(57)【要約】  金属からなるクラッド（２）と、透明材料からなり、クラッド（２）に囲われ、又は、挟まれ、少なくとも１箇所の入射光の波長以下の厚さの断面を有する誘電体コア（３）と、からなるプラズモン導波路において、光（Ｌ）が入射する入射側プラズモン導波路（４）と、光Ｌが出射する出射側プラズモン導波路（５）と、入射側プラズモン導波路（４）と出射側プラズモン導波路（５）とを結ぶ接続部（６）と、接続部（６）から入射側プラズモン導波路（４）又は出射側プラズモン導波路（５）と交差する方向に延出し、光（Ｌ）が反射する終端部（７ａ）を有するプラズモン干渉構造（７）と、を備える。
2010004859.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属からなるクラッドと、
前記クラッドに囲われ、又は、挟まれ、少なくとも１箇所の入射光の波長以下の厚さの断面を有する誘電体コアと、
からなるプラズモン導波路において、
光が入射する入射側プラズモン導波路と、
前記光が出射する出射側プラズモン導波路と、
前記入射側プラズモン導波路と前記出射側プラズモン導波路とを結ぶ接続部と、
前記接続部から前記入射側プラズモン導波路又は前記出射側プラズモン導波路と交差する方向に延出し、前記光が反射する終端部を有するプラズモン干渉構造と、
を備える
ことを特徴とするプラズモン導波路。
【請求項２】
前記プラズモン干渉構造を複数有する
ことを特徴とする請求項１に記載のプラズモン導波路。
【請求項３】
前記入射側プラズモン導波路と前記出射側プラズモン導波路とは、異なる方向に延出する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のプラズモン導波路。
【請求項４】
前記入射側プラズモン導波路を複数有する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載のプラズモン導波路。
【請求項５】
前記出射側プラズモン導波路を複数有する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載のプラズモン導波路。
【請求項６】
以下の条件式（１）を満足することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１つに記載のプラズモン導波路。
ｗ×ｎ＜１．７５λ                                ・・・（１）
ただし、ｗは前記誘電体コアの断面の厚さ方向に垂直な方向の長さ、
ｎは前記誘電体コアの屈折率、
λは真空中での光の波長、
である。
【請求項７】
以下の条件式（２）を満足することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１つに記載のプラズモン導波路。
ｔ×ｎ＜０．５λ                                  ・・・（２）
ただし、ｔは前記誘電体コアの断面の厚さ、
ｎは前記誘電体コアの屈折率、
λは真空中での光の波長、
である。
【請求項８】
前記プラズモン干渉構造の長さは、波長８００ｎｍの光より波長８２６．６ｎｍの光で高い透過率をもつように決定することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１つに記載のプラズモン導波路。
【請求項９】
前記クラッドは金からなることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１つに記載のプラズモン導波路。
【請求項１０】
前記誘電体コアは、酸化シリコンからなることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１つに記載のプラズモン導波路。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項１０のいずれか１つに記載の前記プラズモン導波路を用いたことを特徴とする光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光回路に用いるプラズモン導波路及びそれを用いた光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
高度情報化社会の進展に伴い、電子回路において通信速度の向上が進められてきたが、高周波では伝送損失が大きくなり通信が困難になってきた。そこで、高い通信速度が可能な光回路が強く求められ、一部は利用されている。【０００３】
近年では、光回路の高集積化の要求のため、光集積回路化が研究されている。しかし、通常の誘電体コアとクラッドの光導波路では、その導波路の寸法を波長以下にできないことから、導波路の寸法に下限がある。【０００４】
そこで、原理的に寸法の下限のない近接場光を用いる表面プラズモン導波路が注目されている。表面プラズモンは金属表面を伝搬する近接場光であるため、その導波路の寸法を波長以下にダウンサイジングすることができる。【０００５】
また、このプラズモン導波路で光回路を構成する時に、光機能素子が求められており、波長選択性の高いプラズモン導波路もその１つである。【０００６】
そして、既にプラズモン導波路で構成されたブラッググレーティングは提案されている（非特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−１７１６５０号公報
【特許文献２】特許２５９９７８６号公報
【特許文献３】特開２００５−２３４２４５号公報
【特許文献４】特開２００７−３０３９２７号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】“Surface Plasmon Bragg Gratings Formed in Metal-Insulator-Metal Waveguides”,Zhanghua Han, Erik Forsberg, Sailing He, IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL.19, NO.2, JANUARY 15,2007
【非特許文献２】"Handbook of optical constants of solids", Edward D. Palik ,  San Diego:Academic Press, 1985
