JPWO2004113964A1 - フォトニック結晶の構造 - Google Patents
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Abstract
Description
[図2]図1のフォトニック結晶の構成要素の一部を斜めから見た模式図である。
[図3]図3(a)は、本発明の第一の実施の形態の第1の実施例を説明する模式図であり、フォトニック結晶を斜めから見た図である。図3(b)は、図3(a)のフォトニック結晶を横からみた断面を模式的に示す図である。
[図4]図4(a)は、本発明の第一の実施の形態の第2の実施例を説明する模式図であり、フォトニック結晶を斜めから見た図である。図4(b)は、図4(a)のフォトニック結晶を横から見た断面を模式的に示す図である。
[図5]本発明の第1の実施の形態の第3の実施例を説明するフォトニック結晶の断面を模式的に示す図である。
[図6]本発明の第1の実施の形態の第4の実施例を説明するフォトニック結晶の断面を模式的に示す図である。
[図7]本発明の第1の実施の形態の第5の実施例を説明するフォトニック結晶スラブの断面を模式的に示す図である。
[図8]欠陥を有するフォトニック結晶スラブの断面を模式的に示す図であり、本発明の第1の実施の形態の第6の実施例を説明するための図である。
[図9]本発明の第2の実施の形態の第1の実施例を説明するフォトニック結晶スラブの断面を模式的に示す図である。
[図10]本発明の第2の実施の形態の第2の実施例を説明するフォトニック結晶の断面を模式的に示す図である。
[図11]本発明の第2の実施の形態の第3の実施例を説明するフォトニック結晶スラブの構造断面を模式的に示す図である。
[図12]本発明の第2の実施の形態の第4の実施例を説明するフォトニック結晶の断面を模式的に示す図である。
[図13]本発明の第2の実施の形態の第5の実施例を説明するフォトニック結晶の断面を模式的に示す図である。
[図14]本発明の第2の実施の形態の第6の実施例を説明するフォトニック結晶の断面を模式的に示す図である。
[図15]従来技術によるフォトニック結晶スラブの構造を説明する模式図である。
2 原子誘電体柱
3、8 フォトニック結晶
4 誘電体柱格子
5、11、26、28 有機樹脂
6、10 シリコン円柱
7、9、12 二酸化シリコン膜
13 フォトニック結晶スラブ
33 シリコン円柱上層
34 二酸化シリコン増幅層
35 シリコン円柱下層
・フォトニック結晶を伝搬する光の波長や強度、
・フォトニック結晶スラブに照射される光の波長や強度、
・フォトニック結晶スラブの温度、
・フォトニック結晶スラブに印加される、電界、電流、電荷、内部応力、外部応力等、あらゆる条件を含む。
Claims (75)
- 屈折率分布と構造が共に厚み方向に鏡映対称な原子誘電体柱を有し、
前記原子誘電体柱は、2次元格子状に配列されて誘電体柱格子を成し、
前記誘電体柱格子は、少なくとも厚み方向に一様な屈折率分布を有する周囲誘電体の中に配置されている、ことを特徴とするフォトニック結晶。 - 屈折率分布と構造が共に厚み方向に鏡映対称な誘電体網を有し、
前記誘電体網は、2次元格子状に配列された厚み方向に鏡映対称な構造の複数の貫通孔を有し、
前記誘電体網は、少なくとも厚み方向に一様な屈折率分布を有する周囲誘電体の中に配置されている、ことを特徴とするフォトニック結晶。 - 屈折率分布と構造が共に厚み方向に鏡映対称な原子誘電体柱を有し、
前記原子誘電体柱は、2次元格子状に配列されて誘電体柱格子を成し、
前記誘電体柱格子は、少なくとも厚み方向にほぼ一様な屈折率分布を有する周囲誘電体の中に配置されている、ことを特徴とするフォトニック結晶。 - 屈折率分布と構造が共に厚み方向に鏡映対称な誘電体網を有し、
前記誘電体網は、2次元格子状に配列された厚み方向に鏡映対称な構造の複数の貫通孔を有し、
前記誘電体網は、少なくとも厚み方向にほぼ一様な屈折率分布を有する周囲誘電体の中に配置されている、ことを特徴とするフォトニック結晶。 - 前記周囲誘電体は、屈折率が等しい2種類以上の誘電体材料が、厚み方向に非対称に分布して成る、ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一に記載のフォトニック結晶。
