(57)【要約】【課題】  本発明は、Ｑが高く、かつ、高速動作が可能な光共振器素子及びそれを用いた光メモリ及び光スイッチを提供することを目的とする。【解決手段】  Ｑ値の高い蓄積用光共振器と、蓄積用光共振器に近接して配置され蓄積用光共振器に対しＱ値の低い制御用光共振器を有し、制御用光共振器の共鳴波長を蓄積用光共振器の共鳴波長に接近させて蓄積用光共振器のＱ値を低下させ、制御用光共振器の共鳴波長を蓄積用光共振器の共鳴波長から遠ざけて前記蓄積用光共振器のＱ値を高くする。【選択図】        図１
2006234964.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｑ値の高い蓄積用光共振器と、
前記蓄積用光共振器に近接して配置され前記蓄積用光共振器に対しＱ値の低い制御用光共振器を有し、
前記制御用光共振器の共鳴波長を前記蓄積用光共振器の共鳴波長に接近させて前記蓄積用光共振器のＱ値を低下させ、
前記制御用光共振器の共鳴波長を前記蓄積用光共振器の共鳴波長から遠ざけて前記蓄積用光共振器のＱ値を高くすることを特徴とする光共振器素子。
【請求項２】
請求項１記載の光共振器素子において、
前記制御用光共振器の屈折率を変化させて前記制御用光共振器の共鳴波長を前記蓄積用光共振器の共鳴波長に接近させることを特徴とする光共振器素子。
【請求項３】
請求項２記載の光共振器素子において、
前記蓄積用光共振器のＱ値を低下させた間に前記蓄積用光共振器に対する光の蓄積または放出を行わせ、
前記蓄積用光共振器のＱ値を高くして前記蓄積用光共振器に蓄積された光を保持することを特徴とする光共振器素子。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項記載の光共振器素子において、
前記制御用光共振器には、導波路が近接して配置され、
前記導波路から前記制御用光共振器に制御光を入射して前記制御用光共振器の屈折率を変化させることを特徴とする光共振器素子。
【請求項５】
請求項４記載の光共振器素子において、
前記制御用光共振器は、第１、第２の共鳴波長を持ち、
前記導波路から前記制御用光共振器に前記第１の共鳴波長の制御光を入射して前記制御用光共振器の屈折率を変化させて前記第２の共鳴波長を前記蓄積用光共振器の共鳴波長に接近させることを特徴とする光共振器素子。
【請求項６】
請求項１乃至３のいずれか１項記載の光共振器素子において、
前記制御用光共振器には、第１の導波路が近接して配置され、
前記蓄積用光共振器には、第２、第３の導波路が近接して配置され、
前記制御用光共振器は、第１、第２の共鳴波長を持ち、
前記蓄積用光共振器は、第３、第４の共鳴波長を持ち、
前記第２の導波路に前記第３の共鳴波長の信号光を入射し、
前記第１の導波路から前記制御用光共振器に前記第１の共鳴波長の制御光を入射して前記制御用光共振器の屈折率を変化させて前記第２の共鳴波長を前記蓄積用光共振器の第４の共鳴波長に接近させ、
前記第２の共鳴波長を前記蓄積用光共振器の第４の共鳴波長に接近させた状態で前記第１の導波路から前記蓄積用光共振器に対する前記第４の共鳴波長の制御光の蓄積または放出を行わせ、
前記蓄積用光共振器に対する前記第４の共鳴波長の制御光の蓄積により前記第３の導波路から前記第３の共鳴波長の信号光の出力をオフし、前記第４の共鳴波長の制御光の放出により前記第３の導波路から前記第３の共鳴波長の信号光の出力をオンすることを特徴とする光共振器素子。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項記載の光共振器素子において、
前記蓄積用光共振器及び制御用光共振器は、フォトニック結晶上に構成されたことを特徴とする光共振器素子。
【請求項８】
請求項５または７記載の光共振器素子を用いて構成したことを特徴とする光メモリ。
【請求項９】
