WO2006104067A1

WO2006104067A1 - フォトニック結晶スラブ及びフォトニック結晶導波路と光デバイス

Info

Publication number: WO2006104067A1
Application number: PCT/JP2006/306072
Authority: WO
Inventors: Hitoshi Kitagawa; Susumu Noda; Takashi Asano
Original assignee: Alps Electric Co., Ltd.; Kyoto University
Priority date: 2005-03-29
Filing date: 2006-03-27
Publication date: 2006-10-05
Also published as: JP2006276388A; TW200641419A; TWI292496B

Abstract

【課題】　本発明は、複数モードの光に対して共通のフォトニックバンドギャップを有するとともに、放射分布を良好として高いＱ値を発揮することができる新規なフォトニック結晶スラブの提供を目的とする。【解決手段】　本発明は、スラブ材に、屈折率が異なる同一形状の領域が、複数、Ｃ６Ｖ対称性で周期的に配置されてなり、異屈折率領域の平面形状がＣ３Ｖ対称性を有する形状であり、２次元完全フォトニックバンドギャップを有するフォトニック結晶スラブであって、　Ｃ３Ｖ対称性を有する異屈折率領域の周期性が部分的に乱されて孤立欠陥領域が形成され、孤立欠陥領域において、スラブ材の厚さ方向に非対称性が付与された部分を有するものである。　

Description

明細書

フォトニック結晶スラブ及びフォトニック結晶導波路と光デバイス

技術分野

[0001] 本発明は、微小光回路素子等に用いられるフォトニック結晶スラブ及び該フォト-ック結晶スラブに共振器を形成したフォトニック結晶スラブとこれを備えたフォトニック結晶導波路と光デバイスに関する。

背景技術

[0002] 光の波長程度の屈折率変化周期構造を持つ物質はフォトニック結晶として知られており、その中ではその周期に対応する波長の光の存在が禁止される光に対する禁止帯、いわゆるフォトニックバンドギャップが現れ、特定の波長域の光の存在と伝搬が不可能となる。このことからフォトニック結晶は光を自由自在に制御できる可能性があるとして、次世代のエレクトロニクス、オプトエレクトロニクス材料として注目されている

[0003] 従来の 2次元フォトニック結晶導波路の一種としては、図 36に示すようなものが知られている（例えば、特許文献 1参照)。

この 2次元フォトニック結晶導波路は、空気より屈折率が高い材料力なる板状のスラブ材料 81に円柱孔 86を三角格子状に複数配列した 2次元フォトニック結晶を有し、図 36に示すように三角格子状に配列した円柱孔 86を一部線状に抜き取ることによりフォトニック結晶に線状欠陥 92を導入し、この線状欠陥 92が導波路とされた構成のものである。

この 2次元フォトニック結晶導波路では、外部から 2次元フォトニック結晶にフォト二ックバンドギャップ周波数内に相当する波長の光 103を入射させると、線状欠陥 92が形成されていないところでは、面内方向にはフォトニックバンドギャップがあるので、先の光は伝搬を禁じられ、また、面直方向には屈折率差閉じ込めによる全反射により閉じ込められる力線状欠陥 92の存在するところは導波路とみなされるので光は伝搬できる構造になっている。

[0004] ところで、この種の 2次元フォトニック結晶を共振器に適用しょうとする試みがなされている。（例えば、特許文献 2、図 1参照）

このフォトニック結晶からなる共振器は、 2次元フォトニック結晶中に点状欠陥を導入し、フォトニック結晶を構成する低屈折率物質を配設するべき多数の 2次元格子点において 3以上の隣接する複数の格子点に低屈折率物質の配設を略しておき、点状欠陥に最近接の格子点の少なくとも 1つに対応して配設するべき低屈折率物質をその格子点力所定距離だけ変位させた構成とされている。

また、 2次元フォトニック結晶を共振器として利用するとともに、 Q値の高い共振器を得る目的で 2次元フォトニック結晶に先の特許文献 2と同様の点状欠陥を導入し、点状欠陥に最近接の格子点の少なくとも 1つに対応して配設されるべき低屈折率物質の位置を所定距離変えてなる構成が知られている。（例えば、特許文献 3、図 1参照）特許文献 1：特開 2001— 272555号公報

特許文献 2：特開 2004 - 245866号公報

特許文献 3：特開 2004 - 279800号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] 従来の 2次元フォトニック結晶導波路においては、 2次元フォトニック結晶は光の偏波モードの TE— likeモード又は TM— likeモードの一方に対してのみフォト-ックバンドギャップをもっている構造であるため、 TE—likeモードまたは TM— likeモードの光がフォトニック結晶の面内方向に漏れてしまうことになり、取り出し効率が悪くなつてしまう問題がある。例えば、図 36の如く平面視三角格子状に配列された円柱孔 86— では TE—likeモードに対してのみフォトニックバンドギャップを有するため、 TM— like モードの光はフォトニック結晶の面内方向に漏れてしまう。

従って TE—likeモードと TM— likeモードの両モードに対して共通のフォト-ックバンドギャップを有する構造の 2次元フォトニック結晶スラブが要望されるが、そのような 2次元フォトニック結晶はこれまで見つかっていなかった。

[0006] また、この種の 2次元フォトニック結晶を共振器として使用する場合、共振器としての Q値が重要であるので、先の特許文献 3においては Q値の改善を行っている力 Q 値の改善は十分ではなぐ先の特許文献 1〜3のいずれのフォトニック結晶においても TE—likeモード又は TM— likeモードの一方に対してのみフォトニックバンドギヤップをもっている構造であるため、 TE— likeモードまたは TM— likeモードの光がフォトニック結晶の面内方向に漏れてしまう問題があり、これが原因となってこれまで以上に Q値を高めることは困難であった。

[0007] 本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、 TE— likeモードと TM— likeモードの両モードの光に対して共通のフォトニックバンドギャップを有するとともに、放射分布を良好として高い Q値を発揮することができる新規なフォトニック結晶スラブの提供を目的とする。

本発明は、 TE—likeモードと TM— likeモードの両モードの光に対して共通のフォトニックバンドギャップを有し、放射分布を良好として高、Q値を発揮する導波路及びそれを備えた光デバイスの提供を目的とする。

課題を解決するための手段

[0008] 本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、本発明においては、スラブ材に、このスラブ材とは屈折率が異なる同一形状の領域が、複数、 C 対称性 (6回の回転対称

6V

性と鏡面対称性)で周期的に配置されてなり、前記異屈折率領域の平面形状が C

3V 対称性を有する形状 (3回の回転対称形性と鏡面対称性)とされ、前記スラブ内を通過する光に対して 2次元完全フォトニックバンドギャップを有するフォトニック結晶スラブであって、前記 C 対称性を有する異屈折率領域の周期性が部分的に乱されて孤

3V

立欠陥領域が形成され、該孤立欠陥領域において、スラブ材の厚さ方向に非対称性が付与された部分を有することを特徴とする。

本発明において C 対称の形状とは、 3回の回転対称形状で、ミラー面を 3有するも

3V

ののことをいう。換言すると、対称軸が 3つあるもののことを意味する。第 1の発明の 2 次元フォトニック結晶スラブによれば、異なるモード (複数のモード）のギャップ周波数帯を一致させることができるので、上記異なるモード (複数のモード)の光に対して共通のフォトニックバンドギャップを有することができる。

