(57)【要約】【課題】  本発明は逆分散を持ち他の導波路との結合や導波路の曲げ及び分岐を効率的に行うことができる光導波路及びその接続構造及びそれを用いた光回路を提供することを目的とする。【解決手段】  ２次元フォトニック結晶に構成される光導波路において、結晶配位方向の１列の空気孔を除去した線欠陥を基本とし、前記線欠陥の最も内側に配位された複数の空気孔を、前記線欠陥の中心を軸として対称位置にある空気孔と互いに連結させた複数の連結空気孔から構成する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元フォトニック結晶に構成される光導波路において、
結晶配位方向の１列の空気孔を除去した線欠陥を基本とし、前記線欠陥の最も内側に配位された複数の空気孔を、前記線欠陥の中心を軸として対称位置にある空気孔と互いに連結させた複数の連結空気孔から構成したことを特徴とする光導波路。
【請求項２】
請求項１記載の光導波路において、
前記連結空気孔は、複数の空気孔を多重配置により形成したことを特徴とする光導波路。
【請求項３】
請求項２記載の光導波路において、
前記連結空気孔を構成する複数の空気孔のうち内側の複数の空気孔の直径を可変調整することを特徴とする光導波路。
【請求項４】
請求項１または２または３記載の連結空気孔で構成した光導波路と、線欠陥導波路との接続構造であって、
一方向に延在する前記連結空気孔で構成した光導波路の端部に対し、前記線欠陥導波路を前記一方向と直交方向に前記連結空気孔の半分だけずらして接続したことを特徴とする接続構造。
【請求項５】
請求項１または２または３記載の連結空気孔で構成した光導波路と、線欠陥導波路との接続構造であって、
一方向に延在する前記連結空気孔で構成した光導波路の端部で前記連結空気孔の前記一方向と直交方向の中央部に対し、前記一方向に対し所定角度傾いた方向から接するように前記線欠陥導波路を接続したことを特徴とする接続構造。
【請求項６】
請求項１または２または３記載の連結空気孔で構成した光導波路と、線欠陥導波路との接続構造であって、
一方向に延在する前記連結空気孔で構成した光導波路の端部で前記連結空気孔の前記一方向と直交方向の一方の端部に対し、前記一方向に対し所定角度傾いた方向から接するように前記線欠陥導波路を接続したことを特徴とする接続構造。
【請求項７】
請求項１または２または３記載の連結空気孔で構成した光導波路と、線欠陥導波路との接続構造であって、
一方向に延在する前記連結空気孔で構成した光導波路の端部で前記連結空気孔の前記一方向と直交方向の両方の端部に対し、前記一方向に対し所定角度傾いた方向から接するように２つの前記線欠陥導波路を接続したことを特徴とする接続構造。
【請求項８】
請求項１または２または３記載の連結空気孔で構成した光導波路と、
線欠陥導波路と、
前記連結空気孔で構成した光導波路及び前記線欠陥導波路と結合した共振器を
有することを特徴とする光回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路及びその接続構造及びそれを用いた光回路に関し、フォトニック結晶で構成した光導波路及びその接続構造及びそれを用いた光回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
フォトニック結晶は大規模集積が可能な光集積回路の実現に必要な構成技術の一つと考えられる。フォトニック結晶はその光バンド構造の設計が可能であるため、特定の波長のみを透過あるいは遮断する導波路の設計も可能である。このため、逆分散特性を持ち、低周波数側のみの光を通す導波路が実現すれば、帯域設計の自由度が増すと共に、非常にコンパクトな分散補償素子の実現も可能となる。
【０００３】
フォトニック結晶光導波路として、これまで単純線欠陥型、幅寄せ型、位相シフト型が提案されているが、これらは全て横偶モードを用いたものであり、また、導波路のもつ波長分散も正常分散のものが主である。
【０００４】
図１は、位相シフト型導波路の一例の構成図を示す。同図中、三角格子空気孔２次元フォトニック結晶１は、シリコンのスラブ２に三角格子状の空気孔３を設けたものである。図面中央のフォトニック結晶の配列方向と重なるＹ軸方向に延在する破線で示す一列の空気孔を除去して線欠陥導波路を構成し、この線欠陥導波路の中央線上に、Ｙ軸方向に結晶周期と半周期ずれた位置に空気孔を設けた導波路である（例えば、非特許文献１参照。）。
