order nonlinear sensitivity, and having a low light loss and a high yield, and an optical control device thereof. To provide a manufacturing method. Another object of the present invention is to provide an optical integrated circuit and an electromagnetic wave detection device including the above optical control device.
本発明の一態様の光制御デバイスは、主面を有する基板と、導波路と、光学樹脂層と、第1の電極と、第2の電極とを備える。導波路は、主面上に形成され、かつ、1次元フォトニック結晶部を含む。光学樹脂層は、主面上に形成され、かつ、1次元フォトニック結晶部を覆っている。第1の電極及び第2の電極は、主面上に形成されている。第1の電極及び第2の電極は、1次元フォトニック結晶部が延在する第1の方向と主面の法線に平行な第3の方向とに交差する第2の方向において、光学樹脂層の少なくとも一部と1次元フォトニック結晶部とを挟むように配置されている。光学樹脂層は、第2の方向において最大の二次非線形感受率を有する。1次元フォトニック結晶部の第1の熱光学係数は、光学樹脂層の第2の熱光学係数により補償されている。 The optical control device of one aspect of the present invention includes a substrate having a main surface, a waveguide, an optical resin layer, a first electrode, and a second electrode. The waveguide is formed on the main surface and includes a one-dimensional photonic crystal part. The optical resin layer is formed on the main surface and covers the one-dimensional photonic crystal portion. The first electrode and the second electrode are formed on the main surface. The first electrode and the second electrode are optical resins in a second direction that intersects the first direction in which the one-dimensional photonic crystal portion extends and the third direction parallel to the normal of the main surface. It is arranged so as to sandwich at least a part of the layer and the one-dimensional photonic crystal portion. The optical resin layer has the maximum second-order nonlinear susceptibility in the second direction. The first thermo-optical coefficient of the one-dimensional photonic crystal portion is compensated by the second thermo-optical coefficient of the optical resin layer.
本発明の一態様の光制御デバイスは、主面を有する基板と、導波路と、光学樹脂層と、第1の電極と、第2の電極とを備える。導波路は、主面上に形成され、かつ、1次元フォトニック結晶部を含む。光学樹脂層は、主面上に形成され、かつ、1次元フォトニック結晶部を覆っている。第1の電極及び第2の電極は、主面上に形成されている。第1の電極及び第2の電極は、1次元フォトニック結晶部が延在する第1の方向と主面の法線に平行な第3の方向とに交差する第2の方向において、光学樹脂層の少なくとも一部と1次元フォトニック結晶部とを挟むように配置されている。光学樹脂層は、第2の方向において最大の二次非線形感受率を有する。1次元フォトニック結晶部は、第1の1次元フォトニック結晶部分を含む。第1の1次元フォトニック結晶部分の第1の周期構造は、第1の方向における第1の1次元フォトニック結晶部分の中心から離れるにつれて徐々に変化している。 The optical control device of one aspect of the present invention includes a substrate having a main surface, a waveguide, an optical resin layer, a first electrode, and a second electrode. The waveguide is formed on the main surface and includes a one-dimensional photonic crystal part. The optical resin layer is formed on the main surface and covers the one-dimensional photonic crystal portion. The first electrode and the second electrode are formed on the main surface. The first electrode and the second electrode are optical resins in a second direction that intersects the first direction in which the one-dimensional photonic crystal portion extends and the third direction parallel to the normal of the main surface. It is arranged so as to sandwich at least a part of the layer and the one-dimensional photonic crystal portion. The optical resin layer has the maximum second-order nonlinear susceptibility in the second direction. The one-dimensional photonic crystal portion includes a first one-dimensional photonic crystal portion. The first periodic structure of the first one-dimensional photonic crystal portion gradually changes as it moves away from the center of the first one-dimensional photonic crystal portion in the first direction.
本発明の一態様の光集積回路は、上記の光制御デバイスを備えている。本発明の一態様の電磁波検出装置は、上記の光制御デバイスを備えている。 The optical integrated circuit of one aspect of the present invention includes the above-mentioned optical control device. The electromagnetic wave detection device of one aspect of the present invention includes the above-mentioned optical control device.
本発明の一態様の光制御デバイスの製造方法は、基板の主面上に、1次元フォトニック結晶部を含む導波路を形成することと、第1の電極及び第2の電極を形成することとを備える。第1の電極及び第2の電極は、1次元フォトニック結晶部が延在する第1の方向と主面の法線に平行な第3の方向とに交差する第2の方向において1次元フォトニック結晶部を挟むように配置されている。本発明の光制御デバイスの製造方法は、光学樹脂層を形成することをさらに備える。光学樹脂層を形成することは、二次非線形感受率を有する光学樹脂材料を、インクジェット法によって、第1の電極と第2の電極との間に選択的に設けることを含む。光学樹脂層は1次元フォトニック結晶部を覆っている。本発明の光制御デバイスの製造方法は、第1の電極と第2の電極との間に電圧を印加して、光学樹脂材料を第2の方向に配向させることをさらに備える。 A method for manufacturing an optical control device according to one aspect of the present invention is to form a waveguide including a one-dimensional photonic crystal portion on a main surface of a substrate, and to form a first electrode and a second electrode. And. The first electrode and the second electrode are one-dimensional photo in the second direction intersecting the first direction in which the one-dimensional photonic crystal portion extends and the third direction parallel to the normal of the main surface. It is arranged so as to sandwich the nick crystal part. The method for manufacturing an optical control device of the present invention further comprises forming an optical resin layer. Forming the optical resin layer includes selectively providing an optical resin material having a second-order nonlinear susceptibility between the first electrode and the second electrode by an inkjet method. The optical resin layer covers the one-dimensional photonic crystal portion. The method for manufacturing an optical control device of the present invention further comprises applying a voltage between the first electrode and the second electrode to orient the optical resin material in the second direction.
本発明の一態様の光制御デバイスは、光学樹脂層の二次非線形感受率を増加させ得るような構造を有している。本発明の一態様の光制御デバイスは、光制御デバイスにおける光損失を減少させ得るとともに、光制御デバイスの歩留りを高くし得るような構造を有している。本発明の光制御デバイスによれば、大きな二次非線形感受率を有する光学樹脂層を含み、かつ、低い光損失と高い歩留りとを有する光制御デバイスが提供され得る。 The optical control device of one aspect of the present invention has a structure capable of increasing the secondary nonlinear susceptibility of the optical resin layer. The optical control device of one aspect of the present invention has a structure capable of reducing the optical loss in the optical control device and increasing the yield of the optical control device. According to the optical control device of the present invention, an optical control device including an optical resin layer having a large second-order nonlinear susceptibility and having a low optical loss and a high yield can be provided.
本発明の一態様の光集積回路は、大きな二次非線形感受率を有する光学樹脂層を含み、かつ、低い光損失と高い歩留りとを有する光制御デバイスを備えている。本発明の一態様の電磁波検出装置は、大きな二次非線形感受率を有する光学樹脂層を含み、かつ、低い光損失と高い歩留りとを有する光制御デバイスを備えている。 The optical integrated circuit of one aspect of the present invention includes an optical resin layer having a large second-order nonlinear susceptibility, and includes an optical control device having a low optical loss and a high yield. The electromagnetic wave detection device of one aspect of the present invention includes an optical resin layer having a large second-order nonlinear sensitivity, and includes an optical control device having a low light loss and a high yield.
本発明の一態様の光制御デバイスの製造方法は、光学樹脂層の二次非線形感受率を増加させ得る。本発明の一態様の光制御デバイスの製造方法は、光制御デバイスにおける光損失を減少させ得るとともに、光制御デバイスの歩留りを高くし得る。本発明の光制御デバイスの製造方法によれば、大きな二次非線形感受率を有する光学樹脂層を含み、かつ、低い光損失と高い歩留りとを有する光制御デバイスが製造され得る。 The method for manufacturing an optical control device according to one aspect of the present invention can increase the secondary nonlinear susceptibility of the optical resin layer. The method for manufacturing an optical control device according to one aspect of the present invention can reduce the optical loss in the optical control device and increase the yield of the optical control device. According to the method for manufacturing an optical control device of the present invention, an optical control device including an optical resin layer having a large second-order nonlinear sensitivity and having a low light loss and a high yield can be manufactured.
以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、同一の構成には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. The same reference number will be assigned to the same configuration, and the description will not be repeated.
(実施の形態1)
図1から図3を参照して、実施の形態1に係る光制御デバイス1を説明する。本実施の形態の光制御デバイス1は、基板6と、1次元フォトニック結晶部15を含む導波路12と、光学樹脂層30と、第1の電極27と、第2の電極28とを備える。本実施の形態の光制御デバイス1は、第1の下地層23と、第2の下地層24とをさらに備えてもよい。
(Embodiment 1)
The
基板6は、主面7を有する。基板6は、特に限定されないが、二酸化シリコン(SiO2)層を含んでもよい。この二酸化シリコン層が主面7を有してもよい。二酸化シリコン層の厚みは、特に限定されないが、例えば、2μm以上であってもよく、3μm以上であってもよい。
The
導波路12は、第1の方向(例えば、x方向)に延在している。導波路12は、主面7上に形成されている。導波路12は、特に限定されないが、シリコン(Si)導波路のような半導体導波路であってもよい。導波路12は、シリコンオンインシュレータ(SOI)ウエハに含まれるシリコン層(8)(図7を参照)をパターニングすることによって形成されてもよい。
The
図2を参照して、1次元フォトニック結晶部15は、第1の方向(例えば、x方向)に延在している。1次元フォトニック結晶部15は、ギャップを空けて第1の方向に配置された複数の島状領域を含む。複数の島状領域は、第1の方向に沿って第1のピッチPで配置されている。第1のピッチPは、特に限定されないが、例えば、200nm以上であってもよく、300nm以上であってもよい。第1のピッチPは、特に限定されないが、例えば、600nm以下であってもよく、450nm以下であってもよい。複数の島状領域は、特に限定されないが、シリコン(Si)のような半導体材料で構成されてもよい。
With reference to FIG. 2, the one-dimensional
1次元フォトニック結晶部15は、第1の電極27と第2の電極28との間に印加される電圧を遮蔽しないように構成されてもよい。第1の電極27と第2の電極28との間の電界が、複数の島状領域によって遮蔽されることなく、光学樹脂層30に印加され得る。特定的には、複数の島状領域は、各々、第1の電極27と第2の電極28とが互いに離れている第2の方向(例えば、y方向)に平行な一対の辺を有する長方形の形状を有してもよい。
The one-dimensional
複数の島状領域は、それぞれ、第1の幅を有してもよい。第1の幅は、複数の島状領域の各々の第1の方向における長さとして定義される。第1の方向における1次元フォトニック結晶部15の中心に位置する第1の島状領域の第1の幅は、W1(0)と定義される。第1の島状領域から+x方向に第1のピッチPのi倍だけ離れた島状領域の第1の幅は、W1(i)と定義される。第1の島状領域から+x方向に最も離れた島状領域の第1の幅は、W1(imax)と定義される。第1の島状領域から−x方向に第1のピッチPのi倍だけ離れた島状領域の第1の幅は、W1(−i)と定義される。第1の島状領域から−x方向に最も離れた島状領域の第1の幅は、W1(−imax)と定義される。第1の幅W1(i)(i=−imax、・・・、0、・・・、imax)は、特に限定されないが、例えば、100nm以上であってもよく、150nm以上であってもよい。第1の幅W1(i)(i=−imax、・・・、0、・・・、imax)は、特に限定されないが、例えば、400nm以下であってもよく、300nm以下であってもよい。
Each of the plurality of island-shaped regions may have a first width. The first width is defined as the length of each of the plurality of island regions in the first direction. The first width of the first island-like region located at the center of the one-dimensional
1次元フォトニック結晶部15は、第1の1次元フォトニック結晶部分(15)を含む。本実施の形態では、1次元フォトニック結晶部15は、第1の1次元フォトニック結晶部分(15)のみによって構成されている。第1の1次元フォトニック結晶部分(15)は、ギャップを空けて第1の方向に配置された複数の島状領域を含む。第1の1次元フォトニック結晶部分(15)の第1の周期構造は、第1の方向における第1の1次元フォトニック結晶部分(15)の中心から離れるにつれて徐々に変化している。第1の方向における複数の島状領域の各々の第1の幅W1(i)及び第1の方向におけるギャップの各々の第2の幅の少なくとも1つは、第1の方向における第1の1次元フォトニック結晶部分(15)の中心から離れるにつれて徐々に変化している。
The one-dimensional
特定的には、第1のピッチP内に含まれる複数の島状領域の1つの割合は、第1の方向における第1の1次元フォトニック結晶部分(15)の中心から離れるにつれて徐々に増加してもよい。第1のピッチP内に含まれる複数の島状領域の1つの第1の幅W1(i)は、第1の方向における第1の1次元フォトニック結晶部分(15)の中心から離れるにつれて徐々に増加してもよい。第1のピッチP内に含まれる複数のギャップの1つの第2の幅は、第1の方向における第1の1次元フォトニック結晶部分(15)の中心から離れるにつれて徐々に減少してもよい。 Specifically, the proportion of one of the plurality of island regions contained within the first pitch P gradually increases as it moves away from the center of the first one-dimensional photonic crystal portion (15) in the first direction. You may. The first width W 1 (i) of one of the plurality of island-shaped regions contained in the first pitch P increases as the distance from the center of the first one-dimensional photonic crystal portion (15) in the first direction increases. It may increase gradually. The second width of one of the plurality of gaps contained in the first pitch P may gradually decrease as it moves away from the center of the first one-dimensional photonic crystal portion (15) in the first direction. ..
