WO2010035568A1 - 光学レンズ及び光可変デバイス - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to an optical lens and an optical device using the lens effect of a photonic crystal.
  • the photonic crystal has a multidimensional periodic structure of the wavelength of light, and its unique dispersion characteristics show various effects. Many optical devices using photonic crystals use a line defect waveguide using a photonic band gap which is a forbidden band of light.
  • non-patent literature H. Kosaka, T. Kawashima, A. Tomita, M. Notomi, T. Tamamura, T. Sato and S. Kawakami, “Superprism phenomena in photonic crystals,” Phys. Rev. B 58, R10096 ( 1998).
  • non-patent literature H. Kosaka, T. Kawashima, A. Tomita, M. Notomi, T. Tamamura, T. Sato and S.
  • an optical element using a photonic crystal has various effects even in a bulk type photonic crystal without a defect.
  • the incident light with a wide divergence angle has a high degree of straightness.
  • unique effects such as a super collimator effect that propagates through the photonic crystal and a super lens effect that propagates non-collimated light with a wide divergence angle are obtained.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-4225 describes a method for analyzing light propagation by drawing a dispersion surface, which is an energy contour line in such a photonic crystal, as well as a negative refraction angle or Snell. An optical material that has a refraction angle larger than a refraction angle satisfying the above law is shown.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-049705 discloses a photonic crystal having a super prism effect in which the deflection angle of light changes greatly, and one or a plurality of waveguides are arranged on the incident side, and a plurality of waveguides are arranged on the emission side.
  • An optical element in which is arranged is disclosed. This optical element has a function of changing the deflection angle by changing the refractive index of the photonic crystal and switching the light propagation waveguide.
  • Japanese Patent Laid-Open No. 2006-126296 discloses an optical switch in which a photonic crystal having a photonic band gap is arranged around a prism electrode, and a photonic crystal having a super prism effect is arranged at the tip of the photonic crystal. Has been. With this configuration, the optical switch amplifies the light deflected by the prism electrode by the super prism effect.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-072266 discloses that the inside of a normal lens is divided by a lattice like a photonic crystal, the inside is filled with a substance whose refractive index changes, and the refractive index of the lens is changed.
  • An optical lens that changes the distance is disclosed.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-072266 does not change the focal length by changing the dispersion characteristics of the photonic crystal, but only changes the focal length by changing the refractive index of the lens. Therefore, the unique properties of photonic crystals cannot be fully utilized.
  • the present inventors consider light propagation in the photonic crystal, and the light intensity of the diffused light after focusing is weak near the optical axis with respect to the lens effect of the photonic crystal. We found a unique condition that becomes stronger near the divergence angle. Furthermore, the present inventors have found a structure in which the focal length is changed by changing the energy contour of the photonic crystal by changing the refractive index of the photonic crystal having such a structure.
  • an object of the present invention is to provide a miniaturized optical lens and optical device using the lens effect of a photonic crystal.
  • the optical lens of the present invention forms a photonic crystal portion in which a plurality of dielectrics having a dielectric constant different from the dielectric constant of the substrate are arranged in a lattice in a substrate that transmits light.
  • the diffused light is irradiated so that the optical axis of the diffused light having a Gaussian distribution in the intensity distribution of the luminous flux is parallel to the diagonal direction of the grating.
  • the light is incident on the nick crystal portion.
  • the optical device of the present invention also includes an optical lens of the present invention having a dispersion surface variable element that changes a dispersion surface of a photonic crystal portion, an incident optical waveguide, and light emitted from the incident optical waveguide as diffused light.
  • an optical waveguide to be incident on the photonic crystal portion and an output optical waveguide for receiving light emitted from the photonic crystal portion.
  • a miniaturized optical lens and optical device using the lens effect of a photonic crystal can be configured.
  • FIG. 4B is a sectional view taken along line BB in FIG. 4A. It is a top view of the optical variable element which is further another embodiment of this invention.
  • FIG. 1A is a plan view of a photonic crystal portion of an optical lens that is an embodiment of the optical device of the present invention
  • FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 1A.
  • the optical lens 20 of the present embodiment has a structure in which an Si layer 1 in which a plurality of holes 2 are formed in a square lattice shape is laminated on an SiO 2 layer 3 in which an air layer 4 (hollow part) is formed.
  • an SOI (Silicon-on-Insulator) substrate is used for the Si layer 1.
  • a plurality of holes 2 arranged in a square lattice pattern formed in the Si layer 1 constitute a photonic crystal portion 21.
  • the optical lens 20 has a structure called an air bridge structure in which the lower clad layer is air (air layer 4).
  • the Si layer 1 including the holes 2 is referred to as a core layer 51.
  • the air layer 4 adjacent to the core layer 51 is referred to as the clad layers 50 and 52.
  • the cladding layer 50 refers to the air layer 4 formed in the SiO 2 layer 3 adjacent to the core layer 51 below the core layer 51.
  • the cladding layer 52 refers to the air layer 4 adjacent to the core layer 51 above the core layer 51 (see FIG. 1B).
  • FIG. 2 is a diagram showing the result of ray tracing using the deflection angle obtained from the dispersion surface in the optical lens 20.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the geometric relationship of the holes 2 arranged in a square lattice pattern.
  • a photonic crystal has a structure in which a light transmitting substrate and a dielectric having a different dielectric constant from the substrate are periodically arranged in the surface of the substrate, and has a flat end face shape due to its strong dispersion characteristics. Even if it exists, a lens can be formed. Further, light confinement in the direction perpendicular to the substrate is made by a difference in refractive index between the substrate and air.
  • the optical device of the present invention uses such a lens effect of a photonic crystal. This lens effect can be obtained by a dispersion surface representing energy contour lines in the photonic crystal. By performing ray tracing with respect to all angle components included in the incident beam, light propagation in the photonic crystal can be obtained, and a condensing state can be calculated.
  • a plurality of cylindrical holes 2 penetrating in the thickness direction of the Si layer 1 are arranged in a square lattice pattern.
  • the plurality of holes 2 have a square lattice arrangement inclined by 45 °. Since air exists in the hole 2, the dielectric constant of the hole 2 is different from the dielectric constant of the Si layer 1.
  • the ⁇ -X direction which is the crystal coordination direction of the square lattice holes 2 is an axis connecting the centers of the holes 2 and parallel to the four sides of the square which is a unit lattice. Indicates direction.
  • the ⁇ -M direction indicates a direction oblique by 45 ° with respect to the periodic direction in the periodic structure of the lattice, that is, a diagonal direction of a square that is a unit lattice.
