JP6945816B2 - 光偏向デバイス - Google Patents

Description

本発明は、光の進行方向を制御する光偏向デバイスに関する。

周囲の物体までの距離を２次元画像として取得するレーザ計測を用いたレーザレーダーもしくはライダー装置（LiDAR（Light Detection and Ranging, Laser Imaging Detection and Ranging））の技術分野は、車の自動運転や３次元地図作製等に利用されており、その基盤技術はレーザプリンタやレーザディスプレイ等にも適用可能である。

この技術分野では、光ビームを物体に当て、物体で反射して戻ってくる反射光を検出し、その時間差や周波数差から距離の情報を取得すると共に、光ビームを２次元的に走査することによって広角の３次元情報を取得する。

光ビーム走査には光偏向デバイスが必須である。従来は、機器全体の回転、多角形ミラー（ポリゴンミラー）、ガルバノミラーといった機械式ミラー、マイクロマシーン技術（MEMS技術）による小型集積ミラーなど、いずれも機械式の機構が用いられているが、大型、高価、振動する移動体での不安定性などの問題があり、近年、非機械式の光偏向デバイスの研究が盛んとなっている。

非機械式の光偏向デバイスとして、光の波長やデバイスの屈折率を変えることで光偏向を実現するフェーズドアレイ型や回折格子型が提案されている。しかしながら、フェーズドアレイ型の光偏向デバイスはアレイ状に並べられた多数の光放射器の位相調整が非常に難しく、高品質な鋭い光ビームを形成することができないという課題がある。一方、回折格子型の光偏向デバイスは鋭いビームの形成が容易であるが、光偏向角が小さいという課題がある。

小さな光偏向角の課題に対して、本発明の発明者は、スローライト導波路を回折格子等の回折機構に結合させることによって光偏向角を増大させる技術を提案している（特許文献１）。スローライト光はフォトニック結晶導波路のようなフォトニックナノ構造の中で発生し、低群速度を持ち、波長や導波路の屈折率のわずかな変化により、伝搬定数を大きく変化させるという特徴を持つ。このスローライト導波路の内部、もしくは直近に回折機構を設置すると、スローライト導波路が回折機構に結合して漏れ導波路となり、自由空間に光を放射する。このとき伝搬定数の大きな変化は放射光の偏向角に反映し、結果として大きな偏向角が実現される。

低群速度をもつ光（スローライト）を伝搬するフォトニック結晶導波路に回折機構を導入したデバイス構造と、そこからの放射光ビームの概要を図１４に示す。回折機構は、例えば、フォトニック結晶の面内に導波路に沿って２種類の異なる直径の円孔を繰り返す円孔パターンの二重周期構造であり、スローライト伝搬光は放射条件に変換されて空間に放射される。

この円孔パターンの二重周期構造は、加工工程が少ないことに加え、円孔の径の大小の変化量を面内で変えることによって、放射角度を変えることなく放射量を変えることができるため、導波路の伝搬方向に向かって徐々に放射される放射光ビームの縦方向分布（導波路に沿った方向の分布）をガウス分布とすることができ、縦方向に対してサイドローブが少ない高品質なビームを形成できる。

図１４（ａ）〜（ｃ）は光偏向デバイス１０１Ａ，１０１Ｂのデバイス構造を示している。光偏向デバイス１０１Ａ，１０１Ｂは、２種類の異なる直径の円孔１１１ａ，１１１ｂを繰り返してなる二重周期構造を有するフォトニック結晶導波路１０２を備える。

光偏向デバイス１０１Ａ，１０１Ｂは、ＳｉＯ_２等の低屈折率材料からなるクラッド１１３上に、高屈折率部材１１０に低屈折率部位１１１が配列されたフォトニック結晶導波路１０２が設けられる。低屈折率部位１１１の格子配列１０３は、例えば、大径の円孔を繰り返す周期構造と、小径の円孔を繰り返す周期構造の二重周期構造である。二重周期構造を形成する円孔の大径及び小径は、基準の円孔の直径に対して、あるいは互いの直径の比較において、大小の関係を示すものである。各円孔の直径は、例えば、基準の円孔の直径を２rとし、直径の相違幅を２Δｒとしたとき、大径の円孔１１１ａの直径２r1は２（ｒ＋Δｒ）であり、小径の円孔１１１ｂの直径２r2は２（ｒ−Δｒ）である。フォトニック結晶導波路１０２の格子配列１０３において、円孔１１１（１１１ａ，１１１ｂ）を設けない部分は入射光を伝搬する導波路コア１１２を構成する。

光偏向デバイス１０１Ａは、図１４（ｂ）に示すように２種類の直径の低屈折率部位１１１（円孔１１１ａ，１１１ｂ）が均等配置される二重周期構造であり、光偏向デバイス１０１Ｂは低屈折率部位１１１（円孔１１１ａ，１１１ｂ）が導波路コア１１２の長さ方向に対して斜めに配列された傾斜配列１０４からなる二重周期構造である。

特願２０１６−１０８４４ 特願２０１７−３３６４０

従来提案されている光偏向デバイスにおいて、導波路コアを伝搬する伝搬光は回折機構によって導波路に沿って少しずつ光が放射され、放射光ビームが形成される。放射光ビームは、光偏向デバイスの導波路の屈折率や入射波長を変えることによって偏向される。放射光ビームは、導波路コアに沿った方向（ここでは縦方向とする）に対してはビーム強度分布が揃った鋭いビームとなる。

一方、導波路コアと直交する方向（ここでは横方向とする）に対して、スローライトは狭い導波路コア１０５に閉じ込められて伝搬し、導波路コアから空間に放射されるため、一般に光ビームが広がる。また、フォトニック結晶の周期性に由来して、周期的な導波モード分布から放射された光が相互に干渉するため、複雑な横方向角度分布が形成される可能性がある。

図１５は放射光ビームのビーム強度分布を説明するための図であり、図１５（ａ）は縦方向のビーム強度分布を示し、図１５（ｂ）は横方向のビーム強度角度分布を示している。図１５（ａ）において、放射光ビームは導波路コアに沿って徐々に漏れ出すことで縦方向のビーム強度分布は揃った鋭いビームとなる。図１５（ｂ）において、横方向のビーム強度角度分布は広い角度分布を有する。

光偏向デバイスによる放射光ビームには、縦方向におけるビーム強度の均一化の他、ビーム強度分布の横方向への広がりが抑制されること、及びビーム強度分布が単峰性であることが求められる。

特に、放射光ビームの横方向角度分布において、横方向の広がり、及びビームの強度が複数のピークを有した複雑なビーム強度の分布形状がある場合は、平行ビームヘの変換効率を低下させる要因となる。

放射光ビームの横方向への広がりを抑制するために、光偏向デバイスの上方にコリメートレンズを設置し、導波路からの放射光ビームを平行ビームに変換する構成がよく用いられる。しかしながら、コリメートレンズによる平行ビームへの変換は、横方向の広がり角を小さく抑えるものの、光ビームの横方向角度分布の発生自体を抑えるものではなく、また、横方向の複数個のピークを有したビーム強度分布は、平行ビームへの変換後においてもそのまま保持される。