請求項６または７記載の光共振器素子を用いて構成したことを特徴とする光スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光共振器素子及びそれを用いた光メモリ及び光スイッチに関し、光を蓄積することにより光メモリや光スイッチなどに利用できる光共振器素子及びそれを用いた光メモリ及び光スイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
光共振器を用いて光を蓄積することにより、これを直接光メモリとして使える可能性があり、また、蓄積された光エネルギーを用いて非常に低パワーで動作する光スイッチなどを実現できる。
【０００３】
このような光共振器を利用した光素子は、光共振器の閉じ込めを強くするほど性能向上が期待される。一般に、Ｑ（Ｑｕａｌｉｔｙ  Ｆａｃｔｏｒ）で閉じ込めの強さが表現される。ここで、Ｑとは、「光共振器に蓄積された光エネルギーを光共振器から散逸する光パワーと光の角周波数で割ったもの」である。
【０００４】
光メモリの場合、メモリ保持時間はＱに比例し、光スイッチの場合、スイッチの動作パワーはＱ２／ｖ（ｖ：光共振器のモード体積）に逆比例して小さくなることが知られている。
【０００５】
近年、フォトニック結晶（屈折率の周期構造）やリング光共振器などを用いて非常に小型で、かつ、Ｑの大きな光共振器が実現できるようになってきており、これらの光共振器をデバイスに応用すれば特に大きな増強効果を示すことが期待される。
【０００６】
なお、非特許文献１には、フォトニック結晶上の１点欠陥を中心とし、この１点欠陥に隣接する６個の空気穴を１点欠陥から離すように放射状に幅寄せするとともに、径を小さくして光共振器を構成することが記載されている。
【非特許文献１】三木他、２００３年春季応用物理学会予稿集  第三分冊，１１３８（２００３）２９ａ−ＹＮ−７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来技術では、上述のようにＱが大きいほどメモリ保持時間が長くなり、光スイッチの動作パワーが小さくなる等の性能が向上する傾向がある。しかし、Ｑが大きくなると光共振器からの光の出し入れ時間がＱに比例して増大し、高速な動作が困難になる。
【０００８】
このように従来は、高いＱによる高性能化と高速動作の両立は不可能であった。これが原因となって、実用的な低パワーで動作する高速光スイッチ、動的な書き換えが可能な光のダイナミックメモリ（ＤＲＡＭ）は実現されていないという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記の点に鑑みなされたものであり、Ｑが高く、かつ、高速動作が可能な光共振器素子及びそれを用いた光メモリ及び光スイッチ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】
【００１０】
請求項１に記載の発明は、Ｑ値の高い蓄積用光共振器と、
前記蓄積用光共振器に近接して配置され前記蓄積用光共振器に対しＱ値の低い制御用光共振器を有し、
前記制御用光共振器の共鳴波長を前記蓄積用光共振器の共鳴波長に接近させて前記蓄積用光共振器のＱ値を低下させ、
前記制御用光共振器の共鳴波長を前記蓄積用光共振器の共鳴波長から遠ざけて前記蓄積用光共振器のＱ値を高くすることにより、
蓄積用光共振器に光の出し入れをする間はＱ値を下げ、蓄積用光共振器に光が保持されている間はＱ値を高くすることができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の光共振器素子において、
前記制御用光共振器の屈折率を変化させて前記制御用光共振器の共鳴波長を前記蓄積用光共振器の共鳴波長に接近させることにより、
制御用光共振器の共鳴波長を蓄積用光共振器の共鳴波長に接近させることが可能となる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項２記載の光共振器素子において、
