(57)【要約】【課題】容易に所望の物性が得られる光機能デバイスの制御方法および制御装置を提供する。【解決手段】制御装置９００は、光機能デバイス１に対して、一方向から信号波（Input）を入射する信号波入射部２００と、信号波と対向する制御波（Control）を、光機能デバイス１に対して入射する制御波入射部３００とを備えている。メタマテリアルを有する光機能デバイス１に対して、一方向から信号波を入力し、信号波とは、同じ方向または他の方向から信号波と同じ波長の制御波を光機能デバイスに対して入射する。そして、信号波と制御波とによって生じる合成波の腹または節の部分に合致するように複数のメタマテリアルからなる光アンテナ１００がそれぞれ配置されている。【選択図】図１
2020112606.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
メタマテリアルを有する光機能デバイスに対して、信号波を入力し、
前記信号波と同じ波長の制御波を前記光機能デバイスに対して入射して、
前記信号波と前記制御波とによる合成波の腹または節の部分に、前記メタマテリアルが配置されていることを特徴とする光機能デバイスの制御方法。
【請求項２】
前記制御波は、前記光機能デバイスのうち、前記信号波が入射する一方の端面とは反対側に位置する他方の端面から信号波と同じ波長で、かつ反対方向に対向させて入射することを特徴とする請求項１に記載の光機能デバイスの制御方法。
【請求項３】
前記制御波は、前記光機能デバイスのうち、前記信号波が入射する一方の端面と、同一の端面若しくは異なる端面から信号波と同じ波長で、かつ同一の方向若しくは異なる方向から入射することを特徴とする請求項１に記載の光機能デバイスの制御方法。
【請求項４】
前記合成波の波長のうち、半周期の長さの整数倍毎に、複数の前記メタマテリアルが配置されていることを特徴とする請求項１〜３のうち何れか一項に記載の光機能デバイスの制御方法。
【請求項５】
前記制御波の位相を連続させて変更することを特徴とする請求項１〜４のうち何れか一項に記載の光機能デバイスの制御方法。
【請求項６】
前記信号波および前記制御波の入力による前記光機能デバイスからの反射光および透過光を計測することにより測定し、測定された測定値から、演算により前記光機能デバイスの透磁率μおよび誘電率εを求めることを特徴とする請求項１〜５のうち何れか一項記載の光機能デバイスの制御方法。
【請求項７】
前記演算は、前記光機能デバイスからの反射光および透過光の強さと、前記信号波および前記制御波の位相差とを予め設定された数式に代入することにより行われることを特徴とする請求項６記載の光機能デバイスの制御方法。
【請求項８】
メタマテリアルを有する光機能デバイスと、
前記光機能デバイスに対して、一方向から信号波を入射する信号波入射部と、
前記信号波とは、同じ方向または他の方向から前記信号波と同じ波長の制御波を前記光機能デバイスに対して入射する制御波入射部と、
前記制御波入射部から入射される制御波の位相を制御して、前記信号波と前記制御波とによる合成波の腹または節の部分の位置を変更する制御部と、を備え、
合成波の腹または節の部分に、前記メタマテリアルを配置することを特徴とする光機能デバイスの制御装置。
【請求項９】
前記信号波と前記制御波とによって生じる前記光機能デバイスの反射光および透過光を測定する測定部と、
前記測定部によって測定された測定値を予め設定された数式に代入して、前記光機能デバイスの透磁率μまたは誘電率εを求める演算部と、
をさらに備えることを特徴とする請求項８に記載の光機能デバイスの制御装置。
【請求項１０】
制御波入射部は、前記信号波が入射する一方の端面とは反対側に位置する他方の端面から、信号波と同じ波長の制御波を１８０度反対方向に対向させて入射させる、ことを特徴とする請求項８または９に記載の光機能デバイスの制御装置。
【請求項１１】
制御波入射部は、信号波が入射する一方の端面と、同一の端面若しくは異なる端面から信号波と同じ波長で、かつ同一の方向若しくは異なる方向から制御波を入射させる、ことを特徴とする請求項８または９に記載の光機能デバイスの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光機能デバイスの制御方法および制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自然界に無い新しい性質を有する材料として人工的に生み出されたのが「メタマテリアル」と呼ばれる微小金属パターンによる物質である。
