KR20070028339A - 헤테로 구조를 가지는 포토닉 결정 및 이를 이용한 광디바이스 - Google Patents

헤테로 구조를 가지는 포토닉 결정 및 이를 이용한 광디바이스 Download PDF

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KR20070028339A
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스스무 노다
다카시 아사노
세이치 다카야마
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고쿠리츠 다이가쿠 호진 교토 다이가쿠
티디케이가부시기가이샤
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Abstract

본 발명은 일정한 폭을 가진 파장대역(波長帶域) 내의 광을 합파(合波)ㆍ분파(分波)할 수 있는 포토닉 결정을 제공하기 위하여 이루어진 것이다.
슬래브 형상의 본체(21)에 복수의 금제대(禁制帶) 영역(211, 212)을 마련하고, 빈구멍(221, 222)을 금제대 영역마다 다른 주기(周期) 및 크기로 배치한다. 금제대 영역(211-212) 사이의 경계(23)의 수선으로부터 ＋30°경사진 방향으로 뻗는 간선 도파로(trunk waveguide; 24)와, －30°의 방향으로 뻗는 지선 도파로(branch waveguide; 25)를 형성한다. 금제대 영역(212) 내의 간선 도파로(24)의 투과파장대에는 포함되지 않고 금제대 영역(211) 내의 간선 도파로(24)의 투과파장대에는 포함되는 합분파(合分波) 파장대역 내의 광(光)은, 경계(23)에 있어서 반사되고, 그로써 간선 도파로(24)로부터 지선 도파로(25)에 분파된다. 일정한 폭을 가진 합분파 파장대역 내의 모든 파장의 광이 이렇게 하여 지선 도파로(25)에 분파된다.
따라서, 오차에 의하여 광신호의 파장에 편차가 생겨도 분파할 수 있다. 합파의 경우도 마찬가지이다.

Description

헤테로 구조를 가지는 포토닉 결정 및 이를 이용한 광 디바이스{Photonic crystal having hetero structure and optical device using it}
본 발명은, 파장분할 다중통신 등에 있어서 광(光) 합분파기(合分波器; multiplexer/demultiplexer)나 광 송수신기(送受信器) 등에 이용되는 포토닉 결정에 관한 것이다. 다만, 본원에 있어서 사용하는 「광」에는, 가시광 이외의 전자파도 포함하는 것으로 한다.
광통신회선은 근년, 도시 간을 연결하는 기간회선에만 머무르지 않고, 일반가정에까지 보급되고 있다. 일반가정에 있어서 광통신을 이용하기 위하여는, 각 가정마다 광신호와 전기신호를 상호 변환하는 광 송수신 모듈이 필요하게 된다. 광 송수신 모듈은 일반적으로, 광 송신기, 광 수신기, 파장 합분파기라는 3개의 구성요소로 이루어진다. 이들 중, 광 송신기에는 주로 레이저 다이오드(LD)가, 광 수신기에는 주로 포토다이오드(PD)가 이용된다. 파장 합분파기에는, 지금까지 다층막 유전체 가공을 실시한 평판(平板) 글래스 타입의 것이나, 입방체(立方體) 형상 프리즘 타입의 것이 이용되어 왔다. 그러나, 이들은 비교적 대형이어서, 보다 소형의 파장 합분파기가, 일반가정으로의 보급을 위하여 기대되고 있다.
근년, 새로운 광 디바이스로서, 포토닉 결정이 주목되고 있다. 포토닉 결정은, 유전체에 주기(周期)구조를 인공적으로 형성한 것이다. 주기구조는 일반적으로, 유전체 본체와는 굴절율이 다른 영역(이굴절률(異屈折率) 영역)을 본체 내에 주기적으로 마련함으로써 형성된다. 그 주기구조에 의하여, 결정 속에 광의 에너지에 관하여 밴드구조가 형성되어, 광의 전파(傳播)가 불가능하게 되는 에너지 영역(「포토닉 밴드 갭」(Photonic Band Gap; PBG))이 형성된다. PBG가 형성되는 에너지 영역(파장대)은, 유전체의 굴절율이나 주기구조의 주기에 의하여 정하여진다.
포토닉 결정 중에 적절한 결함을 도입함으로써, PBG 속에 특이한 에너지 준위(결함준위)가 형성되고, 그 결함준위에 대응하는 파장의 광만이 그 결함의 근방에 존재할 수 있게 된다. 이러한 포토닉 결정은, 그 결함을 점(点) 형상으로 마련함으로써, 그 파장의 광 공진기(점 형상 결함)로서 사용할 수 있고, 또한, 선 형상으로 마련함으로써 도파로(導波路)(선 형상 결함)로서 사용할 수 있다. 그리고, 공진기와 도파로를 근접시켜서 마련함으로써, 이 포토닉 결정은 파장 합분파기로서 이용할 수 있다. 이 파장 합분파기에서는, 도파로 내를 전파하는 다양한 파장의 광 중 공진기의 공진파장에 일치하는 파장의 광을 외부로 취출(取出)할(분파기(分波器)) 수 있음과 함께, 외부로부터 도파로 내에 도입할(합파기(合波器)) 수 있다. 포토닉 결정을 이용한 파장 합분파기는, 종래의 다층막 평판 글래스나 입방체 형상 프리즘을 이용한 것보다도 소형화할 수 있다.
이와 같은 파장 합분파기는 특허문헌 1에 개시되어 있고, 점 형상 결함의 크 기나 형상을 적절하게 설정함으로써, 소정 파장의 광을 합파(合波)ㆍ분파(分波)할 수 있다고 기재되어 있다. 또한, 특허문헌 2에는, 주기(周期)가 다른 복수의 영역(금제대(禁制帶; forbidden band) 영역)을 가지는 2차원 포토닉 결정에, 복수의 금제대 영역을 통과하는 도파로와, 금제대 영역마다 공진기를 마련한 2차원 포토닉 결정 파장 합분파기가 기재되어 있다. 이 구성에서는, 각 영역의 주기의 차이에 의하여, 공진기마다 다른 파장의 광을 합파ㆍ분파할 수 있다.
[특허문헌 1] 일본국 특허공개 2001-272555호 공보([0023]∼[0027], 도 1)
[특허문헌 2] 일본국 특허공개 2003-279764호 공보([0029]∼[0034], [0057]∼[0059], 도 17, 도 18)
2차원 포토닉 결정에 있어서의 점 형상 결함은, 거기에서 공진하는 광의 파장대역의 폭이 좁다. LD도 그 발광 파장대역은 극히 좁지만, 그 발광의 중심파장 자체는 제조 등에 따라 편차가 있어, 목적으로 하는 파장에 엄밀하게 합치한 제품을 제조하는 것은 어렵다. 따라서, 2차원 포토닉 결정 파장 합분파기를 광 송수신 모듈에 이용하는 경우, LD에 있어서 사용하는 파장을 점 형상 결함 공진기의 좁은 파장대역 내에 맞도록, LD의 튜닝(선별)을 행할 필요가 있다. 이 튜닝을 행함으로써, 점 형상 결함을 가지는 2차원 포토닉 결정 파장 합분파기를 이용한, 장거리 기간 시스템용 고(高)정밀도의 광 송수신 모듈을 구성할 수 있다.