さらに特定的には、複数の島状領域の1つが、第1の1次元フォトニック結晶部分(15)の中心に位置する第1の島状領域から第1のピッチPのN倍離れているとき、複数の島状領域の1つの第1の幅W1(i)は、Nの二乗に比例して増加してもよい。すなわち、第1の幅W1(i)は、下記式(I)によって与えられてもよい。 More specifically, one of the plurality of island-shaped regions is N times the first pitch P away from the first island-shaped region located at the center of the first one-dimensional photonic crystal portion (15). Then, one first width W 1 (i) of the plurality of island-shaped regions may increase in proportion to the square of N. That is, the first width W 1 (i) may be given by the following formula (I).
W1(0)は、特に限定されないが、0.25P以上であってもよく、0.6P以下であってもよい。W1(imax)及びW1(−imax)、特に限定されないが、0.3P以上であってもよく、0.8P以下であってもよい。imaxは、特に限定されないが、2以上であってもよく、5以上であってもよく、10以上であってもよく、20以上であってもよく、30以上であってもよい。 W 1 (0) is not particularly limited, but may be 0.25P or more, or 0.6P or less. W 1 (i max ) and W 1 (-i max ), which are not particularly limited, may be 0.3 P or more, and may be 0.8 P or less. imax is not particularly limited, but may be 2 or more, 5 or more, 10 or more, 20 or more, or 30 or more.
本実施の形態では、1次元フォトニック結晶部15は、1次元フォトニック結晶部15と光学樹脂層30とからなる1次元フォトニック結晶構造(15,30)のフォトニックバンドギャップ(PBG)内に共振モードが形成されるように構成されている。この共振モードに結合する光だけが、1次元フォトニック結晶構造(15,30)を伝搬することができる。1次元フォトニック結晶構造(15,30)のフォトニックバンドギャップ(PBG)内の共振モードに結合する光は、1次元フォトニック結晶部15を覆う光学樹脂層30と、強く相互作用する。1次元フォトニック結晶部15を伝搬する光と1次元フォトニック結晶部15を覆う光学樹脂層30との間の相互作用が増強され得る。1次元フォトニック結晶構造(15,30)は、特に限定されないが、500以上のQ値を有してもよく、1,000以上のQ値を有してもよく、10,000以上のQ値を有してもよく、40,000以上のQ値を有してもよく、80,000以上のQ値を有してもよい。
In the present embodiment, the one-dimensional
1次元フォトニック結晶部15に含まれる複数の島状領域の各々は、第2の方向(例えば、y方向)において第3の幅W3を有している。第3の幅W3は、特に限定されないが、例えば、250nm以上であってもよく、450nm以上であってもよい。第3の幅W3は、特に限定されないが、例えば、1000nm以下であってもよく、650nm以下であってもよい。
Each of the plurality of island-shaped regions included in the one-dimensional
導波路12は、その両端に、第1のテーパ導波路17及び第2のテーパ導波路18を含んでもよい。第1のテーパ導波路17は、第1の層20に覆われてもよい。第2のテーパ導波路18は、第2の層21に覆われてもよい。導波路12が延在する第1の方向に垂直な断面(例えば、y−z面)において、第1の層20及び第2の層21は、導波路12よりも大きな断面積を有している。第1のテーパ導波路17と第1の層20とは、第1のスポットサイズ変換器(17,20)を構成する。第1のスポットサイズ変換器(17,20)は、光ファイバ(図示せず)から出力される光を、この光ファイバよりも小さな断面積を有する導波路12に、効率的に結合させることができる。第2のテーパ導波路18と第2の層21とは、第2のスポットサイズ変換器(18,21)を構成する。第2のスポットサイズ変換器(18,21)は、導波路12から出力される光を、導波路12よりも大きな断面積を有する光ファイバ(図示せず)に、効率的に結合させることができる。第1の層20及び第2の層21は、特に限定されないが、樹脂層であってもよい。
The
光学樹脂層30は、1次元フォトニック結晶部15を覆っている。光学樹脂層30は、1次元フォトニック結晶部15に含まれるギャップを満たしている。光学樹脂層30は、第1の電極27と第2の電極28との間に充填されている。光学樹脂層30は、光学樹脂材料を含む。特定的には、光学樹脂材料は、二次非線形感受率を有する。光学樹脂材料は、電気光学ポリマーであってもよく、光学樹脂層30は、電気光学ポリマー層であってもよい。二次非線形感受率を有する光学樹脂材料は、特に限定されないが、電子ドナー基及び電子アクセプタ基のいずれかまたはその両者を含むπ共役発色団を含んでもよい。この発色団の一例は、下記式(II)で表される。
The
式(II)において、Oは酸素原子を表し、TBDMSは、tert-ブチルジメチルシリル基を表す。 In formula (II), O represents an oxygen atom and TBDMS represents a tert-butyldimethylsilyl group.
光学樹脂材料は、ホスト材料中に分散されていてもよい。光学樹脂材料をホスト材料中に分散させることによって、光学樹脂材料が凝集することが防止され得る。光学樹脂材料は、ホスト材料の側鎖または主鎖に結合してもよい。ホスト材料は、特に限定されないが、ポリメチルメタクリレート(PMMA)または非晶質ポリカーボネートのような透明樹脂であってもよい。 The optical resin material may be dispersed in the host material. Dispersing the optical resin material in the host material can prevent the optical resin material from aggregating. The optical resin material may be bonded to the side chain or main chain of the host material. The host material is not particularly limited, but may be a transparent resin such as polymethylmethacrylate (PMMA) or amorphous polycarbonate.