「メタマテリアル」を実際に光機能デバイスとして利用するには、所望の特性をもつメタマテリアルを用いることが必要である。
しかし、メタマテリアルは一旦構造を決めると、その物性を変化させることは極めて難しい。
この問題の解決に向けた研究動向として、以下に示す「形状変化型」と「周囲変化型」との２つのアプローチが提案されており、現在、様々な試みがなされている。
「形状変化型」としては、非特許文献１に記載のあるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）などの技術を用いて、図１１に模式的に示すメタマテリアルで形成された光アンテナ１００ａの構造を仮想線で示す光アンテナ１００ｂのように変化させる方法がある。
構造を変化させる方法は、形状変化に伴う光アンテナ１００ａ〜１００ｂの特性変化を視覚的かつ容易に予想できる。このため、精度良く所望のデバイス動作を得ることができる。
しかしながら、構造を変化させる方法では、複雑なＭＥＭＳ構造を作り込む必要がある。また、特性を変化させる速度がＭＥＭＳのスピードに律則される。このため、高速動作させる必要があるデバイスには適さないといった問題点がある。
一方、「周囲変化型」は、光アンテナ１００の周囲環境を変化させる方法である。具体的には、図１２に示すように、光アンテナ１００の周囲に半導体や酸化物などの機能性材料１１０を配置し、その特性を変化させて光アンテナ１００の特性の制御を行うものである。
周囲環境を変化させる方法では、機能性材料１１０として適当な物質を選択すれば、十分な高速動作を得ることができるといった利点がある（非特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Nature Nanotechnology . 8, 252 (2013).
【非特許文献２】Optics Express 19, 3973 (2011).）（Nature Photon. 5, 499 (2011)）（Science 325, 1518 (2009).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、周囲環境を変化させる方法では、各種材料の特性変化を鑑みたメタマテリアルの設計は難易度が高く、精度良くデバイス特性を得ることが難しい。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、容易に所望の物性が得られる光機能デバイスの制御方法および制御装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記した課題を解決するため、本発明による請求項１に係る光機能デバイスの制御方法は、メタマテリアルを有する光機能デバイスに対して、一方向から信号波を入力し、信号波とは、同じ方向または他の方向から信号波と同じ波長の制御波を光機能デバイスに対して入射して、信号波と制御波とによる合成波の腹または節の部分に、メタマテリアルが配置されていることを特徴としている。
その他の手段については、発明を実施するための形態中にて説明する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、容易に所望の物性が得られる光機能デバイスの制御方法および制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態の光機能デバイスの制御方法に用いる制御装置で、メタマテリアルの構造を変化させる方法を示した模式図である。
【図２】本実施形態の光機能デバイスの制御装置で、メタマテリアルによって構成された光アンテナを有するユニットセルを拡大した図１中Ａ部の模式図である。
【図３】本実施形態に係る光機能デバイスの制御方法および制御装置で、メタマテリアルを装荷したＳｉ導波路の構成を説明する模式的な斜視図である。
【図４】本実施形態に係る光機能デバイスの制御方法および制御装置で、合成波の腹がメタマテリアル装荷部に合致する場合を示す波形図である。
【図５】本実施形態に係る光機能デバイスの制御方法および制御装置で、合成波の節がメタマテリアル装荷部に合致する場合を示す波形図である。
【図６】本実施形態に係る光機能デバイスの制御方法および制御装置で、位相差がπに近づくにつれて透磁率が１に近づく様子を示すグラフである。