即ち、広がり角を小さく抑え、複雑な横方向角度分布の発生を抑えて、単峰のビーム強度分布にすることは平行ビームへの変換効率を高める上で重要である。本発明の発明者は、フォトニック結晶の円孔の径の大小を繰り返す二重周期構造において、二重周期のパターンを変えることによって単峰の出射ビームを形成する光偏向デバイス１０１Ｂを提案している（特許文献２）。

図１４（ｃ）に示す光偏向デバイス１０１Ｂは、低屈折率部位１１１（円孔１１１ａ，１１１ｂ）の二重周期構造において、２種類の傾斜配列１０４が周期配列される。光偏向デバイス１０１Ｂにおいて、２種類の傾斜配列１０４は導波路コア１１２の長さ方向に沿って交互に配置され、導波路コア１１２の長さ方向に対して鋭角又は鈍角に配置される。例えば、各傾斜配列１０４は導波路コア１１２の長さ方向に対してＶ字形状又は逆Ｖ字形状の形状に配置される。

二重周期構造をＶ字形状又は逆Ｖ字形状とする配置形態では、導波モードが導波路コアから横方向に染み出すことによって、導波路コアへの光の閉じ込めを漸次に弱め、放射角度分布を例えば±２５°程度まで狭める効果を奏する。また、このＶ字形状の周期配列のパターンは、導波モードの横方向角度分布において同符号を持つ電磁界からの放射を促進して遠方での干渉を抑制し、単峰性ビームを形成する効果を奏する。

図１６は光偏向デバイスの放射光ビームの横方向角度分布を示している。図１６（ａ）は、図１４（ｂ）に示した異なる径の低屈折率部位が均等配置された光偏向デバイス１０１Ａの放射光ビームの横方向角度分布を示し、図１６（ｂ）は、図１４（ｃ）に示した周期配列がＶ字形状に配置された光偏向デバイス１０１Ｂの放射光ビームの横方向角度分布を示している。

なお、図１６の強度分布において、各パラメータは、フォトニック結晶の格子定数ａ＝４００ｎｍ、大きな円孔の直径２r1＝２１５ｎｍ、小さな円孔の直径２r2＝２０５ｎｍ、フォトニック結晶スラブの屈折率３．５、厚さ２１０ｎｍ、上下クラッドの屈折率１．４５であり、縦軸は波数ベクトルｋのパラメータを０．３８〜０．４９の間で変化させた規格化強度を示し、横字句は横方向角度θを示している。

図１４（ｂ）に示す光偏向デバイス１０１Ａの形態は、高屈折率部材の面内に導波路コア１０５の長さ方向に沿って２種類の異なる大きさの低屈折率部位（円孔１１１ａ，円孔１１１ｂ）が周期配列された二重周期構造の格子配列を備える。

図１４（ｂ）に示すように、異なる径の低屈折率部位（円孔）が均等配置された光偏向デバイス１０１Ａの二重周期構造の格子配列では、ビーム強度分布は複数のピークを備えたマルチピークになるため、高品質な光ビームは形成されない。一方、図１４（ｃ）に示すように、周期配列がＶ字形状に配置された光偏向デバイス１０１Ｂの二重周期構造の格子配列では、ビーム強度分布は１つのピークを備えた単峰性のピークとなるため、光ビームの高品質化に有効である。

周期配列がＶ字形状に配置された光偏向デバイスは単峰性のピークが得られるものの、ビーム強度の横方向角度分布が導波モードの波数ベクトルｋに対して依存性があるため、波数ベクトルｋが変わると、光ビームの横方向のビーム強度分布が変化する。図１６（ｂ）は波数ベクトルｋの変化に伴って光強度の横方向角度分布の分布形状が変化することを示している。

導波モードの波数ベクトルｋの絶対値｜ｋ｜＝２πｎ/λ（λは波長、ｎは屈折率）で表され、波数ベクトルｋを変えることは波長λや屈折率ｎを変化させることに相当する。フォトニック結晶導波路を用いた光偏向デバイスでは、波長λや屈折率ｎを変化させることによって光偏向の偏向角を変化させる。そのため、波数ベクトルｋを変えることは光偏向の偏向角を変化させることに相当する。

したがって、図１６（ｂ）の横方向角度分布に示したように、波数ベクトルｋを変えると光強度の横方向角度分布の分布形状が変化することは、波長λや屈折率ｎを変えて光ビームを走査させると、走査に伴って光強度の横方向角度分布の分布形状が変化するという問題があることを示している。

本発明は、放射光ビームの横方向角度分布の波長や屈折率に対する依存性を低減することを目的とする。

放射光ビームの横方向角度分布の波長や屈折率に対する依存性の低減によって、横方向において広い角度で均質な光ビームの走査を目的とする。

本発明の光偏向デバイスは、高屈折率部材の面内に低屈折率部位が周期的に配列された格子配列を備えたフォトニック結晶導波路で構成される。この格子配列において、低屈折率部位が配列されない部分は入射光を伝搬する導波路コアを構成する。

（二重周期構造の第１の形態）
本発明の光偏向デバイスの格子配列は、低屈折率部位が均等に周期配列された第１の周期配列と第２の周期配列の２つの周期配列により二重周期構造を構成する。

本発明の光偏向デバイスが備える二重周期構造において、第１の周期配列及び第２の周期配列は、導波路コアの長さ方向に対して互いに位置ずれした状態にあり、格子配列の低屈折率部位は、導波路コアの長さ方向に対して長短の異なる格子ピッチで繰り返される。

この構成により、格子配列において、第１の周期配列及び第２の周期配列内では低屈折率部位は均等配置されるが、二重周期構造を構成する第１の周期配列の低屈折率部位と第２の周期配列の低屈折率部位は、導波路コアの長さ方向に沿って、交互に長短の異なる格子ピッチで繰り返されて配置される。

本発明の光偏向デバイスは、低屈折率部位が、導波路コアの長さ方向に沿って交互に長短の異なる格子ピッチによって二重周期構造で配列されることによって、波数ベクトルｋに対して分布がほとんど変化していないビーム特性となり、波長や屈折率を変更することによって光ビームの偏向角を変えた場合であっても、光の進行方向に対して直交する横方向のビーム特性は均質となる。

本発明の光偏向デバイスは、二重周期構造を構成する形態において、第１の形態及び第２の形態を含む。第１の形態は、異なる格子ピッチ配列による二重周期構造であり、第２の形態は、異なる格子ピッチ配列による二重周期構造に加えて、異なる径の低屈折率部位の配列による二重周期構造を備える。

（二重周期構造の形態）
格子配列の二重周期構造は、その二重周期構造を並列する形態において、格子配列の全ての格子配列に二重周期構造を設ける形態の他、直線配列や傾斜配列等の形態とすることができる。

