(57)【要約】【課題】  本発明は、複数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とともに、放射分布を良好として高いＱ値を発揮することができる新規なフォトニック結晶スラブの提供を目的とする。【解決手段】  本発明は、スラブ材に、屈折率が異なる同一形状の領域が、複数、Ｃ６Ｖ対称性で周期的に配置されてなり、異屈折率領域の平面形状がＣ３Ｖ対称性を有する形状であり、２次元完全フォトニックバンドギャップを有するフォトニック結晶スラブであって、  Ｃ３Ｖ対称性を有する異屈折率領域の周期性が部分的に乱されて孤立欠陥領域が形成され、孤立欠陥領域において、スラブ材の厚さ方向に非対称性が付与された部分を有するものである。  【選択図】      図１
2006276388.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スラブ材に、このスラブ材とは屈折率が異なる同一形状の領域が、複数、Ｃ６Ｖ対称性（６回の回転対称性と鏡面対称性）で周期的に配置されてなり、前記異屈折率領域の平面形状がＣ３Ｖ対称性を有する形状（３回の回転対称形性と鏡面対称性）とされ、前記スラブ内を通過する光に対して２次元完全フォトニックバンドギャップを有するフォトニック結晶スラブであって、
前記Ｃ３Ｖ対称性を有する異屈折率領域の周期性が部分的に乱されて孤立欠陥領域が形成され、該孤立欠陥領域において、スラブ材の厚さ方向に非対称性が付与された部分を有することを特徴とするフォトニック結晶スラブ。
【請求項２】
前記孤立欠陥領域が光の共振器とされ、前記対称性は、前記光を前記共振器内に閉じ込める効果の大きい所定の位置に付与されてなることを特徴とする請求項１に記載のフォトニック結晶スラブ。
【請求項３】
前記非対称性は、非貫通の穴部と凸部の少なくとも一方が１つ以上形成されてなることを特徴とする請求項１に記載のフォトニック結晶スラブ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の孤立欠陥領域と線状欠陥からなる導波路を有し、該導波路がＴＥ−ライクモードとＴＭ−ライクモードの少なくとも一方の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フォトニック結晶導波路。
【請求項５】
請求項４に記載のフォトニック結晶導波路を備えたことを特徴とする光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小光回路素子等に用いられるフォトニック結晶スラブ及び該フォトニック結晶スラブに共振器を形成したフォトニック結晶スラブとこれを備えたフォトニック結晶導波路と光デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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３６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板状のスラブ材料８１に円柱孔８６を三角格子状に複数配列した２次元フォトニック結晶を有し、図３６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を導入し、この線状欠陥９２が導波路とされた構成のものである。
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、先の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の存在するところは導波路とみなされるので光は伝搬できる構造になっている。
【０００４】
ところで、この種の２次元フォトニック結晶を共振器に適用しようとする試みがなされている。（例えば、特許文献２、図１参照）
このフォトニック結晶からなる共振器は、２次元フォトニック結晶中に点状欠陥を導入し、フォトニック結晶を構成する低屈折率物質を配設するべき多数の２次元格子点において３以上の隣接する複数の格子点に低屈折率物質の配設を略しておき、点状欠陥に最近接の格子点の少なくとも１つに対応して配設するべき低屈折率物質をその格子点から所定距離だけ変位させた構成とされている。
また、２次元フォトニック結晶を共振器として利用するとともに、Ｑ値の高い共振器を得る目的で２次元フォトニック結晶に先の特許文献２と同様の点状欠陥を導入し、点状欠陥に最近接の格子点の少なくとも１つに対応して配設されるべき低屈折率物質の位置を所定距離変えてなる構成が知られている。（例えば、特許文献３、図１参照）
【特許文献１】特開２００１−２７２５５５号公報
【特許文献２】特開２００４−２４５８６６号公報
【特許文献３】特開２００４−２７９８００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の２次元フォトニック結晶導波路においては、２次元フォトニック結晶は光の偏波モードのＴＥ−like モード又はＴＭ−like モードの一方に対してのみフォトニックバンドギャップをもっている構造であるため、ＴＥ−like モードまたはＴＭ−like モードの光がフォトニック結晶の面内方向に漏れてしまうことになり、取り出し効率が悪くなってしまう問題がある。例えば、図３６の如く平面視三角格子状に配列された円柱孔８６…ではＴＥ−likeモードに対してのみフォトニックバンドギャップを有するため、ＴＭ−like モードの光はフォトニック結晶の面内方向に漏れてしまう。
従ってＴＥ−like モードとＴＭ−like モードの両モードに対して共通のフォトニックバンドギャップを有する構造の２次元フォトニック結晶スラブが要望されるが、そのような２次元フォトニック結晶はこれまで見つかっていなかった。
【０００６】
また、この種の２次元フォトニック結晶を共振器として使用する場合、共振器としてのＱ値が重要であるので、先の特許文献３においてはＱ値の改善を行っているが、Ｑ値の改善は十分ではなく、先の特許文献１〜３のいずれのフォトニック結晶においてもＴＥ−like モード又はＴＭ−like モードの一方に対してのみフォトニックバンドギャップをもっている構造であるため、ＴＥ−like モードまたはＴＭ−like モードの光がフォトニック結晶の面内方向に漏れてしまう問題があり、これが原因となってこれまで以上にＱ値を高めることは困難であった。
【０００７】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、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とともに、放射分布を良好として高いＱ値を発揮することができる新規なフォトニック結晶スラブの提供を目的とする。