【非特許文献３】Eyal Feigenbaum and Meir Orenstein, Optics Express, 15, 17948 (2007)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、表面プラズモンのブラッググレーティングを利用した波長フィルタは、図２２に示すように、誘電体コアの幅を周期的に変化させることでプラズモン導波路の実効屈折率を周期的に変化させる構造であり、この周期の数が多いほど高い波長フィルタリング性能を示す。そのため、波長フィルタとして有用な性能を得るには、ある程度以上の波長周期の数が必要であり、入射光の進行方向に関して素子長さが長くなるという問題があった。【００１０】
また、これらの微細構造は一般に薄膜プロセスで作製されるが、膜平面方向に光の進行方向があり、かつ周期構造が連なるような表面プラズモンブラッググレーティングの波長フィルタであれば、少ない成膜回数と露光回数で作製できる。しかし、膜平面と垂直方向に光の進行方向がある表面プラズモンブラッググレーティングでは、その周期ごとに成膜と露光を繰り返さなければならないと考えられるので、プロセス数が多くなり実装に困難が生じると想定される。【００１１】
本発明は、上記課題を解決するためのものであって、入射光の進行方向に関して短い素子長で、簡便な構造で、波長選択性の高いプラズモン導波路及びそれを用いた光素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
そのために本発明は、金属からなるクラッドと、透明材料からなり、前記クラッドに囲われ、又は、挟まれ、少なくとも１箇所の入射光の波長以下の厚さの断面を有する誘電体コアと、からなるプラズモン導波路において、光が入射する入射側プラズモン導波路と、前記光が出射する出射側プラズモン導波路と、前記入射側プラズモン導波路と前記出射側プラズモン導波路とを結ぶ接続部と、前記接続部から前記入射側プラズモン導波路又は前記出射側プラズモン導波路と交差する方向に延出し、前記光が反射する終端部を有するプラズモン干渉構造と、を備えることを特徴とする。【００１３】
また、前記プラズモン干渉構造を複数有することを特徴とする。【００１４】
また、前記入射側プラズモン導波路と前記出射側プラズモン導波路とは、異なる方向に延出することを特徴とする。【００１５】
また、前記入射側プラズモン導波路を複数有することを特徴とする。【００１６】
また、前記出射側プラズモン導波路を複数有することを特徴とする。【００１７】
また、以下の条件式（１）を満足することを特徴とする。
ｗ×ｎ＜１．７５λ                                ・・・（１）
ただし、ｗは前記誘電体コアの断面の厚さ方向に垂直な方向の長さ、
ｎは前記誘電体コアの屈折率、
λは真空中での光の波長、
である。【００１８】
また、以下の条件式（２）を満足することを特徴とする。
ｔ×ｎ＜０．５λ                                  ・・・（２）
ただし、ｔは前記誘電体コアの断面の厚さ、
ｎは前記誘電体コアの屈折率、
λは真空中での光の波長、
である。【００１９】
また、前記プラズモン干渉構造の長さは、波長８００ｎｍの光より波長８２６．６ｎｍの光で高い透過率をもつように決定することを特徴とする。【００２０】
また、前記クラッドは金からなることを特徴とする。【００２１】
また、前記誘電体コアは、酸化シリコンからなることを特徴とする。【００２２】
さらに、本発明の光素子は、前記プラズモン導波路を用いたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
それによって、本発明は、入射光の進行方向に関して短い素子長で、簡便な構造で、波長選択性の高いプラズモン導波路を提供することが可能となる。また、曲げを行いながら透過率を高くすることが可能となる。さらに、波長選択性の高い光分波器又は光合波器としての機能を有することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１実施形態のプラズモン導波路の斜視図である。
【図２】第１実施形態のプラズモン導波路の断面図である。
【図３】クラッド２と誘電体コア３の形状を示す図である。
【図４】第１実施形態での第１プラズモン干渉構造７１及び第２プラズモン干渉構造７２の長さｄを変化させて設計した際の透過率を示す図である。
【図５】第１実施形態での第１プラズモン干渉構造７１及び第２プラズモン干渉構造７２の長さｄを変化させた際の光Ｌの伝搬状態を示す図である。
【図６】第１プラズモン干渉構造７１及び第２プラズモン干渉構造７２の長さを２７２０ｎｍとした場合の波長に対する透過率を示す図である。
【図７】第２実施形態のプラズモン導波路の斜視図である。
【図８】第２実施形態のプラズモン導波路の断面図である。
【図９】第２実施形態での第１プラズモン干渉構造７１及び第２プラズモン干渉構造７２の長さｄを変化させて設計した際の透過率を示す図である。
【図１０】第２実施形態での第１プラズモン干渉構造７１及び第２プラズモン干渉構造７２の長さｄを変化させた際の光Ｌの伝搬状態を示す図である。
【図１１】第１プラズモン干渉構造７１及び第２プラズモン干渉構造７２の長さを２６６０ｎｍとした場合の波長に対する透過率を示す図である。
【図１２】第２実施形態での誘電体コア３の幅ｗを変化させて設計した際の透過率を示した図である。
【図１３】第３実施形態のプラズモン導波路の斜視図である。
【図１４】第３実施形態のプラズモン導波路の断面図である。
【図１５】第１プラズモン干渉構造７１の長さを１１３０ｎｍ、第２プラズモン干渉構造７２及び第３プラズモン干渉構造７３の長さを２６６０ｎｍとした場合の波長に対する透過率を示した図である。
【図１６】波長８３０ｎｍ、８５０ｎｍ及び８７０ｎｍの場合の光の伝搬の状態を示す図である。
【図１７】第３実施形態の実施例２のプラズモン導波路を示す図である。
【図１８】第４実施形態のプラズモン導波路を示す図である。
【図１９】プラズモン導波路の応用例を示す図である。
【図２０】プラズモン導波路の応用例を示す図である。
【図２１】プラズモン導波路の応用例を示す図である。
【図２２】従来の技術を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２６】