・直線配列の形態：
二重周期構造の直線配列の形態は、格子配列において、導波路コアの長さ方向に沿って直線状に配列された低屈折率部位による二重周期構造の周期配列であり、交互に配列された低屈折率部位によって第１の周期配列と第２の周期配列が構成され、第１の周期配列及び第２の周期配列は、導波路コアの長さ方向に対して互いに位置ずれしている。

直線配列は、格子配列中の一列のみの周期配列、あるいは複数列の周期配列において、交互に配列された低屈折率部位の第１の周期配列と第２の周期配列とが、長短の異なる格子ピッチで繰り返された二重周期構造の構成であり、格子配列中の残りの直線配列については、低屈折率部位が導波路コアの長さ方向に沿って等しい格子ピッチで繰り返された単一の周期構造の周期配列である。

二重周期構造を構成する直線配列は、格子配列内の任意の直線配列とすることができるが、導波路コアに近接する直線配列はより有効的に横方向のビーム特性が均質となる。

二重周期構造を構成する直線配列は、例えば、導波路コアに近接した周期配列とする構成、あるいは、導波路コアとの間に単一の周期構造の直線配列を挟む周期配列とする構成とすることができる。

また、二重周期構造の複数の直線配列において、各直線配列が備える低屈折率部位の長短の格子ピッチは、隣接する直線配列間で同一の格子ピッチとする他、異なる格子ピッチとしてもよい。

・傾斜配列の形態：
二重周期構造の傾斜配列の形態は、格子配列において、導波路コアの長さ方向に対して斜め方向に並べられた低屈折率部位が、導波路コアの長さ方向に沿って配列された二重周期構造の周期配列であり、交互に配列された傾斜配列によって第１の周期配列と第２の周期配列が構成され、第１の周期配列及び第２の周期配列は、導波路コアの長さ方向に対して互いに位置ずれしている。

第１の周期配列及び第２の周期配列は、低屈折率部位が導波路コアの長さ方向に対して斜め方向に配列された傾斜配列であり、導波路コアの長さ方向に沿って交互に配列され、長短の異なる格子ピッチで繰り返されて二重周期構造を構成する。

格子配列は、導波路コアの長さ方向に対して両側に配列される。両側に配列された第１の周期配列及び第２の周期配列は、導波路コアの長さ方向に対して鋭角又は鈍角に配置され、導波路コアの長さ方向に対して線対称となる配置によってＶ字形状又は逆Ｖ字形状の形状となり、導波路コアの両側で同方向に傾斜する配置によって一方向に傾斜する形状となる。

また、格子配列は、導波路コアの長さ方向に対して両側に配列され、第１の周期配列及び第２の周期配列の、導波路コアの長さ方向に対する位置ずれの方向は、両側において同一方向とする他、互いに逆方向としてもよい。

（２種類の二重周期構造）
本発明の光偏向デバイスは、前記した異なる格子ピッチが繰り返されてなる二重周期構造に、他の構成の二重周期構造を組み合わせて２種類の二重周期構造を含む構成としてもよい。この２種類の二重周期構造は、高屈折率部材の面内に低屈折率部位が周期的に配列され、導波路コアを構成する格子配列を備えるフォトニック結晶導波路において、低屈折率部位が均等に周期配列された第１の周期配列と第２の周期配列の二重周期構造を備える格子配列において、第１の二重周期構造及び第２の二重周期構造の２種類の二重周期構造を備えた構成である。

２種類の二重周期構造の内、第１の二重周期構造は前記した二重周期構造に相当し、第１の周期配列及び第２の周期配列は、導波路コアの長さ方向に対して互いに位置ずれされ、同一径の円孔の低屈折率部位は、導波路コアの長さ方向に対して長短の異なる格子ピッチで繰り返される。

２種類の二重周期構造の内、第２の二重周期構造は、第１の周期配列及び第２の周期配列は導波路コアの長さ方向に対して等間隔で配列され、第１の周期配列及び第２の周期配列の各低屈折率部位は円孔の径を異にする。第２の二重周期構造では、異なる径の円孔の低屈折率部位が、導波路コアの長さ方向に対して繰り返される構成によって二重周期構造を構成する。

したがって、２種類の二重周期構造の内、第１の二重周期構造は低屈折率部位が長短の異なる格子ピッチで繰り返される周期配列であり、第２の二重周期構造は異なる径の円孔の低屈折率部位が繰り返される周期配列である。

第２の二重周期構造において、異なる径の円孔の低屈折率部位は、導波路コアの長さ方向に対して同じ格子ピッチで繰り返される二重周期構造とする他、長短の異なる格子ピッチで繰り返される二重周期構造としてもよい。

以上説明したように、本発明の光偏向デバイスは、放射光ビームの横方向角度分布において、放射光ビームのビーム強度分布の横方向の広がりを抑制し、放射光ビームのビーム強度分布を単峰性とし、かつ異なる波数ベクトルｋに対しても同じ分布を維持することができる。

本発明の光偏向デバイスの概略構成を説明するための図である。 本発明の光偏向デバイスによる放射係数、光偏向デバイスの放射光ビームの横方向角度分布を説明するための図である。 本発明の格子配列の全体に格子ピッチの二重周期構造を設けた構成例を説明するための図である。 本発明の格子配列の傾斜配列に格子ピッチの二重周期構造を説明するための図である。 本発明の格子配列の直線配列に格子ピッチの二重周期構造を設けた構成例を説明するための図である。 本発明の格子配列の直線配列に格子ピッチの二重周期構造を設けた構成例を説明するための図である。 本発明の格子配列の直線配列に格子ピッチの二重周期構造を設けた構成例を説明するための図である。 本発明の格子配列の直線配列に異なる格子ピッチの二重周期構造を設けた構成例を説明するための図である。 本発明の格子ピッチによる二重周期構造と円孔径による二重周期構造とを設けた構成例を説明するための図である。 本発明の格子ピッチによる二重周期構造と円孔径による二重周期構造とを設けた構成例を説明するための図である。 本発明の格子ピッチによる二重周期構造と円孔径による二重周期構造とを設けた構成例を説明するための図である。 本発明の格子ピッチと円孔径による二重周期構造を設けた構成例を説明するための図である。 本発明の格子ピッチによる二重周期構造と円孔径による二重周期構造、及び格子ピッチと円孔径による二重周期構造を設けた構成例を説明するための図である。 光偏向デバイスのデバイス構造を説明するための図である。 放射光ビームのビーム強度分布を説明するための図である。 光偏向デバイスの放射光ビームの横方向角度分布を説明するための図である。