【図７】本実施形態に係る光機能デバイスの制御方法および制御装置で、分散曲線の一例を示すグラフである。
【図８】本実施形態に係る光機能デバイスの制御方法および制御装置で、群屈折率変化の一例を示すグラフである。
【図９】本実施形態に係る光機能デバイスの制御方法および制御装置で、合成波の腹がメタマテリアル装荷部にあたる場合を示す模式図である。
【図１０】本実施形態に係る光機能デバイスの制御方法および制御装置で、合成波の節がメタマテリアル装荷部にあたる場合を示す模式図である。
【図１１】従来の光アンテナの特性を変えるため、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）などの技術を用いてメタマテリアルの構造を変化させる方法を示した模式図である。
【図１２】従来の光アンテナの特性を変えるため、メタマテリアルの周囲環境を変化させる方法を示した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る光機能デバイスの制御方法および制御装置の構成の応用例の一つを示す図である。
本発明は、信号波とは異なる制御波を入射して、メタマテリアルを有する光機能デバイス１の特性を変化させる光機能デバイス１の制御方法およびその制御装置である。
すなわち、光機能デバイス１に対して信号波とは、同じ方向または異なる方向、例えば多方向から制御波を入射する。これらの信号波と制御波とにより合成される合成波の波長に合わせて、複数の光アンテナ１００の位置を周期的に配置する。これにより、メタマテリアル装荷部と合成波（定在波）の腹または節の部分とが合致する。
そして、制御波の位相を調整して、信号波と制御波との位相差を変更することにより、合成波の腹または節の位置を移動させて、光機能デバイス１の透磁率μ（または誘電率ε）を容易に連続的に変更することができる。
【００１０】
［制御装置］
まず、光アンテナ１００を有する光機能デバイス１の制御方法を具現化した制御装置９００の構成について説明する。
図１に示すようにメタマテリアルを有する光機能デバイス１は、光アンテナ１００が設けられた直線状の光導波路８０を設けている。そして、制御装置９００は、光導波路８０の物性である透磁率μ（または誘電率ε）を容易に連続的に変更する制御を行う。
制御装置９００は、光機能デバイス１に対して、一方向から信号波（Input）を入射する光源としての信号波入射部２００と、信号波と同じ波長の制御波（Control）を入射する光源としての制御波入射部３００とを備えている。
本実施形態では、制御波入射部３００は、信号波が入射する一方の端面２とは反対側に位置する他方の端面３から、信号波と同じ波長の制御波を１８０度反対方向に対向させて入射する。光機能デバイス１の光導波路８０では、信号波の光軸と制御波の光軸とが一致して、合成波を生じる。
【００１１】
このように構成された制御装置９００では、信号波と制御波とによる合成波の腹の部分に合致する位置となるように、制御対象となる光機能デバイス１のメタマテリアルである光アンテナ１００が配置される。光機能デバイス１は、複数の光アンテナ１００を合成波の半波長と同じ間隔を置いて複数配置されている。また、光アンテナ１００の形状が合成波の波長で共振する共振周波数となるように形成されている。これにより、複数の光アンテナ１００に同時に合成波の腹または節の部分を合致させて、共振させることができる。
本実施形態の合成波の波長は、１５２０〜１５８０ｎｍの範囲となるように設定されている。そして、複数の光アンテナ１００は、合成波の波長のうち半周期の長さの整数倍毎に等間隔となるように一列に配置されている。
【００１２】
このうち、信号波入射部２００は、内部に光源を有していて、光機能デバイス１の一方の端面２に対向して配置されている。そして、信号波入射部２００は、信号波入射部２００に設けられた光源の発光により、一方の端面２から信号光を光導波路８０内に入射する。
【００１３】
また、制御波入射部３００は、内部に光源を有していて、光機能デバイス１の他方の端面３に対向して配置されている。そして、制御波入射部３００は、制御波入射部３００に設けられた光源の発光により、他方の端面３から制御光を光導波路８０内に入射する。
【００１４】
さらに、制御装置９００は、制御部６００を備えている。制御部６００は、信号波入射部２００と、制御波入射部３００とをそれぞれ接続している。なお、信号波入射部２００および制御波入射部３００の光源を同一の光源を用いるように構成してもよい。