まず、プラズモン導波路１の第１実施形態について説明する。図１は第１実施形態のプラズモン導波路の斜視図、図２は第１実施形態のプラズモン導波路の断面図である。図１及び図２において、１はプラズモン導波路、２はクラッド、３は誘電体コア、４は入射側プラズモン導波路、５は出射側プラズモン導波路、６は接続部、７はプラズモン干渉構造、７１は第１プラズモン干渉構造、７２は第２プラズモン干渉構造、Ｌは光である。
【００２７】
プラズモン導波路１は、金属からなるクラッド２と誘電体コア３とからなり、入射側プラズモン導波路４と、出射側プラズモン導波路５と、入射側プラズモン導波路４と出射側プラズモン導波路５とを結ぶ接続部６と、接続部６から入射側プラズモン導波路４及び出射側プラズモン導波路５と交差する方向に突出したプラズモン干渉構造７と、を備えた構造である。
【００２８】
クラッド２は、複素誘電率の実部が負のプラズモン活性媒質であり、導電率の高い金、銀、銅、アルミ等の金属が主に用いられる。本実施形態では金を用いている。
【００２９】
誘電体コア３は、酸化シリコン等の透明材料の誘電体からなり、図３（ａ）に示すように金属のクラッド２に囲まれ、又は、図３（ｂ）に示すように挟まれ、図３（ｃ）に示すように少なくとも１箇所、光Ｌの波長以下の最短距離の箇所を有する断面構造である。誘電体コア３は、光Ｌを透過する透明材料である。透明材料には、ＳｉＯ２（酸化シリコン）、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＮ、Ｔａ2Ｏ5、ＳｉＯＮ、Ｓｉ、ＡｌＮ、ＣａＦ2、酸化物系のガラス等が利用できる。
【００３０】
入射側プラズモン導波路４は、接続部６に対して光Ｌの入射側に配置され、偏光した光Ｌが入射する。出射側プラズモン導波路５は、接続部６に対して光Ｌの出射側に配置され、光Ｌが出射する。接続部６は、入射側プラズモン導波路４と出射側プラズモン導波路５を接続している。第１実施形態では、入射側プラズモン導波路４での光進行方向と出射側プラズモン導波路５での光進行方向が、同一方向である。
【００３１】
プラズモン干渉構造７は、接続部６から入射側プラズモン導波路４又は出射側プラズモン導波路５と交差する方向に延出し、光Ｌが反射する終端部７ａを有する。
【００３２】
第１実施形態のプラズモン干渉構造７は、第１プラズモン干渉構造７１及び第２プラズモン干渉構造７２の複数を有し、第１プラズモン干渉構造７１及び第２プラズモン干渉構造７２は、入射側プラズモン導波路４及び出射側プラズモン導波路５と交差する方向に、接続部６から突出した構造である。また、第１プラズモン干渉構造７１及び第２プラズモン干渉構造７２は、平面方向に関して有限の長さであり、その第１終端７１ａ及び第２終端７２ａは高い光反射率を備える材料もしくは構造によって遮られている。この高い反射率を持つ材料はプラズモン導波路１のクラッド２の材料であることが望ましい。
【００３３】
光Ｌは紫外域から赤外域の波長であり、全方向への偏光成分を含んで良いが、入射側プラズモン導波路４のｘ方向の偏光成分がよく伝搬し、それ以外の偏光成分は減衰が大きい。
【００３４】
このような構造の第１実施形態のプラズモン導波路１においては、表面プラズモンによる近接場光である光Ｌは、入射側プラズモン導波路４から入射する。次に、光Ｌは、接続部６に伝搬し、第１プラズモン干渉構造７１及び第２プラズモン干渉構造７２と出射側プラズモン導波路５に分岐される。次に、第１プラズモン干渉構造７１の有限の第１終端７１ａ及び第２プラズモン干渉構造７２の有限の第２終端７２ａにおいて反射された光Ｌが再び接続部６に到達する。接続部６では、入射側プラズモン導波路４からの光Ｌと、第１プラズモン干渉構造７１の第１終端７１ａ及び第２プラズモン干渉構造７２の第２終端７２ａにおいて反射された光Ｌとが干渉する。そして、干渉した光Ｌは、出射側プラズモン導波路５から出射する。
【００３５】
すなわち、第１プラズモン干渉構造７１及び第２プラズモン干渉構造７２の大きさや形状によって、接続部６での光Ｌの干渉が変化し、出射側プラズモン導波路５から出射する光Ｌの透過率及び強度が変化する。
【００３６】
誘電体コア３は、酸化シリコンを用い、屈折率は、１．４５である。また、入射側プラズモン導波路４及び出射側プラズモン導波路５は、厚さ２００ｎｍ（ｘ方向）、幅６００ｎｍ（ｙ方向）である。また、第１プラズモン干渉構造７１及び第２プラズモン干渉構造７２は、厚さ２００ｎｍ（ｚ方向）、幅６００ｎｍ（ｙ方向）である。
【００３７】
図４は、第１実施形態での第１プラズモン干渉構造７１及び第２プラズモン干渉構造７２の長さｄを変化させて設計した際の透過率を示し、図５は、第１実施形態での第１プラズモン干渉構造７１及び第２プラズモン干渉構造７２の長さｄを変化させた際の光Ｌの伝搬状態を示す。
【００３８】
プラズモン干渉構造７の長さｄとは、接続部６とプラズモン干渉構造７の境界からプラズモン干渉構造７の終端７ａまでの距離を指す。また、透過率は、電磁界シミュレーションによって本構造に光を照射し続け、本構造内での電磁界分布が定常状態に達している時間において、第１プラズモン干渉構造７１及び第２プラズモン干渉構造７２が無い場合での出射側プラズモン導波路５を通過するエネルギー流量を１００％として、出射側プラズモン導波路５を通過するエネルギー流量の割合を計算したものである。さらに、エネルギー流量とは、出射側プラズモン導波路５の断面に関して光の進行方向のポインティングベクトルを面積分した値である。ここでは、出射側プラズモン導波路５は出射面を持たず、導波路途中に吸収境界Ａを配置している。なお、光Ｌの波長は、８２６．６ｎｍ（１．５ｅＶ）である。
【００３９】
なお、電磁界シミュレーションには、富士通株式会社製の光学解析用シミュレーションソフトウェア「Poynting for Optics（ポインティング フォー オプティクス）」（商標登録）を用いた。以下の実施形態の電磁界シミュレーションも同様に、この光学解析用シミュレーションソフトウェアを用いる。
【００４０】
なお、より正確な電磁界シミュレーションを行うために、非特許文献２に記載された波長８２６．６ｎｍでの金の屈折率の実測値を計算に適用し、その屈折率が得られる波長の光を入射光として用いた。また、各光素子の透過スペクトルを電磁界シミュレーションで計算する際は、非特許文献２に記載された波長８２６．６ｎｍでの金の屈折率を元に、他の波長での屈折率を、波長分散を考慮して算出した。
【００４１】
第１プラズモン干渉構造７１及び第２プラズモン干渉構造７２の長さｄ＝０ｎｍのときは、第１プラズモン干渉構造７１及び第２プラズモン干渉構造７２が無い構造を示しており、このとき透過率を１００％と定義している。