従って例えば、 TE—likeモードと TM— likeモードの両モードの光に対して共通のフォトニックバンドギャップを有し、、ずれのモードの光に対しても漏れを生じな!/、ので Q値の変動や低下を生じな、フォトニック結晶スラブあるいは共振器を提供できる [0009] 本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、前記発明の孤立欠陥領域が光の共振器とされ、前記対称性は、前記光を前記共振器内に閉じ込める効果の大きい所定の位置に付与されてなることを特徴とする。

孤立欠陥領域において光を共振器内に閉じ込める効果の大きい位置に対称性を付与することで、光閉じ込め性が向上し、面内漏れ抑制がより良くできるので、複数のモードの光を閉じ込めることが効果的になされ、 Q値の変化、低下の少ないフォトニック結晶スラブあるいは共振器を提供できる。

[0010] 本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、前記発明の非対称性は、非貫通の穴部と凸部の少なくとも一方が 1つ以上形成されてなることを特徴とする。

非対称性を付与する手段として、非貫通の穴部と凸部を利用するならば、フォトニック結晶スラブの一部分にこれらの穴部や凸部を位置決めして形成するだけで Q値の変化、低下の少な、フォトニック結晶スラブあるいは共振器を提供することができる。

[0011] 本発明の導波路は、先のいずれかに記載の孤立欠陥領域と線状欠陥からなる導波路を有し、該導波路が TE—ライクモードと TM—ライクモードの少なくとも一方のモ一ドの光を通過可能な導波路とされたことを特徴とする。

導波路が TE—ライクモードと TM—ライクモードの少なくとも一方のモードの光を通過可能な導波路とされることで、この導波路を両モードの光を伝達する用途に供することができ、フォトニック結晶スラブの孤立欠陥領域で閉じ込めた両モードの光を導出するための導波路、あるいは、フォトニック結晶スラブの孤立欠陥領域に光を導入するための導波路としての利用が可能となる。

本発明の光デバイスは、先の種々の特徴を有する有効利用が可能な導波路を備えたことを特徴とする。

発明の効果

[0012] 本発明のフォトニック結晶スラブによれば、 TE—likeモードと TM— likeモードの両モードの光に対して共通のフォトニックバンドギャップを有し、スラブ材料面内方向に光が漏れるのを防止でき、低損失のフォトニック結晶スラブを提供できる。

また、本発明のフォトニック結晶導波路によれば、 TE— likeモードと TM— likeモ一ドの両モードの光に対して共通のフォトニックバンドギャップを有する 2次元フォト- ック結晶スラブを備え、スラブ材料面内方向に光が漏れるのを防止でき、低損失のフオトニック結晶導波路とそれを備えた光デバイスを提供できる。

発明を実施するための最良の形態

[0013] 以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明するが、本発明は以下に説明する実施形態に限定されるものではない。また、以下の図面においては各構成部分の縮尺について図面に表記することが容易となるように構成部分毎に縮尺を変えて記載している。

(第 1の実施形態）

図 1は、第 1の実施形態の共振器の概略構成を示す斜視図であり、図 2は図 1の共振器に備えられた 2次元フォトニック結晶スラブを示す概略平面図であり、図 3は図 2 の 2次元フォトニック結晶スラブに備えられた複数の低屈折率材料領域を示す部分拡大平面図である。

本実施形態の共振器は、 2次元フォトニック結晶導波路ユニット 10が主体として備えられたものである。

この 2次元フォトニック結晶導波路ユニット 10は、 2次元フォトニック結晶スラブ 10a に、このフォトニック結晶の周期的配列を乱す線状の欠陥 (線状欠陥） 22が Γ -J方向 (言い換えれば Γ—K方向）に部分的に形成され、この線状欠陥 22が光を通過させる導波路とされ、更にこの導波路 22の側方に後に説明する共振器領域 16Aが形成されたものである。なお、前記 Γ -J方向とは、本実施形態のように平面視三角状の低屈折率材料領域 15が三角格子状に配列されている場合、この低屈折率材料領域 1 5のいずれか一辺と平行な方向であり、図 2に示す矢印 Al、 A2、 A3で示される方向はいずれも Γ J方向である。上記導波路 22は矢印 A1で示される方向に形成されているが、矢印 A2や矢印 A3で示される方向に形成されていても良い。なお、図 2中、矢印 Bで示される方向は、 Γ -Χ方向（言い換えれば Γ—Μ方向）である。

[0014] この実施形態の 2次元フォトニック結晶スラブ 10aは、 TE— likeモードと TM— like モードの両モードの光に対して共通のフォトニックバンドギャップを有するものである。この 2次元フォトニック結晶スラブ 10aの具体的な構造としては、高屈折率材料からなるスラブ材 11に、このスラブ材 11よりも低屈折率材料からなる領域 (低屈折率材料領域） 15が三角格子状に配列されることにより、スラブ材 11に低屈折率材料領域 15 が周期的に配列されて屈折率分布が形成されたものである。

[0015] スラブ材 11として用いる材料としては、高屈折率材料が用いられ、例えば、 InGaA sP、 GaAs、 In、 Ga、 Al、 Sb、 As、 Ge、 Si、 P、 N、 Oのうち力も選択される 1種または 2種以上を含む材料、 Si等の無機材料、無機半導体材料、有機材料のうちから適宜選択して用いられる。

低屈折率材料領域 15に用いる材料は、スラブ材 11を構成する高屈折率材料よりも屈折率が低、低屈折率材料が用いられ、本実施形態では空気が用いられて、る。

[0016] 本実施形態ではスラブ材 11に複数の三角孔 14が形成されている。この三角孔 14 は三角格子の格子点に相当する位置にスラブ材 11をその厚さ方向に貫通させて形成されたものである。そして、複数の三角孔 14のそれぞれに低屈折率材料としての空気が充填されて三角柱状の低屈折率材料領域 15が複数形成されることにより、フオトニック結晶の周期的配列が形成されている。このように低屈折率材料領域の形状が三角柱状である場合は、 C 対称の 1種である。 C 対称性を有する形状とは、 3回

3V 3V

の回転対称形性と鏡面対称性を有する形状である。換言すると、対称軸が 3つあるもののことを意味する。

[0017] 次にこのフォトニック結晶導波路ユニット 10のスラブ材 11には、先の線状欠陥 22の近傍に線状欠館 22に隣接して平行にフォトニック結晶の周期的配列を乱す形状であって、両端が閉じた形の孤立欠陥領域 16が形成され、その孤立欠陥領域 16の長さ方向両端部に 2次元フォトニック結晶スラブ 10aを貫通することがないように非貫通の平面視丸形の穴部 17が形成されている。これらの穴部 17はスラブ材 11の厚さの半分を超えない程度の深さ、例えば数分の一程度の深さとされ、これらの穴部の存在によりスラブ材 11にはその厚さに非対称性が導入され、共振器領域 16Aが形成されている。また、この形態において穴部 17は平面視丸形であるので C 対称性を有

3V

する形状の 1種とされて！/ヽる。

[0018] ところでスラブ材 11において、低屈折率材料領域 15の一辺の長さ Lは、中心波長 1.55 mとした場合、 0.3 m〜0.4 m程度とされる。隣合う低屈折率材料領域 15 と 15のピッチ aは 0.35 μ m〜0.55 μ m程度とされる。