本発明は、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、放射分布を良好として高いＱ値を発揮する導波路及びそれを備えた光デバイスの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、本発明においては、スラブ材に、このスラブ材とは屈折率が異なる同一形状の領域が、複数、Ｃ６Ｖ対称性（６回の回転対称性と鏡面対称性）で周期的に配置されてなり、前記異屈折率領域の平面形状がＣ３Ｖ対称性を有する形状（３回の回転対称形性と鏡面対称性）とされ、前記スラブ内を通過する光に対して２次元完全フォトニックバンドギャップを有するフォトニック結晶スラブであって、前記Ｃ３Ｖ対称性を有する異屈折率領域の周期性が部分的に乱されて孤立欠陥領域が形成され、該孤立欠陥領域において、スラブ材の厚さ方向に非対称性が付与された部分を有することを特徴とする。
本発明においてＣ３Ｖ対称の形状とは、３回の回転対称形状で、ミラー面を３有するもののことをいう。換言すると、対称軸が３つあるもののことを意味する。第１の発明の２次元フォトニック結晶スラブによれば、異なるモード（複数のモード）のギャップ周波数帯を一致させることができるので、上記異なるモード（複数のモード）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ことができる。
従って例えば、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、いずれのモードの光に対しても漏れを生じないのでＱ値の変動や低下を生じないフォトニック結晶スラブあるいは共振器を提供できる。
【０００９】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、前記発明の孤立欠陥領域が光の共振器とされ、前記対称性は、前記光を前記共振器内に閉じ込める効果の大きい所定の位置に付与されてなることを特徴とする。
孤立欠陥領域において光を共振器内に閉じ込める効果の大きい位置に対称性を付与することで、光閉じ込め性が向上し、面内漏れ抑制がより良くできるので、複数のモードの光を閉じ込めることが効果的になされ、Ｑ値の変化、低下の少ないフォトニック結晶スラブあるいは共振器を提供できる。
【００１０】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、前記発明の非対称性は、非貫通の穴部と凸部の少なくとも一方が１つ以上形成されてなることを特徴とする。
非対称性を付与する手段として、非貫通の穴部と凸部を利用するならば、フォトニック結晶スラブの一部分にこれらの穴部や凸部を位置決めして形成するだけでＱ値の変化、低下の少ないフォトニック結晶スラブあるいは共振器を提供することができる。
【００１１】
本発明の導波路は、先のいずれかに記載の孤立欠陥領域と線状欠陥からなる導波路を有し、該導波路がＴＥ−ライクモードとＴＭ−ライクモードの少なくとも一方の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。
導波路がＴＥ−ライクモードとＴＭ−ライクモードの少なくとも一方のモードの光を通過可能な導波路とされることで、この導波路を両モードの光を伝達する用途に供することができ、フォトニック結晶スラブの孤立欠陥領域で閉じ込めた両モードの光を導出するための導波路、あるいは、フォトニック結晶スラブの孤立欠陥領域に光を導入するための導波路としての利用が可能となる。
本発明の光デバイスは、先の種々の特徴を有する有効利用が可能な導波路を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のフォトニック結晶スラブによれば、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、低損失のフォトニック結晶スラブを提供できる。
また、本発明のフォトニック結晶導波路によれば、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を備え、スラブ材料面内方向に光が漏れるのを防止でき、低損失のフォトニック結晶導波路とそれを備えた光デバイスを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明するが、本発明は以下に説明する実施形態に限定されるものではない。また、以下の図面においては各構成部分の縮尺について図面に表記することが容易となるように構成部分毎に縮尺を変えて記載している。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の共振器の概略構成を示す斜視図であり、図２は図１の共振器に備えられた２次元フォトニック結晶スラブを示す概略平面図であり、図３は図２の２次元フォトニック結晶スラブに備えられた複数の低屈折率材料領域を示す部分拡大平面図である。
本実施形態の共振器は、２次元フォトニック結晶導波路ユニット１０が主体として備えられたものである。
この２次元フォトニック結晶導波路ユニット１０は、２次元フォトニック結晶スラブ１０ａに、このフォトニック結晶の周期的配列を乱す線状の欠陥（線状欠陥）２２がΓ‐Ｊ方向（言い換えればΓ−Ｋ方向）に部分的に形成され、この線状欠陥２２が光を通過させる導波路とされ、更にこの導波路２２の側方に後に説明する共振器領域１６Ａが形成されたものである。なお、前記Γ‐Ｊ方向とは、本実施形態のように平面視三角状の低屈折率材料領域１５が三角格子状に配列されている場合、この低屈折率材料領域１５のいずれか一辺と平行な方向であり、図２に示す矢印Ａ１、Ａ２、Ａ３で示される方向はいずれもΓ−Ｊ方向である。上記導波路２２は矢印Ａ１で示される方向に形成されているが、矢印Ａ２や矢印Ａ３で示される方向に形成されていても良い。なお、図２中、矢印Ｂで示される方向は、Γ‐Ｘ方向（言い換えればΓ−Ｍ方向）である。
【００１４】
この実施形態の２次元フォトニック結晶スラブ１０ａは、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ものである。
この２次元フォトニック結晶スラブ１０ａの具体的な構造としては、高屈折率材料からなるスラブ材１１に、このスラブ材１１よりも低屈折率材料からなる領域（低屈折率材料領域）１５が三角格子状に配列されることにより、スラブ材１１に低屈折率材料領域１５が周期的に配列されて屈折率分布が形成されたものである。
【００１５】
スラブ材１１として用いる材料としては、高屈折率材料が用いられ、例えば、ＩｎＧａＡｓＰ、ＧａＡｓ、Ｉｎ、Ｇａ、Ａｌ、Ｓｂ、Ａｓ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｐ、Ｎ、Ｏのうちから選択される１種または２種以上を含む材料、Ｓｉ等の無機材料、無機半導体材料、有機材料のうちから適宜選択して用いられる。
低屈折率材料領域１５に用いる材料は、スラブ材１１を構成する高屈折率材料よりも屈折率が低い低屈折率材料が用いられ、本実施形態では空気が用いられている。
【００１６】