【００４２】
また、第１プラズモン干渉構造７１及び第２プラズモン干渉構造７２の長さｄ＝１２０ｎｍのときは、透過率が０．３１％と非常に低い。図５（ａ）に示すように、出射側プラズモン導波路５を通過するエネルギー流量は非常に小さい。
【００４３】
また、第１プラズモン干渉構造７１及び第２プラズモン干渉構造７２の長さｄ＝２８０ｎｍのとき、透過率は１０２．６％と非常に高い。図５（ｂ）に示すように、エネルギーが常に供給され続ける状況での定常状態なので、出射側プラズモン導波路５を通過するエネルギー流量は非常に大きい。第１プラズモン干渉構造７１及び第２プラズモン干渉構造７２の長さｄ＝１２０ｎｍのときの透過率と比べると、その比は３３１倍となる。
【００４４】
さらに、第１プラズモン干渉構造７１及び第２プラズモン干渉構造７２の長さを変化させると、この透過率は周期的に高い値と低い値を繰り返すので、図４で示す長さ以上でも利用できる。つまり、ある波長での透過率は第１プラズモン干渉構造７１及び第２プラズモン干渉構造７２の寸法に大きく依存するということである。また、透過しなかった光の一部は入射側プラズモン導波路４を逆流していくので、出射側プラズモン導波路５での透過率が低い場合の本構造は、高い反射率をもつ構造であるとも言える。
【００４５】
ここで、プラズモン干渉構造長さｄ＝２８０ｎｍ及びｄ＝５４０ｎｍにおいて透過率が１００％を超えた原因として、入射側プラズモン導波路４で光Ｌの共振状態が形成され、入射プラズモン導波路４への入り口の微小開口でのプラズモン共鳴が増強され、そもそも微小開口への入射光が増大したことが考えられる。
【００４６】
図６は、第１実施形態の第１プラズモン干渉構造７１及び第２プラズモン干渉構造７２の長さをｄ＝２７２０ｎｍに固定し、７７０ｎｍから８８０ｎｍの波長の光を入射した際の透過率を示す図である。
【００４７】
ここでは、波長８２６．６ｎｍ近傍で高い透過率をもち、８００ｎｍにおいて低い透過率をもつ透過スペクトル特性となるように長さｄ＝２７２０ｎｍを決定した。透過率の長さｄに対する依存性を表す図４において、透過率の極大値及び極小値は長さｄに関して周期的に現れることから、図４で示す長さｄよりも大きい場合の、透過率の極大値をもたらす長さｄが予測できる。例えば、図４をさらに延長して作成すれば、ｄ＝２７２０ｎｍは第１０番目の極大値（ｄ＝２８０ｎｍの極大値を第１番目として）である。また、その周期はプラズモン導波路中での波長に比例する特徴を持つことから、波長８００ｎｍの光を入射した際の透過率の長さｄの依存性が予測できるため、透過率の極小値をもたらす長さｄも予測できる。以上の過程により、波長８２６．６ｎｍ近傍で高い透過率をもち、かつ、８００ｎｍにおいて低い透過率をもつ透過スペクトル特性となるように長さｄを決定した。
【００４８】
波長８３０ｎｍにおいて最大の透過率６９．７％が得られ、その前後の波長では透過率は減少して、波長８００ｎｍでは透過率１．６８％と、波長８６０ｎｍでは透過率６．０１％と低くなることが分かる。つまり、本構造は透過率の波長依存性をもち、波長フィルタとして働くことができる。そして、第１プラズモン干渉構造７１及び第２プラズモン干渉構造７２の大きさを調整することで、所望のフィルタ特性を得ることができる。例えば、プラズモン干渉構造７の長さｄを大きくするとある波長での透過波長帯域は狭くなり、小さくするとある波長での透過波長帯域は広くなる。なお、第１プラズモン干渉構造７１と第２プラズモン干渉構造７２の幅や長さ等の寸法は同一である必要はなく、異なる寸法としてもよい。
【００４９】
このような第１実施形態のプラズモン導波路１によれば、入射光の進行方向に関して短い素子長で、簡便な構造で、波長選択性の高いプラズモン導波路を提供することができる。
【００５０】
次に、プラズモン導波路１の第２実施形態について説明する。第２実施形態のプラズモン導波路１は、曲げ導波路に関する技術である。
【００５１】
このような曲げ導波路としては、高屈折率であるシリコンを用いた曲げ導波路や、コア層側面に金属クラッド層を用いた曲げ導波路（特許文献１）などが研究されており、光回路の曲げ部分を小型化することで高集積化を実現しようとしている。
【００５２】
従来の曲げプラズモン導波路では、光の偏光方向の断面に関して透明材料のコアが金属のクラッドで挟まれたプラズモン導波路において、光の偏光方向のコア幅が波長に比べて十分に小さい場合は、単純にプラズモン導波路を９０度曲げても曲げ光損失が発生しないことが示されている。しかし、コア幅が波長に比べて小さくなるほどそのプラズモン導波路の直線部の光伝搬損失が大きくなるため、９０度曲げプラズモン導波路の前後でのプラズモン導波路における光伝搬を考えると、全体として光損失は大きくなる。このように、曲げプラズモン導波路部分の曲げ光損失と前後のプラズモン導波路の光伝搬損失のトレードオフの問題となっている。
【００５３】
また、曲線部を持った曲げプラズモン導波路では、全ての方向への９０度曲げは作製プロセスから困難である。なぜなら、薄膜プロセスで作製する際、膜平面方向の導波路と膜垂直方向の導波路をつなぐ曲線部は、作製が困難なためである。プラズモン導波路を用いた光回路の実現には、全ての方向に簡単な構造で低損失での９０度曲げが可能となる構造が必要である。
【００５４】
第２実施形態のプラズモン導波路１は、簡便な構造で、低損失な曲げプラズモン導波路を提供することを目的としている。
【００５５】
図７は第２実施形態のプラズモン導波路の斜視図、図８は第２実施形態のプラズモン導波路の断面図である。
【００５６】
第２実施形態のプラズモン導波路１は、金属からなるクラッド２と誘電体コア３とからなり、入射側プラズモン導波路４と、入射側プラズモン導波路４と異なる方向に延出する出射側プラズモン導波路５と、入射側プラズモン導波路４と出射側プラズモン導波路５とを結ぶ接続部６と、接続部６から入射側プラズモン導波路４又は出射側プラズモン導波路５と交差する方向に突出した第１プラズモン干渉構造７１及び第２プラズモン干渉構造７２と、を備え、第１プラズモン干渉構造７１は、入射側プラズモン導波路４の接続部６側の延長線上で出射側プラズモン導波路５と交差する方向に設けられ、第２プラズモン干渉構造７２は、出射側プラズモン導波路５の接続部６側の延長線上で入射側プラズモン導波路４と交差する第１プラズモン干渉構造７１と異なる方向に設けられる曲げ構造である。