制御部６００は、制御波入射部３００から入射される制御波の位相を制御して、信号光と同じ波長でかつ同位相（＝０°）から逆位相（＝１８０°）まで連続して変更することが可能となるように構成されている。
そして、制御部６００は、制御波の位相を変更することにより、信号波と制御波とが合成された合成波の腹または節の部分の位置を変更することができる。
制御部６００は、位相を変更する際、制御光の波長を連続させて変更して、同位相から逆位相まで連続させて変更させるように構成してもよい。この場合、波長が多少変動しても、波長の変動量と比べて充分、光アンテナ１００を大きく設定することにより、波長の変動の影響を受けにくくなるように設定されている。
【００１５】
制御部６００は、測定部６１０と、演算部６２０とを備えている。また、制御部６００は、プログラム等を保持する図示しない記憶部等をさらに備えてもよく、一部をネットワーク上に配置してもよい。
このうち、測定部６１０には、第１受光部４００が接続されている。第１受光部４００は、入力波と制御波とによって生じる合成波（定在波）により変化した光機能デバイス１の作用に基づく反射光（Output１）を一方の端面２から出射される光によって測定する。
また、測定部６１０には、光機能デバイス１を挟んで、第１受光部４００と対向するように設けられた第２受光部５００が接続されている。第２受光部５００は、入力波と制御波とによって生じる合成波により変化した光機能デバイス１の作用に基づく透過光（Output２）を他方の端面３から出射される光によって測定する。
【００１６】
さらに、演算部６２０は、プロセッサおよびメモリ等を用いて構成されている。演算部６２０は、測定部６１０で測定された測定値から、光機能デバイス１の透磁率μまたは誘電率εを求める演算を行うように構成されている。反射光および透過光を用いた透磁率μおよび誘電率εの求め方については後述する。
【００１７】
［光機能デバイス］
図１に示すように、光機能デバイス１は、複数の光アンテナ１００を前記した一定間隔で整列させた光導波路８０を備えている。
光導波路８０は、二酸化ケイ素（ＳiＯ２）で構成されるクラッド６０に囲まれていて、光を伝搬するシリコンコア７０を有している。シリコンコア７０は、光導波路８０内の信号光の主進行方向に長い長方形形状を呈している。
【００１８】
そして、光導波路８０内のシリコンコア７０の上面部７２には、負のグースヘンシェンシフトを示すメタマテリアルである光アンテナ（リング状共振器）１００が複数個、前記したように等間隔で配列されている。
光アンテナ１００は、等間隔の配置および合成波の腹の部分の位置の変更により、最も効率よくスローライト効果を発揮する状態（リリース状態：図４）にもなり、かつ、スローライト効果がほとんど発揮されない状態（トラップ状態：図５）にもなる。
このうち、トラップ状態では、グループインデックスの反射率がほぼ一定となり、メタマテリアルの光アンテナ１００が設けられていないシリコンコアのみの光導波路８０を計測した状態に近づく（図８参照）。
【００１９】
［光アンテナ］
図２に示すように、本実施形態の光アンテナ１００は、コ字型（円形環状で構成する場合はＣ字型）の金属（Ａｕ／Ｔｉ）、すなわち、矩形環状のメタマテリアルで構成されている。
光アンテナ１００の矩形環状体の幅は、例えばｑ＝５０ｎｍである。また、高さ（厚さ）は、例えばｄ＝５０ｎｍである。このように、矩形環状体の縦横比が例えば１：１（ｘ：ｘ）となるように構成されている。光アンテナ１００は、構成する金属の材質によって、共振周波数の特性に大きな影響を及ぼさない。
これに対して、光アンテナ１００では、矩形環状体の縦横の長さ（ｌ,ｗ）、すなわち、大きさ（外形寸法）と、切欠きの長さとは、共振周波数の特性に影響を及ぼす。ここでは、各光アンテナ１００の外形寸法や切欠きの幅を揃えることで、共振周波数の特性に大きく影響を与えないようにしている。
【００２０】
また、縦横の長さ（ｌ,ｗ）は、後述する入光する信号光および逆位相の制御光の波長に比べて、各光アンテナ１００の特性に乖離が生じないように充分短く設定されている。たとえば、本実施形態の光アンテナ１００の縦横の長さ（ｌ,ｗ）は、１５０×１５０ｎｍ程度である。これにより、波長が多少変動しても、制御光の波長（例えば、約１５２０〜１５８０ｎｍ、中心波長１５５０ｎｍ程度）と比べて充分小さく、かつ、波長の変動と比べて充分の大きいため、スローライト効果への影響が少ない。
【００２１】