【非特許文献１】Ｋ．Ｙａｍａｄａ，Ｍ．Ｎｏｔｏｍｉ，Ａ．Ｓｈｉｎｙａ，Ｉ．Ｙｏｋｏｈａｍａ，Ｔ．  Ｓｈｏｊｉ，Ｔ．Ｔｓｕｃｈｉｚａｗａ，Ｔ．Ｗａｔａｎａｂｅ，Ｊ．Ｔａｋａｈａｓｈｉ，Ｅ．Ｔａｍｅｃｈｉｋａ，Ｈ．Ｍｏｒｉｔａ，“ＳＯＩ−ｂａｓｅ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｌｉｎｅ−Ｄｅｆｅｃｔ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ”，ＳＰＩＥ  ｖｏｌ．  ４８７０（２００２）ｐｐ３２４−３３７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
位相シフト型導波路は、利用可能な周波数帯の中に逆分散を持ち低周波数側を通す周波数帯が存在するが、他の導波モードが近接するため利用可能帯域は狭く、また、空間的に広く分布した導波モードであるため、他の導波路との結合や導波路の曲げ及び分岐を行うのに非効率的であるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記の点に鑑みなされたものであり、逆分散を持ち他の導波路との結合や導波路の曲げ及び分岐を効率的に行うことができる光導波路及びその接続構造及びそれを用いた光回路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】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、２次元フォトニック結晶に構成される光導波路において、
結晶配位方向の１列の空気孔を除去した線欠陥を基本とし、前記線欠陥の最も内側に配位された複数の空気孔を、前記線欠陥の中心を軸として対称位置にある空気孔と互いに連結させた複数の連結空気孔から構成したことにより、逆分散を持ち他の導波路との結合や導波路の曲げ及び分岐を効率的に行うことができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の光導波路において、
前記連結空気孔は、複数の空気孔を多重配置により形成した。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項２記載の光導波路において、
前記連結空気孔を構成する複数の空気孔のうち内側の複数の空気孔の直径を可変調整する。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項１または２または３記載の連結空気孔で構成した光導波路と、線欠陥導波路との接続構造であって、
一方向に延在する前記連結空気孔で構成した光導波路の端部に対し、前記線欠陥導波路を前記一方向と直交方向に前記連結空気孔の半分だけずらして接続したことにより、連結空気孔で構成した光導波路と線欠陥導波路を効率的に接続できる。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、請求項１または２または３記載の連結空気孔で構成した光導波路と、線欠陥導波路との接続構造であって、
一方向に延在する前記連結空気孔で構成した光導波路の端部で前記連結空気孔の前記一方向と直交方向の中央部に対し、前記一方向に対し所定角度傾いた方向から接するように前記線欠陥導波路を接続したことにより、導波路を効率的に曲げることができる。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、請求項１または２または３記載の連結空気孔で構成した光導波路と、線欠陥導波路との接続構造であって、
一方向に延在する前記連結空気孔で構成した光導波路の端部で前記連結空気孔の前記一方向と直交方向の一方の端部に対し、前記一方向に対し所定角度傾いた方向から接するように前記線欠陥導波路を接続したことにより、導波路を効率的に曲げることができる。
【００１３】
請求項７に記載の発明は、請求項１または２または３記載の連結空気孔で構成した光導波路と、線欠陥導波路との接続構造であって、
一方向に延在する前記連結空気孔で構成した光導波路の端部で前記連結空気孔の前記一方向と直交方向の両方の端部に対し、前記一方向に対し所定角度傾いた方向から接するように２つの前記線欠陥導波路を接続したことにより、導波路を効率的に分岐することができる。