光学樹脂層30は、1次元フォトニック結晶部15が延在する第1の方向と主面7の法線に平行な第3の方向(例えば、z方向)とに交差する第2の方向(例えば、y方向)において最大の二次非線形感受率を有する。光学樹脂材料は、第2の方向に配向されてもよい。光学樹脂材料に含まれる発色団は、第2の方向に配向されてもよい。光学樹脂層30は、第2の方向において最大の一次電気光学定数を有する電気光学樹脂材料であってもよい。光学樹脂層30は、第2の方向において40pm/Vよりも大きな一次電気光学定数を有してもよい。例えば、式(I)で表される発色団を含む光学樹脂材料を含む光学樹脂層30は、50pm/Vよりも大きな一次電気光学定数を有する。光学樹脂層30は、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)の一次電気光学定数(32pm/V)よりも大きな一次電気光学定数を有してもよい。二次非線形感受率を有する光学樹脂材料は、無機材料よりも、高い性能を有する光制御デバイスを実現するために適している。二次非線形感受率を有する光学樹脂層30は、無機材料層よりも、高い性能を有する光制御デバイスを実現するために適している。
The
第1の電極27は、主面7上に形成されている。本明細書において、第1の電極27が主面7上に形成されていることは、第1の電極27が主面7に直接接していることと、第1の電極27と主面7との間に第1の下地層23が介在していることを含む。本実施の形態では、第1の電極27と主面7との間に第1の下地層23が介在している。第1の下地層23は、導電材料で構成されてもよいし、絶縁材料で構成されてもよい。絶縁材料で構成される第1の下地層23は、1次元フォトニック結晶部15を伝搬する光の損失をさらに低減させることができる。第1の下地層23は、導波路12と同じ材料で構成されてもよい。第1の下地層23は、特に限定されないが、シリコン(Si)のような半導体材料で構成されてもよい。第1の電極27は、特に限定されないが、例えば、金(Au)のような導電性材料で構成されてもよい。第1の電極27は、特に限定されないが、進行波電極であってもよい。
The
第2の電極28は、主面7上に形成されている。本明細書において、第2の電極28が主面7上に形成されていることは、第2の電極28が主面7に直接接していることと、第2の電極28と主面7との間に第2の下地層24が介在していることを含む。本実施の形態では、第2の電極28と主面7との間に第2の下地層24が介在している。第2の下地層24は、導電材料で構成されてもよいし、絶縁材料で構成されてもよい。絶縁材料で構成される第2の下地層24は、1次元フォトニック結晶部15を伝搬する光の損失をさらに低減させることができる。第2の下地層24は、導波路12と同じ材料で構成されてもよい。第2の下地層24は、特に限定されないが、シリコン(Si)のような半導体材料で構成されてもよい。第2の電極28は、特に限定されないが、例えば、金(Au)のような導電性材料で構成されてもよい。第2の電極28は、特に限定されないが、進行波電極であってもよい。
The
図1に示されるように、第1の電極27及び第2の電極28は、1次元フォトニック結晶部15が延在する第1の方向(例えば、x方向)に沿って、長さLを有している。第1の電極27及び第2の電極28の長さLは、特に限定されないが、10μm以上であってもよく、100μm以上であってもよい。第1の電極27及び第2の電極28の長さLは、特に限定されないが、3mm以下であってもよく、1mm以下であってもよい。
As shown in FIG. 1, the
第1の電極27及び第2の電極28は、第2の方向において、光学樹脂層30の少なくとも一部と1次元フォトニック結晶部15とを挟むように配置されている。図3に示されるように、第2の電極28は、第1の電極27から、第2の方向(例えばy方向)に電極間隔Gだけ離れている。第1の電極27と第2の電極28との間の電極間隔Gは、特に限定されないが、1.0μm以上であってもよく、2.0μm以上であってもよく、3.0μm以上であってもよい。第1の電極27と第2の電極28との間の電極間隔Gは、非特許文献1に開示されたスロット導波路のスロット幅(75nm)の10倍より大きくてもよい。第1の電極27と第2の電極28との間の電極間隔Gは、特に限定されないが、10μm以下であってもよく、5.0μm以下であってもよい。第1の下地層23及び第2の下地層24が導電性を有するとき、電極間隔Gは、第1の電極27と第1の下地層23とからなる第1電極部分と、第2の電極28と第2の下地層24とからなる第2電極部分との間の最短距離として定義され得る。
The
本実施の形態の光制御デバイス1の動作を説明する。光ファイバ(図示せず)から光制御デバイス1に、光が入力される。光は、TEモードを有してもよい。第1のスポットサイズ変換器(17,20)は、光のサイズを小さくして、導波路12に出力する。光は、1次元フォトニック結晶部15を含む導波路12に入力される。1次元フォトニック結晶部15は、第1の1次元フォトニック結晶部分(15)を含む。
The operation of the
第1の電極27と第2の電極28との間に、電圧が印加される。第1の電極27と第2の電極28との間に印加される電圧を変化させることによって、光学樹脂層30の屈折率が変化する。そのため、1次元フォトニック結晶構造(15,30)のフォトニックバンドギャップ(PBG)内の共振モードの周波数または波長は変化する。第1の電極27と第2の電極28との間に印加される電圧を変化させることによって、1次元フォトニック結晶構造(15,30)を透過する光の周波数または波長は変化し得る。こうして、図4に示されるように、第1の電極27と第2の電極28との間に印加される電圧を変化させることによって、光制御デバイス1を透過する光の周波数または波長は変化し得る。
A voltage is applied between the
例えば、光制御デバイス1は、光制御デバイス1に入射された光の強度を変調する光変調器であってもよい。光制御デバイス1に1つの波長を有する光が入射されるとき、図4に示されるように、第1の電極27と第2の電極28との間に印加される電圧を変化させることによって、光制御デバイス1を透過する光の強度は変化し得る。第1の電極27と第2の電極28との間に印加される電圧を約10mV変化させるだけで、光制御デバイス1は、光制御デバイス1から出力される光の強度を変調することができる。本実施の形態の光制御デバイス1によれば、低い動作電圧を有する光変調器が実現され得る。
For example, the
光制御デバイス1は、光制御デバイス1を透過する光の波長を変化させる可変波長フィルタであってもよい。光制御デバイス1に波長多重光が入射されるとき、図4に示されるように、第1の電極27と第2の電極28との間に印加される電圧を変化させることによって、光制御デバイス1を透過する光の波長が変化し得る。1次元フォトニック結晶構造(15,30)は高いQ値を有するため、光制御デバイス1は高い波長選択特性を有する。図4に示されるように、光制御デバイス1は、20pm未満のような狭いスペクトル半値幅を有してもよい。第1の電極27と第2の電極28との間に印加される電圧を約10mV変化させるだけで、光制御デバイス1は、光制御デバイス1を透過する光の波長を変化させることができる。本実施の形態の光制御デバイス1によれば、低い動作電圧を有する可変波長フィルタが実現され得る。
The
1次元フォトニック結晶部15を含む導波路12を伝搬した光は、第2のスポットサイズ変換器(18,21)に出力される。第2のスポットサイズ変換器(18,21)は、光のサイズを大きくして、光制御デバイス1の外部に光を出力する。こうして、第1の電極27及び第2の電極に印加される電圧を変化させることによって、光制御デバイス1は、光制御デバイス1から出力される光の状態(光の強度または光の波長など)を変化させることができる。
The light propagating in the
本実施の形態の光制御デバイス1は、二次非線形感受率を有する光学樹脂層30の電気光学効果を利用する電気光学デバイスである。本実施の形態の光制御デバイス1では、光は、二次非線形感受率を有する光学樹脂層30の電気光学効果を利用して制御される。光学樹脂層30の電気光学効果は、シリコン(Si)層内で発生し得るキャリアプラズマ効果よりも、高い応答速度を有する。
The
1次元フォトニック結晶部15の第1の熱光学係数は、光学樹脂層30の第2の熱光学係数により補償されている。本明細書において、1次元フォトニック結晶部15の第1の熱光学係数が光学樹脂層30の第2の熱光学係数により補償されていることは、1次元フォトニック結晶部15と光学樹脂層30とからなる光学的能動媒質の熱光学係数が、1次元フォトニック結晶部15の第1の熱光学係数の半分未満であることを意味する。1次元フォトニック結晶部15と光学樹脂層30とからなる光学的能動媒質の熱光学係数は、1次元フォトニック結晶部15の第1の熱光学係数の四分の一未満であってもよい。1次元フォトニック結晶部15と光学樹脂層30とからなる光学的能動媒質の熱光学係数は、1次元フォトニック結晶部15の第1の熱光学係数の八分の一未満であってもよい。本実施の形態の一実施例では、1次元フォトニック結晶部15は、2.0×10-4(/℃)の第1の熱光学係数を有してもよく、光学樹脂層30は、−1.8×10-4(/℃)の第2の熱光学係数を有してもよい。
The first thermo-optical coefficient of the one-dimensional
本実施の形態の光制御デバイス1は、温度無依存の光制御デバイス1である。本明細書において、温度無依存の光制御デバイス1は、光学樹脂層30を含む光制御デバイス1の出力の温度変化が、光学樹脂層30を含まない比較例の光制御デバイスの出力の温度変化の半分未満であることを意味する。温度無依存の光制御デバイス1の出力の温度変化は、光学樹脂層30を含まない比較例の光制御デバイスの出力の温度変化の四分の一未満であってもよい。温度無依存の光制御デバイス1の出力の温度変化は、光学樹脂層30を含まない比較例の光制御デバイスの出力の温度変化の八分の一未満であってもよい。図5に示されるように、本実施の形態の光制御デバイス1の透過ピーク波長の温度変化は、比較例の光制御デバイスの透過ピーク波長の温度変化の30%未満に減少している。
The
図1から図3及び図6から図14を参照して、本実施の形態の光制御デバイス1の製造方法を説明する。
The manufacturing method of the
図6から図9に示されるように、本実施の形態の光制御デバイス1の製造方法は、基板6の主面7上に、1次元フォトニック結晶部15を含む導波路12を形成することを備える。具体的には、図6及び図7に示されるように、基板6の主面7上に設けられた導波路材料層8上に、パターニングされたレジスト層33が形成される。例えば、導波路材料層8はシリコン(Si)層であってもよく、基板6と導波路材料層8とはSOIウエハを構成してもよい。パターニングされたレジスト層33を形成することは、導波路材料層8上にレジスト層33を形成することと、レジスト層33をパターニングすることとを含んでもよい。レジスト層33をパターニングすることは、特に限定されないが、レジスト層33をエッチングすることであってもよいし、レジスト層33をインプリントすることであってもよい。
As shown in FIGS. 6 to 9, in the method of manufacturing the
図8及び図9に示されるように、パターニングされたレジスト層33を用いて導波路材料層8をパターニングすることによって、1次元フォトニック結晶部15を含む導波路12が形成される。ドライエッチングなどによって、導波路材料層8はパターニングされてもよい。導波路材料層8をパターニングすることによって、第1の下地層23と、第2の下地層24とがさらに形成されてもよい。
As shown in FIGS. 8 and 9, by patterning the
本実施の形態の光制御デバイス1の製造方法では、1次元フォトニック結晶部15は、第1の1次元フォトニック結晶部分(15)を含んでもよい。1次元フォトニック結晶部15を含む導波路12を形成することは、第1の1次元フォトニック結晶部分(15)の第1の周期構造が第1の方向における第1の1次元フォトニック結晶部分(15)の中心から離れるにつれて徐々に変化するように、第1の1次元フォトニック結晶部分(15)を形成することを含んでもよい。特定的には、1次元フォトニック結晶部15を含む導波路12を形成することは、複数の島状領域の1つが、第1の1次元フォトニック結晶部分(15)の中心に位置する第1の島状領域から第1のピッチPのN倍離れているとき、複数の島状領域の1つの第1の幅がNの二乗に比例して増加するように、第1の1次元フォトニック結晶部分(15)を形成することを含んでもよい。
In the method for manufacturing the
図10及び図11に示されるように、本実施の形態の光制御デバイス1の製造方法は、主面7上に第1の電極27及び第2の電極28を形成することを備える。例えば、第1の電極27及び第2の電極28は、金(Au)のような導電性材料を主面7上に蒸着することによって形成されてもよい。例えば、第1の電極27及び第2の電極28は、それぞれ金(Au)のような導電性材料を、第1の下地層23及び第2の下地層24上に蒸着することによって形成されてもよい。
As shown in FIGS. 10 and 11, the method of manufacturing the