本実施形態では低屈折率材料領域 15は正三角柱状であるので、隣合う低屈折率材料領域 15と 15のピッチ aは、低屈折率材料領域 15が周期的に配置された低屈折率材周期構造部における最小中心距離 aと同じ大きさとなっている。

[0019] 本形態の 2次元フォトニック結晶スラブ 10aでは、 Δ = (nH²— nL²) Z2nH² (式中、 nHは上記高屈折率材料の屈折率、 nLは上記低屈折率材料の屈折率を示す。）で定義される比屈折率差 Δが 0.35より大きくなるようにスラブ材 11に用いる材料と低屈折率材料領域 15に用いる材料を選択することが好ましぐより好ましくは Δが 0.45以上になるような材料を用いるのがよい。比屈折率差 Δが 0.35以下であると、 TE-like モード、 TM-likeモードの両方のフォトニックバンドギャップが開かなくなってしまうおそれがある。

さらに、 0.7く LZaく 1.0 (式中、 Lは低屈折率材料領域 15の一辺の長さ、 aは上記低屈折率材周期構造部における最小中心距離又は格子定数)なる関係を満たすように構成されて、ることが先に述べた理由により好ま、。

[0020] なお、図 4に示すようにスラブ材 11の少なくとも一方の面（図面では下面側）に補強層 11aが設けられたものを使用すれば、隣接する低屈折率材料領域 15、 15の一部が重なった構造や隣接する低屈折率材料領域 15、 15が接触した構造もとることができるので、 0.7<LZa≤ 1.0であってもよい。上記補強層 11aには、上記低屈折率材料領域は形成しない。

スラブ材 11の上面にも、図 4の二点鎖線で示したように補強層 1 laが形成されてヽてもよい。このようなスラブ材 11の両面に補強層 11aが設けられた材料としては、例えば、シリコン基板のように Si層の両面にそれぞれ Si02層を有するものを挙げることができる。

[0021] また、低屈折率材料領域が占める割合 (低屈折率材料領域が空気からなるときは開口率）は、 2次元フォトニック結晶スラブの体積 100% (ここでは線状欠陥 22が形成されている部分は除く）に対して 25%より多くされていることが好ましぐ 35%より多くされているのがさらに好ましい。低屈折率材料領域が占める割合 (体積％)が 25%以下であると、 TE-likeモードと TM— likeモードの両モードの光に対して共通のフォトニックバンドギャップを有することができない。

[0022] また、複数の低屈折率材料領域 15は、図 3に示すように一群の平行線 Mの方向に対して士 30° の奇数倍を除、た範囲の一定の傾斜角度で配置されて、ることが好ましい。複数の低屈折率材料領域 15は一群の平行線の方向に対して ± 30° の奇数倍であると、フォトニックバンドギャップが現れな!/、。

なお、図 3は、複数の正三角柱状低屈折率材料領域 15がー群の平行線 Mの方向に対して 0度の傾斜角度で配置されて、る場合である。

[0023] また、上記複数の低屈折率材料領域 15は図 2に示すように導波路 22を中心とした左右非対称になるように配置されて、る。

また、実施形態の 2次元フォトニック結晶導波路 10では、導波路幅 Wを調整することにより、ドナー型導波路とされている。本発明において導波路幅とは、線状欠陥 22 を中心とした左右 (両側)の低屈折率材周期構造部中心間の距離のことをいい、本実施形態では各低屈折率材料領域 15は正三角柱状であるので線状欠陥 22を中心とした左右の低屈折率材料領域 15、 15の中心間の距離ということもできる。

[0024] (導波路の作用）

上記構成の 2次元フォトニック結晶スラブ 10aの導波路 22を光の導波路として使用する場合は、 TE-likeモードと TM— likeモードの両モードのギャップ周波数帯を一致させることができるので、上記両モードの光に対して共通のフォトニックバンドギヤップを有することができ、し力も高次スラブモードが立たないため、スラブ材料面内方向に光が漏れるのを防止できる。

この上記の 2次元フォトニック結晶スラブ 10aに外部から TE— likeモード又は TM -likeモードの光 R1を入射させると、フォトニック結晶内では、面内方向にはフォト- ックバンドギャップにより伝搬を禁じられ、面直方向には上下の低屈折率材料による全反射により閉じこめられる。

[0025] また、本実施形態では、 2次元フォトニック結晶スラブ 10aに三角格子状に配列された複数の低屈折率材料領域 15の一部が線状に抜き取られることにより、フォトニック結晶スラブに線状欠陥 22が導入され、この線状欠陥 22中には導波モードが存在し、導波路 22とされている。この導波路 22は、 2次元フォトニック結晶スラブ 10aに入射させた光 Rlが TE— likeモードと TM— likeモードのいずれであっても伝搬できる。なお、導波路 22は光を低損失で伝搬できる波長域は比較的大きぐ従って、導波路 22 は数チャンネルの波長を含む波長帯域の光を伝搬させることができる。

[0026] 本実施形態の 2次元フォトニック結晶導波路 10では、導波路 22がドナー型である場合について説明した力導波路幅 Wを変更することによりァクセプタ型であってもよい。また、導波路幅 Wを変更することにより、モードの分散関係とモードの周波数の領域のうち少なくとも一方を制御することができる。このようにすることにより、ドナー型導波路力ァクセプタ型導波路にわたり所望のモードの分散関係とモードの周波数の領域を有した 2次元フォトニック結晶導波路を実現できる。

また、シングルモードの光の伝搬帯域を確保できる点では、（ 3) a X (2/16)≤ W≤ ( 3) a X (18/16) (式中、 Wは導波路幅、 aは上記低屈折率材周期構造部における最小中心距離又は格子定数)なる関係を満たすことが好ま U、。 Wが ( 3) a X (2Z16)未満であると、導波路モードが消失し、（ 3) a X (18/16)を超えると、シングルモードを確保できなくなる。

[0027] 本実施形態の 2次元フォトニック結晶導波路によれば、線状欠陥 22が Γ -J方向に形成されたことにより、偏波無依存で、かつ、スラブ材料の面内方向への光損失を防止でき、線状の欠陥が Γ X (ある、は Γ -M)方向に形成されて、る場合と比べて導波路に入射させた光が TE— likeモードと TM— likeモードのいずれであっても低損失で伝搬させることができる。

なお、スラブ材 11に低屈折率材料領域 15が三角格子状に配列された場合は、 60 度曲げ導波路を容易に形成することも可能である。

[0028] また、上記実施形態においては、複数の低屈折率材料領域 15が導波路 22を中心とした左右非対称になるように配置されて、る場合にっ、て説明した力複数の低屈折率材料領域 15が導波路 22を中心とした左右対称になるように配置された 2次元フオトニック結晶導波路であってもよ、。このような 2次元フォトニック結晶導波路では、導波路幅を変更するとモードが交差する。また、導波路中心に対し波形が左右対称な光を上記導波路内に入れ易ぐ伝搬させ易い。