【００５７】
このような構造の第２実施形態のプラズモン導波路１においては、表面プラズモンによる近接場光である光Ｌは、入射側プラズモン導波路４から入射する。次に、光Ｌは、接続部６に伝搬し、第１プラズモン干渉構造７１及び第２プラズモン干渉構造７２と出射側プラズモン導波路５に分岐される。次に、第１プラズモン干渉構造７１の有限の第１終端７１ａ及び第２プラズモン干渉構造７２の有限の第２終端７２ａにおいて反射された光Ｌが再び接続部６に到達する。接続部６では、入射側プラズモン導波路４からの光Ｌと、第１プラズモン干渉構造７１の第１終端７１ａ及び第２プラズモン干渉構造７２の第２終端７２ａにおいて反射された光Ｌとが干渉する。そして、干渉した光Ｌは、出射側プラズモン導波路５から出射する。
【００５８】
すなわち、第１プラズモン干渉構造７１及び第２プラズモン干渉構造７２の大きさや形状によって、接続部６での光Ｌの干渉が変化し、出射側プラズモン導波路５から出射する光Ｌの透過率及び強度が変化する。
【００５９】
誘電体コア３は、酸化シリコンを用い、屈折率は、１．４５である。また、入射側プラズモン導波路４は、厚さ２００ｎｍ（ｘ方向）、幅６００ｎｍ（ｙ方向）であり、出射側プラズモン導波路５は、厚さ２００ｎｍ（ｚ方向）、幅６００ｎｍ（ｙ方向）である。また、第１プラズモン干渉構造７１は、厚さ２００ｎｍ（ｘ方向）、幅６００ｎｍ（ｙ方向）であり、第２プラズモン干渉構造７２は、厚さ２００ｎｍ（ｚ方向）、幅６００ｎｍ（ｙ方向）である。
【００６０】
図９は、第２実施形態での第１プラズモン干渉構造７１及び第２プラズモン干渉構造７２の長さｄを変化させて設計した際の透過率を示し、図１０は、第２実施形態での第１プラズモン干渉構造７１及び第２プラズモン干渉構造７２の長さｄを変化させた際の光Ｌの伝搬状態を示す。
【００６１】
プラズモン干渉構造７の長さｄとは、接続部６とプラズモン干渉構造７の境界からプラズモン干渉構造７の終端７ａまでの距離を指す。また、ここでの透過率は、曲げ効率とも言い換えることができるものである。電磁界シミュレーションによって、本構造内での電磁界分布が定常状態に達している時間において、入射側プラズモン導波路４から接続部６の直前の場所まで到達するエネルギー流量を１００%として、接続部分を通過した直後の位置でのエネルギー流量の割合を計算したものである。
【００６２】
さらに、エネルギー流量とは、出射側プラズモン導波路５の断面に関して光の進行方向のポインティングベクトルを面積分した値である。ここでは、出射側プラズモン導波路５は出射面を持たず、導波路途中に吸収境界Ａを配置している。なお、光Ｌの波長は、８２６．６ｎｍ（１．５ｅＶ）である。
【００６３】
第１プラズモン干渉構造７１及び第２プラズモン干渉構造７２の長さｄ＝０ｎｍのときは、第１プラズモン干渉構造７１及び第２プラズモン干渉構造７２が無い構造を示しており、このとき透過率は２．０４％と低い。
【００６４】
また、第１プラズモン干渉構造７１及び第２プラズモン干渉構造７２の長さｄ＝２４０ｎｍのときは、透過率が９０．０％と高く、その比は、４４．１倍である。図１０（ａ）に示すように、出射側プラズモン導波路５を通過するエネルギー流量は非常に大きい。
【００６５】
また、第１プラズモン干渉構造７１及び第２プラズモン干渉構造７２の長さｄ＝３２０ｎｍのとき、透過率は０．０４％と非常に低い。図１０（ｂ）に示すように、出射側プラズモン導波路５を通過するエネルギー流量は非常に小さい。第１プラズモン干渉構造７１及び第２プラズモン干渉構造７２の長さｄ＝２４０ｎｍのときの透過率と比べると、その比は２２５０倍となる。
【００６６】
さらに、第１プラズモン干渉構造７１及び第２プラズモン干渉構造７２の長さを変化させると、この透過率は周期的に高い値と低い値を繰り返すので、図９で示す長さｄ以上の長さでも利用できる。つまり、ある波長での透過率は第１プラズモン干渉構造７１及び第２プラズモン干渉構造７２の寸法に大きく依存するということである。また、透過しなかった光の一部は入射側プラズモン導波路４を逆流していくので、出射側プラズモン導波路５での透過率が低い場合の本構造は、高い反射率をもつ構造であるとも言える。
【００６７】
図１１は、第２実施形態の第１プラズモン干渉構造７１及び第２プラズモン干渉構造７２の長さをｄ＝２６６０ｎｍに固定し、７８０ｎｍから８９０ｎｍの波長の光を入射した際の透過率を示す図である。
【００６８】
ここでは、波長８２６．６ｎｍ近傍で高い透過率をもち、８００ｎｍにおいて低い透過率をもつ透過スペクトル特性となるように長さｄ＝２６６０ｎｍを決定した。透過率の長さｄに対する依存性を表す図９において、透過率の極大値及び極小値は長さｄに関して周期的に現れることから、図９で示す長さｄよりも大きい場合の、透過率の極大値をもたらす長さｄが予測できる。例えば、図９をさらに大きく延長して作成すれば、ｄ＝２６６０ｎｍは第１０番目の極大値（ｄ＝２４０ｎｍの極大値を第１番目として）である。また、その周期はプラズモン導波路中での波長に比例する特徴を持つことから、波長８００ｎｍの光を入射した際の透過率の長さｄ依存性が予測できるため、透過率の極小値をもたらす長さｄも予測できる。以上の過程により、波長８２６．６ｎｍ近傍で高い透過率をもち、かつ、８００ｎｍにおいて低い透過率をもつ透過スペクトル特性となるように長さｄを決定した。
【００６９】
波長８３０ｎｍにおいて最大の透過率５３．７％が得られ、その前後の波長では透過率は減少して、波長８００ｎｍでは透過率２．６％と、波長８７０ｎｍでは透過率４．１％と低くなることが分かる。つまり、本構造は透過率の波長依存性をもち、波長フィルタとして働くことができる。そして、第１プラズモン干渉構造７１及び第２プラズモン干渉構造７２の大きさを調整することで、所望のフィルタ特性を得ることができる。例えば、プラズモン干渉構造７の長さｄを大きくするとある波長での透過波長帯域は狭くなり、小さくするとある波長での透過波長帯域は広くなる。なお、第１プラズモン干渉構造７１と第２プラズモン干渉構造７２の幅や長さ等の寸法は同一である必要はなく、異なる寸法としてもよい。
【００７０】
図１２は、第２実施形態での誘電体コア３の幅ｗを変化させて設計した際の透過率を示した図である。図１２（ａ）は、誘電体コア３の幅ｗをｎｍ単位で表したグラフ、図１２（ｂ）は、誘電体コア３の幅方向の光路長をλで規格化したグラフである。
【００７１】