第1の電極27及び第2の電極28は、1次元フォトニック結晶部15が延在する第1の方向(例えば、x方向)と主面7の法線に平行な第3の方向(例えば、z方向)とに交差する第2の方向(例えば、y方向)において1次元フォトニック結晶部15を挟むように配置されている。第1の電極27と第2の電極28との間の電極間隔G(図3を参照)は、特に限定されないが、1.0μm以上であってもよく、2.0μm以上であってもよく、3.0μm以上であってもよい。第1の電極27と第2の電極28との間の電極間隔Gは、非特許文献1に開示されたスロット導波路のスロット幅(75nm)の10倍より大きくてもよい。第1の電極27と第2の電極28との間の電極間隔Gは、特に限定されないが、10μm以下であってもよく、5.0μm以下であってもよい。
The
図12及び図13に示されるように、本実施の形態の光制御デバイス1の製造方法は、光学樹脂層30を形成することを備える。光学樹脂層30を形成することは、インクジェット法によって、二次非線形感受率を有する光学樹脂材料を、第1の電極27と第2の電極28との間に選択的に設けることを含んでもよい。光学樹脂材料は、溶媒中に分散されてもよい。光学樹脂材料を含む液体35は、インクジェット法によって、ノズル34から、第1の電極27と第2の電極28との間に選択的に滴下されてもよい。光学樹脂層30は1次元フォトニック結晶部15を覆っている。光学樹脂層30は、1次元フォトニック結晶部15に含まれるギャップを満たしている。光学樹脂層30を形成することは、光学樹脂材料が分散された溶媒を蒸発させることを含んでもよい。具体的には、第1の電極27と第2の電極28との間に滴下された光学樹脂材料を含む液体35を、ヒータ37を用いて熱処理することによって、溶媒を蒸発させてもよい。
As shown in FIGS. 12 and 13, the method for manufacturing the
図14に示されるように、本実施の形態の光制御デバイス1の製造方法は、第1の電極27と第2の電極28との間にポーリング電圧を印加して、光学樹脂材料を第2の方向に配向させることを備える。具体的には、最初に、ヒータ39を用いて、光学樹脂層30は加熱される。例えば、光学樹脂層30が、光学樹脂材料と、光学樹脂材料が分散されるホスト材料とを含むとき、光学樹脂層30は、(Tg−60)℃以上の温度を有するように、加熱されてもよい。Tgは、ホスト材料のガラス転移温度を表す。特定的には、光学樹脂層30は、(Tg−40)℃以上の温度を有するように、加熱されてもよい。さらに特定的には、光学樹脂層30は、(Tg−20)℃以上の温度を有するように、加熱されてもよい。次に、光学樹脂層30を加熱したまま、第1の電極27と第2の電極28とを電源38に接続して、第1の電極27と第2の電極28との間にポーリング電圧が印加される。最後に、第1の電極27と第2の電極28との間にポーリング電圧が印加されたまま、ヒータ39による光学樹脂層30の加熱を停止して、光学樹脂層30の温度を室温に下げる。こうして、光学樹脂材料は第2の方向に配向されて、第2の方向(例えば、y方向)において最大の二次非線形感受率を有する光学樹脂層30が得られる。
As shown in FIG. 14, in the method of manufacturing the
本実施の形態の光制御デバイス1の製造方法は、第1の層20と第2の層21とを形成することを備えてもよい。第1の層20と第2の層21とは、光学樹脂材料を第2の方向に配向させた後に形成されてもよい。第1の層20と第2の層21とは、インクジェット法を用いて光学樹脂材料を含む液体35を滴下する際に、インクジェット法を用いて形成されてもよい。こうして、本実施の形態の光制御デバイス1が得られる。
The method for manufacturing the
図15を参照して、本実施の形態の光制御デバイス1は、主面7上に駆動回路部40をさらに備えてもよい。駆動回路部40は光制御デバイス1を制御するように構成されている。駆動回路部40は、光制御デバイス1を動作させるための電気信号を生成する。駆動回路部40は、例えば、シリコン(Si)ベースのLSIであってもよい。本実施の形態の光制御デバイス1は、第1の電気配線41をさらに備えてもよい。光制御デバイス1は、第1の電気配線41を介して、駆動回路部40に接続されてもよい。複数の光制御デバイス1が、主面7上に、アレイ状に配置されてもよい。実施の形態3から実施の形態5の光制御デバイス1b,1c,1fのいずれかが、主面7上に駆動回路部40をさらに備えてもよい。
With reference to FIG. 15, the
図15を参照して、実施の形態1に係る光集積回路2を説明する。本実施の形態の光集積回路2は、光制御デバイス1と、主面7上に形成されている発光部42とを備える。本実施の形態の光集積回路2は、第1の光配線43と、第2の電気配線44と、合波器45と、第2の光配線46とをさらに備えてもよい。
The optical
発光部42は、光制御デバイス1に光学的に結合されている。特定的には、発光部42は、第1の光配線43を介して、光制御デバイス1に光学的に結合されてもよい。駆動回路部40は、発光部42を制御するように構成されてもよい。駆動回路部40は、発光部42を動作させるための電気信号を生成する。発光部42は、第2の電気配線44を介して、駆動回路部40に接続されてもよい。発光部42は、特に限定されないが、半導体レーザであってもよい。複数の発光部42が、主面7上に、アレイ状に配置されてもよい。発光部42は、駆動回路部40から出力された電気信号に基づいて、光を出力する。
The
発光部42から出力された光は、第1の光配線43を通って、光制御デバイス1に入力される。光制御デバイス1は、光の状態(光の強度または光の波長など)を制御する。光集積回路2は、合波器45と、第2の光配線46とをさらに備えてもよい。光制御デバイス1から出力された光は、合波器45及び第2の光配線46を通って、第1の光ファイバ47に出力される。
The light output from the
本実施の形態の光集積回路2は、第3の光配線52と、分波器53と、第4の光配線54と、受光部55と、第3の電気配線56と、受信回路部57とをさらに備えてもよい。第2の光ファイバ51から出力された光は、第3の光配線52、分波器53及び第4の光配線54を通って、受光部55に入力される。受光部55は、特に限定されないが、フォトダイオードであってもよい。複数の受光部55が、主面7上に、アレイ状に配置されてもよい。受光部55は、受光部55に入力された光信号を電気信号に変換する。受光部55で生成された電気信号は、第3の電気配線56を通って、受信回路部57に出力される。受信回路部57は、受光部55で生成された電気信号を処理する。受信回路部57は、例えば、シリコン(Si)ベースのLSIであってもよい。
The optical
駆動回路部40及び受信回路部57の動作時に、駆動回路部40及び受信回路部57は発熱する。本実施の形態の光制御デバイス1は温度無依存の光制御デバイス1である。そのため、光制御デバイス1が駆動回路部40及び受信回路部57とともに基板6の主面7上に配置されても、駆動回路部40及び受信回路部57から放散される熱によって、光制御デバイス1の特性が変化することが抑制され得る。本実施の形態の光集積回路2は、本実施の形態の光制御デバイス1に代えて、実施の形態3から実施の形態5の光制御デバイス1b,1c,1fのいずれかを備えてもよい。
When the
本実施の形態の光制御デバイス1並びにそれらの製造方法の効果を説明する。
本実施の形態の光制御デバイス1は、主面7を有する基板6と、導波路12と、光学樹脂層30と、第1の電極27と、第2の電極28とを備える。導波路12は、主面7上に形成され、かつ、1次元フォトニック結晶部15を含む。光学樹脂層30は、主面7上に形成され、かつ、1次元フォトニック結晶部15を覆っている。第1の電極27及び第2の電極28は、主面7上に形成されている。第1の電極27及び第2の電極28は、1次元フォトニック結晶部15が延在する第1の方向と主面7の法線に平行な第3の方向とに交差する第2の方向において、光学樹脂層30の少なくとも一部と1次元フォトニック結晶部15とを挟むように配置されている。光学樹脂層30は、第2の方向において最大の二次非線形感受率を有する。1次元フォトニック結晶部15の第1の熱光学係数は、光学樹脂層30の第2の熱光学係数により補償されている。
The effects of the
The
本実施の形態の光制御デバイス1では、第1の電極27と第2の電極28との間の電極間隔Gが拡がっても、光は1次元フォトニック結晶部15及びその近傍に閉じ込められる。第1の電極27と第2の電極28との間の電極間隔Gが拡がっても、1次元フォトニック結晶部15を伝搬する光と1次元フォトニック結晶部15を覆う光学樹脂層30との間の相互作用が減少することが防がれ得る。本実施の形態の光制御デバイス1では、第1の電極27と第2の電極28との間の電極間隔Gを拡げることができる。
In the
そのため、ポーリング電界が第1の電極27と第2の電極28との間でリークすることが防止され得る。第1の電極27と第2の電極28との間にポーリング電界を印加することによって、光学樹脂材料を十分に配向させることができ、光学樹脂層30の二次非線形感受率を大きくすることができる。特定的には、光学樹脂層30の二次非線形感受率は、光学樹脂材料からなるバルクの二次非線形感受率付近まで最大化され得る。本実施の形態の光制御デバイス1は、大きな二次非線形感受率を有する光学樹脂層を含む。
Therefore, it is possible to prevent the polling electric field from leaking between the
本実施の形態の光制御デバイス1では、第1の電極27と第2の電極28との間の電極間隔Gを拡げることができ、かつ、光は1次元フォトニック結晶部15を伝搬する。そのため、光制御デバイス1における光損失が減少され得る。本実施の形態の光制御デバイス1は、低い光損失を有する。
In the
本実施の形態の光制御デバイス1では、第1の電極27と第2の電極28との間の電極間隔Gを拡げることができるため、電極間隔Gの揺らぎが抑制され得る。ポーリング電圧は電気光学ポリマー材料に一様に印加されるため、電気光学ポリマー材料は均一に配向され得る。本実施の形態の光制御デバイス1は、光制御デバイス1の歩留りを高くし得る構造を有する。本実施の形態の光制御デバイス1によれば、大きな二次非線形感受率を有する光学樹脂層を含み、かつ、低い光損失と高い歩留りとを有する光制御デバイス1が提供され得る。
In the
本実施の形態の光制御デバイス1では、1次元フォトニック結晶部15を伝搬する光と二次非線形感受率を有する光学樹脂層30との間の相互作用が増強され得る。第一に、本実施の形態の光制御デバイス1では、第1の電極27と第2の電極28との間の電極間隔Gが拡がっても、1次元フォトニック結晶部15を伝搬する光は、1次元フォトニック結晶部15及びその近傍に閉じ込められる。第1の電極27と第2の電極28との間の電極間隔Gが拡がっても、1次元フォトニック結晶部15を伝搬する光と1次元フォトニック結晶部15を覆う光学樹脂層30との間の相互作用が減少することが防がれ得る。さらに、光学樹脂層30の二次非線形感受率を大きくすることができる。第二に、本実施の形態の光制御デバイス1では、1次元フォトニック結晶構造(15,30)のフォトニックバンドギャップ(PBG)内に形成された共振モードに結合する光だけが、1次元フォトニック結晶部15を伝搬することができる。そのため、1次元フォトニック結晶部15を伝搬する光と二次非線形感受率を有する光学樹脂層30との間の相互作用が増強され得る。
In the
第三に、本実施の形態の光制御デバイス1では、二次非線形感受率を有する光学樹脂層30は、1次元フォトニック結晶部15を覆っている。光学樹脂層30をパターニングすることなく、1次元フォトニック結晶部15が形成され得る。光学樹脂層30をパターニングすることによって、光学樹脂材料が劣化して、光学樹脂層30の二次非線形感受率が減少することが防止され得る。第四に、本実施の形態の光制御デバイス1では、二次非線形感受率を有する層として、光学樹脂層30が採用されている。樹脂は、無機材料よりも、大きな二次非線形感受率を得られやすい。そのため、1次元フォトニック結晶部15を伝搬する光と二次非線形感受率を有する光学樹脂層30との間の相互作用が増強され得る。
Third, in the
以上のように、本実施の形態の光制御デバイス1では、1次元フォトニック結晶部15を伝搬する光と二次非線形感受率を有する光学樹脂層30との間の相互作用が増強され得る。そのため、光制御デバイス1のサイズが減少しても、光制御デバイス1は、光制御デバイス1に入力される光の状態(光の強度または光の波長など)を十分に制御することができる。本実施の形態の光制御デバイス1によれば、光制御デバイス1のサイズが減少され得る。
As described above, in the
本実施の形態の光制御デバイス1は、二次非線形感受率を有する光学樹脂層30を備える。本実施の形態の光制御デバイス1によれば、光は、例えば100GHzを超えるような高速で制御され得る。
The
本実施の形態の光制御デバイス1では、1次元フォトニック結晶部15の第1の熱光学係数は、光学樹脂層30の第2の熱光学係数により補償されている。本実施の形態の光制御デバイス1によれば、光制御デバイス1の温度が変化しても、光制御デバイス1の特性が変化することが抑制され得る。
In the