- 前記周囲誘電体が、有機樹脂から成る、ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一に記載のフォトニック結晶。
- 前記2種以上の誘電体材料の内の少なくとも一種が、有機樹脂から成る、ことを特徴とする請求項5に記載のフォトニック結晶。
- 前記有機樹脂が、熱硬化性樹脂又は紫外線硬化性樹脂である、ことを特徴とする請求項6又は7に記載のフォトニック結晶。
- 前記原子誘電体柱が、シリコンから成り、
前記2種以上の誘電体材料の内の一種類が、二酸化シリコンである、ことを特徴とする請求項7に記載のフォトニック結晶。 - 前記有機樹脂の屈折率が、1.45よりも小さい、ことを特徴とする請求項6に記載のフォトニック結晶。
- 前記原子誘電体柱が、化合物半導体から成る、ことを特徴とする請求項1又は2に記載のフォトニック結晶。
- 厚み方向に屈折率分布が鏡映対称であって、かつ、材料の分布は厚み方向に非対称な構成のフォトニック結晶を有し、
前記フォトニック結晶に対して設定する所定の条件を変化させ、前記条件の変化によって、TMライクモードとTEライクモードの結合が制御される、ことを特徴とするフォトニック結晶光機能素子。 - 前記条件が、前記フォトニック結晶の導波光の波長と強度、
前記フォトニック結晶に照射する光の波長と強度、
前記フォトニック結晶の温度、
前記フォトニック結晶に印加する電界と電流、
前記フォトニック結晶の全部又は一部に帯電させる電荷、及び、
前記フォトニック結晶に加える外部応力、
のうちの少なくとも一つを含む、ことを特徴とする請求項12に記載のフォトニック結晶光機能素子。 - 前記フォトニック結晶光機能素子が、光スイッチ、共振器、及び、波長フィルターのうちの一つとして機能する、ことを特徴とする請求項12に記載のフォトニック結晶光機能素子。
- 屈折率分布と構造が共に厚み方向に鏡映対称な原子誘電体柱を有し、
前記原子誘電体柱は、2次元格子状に配列されて誘電体柱格子を成し、
前記誘電体柱格子は、前記誘電体柱と異なる屈折率を有する周囲誘電体の中に配置されているフォトニック結晶であって、
前記周囲誘電体の一部又は全部に、前記フォトニック結晶の厚み方向に鏡映対称な位置に配置された有機媒質を備え、
前記有機媒質の一部の屈折率が、前記一部の周囲の前記有機媒質と、前記誘電体柱格子の周期面と平行な方向に、異なっている欠陥を有する、
ことを特徴とするフォトニック結晶。 - 屈折率分布と構造が共に厚み方向に鏡映対称な誘電体網を有し、
前記誘電体網は、2次元格子状に配列された厚み方向に鏡映対称な構造の貫通孔を有し、
前記誘電体網が、前記誘電体網と異なる屈折率を有する周囲誘電体の中に配置されているフォトニック結晶であって、
前記周囲誘電体の一部又は全部に、フォトニック結晶の厚み方向に鏡映対称な位置に配置された有機媒質を備え、
前記有機媒質の一部の屈折率が、前記一部の周囲の有機媒質と、原子誘電体網の周期面と平行な方向に異なっている欠陥を有する、
ことを特徴とするフォトニック結晶。 - 屈折率分布と構造が共に厚み方向に鏡映対称な原子媒質を有し、前記原子媒質は一種類以上の材料を含み、前記原子媒質は2次元平面内に格子状に配列されて原子媒質格子を構成し、前記原子媒質格子を他の一種類以上の材料からなる背景媒質が包み、全体の屈折率分布が厚み方向に鏡映対称である、ことを特徴とするフォトニック結晶スラブ構造を有し、
前記原子媒質と前記背景媒質の全部又は一部に、光増幅媒質が添加されている、ことを特徴とするフォトニック結晶構造。 - 屈折率分布と構造が共に厚み方向に鏡映対称な媒質網を有し、前記媒質網は一種類以上の材料を含み、前記媒質網は2次元格子状に配列された複数の貫通孔を有し、前記媒質網を他の一種類以上の材料からなる背景媒質が包み、全体の屈折率分布が厚み方向に鏡映対称である、ことを特徴とするフォトニック結晶スラブ構造を有し、