本実施形態ではスラブ材１１に複数の三角孔１４が形成されている。この三角孔１４は三角格子の格子点に相当する位置にスラブ材１１をその厚さ方向に貫通させて形成されたものである。そして、複数の三角孔１４のそれぞれに低屈折率材料としての空気が充填されて三角柱状の低屈折率材料領域１５が複数形成されることにより、フォトニック結晶の周期的配列が形成されている。このように低屈折率材料領域の形状が三角柱状である場合は、Ｃ３Ｖ対称の１種である。Ｃ３Ｖ対称性を有する形状とは、３回の回転対称形性と鏡面対称性を有する形状である。換言すると、対称軸が３つあるもののことを意味する。
【００１７】
次にこのフォトニック結晶導波路ユニット１０のスラブ材１１には、先の線状欠陥２２の近傍に線状欠館２２に隣接して平行にフォトニック結晶の周期的配列を乱す形状であって、両端が閉じた形の孤立欠陥領域１６が形成され、その孤立欠陥領域１６の長さ方向両端部に２次元フォトニック結晶スラブ１０ａを貫通することがないように非貫通の平面視丸形の穴部１７が形成されている。これらの穴部１７はスラブ材１１の厚さの半分を超えない程度の深さ、例えば数分の一程度の深さとされ、これらの穴部の存在によりスラブ材１１にはその厚さに非対称性が導入され、共振器領域１６Ａが形成されている。また、この形態において穴部１７は平面視丸形であるのでＣ３Ｖ対称性を有する形状の１種とされている。
【００１８】
ところでスラブ材１１において、低屈折率材料領域１５の一辺の長さＬは、中心波長１.５５μｍとした場合、０.３μｍ〜０.４μｍ程度とされる。隣合う低屈折率材料領域１５と１５のピッチａは０.３５μｍ〜０.５５μｍ程度とされる。
本実施形態では低屈折率材料領域１５は正三角柱状であるので、隣合う低屈折率材料領域１５と１５のピッチａは、低屈折率材料領域１５が周期的に配置された低屈折率材周期構造部における最小中心距離ａと同じ大きさとなっている。
【００１９】
本形態の２次元フォトニック結晶スラブ１０ａでは、Δ＝（ｎＨ２−ｎＬ２）／２ｎＨ２（式中、ｎＨは上記高屈折率材料の屈折率、ｎＬは上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より大きくなるようにスラブ材１１に用いる材料と低屈折率材料領域１５に用いる材料を選択することが好ましく、より好ましくはΔが０.４５以上になるような材料を用いるのがよい。比屈折率差Δが０.３５以下であると、ＴＥ−like モード、ＴＭ−like モードの両方のフォトニックバンドギャップが開かなくなってしまうおそれがある。
さらに、０.７＜Ｌ／ａ＜１.０（式中、Ｌは低屈折率材料領域１５の一辺の長さ、ａは上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）なる関係を満たすように構成されていることが先に述べた理由により好ましい。
【００２０】
なお、図４に示すようにスラブ材１１の少なくとも一方の面（図面では下面側）に補強層１１ａが設けられたものを使用すれば、隣接する低屈折率材料領域１５、１５の一部が重なった構造や隣接する低屈折率材料領域１５、１５が接触した構造もとることができるので、０.７＜Ｌ／ａ≦１.０であってもよい。上記補強層１１ａには、上記低屈折率材料領域は形成しない。
スラブ材１１の上面にも、図４の二点鎖線で示したように補強層１１ａが形成されていてもよい。このようなスラブ材１１の両面に補強層１１ａが設けられた材料としては、例えば、シリコン基板のようにＳｉ層の両面にそれぞれＳｉＯ２層を有するものを挙げることができる。
【００２１】
また、低屈折率材料領域が占める割合（低屈折率材料領域が空気からなるときは開口率）は、２次元フォトニック結晶スラブの体積１００％（ここでは線状欠陥２２が形成されている部分は除く）に対して２５％より多くされていることが好ましく、３５％より多くされているのがさらに好ましい。低屈折率材料領域が占める割合（体積％）が２５％以下であると、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ことができない。
【００２２】
また、複数の低屈折率材料領域１５は、図３に示すように一群の平行線Ｍの方向に対して±３０°の奇数倍を除いた範囲の一定の傾斜角度で配置されていることが好ましい。複数の低屈折率材料領域１５は一群の平行線の方向に対して±３０°の奇数倍であると、フォトニックバンドギャップが現れない。
なお、図３は、複数の正三角柱状低屈折率材料領域１５が一群の平行線Ｍの方向に対して０度の傾斜角度で配置されている場合である。
【００２３】
また、上記複数の低屈折率材料領域１５は図２に示すように導波路２２を中心とした左右非対称になるように配置されている。
また、実施形態の２次元フォトニック結晶導波路１０では、導波路幅Ｗを調整することにより、ドナー型導波路とされている。本発明において導波路幅とは、線状欠陥２２を中心とした左右（両側）の低屈折率材周期構造部中心間の距離のことをいい、本実施形態では各低屈折率材料領域１５は正三角柱状であるので線状欠陥２２を中心とした左右の低屈折率材料領域１５、１５の中心間の距離ということもできる。
【００２４】
（導波路の作用）
上記構成の２次元フォトニック結晶スラブ１０ａの導波路２２を光の導波路として使用する場合は、ＴＥ−like モードとＴＭ−likeモードの両モードのギャップ周波数帯を一致させることができるので、上記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ことができ、しかも高次スラブモードが立たないため、スラブ材料面内方向に光が漏れるのを防止できる。
この上記の２次元フォトニック結晶スラブ１０ａに外部からＴＥ−like モード又はＴＭ−like モードの光Ｒ１を入射させると、フォトニック結晶内では、面内方向にはフォトニックバンドギャップにより伝搬を禁じられ、面直方向には上下の低屈折率材料による全反射により閉じこめられる。
【００２５】
また、本実施形態では、２次元フォトニック結晶スラブ１０ａに三角格子状に配列された複数の低屈折率材料領域１５の一部が線状に抜き取られることにより、フォトニック結晶スラブに線状欠陥２２が導入され、この線状欠陥２２中には導波モードが存在し、導波路２２とされている。この導波路２２は、２次元フォトニック結晶スラブ１０ａに入射させた光Ｒ１がＴＥ−like モードとＴＭ−like モードのいずれであっても伝搬できる。なお、導波路２２は光を低損失で伝搬できる波長域は比較的大きく、従って、導波路２２は数チャンネルの波長を含む波長帯域の光を伝搬させることができる。
【００２６】
本実施形態の２次元フォトニック結晶導波路１０では、導波路２２がドナー型である場合について説明したが、導波路幅Ｗを変更することによりアクセプタ型であってもよい。
また、導波路幅Ｗを変更することにより、モードの分散関係とモードの周波数の領域のうち少なくとも一方を制御することができる。このようにすることにより、ドナー型導波路からアクセプタ型導波路にわたり所望のモードの分散関係とモードの周波数の領域を有した２次元フォトニック結晶導波路を実現できる。