[0029] また、上記実施形態においては、 C 対称の 1種である正三角柱状の低屈折率材料領域 15がスラブ材 11に三角格子状に配列されて屈折率分布が形成された場合について説明したが、図 5に示すように三角柱の各側面に凸部を設けた形状 (横断面三角形の各角部が凹状にカットされた形状、或いは三角柱の各角部が凹状にカツトにされた形状)の低屈折率材料領域 25がスラブ材 11に三角格子状に配列されて屈折率分布が形成されたものであってもよぐ或いは図 6に示すように横断面の形状が Y字状 (プロペラ状)の低屈折率材料領域 35 (三角柱の各角部に凸部を設けた形状の低屈折率材料領域)がスラブ材 11に三角格子状に配列されて屈折率分布が形成されたものであってもよぐあるいは図 7に示すように中心を結ぶ線が正三角形になるように配置された 3つの円柱状領域 45a、 45a、 45aを一単位とした形状の低屈折率材料領域 45が配列されて屈折率分布が形成されたものであってもよい。

(共振器の動作）

先に説明した構造の 2次元フォトニック結晶導波路ユニット 10にあっては、導波路 2 2の一列隣側に共振器領域 16Aが設けられているので、この共振器領域 16Aにスラブ材 11の外部から、例えばスラブ材 11の上面側からレーザ発光器などの光源を用いて TE— likeモード又は TM— likeモードの光を入射すると共振器領域 16Aにおいて光の共振が励起され、この共振領域 16Aにおいて共振された光を共振領域 16 Aカゝら取り出して利用することができる。この取り出しを行う場合、共振器領域 16Aからそれに隣接する導波路 22側に光を導いて導波路 22に沿って光を導いて取り出しても良ヽし、共振領域 16Aカゝら上方に照射される光を取り出して利用しても良ヽ。ここで共振領域 16Aから外部に放射される光として共振光を取り出す場合、先の穴部 17が存在しないと放射パターンが直上側と斜め上方側に分かれて発生してしまい、扱いが困難となるが、穴部 17を設けることで放射パターンを単峰ピークを有する良好な放射パターンとすることができる。

また、本構造により共振器として見た場合の Q値の低下も防止することができる。ここで本願で用いた構造は、 TE— likeモードと TM— likeモードのいずれであっても伝搬できる 2次元完全フォトニック結晶であり、いずれのモードの光であっても漏れ光を殆ど無くすることができる完全フォトニックバンドギャップを実現できるので、 Q値の低下を防止できる。 [0031] 次に、図 5〜図 7に示した低屈折率材料領域の形状は、いずれも C 対称のものの

3V

例である。図 5中、 Lは凸部の長さ、 Mは凸部の高さ、 aは低屈折率材周期構造部における最小中心距離又は格子定数である。図 6中、 Lは凸部の長さ、 Mは凸部の高さ、 aは低屈折率材周期構造部における最小中心距離又は格子定数である。図 7中、 Lは円柱状領域の中心間距離、 rは円柱状領域 45aの半径、 aは低屈折率材周期構造部における最小中心距離又は格子定数である。

[0032] (第 2の実施形態）

図 8は、第 2の実施形態の共振器の概略構成を示す斜視図である。

第 2の実施形態の共振器が第 1の実施形態の共振器と異なるところは、 2次元フォトニック結晶導波路 50が備えられている点であり、詳しくは、この 2次元フォトニック結晶導波路 50に備えられる 2次元フォトニック結晶スラブ 50aを構成するスラブ材 11に形成された低屈折率材料領域 65の形状と配列状態が異なることと、線状欠陥 (導波路） 22の形成方向が異なる点などである。

[0033] この形態の 2次元フォトニック結晶スラブ 50aの具体的な構造としては、スラブ材 11 に低屈折率材料領域 65が正方格子状に配列されることにより屈折率分布が形成されたものである。

本実施形態ではスラブ材 11に複数の円形孔 64が形成されて、る。この円形孔 64 は正方格子の格子点に相当する位置に形成されたものである。そして、複数の円形孔 64のそれぞれに低屈折率材料としての空気が充填されて円柱状の低屈折率材料領域 65が複数形成されることにより、フォトニック結晶の周期的配列が形成されている。

また、 0. 4≤r/a< 0. 50 (式中、 rは上記低屈折率材料領域 65の半径の長さ、 a は上記低屈折率材周期構造部における最小中心距離又は格子定数)なる関係を満たすことが先に述べた理由により好ま、。

また、低屈折率材料領域 65が占める割合は、 2次元フォトニック結晶スラブの体積 100% (ここでは線状欠陥 22が形成されている部分は除く）に対して 25%より多くされている。

[0034] この 2次元フォトニック結晶スラブ 50aにおいても、 TE—likeモードと TM— likeモ一ドの両モードのギャップ周波数帯を一致させることができるので、上記両モードの光に対して共通のフォトニックバンドギャップを有することができ、しかも高次スラブモードが立たないため、スラブ材料面内方向に光が漏れるのを防止でき、低損失とすることができる。

[0035] この 2次元フォトニック結晶スラブ 50aに、上記フォトニック結晶の周期的配列を乱す線状欠陥 22が Γ -X方向に形成され、この線状欠陥 22が光を通過させる導波路とされたものである。ここでの Γ -Χ方向とは、本実施形態のように平面視円形状の低屈折率材料領域 65が正方格子状に配列されている場合、図 8に示す矢印 Bl、 B2で示される方向はいずれも Γ—X方向である。上記導波路 22は矢印 B1で示される方向に形成されている力矢印 B2で示される方向に形成されていてもよい。なお、図 5 中、矢印 Cで示される方向は、 Γ— M方向である。

また、本実施形態では上記の複数の低屈折率材料領域 65は図 8に示すように導波路 22の中心に対して左右対称になるように配置されて、る。

次に本実施形態において線状欠陥 (導波路） 22の形成されている列から一列横側の位置する低屈折率材料領域 65を複数略して孤立欠陥領域 66を形成し、その孤立欠陥領域 66の両端部側にスラブ材 11を非貫通の穴部 67が形成されている。これらの穴部 67はスラブ材 11の厚さの半分を超えない程度の深さ、例えば数分の一程度の深さとされ、これらの穴部の存在によりスラブ材 11にはその厚さに非対称性が導入され、共振器領域 66Aが形成されている。

[0036] 本実施形態の 2次元フォトニック結晶導波路 50は、 2次元フォトニック結晶スラブ 50 aに、フォトニック結晶の周期的配列を乱す線状欠陥 22が Γ -X方向に形成されたことにより、偏波無依存で、かつ、スラブ材料の面内方向への光損失を防止でき、導波路に入射させた光が TE— likeモードと TM— likeモードのいずれであっても低損失で伝搬させることができる。

また、スラブ材 11に低屈折率材料領域 65が正方格子状に配置された場合は、直角曲げ導波路を容易に形成することも可能である。

なお、本実施形態では低屈折率材料領域 65が円柱状である場合について説明したが、三角柱状、四角柱状、五角柱状、六角柱状等の多角柱状、楕円柱状のいずれかの形状であってもよ、。

また、上記の第 1〜第 2の実施形態においては、線状欠陥がーづっ形成された 2次元フォトニック結晶導波路について説明した力線状欠陥は 1以上設けられていてもよい。