図１に示すように、光導波路８０のうち、横長の直方体形状の両端に位置する一方の端面２からは、信号波入射部２００の信号光が入射し、他方の端面３からは、制御波入射部３００の制御光が入射する。
そして、光アンテナ１００の作用による反射波（Output１）および透過波（Output２）は、各一方の端面２と他方の端面３とからそれぞれ放出される。
制御装置９００の信号波入射部２００側には、光機能デバイス１で反射した光（Output１）を受光する第１受光部４００が設けられている。また、制御波入射部３００側には、光機能デバイス１を通過した光（Output２）を受光する第２受光部５００が設けられている。
そして、端面２から放出された光は、第１受光部４００に入光して測定される。また、端面３から放出された光は、第２受光部５００に入光して測定される。
【００２２】
本実施形態の制御部６００は、制御光の波長を信号光の波長と同じとするとともに、制御光の位相を変更する制御を行っている。このため、位相を調整された制御光は、信号光との合成波によって生じる振幅の腹と節との位置を変化させることができる。
また、信号光および制御光は、光デバイス１の特性を変化させる。反射光および透過光は、変化した光デバイス１の特性を反映している。
そこで、第１受光部４００に入光した反射波と、第２受光部５００に入光した透過光との測定値をＳパラメータ＝出力光／入射光として用いて、演算部６２０は、光機能デバイス１の透磁率μおよび誘電率εを演算する。
【００２３】
［透磁率μおよび誘電率εの演算］
次に、Ｓパラメータ＝出力光／入射光から、透磁率μおよび誘電率εを導く演算について、数式１〜数式５を参照しつつ説明する。
数式１〜数式５では、演算に必要とされるパラメータは、出力光の強度Ｓ１１である反射光のスペクトルと、出力光の強度Ｓ２１である透過光のスペクトルと、制御光および信号光の位相差φである。
以下、演算部６２０による演算について詳述する。
まず、複素屈折率ｎを求めるため、強度Ｓ１１，Ｓ２１，ならびに位相差φを数式１に代入する。
【数１】
2020112606.tif 000003
【００２４】
数式１で使用されるαは、次の数式３で求められる。
【数３】
2020112606.tif 000004
次に、複素インピーダンスＺを求めるため、強度Ｓ１１，Ｓ２１，ならびに位相差φを数式２に代入する。
【数２】
2020112606.tif 000005
【００２５】
得られた複素屈折率ｎと複素インピーダンスＺとから数式４を用いて、誘電率εが求められる。
【数４】
2020112606.tif 000006
得られた複素屈折率ｎと複素インピーダンスＺとから数式５を用いて、透磁率μが求められる。
【数５】
2020112606.tif 000007
このように、本実施形態の制御装置９００は、演算部６２０にて、測定部６１０の第１受光部４００および第２受光部５００で測定された光量と、制御光および信号光の位相差φとを、予め記憶部に記憶されている数式１〜数式５に代入して上記演算を行うことにより、光機能デバイス１の誘電率εと透磁率μとを求めることができる。
［実施例］
図３は、本光機能デバイスの制御方法を用いてメタマテリアルを装荷した一次元のシリコン（Ｓｉ）導波路７００を有する一実施例の構成を示すものである。
シリコン導波路７００は、実施形態で示した光機能デバイス１の反対側に位置する他方の端面３に、位相遷移装置（Phase  Shifter）８００を装着している。
位相遷移装置（Phase  Shifter）８００は、制御光の位相を調整するため、図３に示すようにシリコンコア７０のうち、制御波入射部３００からの入射光が入射される端面３に、縦列に加えられている。このため、シリコン導波路７００は、位相遷移装置８００内の光導波路と直線上に並べられて、内部を通過する光の光軸が一致するように配置される。
【００２６】
［特性の制御］
信号波入射部２００および制御波入射部３００の各光源の発光により、信号光は、一方の端面２から、制御光は、位相遷移装置８００を通過して、他方の端面３から、それぞれシリコン導波路７００内に入射する。制御光は、位相遷移装置８００を通過する際、信号光と同じ波長でかつ逆位相となるように調整される。
【００２７】
位相遷移装置８００は、光機能デバイス１と同様に構成された位相遷移部１０１と、位相遷移部１０１のクラッド６０の上に設けられた加熱装置（ヒーター）１０５と、加熱装置１０５に接続される電源１０３と、スイッチ制御部１０４とを備えている。このうち、スイッチ制御部１０４は、制御部６００等と接続されている。スイッチ制御部１０４は、デューティ制御等により通電流量を可変させてもよい。