前記媒質網と前記背景媒質の全部、又は一部に光増幅媒質が添加されている、ことを特徴とするフォトニック結晶構造。 - 前記原子媒質が、シリコンと二酸化シリコンの多層構造であり、
前記二酸化シリコンには光増幅媒質が添加されており、
前記原子媒質は、2次元格子状に配列されて原子媒質格子を形成し、
前記原子媒質格子が、第1の二酸化シリコン膜と第2の二酸化シリコン膜に挟まれて成る、ことを特徴とする請求項17に記載のフォトニック結晶構造。 - 前記媒質網が、シリコンと二酸化シリコンの多層構造であり、
前記二酸化シリコンには光増幅媒質が添加されており、
前記媒質網は、2次元格子状に配列された複数の貫通孔を有し、
前記媒質網は、第1の二酸化シリコン膜と第2の二酸化シリコン膜に挟まれて成る、ことを特徴とする請求項18に記載のフォトニック結晶構造。 - 前記光増幅媒質が、希土類元素である、ことを特徴とする請求項19又は20に記載のフォトニック結晶構造。
- 前記希土類元素が、エルビウム、ツリウム、プラセオジウムの内の少なくとも一つである、ことを特徴とする請求項21に記載のフォトニック結晶構造。
- 前記原子媒質が、シリコンであり、
前記背景媒質の一部が二酸化シリコン膜であり、
前記二酸化シリコン膜は、前記原子媒質格子に格子の片面で接しており、
前記背景媒質の他の部分は有機樹脂から成る、ことを特徴とする請求項17に記載のフォトニック結晶構造。 - 前記媒質網が、シリコンであり、
前記背景媒質の一部が二酸化シリコン膜であり、
前記二酸化シリコン膜は、前記媒質網に片面で接しており、
前記背景媒質の他の部分は有機樹脂から成る、ことを特徴とする請求項18に記載のフォトニック結晶構造。 - 第1の誘電体層と、
前記第1の誘電体層上に設けられている複数の誘電体柱が2次元格子状に配列されてなる誘電体柱格子と、
前記第1の誘電体層上に設けられ、少なくとも前記誘電体柱の間に充填されている第2の誘電体層と、
を含み、
前記第2の誘電体層が有機樹脂を含む、ことを特徴とするフォトニック結晶構造。 - 前記第2の誘電体層の上に、第3の誘電体層を備えている、ことを特徴とする請求項25記載のフォトニック結晶構造。
- フォトニック結晶全体の厚み方向の屈折率の分布が鏡映対称である、ことを特徴とする請求項25又は26記載のフォトニック結晶構造。
- 前記第1の誘電体層と前記第2の誘電体層の屈折率が同じである、ことを特徴とする請求項25又は26記載のフォトニック結晶構造。
- 前記第1の誘電体層と前記第2の誘電体層と前記第3の誘電体層の屈折率が同じである、ことを特徴とする請求項26記載のフォトニック結晶構造。
- 第1の誘電体層と、
前記第1の誘電体層上に設けられている複数の誘電体柱が2次元格子状に配列されてなる誘電体柱格子と、
前記第1の誘電体層上に設けられ、少なくとも前記誘電体柱の間に充填されている第2の誘電体層と、
前記第2の誘電体層の上に設けられている第3の誘電体層と、
を含み、
フォトニック結晶全体の厚み方向の屈折率の分布が鏡映対称である、ことを特徴とするフォトニック結晶構造。 - 第1の誘電体層と、
前記第1の誘電体層上に設けられている複数の誘電体柱が2次元格子状に配列されてなる誘電体柱格子と、
前記第1の誘電体層上に設けられ、少なくとも前記誘電体柱の間に充填されている第2の誘電体層と、
前記第2の誘電体層の上に設けられている第3の誘電体層と、
を含み、
前記第1の誘電体層と前記第2の誘電体層の屈折率が同じである、ことを特徴とするフォトニック結晶構造。 - 第1の誘電体層と、
前記第1の誘電体層上に設けられている複数の誘電体柱が2次元格子状に配列されてなる誘電体柱格子と、
前記第1の誘電体層上に設けられ、少なくとも前記誘電体柱の間に充填されている第2の誘電体層と、
前記第2の誘電体層の上に設けられている第3の誘電体層と、
を含み、
前記第1の誘電体層と前記第2の誘電体層と前記第3の誘電体層の屈折率が同じである、ことを特徴とするフォトニック結晶構造。 - 前記誘電体柱が、シリコンの柱である、ことを特徴とする請求項25乃至32のいずれか一に記載のフォトニック結晶構造。
- 前記誘電体柱が、化合物半導体の柱である、ことを特徴とする請求項25乃至32のいずれか一に記載のフォトニック結晶構造。