[0037] (共振器の動作）

先に説明した構造の 2次元フォトニック結晶スラブ 50aにあっては、導波路 22の一列隣側に共振器領域 66Aが設けられてヽるので、この共振器領域 66Aにスラブ材 1 1の外部から、例えばスラブ材 11の上面側カゝらレーザ発光器などの光源を用いて TE -likeモード又は TM— likeモードの光を入射すると共振器領域 66Aにおいて光の共振が励起され、この共振領域 66Aにおヽて共振された光を共振領域 66Aから取り出して利用することができる。この取り出しを行う場合、共振器領域 66Aからそれに隣接する導波路 22側に光を導!、て導波路 22に沿って光を導、て取り出しても良、し、共振領域 66 Aから上方に照射される光を取り出して利用しても良、。

ここで共振領域 66Aから外部に放射される光として共振光を取り出す場合、先の穴部 67が存在しないと放射パターンが直上側と斜め上方側に分かれて発生してしまい、扱いが困難となるが、穴部 67を設けることで放射パターンを単峰ピークを有する良好な放射パターンとすることができる。

また、本構造により共振器として見た場合の Q値の低下も防止することができる。ここで本願で用いた構造は、 TE— likeモードと TM— likeモードのいずれであっても伝搬できる 2次元完全フォトニック結晶であり、いずれのモードの光であっても漏れ光を殆ど無くすることができる完全フォトニックバンドギャップを実現できるので、 Q値の低下を防止できる。

[0038] (第 3実施形態）

図 9は、第 3の実施形態の共振器の概略構成を示す斜視図である。

第 3の実施形態の共振器が第 1、第 2の実施形態の共振器と異なるところは、 2次元フォトニック結晶スラブ 70aを構成するスラブ材 11に形成された低屈折率材料領域 7 5の形状と配列状態が異なることと、線状欠陥 (導波路） 72の形成方向が異なる点などである。その他スラブ材 11の材質や低屈折材料領域の大きさと間隔、導波路 72の幅や方向は先の実施形態の場合と同様である。

この形態の 2次元フォトニック結晶スラブ 70aの具体的な構造としては、スラブ材 11 に低屈折率材料領域 75が三角格子状に配列されることにより屈折率分布が形成されたものである。

本実施形態ではスラブ材 11に複数の貫通型の複合孔 74が形成されて低屈折材料領域 75とされて、る。この複合孔 74はスラブ材 11の上面における三角格子の格子点に相当する位置に形成されたものである。そして、複数の複合孔 74のそれぞれに低屈折率材料としての空気が充填されて円柱状の低屈折率材料領域 75が複数形成されることによりフォトニック結晶の周期的配列が形成されている。この形態の複合孔 74の形状は、図 9に示す如く 3つの円 75a、 75b、 75cをそれぞれの半径 a、 b、 c を原点 Olを中心として円周方向に 60度交差するように配置して複合させた輪郭を有する形状とされ、各円の半径 a、 b、 cが 3つの対称軸となるので、 C 対称の 1種の

3V

例とされてなる。

[0039] この第 3実施形態の構造にぉ、ても複合孔 74の一列を略する形でフォトニック結晶の周期的配列を乱す線状欠陥が導入されてこの線状欠陥部分が導波路 72とされ、その導波路 72に隣接する形で 1列離れた位置に複合孔 74を 2つ略してフォトニック結晶の周期的配列を乱す短い線状の孤立欠陥領域 76が導入され、この欠陥領域 7 6において本来複合孔 74が位置するべき位置に平面視丸形の凹部状の穴部 77、 7 7が形成されて共振器領域 76Aが形成されて、る。

これらの穴部 76は先の実施形態の穴部 14と同じ程度の大きさで同じ程度の深さにスラブ材 11に形成されたものであり、この穴部 76が形成された短ヽ線状欠陥部分が共振器領域 76Aとされてヽる。

[0040] この形態のスラブ材 11に形成されている複合孔 74は内部に空気層を有し、先の実施形態の低屈折率材料領域 15と同じ作用効果を奏する。

即ち、本実施形態の構造により共振器として見た場合の Q値の低下も防止することができる。ここで本願で用いた構造は、 TE— likeモードと TM— likeモードのいずれであっても伝搬できる 2次元完全フォトニック結晶であり、いずれのモードの光であつても漏れ光を殆ど無くすることができる完全フォトニックバンドギャップを実現できるので、 Q値の低下を防止できる。

[0041] なお、本実施形態では低屈折率材料領域が三角柱、円柱状、あるいは複合円柱状である場合について説明したが、その他の四角柱状、五角柱状、六角柱状等の多角柱状、楕円柱状のいずれかの形状であってもよい。

また、上記の第 1〜第 3の実施形態においては、線状欠陥がーづっ形成された 2次元フォトニック結晶導波路について説明した力線状欠陥は 1以上設けられていてもよい。

[0042] また、上記実施形態においては、 C 対称の 1種である正三角柱状の低屈折率材

3V

料領域 15がスラブ材 11に三角格子状に配列されて屈折率分布が形成された場合について説明したが、図 22に示すように三角柱の各側面に凸部を設けた形状 (横断面三角形の各角部が凹状にカットされた形状、或いは三角柱の各角部が凹状にカツトにされた形状)の低屈折率材料領域 25がスラブ材 11に三角格子状に配列されて屈折率分布が形成されたものであってもよぐ或いは図 23に示すように横断面の形状が Y字状 (プロペラ状)の低屈折率材料領域 35 (三角柱の各角部に凸部を設けた形状の低屈折率材料領域)がスラブ材 11に三角格子状に配列されて屈折率分布が形成されたものであつてもよぐあるいは図 24に示すように中心を結ぶ線が正三角形になるように配置された 3つの円柱状領域 45a、 45a、 45aを一単位とした形状の低屈折率材料領域 45が配列されて屈折率分布が形成されたものであってもよい。

[0043] 図 22〜図 25に示した低屈折率材料領域の形状は、いずれも C 対称のものである

3V

。図 22中、 Lは凸部の長さ、 Mは凸部の高さ、 aは低屈折率材周期構造部における最小中心距離又は格子定数である。図 23中、 Lは凸部の長さ、 Mは凸部の高さ、 a は低屈折率材周期構造部における最小中心距離又は格子定数である。図 24中、 L は円柱状領域の中心間距離、 rは円柱状領域 45aの半径、 aは低屈折率材周期構造部における最小中心距離又は格子定数である。

実施例

[0044] (実験例 1)

スラブ材 11に形成する複数の三角柱状低屈折率材料領域 15の一群の平行線 M に対する傾斜角度 Θを— 30度〜 + 30度の範囲で変更した以外は図 1〜図 3に示したものと同様の各種の 2次元フォトニック結晶スラブ作製した。なお、ここで作製した 2 次元フォトニック結晶スラブは、 Δ =0.46、 LZa=0.85、 tZa=0.80なる条件とした作製した各種の 2次元フォトニック結晶スラブに外部から λ = 1.55 mの光を入射し、バンドギャップの低屈折率材料領域傾斜角依存性についで調べた。その結果を図 10に示す。なお、図 11Aは傾斜角度 Θが 30度の場合の三角柱状低屈折率材料領域の配列状態を示しており、図 11Bは傾斜角度 Θ力 S15度の場合の三角柱状低屈折率材料領域の配列状態を示しており、図 11Cは傾斜角度 Θ力^度の場合の三角柱状低屈折率材料領域の配列状態を示して!/ヽる。

