(57)【要約】  本発明は入力された電磁信号のパワーを相対的な位相差１８０°を有すると共に等しい伝播遅延を有する２つの等しいパワーの信号に分割する方法に関する。本発明の方法は結合空洞を基礎として互いに近接して配置された２つの平行な導波路から成るフォトニック結晶結合器を使用する。この方法はその対称性のため場の最大値が1つの導波路において隣の導波路の最小値と合致し、それによって相対位相差が１８０°になることを確実にする結合器の奇数モードを励起することから成っている。非常に急なカーブを介して高い伝送効率を有するフォトニック結晶内の導波路による特性を使用して、結合器を形成する導波路の空間的な分離によって２つの出力信号が得られる。この方法においては、構造体のサイズを非常に減少させることができる。本発明の方法は、二次元および三次元フォトニック結晶の両方に対して使用することができる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの平行な結合空洞導波路を互いに接近して配置することによって結合器を形成し、結合器をフォトニック結晶中に備え、フォトニック結晶中において２つの導波路を物理的に分離すると共に２つの出力信号を抽出するために適切に屈曲させ、同じ物理的な通路を走行するため２つの出力間に遅延がないように結合器を励起させることを特徴とするフォトニック結晶を用いて誘導された電磁信号を２つのパワー半値信号に分割する方法。
【請求項２】
出力において位相差１８０°を有する２つの信号を得る結合器の奇数モードを励起させ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を使用して誘導された電磁信号を２つのパワー半値信号に分割する方法。
【請求項３】
出力において等しい位相の２つの信号を得る広い帯域幅で構成された結合器の偶数モードを励起させ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を使用して誘導された電磁信号を２つのパワー半値信号に分割する方法。
【請求項４】
各種のタイプの２Ｄ結晶を使用することを特徴とする請求項１、２、及び３のいずれか１項に記載のフォトニック結晶を用いて誘導された電磁信号を２つのパワー半値信号に分割する方法。
【請求項５】
各種のタイプの３Ｄ結晶を使用することを特徴とする請求項１、２、及び３のいずれか１項に記載のフォトニック結晶を用いて誘導された電磁信号を２つのパワー半値信号に分割する方法。
【請求項６】
三角形格子タイプを有するフォトニック結晶を適用することを特徴とする請求項１、４、及び５に記載のフォトニック結晶を用いて誘導された電磁信号を２つのパワー半値信号に分割する方法。
【請求項７】
正方形格子タイプを有するフォトニック結晶を適用することを特徴とする請求項１、４、及び５のいずれか１項に記載のフォトニック結晶を用いて誘導された電磁信号を２つのパワー半値信号に分割する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は入力された電磁信号のパワーを１８０°の相対的位相差と等しい伝播遅延とを有する２つの同じパワー信号に分割させる方法に関するものである。本発明の方法はフォトニック結晶中に互いに近接して配置された２つの平行な誘導体から成る結合器を使用する。基本的な概念は同じであるため、二次元（２Ｄ）および三次元（３Ｄ）結晶の両方の結晶が使用され得る。この分配器の構造の利点としては、サイズが小さいため、非常に複雑な装置の機能ユニットとして、多数の分割ユニットを一体的に組み込むことに適していることや、動作帯域幅が高いため、周波数に影響されやすいパワーを分割するための他の方法に比べて優れていること、および高速度信号処理において重要な特徴である装置からの出力信号間の同期性を挙げることができる。
【０００２】
本発明の応用分野としては光信号およびマイクロ波／ミリメートル波信号から、可視または赤外領域の周波数を有する信号まで、全ての周波数領域を作動するように構成された２Ｄまたは３Ｄフォトニック結晶技術に基づく装置が考えられる。