以下、本発明の実施の形態について、図を参照しながら詳細に説明する。以下、図１を用いて本発明の光偏向デバイスの概略構成を説明し、図２を用いて本発明の光偏向デバイスによる放射係数、光偏向デバイスの放射光ビームの横方向角度分布を説明し、図３〜図１３を用いて本発明の光偏向デバイスの格子配列が備える二重周期構造の例を説明する。なお、図３は格子配列の全体に格子ピッチの二重周期構造を設けた構成例を示し、図４は格子配列の傾斜配列に格子ピッチの二重周期構造を設けた構成例を示し、図５〜図７は格子配列の直線配列に格子ピッチの二重周期構造を設けた構成例を示し、図８は格子配列の直線配列に異なる格子ピッチの二重周期構造を設けた構成例を示し、図９〜図１１は格子ピッチによる二重周期構造と円孔径による二重周期構造とを設けた構成例を示し、図１２は格子ピッチと円孔径による二重周期構造を設けた構成例を示し、図１３は格子ピッチによる二重周期構造と円孔径による二重周期構造、及び格子ピッチと円孔径による二重周期構造を設けた構成例を示している。

（光偏向デバイスの概要）
図１は本発明の光偏向デバイスの概略を説明するための図である。図１（ａ）において、光偏向デバイス１は高屈折率部材１０の面内に低屈折率部位１１が周期的に格子配列されたフォトニック結晶導波路２を備える。

フォトニック結晶導波路２は、Ｓｉ等の半導体からなる高屈折率部材１０に低屈折率部位１１を周期的に配した格子配列３により形成される。低屈折率部位１１は、例えば、高屈折率部材１０に設けた円孔とすることができる。フォトニック結晶導波路２はＳｉ等の半導体材からなるクラッド１３上に設けられる。

フォトニック結晶導波路２には、格子配列３の一部に低屈折率部位１１を設けない部分を設けることによって光を伝搬する導波路コア１２が形成される。低屈折率部位１１を円孔とする構成では、格子配列３の一部に円孔を配置しない部分を設けることによって導波路コア１２が形成される。導波路コア１２に入射された入射光は、導波路コア１２を長さ方向に伝搬しながら、導波路コア１２から外部に放射される。なお、図１中の矢印は入射光及び放射光ビームを模式的に示している。

本発明の光偏向デバイス１は、格子配列３に、低屈折率部位１１が均等に周期配列された第１の周期配列４と第２の周期配列５の二重周期構造を備える。この二重周期構造は、導波路コア１２の伝搬光を偏向させて外部に放射光ビームを放射する回折機構を構成すると共に、放射光ビームの横方向角度分布の波長や屈折率に対する依存性を低減させ、横方向において広い角度で均質な光ビームの走査を図るものである。

二重周期構造において、第１の周期配列４及び第２の周期配列５は、導波路コア１２の長さ方向に対して互いに位置ずれさせて配置される。格子配列３内の低屈折率部位１１は、導波路コアの長さ方向に対して長短の異なる格子ピッチで繰り返される。

図１（ｂ）は二重周期構造を構成する格子配列の概略を示している。格子配列３は、低屈折率部位１１が周期配列された第１の周期配列４と第２の周期配列５とを備え、低屈折率部位１１が設けられない部分は導波路コア１２を構成している。第１の周期配列４は低屈折率部位１１ａが均等に周期配列された構成であり、第２の周期配列５は低屈折率部位１１ｂが均等に周期配列された構成である。第１の周期配列４と第２の周期配列５とは相対的に位置ずれさせて配置される。

図１（ｂ）では、第１の周期配列４を白い円で示し、第２の周期配列５を濃い円で示し、第２の周期配列５が図中の下方方向に位置ずれさせた状態を示している。この位置ずれによって、第１の周期配列４を構成する低屈折率部位１１ａと、第２の周期配列５を構成する低屈折率部位１１ｂとは、導波路コア１２の長さ方向に対して、長い格子ピッチＰ1と短い格子ピッチＰ2の長短の格子ピッチに繰り返しによって配列される。第１の周期配列４による周期構造と第２の周期配列５による周期構造によって二重周期構造が形成される。

図１（ｂ）中の破線で示した円は、第２の周期配列５が位置ずれしていない場合を示しており、位置ずれがない場合には、第１の周期配列４の低屈折率部位１１ａと第２の周期配列の低屈折率部位１１ｂとは等しい格子ピッチＰで配列される。

長短の格子ピッチの繰り返しによって構成される二重周期構造は、第１の周期配列４と第２の周期配列５とが導波路コア１２の長さ方向に対して相対的に位置ずれすることで構成されるため、図１（ｂ）に示したように第２の周期配列５を第１の周期配列４に対して位置ずれさせた構成に限らず、第１の周期配列４を第２の周期配列５に対して位置ずれさせた構成でよく、また、位置ずれさせる方向についても、導波路コア１２の長さ方向に沿って、図中の上方あるいは下方にいずれの方向としてもよい。

（光偏向デバイスの放射係数、放射光ビームの横方向角度分布）
図２は、本発明の二重周期構造を備えた光偏向デバイスによる放射係数［dB/cm］を示している。ここでは、波長λ＝１．５５μm、フォトニック結晶の基本的な格子定数ａ＝４００nm、低屈折率部位の円孔の直径２ｒ＝２１０ nm、フォトニック結晶スラブの屈折率３．５、厚さ２１０ nm、上下クラッドの屈折率１．４５としている。図２では、格子ピッチの変動量Δａが１０nmの場合と５０nmの場合を示している。

図２に示す波長λに対する放射係数の特性によれば、格子ピッチの変動量Δａに応じて光の放射量を変えることを示しており、格子ピッチに応じて所望の放射量や放射分布を得ることができることを示している。

図３は、本発明の二重周期構造を備えた光偏向デバイスによる放射光ビームの横方向角度分布を示している。ここでは、格子ピッチの変動量Δａを１０nmとし、その他のパラメータは図２の特性と同様としている。

図３に示す放射光ビームの横方向角度分布は、ほぼ単峰性の分布を示すと共に、波数ベクトルｋに対して分布形状がほとんど変化していないことを示している。この分布形状の波数ベクトルｋに対する依存性が低いことは、光偏向デバイスに用いる波長やフォトニック結晶の屈折率を変えることによって光ビームの偏向角を変えた場合であっても、放射光ビームのビーム特性は均質であることを示している。

（光偏向デバイスの構成例）
本発明の光偏向デバイスは、格子配列に形成する二重周期構造として、異なる格子ピッチが繰り返された二重周期構造を用いる他に、この格子ピッチによる二重周期構造、及び異なる径の円孔により形成される二重周期構造の２種類の組み合わせによる二重周期構造を用いることができる。

以下、異なる格子ピッチが繰り返された二重周期構造を備える光偏向デバイスの構成例について図３〜図８を用いて説明し、格子ピッチによる二重周期構造と異なる径の円孔による二重周期構造の２種類の二重周期構造を組み合わせた光偏向デバイスの構成例について図９〜図１３を用いて説明する。

（異なる格子ピッチが繰り返された二重周期構造）
はじめに、異なる格子ピッチが繰り返された二重周期構造を備える光偏向デバイスについて、第１の構成例〜第６の構成例を説明する。

