WO2004081627A1 - フォトニック結晶光導波路への光入射方法およびその構造 - Google Patents

フォトニック結晶光導波路への光入射方法およびその構造 Download PDF

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Akiko Gomyo
Jyun Ushida
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    • G02B6/1225—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths comprising photonic band-gap structures or photonic lattices

Definitions

  • the present invention relates to a technique for injecting light into a photonic crystal, and more particularly to a method for efficiently injecting light into an optical waveguide formed inside the photonic crystal and a specific structure thereof.
  • a photonic crystal periodically arranges two or more substances with different refractive indices in one, two, or three dimensions on the order of the wavelength of light (usually 0.3 to 0.7 ⁇ ). It is something.
  • This photonic crystal has a strong light confinement effect due to the photonic bandgap, and is expected to be applied to various optical elements and micro-optical circuits using this light confinement effect. It is also known that an optical waveguide can be formed inside a photonic crystal by introducing a linear defect into the photonic crystal.
  • Non-Patent Document 1 M. Tokushima et al., Electronics Letters, 2001, Vol. 37, No. 24
  • the transmission loss was as large as 40 to 50 dB. .
  • An object of the present invention is to provide a method for efficiently injecting light into a photonic crystal or an optical waveguide formed inside the photonic crystal, and to provide a specific structure therefor.
  • the photonic crystal in a photonic crystal obtained by periodically arranging two or more kinds of substances having different refractive indices one-dimensionally, two-dimensionally, or three-dimensionally, the photonic crystal It has a structure (waveguide) that can guide light inside, in order to make light incident on the waveguide with high efficiency from the outside
  • the photonic crystal in a photonic crystal obtained by periodically arranging two or more kinds of substances having different refractive indexes in one-dimensional, two-dimensional, or three-dimensional manner, the photonic crystal It has a structure capable of guiding light inside (waveguide), and light inside the optical waveguide formed inside the photonic crystal in order to make light incident on the waveguide from outside with high efficiency. And the wave number vector of the incident light outside the photonic crystal can be made to coincide with the wave number vector of the photonic crystal optical waveguide.
  • the photonic crystal in a photonic crystal obtained by periodically arranging two or more kinds of substances having different refractive indices one-dimensionally, two-dimensionally, or three-dimensionally, the photonic crystal It has a structure capable of guiding light inside (waveguide), and light inside the optical waveguide formed inside the photonic crystal in order to make light incident on the waveguide from outside with high efficiency.
  • a method of injecting light into a photonic crystal optical waveguide characterized in that the ratio of the electric field and the magnetic field intensity of the optical waveguide and the ratio of the electric field and the magnetic field intensity of the incident light outside the photonic crystal match.
  • the photonic crystal light guide according to the third aspect.
  • the ratio of the electric field to the magnetic field intensity of the light at the incident end face of the optical waveguide formed inside the photonic crystal, and the intensity of the electric field and the magnetic field of the incident light outside the photonic crystal can be obtained.
  • the light incident end face of the optical waveguide formed inside the photonic crystal is The distribution shape of the ratio between the intensity of the electric field and the intensity of the magnetic field of the light and the distribution shape of the ratio of the intensity of the electric field and the intensity of the magnetic field of the incident light outside the photonic crystal are matched with each other.
  • the method of light incidence can be obtained.
  • the light incident on the light incident end face of the optical waveguide formed inside the photonic crystal is provided.
  • the ratio between the electric field and the magnetic field strength of the incident light outside the photonic crystal matches when the ratio of the electric field and the magnetic field strength is 1 or less, as a value normalized by the electric field and the magnetic field strength ratio in a vacuum.
  • a method of making light incident on the photonic crystal optical waveguide can be obtained.
  • the first phantom of the photonic band in the dispersion curve of the photonic crystal is used.
  • the method of making light incident on the photonic crystal optical waveguide is characterized in that the ratio of the intensity of the electric field to the intensity of the magnetic field of the incident light outside the photonic crystal is matched.
  • the waveguide at the incident end face of the optical waveguide formed inside the photonic crystal is provided. A method of making light incident on a photonic crystal optical waveguide characterized by matching the light intensity distribution of a mode with the light intensity distribution of incident light outside the photonic crystal can be obtained.
  • a linear defect is introduced into a photonic crystal as a highly efficient light incident structure on a photonic crystal optical waveguide that realizes the method according to the first to fifth aspects.
  • a linear optical waveguide formed by the method described above is joined to a channel waveguide made of the same material as the line defect portion. It is possible to obtain a structure in which light enters the nick crystal optical waveguide.
  • a linear defect is introduced into a photonic crystal as a highly efficient light incident structure on a photonic crystal optical waveguide for realizing the method according to the first to fifth and eighth aspects.
  • the line-shaped optical waveguide formed as described above is joined to a channel waveguide made of the same material as the line-defect portion, and further, a junction portion between the channel waveguide and the photonic crystal line-defect optical waveguide,
  • a light incident structure on a photonic crystal optical waveguide characterized by having a channel waveguide provided with a junction structure satisfying the conditions defined in the first to fifth and eighth aspects can be obtained. .
  • a linear defect is introduced into a photonic crystal as a highly efficient light incident structure to a photonic crystal optical waveguide for realizing the method according to the first to fifth and eighth aspects.
  • a channel waveguide made of the same material as that of the line defect portion.
  • the line defect optical waveguide is formed at the junction between the channel waveguide and the photonic crystal line defect optical waveguide.
  • the photonic crystal according to the first aspect characterized in that the photonic crystal has a channel waveguide provided with a junction structure formed of a material having a different refractive index from both the channel waveguide and the photonic crystal. It is possible to obtain a structure in which light enters the optical waveguide.
  • a linear defect is formed inside the photonic crystal.
  • a channel waveguide made of the same material as that of the line defect portion is bonded to the channel waveguide and a photonic crystal line defect optical waveguide.
  • a light incidence structure to a photonic crystal optical waveguide is provided, which has a channel waveguide provided in a wedge shape. Can be.
  • Figure 1 illustrates the concept of wave number matching between the photonic crystal optical waveguide and the outside FIG.
  • FIG. 2 is a diagram showing a state of wave number matching on a photonic band diagram.
  • FIG. 3 is a diagram showing a photonic crystal optical waveguide interface.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a method of making the ratio of the electric field and the magnetic field equal between the photonic crystal optical waveguide and the outside.
  • FIG. 5 is a diagram showing the results of FDTD calculation of the distribution of the ratio of the electric field and the magnetic field.
  • FIG. 6 is a diagram showing a calculation result of a distribution of a ratio of an electric field and a magnetic field of a photonic crystal by a plane expansion method.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining a method of matching the distribution of the ratio of electric field and magnetic field between the photonic crystal optical waveguide and the outside.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining a method for matching the light intensity distribution between the photonic crystal optical waveguide and the outside.
  • FIG. 9 is a diagram showing an interface structure between the photonic crystal optical waveguide and the outside.
  • FIG. 10 is a diagram showing an interface structure between a photonic crystal optical waveguide having a wedge shape and the outside.