[0045] 図 10のグラフにおいて、横軸は傾斜角度 Θ、縦軸はバンドギャップ周波数の中心値 ω gに対するバンドギャップ周波数幅 Δ ω gの割合である。

図 10に示す結果力複数の三角柱状低屈折率材料領域は一群の平行線 Mに対する傾斜角度 Θが— 30度と + 30度のときは Δ co gZ o gが 0であり、フォトニックバンドギャップが現れていない。 30度く 0く + 30度の範囲のときに、フォトニックバンドギャップが存在し、特に、傾斜角度 Θ力^度のときは、 Δ co gZ o gが最大値を示しており、フォトニックバンドギャップを示す周波数幅が非常に広いことがわかる。

[0046] (実験例 2)

スラブ材 11の厚み tと、三角柱状低屈折率材料領域 15の割合 (開口率)を変更した以外は図 1〜図 3に示したものと同様の各種の 2次元フォトニック結晶スラブ作製した。なお、ここで作製した 2次元フォトニック結晶スラブは、 Δ =0.46なる条件とした。作製した各種の 2次元フォトニック結晶スラブに外部力も TE— likeモードと TM— li keモードの光をそれぞれ入射したときの 2次元完全フォトニックバンドギャップ（2次元完全 PBG)のスラブ材厚さ依存性についで調べた。その結果を図 12〜図 17に示す。なお、図 12〜図 17に作製した 2次元フォトニック結晶スラブの t/aの値と t/ λ

0 の値も合わせて示した。

[0047] 図 12〜図 17のグラフにおいて、横軸は空気からなる三角柱状低屈折率材料領域の開口率、縦軸は規格ィ匕周波数である。図 12〜図 17のグラフ中、点線に囲まれた領域は TM— like modeのときの開口率とバンドギャップの関係を示しており、実線に囲まれた領域は TE— like modeのときの開口率とバンドギャップの関係を示している。また、図 12〜図 17のグラフにおいて、点線に囲まれた領域と実線に囲まれた領域が重なっている部分 (斜線で示される領域）力 TM-like modeと TE— like modeの両モードの光に対して共通のフォトニックバンドギャップを示している。

[0048] 図 12に示す tZa = 0. 60の場合と図 17の tZa=∞の場合は、低屈折率材料領域の開口率がいずれであっても TE— like modeと TM— like modeの両モードの光に対して共通のフォトニックバンドギャップを有してヽな、ことがわ力る。

これに対して図 13〜図 16の tZa=0.65〜1.50の場合は、 TM— like modeと TE -like modeの両モードの光に対して共通のフォトニックバンドギャップを有することができ、 2次元完全フォトニックバンドギャップが存在していることがわかる。 2次元完全フォトニックバンドギャップとは TE— like modeと TM— like modeの両モードの光に対して共通のフォトニックバンドギャップを有することをいう。

図 14の tZa = 0.80の場合は 2次元完全フォトニックバンドギャップを示す周波数幅が広いことがわかる。

[0049] (実験例 3)

スラブ材 11の厚み tと、 LZaを変更した以外は図 1〜図 3に示したものと同様の各種の 2次元フォトニック結晶スラブ作製した。ここではえ = 1550nm付近がバンドギ

0

ヤップの中心波長になるように aの値を変更することにより、 LZaの値を変更した。作製した各種の 2次元フォトニック結晶スラブに外部から λ = 1550nmの光を入射

0

し、スラブ材 11の厚み tと完全バンドギャップの有無との関係を調べた。

[0050] これまで説明した如く図 1から図 3に示す三角柱形状の低屈折材料領域を形成したスラブ材に代えて図 9に示す複合円状の複合孔を有するフォトニック結晶スラブを用 V、て共振器に供した場合の試験を行った。

[0051] 図 9に示す形状の複合孔を有する S なるスラブ材であって、 1つの複合円の半径 0.24 mのものを 3つ、個々の半径を 60度で交差させて複合した形状の複合孔を三角格子位置に多数形成したスラブ材を用意した。このスラブ材の複数の複合孔のうち、 1列を略して導波路とすると共に、導波路から 1列（2列、 3列、あるいはそれ以上でも良い）の複合孔をあけた位置の複合孔を導波路と平行に 2つ（1つ、 3つでも良い。また、それ以上でも良い）略し、 2つの複合孔の代わりに深さ 0.3 m以下、半径 0.19 mの非貫通の穴部を形成し、穴部を形成した部分を共振器として図 9に示す導波路と共振器を備えた光デバイスを作製した。また、この光デバイスの t Za = slab

0.95、 L/a = 0.2、 r/a = 0.38として! /、る。

この構造の光デバイスの ω a/2 π cの値を全方向につ!、て測定したところ、図 18 に示す結果が得られ、 TE、 TM— like mode共通フォトニックバンドギャップが存在することを確認できたとともに、図 19に示す如く TE、 TM-like mode共通フォトニックバンドギャップ中に共振器モードが存在することを確認でき、 2次元完全フォト-ックバンドギャップを有すると同時に共振器として機能することを確認することができた。

[0052] このような 2次元完全フォトニックバンドギャップを有するスラブ材を用いてスラブ材の厚さと穴部の深さ（トリミング深さ)の割合と Q値 (トリミング深さ 0の場合を規格ィ匕した相対値)の関係を求めた結果を図 20に示す。

また、先の例と同等のスラブ材に三角格子位置に丸孔を形成した TE— like modeに対してのみフォトニックバンドギャップを有するスラブ材を用意し、先の例と同等の試験に供した。この例のスラブ材は先の第 2の実施形態の構造にぉ、て低屈折材料領域の形成位置を三角格子位置とし、その他の基本構造は第 2の実施形態に準じる構造のものである。

図 20に示す結果から、 2次元完全フォトニックバンドギャップを有しな、試料では穴部を形成してその深さを増加することで Q値が大幅に低下してしまう傾向となる。これは、 TE— like modeに対してのみフォトニックバンドギャップを有するが、 TM— 1 ike modeに対してフォトニックバンドギャップを有していないフォトニック結晶に穴部を形成して共振器を製造すると、面内光漏れにより Q値が低下することを意味する。

[0053] 図 21は先の例の両モードに対応した 2次元完全フォトニックバンドギャップを有するフォトニック結晶スラブと、一方のモードのみ対応したフォトニックバンドギャップを有するフォトニック結晶スラブのそれぞれの点欠陥（共振器領域)から共振後の光が放出される場合の放射パターンを測定した結果を示す。

図 21Aはスラブ材 22の中心の点欠陥（共振器領域)から放射状に角度を規定し、放射パターンの広がりを測定した際の受光器の角度位置を示す。図 21Bに一方のモードのみ対応したフォトニックバンドギャップを有するフォトニック結晶スラブの角度毎の受光器の測定結果を示し、図 21Cに両モードに対応した 2次元完全フォトニックバンドギャップを有するフォトニック結晶スラブの角度毎の受光器の測定結果を示す。

[0054] 図 21Bと図 21Cに示す試験結果から明らかなように、一方のモードのみ対応したフオトニックバンドギャップを有するフォトニック結晶スラブでは放射パターンが 3つの別れ、明らかに斜め方向への放射も存在していた。これに対して両モードに対応した 2 次元完全フォトニックバンドギャップを有するフォトニック結晶スラブでは放射パターン力 S1つの山に集中した単峰型の放射パターンが得られた。