また、シングルモードの光の伝搬帯域を確保できる点では、（√３）ａ×（２／１６）≦Ｗ≦（√３）ａ×（１８／１６）（式中、Ｗは導波路幅、ａは上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が好ましい。Ｗが（√３）ａ×（２／１６）未満であると、導波路モードが消失し、（√３）ａ×（１８／１６）を超えると、シングルモードを確保できなくなる。
【００２７】
本実施形態の２次元フォトニック結晶導波路によれば、線状欠陥２２がΓ‐Ｊ方向に形成されたことにより、偏波無依存で、かつ、スラブ材料の面内方向への光損失を防止でき、線状の欠陥がΓ‐Ｘ（あるいはΓ‐Ｍ）方向に形成されている場合と比べて導波路に入射させた光がＴＥ−like モードとＴＭ−like モードのいずれであっても低損失で伝搬させることができる。
なお、スラブ材１１に低屈折率材料領域１５が三角格子状に配列された場合は、６０度曲げ導波路を容易に形成することも可能である。
【００２８】
また、上記実施形態においては、複数の低屈折率材料領域１５が導波路２２を中心とした左右非対称になるように配置されている場合について説明したが、複数の低屈折率材料領域１５が導波路２２を中心とした左右対称になるように配置された２次元フォトニック結晶導波路であってもよい。このような２次元フォトニック結晶導波路では、導波路幅を変更するとモードが交差する。また、導波路中心に対し波形が左右対称な光を上記導波路内に入れ易く、伝搬させ易い。
【００２９】
また、上記実施形態においては、Ｃ３Ｖ対称の１種である正三角柱状の低屈折率材料領域１５がスラブ材１１に三角格子状に配列されて屈折率分布が形成された場合について説明したが、図５に示すように三角柱の各側面に凸部を設けた形状（横断面三角形の各角部が凹状にカットされた形状、或いは三角柱の各角部が凹状にカットにされた形状）の低屈折率材料領域２５がスラブ材１１に三角格子状に配列されて屈折率分布が形成されたものであってもよく、或いは図６に示すように横断面の形状がＹ字状（プロペラ状）の低屈折率材料領域３５（三角柱の各角部に凸部を設けた形状の低屈折率材料領域）がスラブ材１１に三角格子状に配列されて屈折率分布が形成されたものであってもよく、あるいは図７に示すように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４５ａ、４５ａ、４５ａを一単位とした形状の低屈折率材料領域４５が配列されて屈折率分布が形成されたものであってもよい。
【００３０】
（共振器の動作）
先に説明した構造の２次元フォトニック結晶導波路ユニット１０にあっては、導波路２２の一列隣側に共振器領域１６Ａが設けられているので、この共振器領域１６Ａにスラブ材１１の外部から、例えばスラブ材１１の上面側からレーザ発光器などの光源を用いてＴＥ−like モード又はＴＭ−like モードの光を入射すると共振器領域１６Ａにおいて光の共振が励起され、この共振領域１６Ａにおいて共振された光を共振領域１６Ａから取り出して利用することができる。この取り出しを行う場合、共振器領域１６Ａからそれに隣接する導波路２２側に光を導いて導波路２２に沿って光を導いて取り出しても良いし、共振領域１６Ａから上方に照射される光を取り出して利用しても良い。
ここで共振領域１６Ａから外部に放射される光として共振光を取り出す場合、先の穴部１７が存在しないと放射パターンが直上側と斜め上方側に分かれて発生してしまい、扱いが困難となるが、穴部１７を設けることで放射パターンを単峰ピークを有する良好な放射パターンとすることができる。
また、本構造により共振器として見た場合のＱ値の低下も防止することができる。ここで本願で用いた構造は、ＴＥ−like モードとＴＭ−like モードのいずれであっても伝搬できる２次元完全フォトニック結晶であり、いずれのモードの光であっても漏れ光を殆ど無くすることができる完全フォトニックバンドギャップを実現できるので、Ｑ値の低下を防止できる。
【００３１】
次に、図５〜図７に示した低屈折率材料領域の形状は、いずれもＣ３Ｖ対称のものの例である。図５中、Ｌは凸部の長さ、Ｍは凸部の高さ、ａは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である。図６中、Ｌは凸部の長さ、Ｍは凸部の高さ、ａは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である。図７中、Ｌは円柱状領域の中心間距離、ｒは円柱状領域４５ａの半径、ａは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である。
【００３２】
（第２の実施形態）
図８は、第２の実施形態の共振器の概略構成を示す斜視図である。
第２の実施形態の共振器が第１の実施形態の共振器と異なるところは、２次元フォトニック結晶導波路５０が備えられている点であり、詳しくは、この２次元フォトニック結晶導波路５０に備えられる２次元フォトニック結晶スラブ５０ａを構成するスラブ材１１に形成された低屈折率材料領域６５の形状と配列状態が異なることと、線状欠陥（導波路）２２の形成方向が異なる点などである。
【００３３】
この形態の２次元フォトニック結晶スラブ５０ａの具体的な構造としては、スラブ材１１に低屈折率材料領域６５が正方格子状に配列されることにより屈折率分布が形成されたものである。
本実施形態ではスラブ材１１に複数の円形孔６４が形成されている。この円形孔６４は正方格子の格子点に相当する位置に形成されたものである。そして、複数の円形孔６４のそれぞれに低屈折率材料としての空気が充填されて円柱状の低屈折率材料領域６５が複数形成されることにより、フォトニック結晶の周期的配列が形成されている。
また、０．４≦ｒ／ａ＜０．５０（式中、ｒは上記低屈折率材料領域６５の半径の長さ、ａは上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が先に述べた理由により好ましい。
また、低屈折率材料領域６５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％（ここでは線状欠陥２２が形成されている部分は除く）に対して２５％より多くされている。
【００３４】
この２次元フォトニック結晶スラブ５０ａにおいても、ＴＥ−like モードとＴＭ−like モードの両モードのギャップ周波数帯を一致させることができるので、上記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ことができ、しかも高次スラブモードが立たないため、スラブ材料面内方向に光が漏れるのを防止でき、低損失とすることができる。
【００３５】
この２次元フォトニック結晶スラブ５０ａに、上記フォトニック結晶の周期的配列を乱す線状欠陥２２がΓ‐Ｘ方向に形成され、この線状欠陥２２が光を通過させる導波路とされたものである。ここでのΓ‐Ｘ方向とは、本実施形態のように平面視円形状の低屈折率材料領域６５が正方格子状に配列されている場合、図８に示す矢印Ｂ１、Ｂ２で示される方向はいずれもΓ−Ｘ方向である。上記導波路２２は矢印Ｂ１で示される方向に形成されているが、矢印Ｂ２で示される方向に形成されていてもよい。なお、図５中、矢印Ｃで示される方向は、Γ−Ｍ方向である。
