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境界反射を利用した2次元フォトニック結晶光分合波器 コモンズ 新技術説明会

国内特許コード P04P001293
整理番号 A112P75
掲載日 2004年10月21日
出願番号 特願2003-057245
公開番号 特開2004-233941
登録番号 特許第3682289号
出願日 平成15年3月4日(2003.3.4)
公開日 平成16年8月19日(2004.8.19)
登録日 平成17年5月27日(2005.5.27)
優先権データ
  • 特願2002-355632 (2002.12.6) JP
発明者
  • 野田 進
  • 浅野 卓
出願人
  • 科学技術振興機構
発明の名称 境界反射を利用した2次元フォトニック結晶光分合波器 コモンズ 新技術説明会
発明の概要 高い分波効率及び合波効率を有する光分合波器を提供する。各禁制帯領域301,302,...毎に異なる周期で空孔32を周期的に配置した面内へテロ構造2次元フォトニック結晶において、空孔32を線状に欠損させることにより全禁制帯領域を通過する導波路33を形成し、各禁制帯領域毎に空孔32を線状に3個欠損させることにより点状欠陥341,342,...を形成する。光導出入部36から導波路を伝播し所定の点状欠陥から分波される所定周波数52の光のうち、その点状欠陥を通過した光は、その周波数が隣接する禁制帯領域の導波路透過帯域51に含まれないため、禁制帯領域境界351,352において反射され、所定の点状欠陥に導入される。これにより、点状欠陥から取り出される所定周波数の光の分波効率が向上する。点状欠陥から合波される所定周波数の光は、この反射により光導出入部36に達する光の強度が大きくなり、合波効率が向上する。<EMI LY=1742 HE=096 ID=000002 WI=065 LX=1100>
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)が形成されることが特徴である。フォトニック結晶中の屈折率分布に適切な欠陥を導入することにより、フォトニックバンドギャップ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、フォトニックバンドギャップ中のエネルギーに対応する波長範囲のうち、欠陥準位のエネルギーに対応する波長の光のみが存在可能になる。結晶中の前記欠陥を線状にすれば導波路となり、結晶中の欠陥を点状にすれば共振器となる。フォトニック結晶には、2次元結晶あるいは3次元結晶を用いることができる。両者にそれぞれ特長があるが、このうち2次元結晶は作製が比較的容易であるという点で有利である。特許文献1には、2次元フォトニック結晶において、円柱孔を三角格子状に周期的に配列することによって周期屈折率分布を設け、この円柱孔を線状に欠損させることによって導波路を形成し([0025]、図1)、導波路近傍に点欠陥を形成する([0029]、図1)ことが記載されている。特許文献1においては、実施例として周期的に配列された円柱孔の径を大きくすることによって形成される点欠陥について検討している。【特許文献1】特開2001-272555号公報([0025]、[0029]、図1)また、本願出願人らは、特願2002-086221号出願において、周期屈折率分布を形成する異屈折率領域のうち隣接する2個以上の異屈折率領域を欠陥とすることによってクラスタ欠陥を形成することを提案している。ここで異屈折率領域の欠陥は、その異屈折率領域の屈折率を他の異屈折率領域の屈折率と異なるものとすることによって形成する。他の異屈折率領域よりも屈折率が低いものをアクセプタ型欠陥、高いものをドナー型欠陥と呼ぶ。前記特許文献1に記載の、円柱孔を大きくすることによって形成する欠陥はアクセプタ型欠陥であり、異屈折率領域を設けないことによって形成する欠陥はドナー型欠陥である。クラスタ欠陥と、1個の異屈折率領域のみを欠損させて形成される点欠陥とを総称して「点状欠陥」と呼ぶ。前記特願2002-086221号出願において、本願出願人らは更に、それぞれ異なる周期で異屈折率領域を配置した複数の禁制帯領域を有し、それぞれの禁制帯領域に点状欠陥を設けた面内へテロ構造2次元フォトニック結晶を提案している。これにより、各禁制帯領域に同じ形状の点状欠陥を設けた場合に、異屈折率領域の周期の違いにより、各点状欠陥において異なる波長の光を共振させることができる。これらの点状欠陥を設けた2次元フォトニック結晶には様々な用途が考えられるが、その典型例として光多重通信が挙げられる。近年の光多重通信においては、一本の伝送路に複数の波長の光を伝播させそれぞれに別個の信号を乗せる波長分割多重方式が用いられる。2次元フォトニック結晶は、各波長に対応する複数の点状欠陥を導波路の近傍に設けることにより、導波路中を伝播する光のうち特定の波長の光(信号)を点状欠陥から取り出す分波器や、特定の波長の光を点状欠陥から導波路に導入する合波器として用いることができる。
産業上の利用分野 波長分割光多重通信等に用いられる2次元フォトニック結晶光分合波デバイスで、特に、その分合波の効率を向上させる技術
特許請求の範囲 【請求項1】 a)スラブ状の本体と、 b)前記本体内に設けた2以上の禁制帯領域と、 c)各禁制帯領域内において、各禁制帯領域毎に異なる周期で周期的に本体に配列された複数の、本体とは屈折率の異なる領域と、 d)各禁制帯領域内において前記異屈折率領域の欠陥を線状に設けることにより形成され、全禁制帯領域を通過する導波路と、 e)各禁制帯領域内において前記導波路の近傍に設けた点状欠陥と、 を備え、 f)各禁制帯領域における導波路の透過波長帯域の一部が、その禁制帯領域の一方の側にある全ての禁制帯領域の導波路透過波長帯域に含まれず、且つ他方の側にある全ての禁制帯領域の導波路透過波長帯域に含まれ、 g)各禁制帯領域に設けられる前記点状欠陥における共振波長が、前記一部の透過波長帯域に含まれ、 h)分波効率又は合波効率が50%以上である、 ことを特徴とする2次元フォトニック結晶光分合波器。
【請求項2】 前記点状欠陥が、隣接する3個の異屈折率領域を欠損させることによって構成される直線状ドナー型クラスタ欠陥であることを特徴とする請求項1に記載の2次元フォトニック結晶光分合波器。
【請求項3】 前記一方の側の隣接禁制帯領域との境界面と自領域に設ける点状欠陥の間の距離を、自領域の点状欠陥の共振波長を有し該点状欠陥により反射される光と、同波長で該点状欠陥を通過し前記境界面により反射される光の位相差がπとなるように、設定したことを特徴とする請求項1又は2に記載の2次元フォトニック結晶光分合波器。
【請求項4】 前記一方の側の隣接禁制帯領域との境界面と自領域に設ける点状欠陥の間の距離を、自領域の点状欠陥の共振波長を有し該点状欠陥から導波路に導入される光と、同波長で前記境界面により反射される光の位相差が0となるように、設定したことを特徴とする請求項1又は2に記載の2次元フォトニック結晶光分合波器。
【請求項5】 各禁制帯領域における点状欠陥と導波路の間の結合定数Qpと、該点状欠陥と空気の間の結合定数Qvの比であるQp/Qvを1.4~2.8とすることを特徴とする請求項1~4のいずれかに記載の2次元フォトニック結晶光分合波器。
【請求項6】 前記Qp/Qvを2とすることを特徴とする請求項5に記載の2次元フォトニック結晶光分合波器。
産業区分
  • 光学装置
  • 伝送方式
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 権利存続中
参考情報 (研究プロジェクト等) CREST 電子・光子等の機能制御 領域
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