前記蓄積用光共振器のＱ値を低下させた間に前記蓄積用光共振器に対する光の蓄積または放出を行わせ、
前記蓄積用光共振器のＱ値を高くして前記蓄積用光共振器に蓄積された光を保持することにより、
性能を維持すると共に蓄積用光共振器に対する光の蓄積または放出を高速に行うことができると共に、高いＱによる高性能化が可能となる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項記載の光共振器素子において、
前記制御用光共振器には、導波路が近接して配置され、
前記導波路から前記制御用光共振器に制御光を入射して前記制御用光共振器の屈折率を変化させ、
請求項５に記載の発明は、請求項４記載の光共振器素子において、
前記制御用光共振器は、第１、第２の共鳴波長を持ち、
前記導波路から前記制御用光共振器に前記第１の共鳴波長の制御光を入射して前記制御用光共振器の屈折率を変化させて前記第２の共鳴波長を前記蓄積用光共振器の共鳴波長に接近させることにより、メモリ保持時間が長く高速な動作の光メモリを実現できる。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項記載の光共振器素子において、
前記制御用光共振器には、第１の導波路が近接して配置され、
前記蓄積用光共振器には、第２、第３の導波路が近接して配置され、
前記制御用光共振器は、第１、第２の共鳴波長を持ち、
前記蓄積用光共振器は、第３、第４の共鳴波長を持ち、
前記第２の導波路に前記第３の共鳴波長の信号光を入射し、
前記第１の導波路から前記制御用光共振器に前記第１の共鳴波長の制御光を入射して前記制御用光共振器の屈折率を変化させて前記第２の共鳴波長を前記蓄積用光共振器の第４の共鳴波長に接近させ、
前記第２の共鳴波長を前記蓄積用光共振器の第４の共鳴波長に接近させた状態で前記第１の導波路から前記蓄積用光共振器に対する前記第４の共鳴波長の制御光の蓄積または放出を行わせ、
前記蓄積用光共振器に対する前記第４の共鳴波長の制御光の蓄積により前記第３の導波路から前記第３の共鳴波長の信号光の出力をオフし、前記第４の共鳴波長の制御光の放出により前記第３の導波路から前記第３の共鳴波長の信号光の出力をオンすることにより、低パワーで動作する高速光スイッチを実現できる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、高いＱの光共振器に対する光の出し入れ時間を任意に短くすることができるので、光共振器を利用した様々なデバイスの応答時間を光共振器としての特性を劣化させることなく高速化することができる。特に、この素子を用いて、高速の書き換え時間、長い記録保持時間を有する光ダイナミックメモリ（ＤＲＡＭ）および低パワーで動作する高速光スイッチが実現できる。
【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】
＜第１実施形態＞
図１（Ａ），（Ｂ）は、本発明の光共振器素子の第１実施形態の平面図、側面図を示す。同図中、三角格子空気穴２次元フォトニック結晶１０は、エアブリッジ構造の高屈折率材料であるＧａＡｓのスラブ１２に三角格子状に配置した空気穴１４（低屈折率材料）を設けたものである。フォトニック結晶１０は屈折率が周期的に変調された構造を指し、これを用いることにより非常に小型で閉じ込めの強い（即ちＱの高い）光共振器を実現することができる。
【００１８】
ここで、三角格子状の空気穴１４の結晶配位方向であるΓＫ軸は隣接する２つ空気穴の中心を結ぶ方向であり、三角格子の３辺がΓＫ軸に対応する。また、ΓＭ軸は、隣接する２つ空気穴の中心を結ぶ直線（ΓＫ軸）に直交し、最短の空気穴の中心に向かう方向である。
【００１９】