  • FIG. 11 is a diagram showing the coupling efficiency with a photonic crystal optical waveguide.
  • FIG. 12 is a diagram showing the results of FDTD calculation of the distribution of the ratio of the electric field to the magnetic field at the junction between the tonic crystal optical waveguide and the outside.
  • Figure 1 shows a conceptual diagram of the method.
  • the light incidence efficiency increases only when the light wave number in the optical waveguide formed inside the photonic crystal and the wave number of the incident light from the outside match. That is, as shown in Fig.
  • the wave number kl of the guided mode of the optical waveguide in the photonic crystal and the wave number kO of the incident light outside the photonic crystal are made to match the wave number k on the photonic band diagram (wave number (Matching), the incidence efficiency increases.
  • the vertical axis represents the frequency ⁇
  • the horizontal axis represents the wave number k.
  • the wave number of light is equivalent to the momentum in terms of the equation of motion. That is, passing the wave number k from the medium 1 to the medium 2 without change is equivalent to a case where a certain substance tries to pass from the medium 1 to the medium 2 and can pass with the momentum preserved. If the momentum is preserved, the substance can pass from the medium 1 to the medium 2 without changing the speed or the traveling direction of the substance.
  • the material constituting the optical waveguide portion in the photonic crystal is Si, which has a large refractive index, and when light is incident from air or vacuum, the wave numbers on the photonic band diagram should match.
  • the refractive index of the medium that allows light to enter the photonic crystal is set to be equal to the refractive index of the material constituting the optical waveguide portion in the photonic crystal.
  • Figure 3 illustrates this method. In other words, instead of directing light from the air into the photonic crystal optical waveguide, at least an intermediate optical waveguide (for example, Si) made of a material (for example, Si) having a small refractive index difference from the optical waveguide portion in the photonic crystal.
  • Figure 4 illustrates this method. Match the ratio of the electric field to the magnetic field (Ex / Hy) of the waveguide mode light of the optical waveguide in the photonic crystal and the ratio of the electric field to the magnetic field (Ex / Hy) of the incident light outside the photonic crystal. .
  • This method is basically the same as the impedance matching often used in electric circuits.
  • the impedance is defined by the ratio of voltage to current (V / I), whereas in optical waveguides, it is defined by the ratio of electric field to magnetic field (E / H). The points are different.
  • the ratio of the electric field and the magnetic field strength of the guided mode at a specific frequency in the Si channel optical waveguide is constant regardless of the location, but the electric field and the magnetic field of the guided mode in the photonic crystal optical waveguide are constant. It is shown that the intensity ratio greatly varies depending on the position of the cut surface of the photonic crystal.
  • the cut surface of the photonic crystal is a surface equivalent to A
  • the ratio of the electric field to the magnetic field strength is large at the center of the cross section of the optical waveguide, but the cut surface is In the case of a plane equivalent to B, it becomes larger at both ends of the optical waveguide section. Therefore, when joining both a Si channel optical waveguide and a photonic crystal optical waveguide, it is important to join them so that the ratio between the electric field and the magnetic field strengths at the junction is the same to maximize the coupling efficiency. It becomes.
  • the intensity ratio between the electric field and the magnetic field of the photonic crystal optical waveguide is a positive value and is 1 or more. It is desirable to be below. This is for the following reasons.
  • Non-Patent Document 2 Appl. Phys. Lett. 82, pp. 7-9 (2003) by J. Ushida et al.
  • the reflectance of an arbitrary one-dimensional photonic crystal is analytically derived.
  • the reciprocal of the intensity ratio between the electric field and the magnetic field on the surface of the photonic crystal normalized by the intensity ratio between the electric field and the magnetic field in a vacuum, may correspond to the refractive index when considering the Fresnel reflection of the photonic crystal. Understand.
  • the anti-reflection coating on the photonic crystal is possible whenever the value is greater than 1.
  • the possibility of anti-reflection coating means that the coupling loss of light to the photonic crystal can be reduced to zero in principle.
  • the force is smaller than S1
  • there is no medium that has a refractive index of less than 1 in a vacuum and it is very unlikely that the incident loss of light would be zero in such a case.
  • FIG. 6 shows the electric and magnetic field strengths at a cross section of the photonic crystal.
  • ⁇ is 1 or less
  • FIG. A method in which the distribution of the intensity ratio of the electric field and the magnetic field at the junction of the photonic crystal optical waveguide is described.
  • the ratio between the electric field and the magnetic field strength at the junction end face of the photonic crystal optical waveguide between different waveguides coincides with each other. Furthermore, if the distributions of the electric field and the magnetic field intensity at the junction end face of the photonic crystal optical waveguide are matched, the ratio of the electric field and the magnetic field intensity at the junction interface will be the same at any part of the junction cross section. Can be further reduced.
  • a method according to a fifth embodiment of the present invention will be described.
  • the right side of Fig. 6 shows a photo of the ratio of the electric field to the magnetic field intensity from the first to the higher order band of the photo Yuk band for the band A of the coupling mode where the light is coupled to the optical waveguide.
  • FIG. 4 is a diagram showing a distribution in a nick crystal cross section. 4th and 5th bread
  • the distribution of the electric and magnetic fields varies greatly in the plane of the optical waveguide, but the distribution is relatively small in the first and second bands.
  • the optical waveguide modes formed in the photonic crystal band in the optical waveguide modes accompanying the band near higher-order bands such as the fourth and fifth bands, the strengths of the electric field and the magnetic field in the plane of the optical waveguide
  • the distribution of the electric and magnetic field in the plane of the optical waveguide changes relatively slowly and becomes small. There are various frequencies.
  • the waveguide mode of the optical waveguide in the photonic crystal existing from the first band to the vicinity of the second band of the photonic crystal, the intensity ratio of the electric field and the magnetic field to the Si channel optical waveguide can be reduced.
  • the distribution can be matched.
  • the light intensity distribution of the guided mode of the optical waveguide formed inside the photonic crystal and the light intensity distribution of the incident light outside the photonic crystal as the sixth embodiment of the present invention are matched.
  • the method will be described.
  • Fig. 8 shows this state.
  • This structure is effective when the electric field distribution of the waveguide mode of the optical waveguide in the photonic crystal is relatively close to the Gaussian distribution.
  • the intensity distribution of light in the basic mode in the channel waveguide is close to a Gaussian distribution
  • the light intensity distribution of the guided mode in the photonic crystal optical waveguide is close to the Gaussian distribution
  • Light can be efficiently incident from the channel waveguide.
  • the left side of Fig. 6 shows a photonic band diagram in the ⁇ direction for the TM polarized component (electric field is parallel to the rod) in this photonic crystal.
  • Symbols A and B shown in each band in FIG. 2 indicate a coupling mode (A) and a non-coupling mode (B) that can couple light from outside the photonic crystal.
  • the value of the ratio of the intensity of the electric field to the intensity of the magnetic field on the surface is a real number.
  • the spatial distribution of the ratio of the electric field and magnetic field strength of Band 1 and Band 2 changes more slowly than the spatial distribution of Band 4 and Band 5, and the value is positive and 1 or less. is there.