그러나, 일반가정용 광 송수신 모듈에서는, 코스트의 관점에서 이와 같은 LD 의 파장 튜닝을 행하는 것은 어렵다. 따라서, 일정한 폭을 가진 파장대역 내의 광을 파장 합분파기가 합분파할 수 있도록 함으로써, 사용되는 LD의 파장의 편차를 흡수할 수 있는 것이 바람직하다.
＜발명의 개시＞
＜발명이 해결하고자 하는 과제＞
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 일반가정용 광 송수신 모듈 등에 적합하게 이용할 수 있고, 일정한 폭을 가진 파장대역 내의 광을 합파(合波)ㆍ분파(分波)할 수 있는 포토닉 결정을 제공하는 것이다.
＜과제를 해결하기 위한 수단＞
상기 과제를 해결하기 위하여 이루어진 본 발명에 관련된 포토닉 결정은,
⒜ 서로 인접하는 제1 금제대(禁制帶; forbidden band) 영역 및 제2 금제대 영역과,
⒝ 양(兩) 금제대 영역의 경계를 경사지게 통과하는 도파로(導波路)로서, 제1 금제대 영역에 있어서의 투과파장대역의 일부인 합분파(合分波) 파장대역이 제2 금제대 영역에 있어서의 투과파장대역 밖에 있도록 설정되어 있는 간선 도파로(trunk waveguide)와,
⒞ 간선 도파로의 상기 경계와의 교점(交點)으로부터 제1 금제대 영역 내로 분기(分岐)하는 도파로로서, 그 투과파장대역이 상기 합분파 파장대역을 포함하도록 설정되어 있는 지선 도파로(branch waveguide)를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 있어서, 간선 도파로를 따라서 복수의 금제대 영역을 직렬로 마련하고, 각 금제대 영역의 합분파 파장대역이, 금제대 영역 간의 경계와 간선 도파로의 교점으로부터 지선 도파로가 분기하는 측(側)으로서 정의되는 상류측에 있는 모든 금제대 영역에 있어서의 간선 도파로의 투과파장대역에 포함되도록 설정되어 있도록 하여도 좋다. 이 경우, 가장 하류 측의 금제대 영역에, 이 금제대 영역의 간선 도파로의 투과파장대역의 광을 차단하는 블럭 영역을 접속하고, 이 금제대 영역과 블럭 영역의 경계를 간선 도파로에 대하여 경사지게 형성함과 함께, 이 경계와 간선 도파로의 교점으로부터 이 금제대 영역 내로 분기하는 지선 도파로를 마련하는 것이 바람직하다.
다만, 본원에 있어서는, 편의상, 본 발명의 포토닉 결정을 광 분파기로서 이용하는 경우에 간선 도파로를 전파하는 광의 상류측 및 하류측에 해당하는 방향을 「상류측」 및 「하류측」이라고 기재하고 있다.
상기 금제대 영역은 슬래브 형상의 본체에 이 본체와는 굴절율이 다른 영역(이굴절률(異屈折率) 영역)을 주기적으로 마련한 2차원 포토닉 결정에 의하여 구성되는 것이 바람직하다. 특히, 상기 간선 도파로가 상기 이굴절률 영역의 결함을 선(線) 형상으로 마련함으로써 형성된 것이고, 그 이굴절률 영역의 주기가 상기 금제대 영역마다 다른 것이 바람직하다. 혹은, 상기 간선 도파로가 상기 이굴절률 영역의 결함을 선 형상으로 마련함으로써 형성된 것이고, 이 이굴절률 영역의 형상 또는 크기가 상기 금제대 영역마다 다른 것이 바람직하다. 또한, 상기 이굴절률 영역이 공기(즉, 빈구멍)로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 지선 도파로를, 상기 합분파 파장대역 내의 광이 전파(傳播)하고, 간선 도파로를 전파하는 이 합분파 파장대역 외의 소정 파장대역의 광이 전파하지 않도록 구성하는 것이 바람직하다. 이 경우, 이하의 어느 하나 또는 그들을 조합한 구성으로 하는 것이 보다 바람직하다.
⑴ 상기 합분파 파장대역 내의 광이 전파하고, 간선 도파로를 전파하는 이 합분파 파장대역 외의 소정 파장대역의 광이 전파하지 않도록, 상기 지선 도파로의 폭을 설정한다.
⑵ 상기 금제대 영역이 슬래브 형상의 본체를 가지는 2차원 포토닉 결정에 의하여 구성되고, 상기 간선 도파로에 접하는 클래드(clad) 부재를 마련한다.
⑶ 상기 지선 도파로에 굴곡부를 마련한다. 이 경우, 상기 금제대 영역이 슬래브 형상의 본체에 이 본체와는 굴절율이 다른 영역을 주기적으로 마련하여 이루어지는 2차원 포토닉 결정에 의하여 구성되고, 상기 굴곡부 근방에 있는 이굴절률(異屈折率) 영역의 크기 및/ 또는 형상을 다른 이굴절률 영역의 그들과는 다른 것으로 하는 것이 보다 바람직하다.
⑷ 상기 금제대 영역이 슬래브 형상의 본체에 이 본체와는 굴절율이 다른 영역을 주기적으로 마련하여 이루어지는 2차원 포토닉 결정에 의하여 구성되고, 상기 간선 도파로와 상기 지선 도파로의 접속부 근방에 있는 이굴절률 영역의 크기 및/ 또는 형상을 다른 이굴절률 영역의 그들과는 다른 것으로 한다.
상기 어느 하나의 포토닉 결정은, 간선 도파로를 입력 도파로로 하고 지선 도파로를 출력 도파로로 하는 광 분파기(分波器; demultiplexer), 및, 지선 도파로를 입력 도파로로 하고 간선 도파로를 출력 도파로로 하는 광 합파기(合波器; multiplexer)로서 기능한다.
또한, 상기 어느 하나의 포토닉 결정과, 지선 도파로 또는 제2 금제대 영역 측의 간선 도파로 중 어느 한쪽에 마련한 광 송신기(送信器)와, 그 다른쪽에 마련한 광 수신기(受信器)에 의하여 광 송수신기(送受信器)를 구성할 수 있다.