【背景技術】
【０００３】
フォトニック結晶は、一次元、二次元、または三次元空間で周期的に変化する誘電率を有する材料によって形成されている。この周期性は結晶内では信号の伝播が許可されない周波数帯域の出現を付与する。このような禁止周波数帯域は、一般的に、フォトニック・バンドギャップ（ＰＢＧ）と呼ばれている。光の伝播は結晶の周期性を変化させる欠陥を挿入することによって制御することが可能である。線欠陥の挿入は禁制帯域中に周波数における導波モードの出現を導き、形成された欠陥内でのみ光が伝播できるようになる。光の伝播の総合的なコントロールは３Ｄフォトニック結晶を用いて行わなければならないが、３次元における光のコントロールは平面の２Ｄフォトニック結晶を用いて行うこともでき、これは製造の煩雑さとコストの削減につながる。この場合、結晶の上および下に存在する材料の誘電率が結晶内に形成された欠陥の誘電率よりも小さな場合に、光は結晶面に垂直な方向に制限される。フォトニック結晶に基づいた装置の主な利点はサイズを大幅に減少させることができるため、高度に集積化された光回路の作成が可能であり、また、マイクロフォトニクスの開発に重要な、信号の波長オーダーのカーブ半径を持ち、大きな損失がなく信号を伝えることのできる導波路を実現させることが可能になる。
【０００４】
マクスウェル方程式のスケーリング特性によって、スペクトル領域で禁制帯を有するようなフォトニック結晶を形成することができ、スペクトル領域を備えた構造体は適切な寸法にしなければならず、選択されたスペクトル領域において適切な特性を有する材料を選択しなければならない。空間的な周期性が1ミクロン以下でなければならない赤外または可視周波数域での構造体の形成は非常にコストがかかるため、フォトニック結晶は周期性がｃｍオーダーであるマイクロ波周波数域で機能するように形成されている。これを行うためには、高い屈折率を持つ誘電材料の棒を使用して大気中で周期的な格子を形成するようにする。これらの構造の特性は一般的に、光周波数に対応する構造に対して推測することが可能であるが、マイクロ波周波数での利点を使用すれば、製造および特性の測定は非常に容易である。
【０００５】
フォトニック結晶において、導波路は等間隔の空洞のチェーンから形成されるか、または結晶の一定方向に沿った点欠陥によって形成される。このタイプの導波路は結合空洞型導波路として知られている。これらの導波路に沿った伝播は消散電界のテールの重なりによって、隣り合った空洞間でジャンプする光子によって説明される。結合空洞型導波路はこれらを非常に興味深い対象とする特徴を有している。つまり、個体物理において使用される強束縛のアプローチを用いると、導波モードの拡散率に関する理論的な説明を導き出すことができる一方で、他方では、空洞のモードの対称性が適切であるならば、非常に小さな半径を持ったカーブに沿った伝送が非常に効率的である。さらに、このタイプの導波路のグループ速度は非常に遅く、バンド端ではゼロになる傾向があるため、このタイプの導波路では、様々な応用が考えられる高拡散に加え、非常に効率の高い非線形プロセスが期待される。
【０００６】
その一方で、一体型導波路や、光ファイバーなど、その他のより成熟した技術によって使用されるのと同じ方法、つまり、２つの平行する導波路を近接させて配置することによって、フォトニック結晶技術による結合器を実現することができる。両方の導波路が同一で、近接して設置したときにシングルモードになる場合には、この２つは相互作用を起こし、分離した１つの導波路の導波モードは、２つの平行な導波路から成るシステム全体に対して２つのモードに分かれる。これらのモードは、導波路の軸から等距離の平面に関して、偶数対称性および奇数対称性を持つ。さらに、これらのモードは異なる伝播定数を持っているため、結合器に沿って異なる速さで伝わる可能性を暗示している。この行動によって、近接する導波路に対してある距離を波が通過すると、２つの導波路の1つで信号が励起されることになり、同じ距離を走行した後で、再び元の導波路に戻る。つまり、導波路間で周期的なパワーの移行がある。２Ｄフォトニック結晶においては結合器が提案されており、大気に対する誘電体円柱構造において、１列の円柱を完全に削除することによって形成された導波路を用いて形成して研究されている。方向性結合器の性能も、シリコン基板上のエアホール型平面フォトニック結晶において、光周波数で実験的に示されている。さらに、整流に応用する誘電体で、エアホール型２Ｄフォトニック結晶の結合器が提案されている。