  • the ratio of the electric field and magnetic field strengths normalized by the ratio of the electric field and magnetic field strengths in a vacuum, is 1 or less and the spatial distribution is flat, approximately one-dimensional electric and magnetic field strengths
  • the junction loss can be reduced by a method for matching the ratios, that is, a method similar to that of the third embodiment of the present invention. Therefore, it can be seen that Band 1 and Band 2 can approximately match the ratio of the electric field and the magnetic field strength by providing a uniform medium film on the surface.
  • FIG. 5 shows the normalized distribution of the ratio of the electric field to the magnetic field strength for the line defect mode in the first band gap.
  • the ratio of the intensity of the electric field to the intensity of the magnetic field is 1 or less.
  • the photonic crystal has a structure in which round holes with a diameter of about 0.3 im are formed in a triangular lattice in a Si layer with a thickness of about 0.2 to 0.3 ⁇ ⁇ , and the lattice period is about 0. It is 45 ⁇ .
  • the optical waveguide is formed by removing one line defect in the ⁇ ⁇ - ⁇ direction, so that the medium of the optical waveguide portion is Si (refractive index: about 3.5).
  • the upper and lower sides of the Si layer may be Si02 or air.
  • a channel waveguide made of Si of the same material as the photonic crystal optical waveguide is used as a method for efficiently entering light into a line-defect optical waveguide provided in a slab-type photonic crystal having a triangular lattice of air holes.
  • the method of using the wave path as an interface is effective.
  • the incidence efficiency on the photonic crystal optical waveguide is significantly higher than when the light is directly incident from the air (the coupling loss in this case is 10 dB or more). Can be improved.
  • the coupling loss between the Si channel optical waveguide and the photonic crystal optical waveguide can be reduced to about 2 dB, and the coupling loss from the air to the Si channel optical waveguide can be reduced to about 1 dB or less.
  • the coupling loss can be suppressed to 3 dB or less as a whole.
  • the effect of the interface shown here is to play the role of matching the wave number described above or the ratio of the electric field to the magnetic field.
  • FIG. 9 shows an example of a channel waveguide interface made of Si as a ninth embodiment of the present invention.
  • the photonic crystal has a structure in which round holes with a diameter of about 0.3 ⁇ are formed in a triangular lattice in a Si layer with a thickness of about 0.2 to 0.3 ⁇ ra. It is about 0.45 ⁇ .
  • the optical waveguide is formed by removing one line defect in the ⁇ - ⁇ direction. Therefore, the medium of the optical waveguide is Si (refractive index: about 3.5).
  • the upper and lower portions of the Si layer may be Si02 or air.
  • a photonic crystal optical waveguide portion is formed between channel waveguides made of Si. It is effective to use, as an interface, a junction structure using a substance or a structure whose refractive index has an intermediate value between the two. By using such a bonding structure, photonic coupling The incidence efficiency to the crystal optical waveguide can be greatly improved compared to the case of direct incidence from the air (the coupling loss in this case is 10 dB or more).
  • FIG. 10 shows a structure capable of matching the distribution of the intensity ratio between the electric field and the magnetic field in the waveguide mode of the photonic crystal optical waveguide made of Si and the waveguide mode of the Si channel optical waveguide.
  • Wedge guide Namijicho is 0. 3 ⁇ ⁇ , the width of photonic crystal side bonding surface 1. a 26 ⁇ ⁇ .
  • FIG. 11 shows the wavelength dependence of the light transmittance at the junction between the Si channel optical waveguide and the photonic crystal optical waveguide.
  • the optical coupling loss is 0.33 dB to 0.14 at a light wavelength of 1.60 ⁇ , and 1.2 dB to 0.14 at 1.63 ⁇ m. It can be seen that the improvement was significantly improved up to 35.
  • the coupling loss is improved as shown in Fig. 11, but the length of the wedge-shaped waveguide is 0.6 to 0.7 111 Then, the coupling loss became rather large.
  • FIG. 12 shows an example in which the distribution of the intensity ratio between the electric field and the magnetic field is compared between the case where the interface is not provided and the case where the interface is provided at the junction.
  • the distribution of the intensity ratio between the electric field and the magnetic field if there is no interface, there is a dark part in the photonic crystal that indicates a high value area, while the wedge-shaped waveguide length 0.3
  • the interface for ⁇ ⁇ is provided, the area of such a dark part is reduced, and the electric field and the magnetic field are distributed in the same shade from the Si channel optical waveguide to the photonic crystal. You can see that. This indicates that the value of the ratio of the electric field to the magnetic field intensity of the photonic crystal optical waveguide near the junction is reduced as an effect of the interface.
  • the waveguide length of the wedge-shaped interface which increases the coupling loss described above, is 0.6 to 0.7111, the electric field and the magnetic field of the photonic crystal optical waveguide at the interface and near the junction are considered.
  • the ratio of the electric field and the magnetic field intensity distribution is well matched. Had not shown.
  • the present invention provides a technique for efficiently entering light into a photonic crystal optical waveguide, and the technique can be applied to any photonic crystal optical element.
  • the description has been given by taking as an example the case of incidence on a so-called line-defect optical waveguide in which a linear defect has been introduced into a photonic crystal, but the form of the optical waveguide is a line-defect type optical waveguide.
  • An optical waveguide of a type that guides light with a difference in refractive index like a conventional optical waveguide may be used.
  • the above-mentioned method and structure can be applied even if the optical waveguide is not intentionally formed in the photonic crystal as long as the optical waveguide has a structure capable of guiding light.