＜발명의 실시형태 및 효과＞
본 발명에서는, 적어도 2개의 금제대(禁制帶) 영역(제1 금제대 영역 및 제2 금제대 영역)을 가지는 포토닉 결정을 모체(母體)로 한다(금제대 영역에 관하여는 후술). 포토닉 결정은 평면적인 구조를 가지는 2차원 포토닉 결정, 혹은 입체적인 구조를 가지는 3차원 포토닉 결정 중 어느 것이라도 좋지만, 2차원인 것 쪽이 제조가 용이하다. 2차원 포토닉 결정은, 예컨대 슬래브 형상의 본체에 이굴절률 영역을 주기적으로 마련함으로써 형성할 수 있다. 여기서 이굴절률 영역은, 본체와는 굴절율이 다른 유형(有形)부재를 본체 내에 채워 넣음으로써 형성할 수도 있지만, 빈구멍으로 함이, 굴절율의 차를 크게 할 수 있다는 관점, 및 제조상 용이함의 관점에서, 적합하다.
간선 도파로는, 제1 및 제2 금제대 영역을 통과하도록 형성한다. 금제대 영역은, 거기에 형성되는 간선 도파로의 투과파장대역(도파로 내를 전파할 수 있는 파장대역)이 단일한 영역을 의미한다. 간선 도파로는 포토닉 결정의 주기구조를 어지럽힌 영역을 선 형상으로 마련함으로써 형성할 수 있다.
여기서, 제1 금제대 영역에 있어서의 투과파장대역의 일부가 제2 금제대 영역에 있어서의 투과파장대역 밖에 있도록 설정한다. 이 일부 파장대역을 「합분파 파장대역」이라고 칭한다. 포토닉 결정의 주기구조에 의존하여 간선 도파로의 투과파장대역이 변화되므로, 금제대 영역마다의 주기구조를 다른 것으로 함으로써, 금제대 영역마다의 간선 도파로의 투과파장대역을 조절할 수 있다. 예컨대, 상기 이굴절률 영역을 마련한 2차원 포토닉 결정의 경우에는, 인접하는 이굴절률 영역 간의 거리가 금제대 영역마다 다르도록 하면 좋다. 또한, 금제대 영역마다의 주기가 같더라도, 이굴절률 영역의 형상이나 크기가 다르면 마찬가지로 간선 도파로의 투과파장대역을 조절할 수 있다.
그리고, 간선 도파로는, 금제대 영역의 경계에 대하여 경사지게 통과하도록 형성한다(이와 같은 경계를 「경사 경계」라고 칭한다). 경사 경계의 형상은, 간선 도파로와의 교점(交點)에 있어서의 접선(接線)(2차원 포토닉 결정의 경우) 또는 접면(接面)(3차원 포토닉 결정의 경우)이 간선 도파로에 대하여 경사가 되는, 즉 수직 또는 평행하지 않도록 하면 좋고, 그 교점 이외의 위치에서의 경사 경계의 형상은 특별히 한정되지 않는다.
또한, 경사 경계와 간선 도파로의 교점으로부터 분기하는 지선 도파로를 제1 금제대 영역 내에 마련한다. 이 지선 도파로는, 그 투과파장대역이 제1 금제대 영역의 합분파 파장대역을 포함하도록 설정한다. 예컨대, 이굴절률 영역을 삼각격자 형상으로 주기적으로 마련한 2차원 포토닉 결정의 경우, 제1 금제대 영역의 간선 도파로에 대하여 60°회전한 방향으로 지선 도파로를 마련한 경우, 그 지선 도파로의 투과파장대역에는 제1 금제대 영역의 합분파 파장대역이 포함된다. 다만, 이 예에 있어서 간선 도파로와의 이루는 각도가 60°이외이더라도, 지선 도파로가 제1 금제대 영역의 합분파 파장대역을 포함하는 경우도 있다.
본 발명의 포토닉 결정의 동작을 설명한다.
제1 금제대 영역 측으로부터 간선 도파로에, 합분파 파장대역 내의 파장의 광을 포함하는 복수의 파장성분이 중첩한 광을 전파(傳播)시킨다. 이 합분파 파장대역 내의 파장을 가지는 광은, 제1 금제대 영역 내의 간선 도파로는 전파할 수 있지만, 제2 금제대 영역 내의 간선 도파로를 전파할 수가 없다. 그로 인하여, 이 파장의 광은, 양(兩) 금제대 영역의 경계에 있어서 반사된다. 반사된 광은, 그 일부가 제1 금제대 영역의 간선 도파로를 상기 중첩광과는 역(逆)방향으로 전파하지만, 그 이외는 지선 도파로에 도입된다. 여기서, 제1 금제대 영역과 제2 금제대 영역의 경계를 간선 도파로에 대하여 경사지게 형성함으로써, 반사광이 간선 도파로를 역방향으로 전파하는 것을 억제할 수 있다. 이와 같이 함으로써, 합분파 파장대역 내의 파장을 가지는 광을 간선 도파로로부터 소정의 지선 도파로에 분파하는 분파기(分波器)로서 기능한다. 마찬가지로, 이 합분파 파장대역 내의 파장을 가지는 광을 지선 도파로로부터 간선 도파로에 합파하는 합파기(合波器)로서 이용할 수도 있다.
상기와 같은 금제대 영역을 간선 도파로를 따라서 3개 이상, 경사 경계 및 지선 도파로를 ((금제대 영역의 수)－1)개 형성할 수 있다. 이 경우, 각 금제대 영역을 각각 상기 제1 영역으로서 보았을 때에, 그에 대응하는 제2 영역과의 사이에 경사 경계가 형성되고, 그 경사 경계와 간선 도파로의 교점으로부터 지선 도파로가 분기된다. 그와 함께, 각 금제대 영역에서는, 합분파 파장대역 내의 파장의 광이 그 영역의 상류측에 있는 간선 도파로를 전파하여 그 영역에 도달할 수 있도록, 간선 도파로의 상류측에 있는 모든 금제대 영역에 있어서의 간선 도파로의 투과파장대역에, 그 금제대 영역의 간선 도파로의 합분파 파장대역이 포함되도록 한다.