本実施の形態の光制御デバイス1は、主面7上に駆動回路部40をさらに備えてもよい。駆動回路部40は光制御デバイス1を制御するように構成されている。駆動回路部40の動作時に、駆動回路部40は発熱する。本実施の形態の光制御デバイス1は温度無依存の光制御デバイス1である。そのため、光制御デバイス1が駆動回路部40とともに基板6の主面7上に配置されても、駆動回路部40から放散される熱によって、光制御デバイス1の特性が変化することが抑制され得る。
The
本実施の形態の光制御デバイス1は、主面7を有する基板6と、導波路12と、光学樹脂層30と、第1の電極27と、第2の電極28とを備える。導波路12は、主面7上に形成され、かつ、1次元フォトニック結晶部15を含む。光学樹脂層30は、主面7上に形成され、かつ、1次元フォトニック結晶部15を覆っている。第1の電極27及び第2の電極28は、主面7上に形成されている。第1の電極27及び第2の電極28は、1次元フォトニック結晶部15が延在する第1の方向と主面7の法線に平行な第3の方向とに交差する第2の方向において、光学樹脂層30の少なくとも一部と1次元フォトニック結晶部15とを挟むように配置されている。光学樹脂層30は、第2の方向において最大の二次非線形感受率を有する。1次元フォトニック結晶部15は、第1の1次元フォトニック結晶部分(15)を含む。第1の1次元フォトニック結晶部分(15)の第1の周期構造は、第1の方向における第1の1次元フォトニック結晶部分(15)の中心から離れるにつれて徐々に変化している。
The
本実施の形態の光制御デバイス1では、このような第1の周期構造を有する1次元フォトニック結晶構造(15,30)のフォトニックバンドギャップ(PBG)内に形成された共振モードに結合する光だけが、第1の1次元フォトニック結晶部分(15)を伝搬することができる。そのため、第1の1次元フォトニック結晶部分(15)を伝搬する光と第1の1次元フォトニック結晶部分(15)を覆う光学樹脂層30との間の相互作用が増強され得る。光制御デバイス1のサイズが減少しても、光制御デバイス1は、光制御デバイス1に入力される光の状態(光の強度または光の波長など)を十分に制御することができる。本実施の形態の光制御デバイス1によれば、光制御デバイス1のサイズが減少され得る。
In the
本実施の形態の光制御デバイス1では、第1の1次元フォトニック結晶部分(15)の第1の周期構造は、第1の方向における第1の1次元フォトニック結晶部分(15)の中心から離れるにつれて徐々に変化している。このような第1の周期構造を有する1次元フォトニック結晶構造(15,30)は高いQ値を有し、そのため、光制御デバイス1は、狭いスペクトル半値幅を有する。本実施の形態の光制御デバイス1によれば、光制御デバイス1の動作電圧が低減され得る。また、本実施の形態の光制御デバイス1によれば、光制御デバイス1の波長選択特性が向上され得る。
In the
本実施の形態の光制御デバイス1では、第1の1次元フォトニック結晶部分(15)は、ギャップを空けて第1の方向に配置された複数の島状領域を含む。複数の島状領域は、それぞれ、第1の方向において第1の幅を有する。複数の島状領域は、第1の方向に沿って第1のピッチPで形成されている。複数の島状領域の1つが、第1の1次元フォトニック結晶部分(15)の中心に位置する第1の島状領域から第1のピッチPのN倍離れているとき、複数の島状領域の1つの第1の幅W1(i)は、Nの二乗に比例して増加する。
In the
このような第1の周期構造を有する1次元フォトニック結晶構造(15,30)のフォトニックバンドギャップ(PBG)内に形成された共振モードに結合する光だけが、第1の1次元フォトニック結晶部分(15)を伝搬することができる。そのため、第1の1次元フォトニック結晶部分(15)を伝搬する光と第1の1次元フォトニック結晶部分(15)を覆う光学樹脂層30との間の相互作用が増強され得る。本実施の形態の光制御デバイス1によれば、光制御デバイス1のサイズが減少され得る。さらに、このような第1の周期構造を有する1次元フォトニック結晶構造(15,30)は高いQ値を有し、そのため、光制御デバイス1は、狭いスペクトル半値幅を有する。本実施の形態の光制御デバイス1によれば、光制御デバイス1の動作電圧が低減され得る。また、本実施の形態の光制御デバイス1によれば、光制御デバイス1の波長選択特性が向上され得る。
Only the light coupled to the resonance mode formed in the photonic band gap (PBG) of the one-dimensional photonic crystal structure (15, 30) having such a first periodic structure is the first one-dimensional photonic. It can propagate through the crystal portion (15). Therefore, the interaction between the light propagating in the first one-dimensional photonic crystal portion (15) and the
本実施の形態の光制御デバイス1の製造方法は、基板6の主面7上に、1次元フォトニック結晶部15を含む導波路12を形成することと、主面7上に、第1の電極27及び第2の電極28を形成することとを備える。第1の電極27及び第2の電極28は、1次元フォトニック結晶部15が延在する第1の方向と主面7の法線に平行な第3の方向とに交差する第2の方向において1次元フォトニック結晶部15を挟むように配置されている。本実施の形態の光制御デバイス1の製造方法は、光学樹脂層30を形成することをさらに備える。光学樹脂層30を形成することは、インクジェット法によって、二次非線形感受率を有する光学樹脂材料を、第1の電極27と第2の電極28との間に選択的に設けることを含んでもよい。光学樹脂層30は1次元フォトニック結晶部15を覆っている。本実施の形態の光制御デバイス1の製造方法は、第1の電極27と第2の電極28との間にポーリング電圧を印加して、光学樹脂材料を第2の方向に配向させることをさらに備える。
The method for manufacturing the
本実施の形態の光制御デバイス1の製造方法により製造された光制御デバイス1では、第1の電極27と第2の電極28との間の電極間隔Gが拡がっても、1次元フォトニック結晶部15を伝搬する光は、1次元フォトニック結晶部15及びその近傍に閉じ込められる。第1の電極27と第2の電極28との間の電極間隔Gが拡がっても、1次元フォトニック結晶部15を伝搬する光と1次元フォトニック結晶部15を覆う光学樹脂層30との間の相互作用が減少することが防がれ得る。本実施の形態の光制御デバイス1の製造方法では、第1の電極27と第2の電極28との間の電極間隔Gを拡げることができる。
In the
そのため、ポーリング電界が第1の電極27と第2の電極28との間でリークすることが防止され得る。第1の電極27と第2の電極28との間にポーリング電界を印加することによって、光学樹脂材料を十分に配向させることができ、光学樹脂層30の二次非線形感受率を大きくすることができる。特定的には、光学樹脂層30の二次非線形感受率は、光学樹脂材料からなるバルクの二次非線形感受率付近まで最大化され得る。本実施の形態の光制御デバイス1の製造方法によれば、大きな二次非線形感受率を有する光学樹脂層を形成することができる。
Therefore, it is possible to prevent the polling electric field from leaking between the
本実施の形態の光制御デバイス1の製造方法により製造された光制御デバイス1では、第1の電極27と第2の電極28との間の電極間隔Gを拡げることができ、かつ、光は1次元フォトニック結晶部15を伝搬する。そのため、光制御デバイス1における光損失が減少され得る。本実施の形態の光制御デバイス1の製造方法によれば、低い光損失を有する光制御デバイス1が製造され得る。
In the
本実施の形態の光制御デバイス1の製造方法により製造された光制御デバイス1では、第1の電極27と第2の電極28との間の電極間隔Gを拡げることができるため、電極間隔Gの揺らぎが抑制され得る。ポーリング電圧は電気光学ポリマー材料に一様に印加されるため、電気光学ポリマー材料は均一に配向され得る。本実施の形態の光制御デバイス1の製造方法は、光制御デバイス1の歩留りを高くし得る。本実施の形態の光制御デバイス1の製造方法によれば、大きな二次非線形感受率を有する光学樹脂層を含み、かつ、低い光損失と高い歩留りとを有する光制御デバイス1が製造され得る。
In the
本実施の形態の光制御デバイス1の製造方法は、光制御デバイス1における、1次元フォトニック結晶部15を伝搬する光と二次非線形感受率を有する光学樹脂層30との間の相互作用を増強することができる。第一に、本実施の形態の光制御デバイス1の製造方法によって製造された光制御デバイス1では、第1の電極27と第2の電極28との間の電極間隔Gが拡がっても、1次元フォトニック結晶部15を伝搬する光は1次元フォトニック結晶部15及びその近傍に閉じ込められる。第1の電極27と第2の電極28との間の電極間隔Gが拡がっても、光と1次元フォトニック結晶部15を覆う光学樹脂層30との間の相互作用が減少することが防がれ得る。さらに、光学樹脂層30の二次非線形感受率を大きくすることができる。第二に、本実施の形態の光制御デバイス1の製造方法によって製造された光制御デバイス1では、1次元フォトニック結晶構造(15,30)のフォトニックバンドギャップ(PBG)内に形成された共振モードに結合する光だけが、1次元フォトニック結晶部15を伝搬することができる。そのため、1次元フォトニック結晶部15を伝搬する光と二次非線形感受率を有する光学樹脂層30との間の相互作用が増強され得る。
In the method for manufacturing the
第三に、本実施の形態の光制御デバイス1の製造方法によって製造された光制御デバイス1では、二次非線形感受率を有する光学樹脂層30は、1次元フォトニック結晶部15を覆っている。光学樹脂層30をパターニングすることなく、1次元フォトニック結晶部15が形成され得る。光学樹脂層30をパターニングすることによって、光学樹脂材料が劣化して、光学樹脂層30の二次非線形感受率が減少することが防止され得る。そのため、1次元フォトニック結晶部15を伝搬する光と二次非線形感受率を有する光学樹脂層30との間の相互作用が減少することが防止され得る。第四に、本実施の形態の光制御デバイス1の製造方法によって製造された光制御デバイス1では、二次非線形感受率を有する層として、光学樹脂層30が採用されている。樹脂は、無機材料よりも、大きな二次非線形感受率を得られやすい。そのため、1次元フォトニック結晶部15を伝搬する光と二次非線形感受率を有する光学樹脂層30との間の相互作用が増強され得る。
Third, in the
以上のように、本実施の形態の光制御デバイス1の製造方法によれば、1次元フォトニック結晶部15を伝搬する光と二次非線形感受率を有する光学樹脂層30との間の相互作用が増強され得る光制御デバイス1が製造され得る。そのため、光制御デバイス1のサイズが減少しても、光制御デバイス1は、光制御デバイス1に入力される光の状態(光の強度または光の波長など)を十分に制御することができる。本実施の形態の光制御デバイス1の製造方法によれば、光制御デバイス1のサイズが減少され得る。
As described above, according to the manufacturing method of the
本実施の形態の光制御デバイス1の製造方法では、光学樹脂層30を形成することは、インクジェット法によって、二次非線形感受率を有する光学樹脂材料を、第1の電極27と第2の電極28との間に選択的に設けることを含んでもよい。本実施の形態の光制御デバイス1の製造方法によれば、光学樹脂材料の使用量が大幅に低減され得て、光制御デバイス1の製造コストが減少され得る。
In the method for manufacturing the
本実施の形態の光制御デバイス1の製造方法は、二次非線形感受率を有する光学樹脂層30を形成することを備える。本実施の形態の光制御デバイス1の製造方法によれば、例えば100GHzを超えるような高速で光を制御し得る光制御デバイス1が製造され得る。
The method for manufacturing the
本実施の形態の光制御デバイス1の製造方法では、1次元フォトニック結晶部15の第1の熱光学係数は、光学樹脂層30の第2の熱光学係数により補償されている。本実施の形態の光制御デバイス1の製造方法によれば、温度無依存の光制御デバイス1が製造され得る。
In the method for manufacturing the
本実施の形態の光制御デバイス1の製造方法では、1次元フォトニック結晶部15は、第1の1次元フォトニック結晶部分(15)を含む。1次元フォトニック結晶部15を含む導波路12を形成することは、第1の1次元フォトニック結晶部分(15)の第1の周期構造が第1の方向における第1の1次元フォトニック結晶部分(15)の中心から離れるにつれて徐々に変化するように第1の1次元フォトニック結晶部分(15)を形成することを含んでもよい。このような第1の周期構造を有する1次元フォトニック結晶構造(15,30)のフォトニックバンドギャップ(PBG)内に形成された共振モードに結合する光だけが、第1の1次元フォトニック結晶部分(15)を伝搬することができる。そのため、第1の1次元フォトニック結晶部分(15)を伝搬する光と第1の1次元フォトニック結晶部分(15)を覆う光学樹脂層30との間の相互作用が増強され得る。本実施の形態の光制御デバイス1の製造方法によれば、光制御デバイス1のサイズが減少され得る。