【００１４】
請求項８に記載の発明は、請求項１または２または３記載の連結空気孔で構成した光導波路と、
線欠陥導波路と、
前記連結空気孔で構成した光導波路及び前記線欠陥導波路と結合した共振器を有することにより、互いに異なる周波数の光を遮断しクロストークの小さな光回路を構成できる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、逆分散を持ち他の導波路との結合や導波路の曲げ及び分岐を効率的に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。
【００１７】
＜実施形態＞
図２は、本発明の導波路の第１実施形態の構成図を示す。同図中、三角格子空気孔２次元フォトニック結晶１１は、高屈折率媒質であるシリコン等のスラブ１２に三角格子状の低屈折率媒質である空気孔１３を設けたものである。なお、空気孔１３は空気に限らず、スラブ１２の材料より低屈折率のガラスやポリマー等の材料で埋めても良く、以下、単に「空気孔」という。
【００１８】
導波路１４は、図面中央の結晶配位方向のΓＫ軸と重なるＹ軸方向に延在する破線で示す一列の空気孔１５を除去した線欠陥を基本とし、この線欠陥の最も内側に配位された複数の空気孔を、線欠陥の中心（Ｙ軸）を軸として対称位置にある空気孔と互いに連結させて（言い換えると、線欠陥を挟んで対向する空気孔同士を互いに連結させて）複数の連結空気孔１６を構成し、１列の連結空気孔１６にて導波路１４を構成している。
【００１９】
導波路１４はＸ軸方向の幅が広いため、典型的にバンドギャップ内に存在する導波モードで最も低周波数側に存在するモード（以下、基本モード）として、波長分散が逆分散となる横奇モードを持つ。
【００２０】
なお、図３（Ａ）に示す導波路２０の断面において、図３（Ｂ）に示すように場の分布が横方向に偶関数的に分布しているのが横偶モードであり、図３（Ｃ）に示すように場の分布が横方向に奇関数的に分布しているのが横奇モードである。
【００２１】
また、導波路１４の横奇モードの空間分布は、導波路中心を中心とした片側半分が従来の線欠陥導波路の基本モードの空間分布に非常に近いため、別の線欠陥導波路との接合が容易である。
【００２２】
また、導波路１４の横奇モードの空間分布の片側半分を接続に用いた場合、横偶モードを持つ従来の線欠陥導波路を本発明の導波路１４の端部に２つ同時に接続でき、高効率での分岐が可能となる。また、接続する線欠陥導波路は本発明の導波路と直線上或いは平行線上にある必要が無く、特定の別の方向へ変更しても効率の劣化がない。
【００２３】
以下に、より具体的な導波路構成について述べる。基本構造として三角格子空気孔２次元フォトニック結晶を用いる。ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）上に形成したエアブリッジ型を想定し、高屈折率媒質にはシリコン（等価屈折率２．７８）を、低屈折率媒体には空気孔（屈折率１．０）を用いる。また、解析は主に２次元数値解析により行った。また格子定数ａ＝４２０ｎｍ、空気孔直径Ｄ＝０．５５ａとした。
【００２４】
＜基本導波路＞
図４は、本発明の導波路の第２実施形態の構成図を示す。これは図２に示す導波路１４の構造内の連結空気孔１６を、空気孔１７ａ〜１７ｅの多重配置により形成したものであるが、基本的に特性とその調整方法は同じである。
【００２５】
この連結された５つの空気孔１７ａ〜１７ｅの直径を調整することにより導波帯域を調整可能であるが、ここではこの５つの空気孔１７ａ〜１７ｅのうち、内側の３つの空気孔１７ｂ，１７ｃ，１７ｄの直径を可変調整する。
【００２６】
図５（Ａ）は、解析した導波路１４の構造図を示す。図５（Ｂ）は連結空気孔１６の内側３つの空気孔１７ｂ，１７ｃ，１７ｄの直径Ｄｃを０．５５ａ〜０．６５ａの間で変化させた場合の導波モードの計算結果を示す。なお、空気孔１３、１７ａ，１７ｅの直径Ｄは０．５５ａである。図５（Ｂ）の横軸ｋｘは導波モードの波数（空間周波数）であり、格子定数ａで規格化されている。横軸ａ／λは導波モードの周波数であり、格子定数ａで規格化されている。
【００２７】