［第１の構成例］
第１の構成例は、格子配列の全体に格子ピッチの二重周期構造を設けた構成例である。
図３は第１の構成例の格子配列３の概略を示している。格子配列３は、高屈折率部材１０に低屈折率部位１１ａ，１１ｂが均等配列された第１の周期配列４Ａ及び第２の周期配列５Ａを備え、低屈折率部位１１が設けられない部分は導波路コア１２を構成している。

第１の構成例の全体配列６は、格子配列３の全体に第１の周期配列４Ａと第２の周期配列５Ａが配列されると共に、第１の周期配列４Ａと第２の周期配列５Ａとは、導波路コア１２の長さ方向（図中の上下方向）に対して位置ずれさせて配置される。この位置ずれによって、第１の周期配列４Ａの低屈折率部位１１ａと第２の低屈折率部位１１ｂとの格子ピッチは、導波路コア１２の長さ方向において異なる格子ピッチＰ1とＰ2が繰り返された配列となる。図３では、第１の周期配列４Ａを白の円で示し、第２の周期配列５Ａを濃い円で示している。

全体配列６において、第１の周期配列４Ａと第２の周期配列５Ａとの位置ずれの方向は、導波路コア１２の長さ方向（図中の上下方向）に対して何れの方向としてもよく、また、導波路コア１２を挟む両側において同方向とする他、逆方向としてもよい。

図３（ａ），（ｂ）は、導波路コア１２を挟んで、第１の周期配列４Ａ及び第２の周期配列５Ａの両側とも、導波路コア１２の長さ方向（図中の上下方向）に対して同方向に位置ずれさせた構成例を示している。図３（ａ）は第２の周期配列５Ａを第１の周期配列４Ａに対して図中の下方に位置ずれさせた構成例であり、図３（ｂ）は第２の周期配列５Ａを第１の周期配列４Ａに対して図中の上方に位置ずれさせた構成例である。図３（ｃ）は、導波路コア１２を挟んで、第１の周期配列４Ａ及び第２の周期配列５Ａを互いに逆方向に位置ずれさせた構成例である。

［第２の構成例］
第２の構成例は、格子配列の傾斜配列に格子ピッチの二重周期構造を設けた構成例である。

図４は第２の構成例の格子配列３の概略を示している。格子配列３は、高屈折率部材１０に低屈折率部位１１ａ，１１ｂが導波路コア１２の長さ方向に対して斜め方向に配列された周期配列４Ａ，５Ａを備え、導波路コアの長さ方向に沿って交互に配列され、長短の異なる格子ピッチで繰り返された二重周期構造の傾斜配列７を構成する。低屈折率部位１１が設けられない部分は導波路コア１２を構成している。

第２の構成例の傾斜配列７は、第１の周期配列４Ａと第２の周期配列５Ａが斜め方向に配列されると共に、第１の周期配列４Ａと第２の周期配列５Ａとは、導波路コア１２の長さ方向（図中の上下方向）に対して位置ずれさせて配置される。この位置ずれによって、第１の周期配列４Ａの低屈折率部位１１ａと第２の周期配列５Ａの第２の低屈折率部位１１ｂとの格子ピッチは、導波路コア１２の長さ方向において異なる格子ピッチＰ1とＰ2が繰り返された配列となる。図４では、第１の周期配列４Ａを白の円で示し、第２の周期配列５Ａを濃い円で示している。

第１の周期配列４Ａ及び第２の周期配列５Ａの傾斜方向は、導波路コア１２を挟んで、両側で同方向とする他、逆方向としてもよい。また、第１の周期配列４Ａと第２の周期配列５Ａとの位置ずれの方向は、導波路コア１２の長さ方向（図中の上下方向）に対して何れの方向としてもよく、また、導波路コア１２を挟む両側において同方向とする他、逆方向としてもよい。

図４（ａ），（ｂ）は、導波路コア１２を挟んで、第１の周期配列４Ａ及び第２の周期配列５Ａを互いに逆方向に傾斜させた構成例であり、Ｖ字状の傾斜配列となる。一方、図４（ｃ），（ｄ）は、導波路コア１２を挟んで、第１の周期配列４Ａ及び第２の周期配列５Ａを同方向に傾斜させた構成例であり、一方向に傾いた傾斜配列となる。

図４（ａ），（ｃ）は、導波路コア１２に長さ方向に対して、第１の周期配列４Ａ及び第２の周期配列５Ａを互いに同方向に位置ずれさせた構成例である。一方、図４（ｂ），（ｄ）は、導波路コア１２に長さ方向に対して、第１の周期配列４Ａ及び第２の周期配列５Ａを互いに逆方向に位置ずれさせた構成例である。

［第３〜５の構成例］
第３〜５の構成例は、格子配列の直線配列に格子ピッチの二重周期構造を設けた構成例である。

第３〜５の構成例の直線配列では、格子配列３において、高屈折率部材１０に低屈折率部位１１ａ，１１ｂが導波路コア１２の長さ方向に対して直線状に配列された周期配列４Ａ，５Ａを備え、導波路コアの長さ方向に沿って交互に配列され、長短の異なる格子ピッチで繰り返された二重周期構造の直線配列８を構成する。低屈折率部位１１が設けられない部分は導波路コア１２を構成している。

第３の構成例：
第３の構成例の直線配列８ａ，８ｂは、第１の周期配列４Ａと第２の周期配列５Ａが導波路コア１２の長さ方向に沿って直線状に配列されると共に、第１の周期配列４Ａと第２の周期配列５Ａの１列のみが導波路コア１２の長さ方向（図中の上下方向）に対して位置ずれさせて配置される。

図５（ａ）において、位置ずれによって、第１の周期配列４Ａの低屈折率部位１１ａと第２の周期配列５Ａの第２の低屈折率部位１１ｂとの格子ピッチは、導波路コア１２の長さ方向において異なる格子ピッチＰ1とＰ2で繰り返された配列となる。図５では、第１の周期配列４Ａを白の円で示し、第２の周期配列５Ａを濃い円で示している。

直線配列とする列は、導波路コア１２に近接する列とする他、導波路コア１２との間に位置ずれしていない列を挟んでも良い。また、第１の周期配列４Ａと第２の周期配列５Ａとの位置ずれの方向は、導波路コア１２の長さ方向（図中の上下方向）に対して何れの方向としてもよく、また、導波路コア１２を挟む両側において同方向とする他、逆方向としてもよい。

図５（ｂ），（ｃ）は、導波路コア１２に近接した第１列目に直線配列８ａを設けた構成例を示し、図５（ｄ），（ｅ）は、導波路コア１２との間に位置ずれしていない列を挟んで２列目に直線配列８ｂを設けた構成例を示している。