In the method for manufacturing the
さらに、このような第1の周期構造を有する1次元フォトニック結晶構造(15,30)は高いQ値を有し、そのため、光制御デバイス1は、狭いスペクトル半値幅を有する。本実施の形態の光制御デバイス1の製造方法によれば、動作電圧が低減され得る光制御デバイス1が製造され得る。また、本実施の形態の光制御デバイス1の製造方法によれば、波長選択特性が向上され得る光制御デバイス1が製造され得る。
Further, the one-dimensional photonic crystal structure (15, 30) having such a first periodic structure has a high Q value, so that the
本実施の形態の光集積回路2の効果を説明する。本実施の形態の光集積回路2は、本実施の形態の光制御デバイス1と、主面7上に形成されている発光部42とを備える。発光部42は、光制御デバイス1に光学的に結合されている。本実施の形態の光集積回路2によれば、大きな二次非線形感受率を有する光学樹脂層を含み、かつ、低い光損失と高い歩留りとを有する光制御デバイス1を備える光集積回路2が提供され得る。また、本実施の形態の光制御デバイス1では、1次元フォトニック結晶部15を伝搬する光と二次非線形感受率を有する光学樹脂層30との間の相互作用が増強され得る。本実施の形態の光集積回路2によれば、光制御デバイス1のサイズが減少され得て、光集積回路2のサイズも減少され得る。
The effect of the optical
(実施の形態2)
図16を参照して、実施の形態2に係る光集積回路2bを説明する。本実施の形態の光集積回路2bは、実施の形態1の光集積回路2と同様の構成を備え、同様の効果を奏するが、主に以下の点で異なる。
(Embodiment 2)
The optical integrated circuit 2b according to the second embodiment will be described with reference to FIG. The optical integrated circuit 2b of the present embodiment has the same configuration as the optical
本実施の形態の光集積回路2bは、実施の形態1の光制御デバイス1と、主面7上に形成されている発光部60とを備える。発光部60は、光制御デバイス1に光学的に結合されている。導波路12は、発光部60に覆われてもよい。特定的には、第1のテーパ導波路17は、発光部60に覆われてもよい。発光部60は、例えば、レーザ色素または有機エレクトロルミネッセンス材料を含んでもよい。本実施の形態の光集積回路2bは、実施の形態1の光制御デバイス1に代えて、実施の形態3から実施の形態5の光制御デバイス1b,1c,1fのいずれかを備えてもよい。
The optical integrated circuit 2b of the present embodiment includes the
本実施の形態の光集積回路2bの製造方法を説明する。本実施の形態の光集積回路2bの製造方法は、実施の形態1の光制御デバイス1の製造方法と同様の工程を備えるが、主に以下の点で異なる。
A method of manufacturing the optical integrated circuit 2b of the present embodiment will be described. The manufacturing method of the optical integrated circuit 2b of the present embodiment includes the same steps as the manufacturing method of the
図17に示されるように、本実施の形態の光集積回路2bの製造方法は、発光部60を形成することを備える。発光部60を形成することは、インクジェット法によって、発光部60を構成する材料を、主面7上の一部に選択的に設けることを含む。発光部60を構成する材料は、溶媒中に分散されてもよい。発光部60を構成する材料を含む液体は、インクジェット法によって、ノズル64から、主面7上の一部に選択的に滴下されてもよい。発光部60を形成することは、発光部60を構成する材料が分散された溶媒を蒸発させることを含んでもよい。具体的には、主面7上の一部に滴下された発光部60を構成する材料を含む液体を、ヒータ37(図12を参照)を用いて熱処理することによって、溶媒を蒸発させてもよい。インクジェット法によって、光学樹脂層30を形成している間に、発光部60がインクジェット法によって形成されてもよい。本実施の形態の光集積回路2bの製造方法によれば、発光部60を構成する材料の使用量が大幅に低減され得て、光集積回路2bの製造コストが減少され得る。
As shown in FIG. 17, the method of manufacturing the optical integrated circuit 2b of the present embodiment includes forming a
(実施の形態3)
図18から図20を参照して、実施の形態3に係る光制御デバイス1bを説明する。本実施の形態の光制御デバイス1bは、実施の形態1の光制御デバイス1と同様の構成を備えているが、以下の点で主に異なる。
(Embodiment 3)
The
本実施の形態の光制御デバイス1bは、光位相変調器である。第1の電極27及び第2の電極28に印加される電圧を変化させることによって、光制御デバイス1bから出力される光の位相が変調され得る。
The
導波路12は、1次元フォトニック結晶部15bを含む。1次元フォトニック結晶部15bは、第1の1次元フォトニック結晶部分(15b)を含む。本実施の形態の1次元フォトニック結晶部15b及び第1の1次元フォトニック結晶部分(15b)は、それぞれ、実施の形態1の1次元フォトニック結晶部15及び第1の1次元フォトニック結晶部分(15)と、複数の島状領域の配置パターンが異なる。本実施の形態では、複数の島状領域は、互いに等しい第1の幅を有してもよい。W1(i)(i=−imax、・・・−1、1、・・・、imax)は、W1(0)に等しい。複数のギャップは、互いに等しい第2の幅を有してもよい。
The
1次元フォトニック結晶部15bは、1次元フォトニック結晶構造(15b,30)を伝搬する光の群速度vgを低下させるように構成されている。1次元フォトニック結晶構造(15b,30)を伝搬する光の群速度vgは、1次元フォトニック結晶構造(15b,30)の分散曲線ω(k)の傾き、すなわち、∂ω(k)/∂kによって与えられる。ω及びkは、それぞれ、1次元フォトニック結晶構造(15b,30)を伝搬する光の周波数及び波数を表す。言い換えると、1次元フォトニック結晶部15bは、1次元フォトニック結晶構造(15b,30)の群屈折率ngが大きくなるように構成されている。特定的には、1次元フォトニック結晶構造(15b,30)は、5以上の群屈折率ngを有してもよい。1次元フォトニック結晶構造(15b,30)は、10以上の群屈折率ngを有してもよい。1次元フォトニック結晶構造(15b,30)は、20以上の群屈折率ngを有してもよい。
One-dimensional
光は、1次元フォトニック結晶構造(15b,30)をゆっくり伝搬する。1次元フォトニック結晶構造(15b,30)を伝搬する光は、1次元フォトニック結晶構造(15b,30)を、いわゆるスローライトとして伝搬する。1次元フォトニック結晶構造(15b,30)をスローライトとして伝搬する光は、1次元フォトニック結晶部15bを覆う光学樹脂層30と、強く相互作用する。1次元フォトニック結晶部15bを伝搬する光と1次元フォトニック結晶部15bを覆う光学樹脂層30との間の相互作用が増強され得る。
Light slowly propagates through the one-dimensional photonic crystal structure (15b, 30). The light propagating the one-dimensional photonic crystal structure (15b, 30) propagates the one-dimensional photonic crystal structure (15b, 30) as a so-called slow light. The light propagating with the one-dimensional photonic crystal structure (15b, 30) as a slow light strongly interacts with the
本実施の形態の光制御デバイス1bの動作を説明する。図示しない光ファイから光制御デバイス1bに、光が入力される。光制御デバイス1bに入力される光は、TEモードを有してもよい。第1のスポットサイズ変換器(17,20)は、光のサイズを小さくして、光を、1次元フォトニック結晶部15bを含む導波路12に出力する。
The operation of the
第1の電極27と第2の電極28との間に、電圧が印加される。第1の電極27と第2の電極28との間に印加される電圧を変化させることによって、光学樹脂層30の屈折率が変化する。そのため、1次元フォトニック結晶部15bを伝搬する光の位相も変化する。第1の電極27と、第2の電極28と、1次元フォトニック結晶部15bと光学樹脂層30とからなる光学的能動媒質とを含む光制御部は、位相制御部として機能し得る。
A voltage is applied between the
導波路12を伝搬した光は、第2のスポットサイズ変換器(18,21)に出力される。第2のスポットサイズ変換器(18,21)は、光のサイズを大きくして、光制御デバイス1bの外部に光を出力する。
The light propagating in the
本実施の形態の変形例の光制御デバイスは、本実施の形態の第1の電極27と、第2の電極28と、1次元フォトニック結晶部15bと光学樹脂層30とからなる光学的能動媒質とを含む位相制御部を含む、光変調器、光スイッチ及び可変波長フィルタのいずれかであってもよい。光変調器、光スイッチ及び可変波長フィルタのいずれかでは、導波路12は、特に限定されないが、対称マッハツェンダ導波路として構成されてもよいし、非対称マッハツェンダ導波路として構成されてもよい。
The optical control device of the modified example of the present embodiment is optically active composed of the
本実施の形態及びその変形例の光制御デバイス1bでは、導波路12を伝搬した光は、第1の電極27と、第2の電極28と、1次元フォトニック結晶部15bと光学樹脂層30とからなる光学的能動媒質とを含む位相制御部において、位相の変化を受ける。そのため、第1の電極27と第2の電極28との間の電圧を変化させることによって、本実施の形態及びその変形例の光制御デバイス1bは、本実施の形態及びその変形例の光制御デバイス1bから出力される光の状態(光の強度、光の位相または光の波長など)を変化させることができる。
In the
本実施の形態の光制御デバイス1bの製造方法は、実施の形態1の光制御デバイス1の製造方法と同様の工程を備えるが、1次元フォトニック結晶部15bに含まれる複数の島状領域の配置パターンが異なる。
The method for manufacturing the
本実施の形態及びその変形例の光制御デバイス1b及びその製造方法は、実施の形態1の光制御デバイス1及びその製造方法と同様の効果を奏するが、以下の点で主に異なる。
The
本実施の形態及びその変形例の光制御デバイス1bでは、光制御デバイス1bに入射された光は、1次元フォトニック結晶部15bを伝搬する。1次元フォトニック結晶部15bを伝搬する光は、1次元フォトニック結晶構造(15b,30)を、いわゆるスローライトとして伝搬する。そのため、1次元フォトニック結晶部15bを伝搬する光と二次非線形感受率を有する光学樹脂層30との間の相互作用が増強され得る。本実施の形態及びその変形例の光制御デバイス1bによれば、光制御デバイス1bのサイズが減少され得る。
In the
本実施の形態及びその変形例の光制御デバイス1bの製造方法により製造された光制御デバイス1bでは、光制御デバイス1bに入射された光は、1次元フォトニック結晶部15bを伝搬する。1次元フォトニック結晶部15bを伝搬する光は、1次元フォトニック結晶構造(15b,30)を、いわゆるスローライトとして伝搬する。そのため、1次元フォトニック結晶部15bを伝搬する光と二次非線形感受率を有する光学樹脂層30との間の相互作用が増強され得る。本実施の形態及びその変形例の光制御デバイス1bの製造方法によれば、光制御デバイス1bのサイズが減少され得る。
In the
(実施の形態4)
図19から図21を参照して、実施の形態4に係る光制御デバイス1cを説明する。本実施の形態の光制御デバイス1cは、実施の形態2の光制御デバイス1bと同様の構成を備えるが、以下の点で主に異なる。本実施の形態の光制御デバイス1cは、第二高調波発生(SHG)デバイス、和周波発生デバイス、差周波発生デバイスまたは光パラメトリック発振(OPO)デバイスのような二次非線形光学デバイスである。第1の電極27と第2の電極28との間の電圧を変化させることによって、光制御デバイス1cから出力される光の波長が変化され得る。
(Embodiment 4)