導波路１６，１８はフォトニック結晶の空気穴１４をΓＫ軸に重なるＸ軸方向に除去して構成されており、導波路１６の延長線上に導波路１８が配置されている。
【００２０】
導波路１６，１８それぞれの対向する最終穴からΓＭ軸方向に２周期のポテンシャルバリア（フォトニック結晶周期）を経た位置に光共振器２０，２２の最終穴が位置するよう光共振器２０，２２が配置されている。光共振器２０，２２は、Ｘ軸方向に延在する２点欠陥（２つの空気穴の欠損）のＸ軸方向の両端に隣接する空気穴を２点欠陥から離すようにＸ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。
【００２１】
また、光共振器２０，２２それぞれの対向する最終穴からΓＭ軸方向に３周期のポテンシャルバリアを経た位置に光共振器２４の最終穴が位置するよう光共振器２４が配置されている。光共振器２４は、Ｘ軸方向に延在する３点欠陥のＸ軸方向の両端に隣接する空気穴を３点欠陥から離すようにＸ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。なお、上記の導波路１６，１８と光共振器２０，２２，２４の配置は一例を示しており、この配置に限定されるものではない。
【００２２】
ここでは、光共振器２４は１つの共鳴波長（λＡ）を持ち、光共振器２０，２２は２つの共鳴波長（λＢ１，λＢ２），（λＣ１，λＣ２）を持つものとする。光共振器２０，２２は、近接して配置されている導波路１６，１８と強い結合が起こるために低いＱ値を持つ。光共振器２４は、その共鳴波長が近接して配置されている光共振器２０，２２それぞれの２つの共鳴波長とずれているため高いＱ値を持つ。この値をＱＨとする。
【００２３】
図２に、３つの光共振器２０，２２，２４の共鳴波長の位置関係を示す。なお、図２及び後述の図４において、共振スペクトルを実線で示す部分は、その波長の光が光共振器内に存在していることを表し、破線で示す部分は、その波長の光が光共振器内に存在していないことを表す。また縦の実線はその波長の光が導波路から入力されていることを表し、縦の破線はその波長の光が入力されていないことを表すこととする。
【００２４】
図２（Ａ）は、光を入力していない状態の各光共振器の共鳴波長の位置関係を示す。まず、入力用導波路１６から波長λＢｌの光を入射する。この波長は光共振器２０の共鳴波長に一致しているため、この波長λＢｌの光は共鳴トンネル効果によって光共振器２０内に入る。
【００２５】
すると光共振器２０に高い光強度のエネルギーが蓄積されてＧａＡｓの光カー効果によって光共振器内の屈折率が大きくなり、光共振器２０の共鳴波長は図２（Ｂ）に示すようにシフトする。光カー効果とは、材料中に光が存在すると、その光強度に比例する形で屈折率が変化する現象である。なお、実際には、光カー効果はλＢｌの波長に対してもある程度起こる。その場合は図２（Ｂ）に示しているように予め入射光の波長をわずかに長波長側にデチューニングした波長λＢｌ＋δの光を入射してやれば、結果は同じになる。
【００２６】
その結果、光共振器２０の共鳴波長λＢ２が光共振器２４の共鳴波長λＡと近くなり、光共振器２４は光共振器２０を通じて導波路１６に強く結合するため、光共振器２４のＱ値が著しく減少し、光共振器２０と同程度まで小さくなる。この値をＱＬとする。
【００２７】
この状態と同時に入力用導波路１６からλＡの波長の光を入射する。この光は光共振器２４に共鳴しているため光共振器２４に入る。その際の蓄積時間はこの瞬間の光共振器２４のＱ値で決まるため、光共振器２４のＱ値が低くなっている分、高速に蓄積が可能となる。以上が図２（Ｂ）に示された状態である。
【００２８】
λＡの波長の光が光共振器２４に蓄積された段階でλＢｌの波長の光をオフにすると、光共振器２４のＱ値は初期状態の高い値ＱＨに復帰する。図２（Ｃ）にこの状態を示す。その結果、蓄積された光はこの高いＱ値で決まる長い蓄積時間、光共振器２４の中に保持されることになる。この動作はメモリとしての書込み動作に相当する。