예컨대, 도 1에 나타낸 바와 같이, 금제대 영역(12) 내에 있는 간선 도파로에 투과파장대역(121)을 형성하고, 그보다도 단파장 측으로 시프트하도록 금제대 영역(11) 내에 있는 간선 도파로의 투과파장대역(111)을 형성한다. 그리고, 금제대 영역(11)에서 보아 금제대 영역(12)의 반대측(경사 경계의 반대측)에 있는 금제대 영역(13), 금제대 영역(14), ... 내의 간선 도파로에, 순서대로 장파장 측으로 시프트하도록 투과파장대역(131, 141, ...)을 형성한다. 이로써, 투과파장대역(121)에는 포함되고 투과파장대역(111)에는 포함되지 않는 합분파 파장대역(122)은, 금제대 영역(12, 13, 14, ...) 내의 간선 도파로를 투과할 수는 있지만, 금제대 영역(11) 내의 간선 도파로를 투과할 수가 없으므로, 금제대 영역(11)과 금제대 영역(12)의 경사 경계에 있어서 반사된다. 마찬가지로, 금제대 영역(13, 14, ...) 내의 간선 도파로에 합분파 파장대역(132, 142, ...)이 형성되고, 이들에 포함되는 파장의 광이 금제대 영역(12－13) 사이, 금제대 영역(13－14) 사이, ...의 경사 경계에 있어서 반사된다. 이리하여, 각 금제대 영역에 있어서 각각 소정의 합분파 파장대역의 광을 지선 도파로에 분파할 수 있다.
금제대 영역을 3개 이상 마련한 경우, 상기와 같이, 간선 도파로의 가장 하류측에 있는 금제대 영역에, 그 금제대 영역 내의 간선 도파로에 있어서의 투과파장대역 내의 파장의 광을 통과시키지 않는 블럭 영역을 접속하고, 이 금제대 영역과 블럭 영역의 경계에 대하여 간선 도파로를 경사지게 형성하고, 그 경계와 간선 도파로의 교점으로부터 이 금제대 영역 내로 분기하는 지선 도파로를 마련하는 것이 바람직하다. 이와 같은 블럭 영역은, 이 금제대 영역의 투과파장대역이 포토닉 밴드 갭 내에 포함되게 되는 포토닉 결정에 의하여 구성할 수 있다. 이 구성에 있어서는, 중첩파 또는 상기 소정 파장대역의 광이 지선 도파로로부터 입출력된다. 이러한 지선 도파로를 마련함으로써, 블럭 영역에 인접한 금제대 영역에 있어서도 다른 금제대 영역과 마찬가지로 광을 입출력할 수 있다. 예컨대, 이 지선 도파로와 다른 지선 도파로를 평행하게 형성할 수 있으므로, 모든 입출력부를 포토닉 결정의 동일 측면에 마련할 수 있다.
포토닉 결정 내에 도파로와 점 형상 결함 공진기를 형성한 종래의 파장 합분파기에서는, 공진기의 공진파장 주변의 좁은 파장대역에 있는 광밖에 합파ㆍ분파할 수 없다. 그에 반하여, 본 발명의 포토닉 결정을 이용한 파장 합분파기에서는, 합분파 파장대역 내에 있는 모든 파장의 광이 합파ㆍ분파된다. 따라서, 합파ㆍ분파되는 광의 파장대(波長帶)는, 점 형상 결함 공진기를 이용한 경우보다도 넓은 폭을 가진다. 따라서, LD로부터 발생되는 광의 파장에 설계값으로부터의 편차가 생긴 경우에도, 본 발명의 포토닉 결정 파장 합분파기에서는, 그 편차가 합분파 파장대역 내에 있으면 합파ㆍ분파할 수 있다. 이와 같이 파장의 편차에 대응함으로써, 광통신기기의 코스트를 저감할 수 있게 된다.
다음으로, 지선 도파로 내를 도파하는 광에 대하여 검토한다. 분파할 때에는, 상기 합분파 파장대역 내에 있는 파장의 광이 모두 제2 금제대 영역과의 경계에 있어서 반사되는 것에 더하여, 제2 영역 내의 간선 도파로를 전파할 수 있는 광의 일부도 이 경계에 있어서 반사된다. 그로 인하여, 지선 도파로 내에 원하는 파장대역 이외의 파장의 광이 혼입될 우려가 있다. 이와 같은 파장의 광의 전파를 배제 또는 저감하기 위하여, 지선 도파로를, 상기 합분파 파장대역 내의 소정 파장대역의 광이 전파하고, 간선 도파로를 전파하는 이 합분파 파장대역 외의 소정 파장대역의 광이 전파하지 않도록 구성하는 것이 바람직하다.
그와 같은 지선 도파로는, 예컨대, ⑴ 도파로의 폭을 다른 것으로 함으로써, 투과파장대역이 시프트하거나, 그 폭이 증가 또는 감소하는 것을 이용하여, 지선 도파로의 폭을 적절하게 설정함으로써 형성할 수 있다. 혹은, ⑵ 2차원 포토닉 결정 속의 지선 도파로에 접하도록, 공기보다도 굴절율이 높은 부재(클래드(clad) 부재)를 마련함으로써 일부 파장대역의 광이 결정 외부로 새는 것을 이용하여도 좋다. 이 경우, 클래드 부재는 슬래브의 상하 어느 면에 마련하여도 좋다. 이와 같은 클래드 부재를 마련하는 것에 대하여는, 다나카 요시노리(TANAKA, Yoshinori) 외, 『2차원 포토닉 결정 도파로에 미치는 TM-like 슬래브 모드의 영향』, 제50회 응용물리학관계 연합강연회 강연예고집 제3 분권(2003년), 1129쪽(일본국 사단법인 응용물리학회 발행)에 기재되어 있다. 합분파 파장대역 외의 소정 파장대역의 광이 결정 외부로 새도록 클래드 부재를 마련함으로써, 합분파 파장대역 외의 소정 파장대역의 광이 지선 도파로 내를 전파하지 않도록 할 수 있다. 또한, ⑶ 슬래브 형상의 본체에 이굴절률 영역을 주기적으로 마련한 2차원 포토닉 결정에 있어서, 간선 도파로와 지선 도파로의 접속부 근방에 있는 이굴절률 영역(굴곡부를 마련한 경우에는, 그 근방의 이굴절률 영역이어도 좋다)의 크기, 형상 또는 그 쌍방을 다른 이굴절률 영역의 그것들과는 다른 것으로 하여도, 그 지선 도파로의 투과파장대역을 제어할 수 있다. 또한, ⑷ 소정 각도를 가지고 굴곡하는 형상을 가지는 지선 도파로를 형성하여도 좋다. 이 경우, 굴곡부를 투과하는 파장대역을 좁게 할 수 있다. 이것은 A. Chutinun 외, 피지컬 리뷰 B(Physical Review B), 제62권(2000년), 4488-4491쪽(미국 물리학회 발행)에 기재되어 있다. 또한, ⑷에 있어서 슬래브 형상의 본체에 이굴절률 영역을 주기적으로 마련한 2차원 포토닉 결정을 이용하는 경우에는, 더욱 굴곡부 근방에 있는 이굴절률 영역의 크기, 형상 또는 그 쌍방을 다른 이굴절률 영역의 그것들과는 다른 것으로 함으로써, 보다 적절하게 지선 도파로의 투과파장대역을 제어할 수 있다.