- 前記第1の誘電体層が、二酸化シリコン膜を含む、ことを特徴とする請求項25乃至34のいずれか一に記載のフォトニック結晶構造。
- 前記第2の誘電体層と前記第3の誘電体層の少なくとも一方が、熱硬化あるいは紫外線硬化型の有機樹脂よりなる、ことを特徴とする請求項26又は30に記載のフォトニック結晶構造。
- 前記第1の誘電体層の上に前記誘電体柱を形成後、前記第1の誘電体層が除去され、前記誘電体柱底面側に塗布され硬化させてなる有機樹脂層を、新たに前記第1の誘電体層として有する、ことを特徴とする請求項25又は30に記載のフォトニック結晶構造。
- 前記第1及び第3の誘電体層が、二酸化シリコン膜を含む、ことを特徴とする請求項26又は30に記載のフォトニック結晶構造。
- 前記第2の誘電体層の屈折率は、前記第1の誘電体層の屈折率よりも小さい、ことを特徴とする請求項25又は30に記載のフォトニック結晶構造。
- 前記第1乃至第3の誘電体層が同一の屈折率である、ことを特徴とする請求項26又は30に記載のフォトニック結晶構造。
- 前記第1及び第3の誘電体層の少なくとも1つが、無機材料の誘電体膜を含む、ことを特徴とする請求項26又は30に記載のフォトニック結晶構造。
- 前記誘電体柱は、前記第1の誘電体層側と反対側の端部が前記第3の誘電体層内にまで延在されているか、又は、前記端部が前記第2の誘電体層内に留まる、ことを特徴とする請求項26又は30に記載のフォトニック結晶構造。
- 前記誘電体柱の前記第1の誘電体層側の端部は、前記第1の誘電体層と前記第2の誘電体層との界面と面一とされるか、あるいは、前記界面よりも上側に位置する、ことを特徴とする請求項25又は30に記載のフォトニック結晶構造。
- 前記第2の誘電体層が、柱状の欠陥を有し、前記欠陥の屈折率は、前記欠陥を囲繞する前記第2の誘電体層の屈折率と異なった値である、ことを特徴とする請求項25又は30に記載のフォトニック結晶構造。
- 前記誘電体柱が、光増幅媒質を含む、ことを特徴とする請求項25又は30に記載のフォトニック結晶構造。
- 前記第1の誘電体層が、光増幅媒質を含む、ことを特徴とする請求項25又は30に記載のフォトニック結晶構造。
- 前記第1の誘電体層及び/又は前記第3の誘電体層が、光増幅媒質を含む、ことを特徴とする請求項26又は30に記載のフォトニック結晶構造。
- 第1の誘電体層と、
前記第1の誘電体層上に設けられ、2次元格子状に配列された複数の貫通孔を有する誘電体網と、
前記第1の誘電体層上に設けられ、少なくとも前記貫通孔に充填されている第2の誘電体層と、
を含み、
前記第2の誘電体層が有機樹脂を含む、ことを特徴とするフォトニック結晶構造。 - 前記第2の誘電体層の上に、第3の誘電体層を備えている、ことを特徴とする請求項48記載のフォトニック結晶構造。
- フォトニック結晶全体の厚み方向の屈折率の分布が鏡映対称である、ことを特徴とする請求項48又は49記載のフォトニック結晶構造。
- 前記第1の誘電体層と前記第2の誘電体層の屈折率が同じである、ことを特徴とする請求項48又は49記載のフォトニック結晶構造。
- 前記第1の誘電体層と前記第2の誘電体層と前記第3の誘電体層の屈折率が同じである、ことを特徴とする請求項49記載のフォトニック結晶構造。
- 第1の誘電体層と、
前記第1の誘電体層上に設けられ、2次元格子状に配列された複数の貫通孔を有する誘電体網と、
前記第1の誘電体層上に設けられ、少なくとも前記貫通孔に充填されている第2の誘電体層と、
前記第2の誘電体層の上に設けられている第3の誘電体層と、
を含み、
フォトニック結晶全体の厚み方向の屈折率の分布が鏡映対称である、ことを特徴とするフォトニック結晶構造。 - 第1の誘電体層と、
前記第1の誘電体層上に設けられ、2次元格子状に配列された複数の貫通孔を有する誘電体網と、
前記第1の誘電体層上に設けられ、少なくとも前記貫通孔に充填されている第2の誘電体層と、
前記第2の誘電体層の上に設けられている第3の誘電体層と、
を含み、
前記第1の誘電体層と前記第2の誘電体層の屈折率が同じである、ことを特徴とするフォトニック結晶構造。 - 第1の誘電体層と、