[0055] 次に、 LZaを変更した以外は図 1〜図 3に示したものと同様の各種の 2次元フォト- ック結晶スラブ作製した。ここでは λ = 1550nm付近がバンドギャップの中心波長に

0

なるように aの値、 Lの値を変更することにより、 LZaの値を変更した。

図 25は、 LZa = 0.85、 Δ =0.15a、 f =0.36 (fは 2次元フォトニック結晶スラブ全体に対する低屈折率材料領域が占める割合、即ち、本実験例では開口割合である）とした場合の三角柱状低屈折率材料領域の配列状態を示している。

図 26は、 LZa= l、 Δ =Oa、 f= 0.5とした場合の三角柱状低屈折率材料領域の配列状態を示している。

作製した各種の 2次元フォトニック結晶スラブに外部から λ = 1550nmの光を入射

0

し、二次元完全バンドギャップ幅を調べた。結果を図 25〜図 26に合わせて示す。図 25〜図 26中、 Δ λ ΤΜは、 TM— like modeのフォトニックバンドギャップの波長帯幅（単位は nm)であり、 Δ λ ΤΕは、 TE— like modeのフォトニックバンドギャップの波長帯幅（単位は nm)である。

図 25〜図 26に示した結果力ら、 LZa = 0.85の場合の TE、 TM— like mode共通フォトニックバンドギャップの波長帯幅 Δ λは 59nmであった力 LZa= lの場合の

Δ λは 176nmであり、 LZa= 1の場合の方が二次元完全バンドギャップ幅が広いことがわかる。

[0056] 低屈折率材料領域の形状を三角柱の各側面に凸部を設けた形状 (三角柱の各角部が凹状にカットにされた形状）になるようにしたことと、 LZaを変更した以外は先の実験例と同様の各種の 2次元フォトニック結晶スラブ作製した。ここではえ = 1550η

0

m付近がバンドギャップの中心波長になるように aの値、 Lの値を変更することにより、 LZaの値を変更した。

図 27は、 LZa = 0.6、 M = 0.1a(Lは凸部の長さ、 Mは凸部の高さ、 aは低屈折率材周期構造部における最小中心距離である。）、 f=0.39とした場合の低屈折率材料領域の配列状態を示してヽる。

図 28は、 LZa = 0.7、 M = 0.1a、 f = 0.49とした場合の低屈折率材料領域の配列状態を示している。

図 29は、 LZa = 0.8、 M = 0.1a、 f = 0.6とした場合の低屈折率材料領域の配列状態を示している。

0

し、二次元完全バンドギャップ幅を調べた。結果を図 27〜図 29に合わせて示す。

[0057] 図 27〜図 29に示した結果から、低屈折率材料領域の形状を三角柱の各角部が凹状にカットにされた形状になるように形成した場合においては、 L/a = 0.6の場合の TE、 TM— like mode共通フォトニックバンドギャップの波長帯幅 Δ λは 53nm、 L/a = 0.7の場合の Δ λは 116nmであった力 L/a = 0.8の場合の Δ λは 225nmであり、 LZa = 0.8とした場合が二次元完全バンドギャップ幅が広いことがわかる。

[0058] 低屈折率材料領域の形状を、横断面の形状が Y字状 (プロペラ状）になるようにした（三角柱の各角部に凸部を設けるようにした)ことと、 LZaを変更した以外は先の実験例と同様の各種の 2次元フォトニック結晶スラブ作製した。ここではえ = 1550nm

0

付近がバンドギャップの中心波長になるように aの値、 Lの値を変更することにより、 L Zaの値を変更した。

図 30は、 LZa = 0.3、 M = 0.3a、 Δ =0.156a、 f= 0.39とした場合の低屈折率材料領域の配列状態を示してヽる。

図 31は、 L/a = 0.34, M = 0.34a、 Δ =0.006a、 f =0.46とした場合の低屈折率材料領域の配列状態を示してヽる。

図 32は、 LZa = 0.366、 M = 0.366a、 Δ =0a、 f =0.53とした場合の低屈折率材料領域の配列状態を示してヽる。作製した各種の 2次元フォトニック結晶スラブに外部から λ = 1550nmの光を入射

0

し、二次元完全バンドギャップ幅を調べた。結果を図 30〜図 32に合わせて示す。

[0059] 図 30〜図 32に示した結果から、低屈折率材料領域の形状を横断面の形状が Y字状になるように形成した場合においては、 LZa = 0.3の場合の TE、 TM— like mode 共通フォトニックバンドギャップの波長帯幅 Δ λは 50nm、 LZa = 0.366の場合の Δ λは 89nmであった力 LZa = 0.34の場合の Δ λは 136nmであり、 LZa = 0.34とした場合が二次元完全バンドギャップ幅が広いことがわかる。

[0060] 中心を結ぶ線が正三角形になるように配置された 3つの円柱状領域を一単位とした形状の低屈折率材料領域を三角格子状に配列して屈折率分布を形成したことと、 L Zaを変更した以外は先の実験例と同様の各種の 2次元フォトニック結晶スラブ作製した。ここでは λ = 1550nm付近がバンドギャップの中心波長になるように aの値、 L

0

の値を変更することにより、 LZaの値を変更した。

図 33は、 LZa = 0.425、 r=LZ2 (Lは円柱状領域の中心間距離、 rは円柱状領域の半径である。）、 Δ =0.15a、 f =0.49とした場合の低屈折率材料領域の配列状態を示している。

図 34は、 LZa = 0.45、 r=L/2, Δ =0.1a、 f =0.55とした場合の低屈折率材料領域の配列状態を示して!/、る。

図 35は、 LZa = 0.5、 r=L/2, Δ =0a、 f= 0.68とした場合の低屈折率材料領域の配列状態を示して、る。

0

し、二次元完全バンドギャップ幅を調べた。結果を図 33〜図 35に合わせて示す。

[0061] 図 33〜図 35に示した結果から中心を結ぶ線が正三角形になるように配置された 3 つの円柱状領域を一単位とした形状の低屈折率材料領域を配列して屈折率分布を形成した場合においては、 LZa = 0.5の場合の TE、 TM-like mode共通フォト-ックバンドギャップの波長帯幅 Δ λは無し、 LZa = 0.425の場合の Δ λは 140nmであつたが、 LZa = 0.45の場合の Δ λは 202nmであり、 LZa = 0.45とした場合が二次元完全バンドギャップ幅が広いことがわかる。

産業上の利用可能性 [0062] 本発明の 2次元フォトニック結晶導波路が備えられた光デバイスは光アドドロップフオトニックデバイス (光アドドロップ多重装置)等のアドドロップ素子ある、は共振器デバイス等に好適に用いることができる。図面の簡単な説明