이들 방법에 의하여, 지선 도파로의 투과파장대역을 제어하여 합분파 파장대역 외의 소정 파장대역을 포함하지 않도록 하거나, 그와 같은 소정 파장대역의 광이 결정 외부로 새도록 하거나 함으로써, 그 소정 파장대역의 광이 지선 도파로를 전파하지 않도록 할 수 있다.
본 발명의 포토닉 결정의 지선 도파로 또는 제2 금제대 영역 측의 간선 도파로의 어느 한쪽에 광 송신기를 마련하고, 그 다른 쪽에 광 수신기를 마련함으로써, 광 송수신기가 구성된다. 종래의 광 송수신기와 마찬가지로, 광 송신기에는 LD를, 광 수신기에는 PD를 이용할 수 있다. 광 송신기를 간선 도파로의 상기 위치에, 광 수신기를 지선 도파로에 마련한 경우에는, 합분파 파장대역 내의 파장의 광을 수신용 신호로, 상기 위치에 있어서의 간선 도파로의 투과파장대역 내의 파장의 광을 송신용 신호로 이용한다. 이 경우, 수신용 신호는 경사 경계에 의하여 반사되어서 지선 도파로를 통하여 광 수신기에 수신되고, 송신용 신호는 경사 경계에 의하여 반사되지 않고 광 송신기로부터 외부에 송신된다. 이와는 반대로, 광 수신기를 간선 도파로에, 광 송신기를 지선 도파로에 마련한 경우에는, 송신용과 수신용 파장대역을 상기와는 정반대로 하면 된다.
도 1은, 본 발명에 있어서 각 금제대 영역 내의 도파로에 형성되는 투과파장대역의 일례를 나타낸 도면.
도 2는, 본 발명에 관련된 2차원 포토닉 결정의 제1 실시예를 나타낸 평면도.
도 3은, 본 실시예의 2차원 포토닉 결정의 도파로 투과파장대역을 나타낸 도면.
도 4는, 본 실시예의 2차원 포토닉 결정의 ⒜ 분파기, 및 ⒝ 합파기로서의 기능을 나타낸 평면도.
도 5는, ⒜ 본 실시예, 및 ⒝ 종래의 2차원 포토닉 결정에 있어서 합파ㆍ분파되는 광의 파장대역을 나타낸 도면.
도 6은, 본 실시예의 2차원 포토닉 결정의 지선 도파로 하부에 클래드(clad) 부재를 마련한 예를 나타낸 평면도.
도 7은, 클래드 부재의 유무에 의한 라이트 라인(light line)의 변화를 나타낸 그래프.
도 8은, 본 실시예의 2차원 포토닉 결정의, 간선 도파로와 지선 도파로의 접속부 근방에 있는 빈구멍의 직경을 조절하는 예를 나타낸 평면도.
도 9는, 본 실시예의 2차원 포토닉 결정의 지선 도파로에 굴곡부를 마련한 예를 나타낸 평면도.
도 10은, 제1 실시예의 변형예를 나타낸 평면도.
도 11은, 제1 실시예의 변형예를 나타낸 평면도.
도 12는, 제1 실시예의 변형예를 나타낸 평면도.
도 13은, 본 발명에 관련된 2차원 포토닉 결정의 제2 실시예를 나타낸 평면도.
도 14는, 제2 실시예의 변형예를 나타낸 평면도.
도 15는, 본 발명에 관련된 2차원 포토닉 결정을 이용한 광 송수신기의 일실시예를 나타낸 평면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
11, 12, 13, 14, 211, 212, 411, 412, 413 : 금제대(禁制帶; forbidden band) 영역
111, 121, 131, 141, 311, 312 : 투과파장대역
122, 132, 142, 32 : 합분파(合分波) 파장대역
21 : 본체
221, 222, 421, 422, 423 : 빈구멍(空孔)
23, 432, 433 : 경계
24, 44 : 간선 도파로(trunk waveguide)
25, 452, 453 : 지선 도파로(branch waveguide)
46 : 블럭 영역
51 : LD
52 : PD
53 : 광화이버
611, 612 : 도파(導波) 모드
62 : 공기의 라이트 라인(light line)
63 : SiO2의 라이트 라인
본 발명에 관련된 헤테로(hetero) 구조를 가지는 포토닉 결정의 제1 실시예를, 도 2의 평면도를 이용하여 설명한다. 본체(21)는 슬래브 형태의 형상을 가지고, 예컨대 Si나 GaAs 등의 재료로 이루어진다. 본체(21)는 2개의 금제대(禁制帶; forbidden band) 영역(211 및 212)으로 나뉜다. 이들 2개의 금제대 영역(211 및 212)에 각각, 반지름 r1 및 r2 (r1＜r2)의 원주(圓柱) 형상(도 2에서는 원형(圓形)으 로 표현한다)의 빈구멍(221 및 222)을 삼각격자 형상으로 주기적으로 배치한다. 삼각격자의 주기는, 금제대 영역(211)에서는 a1으로 하고, 금제대 영역(212)에서는 a2(a1＜a2)로 한다. 이와 같이 빈구멍을 주기적으로 배치함으로써, 금제대 영역마다, 주기에 따른 파장대역의 PBG가 형성된다. 본 실시예에서는 빈구멍의 반지름의 비(r1:r2)와 삼각격자의 주기의 비(a1:a2)를 같게 한다.
금제대 영역(211과 212)의 경계(23)는, 삼각격자의 세 변 중 하나의 변에 평행하게 형성한다. 경계(23)에는 그것을 형성하기 위하여 어떠한 부재를 마련할 필요는 없고, 빈구멍의 주기 및/또는 크기를 경계(23)의 양측에서 다른 것으로 하는 것만으로 좋다.
삼각격자의 세 변 방향 중 경계(23)의 방향과는 다른 방향에, 빈구멍(221 및 222)을 선(線) 형상으로 결손시킴으로써, 양(兩) 금제대 영역(211 및 212)을 통과하는 간선 도파로(24)를 마련한다. 이와 같이 형성된 간선 도파로(24)는, 경계(23)로부터 60°경사진 방향을 향한다.
경계(23)와 간선 도파로(24)의 교점으로부터, 삼각격자의 세 변 방향 중 경계(23) 및 간선 도파로(24)의 방향과는 다른 방향으로, 빈구멍(222)을 선 형상으로 결손시킴으로써 지선 도파로(25)를 금제대 영역(212) 내에 마련한다. 따라서, 지선 도파로(25)는 간선 도파로에 60°각도로 교차하는 방향으로 형성된다.