また、本実施形態では上記の複数の低屈折率材料領域６５は図８に示すように導波路２２の中心に対して左右対称になるように配置されている。
次に本実施形態において線状欠陥（導波路）２２の形成されている列から一列横側の位置する低屈折率材料領域６５を複数略して孤立欠陥領域６６を形成し、その孤立欠陥領域６６の両端部側にスラブ材１１を非貫通の穴部６７が形成されている。これらの穴部６７はスラブ材１１の厚さの半分を超えない程度の深さ、例えば数分の一程度の深さとされ、これらの穴部の存在によりスラブ材１１にはその厚さに非対称性が導入され、共振器領域６６Ａが形成されている。
【００３６】
本実施形態の２次元フォトニック結晶導波路５０は、２次元フォトニック結晶スラブ５０ａ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‐Ｘ方向に形成されたことにより、偏波無依存で、かつ、スラブ材料の面内方向への光損失を防止でき、導波路に入射させた光がＴＥ−like モードとＴＭ−like モードのいずれであっても低損失で伝搬させることができる。
また、スラブ材１１に低屈折率材料領域６５が正方格子状に配置された場合は、直角曲げ導波路を容易に形成することも可能である。
なお、本実施形態では低屈折率材料領域６５が円柱状である場合について説明したが、三角柱状、四角柱状、五角柱状、六角柱状等の多角柱状、楕円柱状のいずれかの形状であってもよい。
また、上記の第１〜第２の実施形態においては、線状欠陥が一づつ形成された２次元フォトニック結晶導波路について説明したが、線状欠陥は１以上設けられていてもよい。
【００３７】
（共振器の動作）
先に説明した構造の２次元フォトニック結晶スラブ５０ａにあっては、導波路２２の一列隣側に共振器領域６６Ａが設けられているので、この共振器領域６６Ａにスラブ材１１の外部から、例えばスラブ材１１の上面側からレーザ発光器などの光源を用いてＴＥ−like モード又はＴＭ−like モードの光を入射すると共振器領域６６Ａにおいて光の共振が励起され、この共振領域６６Ａにおいて共振された光を共振領域６６Ａから取り出して利用することができる。この取り出しを行う場合、共振器領域６６Ａからそれに隣接する導波路２２側に光を導いて導波路２２に沿って光を導いて取り出しても良いし、共振領域６６Ａから上方に照射される光を取り出して利用しても良い。
ここで共振領域６６Ａから外部に放射される光として共振光を取り出す場合、先の穴部６７が存在しないと放射パターンが直上側と斜め上方側に分かれて発生してしまい、扱いが困難となるが、穴部６７を設けることで放射パターンを単峰ピークを有する良好な放射パターンとすることができる。
また、本構造により共振器として見た場合のＱ値の低下も防止することができる。ここで本願で用いた構造は、ＴＥ−like モードとＴＭ−like モードのいずれであっても伝搬できる２次元完全フォトニック結晶であり、いずれのモードの光であっても漏れ光を殆ど無くすることができる完全フォトニックバンドギャップを実現できるので、Ｑ値の低下を防止できる。
【００３８】
（第３実施形態）
図９は、第３の実施形態の共振器の概略構成を示す斜視図である。
第３の実施形態の共振器が第１、第２の実施形態の共振器と異なるところは、２次元フォトニック結晶スラブ７０ａを構成するスラブ材１１に形成された低屈折率材料領域７５の形状と配列状態が異なることと、線状欠陥（導波路）７２の形成方向が異なる点などである。その他スラブ材１１の材質や低屈折材料領域の大きさと間隔、導波路７２の幅や方向は先の実施形態の場合と同様である。
この形態の２次元フォトニック結晶スラブ７０ａの具体的な構造としては、スラブ材１１に低屈折率材料領域７５が三角格子状に配列されることにより屈折率分布が形成されたものである。
本実施形態ではスラブ材１１に複数の貫通型の複合孔７４が形成されて低屈折材料領域７５とされている。この複合孔７４はスラブ材１１の上面における三角格子の格子点に相当する位置に形成されたものである。そして、複数の複合孔７４のそれぞれに低屈折率材料としての空気が充填されて円柱状の低屈折率材料領域７５が複数形成されることによりフォトニック結晶の周期的配列が形成されている。この形態の複合孔７４の形状は、図９に示す如く３つの円７５ａ、７５ｂ、７５ｃをそれぞれの半径ａ、ｂ、ｃを原点Ｏ１を中心として円周方向に６０度交差するように配置して複合させた輪郭を有する形状とされ、各円の半径ａ、ｂ、ｃが３つの対称軸となるので、Ｃ３Ｖ対称の１種の例とされてなる。
【００３９】
この第３実施形態の構造においても複合孔７４の一列を略する形でフォトニック結晶の周期的配列を乱す線状欠陥が導入されてこの線状欠陥部分が導波路７２とされ、その導波路７２に隣接する形で１列離れた位置に複合孔７４を２つ略してフォトニック結晶の周期的配列を乱す短い線状の孤立欠陥領域７６が導入され、この欠陥領域７６において本来複合孔７４が位置するべき位置に平面視丸形の凹部状の穴部７７、７７が形成されて共振器領域７６Ａが形成されている。
これらの穴部７６は先の実施形態の穴部１４と同じ程度の大きさで同じ程度の深さにスラブ材１１に形成されたものであり、この穴部７６が形成された短い線状欠陥部分が共振器領域７６Ａとされている。
【００４０】
この形態のスラブ材１１に形成されている複合孔７４は内部に空気層を有し、先の実施形態の低屈折率材料領域１５と同じ作用効果を奏する。
即ち、本実施形態の構造により共振器として見た場合のＱ値の低下も防止することができる。ここで本願で用いた構造は、ＴＥ−like モードとＴＭ−like モードのいずれであっても伝搬できる２次元完全フォトニック結晶であり、いずれのモードの光であっても漏れ光を殆ど無くすることができる完全フォトニックバンドギャップを実現できるので、Ｑ値の低下を防止できる。
【００４１】
なお、本実施形態では低屈折率材料領域が三角柱、円柱状、あるいは複合円柱状である場合について説明したが、その他の四角柱状、五角柱状、六角柱状等の多角柱状、楕円柱状のいずれかの形状であってもよい。
また、上記の第１〜第３の実施形態においては、線状欠陥が一づつ形成された２次元フォトニック結晶導波路について説明したが、線状欠陥は１以上設けられていてもよい。
【００４２】
また、上記実施形態においては、Ｃ３Ｖ対称の１種である正三角柱状の低屈折率材料領域１５がスラブ材１１に三角格子状に配列されて屈折率分布が形成された場合について説明したが、図２２に示すように三角柱の各側面に凸部を設けた形状（横断面三角形の各角部が凹状にカットされた形状、或いは三角柱の各角部が凹状にカットにされた形状）の低屈折率材料領域２５がスラブ材１１に三角格子状に配列されて屈折率分布が形成されたものであってもよく、或いは図２３に示すように横断面の形状がＹ字状（プロペラ状）の低屈折率材料領域３５（三角柱の各角部に凸部を設けた形状の低屈折率材料領域）がスラブ材１１に三角格子状に配列されて屈折率分布が形成されたものであってもよく、あるいは図２４に示すように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４５ａ、４５ａ、４５ａを一単位とした形状の低屈折率材料領域４５が配列されて屈折率分布が形成されたものであってもよい。