なお、図５（Ｂ）に破線Ｉで示すライトラインは、導波路外部の空間において伝搬する光の周波数と波数の関係を示しており、通常の屈折率閉じ込め型の導波路においては、その導波モードの持つ波数は導波路外部の空間では伝搬できない値をとるため、常にライトラインより下に存在する。
【００２８】
また、フォトニック結晶内において、光は通常物質とは異なる分散を持つため、各モードが互いに交差することがあるが、その時、横偶モード同士または横奇モード同士であると互いに反発しあって異常分散となる。これを波数軸上で追ってみると、波数の変化に対して周波数が単調変化せずに折り返す場合がある。
【００２９】
モードの周波数の折り返しがあると、周波数軸上において１つの周波数に複数のモードが存在することになる。このような周波数の利用には不都合があるので利用に不適である。逆に折り返しが無く、かつ、ライトラインより下にあるならば、その帯域は全て利用可能である。
【００３０】
図５（Ｂ）において、右下側に束になっている横奇モードが本発明の導波路１４の基本導波モードである。フォトニックバンドギャップ内において常にライトラインより下に存在し、またモードの周波数の折り返しが無いため、該当する周波数帯の全域が利用可能である。また群速度も比較的速く、低損失である。
【００３１】
図６は、最も良く設計された場合の従来の位相シフト型導波路の各周波数における導波モードの空間分布の計算結果を示す。これに対して、図７は、本発明の導波路の各周波数における導波モードの空間分布の計算結果である。なお、導波路１４の基本設計の例としてＤｃ＝０．６ａを用いる。
【００３２】
図６、図７それぞれは、１７列３行の小区画からなり、左上隅の第１列第１行から下側の第１列第３行まで進み、次に、第２列第１行から下側の第２列第３行まで進み、同様にして、第１７列第１行から右下隅の第１７列第３行に進む順番で、規格化された周波数ａ／λが０．００から０．５０まで増加する。各小区画の中央に縦に導波路が延在している。各小区画はその周波数ａ／λの光成分の空間的な磁界パワー分布を示している。なお、磁界パワー分布の単位は、磁界パワーの振幅の相対値［Ａ２／ｍ２］である。
【００３３】
図６と図７を比較すると、導波モードが存在しない範囲であるモードギャップは、図６では第６列第３行から第９列第２行までであるのに対し、図７では第５列第１行から第１２列第２行までと周波数範囲が広くなる。
【００３４】
また、周波数軸上におけるモードギャップの端部は、図６では光が減衰しながらも周波数的にずるずると導波されているのに対し、図７では光の遮断が周波数的に強く、つまり、周波数が変わると急速に光が遮断され、モードギャップ内でのキレが良くなる。
【００３５】
＜他導波路との接続＞
本発明の導波路１４は、一般的な線欠陥導波路との接続が容易であることが特徴の一つである。ここでは、最も基本的な線欠陥導波路（単純に１列分の空気孔を除去したもの）との接続に関して説明するが、線欠陥導波路の一種である図８に示す幅広型線欠陥導波路や図９に示す部分的幅寄せ線欠陥導波路との接続も同様である。
【００３６】
図８に、幅広型線欠陥導波路の基本構成を示す。幅広型線欠陥導波路は、図中中央のＹ軸方向に延在する線欠陥導波路の最内の空孔列（左下がりハッチングで示す）の位置を幅広とし、かつ、最内の空孔列（左下がりハッチングで示す）の直径を他の空気孔に対し小さく形成している。
【００３７】
図９に、部分的幅寄せ線欠陥導波路の基本構成を示す。部分的幅寄せ線欠陥導波路は、図中中央のＹ軸方向に延在する線欠陥導波路の最内の空気孔列（左下がりハッチングで示す）及び２番目に内側の空気孔列（左上がりハッチングで示す）の位置を幅寄せすることにより透過帯域を制御する。２番目に内側の列の空気孔は、元の位置の空気孔と重ねるように形成している。
【００３８】
図１０は、本発明の導波路と線欠陥導波路との接続部分の構造を示す。導波路１４の横奇モードと線欠陥導波路の横偶モードの接続となるため、オフセット接続が基本となるが、接続部分の構造は図１０に示すようにいくつかの接続タイプをとり得る。
【００３９】
図１０において、タイプａ１は、Ｙ軸方向に延在する導波路１４端部の連結空気孔１６に対し、線欠陥導波路３０をＸ軸方向にずらし（オフセット）、連結空気孔１６の右半分に接するように接続している。タイプａ２は、タイプａ１における導波路１４端部の連結空気孔１６の空気孔１７ｃと１７ｅの間の空気孔１７ｄを削除している。