また、図５（ｂ）の直線配列８ａと図５（ｄ）の直線配列８ｂは、導波路コア１２を挟んで、第１の周期配列４Ａ及び第２の周期配列５Ａを互いに同方向に位置ずれさせた構成例である。一方、図５（ｃ）の直線配列８ａと図５（ｅ）の直線配列８ｂは、導波路コア１２を挟んで、第１の周期配列４Ａ及び第２の周期配列５Ａを互いに逆方向に位置ずれさせた構成例である。

第４の構成例：
第４の構成例の直線配列８ｃ及び傾斜配列８ｄは、第１の周期配列４Ａと第２の周期配列５Ａが導波路コア１２の長さ方向に沿って直線状又は斜めに配列されると共に、第１の周期配列４Ａと第２の周期配列５Ａの複数列が導波路コア１２の長さ方向（図中の上下方向）に対して位置ずれさせて配置される。図６では、導波路コア１２の各方側で３列が周期配列による直線配列８ｃ，８ｄを構成する例を示している。

位置ずれによって、第１の周期配列４Ａの低屈折率部位１１ａと第２の周期配列５Ａの低屈折率部位１１ｂとの格子ピッチは、導波路コア１２の長さ方向において異なる格子ピッチＰ1とＰ2が繰り返された配列となる。図６では、第１の周期配列４Ａを白の円で示し、第２の周期配列５Ａを濃い円で示している。

直線配列又は傾斜配列とする列は、導波路コア１２に近接する列とする他、導波路コア１２との間に位置ずれしていない列を挟んでも良い。また、第１の周期配列４Ａと第２の周期配列５Ａとの位置ずれの方向は、導波路コア１２の長さ方向（図中の上下方向）に対して何れの方向としてもよく、また、導波路コア１２を挟む両側において同方向とする他、逆方向としてもよい。

図６（ａ），（ｂ）は、導波路コア１２に近接した第１列目〜第３列目について直線配列８ｃを設けた構成例を示し、図６（ｃ），（ｄ）は、導波路コア１２との間に位置ずれしていない列を挟んだ３列（図では第２列目〜第４列目）に傾斜配列８ｄを設けた構成例を示している。

また、図６（ａ）の直線配列８ｃと図６（ｃ）の傾斜配列８ｄは、導波路コア１２を挟んで、第１の周期配列４Ａ及び第２の周期配列５Ａを互いに同方向に位置ずれさせた構成例である。一方、図６（ｂ）の直線配列８ｃと図６（ｄ）の傾斜配列８ｄは、導波路コア１２を挟んで、第１の周期配列４Ａ及び第２の周期配列５Ａを互いに逆方向に位置ずれさせた構成例である。

第５の構成例：
第５の構成例の直線配列８ｅ及び直線配列８ｆは、第１の周期配列４Ａと第２の周期配列５Ａが導波路コア１２の長さ方向に沿って直線状に配列されると共に、第１の周期配列４Ａと第２の周期配列５Ａの複数列が導波路コア１２の長さ方向（図中の上下方向）に対して位置ずれさせて配置され、各直線配列において位置ずれの方向が異なる構成である。図７では、導波路コア１２の各方側で３列が周期配列による直線配列８ｅ，８ｆを構成する例を示している。

位置ずれによって、第１の周期配列４Ａの低屈折率部位１１ａと第２の周期配列５Ａの低屈折率部位１１ｂとの格子ピッチは、導波路コア１２の長さ方向において異なる格子ピッチＰ1とＰ2が繰り返された配列となる。図７では、第１の周期配列４Ａを白の円で示し、第２の周期配列５Ａを濃い円で示している。

直線配列とする列は、導波路コア１２に近接する列とする他、導波路コア１２との間に位置ずれしていない列を挟んでも良い。

導波路コア１２を挟む各側に設けられた第１の周期配列４Ａと第２の周期配列５Ａにおいて、各周期配列内の各直線配列の位置ずれの方向は列毎に切り替えられる。

図７（ａ）に示す構成例は、導波路コア１２に近接した第１列目，第２列目について直線配列８ｅを設け、第１列目と第２列目の位置ずれの方向は互いに逆方向である。

図７（ｂ），（ｃ）に示す構成例は、導波路コア１２に近接した第１列目，第２列目，及び第３列目について直線配列８ｆを設け、図７（ｂ）では第２列目の位置ずれの方向を、第１列目及び第３列目と逆方向とし、図７（ｃ）では第３列目の位置ずれの方向を、第１列目及び第２列目と逆方向としている。

［第６の構成例］
第６の構成例は、格子配列の直線配列に異なる格子ピッチの二重周期構造を設けた構成例である。

第６の構成例の直線配列８ｇ及び直線配列８ｈは、第１の周期配列４Ａと第２の周期配列５Ａが導波路コア１２の長さ方向に沿って直線状に配列されると共に、第１の周期配列４Ａと第２の周期配列５Ａとの位置ずれ量を各直線配列で異ならせる構成である。

図８（ａ），（ｂ）は、導波路コア１２の各方側で２列が周期配列による直線配列８ｇを構成する例を示している。直線配列８ｇでは、第１の周期配列４Ａに対する第２の周期配列５Ａの位置ずれにおいて、第２の周期配列５ａの位置ずれ量Ｐ1a、Ｐ1bと第２の周期配列５ｂの位置ずれ量Ｐ2a，Ｐ2bとを異ならせる構成である。

図８（ｃ），（ｄ）は、導波路コア１２の各方側で３列が周期配列による直線配列８ｈを構成する例を示している。直線配列８ｈでは、第１の周期配列４Ａに対する第２の周期配列５Ａの位置ずれにおいて、第２の周期配列５ａの位置ずれ量Ｐ1a，Ｐ1b、第２の周期配列５ｂの位置ずれ量Ｐ2a，Ｐ2b、及び第２の周期配列５ｃの位置ずれ量Ｐ3a，Ｐ3bを異ならせる構成である。

［第７〜９の構成例］
第７の構成例〜第１２の構成例は、格子ピッチによる二重周期構造と、異なる径の円孔による二重周期構造の２種類の二重周期構造を備えた構成例である。

第７〜９の構成例では、格子配列３において、高屈折率部材１０に低屈折率部位１１ａ，１１ｂが導波路コア１２の長さ方向に対して直線状に配列された周期配列４Ａ，５Ａを備え、導波路コアの長さ方向に沿って交互に配列され、２種類の二重周期構造Ａ，Ｂが構成されている。また、格子配列３には、低屈折率部位１１が設けられない部分によって導波路コア１２が形成される。

第７の構成例：
第７の構成例は、導波路コア１２に隣接する２つの直列配列を２種類の二重周期構造とし、他の格子配列については低屈折率部位を均等配列する構成である。

図９（ａ）において、二重周期構造Ａは長短の異なる格子ピッチで繰り返された直線配列８ｉであり、第１の周期配列４Ａと第２の周期配列５Ａは互いに位置ずれさせて配置される。

位置ずれによって、第１の周期配列４Ａの低屈折率部位１１ａと第２の周期配列５Ａの低屈折率部位１１ｂとの格子ピッチは、導波路コア１２の長さ方向において異なる格子ピッチＰ1とＰ2が繰り返された配列となる。