[0063] [図 1]第 1の実施形態の導波路を備えた共振器の概略構成を示す斜視図。

[図 2]図 1の共振器に備えられた 2次元フォトニック結晶導波路を示す概略平面図。

[図 3]図 2の 2次元フォトニック結晶導波路に備えられた 2次元フォトニック結晶スラブに形成された複数の低屈折率材料領域を示す拡大平面図。

圆 4]本発明で使用可能な補強層付きスラブ材を示す断面図。

[図 5]図 2の 2次元フォトニック結晶導波路に備えられた 2次元フォトニック結晶スラブに形成された C 対称の低屈折率材料領域のその他の例を示す拡大平面図。

3V

[図 6]図 2の 2次元フォトニック結晶導波路に備えられた 2次元フォトニック結晶スラブに形成された C 対称の低屈折率材料領域のその他の例を示す拡大平面図。

3V

[図 7]図 2の 2次元フォトニック結晶導波路に備えられた 2次元フォトニック結晶スラブに形成された C 対称の低屈折率材料領域のその他の例を示す拡大平面図。

3V

[図 8]第 2の実施形態の波長分波器の概略構成を示す斜視図。

[図 9]第 3の実施形態の波長分波器の概略構成を示す斜視図。

[図 10]バンドギャップの低屈折率材料領域傾斜角依存性を示す図。

[図 11]図 11Aは Θ = 30度の場合の低屈折率材料領域の配列状態を示す図、図 11

Bは Θ = 15度の場合の低屈折率材料領域の配列状態を示す図、図 11Cは Θ =0度の場合の低屈折率材料領域の配列状態を示す図。

[図 12]tZa=0.60の場合の 2次元完全 PBG幅と開口率の関係を示す図。

[図 13]tZa=0.65の場合の 2次元完全 PBG幅と開口率との関係を示す図。

[図 14]tZa=0.80の場合の 2次元完全 PBG幅と開口率の関係を示す図。

[図 15]tZa = 0.90の場合の 2次元完全 PBG幅と開口率の関係を示す図。

[図 16]tZa= 1.50の場合の 2次元完全 PBG幅と開口率の関係を示す図。

[図 17]tZa =∞の場合の 2次元完全 PBG幅と開口率との関係を示す図。

[図 18]実施例の光デバイスの 2次元完全フォトニックバンドギャップの測定結果を示す図。

[図 19]実施例の光デバイスの 2次元完全フォトニックバンドギャップを有する共振器モ

—ド生成の測定結果を示す図。

[図 20]実施例の光デバイスの Q値の変化を示す図。

[図 21]実施例の光デバイスの放射パターンを示すためのもので、図 21Aは測定角度分布図、図 21Bは比較例の放射パターンを示す図である。図 21Cは、二つのモード (TE— likeモードと TM— likeモード）に対応した完全フォトニックバンドギャップを有する場合の放射パターンである。

[図 22]図 2の 2次元フォトニック結晶導波路に備えられた 2次元フォトニック結晶スラブに形成された C 対称の低屈折率材料領域のその他の例を示す拡大平面図。

3V

[図 23]図 2の 2次元フォトニック結晶導波路に備えられた 2次元フォトニック結晶スラブに形成された C 対称の低屈折率材料領域のその他の例を示す拡大平面図。

3V

[図 24]図 2の 2次元フォトニック結晶導波路に備えられた 2次元フォトニック結晶スラブに形成された C 対称の低屈折率材料領域のその他の例を示す拡大平面図。

3V

[図 25]L/a = 0.85とした場合の低屈折率材料領域の配列状態と、 Δ λ ΤΜ、厶； L ΤΕを調べた結果を示す図。

lとした場合の三角柱状の低屈折率材料領域の配列状態と、 Δ λ ΤΜ 、厶； L TEを調べた結果を示す図。

[図 27]^ ₃ = 0.6とした場合の低屈折率材料領域の配列状態と、 Δ λ ΤΜ、 Δ λ ΤΕ を調べた結果を示す図。

[図 28]L/a = 0.7とした場合の低屈折率材料領域の配列状態と、 Δ λ ΤΜ、 Δ λ ΤΕ を調べた結果を示す図。

[図 29]L/a = 0.8とした場合の低屈折率材料領域の配列状態と、 Δ λ ΤΜ、 Δ λ ΎΕ を調べた結果を示す図。

[図 30]L/a = 0.3とした場合の低屈折率材料領域の配列状態と、 Δ λ ΤΜ、 Δ λ ΤΕ を調べた結果を示す図。

[図 31]LZa = 0.34とした場合の低屈折率材料領域の配列状態と、 Δ λ ΤΜ、 Δ A T Εを調べた結果を示す図。

差替え用紙（規則 26) [図 32]LZa = 0.366とした場合の低屈折率材料領域の配列状態と、 ΔλΤΜ、 Αλ TEを調べた結果を示す図。

差替え用紙（規則 26) [図 33]LZa = 0.425とした場合の低屈折率材料領域の配列状態と、 Δ λΤΜ、 Δ λ ΤΕを調べた結果を示す図。

[図 34]LZa = 0.45とした場合の低屈折率材料領域の配列状態と、 Δ λΤΜ、 Δ XT Εを調べた結果を示す図。

[図 35]LZa = 0.5とした場合の低屈折率材料領域の配列状態と、 Δ λΤΜ、 Δ λΎΕ を調べた結果を示す図。

[図 36]従来の 2次元フォトニック結晶導波路を示す概略斜視図。

符号の説明

10、 10Α、 50…フォトニック結晶導波路、 10a, 10b, 50a- ·· 2次元フォトニック結晶スラブ、 11···スラブ材、 11a…補強層、 14···三角孔、 15、 25、 35、 45、 65···空気 (低屈折率材料領域)、 16…孤立欠陥領域、 16Α···共振器領域、 17···穴部、 22··· 線状欠陥 (導波路)、 66…孤立欠陥領域、 66Α···共振器領域、 67···穴部、 76···孤立欠陥領域、 76Α···共振器領域、 77···穴部、 a…ピッチ、 L…長さ、 M…平行線、 r …低屈折率材料領域の半径、 t…スラブ材の厚さ。

Claims

請求の範囲

[1] スラブ材に、このスラブ材とは屈折率が異なる同一形状の領域が、複数、 c

6V対称性 (6回の回転対称性と鏡面対称性)で周期的に配置されてなり、前記異屈折率領域の平面形状が C 対称性を有する形状 (3回の回転対称形性と鏡面対称性)とされ

3V

、前記スラブ内を通過する光に対して 2次元完全フォトニックバンドギャップを有するフォトニック結晶スラブであって、

前記 C 対称性を有する異屈折率領域の周期性が部分的に乱されて孤立欠陥領

3V

域が形成され、該孤立欠陥領域において、スラブ材の厚さ方向に非対称性が付与された部分を有することを特徴とするフォトニック結晶スラブ。

[2] 前記孤立欠陥領域が光の共振器とされ、前記対称性は、前記光を前記共振器内に閉じ込める効果の大きい所定の位置に付与されてなることを特徴とする請求項 1に記載のフォトニック結晶スラブ。

[3] 前記非対称性は、非貫通の穴部と凸部の少なくとも一方力^つ以上形成されてなることを特徴とする請求項 1に記載のフォトニック結晶スラブ。

[4] 請求項 1〜3のいずれかに記載の孤立欠陥領域と線状欠陥からなる導波路を有し

、該導波路が TE—ライクモードと TM—ライクモードの少なくとも一方のモードの光を通過可能な導波路とされたことを特徴とするフォトニック結晶導波路。

[5] 請求項 4に記載のフォトニック結晶導波路を備えたことを特徴とする光デバイス。