ここで、誘電体コア３の幅方向の光路長とは、誘電体コア３の幅に、誘電体コア３の屈折率ｎを乗じた値である。誘電体コア３の幅方向の光路長が１．７５λより大きい場合では透過率ｎが特に低くなることから、本実施例の性能の低下が起こっていると判断できる。誘電体コア３の幅方向の光路長を１．７５λより大きくすると、誘電体コア３の幅方向（ｙ方向）に関する高次の伝播モードが優位となり、接続部分での光の干渉による出射光の強め合いが不十分になるためである。よって、誘電体コア３の幅方向に関して、基本の伝播モードが優位となる条件が望ましい。
【００７２】
例えば、以下の条件式（１）を満たすことが望ましい。
ｗ×ｎ＜１．７５λ                          ・・・（１）
ただし、ｗは誘電体コアの断面の厚さ方向に垂直な方向の長さ、
ｎは誘電体コアの屈折率、
λは真空中での光の波長、
である。
【００７３】
このような第２実施形態のプラズモン導波路１によれば、入射光の進行方向に関して短い素子長で、簡便な構造で、曲げを行いながら透過率を高くすることが可能となると共に、波長選択性の高いプラズモン導波路を提供することができる。
【００７４】
次に、プラズモン導波路１の第３実施形態の実施例１について説明する。第３実施形態のプラズモン導波路１は、光波長分波器に関する技術である。
【００７５】
近年は大容量伝送の可能な波長多重方式のための光通信用回路部品である光波長合分波器の技術が確立されてきている。特にアレイ導波路回折格子は波長フィルタ性能を有する素子として、特許文献２に示されたように、基本機能デバイスが開発されてから、様々な特性改善や機能追及がなされている。特許文献３に示されたように、アレイ導波路の面積を小さくするという技術もそのひとつである。
【００７６】
波長合分波器に関して、特許文献３のような小型化の努力がなされているが、これら誘電体クラッドとコアからなる光導波路を基本とした波長合分波器は、光導波路に関してクラッドまで含めたその導波路幅を波長以下にできないため、高集積化（最小化）には限界がある。
【００７７】
今後、高集積のための微小光素子が要求されるであろう分野としてＣＰＵのチップ内での高速光通信を行うという光インターコネクトが挙げられるが、そのなかで近距離多波長高速光通信が構想されている。この分野では、主にアレイ導波路回折格子が用いられ、高感度・高速応答のシリコンナノフォトダイオードがアレイ導波路回折格子を介して波長ごとに１つ、つまり多数配置されることが想定され、各素子の小型化が課題となっている。
【００７８】
そこで、高集積に光回路を構成する際には、導波路径や曲げ半径に限界がある誘電体のコアとクラッドからなる光導波路よりも、誘電体コアと金属クラッドからなるプラズモン導波路を用いたほうが、導波路寸法や曲げ半径に限界が無いため、光回路の高集積化が可能になる。そのため、プラズモン導波路において利用できる光波長合分波器が必要である。
【００７９】
第３実施形態のプラズモン導波路１は、プラズモン導波路において利用できる光波長合分波器を提供することを目的とする。
【００８０】
図１３は第３実施形態のプラズモン導波路の斜視図、図１４は第３実施形態のプラズモン導波路の断面図である。
【００８１】
第３実施形態のプラズモン導波路１は、金属からなるクラッド２と誘電体コア３とからなり、入射側プラズモン導波路４と、第１出射側プラズモン導波路５１と、第２出射側プラズモン導波路５２と、入射側プラズモン導波路４と第１出射側プラズモン導波路５１とを結ぶ第１接続部６１と、入射側プラズモン導波路４と第２出射側プラズモン導波路５２とを結ぶ第２接続部６２と、第１接続部６１から入射側プラズモン導波路４又は第１出射側プラズモン導波路５１と交差する方向に突出した第１プラズモン干渉構造７１と、第２接続部６２から入射側プラズモン導波路４又は第２出射側プラズモン導波路５２と交差する方向に突出した第２プラズモン干渉構造７２及び第３プラズモン干渉構造７３と、第１接続部６１と第２接続部６２とを接続する第１連結部８１とを備え、第１プラズモン干渉構造７１は、第１出射側プラズモン導波路５１の第１接続部６１側の延長線上に設けられ、第２プラズモン干渉構造７２は、第２出射側プラズモン導波路５２の第２接続部６２側の延長線上に設けられ、第３プラズモン干渉構造７３は、入射側プラズモン導波路４の第２接続部６２側の延長線上に設けられる光波長分波器の機能を有する構造である。
【００８２】
このような構造の第３実施形態のプラズモン導波路１においては、表面プラズモンによる近接場光である光Ｌは、入射側プラズモン導波路４から入射する。次に、光Ｌは、第１接続部６１に伝搬し、第１プラズモン干渉構造７１と、第１連結部８１と、第１出射側プラズモン導波路５１とに分岐される。
【００８３】
第１プラズモン干渉構造７１の有限の第１終端７１ａにおいて反射された光Ｌは、再び第１接続部６１に到達する。
【００８４】
また、第１連結部８１を伝搬した光Ｌは、第２接続部６２に伝搬し、第２プラズモン干渉構造７２と、第３プラズモン干渉構造７３と、第２出射側プラズモン導波路５２とに分岐される。
【００８５】
第２プラズモン干渉構造７２の有限の第２終端７２ａにおいて反射された光Ｌ及び第３プラズモン干渉構造７３の有限の第３終端７３ａにおいて反射された光Ｌは、再び第２接続部６２に到達する。第２接続部６２に再び到達した光は、第１連結部８１と、第２出射側プラズモン導波路５２とに分岐される。
【００８６】
したがって、第１接続部６１では、入射側プラズモン導波路４からの光Ｌと、第１プラズモン干渉構造７１の第１終端７１ａにおいて反射された光Ｌと、第２プラズモン干渉構造７２の有限の第２終端７２ａにおいて反射された光Ｌ及び第３プラズモン干渉構造７３の有限の第３終端７３ａにおいて反射された光Ｌを含み第１連結部８１を伝搬し再び第１接続部６１に到達した光Ｌと、が干渉する。そして、干渉した光Ｌは、曲げられて第１出射側プラズモン導波路５１から出射する。
【００８７】
また、第２接続部６２では、第１連結部８１を伝搬した光Ｌと、第２プラズモン干渉構造７２の有限の第２終端７２ａにおいて反射された光Ｌと、第３プラズモン干渉構造７３の有限の第３終端７３ａにおいて反射された光Ｌと、が干渉する。そして、干渉した光Ｌは、曲げられて第２出射側プラズモン導波路５２から出射する。
【００８８】
すなわち、第１プラズモン干渉構造７１、第２プラズモン干渉構造７２及び第３プラズモン干渉構造７３の大きさや形状によって、第１接続部６１及び第２接続部６２での光Ｌの干渉が変化し、第１出射側プラズモン導波路５１及び第２出射側プラズモン導波路５２から出射する光Ｌの透過率及び強度が変化する。