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Abstract

フォトニック結晶内に形成された光導波路へ空気中から直接光を入射させる際の反射を小さくする本発明の方法は、フォトニック結晶光導波路の導波モードの光と入射光の波数を一致させる、或いは、フォトニック結晶光導波路の導波モードの光と入射光とで、電界と磁界の強さの比を一致させるか、さらに、上記の手法に加えて、フォトニック結晶内部の光導波路の導波モードの入射端面での光強度分布を入射光のそれ一致させる方法である。さらに、その具体的構造としては、フォトニック結晶光導波路とチャネル光導波路を接合させた構造および、さらにその接合部分に楔型の構造を有するチャネル光導波路を設けた構造である。

Description

明細 ^ フォトニック結晶光導波路への光入射方法およびその構造 技術分野
本発明は、 フォトニック結晶への光の入射技術に関し、 特にフォトニック結 晶内部に形成された光導波路に高効率で光を入射するための方法及びその具体 的構造に関する。 背景技術
フォトニック結晶は、 屈折率の異なる 2種類以上の物質を、 光の波長オーダ 一（通常 0 . 3〜0 . 7 μ πι )で、 1次元、 2次元あるいは 3次元で周期的に配 列させたものである。 このフォトニック結晶は、 フォトニックパンドギヤップ による強い光閉じ込め効果を有しており、 この光閉じ込め効果を利用して様々 な光学素子や微小光回路などへの応用が期待される。 また、 フォトニック結晶 に線状欠陥を導入したりすることにより、 フォトニック結晶の内部に光導波路 を形成できることも知られている。
しかしながら、 フォトニック結晶へ空気中から直接光を入射させる場合、 そ の表面での反射が大きく、 効率的に光を入射できないケースが多々あった。 ま た、 フォトニック結晶内部に形成した光導波路への光の入射においても、 高効 率での入射方法は確立されていなかった。 例えば、 非特許文献 1 (M. Tokushi maらによる Electronics Letters誌、 2001年、 Vol. 37 , No. 24) に示される様 に、 その透過損失は、 40〜50dBと非常に大きなものであった。
[非特許文献 1 ]
M. Tokushima他、 Electronics Letters誌、 1454頁— 1455頁、 2001年、 Vol. 37， No. 24
[非特許文献 2 ]
J. Ushida他、 Appl. Phys. Lett.誌 7頁一 9頁， 82， 7 (2003) 発明の開示
このように、 従来知られていた技術では、 フォトエック結晶光導波路への高 効率な光の入射が行えない。
本発明の目的は、 フォトニック結晶或いはフォトニック結晶内部に形成され た光導波路への光の高効率入射方法を提供すること、 およびそのための具体的 構造を提供することである。
本発明の第 1の態様によれば、 屈折率の異なる 2種類以上の物質を、 1次元 、 或いは 2次元、 或いは 3次元周期的に配列させることによって得られるフォ トニック結晶において、 前記フォトニック結晶内部に光の導波が可能な構造（ 導波路）を有しており、 その導波路に外部から高効率で光を入射させるために
、 フォトニック結晶内部に形成された光導波路内での光の波数と、 フォト-ッ ク結晶外部での入射光の波数を一致させることを特徴とするフォトニック結晶 光導波路への光の入射方法をえることができる。
本発明の第 2の態様によれば、 屈折率の異なる 2種類以上の物質を、 1次元 、 或いは 2次元、 或いは 3次元周期的に配列させることによって得られるフォ トニック結晶において、 前記フォトニック結晶内部に光の導波が可能な構造（ 導波路）を有しており、 その導波路に外部から高効率で光を入射させるために 、 フォトニック結晶内部に形成された光導波路内での光の波数ベク トルと、 フ ォトニック結晶外部での入射光の波数べクトルを一致させることを特徴とする フォトニック結晶光導波路への光の入射方法を得ることができる。
本発明の第 3の態様によれば、 屈折率の異なる 2種類以上の物質を、 1次元 、 或いは 2次元、 或いは 3次元周期的に配列させることによって得られるフォ トニック結晶において、 前記フォトニック結晶内部に光の導波が可能な構造（ 導波路）を有しており、 その導波路に外部から高効率で光を入射させるために 、 フォトニック結晶内部に形成された光導波路内での光の電界と磁界の強度の 比と、 フォトニック結晶外部での入射光の電界と磁界の強度の比を一致させる ことを特徴とするフォトニック結晶光導波路への光の入射方法を得ることがで さる。
本発明の第 4の態様によれば、 第 3の態様における、 フォトニック結晶光導 波路への光の入射方法において、 特にフォトニック結晶内部に形成された光導 波路の入射端面での光の電界と磁界の強度の比と、 フォトニック結晶外部での 入射光の電界と磁界の強度の比を一致させることを特徴とするフォトニック結 晶光導波路への光の入射方法を得ることができる。
本発明の第 5の態様によれば、 第 3の態様または第 4の態様におけるフォト ニック結晶光導波路への光の入射方法において、 フォトニック結晶内部に形成 された光導波路の光入射端面での光の電界と磁界の強度の比の分布形状と、 フ オトニック結晶外部での入射光の電界と磁界の強度の比の分布形状とを一致さ せることを特徴とするフォトニック結晶光導波路への光の入射方法を得ること ができる。 本発明の第 6の態様によれば、 第 3または第 4の態様におけるフ ォトニック結晶光導波路への光の入射方法において、 フォトニック結晶内部に 形成された光導波路の光入射端面での光の電界と磁界の強度の比が真空中での 電界と磁界の強度比で規格化した値として、 1以下であることによって、 フォ トニック結晶外部での入射光の電界と磁界の強度の比を一致させることを特徴 とするフォト二ック結晶光導波路への光の入射方法を得ることができる。
本発明の第 7の態様によれば、 第 3または第 4の態様におけるフォトニック 結晶光導波路への光の入射方法において、 フォトニック結晶の分散曲線におけ るフォトニックパンドの第 1次パンドカ ら第 2次バンド付近までを用いること によって、 フォト二ック結晶外部での入射光の電界と磁界の強度の比を一致さ せることを特徴とするフォトニック結晶光導波路への光の入射方法を得ること ができる。 本発明の第 8の態様によれば、 第 1から第 5の態様におけるフォ トニック結晶光導波路への光の入射方法において、 フォトニック結晶内部に形 成された光導波路の入射端面での導波モードの光強度分布と、 フォトニック結 晶外部での入射光の光強度分布とを一致させることを特徴とするフォトニック 結晶光導波路への光の入射方法を得ることができる。
本発明の第 9の態様によれば、 第 1から第 5の態様における方法を実現する フォトニック結晶光導波路への高効率光入射構造として、 フォトニック結晶内 部に線状欠陥を導入することにより形成した線状欠光導波路と、 前記線欠陥部 分と同一の材料からなるチヤネル導波路を接合させることを特徴とするフォト ニック結晶光導波路への光の入射構造を得ることができる。