  • Diffusion light whose intensity distribution of light flux is Gaussian from the light source 22 is incident on the photonic crystal portion 21 in parallel with the ⁇ -M direction. All angle components included in the Gaussian distribution cause negative refraction at the incident end of the photonic crystal portion 21. As a result, condensing occurs like a lens, and the light incident on the photonic crystal part 21 is further focused in the photonic crystal part 21 after being focused. What is important here is the spot size of light incident on the photonic crystal portion 21. In a normal lens, when a parallel beam is incident on the lens, the light is condensed at the focal length.
  • the condensing spot width in the photonic crystal portion 21 is determined by the spot width of the incident light and the aberration calculated from the dispersion surface.
  • FIG. 2 shows the result of ray tracing based on the deflection angle obtained in the photonic crystal portion 21 for each angle component included in the incident light from the dispersion plane.
  • a is the shortest distance between the holes 2 of the photonic crystal portion 21, and r is the radius of the hole 2.
  • a / ⁇ obtained by normalizing a by the incident wavelength is 0.28, and the distance from the incident end of the photonic crystal portion 21 to the light source 22 is 50 ⁇ m.
  • the incident light to the photonic crystal portion 21 is negatively refracted at the flat incident end face 24 and condensed in the photonic crystal portion 21 (in FIG. 2). : Not only the condensing part 25) but also the light after condensing is diffused. Further, when looking at the light intensity distribution at the time of light diffusion after the light collection, the light intensity is originally strongest near the optical axis 23, but the optical lens 20 is near the spread angle (in FIG. 2: It can be seen that the light intensity at the peripheral portion 26) is higher than that near the optical axis 23.
  • FIGS. 4A and 4B are plan views of a photonic crystal portion of an optical lens provided with a dispersion surface variable element
  • FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. 4A.
  • the optical lens 30 shown in FIGS. 4A and 4B is basically the same as the optical lens 20 shown in FIGS. 1A and 1B except that the control electrode 5 which is a dispersion surface variable element is included. Therefore, the description regarding basic characteristics is omitted.
  • the same components as those of the optical lens 20 are denoted by the same reference numerals.
  • the photonic crystal part 21 of the optical lens 30 is controlled on the surface of the Si layer 1 on both sides of the incident part 24a (only the optical axis 23 is shown in FIG. 4A) where the diffused light enters. It has an electrode 5.
  • the control electrode 5 has a Pt layer 7 serving as a heater and an Au layer 6 serving as an electrode layer bonded and fixed on the Si layer 1 with a Ti layer 8.
  • Pt layer 7 serving as a heater
  • Au layer 6 serving as an electrode layer bonded and fixed on the Si layer 1 with a Ti layer 8.
  • the control electrode 5 varies the dispersion surface by changing the refractive index of the Si layer 1. That is, the Pt layer 7 is heated by passing a current through the Au layer 6, and the refractive index of the Si layer 1 is changed by heating the Si layer 1 with this heat. As a result, the energy contour line in the photonic crystal part 21 changes, that is, the dispersion plane of the photonic crystal part 21 changes. Thereby, a deflection angle changes with respect to each angle component contained in incident light, and a focal distance can be changed.
  • the refractive index is changed by heating the heater, that is, the dispersion surface of the photonic crystal portion 21 is changed using the thermo-optic effect (TO effect), but the present invention is not limited to this.
  • a carrier plasma effect, a magneto-optic effect, an electro-optic effect, or the like may be used.
  • the optical lens 30 includes, for example, a heating element that applies heat to at least one of the core layer 51 and the cladding layer 50 as a dispersion surface variable element, and an electric field that applies an electric field to at least one of the core layer 51 and the cladding layers 50 and 52.
  • An application element or a magnetic field application element that applies a magnetic field to at least one of the core layer 51 and the cladding layers 50 and 52 may be provided.
  • the dispersion surface variable element may have all of the heating element, the electric field application element, and the magnetic field application element.
  • the control electrode 5 of the optical lens 30 is disposed on the Si layer 1 in order to change the refractive index of the core layer 51, the present invention is not limited to this. That is, the control electrode 5 may be arranged at a position where the refractive index of the cladding layer can be changed, or may be arranged at a position where the refractive index of all of the core layer 51 and the cladding layers 50 and 52 can be changed. Good. That is, the dispersive surface variable element is not particularly limited as long as the dispersive surface of the photonic crystal portion can be changed. For example, the dispersive surface variable element is disposed apart from the optical lens 30. It may be.
  • the present invention is not limited to this. That is, it is only necessary that the dielectric constant in the hole 2 and the dielectric constant of the Si layer 1 are different. Therefore, for example, the inside of the hole 2 may be evacuated or filled with resin or liquid crystal.
  • FIG. 5A is a plan view of an optical variable element according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG. 5A.
  • the optical variable element is in an ON state.
  • 5A is the same as FIG. 4B, and therefore FIG. 4B is referred to.
  • the same components as those of the optical lenses 20 and 30 described above will be described using the same reference numerals, and the description of the basic configurations similar to those of the optical lenses 20 and 30 described above will be omitted.
  • the optical variable element 40 is the same as the optical lens 30 described above in that it has the photonic crystal part 21 having the control electrode 5 on the Si layer 1, but an optical waveguide for incidence before and after the photonic crystal part 21. 9 and the output optical waveguide 14 are different.
  • This optical variable element 40 has a function of a switching element.
  • the structure of the optical variable element 40 will be described in detail.
  • An optical waveguide 9 is formed on the light incident side to the photonic crystal portion 21.
  • This optical waveguide 9 is formed in the same Si layer 1 as the photonic crystal portion 21.
  • the optical waveguide 9 is arranged so that its longitudinal direction is parallel to the ⁇ -M direction.
  • Air grooves 10 are disposed on both sides of the optical waveguide 9, and thereby a refractive index difference of the optical waveguide 9 is ensured.
  • a tapered optical waveguide 11 is formed on the distal end side of the optical waveguide 9 to spread the light beam to an arbitrary width.
  • a slab waveguide 41 is disposed between the end face of the photonic crystal portion 21 and the end face of the tapered optical waveguide 11, and this length l is preferably 100 ⁇ m.
  • an optical waveguide 14 having a similar configuration is also arranged on the output side of the photonic crystal portion 21.
  • the optical waveguide 14 is also arranged so that its longitudinal direction is parallel to the ⁇ -M direction.
  • Air grooves 10 are disposed on both sides of the optical waveguide 14.