본 실시예의 2차원 포토닉 결정을 파장 합분파기로서 이용한 경우의 동작을 설명한다. 이 파장 합분파기의 분파기로서의 기능은, 금제대 영역(212)의 단부(端 部)측(도 2의 부호 262 측)으로부터 경계(23)를 향하여 다양한 파장의 중첩파(重疊波)를 간선 도파로(24)에 입력하여, 각각 다른 파장대역의 광을 간선 도파로(24)의 금제대 영역(211)의 단부측(부호 261 측), 및 지선 도파로(25)(부호 263 측)로 분파하는 것이다.
여기서, 간선 도파로(24) 및 지선 도파로(25)의 투과파장대역을 검토한다. 우선, 본 실시예와 같이 r1:r2와 a1:a2을 같게, 또한 1보다도 작게 한 경우, 금제대 영역(211) 내의 간선 도파로(24)의 투과파장대역(311)은, 도 3에 나타낸 바와 같이 금제대 영역(212)의 투과파장대역(312)보다도 단파장 측으로 시프트한다. 따라서, 투과파장대역(312) 내의 장파장 측에는, 투과파장대역(311)에 포함되지 않는 합분파 파장대역(32)이 형성된다. 한편, 지선 도파로(25)는, 금제대 영역(212) 내의 간선 도파로(24)와 마찬가지의 주기(周期)구조의 혼란(disorder)을 가지므로, 이 금제대 영역(212) 내의 간선 도파로(24)와 동일한 투과파장대역을 가진다.
간선 도파로(24) 속을 전파하는 중첩파 중 합분파 파장대역(32) 내의 파장을 가지는 광(이하, 「광 2」라고 한다)은 투과파장대역(311)에 포함되지 않으므로, 금제대 영역(211) 내의 간선 도파로(24)를 전파할 수 없다. 그로 인하여, 광 2는 경계(23)에 있어서 반사된다. 반사된 광 2는, 일부는 입력측(금제대 영역(212) 측)의 간선 도파로(24)로 되돌아가지만, 대부분은 지선 도파로(25)에 도입된다.
한편, 간선 도파로(24) 속을 전파하는 중첩파 중 투과파장대역(311 및 312)의 쌍방에 포함되는 파장대역(33) 내의 파장을 가지는 광(「광 1」이라고 한다)은, 경계(23)를 통과하여 간선 도파로(24)의 금제대 영역(211) 측으로부터 취출(取出)된다.
이상과 같이, 광 1은 간선 도파로(24)의 금제대 영역(211) 측으로, 광 2는 지선 도파로(25) 측으로, 각각 분파된다(도 4⒜). 그에 반하여, 광 1을 간선 도파로(24)의 금제대 영역(211) 측으로부터 도입하고, 광 2를 지선 도파로(25)로부터 도입하면, 이들 광은 합파(合波)되어서 간선 도파로(24)의 금제대 영역(212) 측으로부터 취출된다(도 4⒝).
본 실시예에서는, 도 5⒜에 나타낸 바와 같이, 어느 정도 폭을 가진 파장대역의 광이 합파ㆍ분파된다. 그에 반하여 특허문헌 1이나 특허문헌 2 등에 기재된 파장 합분파기에서는, 빈구멍을 점 형상으로 결함시켜서 이루어지는 공진기를 이용함으로써, 도 5⒝에 나타낸 바와 같이, 공진기에 있어서의 공진파장(λ1, λ2,...) 근방의 로렌츠(Lorenz) 분포로 표현되는 좁은 파장영역의 광만이 합파ㆍ분파된다. 그로 인하여, 공진기를 이용한 경우에는, 합파ㆍ분파하고자 하는 광의 파장이 공진파장에서 어긋나면 합파ㆍ분파되지 않게 되거나, 또는 합파ㆍ분파되는 광의 강도가 저하되는 것에 반하여, 본 실시예에서는 광의 파장에 어느 정도의 어긋남이 생겨도 합파ㆍ분파할 수 있다.
경계(23)가 존재함으로써, 지선 도파로(25)에는 광 2 뿐만 아니라, 간선 도파로(24) 내의 광 1의 일부가 혼입한다. 이 혼입을 억제하기 위하여, 이하의 도 6, 도 8, 또는 도 9에 나타낸 구성으로 하는 것이 바람직하다.
도 6은, 지선 도파로(25)의 하부에 공기보다도 굴절율이 높은 재료로 이루어지는 클래드 부재(27)를 마련한 것이다. 예컨대 본체(21)가 Si로 이루어지는 경우에는, 시판되는 SOI(silicon on insulator)기판으로부터 본체와 클래드 부재를 일체로 하여 형성할 수 있는 점에서, 클래드 부재(27)의 재료로는 SiO2를 이용하는 것이 바람직하다. 다만, 여기서는 클래드 부재(27)를 지선 도파로(25)의 하부에 마련했지만, 이를 지선 도파로(25)의 상부에 마련하여도 좋다.
이와 같은 클래드 부재(27)를 마련함으로써 얻어지는 효과를, 도 7을 이용하여 설명한다. 금제대 영역(211) 내의 간선 도파로에는 도파 모드(611) 중 라이트 라인(62)보다도 저(低)주파수(장파장) 측의 주파수영역(641)의 광이 전파한다. 한편, 금제대 영역(212) 내의 간선 도파로 및 지선 도파로(25)에는 도파 모드(612) 중 라이트 라인(62)보다도 저주파수 측의 주파수영역(642)의 광이 전파한다. 여기서, 라이트 라인은, 그보다도 고주파수(단파장) 측의 광은 본체의 면(面) 밖으로 누출되어 버려서 도파로를 전파할 수 없는 것을 나타내는 것이고, 각진동수(角振動數)(ω), 파수(波數)(k), 광속(c), 및 슬래브의 면이 접하는 부재의 굴절율(n)에 대하여,
Figure 112006067053506-PCT00001
의 관계를 만족하는 직선이다. 라이트 라인(62)은 수학식 1의 n을 공기의 굴절율인 1로 한 것이다. 상기 광 1의 주파수영역은 주파수영역(641)이고, 광 2의 주 파수영역(643)은 주파수영역(642) 중 주파수영역(641)에 포함되지 않는 부분이다. 그리고, 주파수영역(641) 내의 광의 일부가 지선 도파로(25)에 혼입한다. 굴절율이 1.45인 SiO2로 이루어지는 클래드 부재(27)를 지선 도파로(25)에 마련함으로써, 지선 도파로(25)의 라이트 라인은 클래드 부재(27)가 없는 경우의 라이트 라인(62)보다도 저주파수(장파장) 측(도면 중 부호 63)으로 이동한다. 따라서, 수학식 1의 n이 1.45가 되므로, 지선 도파로(25) 내에 일부 혼입한 광 1 중 라이트 라인(63)보다도 고주파수 측의 영역(65) 내의 광은 본체의 면 밖으로 누출된다. 그로 인하여, 지선 도파로(25)의 단부(端部)(부호 263 측)로부터 취출되는 광에 광 1이 혼입하는 것을 억제할 수 있다. 다만, 도 7에서는, a1＝0.40㎛, a2＝0.41㎛, r1＝0.29a1=116㎚, r2＝0.29a2＝119㎚, 2개의 금제대 영역의 경계부 거리를 0.405㎛(＝(a1＋a2)/2), 그리고, 금제대 영역(211) 내의 간선 도파로(24)의 폭을 0.69㎛, 금제대 영역(212) 내의 간선 도파로(24) 및 지선 도파로(25)의 폭을 0.71㎛로 하여 계산한 결과를 나타내고 있다.