【００４３】
図２２〜図２５に示した低屈折率材料領域の形状は、いずれもＣ３Ｖ対称のものである。図２２中、Ｌは凸部の長さ、Ｍは凸部の高さ、ａは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である。図２３中、Ｌは凸部の長さ、Ｍは凸部の高さ、ａは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である。図２４中、Ｌは円柱状領域の中心間距離、ｒは円柱状領域４５ａの半径、ａは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である。
【実施例】
【００４４】
（実験例１）
スラブ材１１に形成する複数の三角柱状低屈折率材料領域１５の一群の平行線Ｍに対する傾斜角度θを−３０度〜＋３０度の範囲で変更した以外は図１〜図３に示したものと同様の各種の２次元フォトニック結晶スラブ作製した。なお、ここで作製した２次元フォトニック結晶スラブは、Δ＝０.４６、Ｌ／ａ＝０.８５、ｔ／ａ＝０.８０なる条件とした。
作製した各種の２次元フォトニック結晶スラブに外部からλ＝１.５５μｍの光を入射し、バンドギャップの低屈折率材料領域傾斜角依存性についで調べた。その結果を図１０に示す。なお、図１１Ａは傾斜角度θが３０度の場合の三角柱状低屈折率材料領域の配列状態を示しており、図１１Ｂは傾斜角度θが１５度の場合の三角柱状低屈折率材料領域の配列状態を示しており、図１１Ｃは傾斜角度θが０度の場合の三角柱状低屈折率材料領域の配列状態を示している。
【００４５】
図１０のグラフにおいて、横軸は傾斜角度θ、縦軸はバンドギャップ周波数の中心値ωｇに対するバンドギャップ周波数幅Δωｇの割合である。
図１０に示す結果から複数の三角柱状低屈折率材料領域は一群の平行線Ｍに対する傾斜角度θが−３０度と＋３０度のときはΔωｇ／ωｇが０であり、フォトニックバンドギャップが現れていない。−３０度＜θ＜＋３０度の範囲のときに、フォトニックバンドギャップが存在し、特に、傾斜角度θが０度のときは、Δωｇ／ωｇが最大値を示しており、フォトニックバンドギャップを示す周波数幅が非常に広いことがわかる。
【００４６】
（実験例２）
スラブ材１１の厚みｔと、三角柱状低屈折率材料領域１５の割合（開口率）を変更した以外は図１〜図３に示したものと同様の各種の２次元フォトニック結晶スラブ作製した。なお、ここで作製した２次元フォトニック結晶スラブは、Δ＝０.４６なる条件とした。
作製した各種の２次元フォトニック結晶スラブに外部からＴＥ−like モードとＴＭ−like モードの光をそれぞれ入射したときの２次元完全フォトニックバンドギャップ（２次元完全ＰＢＧ）のスラブ材厚さ依存性についで調べた。その結果を図１２〜図１７に示す。なお、図１２〜図１７に作製した２次元フォトニック結晶スラブのｔ／ａの値とｔ／λ０の値も合わせて示した。
【００４７】
図１２〜図１７のグラフにおいて、横軸は空気からなる三角柱状低屈折率材料領域の開口率、縦軸は規格化周波数である。図１２〜図１７のグラフ中、点線に囲まれた領域はＴＭ−like modeのときの開口率とバンドギャップの関係を示しており、実線に囲まれた領域はＴＥ−like modeのときの開口率とバンドギャップの関係を示している。また、図１２〜図１７のグラフにおいて、点線に囲まれた領域と実線に囲まれた領域が重なっている部分（斜線で示される領域）が、ＴＭ−like modeとＴＥ−like mode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示している。
【００４８】
図１２に示すｔ／ａ＝０．６０の場合と図１７のｔ／ａ＝∞の場合は、低屈折率材料領域の開口率がいずれであってもＴＥ−like modeとＴＭ−like mode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ていないことがわかる。
これに対して図１３〜図１６のｔ／ａ＝０.６５〜１.５０の場合は、ＴＭ−like modeとＴＥ−like mode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ことができ、２次元完全フォトニックバンドギャップが存在していることがわかる。２次元完全フォトニックバンドギャップとはＴＥ−like  modeとＴＭ−like mode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ことをいう。
図１４のｔ／ａ＝０.８０の場合は２次元完全フォトニックバンドギャップを示す周波数幅が広いことがわかる。
【００４９】
（実験例３）
スラブ材１１の厚みｔと、Ｌ／ａを変更した以外は図１〜図３に示したものと同様の各種の２次元フォトニック結晶スラブ作製した。ここではλ０＝１５５０ｎｍ付近がバンドギャップの中心波長になるようにａの値を変更することにより、Ｌ／ａの値を変更した。
作製した各種の２次元フォトニック結晶スラブに外部からλ０＝１５５０ｎｍの光を入射し、スラブ材１１の厚みｔと完全バンドギャップの有無との関係を調べた。
【００５０】
これまで説明した如く図１から図３に示す三角柱形状の低屈折材料領域を形成したスラブ材に代えて図９に示す複合円状の複合孔を有するフォトニック結晶スラブを用いて共振器に供した場合の試験を行った。
【００５１】
図９に示す形状の複合孔を有するＳｉからなるスラブ材であって、１つの複合円の半径０.２４μｍのものを３つ、個々の半径を６０度で交差させて複合した形状の複合孔を三角格子位置に多数形成したスラブ材を用意した。このスラブ材の複数の複合孔のうち、１列を略して導波路とすると共に、導波路から１列（２列、３列、あるいはそれ以上でも良い）の複合孔をあけた位置の複合孔を導波路と平行に２つ（１つ、３つでも良い。また、それ以上でも良い）略し、２つの複合孔の代わりに深さ０.３μｍ以下、半径０.１９μｍの非貫通の穴部を形成し、穴部を形成した部分を共振器として図９に示す導波路と共振器を備えた光デバイスを作製した。また、この光デバイスのｔslab／ａ＝０.９５、Ｌ／ａ＝０.２、ｒ／ａ＝０.３８としている。
この構造の光デバイスのωａ／２πｃの値を全方向について測定したところ、図１８に示す結果が得られ、ＴＥ、ＴＭ−like mode共通フォトニックバンドギャップが存在することを確認できたとともに、図１９に示す如くＴＥ、ＴＭ−like mode共通フォトニックバンドギャップ中に共振器モードが存在することを確認でき、２次元完全フォトニックバンドギャップを有すると同時に共振器として機能することを確認することができた。
【００５２】