  • a tapered optical waveguide 12 that receives light propagating in the photonic crystal portion 21 is formed at the tip of the optical waveguide 14, and the light receiving surface 12 a of the tapered optical waveguide 12 is the photonic crystal portion 21. It is directly connected to the exit end.
  • the width of the tapered optical waveguide 12 is set slightly larger than the condensing spot at the exit end of the photonic crystal portion 21.
  • the core layer 51 serving as an optical waveguide layer in addition to Si, semiconductors such as GaAs, GaInAsP, and GaN, dielectrics such as SiN, SiON, SiO 2 , and Ta 2 O 5 , PLZT (lanthanum zirconate titanate) Lead) and other ferroelectric materials, LiNO 3 , LiTaO 3 , electro-optic crystals such as BBO crystals, KTP crystals, and LBO crystals, and polymer polymers such as BCB (benzocyclobutene) and PMMA (polymethyl methacrylate) are used. Is possible.
  • semiconductors such as GaAs, GaInAsP, and GaN
  • dielectrics such as SiN, SiON, SiO 2 , and Ta 2 O 5 , PLZT (lanthanum zirconate titanate) Lead) and other ferroelectric materials, LiNO 3 , LiTaO 3
  • electro-optic crystals such as BBO crystals, KTP crystals, and L
  • the cladding layer may be filled with a liquid crystal in addition to a gas such as air as long as it satisfies single mode propagation in the core, or it is in a vacuum state. There may be.
  • the dimension L in the ⁇ -M direction of the photonic crystal portion 21 is the focal length of the incident light in the ON state, that is, the light propagating in the photonic crystal portion 21 when the control electrode 5 is not driven. It is configured to have the same length as the focal length.
  • Light incident from a light source enters the optical waveguide 9 from the end 9 a of the optical waveguide 9.
  • Light that has entered the optical waveguide 9 propagates in the optical waveguide 9, and the width of the light is expanded to an arbitrary width by the tapered optical waveguide 11.
  • the width of the light emitted from the tapered optical waveguide 11 is further expanded by passing through the slab waveguide 41.
  • the light whose width is expanded by the slab waveguide 41 enters the photonic crystal part 21 with its optical axis parallel to the ⁇ -M direction of the photonic crystal part 21.
  • All angle components included in the light incident on the photonic crystal part 21 cause a diffraction phenomenon in the negative direction at the incident end face of the photonic crystal part 21, thereby condensing the light. .
  • the dimension L in the ⁇ -M direction of the photonic crystal portion 21 is the same length as the focal length, all the light collected in the photonic crystal portion 21 is coupled to the tapered optical waveguide 12 ( (See FIG. 5A). Light that has entered the tapered optical waveguide 12 propagates through the optical waveguide 14 and is output from the end portion 14 a of the optical waveguide 14.
  • the optical variable element 40 can be turned off by applying a current to the control electrode 5 of the optical variable element 40.
  • the refractive index of the Si substrate changes due to the TO effect, and the shape of the energy contour lines of the photonic crystal portion 21, that is, the dispersion plane changes.
  • the current applied to the control electrode 5 is adjusted so that the focal length is shorter than the dimension L of the photonic crystal portion 21 having a lens effect.
  • the light incident on the optical waveguide 9 from the end 9a of the optical waveguide 9 propagates through the tapered optical waveguide 11 and the slab waveguide 41, and the width of the light is expanded.
  • the optical axis 23 enters the photonic crystal portion 21 in a state parallel to the ⁇ -M direction of the photonic crystal portion 21.
  • the light incident on the photonic crystal part 21 causes a diffraction phenomenon in the negative direction at the incident end face of the photonic crystal part 21, thereby condensing the light.
  • the focal length of the light is shorter than the dimension L of the photonic crystal portion 21.
  • the propagation light after condensing has a light intensity in the vicinity of the divergence angle as compared with the vicinity of the optical axis (see FIG. 2).
  • the focal length of the light and the dimension L of the photonic crystal portion 21 are different from each other, the focal point of the light and the position of the tapered optical waveguide 12 are not matched.
  • the condensed propagating light has a light intensity near the divergence angle, that is, a light intensity near the optical axis is weaker than that near the optical axis 23. As a result, the optical variable element 40 is turned off.
  • the optical variable element 40 can constitute an optical modulator. Further, if the continuity of the focal length change due to the refractive index change is utilized, the optical variable element 40 can also constitute an optical variable attenuator. Further, by adjusting the refractive index change, the optical variable element 40 can also adjust the ON / OFF extinction ratio.
  • variable light element 40 can be formed into an array of variable light intensity elements by arranging a plurality of sets of input / output waveguides and providing the control electrode 5 at each position.
  • the optical variable element 40 has a width sufficiently wider than the beam width at the incident end face of the photonic crystal portion 21 of the propagating light.
  • a the Si layer 1 made of Si having a thickness of 0.2 [mu] m, an SOI substrate having a SiO 2 layer of SiO 2 having a thickness of 1.0 .mu.m (FIG. 6A).
  • an electron beam resist 17 (for example, ZEP520, PMMA) is applied by spin coating. And the pattern of the hole 2 of the photonic crystal part 21, the optical waveguide pattern, and the tapered optical waveguide pattern are drawn on the electron beam resist 17 by an electron beam drawing apparatus (not shown) (FIG. 6B). At this time, the optical waveguide and the tapered optical waveguide form a pattern by providing a groove on the side of the Si layer serving as the waveguide.
  • the pattern is transferred to the Si layer 1 using the electron beam resist 17 as a mask (FIG. 6C).
  • dry etching such as CF 4 or SF 6 gas mixed with O 2 gas, for example, inductively coupled plasma etching or RIE etching is performed to transfer the pattern to the Si layer 1.
  • a heater layer is formed.
  • a Ti layer 8 serving as an adhesive between Si and Pt is deposited on the Si layer 1 to a thickness of about 10 nm on the Si layer 1, and a Pt layer 7 is deposited on the Si layer 1 to a thickness of about 400 nm.
  • a photoresist 18 is applied by spin coating, and the heater pattern is transferred to the resist by reduced projection exposure.
  • the heater pattern is transferred from the photoresist 18 to Ti / Pt by ion milling. Thereafter, the residual resist is peeled off (FIG. 6E).
  • a Ti layer 8 serving as an adhesive of Pt and Au is vapor-deposited thereon by 10 nm, and an Au layer 6 of about 200 nm is vapor-deposited on the photoresist 18 thereon. Further, Ti is deposited to a thickness of 10 nm and Au of 600 nm (FIG. 6F).