本発明の第 1 0の態様によれば、 第 1から 5および 8の態様における方法を 実現するフォトニック結晶光導波路への高効率光入射構造として、 フォトニッ ク結晶内部に線状欠陥を導入することにより形成した線状欠光導波路と、 前記 線欠陥部分と同一の材料からなるチャネル導波路を接合させることを特徴とし 、 更に前記チャネル導波路とフォトニック結晶線欠陥光導波路の接合部分に、 第 1から 5および 8の態様に規定された条件を満たす様な接合構造を設けたチ ャネル導波路を有することを特徴とするフォトニック結晶光導波路への光の入 射構造を得ることができる。
本発明の第 1 1の態様によれば、 第 1から 5および 8の態様における方法を 実現するフォトニック結晶光導波路への高効率光入射構造として、 フォトニッ ク結晶内部に線状欠陥を導入することにより形成した線状欠光導波路と、 前記 線欠陥部分と同一の材料からなるチャネル導波路を接合させることを特徴とし 、 更に前記チャネル導波路とフォトニック結晶線欠陥光導波路の接合部分に設 けた第 1の態様に記載した接合構造として、 屈折率がチャネル導波路とフォト ニック結晶との両者と異なる物質により形成された接合構造を設けたチャネル 導波路を有することを特徴とするフォトニック結晶光導波路への光の入射構造 を得ることができる。
本発明の第 1 2の態様によれば、 第 1から第 6の態様に記载の方法を実現す るフォトニック結晶光導波路への高効率光入射構造として、 フォトニック結晶 内部に線状欠陥を導入することにより形成した線状欠光導波路と、 前記線欠陥 部分と同一の材料からなるチヤネル導波路を接合させることを特徴とし、 更に 前記チャネル導波路とフォトニック結晶線欠陥光導波路の接合部分に設けた第 1 0の態様に記載した接合構造として、 楔型の形状を設けたチャネル導波路を 有することを特徴とするフォト二ック結晶光導波路への光の入射構造を得るこ とができる。 図面の簡単な説明
第 1図は、 フォトニック結晶光導波路と外部との波数整合の概念を説明する ための図である。
第 2図は、 フォトニックパンド図上での波数整合の様子を示す図である。 第 3図は、 フォトニック結晶光導波路ィンターフェースを示す図である。 第 4図は、 フォトニック結晶光導波路と外部とで電界と磁界の比を一致させ る手法を説明するための図である。
第 5図は、 電界と磁界の比の分布の FDTD計算結果を示す図である。
第 6図は、 フォトニック結晶の電界と磁界の比の分布の平面展開法による計 算結果を示す図である。
第 7図は、 フォトニック結晶光導波路と外部とで電界と磁界の比の分布を一 致させる手法を説明するための図である。
第 8図は、 フォトニック結晶光導波路と外部とで光強度分布を一致させる手 法を説明するための図である。
第 9図は、 フォトニック結晶光導波路と外部とのィンターフェース構造を示 す図である。
第 1 0図は、 楔型形状を有するフォトニック結晶光導波路と外部とのインタ 一フェース構造を示す図である。
第 1 1図は、 フォトニック結晶光導波路との結合効率を示す図である。 第 1 2図は、 フ才トニック結晶光導波路と外部との接合部での電界と磁界の 比の分布の FDTD計算結果を示す図である。 発明を実施するための最良の形態
本発明をより詳細に説述するため、 添付図面にしたがつてこれを説明する。 初めに、 フォトニック結晶内部に形成された光導波路に高効率で光を入射さ せる各種の方法について示す。
本発明における第 1の実施例としては、 フォトニック結晶光導波路と外部と の間で、 波数の整合を行う手法について示す。 第 1図にその手法の概念図を示 す。
フォトニック結晶内部に形成された光導波路内での光波数と、 外部からの入 射光の波数が一致した時にのみ光の入射効率が高くなる。 つまり、 第 2図に示 すように、 フォトニック結晶内光導波路の導波モードの波数 klと、 フォトニッ ク結晶の外部での入射光の波数 kOを、 フォトニックパンド図上で波数 kに一致 するようにした場合 (波数整合）に入射効率が高くなる。 なお、 第 2図において 、 縦軸は、 周波数 ωを、 横軸は、 波数 kを示している。
光の波数は、 運動方程式で考えると、 運動量に相当する。 すなわち波数 kが 変化無く媒質 1から媒質 2へ通過することは、 ある物質が媒質 1から媒質 2へ 通り抜けようとする場合に、 運動量が保存されたままで通過できる場合と等価 である。 運動量が保存された状態であれば、 媒質 1から媒質 2に物質の速度や 進行方向が変化することなく通過することが可能となる。
通常、 フォトニック結晶内の光導波路部分を構成する材質が屈折率の大きい Siのような場合、 空気中あるいは真空中から光を入射させる場合には、 フォト ニックパンド図上で波数が一致するようにすることは困難であるため、 この場 合の解決策としては、 フォトニック結晶に光を入射させる媒質の屈折率を、 フ ォトニック結晶内の光導波路部分を構成する材質の屈折率と同等とする必要が ある。 第 3図はこの方法を示したものである。 つまり、 フォトユック結晶光導 波路に空気中から直接光を入射させるのではなく、 少なくともフォトニック結 晶内の光導波路部分との屈折率差の小さい材質 (例えば Si) から成る中間的な 光導波路（ィンターフェース）に入射した上で、 その中間的な光導波路からフォ トニック結晶光導波路に光を入射する。 このィンターフェースの材質に、 フォ トニック結晶内の光導波路部分の材質と同じものを用いれば、 理想的である。 さらに、 波数の整合は、 その大きさだけではなく、 べク トルとしての一致（波 数べクトルの整合）を行うことが望ましい。
次に本発明における第 2の実施例として、 フォトニック結晶内部に形成され た光導波路内での光の電界と磁界の強度の比と、 フォトニック結晶外部での入 射光の電界と磁界の強度の比を一致させる方法について示す。
第 4図に、 この方法を示す。 フォトニック結晶内光導波路の導波モードの光 の電界と磁界の比（Ex/Hy)と、 フォトニック結晶の外部での入射光の電界と磁 界の比（Ex/Hy)とを一致させる。
この方法は、 電気回路でよく行われているィンピ一ダンス整合と基本的には 同じ概念であるが、 電気回路の場合ィンピーダンスは電圧と電流の比 (V/I )で 規定されるのに対して、 光導波路では、 電界と磁界の比（E/H)で規定される点 が異なる。
電界と磁界の比を一致させる場合も、 フォトニック結晶内の光導波路部分を 構成する材質が屈折率の大きい Siのような場合、 空気中あるいは真空中から光 を入射させる場合には、 電界と磁界の比を一致させることは困難であり、 この 場合の解決策としても、 フォトニック結晶光導波路に光を入射させる媒質も Si と同程度の屈折率を持つ材質を用いる必要がある。 このようなフォトニック結 晶光導波路における電界と磁界の強度の比の整合のためには、 特に光導波路の 接合端面において、 異なる導波路間での電界と磁界の強度の比が一致すること が重要である。 第 5図は、 Siからなるフォトニック結晶内光導波路と、 Siチ ャネル光導波路の導波モードの電界と磁界の強度の比を FDTD電磁界解析により 求めた結果を示している。
S iチヤネル光導波路内での特定の周波数での導波モードの電界と磁界の強度 の比は場所に依らず一定であるが、 フォトニック結晶光導波路内での導波モー ドの電界と磁界の強度の比はフォトニック結晶の切断面の位置に依っても大き く異なることを示している。