二重周期構造Ｂは円孔の低屈折率部位１１ａ，１１ｂの円孔の径を異ならせた第１の周期配列４Ｂと第２の周期配列５Ｂの直列配列を備える。第１の周期配列４Ｂの低屈折率部位１１ａと第２の周期配列５Ｂの第２の低屈折率部位１１ｂとの格子ピッチは、導波路コア１２の長さ方向において格子ピッチＰで繰り返された配列となる。図９では、第１の周期配列４Ａ，４Ｂを白の円で示し、第２の周期配列５Ａ，５Ｂを濃い円で示している。

図９（ｂ）は、導波路コア１２に隣接して二重周期構造Ａと二重周期構造Ｂを順に配置した構成であり、図９（ｃ）は、図９（ｂ）の構成例に示す順序とは逆順であり、導波路コア１２に隣接して二重周期構造Ｂと二重周期構造Ａを順に配置した構成である。

なお、図９（ｂ），（ｃ）では、二重周期構造Ａの周期配列の位置ずれ方向を導波路コア１２の両側で同方向としているが、逆方向としてもよい。

第８の構成例：
第８の構成例は、導波路コア１２に隣接する３つの直列配列を２種類の二重周期構造とし、他の格子配列については低屈折率部位を均等配列する構成である。

図１０（ａ），（ｂ）において、二重周期構造Ａは長短の異なる格子ピッチで繰り返された直線配列８ｊであり、第１の周期配列４Ａと第２の周期配列５Ａは互いに位置ずれさせて配置される。

位置ずれによって、第１の周期配列４Ａの低屈折率部位１１ａと第２の周期配列５Ａの低屈折率部位１１ｂとの格子ピッチは、導波路コア１２の長さ方向において異なる格子ピッチＰ1とＰ2が繰り返された配列となる。

二重周期構造Ｂは円孔の低屈折率部位１１ａ，１１ｂの円孔の径を異ならせた第１の周期配列４Ｂと第２の周期配列５Ｂの直列配列を備える。第１の周期配列４Ｂの低屈折率部位１１ａと第２の周期配列５Ｂの低屈折率部位１１ｂとの格子ピッチは、導波路コア１２の長さ方向において格子ピッチＰで繰り返された配列となる。図１０では、第１の周期配列４Ａ，４Ｂを白の円で示し、第２の周期配列５Ａ，５Ｂを濃い円で示している。

図１０（ａ）は、導波路コア１２に隣接して１つの二重周期構造Ａと２つの二重周期構造Ｂを順に配置した構成であり、図１０（ｂ）は、導波路コア１２に隣接して２つの二重周期構造Ｂと１つの二重周期構造Ａを順に配置した構成である。

第９の構成例：
第９の構成例は、導波路コア１２に隣接する４つの直列配列を２種類の二重周期構造とし、他の格子配列については低屈折率部位を均等配列する構成である。

図１１（ａ）〜（ｄ）の各直列配列８ｋ〜８ｎにおいて、二重周期構造Ａは長短の異なる格子ピッチで繰り返された直線配列であり、第１の周期配列４Ａと第２の周期配列５Ａは互いに位置ずれさせて配置される。

位置ずれによって、第１の周期配列４Ａの低屈折率部位１１ａと第２の周期配列５Ａの低屈折率部位１１ｂとの格子ピッチは、導波路コア１２の長さ方向において異なる格子ピッチＰ1とＰ2が繰り返された配列となる。

二重周期構造Ｂは円孔の低屈折率部位１１ａ，１１ｂの円孔の径を異ならせた第１の周期配列４Ｂと第２の周期配列５Ｂの直列配列を備える。第１の周期配列４Ｂの低屈折率部位１１ａと第２の周期配列５Ｂの第２の低屈折率部位１１ｂとの格子ピッチは、導波路コア１２の長さ方向において格子ピッチＰで繰り返された配列となる。図１１では、第１の周期配列４Ａ，４Ｂを白の円で示し、第２の周期配列５Ａ，５Ｂを濃い円で示している。

図１１（ａ），（ｂ）は、導波路コア１２に隣接して２つの二重周期構造Ａと２つの二重周期構造Ｂを交互に順に配置した構成であり、図１１（ｃ），（ｄ）は、導波路コア１２に隣接して２つの二重周期構造Ａと２つの二重周期構造Ｂを順に配置した構成である。

なお、図１１（ａ），（ｃ）に示す二重周期構造Ａの周期配列の位置ずれ方向は同方向とし、図１１（ｂ），（ｄ）に示す二重周期構造Ａの周期配列の位置ずれ方向は、逆同方向としている。

［第１０の構成例］
第１０の構成例は、１つの直列配列内に、格子ピッチによる二重周期構造と、異なる径の円孔による二重周期構造の２種類の二重周期構造を備えた構成例である。

第１０の構成例では、格子配列３において、高屈折率部材１０に低屈折率部位１１ａ，１１ｂが導波路コア１２の長さ方向に対して直線状に配列された１つの直列配列内に周期配列４Ｂ，５Ｂを備え、２種類の二重周期構造Ａ，Ｂが構成されている。また、格子配列３には、低屈折率部位１１が設けられない部分によって導波路コア１２が形成される。

図１２（ａ）において、周期配列４Ｂは、低屈折率部位１１ａの大径の円孔と低屈折率部位１１ｂの小径の円孔との格子ピッチＰ1，Ｐ2を長短で異ならせて位置ずれさせて構成される。この周期配列４Ｂは二重周期構造Ａを構成する。

周期配列５Ｂは、低屈折率部位１１ａの円孔と低屈折率部位１１ｂの円孔との径を異ならせて構成される。この周期配列５Ｂは二重周期構造Ｂを構成する。

図１２（ｃ），（ｄ）は、導波路コア１２に隣接する直列配列８ｏ内に、格子ピッチによる二重周期構造の周期配列４Ｂと、異なる径の円孔による二重周期構造の周期配列５Ｂを設けた構成例である。図１２（ｃ）は、導波路コアを挟む２つの周期配列４Ｂの位置ずれ方向が同方向である例を示し、図１２（ｄ）は、導波路コアを挟む２つの周期配列４Ｂの位置ずれ方向が逆方向である例を示している。

［第１１の構成例］
第１１の構成例は、第１０の構成例で示した格子ピッチ及び円孔径による二重周期構造と、第３の構成例で示した異なる径の円孔による二重周期構造の２種類の二重周期構造をそれぞれ異なる直列配列内に備えた構成例である。

第１１の構成例では、格子配列３において、高屈折率部材１０に低屈折率部位１１ａ，１１ｂが導波路コア１２の長さ方向に対して直線状に配列されたそれぞれの直列配列に周期配列４Ｂ，５Ｂを設け、２種類の二重周期構造Ａ，Ｂを構成している。また、格子配列３には、低屈折率部位１１が設けられない部分によって導波路コア１２が形成される。