  • a photoresist 18 is applied by spin coating, and the electrode pattern is transferred to the photoresist 18 by reduction projection exposure.
  • the photoresist pattern is transferred to the Ti / Au / Ti / Au layer by wet etching to form an electrode pattern (FIG. 6G).
  • a photoresist 18 is applied by spin coating, and a pattern for protecting the heater and the electrode pattern is transferred to the photoresist 18 by photolithography.
  • the SiO 2 layer 3 below the Si layer 1 is removed by HF wet etching to form an air layer 4 (FIG. 6H).
  • optical variable element of this embodiment is completed through the above process and the post process.
  • the present invention is not limited to the embodiments described above.
  • the Si layer only needs to propagate in a single mode in the transverse mode, and the thicknesses of the Ti layer 8, the Au layer 6, and the Pt layer 7 can be changed as necessary.
  • the tapered waveguide only needs to satisfy the Fraunhofer diffraction, and the distance from the end face is not limited to 100 ⁇ m.
  • the present invention it is possible to provide a small and unique optical lens using a photonic crystal having a characteristic that the light intensity in the vicinity of the optical axis after focusing is divergent and becomes weaker than the light intensity in the vicinity of the angle. it can.
  • the optical lens is used, and the dispersion surface of the photonic crystal is changed by changing the refractive index of the core, cladding, or both of the core and cladding of the photonic crystal by a dispersion surface variable element.
  • the present invention can provide optical devices such as a light intensity variable element, an optical switch, an optical modulator, and an optical variable attenuator that are small and can operate at high speed.

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Abstract

本発明の光学レンズは、Ｓｉ層（１）内に、Ｓｉ層（１）の誘電率とは異なる誘電率を有する複数の誘電体である孔（２）内の空気柱が格子状に配列されてなるフォトニック結晶部（２１）が形成されたコア層（５１）と、コア層（５１）が積層されるクラッド層（５０）と、コア層（５１）に隣接するクラッド層（５２）を有する。本発明の光学レンズは、光束の強度分布がガウシアン分布である拡散光がフォトニック結晶部内に入射し、拡散光がフォトニック結晶部（２１）内に入射する際の拡散光の光軸（２３）と、格子の対角線とが平行である。

Description

光学レンズ及び光可変デバイス
　本発明は、フォトニック結晶のレンズ効果を用いた光学レンズ及び光学デバイスに関する。
　フォトニック結晶は光の波長程度の多次元周期構造であり、その特異な分散特性は様々な効果を示す。フォトニック結晶を利用した光素子は、光の禁制帯であるフォトニックバンドギャップを用いた、線欠陥導波路を利用した素子が多い。しかしながら非特許文献（H.　Kosaka、　T.　Kawashima、　A.　Tomita、　M.　Notomi、　T.　Tamamura、　T.　Sato　and　S.　Kawakami、　“Superprism　phenomena　in　photonic　crystals、”　Phys.　Rev.　B　58、　R10096　(1998).）、あるいは非特許文献（H.　Kosaka、　T.　Kawashima、　A.　Tomita、　M.　Notomi、　T.　Tamamura、　T.　Sato　and　S.　Kawakami、　Self-collimating　phenomena　in　photonic　crystal、”　Appl.　Phys.　Lett.　74、　1212-1214　(1999).）に示されているように、フォトニック結晶を利用した光素子は、欠陥を設けないバルク型フォトニック結晶においても様々な効果を有する。バルク型フォトニック結晶においては、僅かな入射波長の変化、もしくは入射角度の変化で大きな偏向角の変化をもたらすスーパープリズム効果、広い広がり角をもった入射光が高い直進性をもってフォトニック結晶中を伝搬するスーパーコリメータ効果、また、非コリメート光が広い広がり角をもって伝搬するスーパーレンズ効果といった特異な効果が得られる。
　特開２００５－４２２５号公報では、このようなフォトニック結晶中のエネルギー等高線である分散面を描き、それを利用して光伝搬の解析方法が示されているとともに、負の屈折角、あるいはスネルの法則を満足する屈折角よりも大きな屈折角になるような光学材料が示されている。