例えば、 第 5図に示したように、 フォトニック結晶の切断面が Aと等価な面 である場合には、 電界と磁界の強度の比が光導波路断面の中央部で大きいが、 切断面が Bと等価な面である場合には、 光導波路断面の両端で大きくなる。 従 つて、 Siチャネル光導波路とフォトニック結晶光導波路の両者を接合する場合 、 接合点で双方の電界と磁界の強度の比が一致するように接合することが結合 効率を最大にする上で重要となる。
次に、 本発明における第 3の実施例としての方法について述べる。 第 6図右 の Bandlあるいは Band2のように、 真空中での電界と磁界の強度比で規格化した 、 フォトニック結晶光導波路の電界と磁界の強度比の値が、 正の値であり 1以 下であることが望ましい。 これは、 以下の理由による。
非特許文献 2 (J. Ushida らによる Appl. Phys. Lett. 82， 7頁- 9頁（2003) ) の手法によると、 任意の 1次元フォトニック結晶の反射率が解析的に導かれ たことにより真空中の電界と磁界の強度比で規格化したフォトニック結晶表面 での電界と磁界の強度比の逆数は、 フォトニック結晶のフレネル反射を考える 上での屈折率に相当することがわかる。
その値をフォトユック結晶の外側、 すなわち、 光入射側の媒質の屈折率で割 つた値をひ とするとき ひが 1より大きいときはいつでも、 フォトニック結晶 への無反射コーティングが可能となる。 無反射コーティングが可能であること はすなわち、 フォトニック結晶への光の結合損失を原理的にゼロにすることが 可能であることを意味する。 一方、 ひ力 S1より小さい場合は、 真空中から屈折 率が 1より小さい媒質に光を入射することに相当する。 しかしながら、 真空中 での屈折率が 1より小さい媒質は実際には存在しないため、 このような場合、 光の入射損失をゼ口にすることは、 実際上非常に考え難い。
第 6図右はフォトニック結晶のある断面での電界と磁界の強度を示したもの であるが、 実空間上の 3次元でのフォトニック結晶光導波路についても同様の 条件があてはめられる。 このことから、 αが 1以下であるとき、 Siチャネル光 導波路とフォトニック結晶光導波路の接合において、 両者の電界と磁界の強度 を一致させることが可能となる。 従って、 aが 1以下であることが望ましい。 更に言うならば、 接合点において両者の電界と磁界の強度比の分布が一致する 方が望ましい 次に、 本発明における第 4の実施例として、 第 7図に示すよう に、 Siチャネル導波路とフォトニック結晶光導波路の接合点において電界と磁 界の強度比の分布が一致する方法について述べる。
第 2の実施例で示したように、 異なる導波路間でのフォトニック結晶光導波 路の接合端面における電界と磁界の強度の比が一致することが重要である。 さ らに、 フォトニック結晶光導波路の接合端面における電界と磁界の強度の分布 を一致させると、 接合断面のどこをみても接合界面で電界と磁界の強度の比が 等しいことになるため、 両者の結合損失を、 さらに低減することができる。 次に、 本発明における第 5の実施例としての方法について述べる。 第 6図の 右は、 光導波路と光が結合する第 6図の左の結合モードのパンド Aについて、 フォトユックパンドの第 1次パンドから高次パンドまで、 電界と磁界の強度の 比のフォトニック結晶断面での分布を示した図である。 第 4パンドと第 5パン ドでは電界と磁界の強度の分布が光導波路面内で大きく変化するが、 第 1次お よび第 2次のパンドでは、 比較的分布が小さい。 フォ トニック結晶パンド内に 形成される光導波路モードで考えると、 第 4パンドゃ第 5パンドなど高次のパ ンド付近にパンドに付随する光導波路モードでは、 光導波路面内で電界と磁界 の強度の分布が大きく変化するが、 第 1次パンドと第 2次パンドの付近の光導 波路モードでは、 光導波路面内での電界と磁界の強度の分布の変化が比較的緩 やかで小さくなるような周波数が存在する。
すなわち、 フォトニック結晶の第 1次のパンドから第 2次のパンド付近まで に存在するフォトニック結晶内の光導波路の導波モードを用いることにより Si チャネル光導波路との電界と磁界の強度比の分布を一致させることができる。 次に本発明における第 6の実施例としての、 フォトニック結晶内部に形成さ れた光導波路の導波モードの光強度分布と、 フォトニック結晶外部での入射光 の光強度分布とを一致させる方法について示す。 第 8図にこの様子を示すが、 フォトニック結晶内光導波路の導波モードの光入射端面での光強度分布と、 入 射光の光強度分布を一致させることにより、 フォ トニック結晶内光導波路への 光入射効率が改善できる。
一般には、 導波モードが変化した場合、 結合損失が大きくなる。 光強度分布 を一致させたままでフォトニック結晶外部からフォトニック結晶光導波路に光 を導波させることは、 フォトユック結晶の外と内側で光の導波モードを変化さ せることなく導波する事を意味する。 この方法を実現するための構造としては 、 フォトニック結晶光導波路の入射部分にチャネル光導波路などを取り付ける 構造が考えられる。
この構造は、 フォトニック結晶内光導波路の導波モードの電界分布がガウス 分布に比較的近い場合に有効である。 つまり、 チャネル導波路内での基本モー ドの光の強度分布はガウス分布に近い形をしており、 フォトニック結晶光導波 路内での導波モードの光強度分布がガウス分布に近い場合は、 チャネル導波路 から効率良く光を入射させることができる。 勿論、 単にガウス型の光強度分布 を有する入射光ビームを得るためだけなら、 敢えてチャネル導波路を用いる必 要は無いが、 チャネル導波路をインターフェースに用いることは、 先に述べた 波数整合や電界と磁界の強度の比の整合を実現する意味と合わせて重要である 次に、 本発明による第 7の実施例について以下に述べる。 第 6図右上は≡角 格子空気中 Si口ッド（ロッド半径 r=0. 4335a， 格子定数： a，Si屈折率 =3. 45)の単 位胞 （面積 2倍） を示しており、 第 6図左はこのフォトニック結晶における TM 偏光 （電場がロッドに平行） の成分についての、 ΓΜ方向のフォトニックパン ド図を示している。 第 2図中の各パンドに示されている記号 Aと Bは、 フォト二 ック結晶外部からの光と結合できる結合モード （A) と非結合モード （B) を示 している。 これらのフォトニックバンドの第 6図左図中で丸印で示された結合 モード (波数 =2 ΓΜ/3) での、 第 6図右上図中の矢印で示された線上における 表面での電界と磁界の強度の比 （真空の表面での電界と磁界の強度の比で規格 化） を第 6図右下図に示す。
この第 6図右上図中の矢印で示された線上は、 無限フォトニック結晶におけ る鏡映面になっているため、 表面での電界と磁界の強度の比の値は実数である 。 第 6図右下図からわかるように Band 1および Band 2の電界と磁界の強度の比 の空間分布は、 Band 4と Band 5の空間分布より変化が緩やかであり、 その値は 正で 1以下である。 真空中での電界と磁界の強度の比で規格化された、 電界と 磁界の強度の比が、 1以下の場合で空間分布が平坦な場合は、 近似的に 1次元 の電界と磁界の強度の比が整合するための手法、 すなわち、 本発明の実施例 3 と同様の方法により接合損失の低減が可能である。 そのため Band 1と Band 2は 表面に一様媒質膜をつけることで近似的に電界と磁界の強度の比の整合をとる ことが可能であることがわかる。