【００２８】
加熱装置１０５は、電源１０３からの電力供給を受けて、発熱する発熱体（例えば、ニクロム線（登録商標）等）よって構成されている。
そして、スイッチ制御部１０４が開かれて、加熱装置１０５の発熱体が通電により発熱すると、位相遷移部１０１のクラッド６０を介してシリコンコア７０に設けられた光アンテナ１００が加熱される。
光アンテナ１００は、加熱による温度上昇に応じて、通過する制御光の位相を変更することが出来る。
【００２９】
［制御光の調整］
制御装置９００では、制御部６００が、前記したように制御光の位相を調整することで合成波の節（node）および腹（antinodes）の位置を変化させ、それに伴って光とメタマテリアルの相互作用強度を動的に制御し、メタマテリアルの特性（誘電率εと透磁率μ）とを変化させる。
光機能デバイス１内では、一方の端面２から入射された信号波と、他方の端面３から入射された制御波とが合成されて合成波が形成される。
この際、位相遷移部１０１の加熱により他方の端面３から入射される制御波は、位相遷移部１０１の加熱により、光の位相が変更されている。このため、合成波の腹と節との位置を調整することができる。
【００３０】
図４に示すように、制御光の位相が信号光と同じであった場合、合成波の腹がメタマテリアルの中心に合致する。このため、信号光には、メタマテリアルが持つ光学特性が強く現れる。
たとえば、位相が＋０［rad］で、合成波の腹がメタマテリアル装荷部に合致する場合、光アンテナ１の共振によりスローライト効果が強くなる。
【００３１】
一方、図５に示すように、制御光の位相が信号光に対してπずれていた場合、合成波の節がメタマテリアル装荷部の中心にあたるので、光アンテナ１の共振は、減少もしくは、共振しなくなり、光の特性は純粋なＳｉ導波路を強く反映したものになる。
たとえば、位相が＋π［rad］で、合成波の節がメタマテリアル装荷部にあたる場合、スローライト効果が弱くなる。
このように、位相操作を加えた制御光を用いて、合成波の節の位置を調節する。これによりメタマテリアルとの相互作用量を操作することが可能となり、メタマテリアルの特性（誘電率εと透磁率μ）を動的に制御することができる。
【００３２】
図６は、本実施形態に係る光機能デバイスの制御方法および制御装置を用いて、シミュレーションした結果を示し、位相差がπに近づくにつれて透磁率が１に近づく様子を示すグラフである。
図６では、位相差がπに近づくにつれて右上がりに透磁率が１に近づいている。このため、制御光の位相を調整することによってメタマテリアルの制御が行えることが確認された。
【００３３】
図７は、本実施形態に係る光機能デバイスの制御方法および制御装置で、分散曲線の一例を示すグラフである。
図７では、メタマテリアルが共振して屈折率が直線にならず、分散している。
すなわち、メタマテリアルは、共振（３．６〜３．９ω／ｃ付近参照）すると、屈折率が分散して波長に依存しない特性を有していることが分かる。
また、光機能デバイス１の一方の端面２から信号波入射部２００の入光する信号光とは、逆位相の制御光が他方の端面３から光機能デバイス１内に入光すると、スローライト効果が減少して、共振周波数付近での不連続性が消失して、直線的になる（白抜き丸印参照）。
【００３４】
詳しくは、図７の左上に示される斜めのライトライン（LightLine（ＳiＯ２））は、二酸化ケイ素の分散曲線を表す。また、図７の右下に示される斜めのライトライン（LightLine（Ｓi））は、シリコンの分散曲線を表す。光導波路は、シリコンと酸化シリコンとによって形成されているため、これらの物質が混ざり合った物質の屈折率にて光は進む。
そして、ライトラインでは、ある光の波長を決めると、屈折率も一意に決まる。
【００３５】
これに対して、メタマテリアルを有する光機能デバイス１では、ある波長の光に対しては、屈折率が分散して波長に依存しない群屈折率を取るという特性を有している。
その周波数に依存する屈折率が１．５〜３．５等で固定されると、直線として表される。
すなわち、ここでは、反対側から半波長位相をずらした制御光を入射して、群屈折率の変化を弱める。
これにより、図７中白抜き丸印に示すように、共振周波数付近での不連続性が消失して、直線的な分散曲線となる。
【００３６】