【００４０】
タイプａ３は、タイプａ１では導波路１４端部の連結空気孔１６に接している空気孔１８ａをＹ軸方向にシフトした空気孔１８ｂとしている。タイプａ４は、タイプａ３の導波路１４端部の連結空気孔１６の右端の空気孔１７ｅを除去している。タイプａ５は、タイプａ３の導波路１４端部の連結空気孔１６の右２つの空気孔１７ｄ，１７ｅを除去している。なお、各空気孔の直径の変更も可能であるが、ここではすべてＤ＝０．５５ａに統一した。
【００４１】
図１１は、上記各接続タイプの透過スペクトルを示す。ここでは、本発明の導波路１４の長さを２０格子周期とし、その両端に線欠陥導波路３０を接続した。図中、Ｒｅｆｅｌｅｎｃｅは、線欠陥導波路３０のみの場合の透過スペクトルを示しており、この値に近いほど高効率であると考えられる。これらの結果より、接続タイプａ１，ａ３の接続方法が最も効率的であると判る。
【００４２】
図１２は、導波路１４の両端に線欠陥導波路３０，３１を接続タイプａ１で接続した場合における、導波モードの空間分布を示している。図１２における磁界パワーの大きさの指標は図７に示すものと同一である。図１２においては、本発明の導波路１４内でのファブリペローモードがほとんど見られず、入力側の線欠陥導波路３１でも反射もほとんど見られないことからも高効率接続が成されていることが判る。なお、導波路と線欠陥導波路の接続部分で光の反射があれば、ファブリペローモードによって、図７の第１３列から第１７列に示されるような節々が現れるはずである。
【００４３】
＜他導波路との屈曲接続＞
本発明の導波路１４は、曲げ導波路の設計が容易であることを特徴の一つである。ここでは、最も基本的な線欠陥導波路との接続に関して説明するが、線欠陥導波路の一種である図８に示す幅広型線欠陥導波路や図９に示す部分的幅寄せ線欠陥導波路との接続も同様である。
【００４４】
図１３は、本発明の導波路と線欠陥導波路との屈曲接続部分の構造を示す。屈曲接続部分の構造は図１３に示すようにいくつかの接続タイプをとり得る。
【００４５】
図１３において、タイプｂ１は、Ｙ軸方向に延在する導波路１４端部の連結空気孔１６のＸ軸上で中央の空気孔１７ｃに対し、線欠陥導波路３２をＹ軸から６０度傾いた方向から接するように接続している。タイプｂ２は、タイプｂ１では導波路１４端部の連結空気孔１６に接している空気孔１９ａを除去している。
【００４６】
タイプｂ３は、Ｙ軸方向に延在する導波路１４端部の連結空気孔１６の右端の空気孔１７ｅに対し、線欠陥導波路３２をＹ軸から６０度傾いた方向から接するように接続している。タイプｂ４は、タイプｂ３における導波路１４端部の連結空気孔１６の右端の空気孔１７ｅを除去している。
【００４７】
タイプｂ５は、Ｙ軸方向に延在する導波路１４端部から２番目の連結空気孔１６の右端の空気孔１７ｅ（実際には無い）に対し、線欠陥導波路３２をＹ軸から６０度傾いた方向から接するように接続し、上記連結空気孔１６の右端の空気孔１７ｅを除去している。なお、各空気孔の直径の変更も可能であるが、ここではすべてＤ＝０．５５ａに統一した。
【００４８】
図１４（Ａ）は、上記各接続タイプの透過スペクトルを示す。ここでは、本発明の導波路１４の長さを２０格子周期とし、その両端に線欠陥導波路を接続した。図中、Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅは、同じ長さの線欠陥導波路３２（曲げ無し、直線）のみの場合の透過スペクトルを示しており、この値に近い程高効率であると考えられる。
【００４９】
また、図１４（Ｂ）に導波路１４の透過スペクトルを示す。ここでは、連結空気孔１６の内側３つの空気孔１７ｂ，１７ｃ，１７ｄの直径Ｄｃを０．６０ａにしている。図中、右側に横奇モードの透過スペクトルが示され、左側に横偶モードの透過スペクトルが示されている。
【００５０】
図１５は、図１４（Ａ）の透過スペクトルのうち、基本導波モードの部分を拡大したものであり、接続部はほとんど無反射であることがわかる。これらの結果より、図１３で示した全ての接続方法が効率的であることが判る。
【００５１】