　また、バルク型フォトニック結晶を用いた光素子の具体例としては以下のような発明が開示されている。
　特開２００５－０４９７０５号公報では、光の偏向角が大きく変化するスーパープリズム効果を有するフォトニック結晶を有し、入射側に１つあるいは複数の導波路を配置し、出射側に複数の導波路を配置した光素子が開示されている。この光素子は、フォトニック結晶の屈折率を変化させることで偏向角を変化させ、光の伝搬導波路をスイッチさせる機能を有する。
　また、特開２００６－１２６２９６号公報には、プリズム電極の周りにフォトニックバンドギャップをもつフォトニック結晶を配置するとともに、その先に、スーパープリズム効果を有するフォトニック結晶を配置した光スイッチが開示されている。そして、この光スイッチは、このような構成により、プリズム電極によって偏向させた光をスーパープリズム効果で増幅させている。
　また、特開２００６－０７２２６６号公報には、通常のレンズの内部をフォトニック結晶のように格子で区切り、内部を屈折率が変化する物質で満たし、レンズの屈折率を変化させることで、焦点距離を変化させる光学レンズが開示されている。
　一方、非特許文献（T.　Baba　and　T.　Matsumoto、　“Resolution　of　photonic　crystal　superprism、”　Appl.　Phys.　Lett.　81、　2325-2327　(2002).）では、特開２００５－０４９７０５号公報、特開２００６－１２６２９６号公報に使用されているスーパープリズム効果によって大きく光偏向を起こす条件は同時にフォトニック結晶内での光の拡散も引き起こすことが報告されている。
　このように、スーパープリズム効果によって大きく光偏向を起こす条件は同時にフォトニック結晶内での光の拡散も引き起こすために、実際には小型のスイッチング素子を構成することは難しい。
　特開２００６－１２６２９６号公報では入射光の光軸のみを描いているが、フォトニック結晶内では光を拡散光として議論しなければならない。これは非特許文献（T.　Baba　and　T.　Matsumoto、　“Resolution　of　photonic　crystal　superprism、”　Appl.　Phys.　Lett.　81、　2325-2327　(2002).）に示されており，光軸のみの議論では動作を議論することはできない。またｋベクトルの保存則により、フォトニック結晶中を通過する光は入射光と出射光が平行にならねばならず、特開２００６－１２６２９６号公報の図1に描かれたような動作はしえない。
　また、特開２００６－０７２２６６号公報はフォトニック結晶の分散特性を変化させて、焦点距離を変化させているのではなく、レンズの屈折率を変化させることで焦点距離を変化させているに過ぎず、フォトニック結晶の特異な特性を十分に利用することはできない。
　また、上述したバルク型フォトニック結晶を用いた光デバイスに関しては、光の進行方向のみが議論されているだけであり、結晶中の光の伝搬といった点で議論が十分とはいえず、光素子の小型化が困難な状況にある。しかしながら、その一方で、光可変素子に対する小型化、高速化の要求は年々大きくなっている。
　このような状況の下、本発明者らは、フォトニック結晶中での光伝搬を考慮し、フォトニック結晶のレンズ効果に対して集光後の拡散光の光強度が光軸付近で弱く、広がり角近傍では強くなる特異な条件を見出した。さらに本発明者らは、このような構造のフォトニック結晶の屈折率を変化させることで、フォトニック結晶のエネルギー等高線を変化させ、焦点距離を変化させる構造を見出した。
　そこで、本発明は、フォトニック結晶のレンズ効果を用いた、小型化された光学レンズ及び光学デバイスを提供することを目的とする。
　上記目的を達成するため本発明の光学レンズは、光を透過させる基板内に、基板の誘電率とは異なる誘電率を有する複数の誘電体が格子状に配列されてなるフォトニック結晶部が形成されたコア層と、コア層に隣接するクラッド層と、を有し、光束の強度分布がガウシアン分布である拡散光の光軸が、格子の対角線方向と平行となるように、拡散光をフォトニック結晶部内に入射させるものである。
　また、本発明の光学デバイスは、フォトニック結晶部の分散面を変化させる分散面可変要素を有する本発明の光学レンズと、入射用光導波路と、入射用光導波路から出射された光を拡散光としてフォトニック結晶部に入射させる光導波路と、フォトニック結晶部から出射される光を受光する出射用光導波路と、を有するものである。
　本発明によれば、フォトニック結晶のレンズ効果を用いた、小型化された光学レンズ及び光学デバイスを構成することができる。
本発明の一実施形態である光学レンズのフォトニック結晶部の平面図である。 図１ＡのＡ－Ａ線における断面図である。 本発明の一実施形態である光学レンズにおける、分散面から求めた偏向角を利用した光線追跡の結果を示す図である。 正方格子状に配列された孔２の幾何的な関係を説明する図である。 本発明の、分散面可変要素を備えた光学レンズのフォトニック結晶部の平面図である。 図４ＡのＢ－Ｂ線における断面図である。 本発明のさらに他の実施形態である光可変素子の平面図である。 図５ＡのＣ－Ｃ線における断面図である。 本発明の制御電極を備えた光学レンズの製造方法を説明する工程図である。 本発明の制御電極を備えた光学レンズの製造方法を説明する工程図である。 本発明の制御電極を備えた光学レンズの製造方法を説明する工程図である。 本発明の制御電極を備えた光学レンズの製造方法を説明する工程図である。 本発明の制御電極を備えた光学レンズの製造方法を説明する工程図である。 本発明の制御電極を備えた光学レンズの製造方法を説明する工程図である。 本発明の制御電極を備えた光学レンズの製造方法を説明する工程図である。 本発明の制御電極を備えた光学レンズの製造方法を説明する工程図である。
　次に、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
　図１Ａは、本発明の光学デバイスとしての一実施形態である光学レンズのフォトニック結晶部の平面図であり、図１Ｂは、図１ＡのＡ－Ａ線における断面図である。
　本実施形態の光学レンズ２０は、空気層４（空洞部）が形成されたＳｉＯ２層３上に、正方格子状に複数の孔２が形成されたＳｉ層１を積層した構造を有する。Ｓｉ層１にはＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ－ｏｎ－Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板が用いられている。Ｓｉ層１に形成された正方格子状に配列された複数の孔２は、フォトニック結晶部２１を構成している。また光学レンズ２０は、下部クラッド層を空気（空気層４）とした、エアブリッジ構造と呼ばれる構造を有する。なお、本実施形態の説明において、孔２を含むＳｉ層１をコア層５１と称する。また、コア層５１に隣接する空気層４をクラッド層５０、５２と称する。クラッド層５０は、コア層５１の下方にてコア層５１に隣接する、ＳｉＯ２層３に形成された空気層４を指す。一方、クラッド層５２は、コア層５１の上方にてコア層５１に隣接する空気層４を指す（図１Ｂ参照）。