【００８９】
誘電体コア３は、酸化シリコンを用い、屈折率は、１．４５である。また、入射側プラズモン導波路４は、厚さ２００ｎｍ（ｘ方向）、幅６００ｎｍ（ｙ方向）であり、第１出射側プラズモン導波路５１及び第２出射側プラズモン導波路５２は、厚さ２００ｎｍ（ｚ方向）、幅６００ｎｍ（ｙ方向）である。また、第１プラズモン干渉構造７１は、厚さ２００ｎｍ（ｚ方向）、幅６００ｎｍ（ｙ方向）であり、第２プラズモン干渉構造７２は、厚さ２００ｎｍ（ｚ方向）、幅６００ｎｍ（ｙ方向）であり、第３プラズモン干渉構造７３は、厚さ２００ｎｍ（ｘ方向）、幅６００ｎｍ（ｙ方向）である。
【００９０】
図１５は、第３実施形態の第１プラズモン干渉構造７１の長さをｄ１＝１１３０ｎｍに固定し、第２プラズモン干渉構造７２及び第３プラズモン干渉構造７３の長さをｄ２＝２６６０ｎｍに固定し、８２０ｎｍから８８０ｎｍの波長の光を入射した際の透過率を示す図である。
【００９１】
ここで、第１プラズモン干渉構造７１の長さｄ１とは、第１接続部６１と第１プラズモン干渉構造７１の境界から第１プラズモン干渉構造７１の第１終端７１ａまでの距離（ｘ方向）を指す。また、第２プラズモン干渉構造７２の長さｄ２とは、第２接続部６２と第２プラズモン干渉構造７２の境界から第２プラズモン干渉構造７２の第２終端７２ａまでの距離（ｘ方向）を指す。また、第３プラズモン干渉構造７３の長さｄ２とは、第２接続部６２と第３プラズモン干渉構造７３の境界から第３プラズモン干渉構造７３の第３終端７３ａまでの距離（ｚ方向）を指す。
【００９２】
また、ここでの透過率は、電磁界シミュレーションによって、本構造内での電磁界分布が定常状態に達している時間において、入射側プラズモン導波路４から第１接続部６１の直前の場所まで到達するエネルギー流量を１００%として、光波長合分波器の出射側プラズモン導波路を通過するエネルギー流量の割合を計算したものである。ここでのエネルギー流量とは、出射側プラズモン導波路５の断面に関して光の進行方向のポインティングベクトルを面積分した値である。
【００９３】
波長が８３０ｎｍのとき、第２出射側プラズモン導波路５２の透過率は２０．６７％と高く、第１出射側プラズモン導波路５１の透過率は２．０６２％と低く、その比は１０．０２倍と最も高くなっている。波長が８７０ｎｍのとき、第１出射側プラズモン導波路５１の透過率は５９．８５％と高く、第２出射側プラズモン導波路５２の透過率は０．３４０％と低く、その比は１７６．２倍と最も高くなっている。
【００９４】
つまり第１プラズモン干渉構造７１、第２プラズモン干渉構造７２及び第３プラズモン干渉構造７３の大きさによって、それぞれの第１出射側プラズモン導波路５１と第２出射側プラズモン導波路５２に透過する光の波長は異なる。よってある波長において、透過率を高くするプラズモン干渉構造７を付属した出射側プラズモン導波路５と、透過率を低くするプラズモン干渉構造７を付属した出射側プラズモン導波路５を配置することで、その波長では一方の出射側プラズモン導波路５に多く導光できる。また、その透過率の大小が大きく入れ替わる波長が存在することで、波長によって２つの出射側プラズモン導波路５へ出射先の切り替えができるということになる。なお、各接続部分に付属させるプラズモン干渉構造の大小関係は、各出射側プラズモン導波路５で求められる透過率波長依存性や消光比によって調整すると良い。
【００９５】
図１６は、波長８３０ｎｍ、８５０ｎｍ及び８７０ｎｍの場合の光の伝搬の状態を示す図である。図１６（ａ）は波長８３０ｎｍ、図１６（ｂ）は８５０ｎｍ、図１６（ｃ）は８７０ｎｍを示す。
【００９６】
長さｄ１＝１３３０ｎｍの第１プラズモン干渉構造７１は、８７０ｎｍ周辺の波長の光を第１出射側プラズモン導波路５１に高効率に導光し、８３０ｎｍ周辺の波長の光を第１出射側プラズモン導波路５１に導光しないように設計している。長さｄ２＝２６６０ｎｍの第２プラズモン干渉構造７２及び第３プラズモン干渉構造７３は、８３０ｎｍ周辺の波長の光を第２出射側プラズモン導波路５２に高効率で導光し、８７０ｎｍ周辺の波長の光を第２出射側プラズモン導波路５２に導光しないように設計している。
【００９７】
第１連結部８１は、第２プラズモン干渉構造７２及び第３プラズモン干渉構造７３で反射が発生し光の共振状態を形成した際に、第２出射側プラズモン導波路に光をよく伝搬するような共振状態を形成する長さであり、かつ第１プラズモン干渉構造７１と近い共振状態の波長依存性をもつ長さであると望ましい。ここでは第１連結部８１は、長さｍ＝１２２０ｎｍとしている。
【００９８】
このような第３実施形態のプラズモン導波路１によれば、入射光の進行方向に関して短い素子長で、簡便な構造で、曲げを行いながら透過率を高くすることが可能となると共に、波長選択性の高く光分波器としての機能を有するプラズモン導波路を提供することができる。
【００９９】
次に、第３実施形態の実施例２のプラズモン導波路について説明する。図１７は、第３実施形態の実施例２のプラズモン導波路を示す図である。このプラズモン導波路は、単一の入射側プラズモン導波路４から２つの第１出射側プラズモン導波路５１及び第２出射側プラズモン導波路５２に光波長分波させる際の配置を変更したものである。入射側プラズモン導波路４、出射側プラズモン導波路５、接続部６、プラズモン干渉構造７及び連結部８の材料および断面形状は実施例１と同様である。２つの出射側プラズモン導波路５のうち、第１出射側プラズモン導波路５１の光進行方向は入射側プラズモン導波路４の偏光方向と同方向としており、第２出射側プラズモン導波路５２の光進行方向は入射側プラズモン導波路４と同方向としている。
【０１００】
この構造の利点として、第２プラズモン干渉構造７２及び第３プラズモン干渉構造７３を、共に入射側プラズモン導波路４の光の偏光方向のみに向けた構造にできることがある。これは実施例１において第３プラズモン干渉構造７３が入射側プラズモン導波路４の光進行方向と同方向を向いており、その方向に長さを必要としてしまうことが、薄膜プロセスに適合しない場合があるためである。つまり、所望の波長特性を得るためにプラズモン干渉構造７に十分な長さが必要な場合で、かつ、その方向が薄膜プロセスでの膜平面に垂直方向であった場合には、プラズモン干渉構造７の断面形状を膜平面に垂直方向に関して安定して形成することは困難である。
【０１０１】