図１６は、導波路１４の両端に線欠陥導波路３２，３３をタイプｂ１の接続方法で接続した場合における、導波モードの空間分布を示している。図１６における磁界パワーの大きさの指標は図７に示すものと同一である。図１６においては、本発明の導波路１４内でのファブリペローモードがほとんど見られず、入力側線欠陥導波路３２での反射もほとんど見られないことからも高効率接続が成されていることが判る。
【００５２】
＜他導波路接続による分岐＞
本発明の導波路は分岐導波路の設計が容易であることを特徴の一つである。
【００５３】
図１７は、本発明の導波路と線欠陥導波路の分岐部分の構造を示す。同図中、本発明の導波路１４の出力側端部に線欠陥導波路３３，３４をタイプｂ１の接続方法で左右対称に配置して分岐構造としている。導波路１４の入力側端部にはタイプａ１の接続方法で線欠陥導波路を接続している。
【００５４】
図１８は、透過スペクトルの計算結果である。図１８では、図１９（Ａ）に示す線欠陥導波路のみの構造のＲｅｆｅｒｅｎｃｅ、図１９（Ｂ）に示す左曲げ接続構造のＡｎｇｌｅ−ｔｒａｎｓ、図１９（Ｃ）に示す右曲げ接続構造のＡｎｇｌｅ−ｃｉｓを、図１９（Ｄ）に示す分岐構造のＹ−ｂｌａｎｃｈそれぞれの計算結果を示して対比させる。
【００５５】
入力側導波路がタイプａ１のオフセット接続であるため、曲げ接続の方向が左曲げと右曲げの２通りあるが、図１９（Ｂ），（Ｃ）からは透過特性上の有意な差違は認められず、それぞれ極めて高い透過率を示している。
【００５６】
図１９（Ｄ）の分岐接続の場合は、それぞれのポートにおいて透過が半分程度に減少しているが、左右の出力ポートの透過の合計Ｙ−ｂｌａｎｃｈ（ｓｕｍ）を見ると、図１９（Ｂ），（Ｃ）の曲げ接続と同等となる。これらの結果より、この分岐方法であるとほとんど反射無く高効率に２分岐が可能であることが分かる。
【００５７】
図２０に曲げ接続の各周波数における導波モードの空間分布を示し、図２１に分岐の各周波数における導波モードの空間分布を示す。
【００５８】
図２０、図２１それぞれは、５列４行の小区画からなり、左上隅の第１列第１行から下側の第１列第４行まで進み、次に、第２列第１行から下側の第２列第４行まで進み、同様にして、第５列第１行から右下隅の第１５第４行に進む順番で、規格化された周波数ａ／λが０．１６から０．３５まで増加する。図２０の各小区画には図１９（Ｃ）と同じ接続構造が存在し、図２１の各小区画には図１９（Ｄ）と同じ分岐構造が存在する。各小区画はその周波数ａ／λの光成分の空間的な磁界パワー分布を示している。図２０、図２１における磁界パワーの大きさの指標は図７に示すものと同一である。
【００５９】
＜導波周波数帯の違いを用いた光回路＞
本発明の導波路と、線欠陥導波路を上手く組み合わすことにより、非常にクロストークの小さな２入力２出力光回路の作成が可能となる。
【００６０】
図２２は、本発明の２入力２出力光回路の一実施形態の構成図を示す。同図中、光共振器４０は、Ｙ軸方向に延在する４点欠陥の両端に隣接する空気穴を４点欠陥から離すようにＹ軸方向に幅寄せするとともに、径を小さくして形成されている。光共振器４０は２つの共鳴モード（波長λＬ，λＨ）を有している。
【００６１】
光共振器４０の一端には、Ｙ軸方向に延在する部分幅寄せ線欠陥導波路４１と、Ｘ軸に対し−３０度で延在する本発明の導波路４２が結合している。また、光共振器４０の他端には、Ｙ軸方向に延在する部分幅寄せ線欠陥導波路４３と、Ｘ軸に対し＋３０度で延在する本発明の導波路４４が結合している。更に、本発明の導波路４２，４４それぞれにはＹ軸方向に延在する線欠陥導波路４５，４６が接続されている。なお、部分幅寄せ線欠陥導波路４１，４３、は部分幅寄せを行い、本発明の導波路４２，４４は連結空気孔１６の内側３つの空気孔１７ｂ，１７ｃ，１７ｄの直径Ｄｃを小さくすることで、それぞれの導波モードが重ならないように設計されている。
【００６２】
図２３は、光共振器４０の低周波側の共振モードに相当する光（波長λＬ）を本発明の導波路４２から入力した場合の光の空間分布を示している。図２４は、高周波側の共振モードに相当する光（波長λＨ）を部分幅寄せ線欠陥導波路４１から入力した場合の光の空間分布を示している。図２３、図２４における磁界パワーの大きさの指標は図７に示すものと同一である。
【００６３】
図２５は、部分幅寄せ線欠陥導波路４３のｐｏｒｔ−Ｈと、本発明の導波路４４に接続された線欠陥導波路４６のｐｏｒｔ−Ｌにおける透過スペクトルを示す。ｐｏｒｔ−Ｈとｐｏｒｔ−Ｌは、互いに異なる周波数の光を完全に遮断し、非常にクロストークの小さな光回路を構成できることが判る。
