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表面効果3次元フォトニック結晶 コモンズ

国内特許コード P100000413
整理番号 AF08P008
掲載日 2009年11月5日
出願番号 特願2009-223937
公開番号 特開2011-075614
登録番号 特許第5372682号
出願日 平成21年9月29日(2009.9.29)
公開日 平成23年4月14日(2011.4.14)
登録日 平成25年9月27日(2013.9.27)
発明者
  • 野田 進
  • 石▲崎▼ 賢司
出願人
  • 国立研究開発法人科学技術振興機構
発明の名称 表面効果3次元フォトニック結晶 コモンズ
発明の概要 【課題】外部からのアクセスが容易で、吸収等による光損失の影響のない、光伝搬及び光局在等の制御を可能とする3次元フォトニック結晶を提供する。
【解決手段】本発明に係る表面効果3次元フォトニック結晶30は、ウッドパイル型3次元フォトニック結晶表面に、本来の結晶表面とは構造の異なる表面構造層31を形成したものである。この表面構造層31は、本来、結晶表面に形成されるストライプ層12に対して、同じ層内に、ストライプ層を構成するロッド11と直交する方向に該ロッド11と同じ材料で構成される連結部材32を付加した、直交格子構造の層である。また、この連結部材32は、表面構造層31と最隣接するストライプ層125のロッドと1/2周期ずれた位置に形成される。
【選択図】図7
従来技術、競合技術の概要


近年、新しい光デバイスとして、フォトニック結晶が注目されている。フォトニック結晶とは周期屈折率分布をもった光機能材料であり、光や電磁波のエネルギーに対してバンド構造を形成する。特に、光や電磁波の伝播が不可能となるエネルギー領域(フォトニックバンドギャップ、略称:PBG)が形成されることが特徴である。



フォトニック結晶の屈折率分布の中に屈折率分布の乱れ(欠陥)を導入することにより、PBG中にこの欠陥によるエネルギー準位(欠陥準位)が形成される。これによって、PBG中の欠陥準位のエネルギーに対応する波長の光のみが、この欠陥位置において存在可能になる。これにより、フォトニック結晶内に、点状の欠陥から成る光共振器や線状の欠陥から成る光導波路等の光回路素子を設けることができる。1個のフォトニック結晶内にこれらの光回路素子を多数設けて光集積回路を構成することにより、このフォトニック結晶は光IC素子となる。これまでの光通信等の分野においてはディスクリートな光回路素子を個々に接続して用いているが、光IC素子を用いることにより回路を超小型化することができる。



フォトニック結晶には、2次元フォトニック結晶と3次元フォトニック結晶がある。このうち3次元フォトニック結晶は、2次元フォトニック結晶と比較して、構造的に頑丈であり、全ての光の偏光状態に対応することができるという特長を有する。特許文献1には、空気より屈折率の高い物質から構成されるロッドを互いに平行に周期的に配列してなるストライプ層を複数積層したものであって、最隣接のストライプ層のロッド同士が直交し、次隣接のストライプ層のロッド同士が平行且つ半周期ずれた構造を有するウッドパイル型の3次元フォトニック結晶について記載されている。また、この文献には、この3次元フォトニック結晶の内部において、ロッドの一部に線状の欠陥を設けることにより光導波路を形成することが記載されている。



特許文献2には、構造体内部のロッドに点欠陥を設けた3次元フォトニック結晶が記載されている。この点欠陥には、ロッドの一部を欠損させてそこに形状や屈折率等の異なる物体を配置したもの、ロッドを欠損させることなくロッドに部材を取り付けたもの、ロッド自体の形状を変化させた(太くした/細くした)もの、等がある。この点欠陥は、その形状や大きさ、ロッドに対する位置(変位)により定まる所定の周波数の光に共振する光共振器となる。この光共振器は前記のように光IC素子の構成要素になる。また、欠陥部に発光体を導入することにより、光が点欠陥において共振して発光するレーザ光源として用いることもできる。

産業上の利用分野


本発明は、外部からのアクセスが容易で、吸収等による光損失の影響のない、光伝搬及び光閉じ込め等の制御を可能とする3次元フォトニック結晶に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
ロッドを互いに平行に所定の周期長で配列してなるストライプ層を最隣接のストライプ層のロッド同士が直交するように積層した周期構造を有する3次元フォトニック結晶の表面の1層又は複数層のストライプ層から成る表面構造層が、該ストライプ層内で隣接するロッドを連結する連結部材を有し、該連結部材が該ロッドの長手方向に前記周期長で配列されていることにより、該表面構造層にフォトニックバンドギャップが形成されていることを特徴とする表面効果3次元フォトニック結晶。

【請求項2】
前記表面構造層に、点状欠陥から成る光共振器が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の表面効果3次元フォトニック結晶。

【請求項3】
前記表面構造層に、線状欠陥から成る光導波路が形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の表面効果3次元フォトニック結晶。

【請求項4】
前記3次元フォトニック結晶の周期構造が、次隣接のストライプ層のロッド同士が平行且つ半周期ずれた構造を有するウッドパイル型であり、前記ロッドは空気より屈折率の高い誘電体から成ることを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載の表面効果3次元フォトニック結晶。

【請求項5】
前記表面構造層が1層のストライプ層から成り、前記連結部材が、該表面構造層と最隣接するストライプ層を構成するロッドと半周期ずれた位置に形成された、所定の幅を有する、前記誘電体から成ることを特徴とする請求項4に記載の表面効果3次元フォトニック結晶。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2009223937thum.jpg
出願権利状態 登録
参考情報 (研究プロジェクト等) CREST 新機能創成に向けた光・光量子科学技術 領域
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