【００２９】
次に読出し動作について説明する。
【００３０】
光共振器２４に蓄積されている図２（Ｃ）の状態で、出力用導波路１８からλＣｌの波長の光、もしくは、予め入射光の波長をわずかに長波長側にデチューニングした波長λＣｌ＋δの光を入射する。この波長は光共振器２２の共鳴波長であるため、この光は共鳴トンネル効果によって光共振器２２内に入る。
【００３１】
すると光共振器２２内に高い光強度のエネルギーが蓄積されてＧａＡｓの光カー効果によって光共振器内の屈折率が大きくなり、光共振器２２の共鳴波長は図２（Ｄ）に示すようにシフトする。
【００３２】
その結果、光共振器２２の共鳴波長λＣ２が光共振器２４の共鳴波長λＡと近くなり、光共振器２４のＱ値が光共振器２２と同程度まで小さくなる。その結果、光共振器２４に蓄積されている波長λＡの光は、この小さくなったＱ値で決まる短い時間で高速に出力用導波路１８に出射（放出）される。これが読出し動作である。
【００３３】
以上のように、図１の配置により、書き込みパルス（λＢｌ）及び読出しパルス（λＣｌ）を加えることによって、光共振器２４のＱ値をＱＨからＱＬに減少させることができ、ＱＬで決まる時間での書込みおよび読出しが可能となる。一方、光共振器２４への蓄積はＱＨで決まる長い時間の間可能となる。
【００３４】
＜第２実施形態＞
図３（Ａ），（Ｂ）は、本発明の光共振器素子の第２実施形態の平面図、側面図を示す。同図中、図１と同一部分には同一符号を付す。三角格子空気穴２次元フォトニック結晶１０は、エアブリッジ構造のＧａＡｓのスラブ１２に三角格子状に配置した空気穴１４を設けたものである。フォトニック結晶１０は屈折率が周期的に変調された構造を指し、これを用いることにより非常に小型で閉じ込めの強い（即ちＱの高い）光共振器を実現することができる。
【００３５】
導波路１６はフォトニック結晶の空気穴１４をΓＫ軸に重なるＸ軸方向に除去して構成されている。
【００３６】
導波路１６の最終穴からΓＭ軸方向に２周期のポテンシャルバリアを経た位置に光共振器２０の最終穴が位置するよう光共振器２０が配置されている。光共振器２０は、Ｘ軸方向に延在する２点欠陥（２つの空気穴の欠損）のＸ軸方向の両端に隣接する空気穴を２点欠陥から離すようにＸ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。
【００３７】
また、光共振器２０の最終穴からΓＭ軸方向に３周期のポテンシャルバリアを経た位置に光共振器３０の最終穴が位置するよう光共振器３０が配置されている。光共振器３０は、Ｘ軸方向に延在する３点欠陥のＸ軸方向の両端に隣接する空気穴を３点欠陥から離すようにＸ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。
【００３８】
また、光共振器３０の２つの最終穴からΓＭ軸方向に３周期のポテンシャルバリアを経た位置に導波路３２，３４の最終穴が位置するよう入力用導波路３２と出力用導波路３４が配置されている。導波路３２，３４はフォトニック結晶の空気穴１４をΓＫ軸に重なるＸ軸方向に除去して構成されており、入力用導波路３２の延長線上に出力用導波路３４が配置されている。なお、上記の導波路１６，３２，３４光共振器２０，３０の配置は一例を示しており、この配置に限定されるものではない。
【００３９】
ここでは、光共振器２０は２つの共鳴波長（λＢ１，λＢ２）を持ち、光共振器２０は近接して配置されている導波路１６と強い結合が起こるために低いＱ値を持つ。光共振器３０は２つの共鳴波長（λＡ１，λＡ２）を持ち、何も光を入射しない状態では波長λＡｌに対しては低いＱ値（ＱＬ’）、波長λＡ２に対しては高いＱ値（ＱＨ）を持ち、光共振器２０内にある光強度の光が蓄積された時にλＡ２がλＢ２に近接するように設定してある。また、導波路３２，３４は光共振器３０と近接し、光共振器２０からは離れているので、導波路３２，３４は光共振器３０のみに結合している。