このような２次元完全フォトニックバンドギャップを有するスラブ材を用いてスラブ材の厚さと穴部の深さ（トリミング深さ）の割合とＱ値（トリミング深さ０の場合を規格化した相対値）の関係を求めた結果を図２０に示す。
また、先の例と同等のスラブ材に三角格子位置に丸孔を形成したＴＥ−like modeに対してのみフォトニックバンドギャップを有するスラブ材を用意し、先の例と同等の試験に供した。この例のスラブ材は先の第２の実施形態の構造において低屈折材料領域の形成位置を三角格子位置とし、その他の基本構造は第２の実施形態に準じる構造のものである。
図２０に示す結果から、２次元完全フォトニックバンドギャップを有しない試料では穴部を形成してその深さを増加することでＱ値が大幅に低下してしまう傾向となる。
これは、ＴＥ−like modeに対してのみフォトニックバンドギャップを有するが、ＴＭ−like modeに対してフォトニックバンドギャップを有していないフォトニック結晶に穴部を形成して共振器を製造すると、面内光漏れによりＱ値が低下することを意味する。
【００５３】
図２１は先の例の両モードに対応した２次元完全フォトニックバンドギャップを有するフォトニック結晶スラブと、一方のモードのみ対応したフォトニックバンドギャップを有するフォトニック結晶スラブのそれぞれの点欠陥（共振器領域）から共振後の光が放出される場合の放射パターンを測定した結果を示す。
図２１Ａはスラブ材２２の中心の点欠陥（共振器領域）から放射状に角度を規定し、放射パターンの広がりを測定した際の受光器の角度位置を示す。
図２１Ｂに一方のモードのみ対応したフォトニックバンドギャップを有するフォトニック結晶スラブの角度毎の受光器の測定結果を示し、図２１Ｃに両モードに対応した２次元完全フォトニックバンドギャップを有するフォトニック結晶スラブの角度毎の受光器の測定結果を示す。
【００５４】
図２１Ｂと図２１Ｃに示す試験結果から明らかなように、一方のモードのみ対応したフォトニックバンドギャップを有するフォトニック結晶スラブでは放射パターンが３つの別れ、明らかに斜め方向への放射も存在していた。これに対して両モードに対応した２次元完全フォトニックバンドギャップを有するフォトニック結晶スラブでは放射パターンが１つの山に集中した単峰型の放射パターンが得られた。
【００５５】
次に、Ｌ／ａを変更した以外は図１〜図３に示したものと同様の各種の２次元フォトニック結晶スラブ作製した。ここではλ０＝１５５０ｎｍ付近がバンドギャップの中心波長になるようにａの値、Ｌの値を変更することにより、Ｌ／ａの値を変更した。
図２５は、Ｌ／ａ＝０.８５、Δ＝０.１５ａ、ｆ＝０.３６（ｆは２次元フォトニック結晶スラブ全体に対する低屈折率材料領域が占める割合、即ち、本実験例では開口割合である）とした場合の三角柱状低屈折率材料領域の配列状態を示している。
図２６は、Ｌ／ａ＝１、Δ＝０ａ、ｆ＝０.５とした場合の三角柱状低屈折率材料領域の配列状態を示している。
作製した各種の２次元フォトニック結晶スラブに外部からλ０＝１５５０ｎｍの光を入射し、二次元完全バンドギャップ幅を調べた。結果を図２５〜図２６に合わせて示す。
図２５〜図２６中、ΔλＴＭは、ＴＭ−like modeのフォトニックバンドギャップの波長帯幅（単位はｎｍ）であり、ΔλＴＥは、ＴＥ−like modeのフォトニックバンドギャップの波長帯幅（単位はｎｍ）である。
図２５〜図２６に示した結果から、Ｌ／ａ＝０.８５の場合のＴＥ、ＴＭ−like mode共通フォトニックバンドギャップの波長帯幅Δλは５９ｎｍであったが、Ｌ／ａ＝１の場合のΔλは１７６ｎｍであり、Ｌ／ａ＝１の場合の方が二次元完全バンドギャップ幅が広いことがわかる。
【００５６】
低屈折率材料領域の形状を三角柱の各側面に凸部を設けた形状（三角柱の各角部が凹状にカットにされた形状）になるようにしたことと、Ｌ／ａを変更した以外は先の実験例と同様の各種の２次元フォトニック結晶スラブ作製した。ここではλ０＝１５５０ｎｍ付近がバンドギャップの中心波長になるようにａの値、Ｌの値を変更することにより、Ｌ／ａの値を変更した。
図２７は、Ｌ／ａ＝０.６、Ｍ＝０.１ａ（Ｌは凸部の長さ、Ｍは凸部の高さ、ａは低屈折率材周期構造部における最小中心距離である。）、ｆ＝０.３９とした場合の低屈折率材料領域の配列状態を示している。
図２８は、Ｌ／ａ＝０.７、Ｍ＝０.１ａ、ｆ＝０.４９とした場合の低屈折率材料領域の配列状態を示している。
図２９は、Ｌ／ａ＝０.８、Ｍ＝０.１ａ、ｆ＝０.６とした場合の低屈折率材料領域の配列状態を示している。
作製した各種の２次元フォトニック結晶スラブに外部からλ０＝１５５０ｎｍの光を入射し、二次元完全バンドギャップ幅を調べた。結果を図２７〜図２９に合わせて示す。
【００５７】
図２７〜図２９に示した結果から、低屈折率材料領域の形状を三角柱の各角部が凹状にカットにされた形状になるように形成した場合においては、Ｌ／ａ＝０.６の場合のＴＥ、ＴＭ−like mode共通フォトニックバンドギャップの波長帯幅Δλは５３ｎｍ、Ｌ／ａ＝０.７の場合のΔλは１１６ｎｍであったが、Ｌ／ａ＝０.８の場合のΔλは２２５ｎｍであり、Ｌ／ａ＝０.８とした場合が二次元完全バンドギャップ幅が広いことがわかる。
【００５８】
低屈折率材料領域の形状を、横断面の形状がＹ字状（プロペラ状）になるようにした（三角柱の各角部に凸部を設けるようにした）ことと、Ｌ／ａを変更した以外は先の実験例と同様の各種の２次元フォトニック結晶スラブ作製した。ここではλ０＝１５５０ｎｍ付近がバンドギャップの中心波長になるようにａの値、Ｌの値を変更することにより、Ｌ／ａの値を変更した。
図３０は、Ｌ／ａ＝０.３、Ｍ＝０.３ａ、Δ＝０.１５６ａ、ｆ＝０.３９とした場合の低屈折率材料領域の配列状態を示している。
図３１は、Ｌ／ａ＝０.３４、Ｍ＝０.３４ａ、Δ＝０.００６ａ、ｆ＝０.４６とした場合の低屈折率材料領域の配列状態を示している。
図３２は、Ｌ／ａ＝０.３６６、Ｍ＝０.３６６ａ、Δ＝０ａ、ｆ＝０.５３とした場合の低屈折率材料領域の配列状態を示している。
作製した各種の２次元フォトニック結晶スラブに外部からλ０＝１５５０ｎｍの光を入射し、二次元完全バンドギャップ幅を調べた。結果を図３０〜図３２に合わせて示す。
【００５９】
図３０〜図３２に示した結果から、低屈折率材料領域の形状を横断面の形状がＹ字状になるように形成した場合においては、Ｌ／ａ＝０.３の場合のＴＥ、ＴＭ−like mode共通フォトニックバンドギャップの波長帯幅Δλは５０ｎｍ、Ｌ／ａ＝０.３６６の場合のΔλは８９ｎｍであったが、Ｌ／ａ＝０.３４の場合のΔλは１３６ｎｍであり、Ｌ／ａ＝０.３４とした場合が二次元完全バンドギャップ幅が広いことがわかる。
【００６０】
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た形状の低屈折率材料領域を三角格子状に配列して屈折率分布を形成したことと、Ｌ／ａを変更した以外は先の実験例と同様の各種の２次元フォトニック結晶スラブ作製した。ここではλ０＝１５５０ｎｍ付近がバンドギャップの中心波長になるようにａの値、Ｌの値を変更することにより、Ｌ／ａの値を変更した。