前記第1の誘電体層上に設けられ、2次元格子状に配列された複数の貫通孔を有する誘電体網と、
前記第1の誘電体層上に設けられ、少なくとも前記貫通孔に充填されている第2の誘電体層と、
前記第2の誘電体層の上に設けられている第3の誘電体層と、
を含み、
前記第1の誘電体層と前記第2の誘電体層と前記第3の誘電体層の屈折率が同じである、ことを特徴とするフォトニック結晶構造。 - 前記誘電体網が、シリコンの網である、ことを特徴とする請求項48乃至55のいずれか一に記載のフォトニック結晶構造。
- 前記誘電体網が、化合物半導体の網である、ことを特徴とする請求項48乃至55のいずれか一に記載のフォトニック結晶構造。
- 前記第1の誘電体層が、二酸化シリコン膜を含む、ことを特徴とする請求項48乃至57のいずれか一に記載のフォトニック結晶構造。
- 前記第2の誘電体層と前記第3の誘電体層の少なくとも一方が、熱硬化あるいは紫外線硬化型の有機樹脂よりなる、ことを特徴とする請求項49又は53に記載のフォトニック結晶構造。
- 前記第1の誘電体層の上に前記誘電体網を形成後、前記第1の誘電体層が除去され、前記誘電体網底面側に塗布され硬化させてなる有機樹脂層を、新たに前記第1の誘電体層として有する、ことを特徴とする請求項48又は53に記載のフォトニック結晶構造。
- 前記第1及び第3の誘電体層が、二酸化シリコン膜を含む、ことを特徴とする請求項49又は53に記載のフォトニック結晶構造。
- 前記第2の誘電体層の屈折率は、前記第1の誘電体層の屈折率よりも小さい、ことを特徴とする請求項48又は53に記載のフォトニック結晶構造。
- 前記第1乃至第3の誘電体層が同一の屈折率である、ことを特徴とする請求項49又は53に記載のフォトニック結晶構造。
- 前記第1及び第3の誘電体層の少なくとも1つが、無機材料の誘電体膜を含む、ことを特徴とする請求項49又は53に記載のフォトニック結晶構造。
- 前記誘電体網は、前記第1の誘電体層側と反対側の端部が前記第3の誘電体層内にまで延在されているか、又は、前記端部が前記第2の誘電体層内に留まる、ことを特徴とする請求項49又は53に記載のフォトニック結晶構造。
- 前記誘電体網の前記第1の誘電体層側の端部は、前記第1の誘電体層と前記第2の誘電体層との界面と面一とされるか、あるいは、前記界面よりも上側に位置する、ことを特徴とする請求項48又は53に記載のフォトニック結晶構造。
- 前記第2の誘電体層が、柱状の欠陥を有し、前記欠陥の屈折率は、前記欠陥を囲繞する前記第2の誘電体層の屈折率と異なった値である、ことを特徴とする請求項48又は53に記載のフォトニック結晶構造。
- 前記誘電体網が、光増幅媒質を含む、ことを特徴とする請求項48又は53に記載のフォトニック結晶構造。
- 前記第1の誘電体層が、光増幅媒質を含む、ことを特徴とする請求項48又は53に記載のフォトニック結晶構造。
- 前記第1の誘電体層及び/又は前記第3の誘電体層が、光増幅媒質を含む、ことを特徴とする請求項48又は53に記載のフォトニック結晶構造。
- 背景媒質中に配設された柱状又は孔型の原子媒質を複数有し、複数の前記原子媒質は2次元平面内に格子状に配列されて原子媒質格子を構成し、
屈折率分布が厚み方向に関して鏡映対称である、ことを特徴とするフォトニック結晶構造。 - 前記屈折率分布が厚み方向に関して、少なくとも導波光の光エネルギーが分布している範囲で鏡映対称である、ことを特徴とする請求項71記載のフォトニック結晶構造。
- 前記有機樹脂に、光増幅媒質が添加されている、ことを特徴とする請求項6、7、8、10、23、24、36、37、48、59、60のいずれか一に記載のフォトニック結晶構造。
- 前記第1の誘電体層、前記第2の誘電体層、前記第3の誘電体層が、光増幅媒質を含む、ことを特徴とする請求項26、30、49、53のいずれか一に記載のフォトニック結晶構造。
- 前記光増幅媒質が、希土類元素、又は有機色素である、ことを特徴とする請求項73又は74に記載のフォトニック結晶構造。
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