【００４０】
図４に、２つの光共振器２０，３０の共鳴波長の位置関係を示す。図４（Ａ）は光を入力しない状態の各光共振器の共鳴波長の位置関係を示す。ここでは、入力用導波路３２よりλＡｌの光が入力されているとする。この光は光共振器３０の共鳴波長に一致しているので、共鳴トンネル過程によって出力用導波路３４に出力される。
【００４１】
しかし、光共振器３０内に大きなエネルギーをもった光（波長λＡ２）が蓄積されていると、光共振器３０内の光カー効果によって光共振器３０の共鳴波長がシフトするため、共鳴トンネル過程が禁止され、入力された波長λＡ１の光は出力用導波路３４に抜けることができず、入力用導波路３２に反射される。
【００４２】
上記の動作により、波長λＡ２の制御光によって波長λＡｌの信号光の透過をオン／オフする光光スイッチを実現する。この動作に必要な波長λＡ２の光強度は光共振器３０のＱＨで決まるため、非常に低い光強度でのスイッチングが実現する。通常であれば、このような高いＱ値を用いる場合、光共振器３０への蓄積時間及び光排出時間が非常に長くなってしまうが、本実施形態では、光共振器３０への光の出し入れを第１実施形態の書込み動作と同様の方法で高速に処理する。
【００４３】
まず、オンからオフヘのスイッチングについて説明する。
【００４４】
入力用導波路３２からλＡｌの光が入力されている状態（この状態ではλＡｌに対してオン状態）で、入力用導波路１６からλＢｌ（もしくはλＢｌの＋δ）の波長の光を入射する。この波長は光共振器２０の共鳴波長であるため、この光は共鳴トンネル効果によって光共振器２０内に入る。
【００４５】
すると光共振器２０に高い光強度のエネルギーが蓄積されてＧａＡｓの光カー効果によって光共振器内の屈折率が大きくなり、光共振器２０の共鳴波長は図４（Ｂ）に示すようにシフトする。その結果、光共振器２０の共鳴波長λＢ２が光共振器３０の共鳴波長λＡ２と近くなり、光共振器３０のＱ値が光共振器２０と同程度まで小さくなる。この値をＱＬとする。
【００４６】
この状態で、同時に入力用導波路１６からλＡ２の波長の光を入射する。この光は光共振器３０に共鳴しているため光共振器３０の中に入る。その際の蓄積時間はこの瞬間の光共振器３０のＱ値で決まるため、光共振器３０のＱ値がＱＬと低くなっている分、高速に蓄積が可能となる。以上が図４（Ｂ）に示された状態である。
【００４７】
次にλＡ２の波長の光が光共振器３０に蓄積された段階で、λＢ１の波長の光をオフにすると、光共振器３０のＱ値は初期状態の高い値ＱＨに復帰する。この過程は断熱的に起こるので、蓄積された波長λＡ２の光はこの高いＱ値で決まる長い蓄積時間、光共振器３０の中に保持されることになり、実効的なエネルギー強度はＱＨ／ｖに比例して増強される。光共振器３０内では波長λＡ２の光強度が増強されて強い光カー効果が起こり、光共振器３０の共鳴波長はシフトしてλＡｌの波長の光に対して非共鳴状態へ移行し、オフ状態ヘスイッチングする。つまり、λＡｌの波長の光に対する共鳴トンネル過程が禁止され、入力された波長λＡ１の光は出力用導波路３４に抜けることができず、入力用導波路３２に反射される。この様子を図４（Ｃ）に示す。
【００４８】
ここで、スイッチング時間を制限するもう一つの要因は光共振器３０に対する波長λＡｌの光のＱ値で決まる蓄積時間であるが、前述のように、この値は低い値ＱＬ’に設定してあるので、高速なスイッチオフが可能となる。
【００４９】
次に、オフからオンヘのスイッチングについて説明する。
【００５０】
オフからオンヘのスイッチングは、第１実施形態における読出し動作を用いる。ただし、この場合、再び導波路１６から光共振器２０にλＢ１の波長の光を入射することによって、それを行う。
【００５１】