　ここで、本発明におけるフォトニック結晶部２１について図２及び図３を用いて説明する。図２は、光学レンズ２０における、分散面から求めた偏向角を利用した光線追跡の結果を示す図である。また、図３は、正方格子状に配列された孔２の幾何的な関係を説明する図である。
　フォトニック結晶は、光を透過させる基板と、該基板とは異なる誘電率を有する誘電体が該基板面内に周期的に配列された構造を有し、その強い分散特性から平坦な端面形状であってもレンズを形成することができる。また、その基板垂直方向の光の閉じ込めは、基板と空気の屈折率差によってなされる。本発明の光学デバイスはフォトニック結晶のこのようなレンズ効果を用いたものである。なお、このレンズ効果は、フォトニック結晶中のエネルギーの等高線を表す分散面によって求めることができる。入射ビームに含まれる全ての角度成分に対して光線追跡を行うことでフォトニック結晶中の光伝搬を求めることができ、集光状態を計算することが可能である。
　フォトニック結晶部２１には、Ｓｉ層１の厚み方向に貫通した円筒形状の複数の孔２が正方格子状に配列されている。本実施形態では複数の孔２は、正方格子配列を４５°傾けた配列としている。孔２内には空気が存在しているため、孔２の誘電率は、Ｓｉ層１の誘電率とは異なる。ここで、図３に示すように、正方格子状の孔２の結晶配位方向であるΓ－Ｘ方向は、孔２の中心同士を結ぶ軸であって単位格子である正方形の四辺に平行な方向を示す。一方、Γ－Ｍ方向は格子の周期構造における周期方向に対して４５°斜めの方向、すなわち、単位格子である正方形の対角線方向を示す。
　このようなフォトニック結晶部２１に対して、光源２２から光束の強度分布がガウシアン分布である拡散光をΓ－Ｍ方向に平行に入射させる。ガウシアン分布に含まれる全ての角度成分はフォトニック結晶部２１の入射端で負の屈折を起こす。これによりレンズのように集光が起こり、フォトニック結晶部２１に入射した光は、焦点を結んだ後、フォトニック結晶部２１内にてさらに拡散する。ここで重要なのはフォトニック結晶部２１に入射させる光のスポットサイズである。通常のレンズでは平行ビームをレンズに入射させると焦点距離に光が集光する。しかしながら、フォトニック結晶の負の屈折を利用したレンズでは、平行ビームをフォトニック結晶に垂直に入射させた場合、負屈折が起こらないために集光しない。逆に言えば、後に述べるフォトニック結晶部２１で広がり角付近の光強度が強くなるためには、フォトニック結晶内にはガウシアンビームを入射させなければならない。つまりフォトニック結晶部２１には、広がり角をもったガウシアンビームを入射させることが重要である。
　フォトニック結晶部２１中の集光スポット幅は、入射光のスポット幅と分散面から計算される収差によって決まる。ここで、図２に、入射光に含まれる各角度成分に対するフォトニック結晶部２１中での偏向角を分散面から求め、これに基づき光線追跡を行った結果を示す。この計算例は、規格化円孔直径２ｒ／ａ＝０．６２４のとき、背景屈折率を２．９６３としたときのものである。ここで、ａはフォトニック結晶部２１の孔２同士の最短距離、ｒは孔２の半径である。また、このときのａを入射波長で規格化したａ／λは０．２８であり、フォトニック結晶部２１の入射端から光源２２までの距離は５０μｍである。
　図２の光線追跡の結果からも分かるように、フォトニック結晶部２１への入射光は、平坦な入射端面２４で負の屈折を起こしてフォトニック結晶部２１中に集光する（図２中：集光部２５）だけでなく、集光後の光が拡散している。また、集光後における光の拡散の際の光強度分布についてみてみると、本来、光軸２３付近が最も光強度が強くなるのであるが、光学レンズ２０は、広がり角付近（図２中：周辺部２６）の光強度が光軸２３の付近に比べて強くなる、という特徴を有することがわかる。
　次に、分散面を可変させる要素を備えた、フォトニック結晶部を有する光学デバイスについて図４Ａ及び図４Ｂを用いて説明する。図４Ａは、分散面可変要素を備えた光学レンズのフォトニック結晶部の平面図であり、図４Ｂは、図４ＡのＢ－Ｂ線における断面図である。なお、図４Ａ及び図４Ｂに示す光学レンズ３０は、分散面可変要素である制御電極５を有する以外は基本的に図１Ａ及び図１Ｂに示す光学レンズ２０と同じである。よって、基本的な特性等に関する説明は省略するものとする。また、以下の説明において光学レンズ２０と同じ構成要素については同じ符号を用いるものとする。
　光学レンズ３０のフォトニック結晶部２１は、拡散光が入射する入射部２４ａ（図４Ａで示す位置は、光軸２３のみを示している）の両側であって、Ｓｉ層１の表面に、制御電極５を有する。
　制御電極５は、ヒータとなるＰｔ層７と、電極層となるＡｕ層６と、をＴｉ層８にてＳｉ層１上に接着固定している。なお、これら各層の構成の詳細については、後述する本実施形態の光学レンズの製造方法の説明にて詳述する。
　制御電極５は、Ｓｉ層１の屈折率を変化させることで分散面を可変させる。すなわち、Ａｕ層６に対して電流を流すことでＰｔ層７を加熱し、この熱によりＳｉ層１を加熱することでＳｉ層１の屈折率を変化させる。その結果、フォトニック結晶部２１中のエネルギー等高線が変化、すなわち、フォトニック結晶部２１の分散面が変化する。これにより、入射光に含まれる各角度成分に対して偏向角が変化し、焦点距離を変化させることができる。
　なお、ここでは、ヒータ加熱により屈折率を変化させる、すなわち熱光学効果（ＴＯ効果）を利用してフォトニック結晶部２１の分散面を変化させたが、本発明はこれに限定されるものではなく、キャリアプラズマ効果、磁気光学効果、電気光学効果などを利用してもよい。光学レンズ３０は、例えば、分散面可変要素として、コア層５１及びクラッド層５０の少なくとも一方に熱を加える加熱要素のほか、コア層５１及びクラッド層５０、５２の少なくとも一方に電界を印加する電界印加要素、あるいはコア層５１及びクラッド層５０、５２の少なくとも一方に磁界を印加する磁界印加要素を有するものであってもよい。また、分散面可変要素は、これら加熱要素、電界印加要素及び磁界印加要素の全てを有するものであってもよい。また、光学レンズ３０の制御電極５は、コア層５１の屈折率を変化させるためにＳｉ層１上に配置したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、制御電極５は、クラッド層の屈折率を変化させ得る位置に配置されてもよいし、あるいは、コア層５１及びクラッド層５０、５２全ての屈折率を変化させ得る位置に配置されてもよい。すなわち、分散面可変要素は、フォトニック結晶部の分散面を変化させることが可能であれば、その配置は特に限定されるものではなく、例えば、光学レンズ３０と離隔させて配置されているものであってもよい。
