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2次元フォトニック結晶スラブ及び2次元フォトニック結晶導波路 外国出願あり

国内特許コード P140010809
整理番号 253
掲載日 2014年8月8日
出願番号 特願2004-058981
公開番号 特開2005-099672
登録番号 特許第4538718号
出願日 平成16年3月3日(2004.3.3)
公開日 平成17年4月14日(2005.4.14)
登録日 平成22年7月2日(2010.7.2)
優先権データ
  • 特願2003-305329 (2003.8.28) JP
発明者
  • 北川 均
  • 野田 進
  • 浅野 卓
出願人
  • アルプス電気株式会社
  • 国立研究開発法人科学技術振興機構
発明の名称 2次元フォトニック結晶スラブ及び2次元フォトニック結晶導波路 外国出願あり
発明の概要 【課題】 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る2次元フォトニック結晶スラブを備えた低損失の2次元フォトニック結晶導波路の提供。
【解決手段】 高屈折率材料からなるスラブ材11に、三角柱状の低屈折率材料領域15が三角格子状に配列され、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2次元フォトニック結晶スラブ10a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‐J方向に形成され、線状欠陥22はTE-like モードとTM-like モードの両モードの光を通過可能な導波路22とされた2次元フォトニック結晶導波路10。
【選択図】 図1
従来技術、競合技術の概要


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。



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44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からなるスラブ材料81に円柱孔86を三角格子状に配列された2次元フォトニック結晶を有し、図44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が導入され、この線状欠陥92が導波路とされたものである。



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ニ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、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が、線状欠陥92のところは導波路とみなされるので光は伝搬するようになっている。
【特許文献1】
特開2001-272555号公報

産業上の利用分野



本発明は、微小光回路素子等に用いられる2次元フォトニック結晶スラブ及び該2次元フォトニック結晶スラブに線状欠陥を形成した2次元フォトニック結晶導波路とこれを備えた光デバイスに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
高屈折率材料からなるスラブ材に、このスラブ材よりも低屈折率材料からなる領域が周期的に配列されて屈折率分布が形成され、前記スラブ内を通過する光に対して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2次元フォトニック結晶スラブであって、前記低屈折率材料領域は、その形状が3回の回転対称とミラー面を3つ有するC3V対称性を有し、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てこの一単位を前記スラブ材に三角格子状に配列されているとともに、
前記スラブ材は、0.15≦t/λ0.19(式中、tは前記スラブ材の厚み、λTE-likeモードとTM-like モードの両モードの光に対して共通のバンドギャップの中心波長)なる関係を満たし、かつ、Δ=(n-n)/2n(式中、nは前記高屈折率材料の屈折率、nは前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より大きくなる関係を満たし、かつ、0.65≦t/a≦1.50(式中、aは前記低屈折率材料領域の周期構造部における最小中心距離又は格子定数)なる関係を満たし、
前記低屈折率材料領域が占める割合は、2次元フォトニック結晶スラブの体積100%に対して25%より多くされたことを特徴とする2次元フォトニック結晶スラブ。

【請求項2】
高屈折率材料からなるスラブ材に、このスラブ材よりも低屈折率材料からなる領域が周期的に配列されて屈折率分布が形成され、前記スラブ内を通過する光に対して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2次元フォトニック結晶スラブであって、前記低屈折率材料領域は、その形状が3回の回転対称とミラー面を3つ有するC3V対称性を有するY字状のプロペラ形状をなし、前記スラブ材に三角格子状に配列されているとともに、
前記スラブ材は、0.15≦t/λ0.19(式中、tは前記スラブ材の厚み、λTE-likeモードとTM-like モードの両モードの光に対して共通のバンドギャップの中心波長)なる関係を満たし、かつ、Δ=(n-n)/2n(式中、nは前記高屈折率材料の屈折率、nは前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より大きくなる関係を満たし、かつ、0.65≦t/a≦1.50(式中、aは前記低屈折率材料領域の周期構造部における最小中心距離又は格子定数)なる関係を満たし、
前記低屈折率材料領域が占める割合は、2次元フォトニック結晶スラブの体積100%に対して25%より多くされたことを特徴とする2次元フォトニック結晶スラブ。

【請求項3】
前記スラブ材の少なくとも一方の面に前記低屈折率材料領域が形成されていない補強層が設けられたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の2次元フォトニック結晶スラブ。

【請求項4】
請求項1乃至のいずれか一項に記載の2次元フォトニック結晶スラブに、前記フォトニック結晶の周期的配列を乱す線状欠陥がΓ‐J方向に形成され、該線状欠陥はTE-like モードとTM-like モードの両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2次元フォトニック結晶導波路。

【請求項5】
前記低屈折率材料領域は前記導波路を中心とした左右非対称になるように配置されていることを特徴とする請求項に記載の2次元フォトニック結晶導波路。

【請求項6】
前記低屈折率材料からなる領域は導波路を中心とした左右対称になるように配置されていることを特徴とする請求項に記載の2次元フォトニック結晶導波路。

【請求項7】
(√3)a×(2/16)≦W≦(√3)a×(18/16)(式中、Wは導波路幅、aは前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を特徴とする請求項4乃至6のいずれか一項に記載の2次元フォトニック結晶導波路。

【請求項8】
請求項乃至のいずれか一項に記載の2次元フォトニック結晶導波路が備えられたことを特徴とする光デバイス。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2004058981thum.jpg
出願権利状態 登録
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