【０００７】
パワー分配器／結合器は光学ネットワークまたは光学ネットワーク装置においても基礎を成す部分である。その機能は入力信号のパワーをある割合で２つの出力ポートに分割するものである。この割合が５０％である場合に、分配器は通常、３ｄＢ分配器と呼ばれる。これらは、主に、２つの方法で実現することができる（図１ａおよび１ｂ参照）。つまり、出力時に、出力ポート間で等しく分割されるように構成された方向性結合器を用いるか（図１ａ）、または、入力導波路が損失を最小にするようなある角度で２つの出力導波路に分かれるＹ型構造体を使用するかである（図１ｂ）。
【０００８】
最初のケースでは、出力信号間の位相差は９０％であり、２番目のケースでは、両方の出力は同位相である。結合器に加えて、Ｙ型分配器の実現も、フォトニック結晶技術において提唱されており、マイクロ波および光周波数の両方で、実験的にこれが示されている。
【発明の開示】
【０００９】
本発明は入力した電磁信号のパワーを相対的な位相差１８０°を有すると共に等しい伝播遅延を持つ２つの等しいパワーの信号に分割する方法に関する。出力信号間の位相差が０°であり、どのような位相差でも出力信号が同じ物理的な通路を通りかつ対称的になっているように構造体を形成することもできる。
【００１０】
上記の方法はフォトニック結晶に結合空洞を基にして２つの平行する導波路を互いに近接して配置することによって形成した結合器を使用する。
【００１１】
本発明の方法の物理的根拠は、結合器の奇数モードの励起に基づいているが、これはその対称性から1つの導波路における場の最大点と近接した導波路における最小点を合致させるので、相対的な位相差が１８０°になることを確実にする。２つの出力信号は、結合器を形成する導波路の空間的な分離によって得られるが、これはフォトニック結晶に作られた導波路が急カーブにおいても高伝送効率を示すという特性、および構造のサイズを非常に小さくすることができるという特性を利用している。
【００１２】
本発明の方法は基礎となる概念が同じため、二次元（２Ｄ）および三次元（３Ｄ）フォトニック結晶の両方に対して有効である。
【００１３】
分配器の構造の利点としてはサイズが小さいため、さらに複雑な装置の機能ユニットとして、いくつかの分割ユニットに組み込むことに適していることや、広い帯域幅、および高速信号処理を可能にする構造の２つの出力信号の同期性を挙げることができる。
【００１４】
同様の方法によって、結合器の奇数モードの代わりに偶数モードを使用するならば、同位相の出力信号の分配器を得ることもできる。
【００１５】
フォトニック結晶は円柱の任意の半径および高さに加え、格子定数（互いに最も近い円柱間の距離）のどんな値も採用することのできるカラムにまとめられた円柱の格子から構成されている。さらに、本発明の方法は、カラムの材料、カラムの周りの材料、および結晶の上下の材料間のどのような屈折率の差にも適用できる。
【００１６】
フォトニック結晶はどのようなタイプの格子、特に、三角形格子または正方形格子をも採用することができる。
【００１７】
誘電体導波路は光ファイバーも含めて、屈折率に加え、結合器を形成するために、どのような配置（核の幅と高さ、およびこれを囲む層）をも備えることができる。
【００１８】