それに対して、実施例２における第２プラズモン干渉構造７２及び第３プラズモン干渉構造７３は共に入射側プラズモン導波路４と垂直な方向であるので、入射側プラズモン導波路４と同方向に関して必要なのは、どのような波長特性を得る際にもプラズモン干渉構造７の厚さのみであり、薄膜プロセスに適しているという利点がある。
【０１０２】
また、本構造の光波長合分波器を複数回接続することで、最終的な出射側プラズモン導波路５の数を任意に増やすことができる。つまり、出射側プラズモン導波路５を別の本構造の光波長合分波器の入射側プラズモン導波路４に接続するという構造である。
【０１０３】
さらに、複数の接続部を持つ当該構造において、プラズモン干渉構造７の形状を同一にすることで、複数の出射側プラズモン導波路５に対して同一の透過率波長依存性を持たせることができるので、これは光分波器としても機能する。
【０１０４】
次に、第４実施形態のプラズモン導波路について説明する。図１８は、第４実施形態のプラズモン導波路を示す図である。
【０１０５】
第４実施形態のプラズモン導波路１は、金属からなるクラッド２と誘電体コア３とからなり、第１入射側プラズモン導波路４１と、第２入射側プラズモン導波路４２と、出射側プラズモン導波路５と、第１入射側プラズモン導波路４１と出射側プラズモン導波路５とを結ぶ第１接続部６１と、第２入射側プラズモン導波路４２と出射側プラズモン導波路５側とを結ぶ第２接続部６２と、第１接続部６１に対して第１入射側プラズモン導波路４１の反対側に突出した第１プラズモン干渉構造７１と、第２接続部６２に対して第２入射側プラズモン導波路４２の反対側に突出した第２プラズモン干渉構造７２と、第２接続部６２に対して出射側プラズモン導波路５の反対側に突出した第３プラズモン干渉構造７３と、第１接続部６１と第２接続部６２とを接続する第１連結部８１とを備えた光波長合波器の機能を有する構造である。
【０１０６】
このような第４実施形態のプラズモン導波路１によれば、入射光の進行方向に関して短い素子長で、簡便な構造で、曲げを行いながら透過率を高くすることが可能となると共に、波長選択性が高く光合波器としての機能を有するプラズモン導波路を提供することができる。
【０１０７】
第１実施形態〜第３実施形態のプラズモン導波路１の応用としては、図１９、図２０及び図２１に示すような、入射側プラズモン導波路４の入射面に表面プラズモンアンテナ１１と呼ばれる金属の周期構造を施し、出射側プラズモン導波路５の先に微小な受光部分をもつフォトダイオード１２を配置した構造が考えられる。
【０１０８】
表面プラズモンアンテナ１１とよばれる構造は、この入射面の周期構造によって表面プラズモンの強い共振で、微小開口に入射する光が増強されるため、微小開口内のフォトダイオード１２に到達する光も増強されるので、高感度での光検出が可能である。また、微小なフォトダイオード１２であるため、電気容量が小さくでき、その結果電子回路構成上、高速な応答が実現できる。
【０１０９】
また、表面プラズモンアンテナ１１は微小開口へ入射する光を増強する構造であり、その増強度は波長依存性を持っているが、高い増強度が得られる波長幅は比較的広い。そのため、波長が近い２波長の光信号のうち一方のみを検出する場合には、表面プラズモンアンテナ１１の前に伝搬光の透過を制御する波長フィルタや波長分波器を配置する必要がある。表面プラズモンアンテナ１１に波長フィルタの機能を持つプラズモン導波路１を追加することで、任意のスペクトルのみの光検出が可能となる。そのため、任意のスペクトルのみを受光する小型の高感度・高速応答光受光素子が構成できる。
【０１１０】
また、従来は測定したい波長の数だけ表面プラズモンアンテナを並べており、面積を多く必要としていた（特許文献４）。
【０１１１】
そこで、本実施形態の波長分波器の機能を持つプラズモン導波路を導入することで、波長フィルタや波長分波器など伝搬光を取り扱う従来の大型の素子を使用することなく、微小開口内部に入射光の進行方向に関して短い素子長で波長フィルタリングや光波長分波が行えるので、任意のスペクトルを１つの表面プラズモンアンテナ１１の内部で複数の任意のスペクトルに波長分波してそれぞれ別のフォトダイオード１２で受光する小型の高感度・高速応答光受光素子が構成できる。
【０１１２】
なお、本実施形態では、クラッド２をプラズモン導波路１の本体のように使用し、かなり厚みのある構成として説明した。しかしながら、クラッド２は、誘電体３を囲む又は挟む構成であれば良い。例えば、膜状のクラッド２を用い、その外側にプラズモン導波路１の本体として別の部材を適用してもよい。このように、構成することにより、コストを低く抑えることが可能となる。
【０１１３】
また、本実施形態のプラズモン導波路１は、誘電体コア３の断面の厚さに、誘電体コア３の屈折率を乗じた値が、真空中での光の波長の半分以下となるような、すなわち以下の条件式（２）を満足するような矩形の誘電体コア３を有するものとする。
ｔ×ｎ＜０．５λ                                  ・・・（２）
ただし、ｔは誘電体コア３の断面の厚さ、
ｎは誘電体コア３の屈折率、
λは真空中での光の波長、
である。
【０１１４】
この条件式（１）を満足することで、誘電体コア３の厚さｔ方向に関する導波路中の光伝播モードは、非特許文献３に示されているように基本モードただひとつが非常に低い伝播損失をもつため、基本モードが非常に優位となる。
【０１１５】
誘電体コアの厚さ方向の光路長を０．５λより大きくすると、誘電体コア３の厚さｔ方向に関する高次の伝播モードが成立し始めるため、接続部分での光の干渉による出射光の強め合いが不十分になる。よって、誘電体コアの厚さ方向に関して、基本の伝播モードが優位となる条件が望ましい。
【産業上の利用可能性】
【０１１６】
本発明は、入射光の進行方向に関して短い素子長で、簡便な構造で、波長選択性の高いプラズモン導波路を提供することが可能となる。また、曲げを行いながら透過率を高くすることが可能となる。さらに、波長選択性の高い光分波器又は光合波器としての機能を有することが可能となる。
【符号の説明】
【０１１７】
１…プラズモン導波路、２…クラッド、３…誘電体コア、４…入射側プラズモン導波路、５…出射側プラズモン導波路、６…接続部、７…プラズモン干渉構造、Ｌ…光
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【国際調査報告】
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