図８は、図７のデータを群屈折率変化として示すグラフである。この図８では、縦軸は、グループインデックスであり、また横軸は、波長である。グループインデックスは、高ければ高いほど、スローライト効果が強いことを示している。
ここでは、光機能デバイス１に入射した信号光により１．６〜１．７（ｎｍ）に群屈折率が集まっていることがわかる（リリース状態）。
また、例えば、制御光が反対側の他方の端面３から、光機能デバイス１内に入光すると、メタマテリアルによる群屈折率変化が弱まり、白抜き丸印に示すようにグループインデックスは、ほぼ一定となることが分かる（トラップ状態）。
この状態は、メタマテリアルが設けられていない光導波路の特性と近似する。
【００３７】
図９は、本実施形態に係る光機能デバイスの制御方法および制御装置で、合成波の腹がメタマテリアル装荷部に合致する状態を示す模式図である。
図９では、実線で描かれた丸印４は、合成波の腹に相当し、光アンテナ１００の位置と合致する。二点鎖線で描かれた丸印５は、合成波の節に相当し、隣接する光アンテナ１００,１００の間の位置に存在している。
このため、図９に示す状態では、メタマテリアルによるスローライト効果が最も強く発揮される（リリース状態）。
【００３８】
この状態では、合成波の節に相当し、二点鎖線の丸印５は、光アンテナ１００を配置する必要が無い。そのため、従来のように密集させて光アンテナ１００を配置することによりスローライト効果を向上させるものに比して、配置効率が良好である。
【００３９】
図１０は、本実施形態に係る光機能デバイスの制御方法および制御装置で、合成波の節がメタマテリアル装荷部に合致する状態を示す模式図である。
図１０では、二点鎖線の丸印５が合成波の節に相当し、各光アンテナ１００の位置と合致する。そして、実線の丸印４は、合成波の腹に相当し、光アンテナ１００，１００の間の位置に存在している。
このため、図１０に示す状態では、メタマテリアルによるスローライト効果がほとんど発揮されない（トラップ状態）。
【００４０】
上述してきたように、本実施形態の光機能デバイスの制御方法および制御装置では、制御光を用いることで、デバイス自体（光アンテナ１００）に手を加えることなく、高速動作が可能となる。このため、従来のＭＥＭＳのようなスピードに律則されるといった制約がない。
さらに、電気的に制御光の位相を瞬時に変えることができるので、高速でスローライト効果の強弱を変更可能である。
【００４１】
また、全てのメタマテリアルに対して汎用性がある。このため、従来の周囲環境を変化させる方法のように、各種材料の特性変化を鑑みながらメタマテリアルを設計し、精度良くデバイス特性を得るために高度な技術が必要とならない。
そして、制御光の位相を変更することにより、連続的に光アンテナ１００の特性を制御することが可能となる。このため、容易に良好な精度の制御を行なえる光機能デバイスの制御方法および制御装置が提供される。
【００４２】
しかも、本実施形態の光機能デバイスの制御方法および制御装置では、デバイス自体（光アンテナ１００）に手を加えることなく、「周囲変化型」と同等若しくはそれ以上の高速動作が可能となる。また、従来のＭＥＭＳなどの「形状変化型」の技術のように、特性変化の速度がＭＥＭＳのスピードに律則されるといった制約がなく、高速動作させる必要があるデバイスとして用いて好適である。
ここでは、加熱装置１０５を用いて制御光の位相を変更しているが特にこれに限らず、たとえば、制御光の位相を連続して制御できるものであれば、例えば電気的に位相を変更する等、どのような構成で位相を変更してもよく、この場合、さらに高速に位相差を変更して、光アンテナ１００の特性を制御することが可能となる。
【００４３】
また、合成波によるメタマテリアルの制御は、メタマテリアルを有する光機能デバイス１に対して汎用性がある。このため、従来の周囲環境を変化させる方法のように、各種材料の特性変化を鑑みながらメタマテリアルを設計し、精度良くデバイス特性を得るために高度技術が必要とされない。
【００４４】
そして、導波路光学系では、将来の超高速・大容量光ネットワークを実現するために、高効率かつ低遅延で処理可能な光パケットスイッチが求められている。
一般に、光ファイバ遅延線を利用した光バッファを採用し、異なる経路から同時に到着する光パケットの衝突を避けるものも知られている。このような方式では、遅延時間を本発明のように連続的に変化させることが出来ない。
このため、固定時管長の光バッファ装置を採用しているが、このような光バッファ装置は、装置そのものが大型化するといった問題がある。