The
(実施の形態5)
図22から図24を参照して、実施の形態4に係る光制御デバイス1fを説明する。本実施の形態の光制御デバイス1fは、実施の形態1の光制御デバイス1と同様の構成を備えるが、主に以下の点で異なる。
(Embodiment 5)
The
本実施の形態の光制御デバイス1fでは、1次元フォトニック結晶部15fは、第1の1次元フォトニック結晶部分77と、第2の1次元フォトニック結晶部分78とを含む。本実施の形態の第1の1次元フォトニック結晶部分77は、実施の形態1の第1の1次元フォトニック結晶部分(15)と同様の構成を有している。
In the
第2の1次元フォトニック結晶部分78は、第1の1次元フォトニック結晶部分77の両端の1つ以上に設けられてもよい。第2の1次元フォトニック結晶部分78は、第1の1次元フォトニック結晶部分77に連続して設けられてもよい。第2の1次元フォトニック結晶部分78の第2の周期構造は、一定の周期構造である。第2の1次元フォトニック結晶部分78は、ギャップを空けて第1の方向に配置された複数の島状領域を含む。複数の島状領域は、第1の方向に沿って第2のピッチで配置される。第2のピッチは、一定のピッチである。
The second one-dimensional
第2の1次元フォトニック結晶部分78に含まれる複数の島状領域は、互いに等しい第4の幅を有している。第4の幅は、第2の1次元フォトニック結晶部分78に含まれる複数の島状領域の各々の第1の方向における長さとして定義される。第2の1次元フォトニック結晶部分78における複数のギャップは、互いに等しい第5の幅を有している。第5の幅は、第2の1次元フォトニック結晶部分78に含まれるにおける複数のギャップの各々の第1の方向における長さとして定義される。第2の1次元フォトニック結晶部分78に含まれる複数の島状領域の各々は、第2の方向(例えば、y方向)において第6の幅を有する。
The plurality of island-shaped regions contained in the second one-dimensional
第2の1次元フォトニック結晶部分78における第2の周期構造は、第2の1次元フォトニック結晶部分78が隣り合う第1の1次元フォトニック結晶部分77の端部における周期構造と同じであってもよい。具体的には、第4の幅は、W1(imax)に等しくてもよく、W1(−imax)に等しくてもよい。第2のピッチは、第1のピッチPに等しくてもよい。第6の幅は、第3の幅W3に等しくてもよい。
The second periodic structure in the second one-dimensional
本実施の形態の光制御デバイス1fの製造方法は、実施の形態1の光制御デバイス1の製造方法と同様の工程を備えるが、第1の1次元フォトニック結晶部分77を形成する際に、第2の1次元フォトニック結晶部分78をも形成する点で異なる。
The method for manufacturing the
本実施の形態の光制御デバイス1fは、実施の形態1の光制御デバイス1と同様の効果を奏するが、以下の点で主に異なる。
The
本実施の形態の光制御デバイス1fでは、1次元フォトニック結晶部(15f)と光学樹脂層30とからなる1次元フォトニック結晶構造(15f,30)のフォトニックバンドギャップ(PBG)内に形成された共振モードに結合する光だけが、1次元フォトニック結晶構造(15f,30)を伝搬することができる。そのため、1次元フォトニック結晶部15fを伝搬する光と二次非線形感受率を有する光学樹脂層30との間の相互作用が増強され得る。
In the
本実施の形態の光制御デバイス1fでは、1次元フォトニック結晶部15fは、第2の1次元フォトニック結晶部分78を含む。第2の1次元フォトニック結晶部分78の第2の周期構造は、一定の周期構造である。そのため、本実施の形態の光制御デバイス1fは、さらに高いQ値を有し、さらに狭いスペクトル半値幅を有する。本実施の形態の光制御デバイス1fによれば、光制御デバイス1fの動作電圧が低減され得る。また、本実施の形態の光制御デバイス1fによれば、光制御デバイス1fの波長選択特性が向上され得る。
In the
(実施の形態6)
図2、図3及び図25を参照して、実施の形態6に係る電磁波検出装置3を説明する。本実施の形態の電磁波検出装置3は、実施の形態1の光制御デバイス1と同様の構成を備えるが、主に以下の点で異なる。
(Embodiment 6)
The electromagnetic
本実施の形態の電磁波検出装置3は、光制御デバイス1と、第1の電極27に接続される第1のアンテナ70とを備える。本実施の形態の電磁波検出装置3は、第2の電極28に接続される第2のアンテナ71を備えてもよい。本実施の形態の電磁波検出装置3は、光検出器75を備えてもよい。第2の電極28は、特に限定されないが、接地されてもよい。
The electromagnetic
第1のアンテナ70は、基板6の主面7上に配置されてもよい。特定的には、第1のアンテナ70は、第1の下地層23上に配置されてもよい。第1のアンテナ70は、テラヘルツ波またはミリ波のような電磁波を受信する。電磁波は第1の電極27に入力されて、光学樹脂層30の屈折率を変化させる。そのため、第1のアンテナ70に受信された電磁波は、光制御デバイス1から出射させる光の状態(光の強度または光の波長など)を変化させ得る。この光の状態の変化を光検出器75を用いて検出することによって、第1のアンテナ70に受信された電磁波は検出され得る。第1のアンテナ70は、特に限定されないが、例えば、金(Au)のような導電性材料で構成される導電層であってもよい。
The
第2のアンテナ71は、基板6の主面7上に配置されてもよい。特定的には、第2のアンテナ71は、第2の下地層24上に配置されてもよい。第2のアンテナ71は、テラヘルツ波またはミリ波のような電磁波を受信する。電磁波は第2の電極28に入力されて、光学樹脂層30の屈折率を変化させる。そのため、第2のアンテナ71に受信された電磁波は、光制御デバイス1から出射させる光の状態(光の強度または光の波長など)を変化させ得る。この光の状態の変化を光検出器75を用いて検出することによって、第2のアンテナ71に受信された電磁波は検出され得る。第2のアンテナ71は、特に限定されないが、例えば、金(Au)のような導電性材料で構成される導電層であってもよい。
The
光検出器75は、基板6の主面7上に配置されてもよい。特定的には、光検出器75は、導波路12上に配置されてもよい。さらに特定的には、光検出器75は、第2のテーパ導波路18上に配置されてもよい。光検出器75は、導波路12を伝搬する光を検出する。特定的には、光検出器75は、導波路12を覆ってもよい。さらに特定的には、光検出器75は、第2のテーパ導波路18を覆ってもよい。
The
本実施の形態の電磁波検出装置3の製造方法は、実施の形態1の光制御デバイス1の製造方法と同様であるが、主に以下の点で異なる。
The manufacturing method of the electromagnetic
本実施の形態の電磁波検出装置3の製造方法は、第1の電極27に接続される第1のアンテナ70を形成することを備える。第1のアンテナ70は、例えば、金(Au)のような導電性材料を主面7上に蒸着することによって形成されてもよい。特定的には、第1のアンテナ70は、例えば、金(Au)のような導電性材料を第1の下地層23上に蒸着することによって形成されてもよい。本実施の形態の電磁波検出装置3の製造方法は、第2の電極28に接続される第2のアンテナ71を形成することを備えてもよい。第2のアンテナ71は、例えば、金(Au)のような導電性材料を主面7上に蒸着することによって形成されてもよい。特定的には、第2のアンテナ71は、例えば、金(Au)のような導電性材料を第2の下地層24上に蒸着することによって形成されてもよい。
The method of manufacturing the electromagnetic
本実施の形態の電磁波検出装置3の製造方法は、主面7上に光検出器75を形成することを備えてもよい。光検出器75は、例えば、光検出器75に含まれる材料を主面7上に蒸着することによって形成されてもよい。特定的には、光検出器75は、例えば、光検出器75に含まれる材料を導波路12上に蒸着することによって形成されてもよい。さらに特定的には、光検出器75は、例えば、光検出器75に含まれる材料を第2のテーパ導波路18上に蒸着することによって形成されてもよい。
The method for manufacturing the electromagnetic
図23、図24及び図26を参照して、本実施の形態の変形例の電磁波検出装置3bは、実施の形態1の光制御デバイス1に代えて、実施の形態5の光制御デバイス1fのいずれかを備えてもよい。本実施の形態のさらに別の変形例の電磁波検出装置は、実施の形態1の光制御デバイス1に代えて、実施の形態3及び実施の形態4の光制御デバイス1b,1cのいずれかを備えてもよい。
With reference to FIGS. 23, 24 and 26, the electromagnetic
本実施の形態及びその変形例の電磁波検出装置3,3bの効果を説明する。本実施の形態及びその変形例の電磁波検出装置3,3bは、光制御デバイス1,1b,1c,1fと、第1の電極27に接続される第1のアンテナ70とを備える。本実施の形態の電磁波検出装置3によれば、大きな二次非線形感受率を有する光学樹脂層を含み、かつ、低い光損失と高い歩留りとを有する光制御デバイス1,1b,1c,1fを備える電磁波検出装置3,3bが提供され得る。また、本実施の形態の光制御デバイス1,1b,1c,1fでは、1次元フォトニック結晶部15,15b,15fを伝搬する光と二次非線形感受率を有する光学樹脂層30との間の相互作用が増強され得る。本実施の形態の電磁波検出装置3,3bによれば、光制御デバイス1,1b,1c,1fのサイズが減少され得て、電磁波検出装置3,3bのサイズも減少され得る。本実施の形態の電磁波検出装置3,3bによれば、微弱な電磁波が精度よく検出され得る。
The effects of the electromagnetic
本実施の形態の電磁波検出装置3,3bは、二次非線形感受率を有する光学樹脂層30を備える。本実施の形態の電磁波検出装置3,3bは高い応答速度を有し、テラヘルツ波またはミリ波のような電磁波を精度よく検出することができる。
The electromagnetic
本実施の形態及びその変形例の電磁波検出装置3,3bは、光制御デバイス1,1fと、第1の電極27に接続される第1のアンテナ70とを備える。本実施の形態及びその変形例の電磁波検出装置3,3bにおいて、1次元フォトニック結晶構造(15,15f,30)のフォトニックバンドギャップ(PBG)内に形成された共振モードに結合する光だけが、第1の1次元フォトニック結晶部分(15,77)を伝搬することができる。実施の形態1の光制御デバイス1に代えて、実施の形態3及び実施の形態4の光制御デバイス1b,1cのいずれかを備える本実施の形態の変形例の電磁波検出装置では、1次元フォトニック結晶部15bを伝搬する光は、1次元フォトニック結晶構造(15b,30)をスローライトとして伝搬する。そのため、1次元フォトニック結晶部15,15b,15fを伝搬する光と二次非線形感受率を有する光学樹脂層30との間の相互作用が増強され得る。本実施の形態及びその変形例の電磁波検出装置3,3bによれば、光制御デバイス1,1b,1c,1fのサイズが減少され得て、本実施の形態及びその変形例の電磁波検出装置3,3bのサイズも減少され得る。
The electromagnetic
本実施の形態及びその変形例の電磁波検出装置3,3bでは、第1の1次元フォトニック結晶部分(15,77)の第1の周期構造は、第1の方向における第1の1次元フォトニック結晶部分(15,77)の中心から離れるにつれて徐々に変化している。1次元フォトニック結晶構造(15,15f,30)は高いQ値を有し、そのため、電磁波検出装置3,3bは、狭いスペクトル半値幅を有する。本実施の形態及びその変形例の電磁波検出装置3,3bによれば、微弱な電磁波が精度よく検出され得る。
In the electromagnetic
今回開示された実施の形態1から実施の形態6及びそれらの変形例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。矛盾のない限り、今回開示された実施の形態1から実施の形態6及びそれらの変形例の少なくとも2つを組み合わせてもよい。本発明の範囲は、上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることを意図される。 It should be considered that the first to sixth embodiments disclosed this time and their variations are exemplary in all respects and not restrictive. As long as there is no contradiction, at least two of the first to sixth embodiments disclosed this time and variations thereof may be combined. The scope of the present invention is shown by the scope of claims rather than the above description, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.