実際に、 このような Band 1と Band 2の近傍では線欠陥モードでも電界と磁界 の強度の分布が比較的緩やかであり、 規格化した値も 1以下になっている。 第 5図に、 第 1パンドギャップ内にある線欠陥モードについて、 規格化した電界 と磁界の強度の比の分布を示す。 チャネル導波路とフォトニック結晶光導波路 の両者共に電界と磁界の強度の比が 1以下となっている。 これは、 本発明の第 3の実施例で説明した手法によって、 Siチャネル光導波路との電界と磁界の強 度比の分布を一致させることができる条件を満たしていることを示す。 第 9図は、 本発明の第 8の実施例としてのチャネル導波路ィンターフェース を示す。 フォトニック結晶は、 厚さ約 0. 2〜0. 3 ^ ηιの Si層に、 直径約 0. 3 i mの 丸い孔を三角格子状に開けた構造をしており、 格子の周期は約 0. 45 μ ηιである 。 光導波路は、 Γ-Κ方向に線状欠陥を 1列抜いた形で形成されており、 従って 、 光導波路部分の媒質は Si (屈折率約 3. 5)である。 Si層の上下は、 Si02であつ ても空気であっても構わない。
このような、 空気穴三角格子を有するスラブ型フォトニック結晶内に設けた 線欠陥光導波路に、 効率良く光を入射させる方法として、 フォトニック結晶光 導波路部分と同じ材質の Siからなるチャネル導波路をィンターフェースとして 用いる方法が効果的である。 この Siチャネル光導波路によるインターフエ一ス 構造を用いることにより、 フォトニック結晶光導波路への入射効率は、 空気中 から直接入射させる場合（この場合の結合損失としては 10dB以上）に比べて大幅 に改善できる。 計算による見積では、 Siチャネル光導波路とフォトニック結晶 光導波路との間の結合損は約 2dB、 空気中から Siチャネル光導波路への結合損 も ldB以下程度にまで低減できることが知られているので、 本インターフエ一 スを用いる場合、 結合損失としては全体で 3dB以下に抑えることが可能である 。 ここで示したィンターフェ一スの効果としては、 上述の波数整合或いは、 電 界と磁界の比が整合する役割を果たすものである。
第 9図を用いて、 本発明の第 9の実施例としての Siからなるチャネル導波路 ィンターフェースの例を示す。 フォトニック結晶は、 厚さ約 0. 2〜0. 3 μ raの Si 層に、 直径約 0. 3 μ ηιの丸い孔を三角格子状に開けた構造をしており、 格子の周 期は約 0. 45 μ ηιである。 光導波路は、 Γ - Κ方向に線状欠陥を 1列抜いた形で形成 されている。 従って、 光導波路部分の媒質は Si (屈折率約 3. 5)である。 Si層の 上下は、 Si02であっても空気であっても構わない。
このような、 空気穴三角格子を有するスラブ型フォトニック結晶内に設けた 線欠陥光導波路に、 効率良く光を入射させる方法として、 フォトニック結晶光 導波路部分 Siからなるチャネル導波路の間に、 屈折率が両者の中間値をとるよ うな物質あるいは構造体を用いた接合構造をィンタ一フェースとして用いる方 法が効果的である。 このような接合構造を用いることにより、 フォトニック結 晶光導波路への入射効率は、 空気中から直接入射させる場合（この場合の結合 損失としては 10dB以上）に比べて大幅に改善できる。
次に、 本発明の第 1 0の実施例として、 本インタ一フェース構造をさらに改 良した楔型の Siチャネル光導波路インターフェースについて示す。 第 1 0図は 、 Siからなるフォトニック結晶内光導波路と、 Siチャネル光導波路の導波モー ドの電界と磁界の強度比の分布を一致させることができる構造を示す。 図に示 すようにフォトニック結晶内光導波路と、 Siチャネル光導波路の接合部分に楔 型の構造を設けることにより、 両者の接合面での電界と磁界の強度比の分布を 一致させることができる。 楔型の導波路長は 0. 3 μ ιηであり、 フォトニック結晶 側接合面での幅は 1. 26 μ ιηである。
第 1 1図は、 Siチャネル光導波路とフォトニック結晶光導波路の接合部分に おける光透過率の波長依存性を示す。 楔形の構造をィンターフェースとして設 けることにより、 光結合損失が、 それぞれ、 光の波長 1. 60 μ ηιにおいて 0. 33dB から 0. 14まで、 1. 63 μ mにおいて 1. 2dBから 0. 35まで格段に改善されたことがわ かる。 ここで、 楔型の導波路長を 0. 3 μ πιの場合には第 1 1図の様な結合損失の 改善が行われたが、 楔形の導波路長が0. 6〜0. 7 111では、 むしろ結合損失は大 きくなつた。
第 1 2図に、 接合部に、 インターフェースがない場合と設けた場合について 、 電界と磁界の強度比の分布を比較した例を示す。 電界と磁界の強度比の分布 において、 インタ一フェースがない場合にはフォトニック結晶内に高い値の領 域であることを示す暗い部分が存在するが、 一方、 楔形の導波路長 0. 3 μ ιηの場 合のィンターフェースを設けた場合には、 このような暗い部分の領域が少なく なり、 Siチャネル光導波路からフォトニック結晶中まで電界と磁界が同じよう な濃淡で分布していることがわかる。 このことは、 インターフェースの効果と して、 接合付近におけるフォトニック結晶光導波路の電界と磁界の強度の比の 値が低減されていることを示すものである。 さらに、 前述の結合損失が大きく なる様な楔形ィンターフヱースの導波路長が0. 6〜0. 7 111の場合には、 インタ 一フェース部分や接合付近におけるフォト二ック結晶光導波路の電界と磁界の 強度の比の値が大きくなつており、 電界と磁界の強度の比の分布がうまく整合 していないことを示していた。
本発明は、 フォトニック結晶光導波路に高効率に光を入射させる手法を提供 するもので、 本手法はあらゆるフォトニック結晶光学素子に適用できる。 また 本明細書では、 フォトニック結晶中に線状欠陥を導入した所謂線欠陥光導波路 への入射の場合を例にとって話を進めたが、 光導波路の形態としては、 線欠陥 型の光導波路には限らない。 従来の光導波路のような屈折率差で光を導くタイ プの光導波路であっても構わない。 また、 フォトニック結晶内に敢えて光導波 路を形成していなくても、 光が導波されるような構造を有していれば、 上記の 手法および構造は適用できることは明らかである。

Claims

請求の範囲
1 . 屈折率の異なる 2種類以上の物質を、 1次元、 或いは 2次元、 或いは 3 次元周期的に配列させることによって得られるフォトニック結晶において、 前記フォトニック結晶内部に光の導波が可能な構造（導波路）を有しており、 その導波路に外部から高効率で光を入射させるために、
フォトニック結晶内部に形成された光導波路内での光の波数と、 フォトニッ ク結晶外部での入射光の波数を一致させることを特徴とするフォトニック結晶 光導波路への光の入射方法。
2 . 屈折率の異なる 2種類以上の物質を、 1次元、 或いは 2次元、 或いは 3 次元周期的に配列させることによって得られるフォトニック結晶において、 前記フォトニック結晶内部に光の導波が可能な構造（導波路）を有しており、 その導波路に外部から高効率で光を入射させるために、
フォトニック結晶内部に形成された光導波路内での光の波数べク トルと、 フ ォトニック結晶外部での入射光の波数べクトルを一致させることを特徴とする フォトニック結晶光導波路への光の入射方法。