도 8에, 간선 도파로와 지선 도파로의 접속부 근방에, 다른 빈구멍과는 직경이 다른 빈구멍(223)을 마련한 경우의 예를 나타낸다. 이 빈구멍(223)의 직경을 작게 함으로써, 지선 도파로(25)의 투과파장대역 중 고주파수 측에 있는 광의 투과율을 억제할 수 있다. 이로써, 광 2보다도 주파수가 높은 광 1이 지선 도파로(25) 속에 혼입하는 것을 억제할 수 있다.
도 9에, 지선 도파로(25)에 굴곡부(27)를 마련한 예를 나타낸다. 이 구성에 서는, 지선 도파로(25)가 굴곡부(27)에 있어서 60°경사진 방향으로 굴곡되어 있다. 이 경우, 지선 도파로(25)의 투과파장대역 중 고주파수 측에 있는 광의 투과율이, 굴곡부를 마련하지 않는 경우보다도 저하된다(상기 A. Chutinun 외, 피지컬 리뷰 B(Physical Review B), 제62권(2000년), 4490쪽 참조). 이로써, 광 2보다도 주파수가 높은 광 1이 지선 도파로(25) 속에 혼입하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 굴곡부(27)에 접하는 빈구멍(224)의 직경을 작게 함으로써, 광 1의 지선 도파로(25) 속으로의 혼입을 더욱 억제할 수 있다.
간선 도파로에 대한 경계 및 지선 도파로의 각도는 도 2의 예에는 한정되지 않는다. 예컨대, 도 10에 나타낸 바와 같이, 간선 도파로(24)에 ⒜ 90°혹은 ⒝ 30°의 각도로 교차하도록 지선 도파로(25)을 형성할 수 있다. 또한, 도 11에 나타낸 바와 같이, 경계(23)를 간선 도파로(24)에 대하여 30°각도로 교차하도록 형성할 수도 있다. 더욱이, 상기 각 실시예에서는 설계의 용이함의 관점에서 r1:r2과 a1:a2를 같게 하고 있지만, 이 양자의 비율은 다른 것이어도 좋다. 예컨대, 도 12에 나타낸 바와 같이, a1＝a2＝a로 하고 빈구멍의 직경r1, r2만을 금제대 영역마다 다르게 하여도 좋다.
본 발명에 관련된 헤테로 구조를 가지는 포토닉 결정의 제2 실시예를 도 13에 나타낸다. 이 포토닉 결정은, 본체(41) 상에 금제대 영역을 직렬로 3개 이상(금제대 영역(411, 412, 413, ...)) 마련한 것이고, 각각 인접하는 금제대 영역 간에 경계(432, 433, ...)가 형성된다. 각 금제대 영역의 빈구멍(421, 422, 423, ...) 은, 주기(a1, a2, a3,...), 직경(r1, r2, r3,...)으로 형성된다. 이들의 값은 a1＜a2＜a3＜..., r1＜r2＜r3＜..., 및 a1:a2:a3:...＝r1:r2:r3:...의 관계를 가진다. 그리고, 모든 금제대 영역을 통과하고, 모든 경계(432, 433, ...)와 경사지게 교차하는 간선 도파로(44), 및, 경계(432, 433, ...)와 간선 도파로(44)의 교점으로부터 뻗는 지선 도파로(452, 453, ...)가 형성된다.
제2 실시예의 포토닉 결정을 파장 합분파기에 이용한 경우, 각 간선 도파로(452, 453, ...)가 속하는 금제대 영역 및 그보다도 빈구멍의 주기ㆍ직경이 큰 쪽의 모든 금제대 영역 내의 간선 도파로(44)의 투과파장대역에 포함되고, 그보다도 빈구멍의 주기ㆍ직경이 작은 쪽의 금제대 영역 내의 간선 도파로(44)의 투과파장대역에 포함되지 않는 파장대의 광이, 경계(432, 433, ...)에 반사되어, 그 지선 도파로(452, 453, ...)에 도입된다. 또한, 모든 금제대 영역의 투과파장대역에 포함되는 파장의 광은 간선 도파로(44)의 금제대 영역(411) 측으로부터 취출된다. 이로써, 각각 다른 파장대의 광이 분파되어, 간선 도파로(44)의 금제대 영역(411) 측 및 각 간선 도파로로 분파된다. 또한, 각 파장의 광을 역방향으로 도입하면, 이 포토닉 결정은 합파기로서 기능한다.
도 14에, 제2 실시예의 변형예를 나타낸다. 이 구성은, 도 13의 금제대 영역(411)에 인접하여, 간선 도파로를 형성하지 않는 2차원 포토닉 결정(블럭 영역)(46)을 마련한 것이다. 이 블럭 영역(46)은, 그 포토닉 밴드 갭에 금제대 영역(411)에 있어서의 간선 도파로(44)의 투과파장대역이 포함되도록 주기 구조가 형성된다. 금제대 영역(411)과 블럭 영역(46)의 경계(431)는, 간선 도파로(44)에 대 하여 경사지게 형성한다. 또한, 금제대 영역(411)에도 다른 금제대 영역과 마찬가지로 지선 도파로(451)를 형성한다. 상기 도 13의 구성에서는 금제대 영역(411)에 있어서는 간선 도파로(44)로부터 광이 입출력되는 것에 반하여, 도 14의 구성에서는, 금제대 영역(411)에 있어서의 입출력광도 다른 금제대 영역과 마찬가지로 지선 도파로로부터 입출력된다. 그로 인하여, 모든 입출력광을 같은 방향으로부터 입출력할 수 있다.