【００６４】
このように、２次元フォトニック結晶をベースとする２次元光回路内で信号光と制御光を伝搬させるために波長を制限かつ選択した高効率導波が可能となり、この技術を用いることにより極めて微小かつ大規模な光回路を構成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】位相シフト型導波路の一例の構成図である。
【図２】本発明の導波路の一実施形態の構成図である。
【図３】導波路の横偶モードと横奇モードを説明するための図である。
【図４】本発明の導波路の第２実施形態の構成図である。
【図５】本発明の導波路の構成と導波モード特性を示す図である。
【図６】位相シフト型導波路の各周波数における導波モードの空間分布を示す図である。
【図７】本発明の導波路の各周波数における導波モードの空間分布を示す図である。
【図８】幅広型線欠陥導波路の構成図である。
【図９】部分的幅寄せ線欠陥導波路の構成図である。
【図１０】本発明の導波路と線欠陥導波路との接続部分の構造を示す図である。
【図１１】図１０の各接続タイプの透過スペクトルを示す図である。
【図１２】本発明の導波路に線欠陥導波路を接続した場合の導波モードの空間分布を示す図である。
【図１３】本発明の導波路と線欠陥導波路との屈曲接続部分の構造を示す図である。
【図１４】図１３の各接続タイプと本発明の導波路の透過スペクトルを示す図である。
【図１５】図１４の基本導波モードの部分を拡大した図である。
【図１６】本発明の導波路に線欠陥導波路を接続した場合の導波モードの空間分布を示す図である。
【図１７】本発明の導波路と線欠陥導波路の分岐部分の構造を示す図である。
【図１８】図１９に示す各構造の透過スペクトルを示す図である。
【図１９】図１７の各部の構造を抽出した図である。
【図２０】曲げ接続の各周波数における導波モードの空間分布を示す図である。
【図２１】分岐の各周波数における導波モードの空間分布を示す図である。
【図２２】本発明の２入力２出力光回路の一実施形態の構成図である。
【図２３】図２２における本発明の導波路から入力した場合の光の空間分布を示す図である。
【図２４】図２２における線欠陥導波路から入力した場合の光の空間分布を示す図である。
【図２５】図２２におけるｐｏｒｔ−Ｈとｐｏｒｔ−Ｌにおける透過スペクトルを示す図である。
【符号の説明】
【００６６】
１１  三角格子空気孔２次元フォトニック結晶
１２  スラブ
１３，１７ａ〜１７ｅ  空気孔
１４，４２，４４  本発明の導波路
１６  連結空気孔
３０〜３４  線欠陥導波路
【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８】
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【図９】
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【図１１】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１８】
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【図２５】
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【図６】
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【図７】
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【図１０】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１６】
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【図１７】
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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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