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TWO-DIMENSIONAL PHOTONIC CRYSTAL SLAB HAVING LOCALLY THREE-DIMENSIONAL STRUCTURE commons meetings

Patent code P04P001118
File No. A112P60
Posted date Aug 13, 2004
Application number P2002-355631
Publication number P2004-191408A
Patent number P3568943
Date of filing Dec 6, 2002
Date of publication of application Jul 8, 2004
Date of registration Jun 25, 2004
Inventor
  • (In Japanese)野田 進
  • (In Japanese)浅野 卓
  • (In Japanese)田中 良典
Applicant
  • (In Japanese)国立研究開発法人科学技術振興機構
Title TWO-DIMENSIONAL PHOTONIC CRYSTAL SLAB HAVING LOCALLY THREE-DIMENSIONAL STRUCTURE commons meetings
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a two-dimensional photonic crystal which controls the top/reverse radiation ratio of light from an optical resonator.
SOLUTION: A refractive index member 13 formed of a material having a different refractive index from air is mounted on the top surface of two-dimensional photonic crystal which has holes 12 periodically formed in a main body 11. Consequently, the main body 11 and refractive index member 13 constitute an optical resonator together at the position where the refractive index member 13 is mounted. This optical resonator radiates light intensely to a high-refractive-index side, i.e. the side of the surface where the refractive index member is mounted. Consequently, light 191 radiated to the surface side where the refractive index member 12 is arranged has larger intensity than light 192 radiated to its opposite surface side. The refractive index, shape, and size of the refractive index member are varied to control the top/reverse radiation ratio which is the intensity ratio of the light 191 and light 192.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)


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。結晶中の上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]、[0032]、[0039]~[0040]、図1、図5、図6)



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。



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、1本の伝送路に複数の波長の光を重畳して伝播させ、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、導波路と、各波長に対応する欠陥準位を有する異なる複数の点状欠陥とを前記のよう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。



分波器等において点状欠陥(光共振器)から光を光ファイバ等の結晶外部に取り出す際に、点状欠陥が円柱等のように2次元フォトニック結晶の面に垂直な方向に対称な形状を有する場合には、面の表裏に同じ強度で光が放射される。しかし、2次元フォトニック結晶が基板に載置されている場合、結晶の自由面から放射された光のみ利用が可能であり、基板面から放射された光は損失となる。そこで、特許文献1や前記特願2002-086221号出願において、点状欠陥の形状を表裏非対称とすることにより、一方の面から放射される光と他方の面から放射される光との放射強度の比(表裏放射比)を制御することが検討されている。これにより、一方の面からの放射強度を増大し、放射(取り出し)効率を上げることができる。例えば特許文献1には、アクセプタ型点欠陥を円錐形状にする点欠陥([0032]、図5)や、径が面の表裏で異なる点欠陥([0032]、図6)が示されている。

Field of industrial application (In Japanese)


本発明は、波長分割光多重通信等で用いられる光分合波デバイス等に適用することができる2次元フォトニック結晶に関する。特に、それらのデバイス中に設けられる光共振器において外部との間の光の授受を効率よく行う技術に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
a)スラブ状の本体と、
b)前記本体に周期的に配列された複数の、本体とは屈折率の異なる領域と、
c)前記本体の表面に屈折率部材を載置することにより形成される光共振器と、
を備えることを特徴とする局所的3次元構造を有する2次元フォトニック結晶スラブ。

【請求項2】
 
a)スラブ状の本体と、
b)前記本体に周期的に配列された複数の、本体とは屈折率の異なる領域と、
c)前記本体の表面に屈折率部材を載置することにより形成される光共振器と、
d)前記屈折率部材の近傍に、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る導波路と、
を備え、光分合波器として機能することを特徴とする局所的3次元構造を有する2次元フォトニック結晶スラブ。

【請求項3】
 
材料、形状、大きさのいずれかが異なる2個以上の屈折率部材を本体の表面に載置したことを特徴とする請求項1又は2に記載の局所的3次元構造を有する2次元フォトニック結晶スラブ。

【請求項4】
 
異屈折率領域の点状欠陥を本体内に設け、その位置に屈折率部材を載置したことを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載の局所的3次元構造を有する2次元フォトニック結晶スラブ。

【請求項5】
 
それぞれ異なる共振波長を有する異屈折率領域点状欠陥を本体内に複数個設け、各点状欠陥の位置に屈折率部材を載置したことを特徴とする請求項4に記載の局所的3次元構造を有する2次元フォトニック結晶スラブ。

【請求項6】
 
前記屈折率部材を本体の表裏両面に載置したことを特徴とする請求項1~5のいずれかに記載の局所的3次元構造を有する2次元フォトニック結晶スラブ。

【請求項7】
 
前記屈折率部材を本体の表裏両面の同じ位置に載置したことを特徴とする請求項6に記載の局所的3次元構造を有する2次元フォトニック結晶スラブ。

【請求項8】
 
本体の表裏両面の同じ位置に同一の屈折率部材を載置したことを特徴とする請求項7に記載の局所的3次元構造を有する2次元フォトニック結晶スラブ。

【請求項9】
 
表裏非対称な異屈折率領域点状欠陥を設けることを特徴とする1~8のいずれかに記載の局所的3次元構造を有する2次元フォトニック結晶スラブ。

【請求項10】
 
前記屈折率部材が前記本体と同じ材料から成ることを特徴とする請求項1~9のいずれかに記載の局所的3次元構造を有する2次元フォトニック結晶スラブ。

【請求項11】
 
前記屈折率部材が外部からの作用により屈折率が変化する材料から成ることを特徴とする請求項1~9のいずれかに記載の局所的3次元構造を有する2次元フォトニック結晶スラブ。

【請求項12】
 
前記屈折率部材が柱状であり、その頂部が凹形又は凸形であることを特徴とする請求項1~11のいずれかに記載の局所的3次元構造を有する2次元フォトニック結晶スラブ。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2002355631thum.jpg
State of application right Registered
Reference ( R and D project ) CREST Function Evolution of Materials and Devices based on Electron/Photon Related Phenomena AREA
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