3 . 屈折率の異なる 2種類以上の物質を、 1次元.. 或いは 2次元、 或いは 3 次元周期的に配列させることによって得られるフォトニック結晶において、 前記フォトニック結晶内部に光の導波が可能な構造（導波路）を有しており、 その導波路に外部から高効率で光を入射させるために、
フォト二ック結晶内部に形成された光導波路内での光の電界と磁界の強度の 比と、 フォトニック結晶外部での入射光の電界と磁界の強度の比を一致させる ことを特徴とするフォトニック結晶光導波路への光の入射方法。
4 . 請求の範囲第 3項に記載のフォト -ック結晶内部に形成された光導波路 の入射端面での光の電界と磁界の強度の比と、 フォトニック結晶外部での入射 光の電界と磁界の強度の比を一致させることを特徴とするフォトニック結晶光 導波路への光の入射方法。
5 . 請求の範囲第 3項又は第 4項に記載のフォトニック結晶光導波路への光 の入射方法において、 フォトニック結晶内部に形成された光導波路の光入射端 面での光の電界と磁界の強度の比が真空中での電界と磁界の強度比で規格化し た値として、 1以下であることによって、 フォトニック結晶外部での入射光の 電界と磁界の強度の比を一致させることを特徴とするフォトニック結晶光導波 路への光の入射方法。
6 . 請求の範囲第 3項又は第 4項に記載のフォトニック結晶光導波路への光 の入射方法において、 フォトエック結晶の分散曲線におけるフォトニックパン ドの第 1次バンドから第 2次パンド付近までを用いることによって、 フォト二 ック結晶外部での入射光の電界と磁界の強度の比を一致させることを特徴とす るフォトニック結晶光導波路への光の入射方法。
7 . 請求の範囲第 3項乃至第 6項のいずれか 1項に記載のフォトニック結晶 光導波路への光の入射方法において、 フォトニック結晶内部に形成された光導 波路の光入射端面での光の電界と磁界の強度の比の分布形状と、 フォトニック 結晶外部での入射光の電界と磁界の強度の比の分布形状とを一致させることを 特徴とするフォトニック結晶光導波路への光の入射方法。
8 . 請求の範囲第 1項乃至第 7項のいずれか 1項に記載のフォトニック結晶 光導波路への光の入射方法において、 フォトニック結晶内部に形成された光導 波路の入射端面での導波モードの光強度分布と、 フォトニック結晶外部での入 射光の光強度分布とを一致させることを特徴とするフォトニック結晶光導波路 への光の入射方法。
9 . 請求の範囲第 1項乃至第 8項のいずれか 1項に記載の方法を実現するフ ォトニック結晶光導波路への高効率光入射構造として、 フォトニック結晶内部 に線状欠陥を導入することにより形成した線状欠光導波路と、 前記線欠陥部分 と同一の材料からなるチヤネル導波路を接合させることを特徴とするフォトニ ック結晶光導波路への光の入射構造。
1 0 . 請求の範囲第 1項乃至第 8項のいずれか 1項に記載の方法を実現する フォトニック結晶光導波路への高効率光入射構造として、 フォトニック結晶内 部に線状欠陥を導入することにより形成した線状欠光導波路と、 前記線欠陥部 分と同一の材料からなるチャネル導波路を接合させることを特徴とし、 更に前 記チャネル導波路とフォトニック結晶線欠陥光導波路の接合部分に、 請求の範 囲第 1項乃至第 8項のいずれか一項を、 満たす様な接合構造を設けたチャネル 導波路を有することを特徴とするフォトニック結晶光導波路への光の入射構造 1 1 . 請求の範囲第 1項乃至第 8項のいずれか 1項に記载の方法を実現する フォトニック結晶光導波路への高効率光入射構造として、 フォトニック結晶内 部に線状欠陥を導入することにより形成した線状欠光導波路と、 前記線欠陥部 分と同一の材料からなるチャネル導波路を接合させることを特徴とし、 更に前 記チャネル導波路とフォトニック結晶線欠陥光導波路の接合部分に設けた、 請 求の範囲第 1 0項に記載した接合構造として、 屈折率がチャネル導波路とフォ トニック結晶との両者と異なる物質により形成された接合構造を設けたチヤネ ル導波路を有することを特徴とするフォトニック結晶光導波路への光の入射構 造。
1 2 . 請求の範囲第 1項乃至第 8項のいずれか 1項に記載の方法を実現する フォトニック結晶光導波路への高効率光入射構造として、 フォトニック結晶内 部に線状欠陥を導入することにより形成した線状欠光導波路と、 前記線欠陥部 分と同一の材料からなるチャネル導波路を接合させることを特徴とし、 更に前 記チャネル導波路とフォト二ック結晶線欠陥光導波路の接合部分に設けた請求 の範囲第 1 0項に記載した接合構造として、 楔型の形状を設けたチャネル導波 路を有することを特徴とするフォトニック結晶光導波路への光の入射構造。
1 3 . 屈折率の異なる 2種類以上の部材が周期的に配列されてなり、 光導波 路を有するフォトニック結晶と、
前記フォトニック結晶の光導波路の入射端に一端が当接してなる第 2の光導 波路と、
を備え、
前記第 2の光導波路に入射された光が、 前記第 2の光導波路を介して、 前記 フォトニック結晶内の光導波路に入射される、 ことを特徴とするフォトニック
1 4 . 屈折率の異なる 2種類以上の部材が周期的に配列されてなり、 光導波 路を有するフォトニック結晶と、
前記フォトニック結晶内の光導波路の入射端に一側端が当接してなる接合部 材と、
前記接合部材の前記一側端と対向する他側端に一側端が当接してなる第 2の 光導波路と、
を備え、
前記第 2の光導波路の他側端から入射された光が、 前記第 2の光導波路及び 前記接合部材を介して、 前記フォトニック結晶内の光導波路に入射される、 こ とを特徴とするフォトニック結晶装置。
1 5 . 前記第 2の光導波路は、 前記第 2の光導波路の屈折率と、 前記フォト ニック結晶内の光導波路の屈折率との差が相対的に小さぃ部材よりなる、 こと を特徴とする請求の範囲第 1 3項又は 1 4項に記載のフォトニック結晶装置。
1 6 . 前記接合部材の屈折率は、 前記第 2の光導波路の屈折率と前記フォト ニック結晶内の光導波路の屈折率との間の値とされる、 ことを特徴とする請求 の範囲第 1 4項に記載のフォトニック結晶装置。
1 7 . 前記フォトニック結晶内の光導波路と前記第 2の光導波路との接合点 でのそれぞれの光導波路の電界と磁界の強度の比が一致している、 ことを特徴 とする請求の範囲第 1 3項に記载のフォトニック結晶装置。
1 8 . 前記フォトニック結晶内の光導波路と前記第 2の光導波路との接合面 でそれぞれの光導波路の電界と磁界の強度比の分布が一致している、 ことを特 徴とする請求の範囲第 1 3項又は第 1 4項に記載のフォトニック結晶装置。
1 9 . 前記フォトニック結晶の所定のパンドに存在するフォトニック結晶内 の光導波路の所定パンドの導波モードを用い、 フォトニック結晶内の光導波路 と前記第 2の光導波路とのそれぞれの電界と磁界の強度比の分布を一致させて なる、 ことを特徴とする請求の範囲第 1 3項又は 1 4項に記載のフォトニック
2 0 . 前記接合部材は、 前記フォトニック結晶内の光導波路と当接する側の 幅が、 前記第 2の光導波路と当接する他側の幅よりも大とされる、 ことを特徴 とする請求の範囲第 1 4項に記載のフォトニック結晶装置。
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