　また、上述の説明においては、孔２と、その周辺部分のＳｉ層１との誘電率を異ならせるため、孔２内に空気を存在させているが本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、孔２内の誘電率とＳｉ層１の誘電率とが異なりさえすればよい。よって、例えば孔２内を真空にしてもよいし、樹脂や液晶を充填してもよい。
　次に、本発明の光学デバイスの他の例としての光可変素子について図５Ａ及び図５Ｂを用いて説明する。
　図５Ａは、本発明の一実施形態である光可変素子の平面図であり、図５Ｂは、図５ＡのＣ－Ｃ線における断面図である。なお、図５Ａでは、光可変素子がＯＮ状態が示されている。また、図５ＡのＢ－Ｂ線における断面形状は、図４Ｂと同じであるため、図４Ｂを参照するものとする。さらに、上述の光学レンズ２０、３０と同様の構成要素については同じ符号を用いて説明するものとし、上述した光学レンズ２０、３０と同様の基本的構成に関する説明は省略するものとする。
　光可変素子４０は、Ｓｉ層１上に制御電極５を備えたフォトニック結晶部２１を有する点では上述の光学レンズ３０と同様であるが、フォトニック結晶部２１の前後に入射用の光導波路９及び出射用の光導波路１４を有する点で異なる。この光可変素子４０はスイッチング素子の機能を有するものである。以下、光可変素子４０の構造について詳細に説明する。
　フォトニック結晶部２１への光の入射側には光導波路９が形成されている。この光導波路９はフォトニック結晶部２１と同じＳｉ層１に形成されている。また、この光導波路９はその長手方向が、Γ－Ｍ方向と平行となるように配置されている。光導波路９の両側部には空気溝１０が配置されており、これにより光導波路９の屈折率差が確保される。また、光導波路９の先端側には、任意の幅に光ビームを広げるテーパ型光導波路１１が形成されている。
　フォトニック結晶部２１の端面からテーパ型光導波路１１の端面までの間にはスラブ導波路４１が配置されており、この長さｌは１００μｍとするのが好ましい。
　一方、フォトニック結晶部２１の出力側にも同様の構成の光導波路１４が配置されている。光導波路１４もその長手方向が、Γ－Ｍ方向と平行となるように配置されている。また、光導波路１４の両側部には空気溝１０が配置されている。光導波路１４の先端部にはフォトニック結晶部２１内を伝搬してきた光を受光するテーパ型光導波路１２が形成されており、このテーパ型光導波路１２の受光面１２ａがフォトニック結晶部２１の出射端に直接接続されている。なお、テーパ型光導波路１２の幅は、フォトニック結晶部２１の出射端における集光スポットに比べて僅かに大きく設定されている。
　光の導波層となるコア層５１に関しては、Ｓｉの他、ＧａＡｓ、ＧａＩｎＡｓＰ、ＧａＮ、などの半導体、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５などの誘電体、ＰＬＺＴ（チタン酸ジルコン酸ランタン鉛）などの強誘電体、ＬｉＮＯ３、ＬｉＴａＯ３、ＢＢＯ結晶、ＫＴＰ結晶、ＬＢＯ結晶などの電気光学結晶、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）などの高分子性ポリマーなどが利用可能である。一方、クラッド層に関しては前述した素材のほかに、コア内での単一モード伝搬を満たすのであれば、空気等の気体の他、液晶を充填してもよいし、あるいは真空状態にするものであってもよい。
　なお、フォトニック結晶部２１のΓ－Ｍ方向の寸法Ｌは、入射光のＯＮ状態の焦点距離、すなわち、制御電極５が駆動していない状態でのフォトニック結晶部２１内を伝搬する光の焦点距離と同じ長さを有するように構成されている。
　次に、本実施形態の光可変素子４０のＯＮ／ＯＦＦ動作について説明する。
　まず、光可変素子４０のＯＮ状態について説明する。
　不図示の光源から入射された光は光導波路９の端部９ａから光導波路９内に入射する。光導波路９内に入射した光は光導波路９内を伝搬し、テーパ型光導波路１１によってその光の幅が任意の幅に広げられる。テーパ型光導波路１１から出射された光はスラブ導波路４１を通ることでその幅はさらに広げられる。スラブ導波路４１で幅を拡げられた光は、その光軸がフォトニック結晶部２１のΓ－Ｍ方向と平行な状態でフォトニック結晶部２１内に入射する。
　フォトニック結晶部２１内に入射された光に含まれる全ての角度成分は、それぞれに対してフォトニック結晶部２１の入射端面で負の方向への回折現象を起こし、これにより光が集光する。
　フォトニック結晶部２１のΓ－Ｍ方向の寸法Ｌは焦点距離と同じ長さとしているので、フォトニック結晶部２１内で集光された光は全てテーパ型光導波路１２に結合することとなる（図５Ａ参照）。テーパ型光導波路１２内に入射した光は、光導波路１４を伝播し光導波路１４の端部１４ａから出力される。
　次に、光可変素子４０のＯＦＦ状態について説明する。
　光可変素子４０の制御電極５に電流を印加することで光可変素子４０をＯＦＦ状態とすることができる。
　制御電極５に電流を印加すると、ＴＯ効果によってＳｉ基板の屈折率が変化し、フォトニック結晶部２１のエネルギー等高線の形状、すなわち、分散面が変化する。このときレンズ効果を有するフォトニック結晶部２１の寸法Ｌよりも焦点距離が短くなるように、制御電極５への印加電流を調整する。
　ＯＮ状態と同様に、光導波路９の端部９ａから光導波路９内に入射した光は、テーパ型光導波路１１およびスラブ導波路４１を伝搬することで光の幅が拡げられた状態、かつその光軸２３がフォトニック結晶部２１のΓ－Ｍ方向と平行な状態でフォトニック結晶部２１内に入射する。
　フォトニック結晶部２１内に入射された光は、フォトニック結晶部２１の入射端面で負の方向への回折現象を起こし、これにより光が集光する。ここで、ＯＦＦ状態では、制御電極５に電流が印加されていることでＳｉ基板の屈折率が変化しているため、光の焦点距離がフォトニック結晶部２１の寸法Ｌよりも短くなっている。また、集光後の伝搬光は光軸近傍に比べて、広がり角近傍の光強度が強くなっている（図２参照）。このように、光の焦点距離とフォトニック結晶部２１の寸法Ｌが異なることで、光の焦点とテーパ型光導波路１２の位置とがマッチングしなくなり、よって、伝搬光はテーパ型光導波路１２に結合できない。さらに、集光後の伝搬光は光軸２３近傍に比べて、広がり角近傍の光強度が強くなっている、つまり、光軸付近の光強度が弱くなっている。これらにより、光可変素子４０はＯＦＦ状態となる。
　上述のＯＮ／ＯＦＦ動作を高速に行うことで、光可変素子４０は光変調器を構成することが可能となる。また、屈折率変化による焦点距離変化の連続性を利用すれば、光可変素子４０は光可変減衰器も構成可能である。また屈折率変化を調整すれば、光可変素子４０はＯＮ／ＯＦＦの消光比も調整することができる。