これに対して本発明の光機能デバイスの制御方法および制御装置９００を導波路光学系に用いることにより、連続した光のトラップとリリースとが可能となり、小型で高効率な光バッファとして用いて好適である。
【００４５】
以上、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。上述した実施形態は、本発明を理解しやすく説明するために例示したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。すなわち、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能である。また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について削除し、若しくは他の構成の追加・置換をすることが可能である。上記実施形態に対して可能な変形は、たとえば以下のようなものである。
【００４６】
すなわち、実施形態および実施例では、光機能デバイス１の反対側の他方の端面３から、一つの制御光を信号光と対向するように入射しているが特にこれに限られない。
たとえば、制御光は、異なる光源によって複数の方向から入射するように構成されてもよく、入射角度や光量が特に限定されるものではなく、信号波と制御波とによる合成波の腹または節の部分にメタマテリアルが配置されていれば、制御光の入射される方向が２次元若しくは３次元の何れの方向から入射されてもよい。
【００４７】
そして、メタマテリアルの間隔は半波長ごとでなくてもよく、定在波が信号波および制御波の合成波で出来るものであれば、一波長、一＋半波長（１．５波長）、もしくは二波長以上等であってもよく、合成波の腹と一致する位置に配置されていればよい。
この場合、メタマテリアルを合成波の波長に合わせることより、ＯＮ,ＯＦＦ制御が行えるため、配列されるメタマテリアルの数量を従来に比して減少させる。
【００４８】
また、上記実施形態において説明した各処理のうち、自動的に行われるものとして説明した処理の全部または一部を手動的に行うこともでき、あるいは、手動的に行われるものとして説明した処理の全部または一部を公知の方法で自動的に行うこともできる。この他、上述文書中や図面中に示した処理手順、制御手順、具体的名称、各種のデータやパラメータを含む情報については、特記する場合を除いて任意に変更することができる。
【００４９】
さらに、図示した各装置の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各装置の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部または一部を、各種の負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することができる。
【００５０】
そして、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部または全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行するためのソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、記憶部としてのメモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、または、ＩＣ（Integrated Circuit）カード、ＳＤ（Secure Digital）カード、光ディスク等の記録媒体に保持することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１      光機能デバイス
２      一方の端面
３      他方の端面
６０    クラッド
７０    シリコンコア
７２    上面部
８０    光導波路
１００  光アンテナ
１０１  位相遷移部
１０５  加熱装置
２００  信号波入射部
３００  制御波入射部
４００  第１受光部
５００  第２受光部
６００  制御部
６１０  測定部
６２０  演算部
７００  シリコン導波路
８００  位相遷移装置
９００  制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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