1,1b,1c,1d,1f 光制御デバイス、2,2b 光集積回路、3,3b 電磁波検出装置、6 基板、7 主面、8 導波路材料層、12 導波路、15,15b,15f 1次元フォトニック結晶部、17 第1のテーパ導波路、18 第2のテーパ導波路、20 第1の層、21 第2の層、23 第1の下地層、24 第2の下地層、27 第1の電極、28 第2の電極、30 光学樹脂層、33 レジスト層、34,64 ノズル、35 液体、37,39 ヒータ、38 電源、40 駆動回路部、41 第1の電気配線、42,60 発光部、43 第1の光配線、44 第2の電気配線、45 合波器、46 第2の光配線、47 第1の光ファイバ、51 第2の光ファイバ、52 第3の光配線、53 分波器、54 第4の光配線、55 受光部、56 第3の電気配線、57 受信回路部、70 第1のアンテナ、71 第2のアンテナ、75 光検出器、77 第1の1次元フォトニック結晶部分、78 第2の1次元フォトニック結晶部分。 1,1b, 1c, 1d, 1f optical control device, 2,2b optical integrated circuit, 3,3b electromagnetic wave detector, 6 substrate, 7 main surface, 8 waveguide material layer, 12 waveguide, 15, 15b, 15f 1 Dimensional photonic crystal part, 17 1st tapered waveguide, 18 2nd tapered waveguide, 20 1st layer, 21 2nd layer, 23 1st base layer, 24 2nd base layer, 27th 1 electrode, 28 2nd electrode, 30 optical fiber layer, 33 resist layer, 34,64 nozzles, 35 liquid, 37,39 heater, 38 power supply, 40 drive circuit section, 41 first electrical wiring, 42,60 Light emitting unit, 43 first optical wiring, 44 second electrical wiring, 45 combiner, 46 second optical wiring, 47 first optical fiber, 51 second optical fiber, 52 third optical wiring, 53 Demultiplexer, 54 4th optical wiring, 55 light receiving part, 56 3rd electrical wiring, 57 receiving circuit part, 70 1st antenna, 71 2nd antenna, 75 optical detector, 77 1st 1 Dimensional photonic crystal part, 78 Second one-dimensional photonic crystal part.
Claims (7)
前記主面上に形成され、かつ、1次元フォトニック結晶部を含む導波路と、
前記主面上に形成され、かつ、前記1次元フォトニック結晶部を覆う光学樹脂層と、
前記主面上に形成されている第1の電極と、
前記主面上に形成されている第2の電極とを備え、
前記第1の電極及び前記第2の電極は、前記1次元フォトニック結晶部が延在する第1の方向と前記主面の法線に平行な第3の方向とに交差する第2の方向において、前記光学樹脂層の少なくとも一部と前記1次元フォトニック結晶部とを挟むように配置されており、
前記1次元フォトニック結晶部は、第1の1次元フォトニック結晶部分を含み、前記第1の1次元フォトニック結晶部分の第1の周期構造は、前記第1の方向における前記第1の1次元フォトニック結晶部分の中心から離れるにつれて徐々に変化しており、
前記1次元フォトニック結晶部は、前記1次元フォトニック結晶部と前記光学樹脂層とからなる1次元フォトニック結晶構造のフォトニックバンドギャップ内に共振モードが形成されるように構成されており、
前記1次元フォトニック結晶構造のQ値は500以上であり、
前記光学樹脂層は、前記第2の方向において最大の二次非線形感受率を有し、
前記1次元フォトニック結晶部の第1の熱光学係数は、前記光学樹脂層の第2の熱光学係数により補償されている、光制御デバイス。 A substrate with a main surface and
A waveguide formed on the main surface and including a one-dimensional photonic crystal portion,
An optical resin layer formed on the main surface and covering the one-dimensional photonic crystal portion, and
The first electrode formed on the main surface and
A second electrode formed on the main surface is provided.
The first electrode and the second electrode have a second direction that intersects a first direction in which the one-dimensional photonic crystal portion extends and a third direction parallel to the normal of the main surface. Is arranged so as to sandwich at least a part of the optical resin layer and the one-dimensional photonic crystal portion.
The one-dimensional photonic crystal portion includes a first one-dimensional photonic crystal portion, and the first periodic structure of the first one-dimensional photonic crystal portion is the first one in the first direction. It gradually changes as it moves away from the center of the one-dimensional photonic crystal part.
The one-dimensional photonic crystal portion is configured such that a resonance mode is formed in a photonic band gap of a one-dimensional photonic crystal structure composed of the one-dimensional photonic crystal portion and the optical resin layer.
The Q value of the one-dimensional photonic crystal structure is 500 or more.
The optical resin layer has the maximum quadratic nonlinear susceptibility in the second direction.
An optical control device in which the first thermo-optical coefficient of the one-dimensional photonic crystal portion is compensated by the second thermo-optical coefficient of the optical resin layer.
前記駆動回路部は前記光制御デバイスを制御するように構成されている、請求項1に記載の光制御デバイス。 A drive circuit unit is further provided on the main surface.
The optical control device according to claim 1, wherein the drive circuit unit is configured to control the optical control device.
前記主面上に形成されている発光部とを備え、
前記発光部は、前記光制御デバイスに光学的に結合されている、光集積回路。 The optical control device according to claim 1 or 2.
It is provided with a light emitting portion formed on the main surface.
The light emitting unit is an optical integrated circuit that is optically coupled to the optical control device.
前記複数の島状領域は、それぞれ、前記第1の方向において第1の幅を有し、
前記複数の島状領域は、前記第1の方向に沿って第1のピッチで形成されており、
前記複数の島状領域の1つが、前記第1の1次元フォトニック結晶部分の前記中心に位置する第1の島状領域から前記第1のピッチのN倍離れているとき、前記複数の島状領域の前記1つの前記第1の幅は、前記Nの二乗に比例して増加する、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の光制御デバイス。 The first one-dimensional photonic crystal portion includes a plurality of island-like regions arranged in the first direction with a gap.
Each of the plurality of island-shaped regions has a first width in the first direction.
The plurality of island-shaped regions are formed at a first pitch along the first direction.
When one of the plurality of island-shaped regions is separated from the first island-shaped region located at the center of the first one-dimensional photonic crystal portion by N times the first pitch, the plurality of islands are formed. The optical control device according to any one of claims 1 to 3, wherein the first width of the one of the shape regions increases in proportion to the square of N.
前記第2の1次元フォトニック結晶部分の第2の周期構造は、一定の周期構造である、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の光制御デバイス。 The one-dimensional photonic crystal portion includes a second one-dimensional photonic crystal portion.
It said second periodic structure of the second one-dimensional photonic crystal portion is constant of the periodic structure, the light control device according to any one of claims 1 to 4.
前記第1の電極に接続される第1のアンテナとを備える、電磁波検出装置。 The optical control device according to any one of claims 1 to 5.
An electromagnetic wave detection device including a first antenna connected to the first electrode.
前記基板の前記主面上に、前記1次元フォトニック結晶部を含む前記導波路を形成することと、
前記主面上に、前記第1の電極及び前記第2の電極を形成することと、
前記光学樹脂層を形成することとを備え、前記光学樹脂層を形成することは、インクジェット法によって、二次非線形感受率を有する光学樹脂材料を含む液体を、前記第1の電極と前記第2の電極との間に選択的に設けることを含み、前記光学樹脂層はパターニングされておらず、さらに、
前記第1の電極と前記第2の電極との間にポーリング電圧を印加して、前記光学樹脂材料を前記第2の方向に配向させることを備える、光制御デバイスの製造方法。 The method for manufacturing the optical control device according to any one of claims 1 to 5, wherein the manufacturing method for the optical control device is the method.
And that on the main surface of the substrate to form the waveguide including the one-dimensional photonic crystal portion,
And that on the primary surface to form said first electrode and said second electrode,
Wherein a forming an optical resin layer, wherein forming the optical resin layer, by an ink jet method, a liquid containing an optical resin material having a second order nonlinear susceptibility, wherein the first electrode and the second The optical resin layer is not patterned and further comprises being selectively provided between the electrodes.
A method for manufacturing an optical control device, comprising applying a polling voltage between the first electrode and the second electrode to orient the optical resin material in the second direction.
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