オフ状態ヘスイッチされた状態（光共振器３０に波長λＡ２の光が蓄積されている状態）で、導波路１６からλＢｌ（もしくはλＢｌの＋δ）の波長の光を入射する。この波長は光共振器２０の共鳴波長であるため、この光は共鳴トンネル効果によって光共振器２０内に入る。
【００５２】
すると光共振器２０内に高い光強度のエネルギーが蓄積されてＧａＡｓの光カー効果によって光共振器内の屈折率が大きくなり、光共振器２０の共鳴波長は図４（Ｄ）に示すようにシフトする。その結果、光共振器２０の共鳴波長λＢ２が光共振器３０の共鳴波長λＡ２と近くなり、光共振器３０のＱ値がＱＬに減少する。
【００５３】
その結果、光共振器３０に蓄積されている波長λＡ２の光はＱＬで決まる短い時間で高速に導波路１６に出射（放出）されて、光共振器３０内の波長λＡ２の光によって引き起こされていた光カー効果による波長シフトは高速に消失し、入力用導波路３２から入射されたいた波長λＡｌの光に対して共鳴条件が復活し、オン状態（透過状態）へスイッチングする。
【００５４】
ここでのスイッチング時間は光共振器３０に対する波長λＡｌの光のＱ値で制限されるが、前述のようにこの値は低い値ＱＬ’に設定してあるので、高速なスイッチオフが可能となる。以上のように、第１実施形態による光の高速な蓄積を用いることにより、高速低パワーの光光スイッチング素子を実現することができる。
【００５５】
＜第１、第２実施形態に対するバリエーション＞
上記の第１、第２実施形態と等価な構成は様々な構造で可能である。図５に第１実施形態と等価な構成を示し、図６に実施例２と等価な構成を示す。図５、図６では光共振器と導波路を簡略化して模式的に表している。
【００５６】
図５（Ａ）は、図１と同じ構造を模式的に表したものである。
【００５７】
図５（Ｂ）は、光共振器２０に光共振器２２の役割も持たせ、導波路１６に導波路１８の役割も持たせたものである。図５（Ｂ）の動作としては図５（Ａ）と略同じであるが、出力光が入力光と同じ導波路１６に入力光と反対方向に反射される形で出力される。
【００５８】
図５（Ｃ）は、図５（Ａ）における導波路１６と導波路１８が繋がって１本の導波路１７になっているが、ほぼ同じ動作が可能である。この場合、光共振器２０と光共振器２２において波長λＢ１と波長λＣｌが同じであると、２つの光共振器にまたがった結合が導波路１７を介して生じてしまうが、両波長を十分離して設定すれば、結合の影響はおこらないので、実質的に図５（Ａ）と同じ動作が起こる。
【００５９】
図５（Ｄ）は、図５（Ａ）における導波路１６と導波路１８が繋がって１本の導波路１７になっており、かつ、Ｑ値制御用の光共振器２２を１回路しか使わないものであるが、基本動作は同じである。ただし、この場合、出力がある程度入力側に戻ってしまうので効率が低下する。
【００６０】
図６（Ａ）は、図３と同じ構造を模式的に表したものである。
【００６１】
図６（Ｂ）は、光共振器２０及び導波路１６と対称な位置に光共振器３６及び導波路３８を配置したもので、動作としてはほぼ同じであるが、オフからオンヘのスイッチングする際には導波路３８からλＢｌの波長の光を入射し、光共振器３０に蓄積されている波長λＡ２の光を光共振器３６から導波路３８に出射する。
【００６２】
図６（Ｃ）は、図６（Ｂ）における導波路１６と導波路３８が繋がって１本の導波路３７になっているが、ほぼ同じ動作が可能である。
【００６３】
図６（Ｄ）は、導波路１６と導波路３８が繋がって１本の導波路３７になっており、かつ、Ｑ値制御用に光共振器３６を使用するものであるが、基本動作は同じである。
【００６４】
ところで、上記実施形態では、Ｑ値制御用の光共振器２０，２２，３６の屈折率を変化させるために導波路１６，１８から波長λＢｌ，λＣｌのλＡｌの制御光を入力しているが、この制御光を、導波路を用いず直接光共振器２０，２２，３６に入射しても同様の効果が期待できる。
【００６５】