제1 실시예의 포토닉 결정을 이용한 광 송수신기에 대하여 도 15를 이용하여 설명한다. 금제대 영역(211) 측의 간선 도파로(24)에 LD(51)를, 지선 도파로(25)에 PD(52)를 마련한다. 또한, 금제대 영역(212) 측의 간선 도파로(24)에 광화이버(53)를 접속한다. LD(51) 및 PD(52)는 일반가정 등에 설치되는 통신기기에 접속되고, 광화이버(53)는 광통신회선에 접속된다. 통신기기로부터 출력되는 전기신호는 LD(51)에 의하여 소정 파장의 광신호로 변환되어, 광통신회선에 송신된다. 또한, 광통신회선으로부터 수신한 광신호는 PD(52)에 의하여 전기신호로 변환되어, 통신기기에 입력된다. 본 실시예에서는, LD(51) 측(통신기기로부터 광통신회선으로의 송신측)에서 상기 광 1의 파장대역을, PD(52) 측(광통신회선으로부터 통신기기로의 수신측)에서 상기 광 2의 파장대역을 사용함으로써, 송신신호와 수신신호를 파장 분리하여 사용할 수 있다. 이 경우, 광 1의 파장대역이 일정한 폭을 가지므로, LD(51)의 발진 파장에 다소나마 편차가 있더라도 송수신에 영향을 미치지 않는다. 다만, LD(51)와 PD(52)의 위치, 및 LD(51) 및 PD(52)로써 사용하는 광의 파장대역을, 상기의 것과는 바꿔 넣더라도 광 송수신기를 구성할 수 있다.

Claims (15)

  1. ⒜ 서로 인접하는 제1 금제대(禁制帶; forbidden band) 영역 및 제2 금제대 영역과,
    ⒝ 양(兩) 금제대 영역의 경계를 경사지게 통과하는 도파로(導波路)로서, 제1 금제대 영역에 있어서의 투과파장대역의 일부인 합분파(合分波) 파장대역이 제2 금제대 영역에 있어서의 투과파장대역 밖에 있도록 설정되어 있는 간선 도파로(trunk waveguide)와,
    ⒞ 간선 도파로의 상기 경계와의 교점(交點)으로부터 제1 금제대 영역 내로 분기(分岐)하는 도파로로서, 그 투과파장대역이 상기 합분파 파장대역을 포함하도록 설정되어 있는 지선 도파로(branch waveguide)를 구비하는 것을 특징으로 하는 헤테로(hetero) 구조를 가지는 포토닉 결정.
  2. 청구항 1에 있어서,
    간선 도파로를 따라서 복수의 금제대 영역을 직렬로 마련하고, 각 금제대 영역의 합분파 파장대역이, 금제대 영역 간의 경계와 간선 도파로의 교점으로부터 지선 도파로가 분기하는 측(側)으로서 정의되는 상류측에 있는 모든 금제대 영역에 있어서의 간선 도파로의 투과파장대역에 포함되도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 헤테로 구조를 가지는 포토닉 결정.
  3. 청구항 2에 있어서,
    가장 하류 측의 금제대 영역에, 이 금제대 영역의 간선 도파로의 투과파장대역의 광을 차단하는 블럭 영역을 접속하고, 이 금제대 영역과 블럭 영역의 경계를 간선 도파로에 대하여 경사지게 형성함과 함께, 이 경계와 간선 도파로의 교점으로부터 이 금제대 영역 내로 분기하는 지선 도파로를 마련한 것을 특징으로 하는 헤테로 구조를 가지는 포토닉 결정.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 금제대 영역이 슬래브 형상의 본체에 이 본체와는 굴절율이 다른 영역을 주기적으로 마련한 2차원 포토닉 결정에 의하여 구성되는 것을 특징으로 하는 헤테로 구조를 가지는 포토닉 결정.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 간선 도파로가 상기 이굴절률(異屈折率) 영역의 결함을 선(線) 형상으로 마련함으로써 형성된 것이고, 이 이굴절률 영역의 주기가 상기 금제대 영역마다 다른 것을 특징으로 하는 헤테로 구조를 가지는 포토닉 결정.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 간선 도파로가 상기 이굴절률 영역의 결함을 선 형상으로 마련함으로써 형성된 것이고, 이 이굴절률 영역의 형상 또는 크기가 상기 금제대 영역마다 다른 것을 특징으로 하는 헤테로 구조를 가지는 포토닉 결정.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 이굴절률 영역이 공기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 헤테로 구조를 가지는 포토닉 결정.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 지선 도파로를, 상기 합분파 파장대역 내의 광이 전파(傳播)하고, 간선 도파로를 전파하는 이 합분파 파장대역 외의 소정 파장대역의 광이 전파하지 않도록 구성하는 것을 특징으로 하는 헤테로 구조를 가지는 포토닉 결정.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 합분파 파장대역 내의 광이 전파하고, 간선 도파로를 전파하는 이 합분파 파장대역 외의 소정 파장대역의 광이 전파하지 않도록, 상기 지선 도파로의 폭을 설정한 것을 특징으로 하는 헤테로 구조를 가지는 포토닉 결정.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 금제대 영역이 슬래브 형상의 본체를 가지는 2차원 포토닉 결정에 의하여 구성되고, 상기 간선 도파로에 접하는 클래드 부재를 마련한 것을 특징으로 하는 헤테로 구조를 가지는 포토닉 결정.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 지선 도파로에 굴곡부를 마련한 것을 특징으로 하는 헤테로 구조를 가지는 포토닉 결정.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 금제대 영역이 슬래브 형상의 본체에 이 본체와는 굴절율이 다른 영역을 주기적으로 마련하여 이루어지는 2차원 포토닉 결정에 의하여 구성되고, 상기 굴곡부 근방에 있는 이굴절률 영역의 크기 및/ 또는 형상을 다른 이굴절률 영역의 그것들과는 다른 것으로 하는 것을 특징으로 하는 헤테로 구조를 가지는 포토닉 결정.
  13. 청구항 8에 있어서,
    상기 금제대 영역이 슬래브 형상의 본체에 이 본체와는 굴절율이 다른 영역을 주기적으로 마련하여 이루어지는 2차원 포토닉 결정에 의하여 구성되고, 상기 간선 도파로와 상기 지선 도파로의 접속부 근방에 있는 이굴절률 영역의 크기 및/ 또는 형상을 다른 이굴절률 영역의 그것들과는 다른 것으로 하는 것을 특징으로 하는 헤테로 구조를 가지는 포토닉 결정.
  14. 청구항 1에 기재된 포토닉 결정의 간선 도파로를 입력 도파로로 하고 지선 도파로를 출력 도파로로 하는 광 분파기(分波器; demultiplexer), 및, 지선 도파로를 입력 도파로로 하고 간선 도파로를 출력 도파로로 하는 광 합파기(合波器; multiplexer)로서 기능하는 것을 특징으로 하는 광 합분파기(合分波器; multiplexer/demultiplexer).
  15. 청구항 1에 기재된 포토닉 결정과, 지선 도파로 또는 제2 금제대 영역 측의 간선 도파로 중 어느 한쪽에 마련한 광 송신기(送信器)와, 그 다른쪽에 마련한 광 수신기(受信器)를 구비하는 것을 특징으로 하는 광 송수신기(送受信器).
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