図３３は、Ｌ／ａ＝０.４２５、ｒ＝Ｌ／２（Ｌは円柱状領域の中心間距離、ｒは円柱状領域の半径である。）、Δ＝０.１５ａ、ｆ＝０.４９とした場合の低屈折率材料領域の配列状態を示している。
図３４は、Ｌ／ａ＝０.４５、ｒ＝Ｌ／２、Δ＝０.１ａ、ｆ＝０.５５とした場合の低屈折率材料領域の配列状態を示している。
図３５は、Ｌ／ａ＝０.５、ｒ＝Ｌ／２、Δ＝０ａ、ｆ＝０.６８とした場合の低屈折率材料領域の配列状態を示している。
作製した各種の２次元フォトニック結晶スラブに外部からλ０＝１５５０ｎｍの光を入射し、二次元完全バンドギャップ幅を調べた。結果を図３３〜図３５に合わせて示す。
【００６１】
図３３〜図３５に示した結果から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た形状の低屈折率材料領域を配列して屈折率分布を形成した場合においては、Ｌ／ａ＝０.５の場合のＴＥ、ＴＭ−like mode共通フォトニックバンドギャップの波長帯幅Δλは無し、Ｌ／ａ＝０.４２５の場合のΔλは１４０ｎｍであったが、Ｌ／ａ＝０.４５の場合のΔλは２０２ｎｍであり、Ｌ／ａ＝０.４５とした場合が二次元完全バンドギャップ幅が広いことがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明の２次元フォトニック結晶導波路が備えられた光デバイスは光アドドロップフォトニックデバイス（光アドドロップ多重装置）等のアドドロップ素子あるいは共振器デバイス等に好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】第１の実施形態の導波路を備えた共振器の概略構成を示す斜視図。
【図２】図１の共振器に備えられた２次元フォトニック結晶導波路を示す概略平面図。
【図３】図２の２次元フォトニック結晶導波路に備えられた２次元フォトニック結晶スラブに形成された複数の低屈折率材料領域を示す拡大平面図。
【図４】本発明で使用可能な補強層付きスラブ材を示す断面図。
【図５】図２の２次元フォトニック結晶導波路に備えられた２次元フォトニック結晶スラブに形成されたＣ３Ｖ対称の低屈折率材料領域のその他の例を示す拡大平面図。
【図６】図２の２次元フォトニック結晶導波路に備えられた２次元フォトニック結晶スラブに形成されたＣ３Ｖ対称の低屈折率材料領域のその他の例を示す拡大平面図。
【図７】図２の２次元フォトニック結晶導波路に備えられた２次元フォトニック結晶スラブに形成されたＣ３Ｖ対称の低屈折率材料領域のその他の例を示す拡大平面図。
【図８】第２の実施形態の波長分波器の概略構成を示す斜視図。
【図９】第３の実施形態の波長分波器の概略構成を示す斜視図。
【図１０】バンドギャップの低屈折率材料領域傾斜角依存性を示す図。
【図１１】図１１Ａはθ＝３０度の場合の低屈折率材料領域の配列状態を示す図、図１１Ｂはθ＝１５度の場合の低屈折率材料領域の配列状態を示す図、図１１Ｃはθ＝０度の場合の低屈折率材料領域の配列状態を示す図。
【図１２】ｔ／ａ＝０.６０の場合の２次元完全ＰＢＧ幅と開口率の関係を示す図。
【図１３】ｔ／ａ＝０.６５の場合の２次元完全ＰＢＧ幅と開口率との関係を示す図。
【図１４】ｔ／ａ＝０.８０の場合の２次元完全ＰＢＧ幅と開口率の関係を示す図。
【図１５】ｔ／ａ＝０.９０の場合の２次元完全ＰＢＧ幅と開口率の関係を示す図。
【図１６】ｔ／ａ＝１.５０の場合の２次元完全ＰＢＧ幅と開口率の関係を示す図。
【図１７】ｔ／ａ＝∞の場合の２次元完全ＰＢＧ幅と開口率との関係を示す図。
【図１８】実施例の光デバイスの２次元完全フォトニックバンドギャップの測定結果を示す図。
【図１９】実施例の光デバイスの２次元完全フォトニックバンドギャップを有する共振器モード生成の測定結果を示す図。
【図２０】実施例の光デバイスのＱ値の変化を示す図。
【図２１】実施例の光デバイスの放射パターンを示すためのもので、図２１Ａは測定角度分布図、図２１Ｂは比較例の放射パターンを示す図である。
【図２２】図２の２次元フォトニック結晶導波路に備えられた２次元フォトニック結晶スラブに形成されたＣ３Ｖ対称の低屈折率材料領域のその他の例を示す拡大平面図。
【図２３】図２の２次元フォトニック結晶導波路に備えられた２次元フォトニック結晶スラブに形成されたＣ３Ｖ対称の低屈折率材料領域のその他の例を示す拡大平面図。
【図２４】図２の２次元フォトニック結晶導波路に備えられた２次元フォトニック結晶スラブに形成されたＣ３Ｖ対称の低屈折率材料領域のその他の例を示す拡大平面図。
【図２５】Ｌ／ａ＝０.８５とした場合の低屈折率材料領域の配列状態と、ΔλＴＭ 、ΔλＴＥを調べた結果を示す図。
【図２６】Ｌ／ａ＝１とした場合の三角柱状の低屈折率材料領域の配列状態と、ΔλＴＭ、ΔλＴＥを調べた結果を示す図。
【図２７】Ｌ／ａ＝０.６とした場合の低屈折率材料領域の配列状態と、ΔλＴＭ、ΔλＴＥを調べた結果を示す図。
【図２８】Ｌ／ａ＝０.７とした場合の低屈折率材料領域の配列状態と、ΔλＴＭ、ΔλＴＥを調べた結果を示す図。
【図２９】Ｌ／ａ＝０.８とした場合の低屈折率材料領域の配列状態と、ΔλＴＭ、ΔλＴＥを調べた結果を示す図。
【図３０】Ｌ／ａ＝０.３とした場合の低屈折率材料領域の配列状態と、ΔλＴＭ、ΔλＴＥを調べた結果を示す図。
【図３１】Ｌ／ａ＝０.３４とした場合の低屈折率材料領域の配列状態と、ΔλＴＭ、ΔλＴＥを調べた結果を示す図。
【図３２】Ｌ／ａ＝０.３６６とした場合の低屈折率材料領域の配列状態と、ΔλＴＭ、ΔλＴＥを調べた結果を示す図。
【図３３】Ｌ／ａ＝０.４２５とした場合の低屈折率材料領域の配列状態と、ΔλＴＭ、ΔλＴＥを調べた結果を示す図。
【図３４】Ｌ／ａ＝０.４５とした場合の低屈折率材料領域の配列状態と、ΔλＴＭ、ΔλＴＥを調べた結果を示す図。
【図３５】Ｌ／ａ＝０.５とした場合の低屈折率材料領域の配列状態と、ΔλＴＭ、ΔλＴＥを調べた結果を示す図。
【図３６】従来の２次元フォトニック結晶導波路を示す概略斜視図。
【符号の説明】
【００６４】
１０、１０Ａ、５０…フォトニック結晶導波路、１０ａ，１０ｂ，５０ａ・・・２次元フォトニック結晶スラブ、１１…スラブ材、１１ａ…補強層、１４…三角孔、１５、２５、３５、４５、６５…空気（低屈折率材料領域）、１６…孤立欠陥領域、１６Ａ…共振器領域、１７…穴部、２２…線状欠陥（導波路）、６６…孤立欠陥領域、６６Ａ…共振器領域、６７…穴部、７６…孤立欠陥領域、７６Ａ…共振器領域、７７…穴部、ａ…ピッチ、Ｌ…長さ、Ｍ…平行線、ｒ…低屈折率材料領域の半径、ｔ…スラブ材の厚さ。 
【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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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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