図１３（ａ），（ｂ），（ｃ）は、二重周期構造として、導波路コア１２に隣接して直列配列８ｏと直列配列８ｂとを順に備える。直列配列８ｏは第１０の構成例で示した格子ピッチと円孔径をそれぞれ異ならせた二重周期構造であり、直列配列８ｂは第３の構成例で示した周期配列の位ずれによる異なる径の円孔による二重周期構造である。

導波路コア１２の各側における周期配列の位置ずれにおいて、図１３（ａ）は同方向に位置ずれさせた構成を示し、図１３（ｂ），（ｃ）は逆方向に位置ずれさせた構成を示している。また、図１３（ｂ）と図１３（ｃ）とは、導波路コア１２を挟んで位置ずれ方向を反転させた構成を示している。

図１３（ｄ），（ｅ）は、二重周期構造として、導波路コア１２に隣接して直列配列８ｏ、直列配列８ｂ、及び直列配列８ｏを順に備える。直列配列８ｏは第１０の構成例で示した格子ピッチと円孔径をそれぞれ異ならせた二重周期構造であり、直列配列８ｂは第３の構成例で示した周期配列の位ずれによる異なる径の円孔による二重周期構造である。

また、図１３（ｄ）は直列配列８ｏと直列配列８ｂの位置ずれ方向を同方向とする例であり、図１３（ｅ）は直列配列８ｏと直列配列８ｂの位置ずれ方向を逆方向とする例である。

上記した二重周期構造は、第１の周期配列と第２の周期配列とを導波路コアの長さ方向に沿って、縦方向に互いに位置ずれされた構成に限らず、導波路コアの長さ方向と直交する方向に沿って、横方向に互いに位置ずれされた構成、あるいは、縦方向の位置ずれと横方向の位置ずれとが組み合わされた斜め方向に位置ずれされた構成としてもよい。

なお、本発明は前記各実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨に基づいて種々変形することが可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の光偏向デバイスは、自動車，ドローン，ロボットなどに搭載することができ、パソコンやスマートフォンに搭載して周囲環境を手軽に取り込む３Ｄスキャナ、監視システム、光交換やデータセンター用の空間マトリックス光スイッチなどに適用することができる。

上記した実施例では、光偏向デバイスのフォトニック結晶導波路を構成する高屈折率部材としてＳｉを想定して近赤外光の波長域の光を用いているが、光偏向デバイスを構成する高屈折率部材として可視光材料へ適用することにより、さらにプロジェクタやレーザディスプレイ、網膜ディスプレイ、２Ｄ／３Ｄプリンタ、ＰＯＳやカード読み取り等への適用が期待される。

１ 光偏向デバイス
２ フォトニック結晶導波路
３ 格子配列
４，４Ａ，４Ｂ
５Ａ，５Ｂ，５ａ，５ｂ，５ｃ 周期配列
６ 全体配列
７ 傾斜配列
８，８ｋ〜８ｎ 直列配列
１０ 高屈折率部材
１１，１１ａ，１１ｂ 低屈折率部位
１２ 導波路コア
１３ クラッド
１０１Ａ，１０１Ｂ 光偏向デバイス
１０２ フォトニック結晶導波路
１０３ 格子配列
１０４ 傾斜配列
１０５ 導波路コア
１１０ 高屈折率部材
１１１ 円孔（低屈折率部位）
１１１ａ，１１１ｂ 円孔
１１２ 導波路コア
１１３ クラッド
Ａ，Ｂ 二重周期構造
ｎ 屈折率
Ｐ 格子ピッチ
Ｐ1，Ｐ2 格子ピッチ
Δａ 変動量
ｋ 波数ベクトル
λ 波長

Claims (6)

1. 高屈折率部材の面内に低屈折率部位が周期的に配列され、導波路コアを構成する格子配列を備えるフォトニック結晶導波路において、
   前記格子配列は、前記低屈折率部位が均等に周期配列された第１の周期配列と第２の周期配列の二重周期構造を備え、前記二重周期構造は、前記導波路コアの伝搬光を外部に放射光ビームとして放射し、偏向させる回折機構として形成されており、
   前記二重周期構造において、
   前記第１の周期配列及び前記第２の周期配列は、導波路コアの長さ方向に対して互いに位置ずれされ、
   前記第１の周期配列及び前記第２の周期配列は、前記低屈折率部位が導波路コアの長さ方向に対して斜め方向に配列された傾斜配列であり、前記導波路コアの長さ方向に沿って交互に配列され、前記導波路コアの長さ方向に対して鋭角又は鈍角で配置され、
   前記低屈折率部位は、導波路コアの長さ方向に対して長短の異なる格子ピッチで繰り返される、光偏向デバイス。
2. 前記格子配列の全ての格子配列は二重周期構造を備える、請求項１に記載の光偏向デバイス。
3. 前記第１の周期配列及び前記第２の周期配列は、前記導波路コアの長さ方向に対して線対称に配置されたＶ字形状又は逆Ｖ字形状、
   又は、前記導波路コアを挟む両側において同方向に傾斜した一方向の傾斜形状である、請求項１に記載の光偏向デバイス。
4. 前記格子配列は、前記導波路コアの長さ方向に対して両側に配列され、
   前記第１の周期配列及び前記第２の周期配列の、導波路コアの長さ方向に対する位置ずれの方向は、両側において同一方向、又は各側は互いに逆方向である、請求項１から３の何れか一つに記載の光偏向デバイス。
5. 高屈折率部材の面内に低屈折率部位が周期的に配列され、導波路コアを構成する格子配列を備えるフォトニック結晶導波路において、
   前記格子配列は、前記低屈折率部位が均等に周期配列された第１の周期配列と第２の周期配列の二重周期構造を備え、前記二重周期構造は、前記導波路コアの伝搬光を外部に放射光ビームとして放射し、偏向させる回折機構として形成されており、
   前記二重周期構造は、第１の二重周期構造及び第２の二重周期構造を備え、
   前記第１の二重周期構造において、
   前記第１の周期配列及び前記第２の周期配列は、導波路コアの長さ方向に対して互いに位置ずれされ、
   同一径の円孔の低屈折率部位は、導波路コアの長さ方向に対して長短の異なる格子ピッチで繰り返され、
   前記第２の二重周期構造において、
   前記第１の周期配列及び第２の周期配列の各低屈折率部位は円孔の径を異にし、
   前記第１の周期配列及び前記第２の周期配列は、導波路コアの長さ方向に対して等間隔で配列され、
   異なる径の円孔の低屈折率部位は、導波路コアの長さ方向に対して繰り返される、光偏向デバイス。
6. 前記第２の二重周期構造において、
   前記異なる径の円孔の低屈折率部位は、導波路コアの長さ方向に対して同じ格子ピッチ、又は長短の異なる格子ピッチで繰り返される二重周期構造である、請求項５に記載の光偏向デバイス。

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