　また、光可変素子４０は、複数組の入出射導波路を配置し、それぞれの位置に制御電極５を設けることで、光強度可変素子のアレイ化が可能である。なお、この場合、光可変素子４０は、伝搬光のフォトニック結晶部２１の入射端面でのビーム幅よりも十分に広い幅を有するものとしておく。
（光可変素子の製造方法）
　次に、本発明の制御電極を備えた光学レンズの製造方法について図６を用いて説明する。
　まず、厚さ０．２μｍのＳｉからなるＳｉ層１と、厚さ１．０μｍのＳｉＯ２からなるＳｉＯ２層とを有するＳＯＩ基板を用意する（図６Ａ）。
　これに対してスピンコート法により、電子線レジスト１７（例えばＺＥＰ５２０、ＰＭＭＡ）を塗布する。そして、不図示の電子線描画装置によって、電子線レジスト１７にフォトニック結晶部２１の孔２のパターン、光導波路パターン、テーパ型光導波路パターンを描画する（図６Ｂ）。このとき、光導波路とテーパ型光導波路は導波路となるＳｉ層の脇に溝を設けることで、パターンを形成する。
　続いて、電子線レジスト１７をマスクとして、Ｓｉ層１にパターンを転写する（図６Ｃ）。このとき、例えばＣＦ４やＳＦ６ガスにＯ２ガスを混合させた、ドライエッチング、例えば誘導結合プラズマエッチングやＲＩＥエッチングを行い、Ｓｉ層１にパターンを転写する。
　その後、Ｏ２のアッシングによって残留した電子線レジスト１７を除去する（図６Ｄ）。
　続いて、ヒータ層を形成する。Ｓｉ層１の上にＳｉとＰｔの接着剤の役割をなす、Ｔｉ層８をＳｉ層１の上に厚さ１０ｎｍ程度蒸着し、その上からＰｔ層７を４００ｎｍ程度蒸着する。続いてフォトレジスト１８をスピンコート法により塗布し、縮小投影露光によりヒータパターンをレジストに転写する。次にイオンミリングによってヒータパターンをフォトレジスト１８からＴｉ／Ｐｔへと転写する。その後、残留レジストを剥離する（図６Ｅ）。
　続いてその上からＰｔとＡｕの接着剤となるＴｉ層８を１０ｎｍ蒸着し、その上にフォトレジスト１８に２００ｎｍ程度のＡｕ層６を蒸着する。その上にさらにＴｉを１０ｎｍ厚、Ａｕ６００ｎｍ厚で蒸着する（図６Ｆ）。
　その後、スピンコート法によりフォトレジスト１８を塗布し、縮小投影露光により電極パターンをフォトレジスト１８に転写する。次にウェットエッチングによって、フォトレジストパターンをＴｉ／Ａｕ／Ｔｉ／Ａｕ層に転写し、電極パターンが形成される（図６Ｇ）。
　続いてスピンコート法によってフォトレジスト１８を塗布し、フォトリソグラフィによってヒータ、電極パターンを保護するパターンをフォトレジスト１８に転写する。続いてＨＦウェットエッチングによってＳｉ層１下部のＳｉＯ２層３を除去し、空気層４を形成する（図６Ｈ）。
　以上の工程及び、後工程を経ることで、本実施形態の光可変素子が完成される。
　なお、本発明は以上述べてきた実施形態に限定されるものではない。例えばＳｉ層は横モードが単一モード伝搬するのであれば良く、Ｔｉ層８、Ａｕ層６、Ｐｔ層７の厚さは必要に応じて変更可能である。また、テーパ導波路はフラウンフォーファ回折を満たす条件であれば良く、端面からの距離は１００μｍに限定するものではない。
　以上本発明によれば、集光後の光軸付近の光強度が広がり角近傍の光強度に対して弱くなる特性を有するフォトニック結晶を用いた、小型で特異な光学レンズを提供することができる。また、本発明によれば、この光学レンズを用いるとともに、分散面可変要素によりフォトニック結晶のコア、クラッド、もしくはコアとクラッド両方の屈折率を変化させることによって、フォトニック結晶の分散面を変化させることができる。これらにより本発明は、小型で高速動作可能な光強度可変素子、光スイッチ、光変調器、光可変減衰器等の光学デバイスを提供することができる。
　以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
　この出願は、２００８年９月２５日に出願された日本出願特願２００８－２４６０７８号を基礎として優先権の利益を主張するものであり、その開示の全てを引用によって取り込む。

Claims (13)

  1. 　光を透過させる基板内に、前記基板の誘電率とは異なる誘電率を有する複数の誘電体が格子状に配列されてなるフォトニック結晶部が形成されたコア層と、
    　前記コア層に隣接するクラッド層と、を有し、
    　光束の強度分布がガウシアン分布である拡散光が前記フォトニック結晶部内に入射し、前記拡散光が前記フォトニック結晶部内に入射する際の前記拡散光の光軸と、前記格子の対角線とが平行である光学レンズ。
  2. 　前記格子が正方格子からなるものである、請求の範囲第１項に記載の光学レンズ。
  3. 　前記フォトニック結晶部の分散面を変化させる分散面可変要素を有する、請求の範囲第１項または第２項に記載の光学レンズ。
  4. 　前記分散面可変要素は、前記コア層及び前記クラッド層の少なくとも一方を加熱する加熱要素を有する、請求の範囲第３項に記載の光学レンズ。
  5. 　前記分散面可変要素は、前記コア層及び前記クラッド層の少なくとも一方に電界を印加する電界印加要素を有する、請求の範囲第３項または第４項に記載の光学レンズ。
  6. 　前記分散面可変要素は、前記コア層及び前記クラッド層の少なくとも一方に磁界を印加する磁界印加要素を有する、請求の範囲第３項ないし第５項のいずれか１項に記載の光学レンズ。
  7. 　前記誘電体は、前記コア層を貫通して形成された孔内の空気である、請求の範囲第１項ないし第６項のいずれか１項に記載の光学レンズ。
  8. 　前記誘電体は、前記コア層を貫通して形成された孔内に充填された液晶である、請求の範囲第１項ないし第６項のいずれか１項に記載の光学レンズ。
  9. 　前記クラッド層は、前記フォトニック結晶部に対応する位置に空洞部が形成されている、請求の範囲第１項ないし第８項のいずれか１項に記載の光学レンズ。
  10. 　前記空洞部に液晶が充填されている、請求の範囲第１項に記載の光学レンズ。
  11. 　請求の範囲第１項ないし第１０項のいずれか１項に記載の光学レンズと、
    　入射用光導波路と、
    　前記入射用光導波路から出射された光を前記拡散光として前記フォトニック結晶部に入射させる光導波路と、
    　前記フォトニック結晶部から出射される光を受光する出射用光導波路と、を有し、
    　前記分散面可変要素により前記フォトニック結晶部内を伝搬する光の焦点距離を可変させる光学デバイス。
  12. 　前記フォトニック結晶部の前記格子の対角線方向の寸法が、前記分散面可変要素を駆動していない状態での前記フォトニック結晶部内を伝搬する光の焦点距離と同一である、請求の範囲第１１項に記載の光学デバイス。
  13. 　前記出射用光導波路の受光面は、前記フォトニック結晶部に直接接続されている、請求の範囲第１１項に記載の光学デバイス。
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