上記実施形態では、ＧａＡｓ中の光カー効果による屈折率変化を用いているが、二光子吸収によるキャリアプラズマ効果（材料中に自由キャリヤ（電子または正孔）が生成されると、キャリヤ密度に応じて屈折率が変化する現象）などの他の原理によって屈折率を変化させる現象を用いても同様の効果が得られる。
【００６６】
また、上記実施形態で光共振器２０，２２の共鳴波長を変化させる手段としては、必ずしも光による制御が必須ではなく、ポッケルス効果などの電圧印加によって屈折率を動的に変化させる方法や、電流を流すことによって屈折率を変化させる方法、圧力を加えることによって屈折率を変化させる方法、その他、屈折率を変化させるいかなる方法を用いても同様の効果が得られる。
【００６７】
また、上記実施形態ではＧａＡｓによる２次元フォトニック結晶を用いているが、シリコン（Ｓｉ）等の他の材料を用いたフォトニック結晶や、３次元フォトニック結晶など他のタイプのフォトニック結晶を用いても同様の効果が期待されることは自明である。
【００６８】
また、上記実施形態では、外部から光を光共振器内に入れる場合についてのみ述べたが、フォトルミネッセンス、エレクトロルミネッセンスなどの原理を用いて、光共振器３０内に直接光を発生させて、光を長時間蓄積し、Ｑ値制御用の光共振器２０，２２の屈折率を変化させることで光共振器３０のＱ値を下げて、任意の時間に発生した光を取り出すという動作も可能である。
【００６９】
上記実施形態では、光共振器としてフォトニック結晶中に実現されるものを用いたが、光共振器２０，２２，２４，３０，３６としてリング光共振器を用い、導波路として光ファイバ等の通常の導波路を用いたものでも同様の効果があり、他のファブリーペロー光共振器などのいかなる光共振器を用いても同様の効果が期待される。ただし、高いＱ値と小さいモード体積を有する光共振器が最も有利なので、その点ではフォトニック結晶中の光共振器を用いることが最も有効である。
【００７０】
このように、本発明の光共振器素子では、高いＱを持つ光共振器に対する光の出し入れ時間を任意に短くすることができるので、光共振器を利用した様々なデバイスの応答時間を、光共振器としての特性を劣化させることなく高速化することができる。特に、この光共振器素子を用いて、高速の書き換え時間、長い記録保持時間を有する光ダイナミックメモリ（ＤＲＡＭ）や低パワーで動作する高速光スイッチが実現できる。
【００７１】
なお、光共振器２４，３０が請求項記載の蓄積用光共振器に相当し、光共振器２０，２２，３６が請求項記載の制御用光共振器に相当し、λＢｌが第１の共鳴波長に相当し、λＢ２が第２の共鳴波長に相当し、導波路１６が第１の導波路に相当し、導波路３２が第２の導波路に相当し、導波路３４が第３の導波路に相当し、λＡ１が第３の共鳴波長に相当し、λＡ２が第４の共鳴波長に相当する。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の光共振器素子の第１実施形態の平面図、側面図である。
【図２】３つの光共振器２０，２２，２４の共鳴波長の位置関係を示す図である。
【図３】本発明の光共振器素子の第２実施形態の平面図、側面図である。
【図４】２つの光共振器２０，３０の共鳴波長の位置関係を示す図である。
【図５】第１実施形態と等価な構成を模式的に示す図である。
【図６】第２実施形態と等価な構成を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００７３】
１０  フォトニック結晶
１２  スラブ
１４  空気穴
１６，１７，１８，３２，３４，３７  導波路
２０，２２，２４，３０，３６  光共振器
【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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