さらに、本発明の方法は結合領域から信号を抽出および注入するために使用されるフォトニック結晶のどのようなタイプの導波路にも適用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は、２つの出力ポートにおいて入力信号のパワーを分割するために光学回路において広範囲に使用されている２つの構造を示す。図１ａは互いに近接して配置された２つの同じ平行な導波路から形成された方向性結合器を示し、この結合器においては結合領域（４）に導波路間のパワーの周期的な移動が生じ、結合器の長さを適切に選択した場合に、出力ポート（２）、（３）において一定比率のパワーを得ることができる。この比率がそれぞれのポートについて５０％である場合は、入力信号（１）のパワーは出力ポート（２）、（３）間に等しく分配され、これら２つの間の相対的位相差は９０°である。入力ポート（５）にはパワーは導入されない。結合は周波数に依存するため、正確な５０％の分割は、1つの周波数に対してのみ生じるが、この周波数の両側のスペクトル範囲では、分割は５０％に近い値になる。図１ｂは入力導波路（６）が、同じパワーを伝送するような２つの出力導波路（８）、（９）に分割するＹ型分配器を示す。出力導波路の角度は各出力導波路においてパワーが最大になるように形成されなければならない。また、分割領域（７）も適切に形成されなければならない。両方の構造は２Ｄおよび３Ｄフォトニック結晶技術を用いて実施することができる。以下に、本発明を用いたこの２つの構造を比較し、この構造に関して本発明の利点を示すためにこの構造について詳細に説明する。
【００２０】
本発明を説明しその作動を実証する結果を提供するため、好ましい実施例として、図２に示す２Ｄフォトニック結晶を選択する。このフォトニック結晶は、高屈折率（誘電率ε１ ）を有する誘電円柱（１０）の格子定数ａ（円柱の中心から最も近い別の円柱の中心までの距離）と低屈折率（誘電率ε２ ）を有する媒体（１１）上の半径ｒとを有する六方格子から構成されている。この構造は円柱が分布している平面において周期的であり、方向ΓＫおよびΓＭによって示されているのに対し、周期性の平面に対し垂直な方向においては一定である。このフォトニック結晶は、垂直磁気分極（ＴＭ）「Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｐｏｌａｒｉｇａｔｉｏｎ（ＴＭ）」を有するモード、つまり、結晶の平面に対して垂直な方向に電界を有するモードに対して禁制帯を持っている。この実施例は実験室においてマイクロ波周波数について実証するために選択されている。しかし、本発明は、正方形対称性を有する２Ｄ結晶、即ち高屈折率と低屈折率の材料が交互に置き換えられている円柱の別の垂直方向の形状を有する２Ｄ結晶において実施することが可能であり、そしてその一般的な特性を失うことなく３Ｄフォトニック結晶を使用した場合でも実現可能である。
【００２１】
図３は、ΓＫ方向に沿って円柱を１列除去することによって図２の２Ｄフォトニック結晶中に形成した導波路（１２）の実施例を示す。導波路を形成する場合、禁制帯内の周波数によって線形欠陥に閉じ込められるＴＭ偏光を有するモードが存在し、このため線形欠陥は導波路として機能する。また、図４に示すように、結合空洞（１３）から導波路を形成することも可能である。この場合は空洞のチェーンが形成され、伝播は空洞に閉じ込められた場のテールの重なりにより、隣接する空洞間をジャンプする光子によって生じる。図４のケースの場合には、高屈折率の円柱を取り除くことによって空洞が形成され、そしてそれらの間の間隔はΓＫ方向に沿ってｄ＝２ａである。同様に、導波路（１２）の場合、禁制帯内の周波数を有するＴＭ導波路モードが存在する。
【００２２】
図５に示すように２つの導波路（１２）が２Ｄフォトニック結晶中で互いに接近して配置されている場合に結合器が得られる。導波路（１２）の近さにより、個々の導波路のモードは平行な導波路の軸から等距離にある面に関して奇数および偶数対称性を有する結合器用の２つのモードに分かれている。これらのモードは導波路の方向における構造の周期性のため第１ブリユアン帯に制限されている異なる伝播定数を有している。図７は図３に示したＴＭ偏光（１２）を有するモード用の帯域と、分離領域（１４）における導波路間の１つの円柱で分離される場合の図５に示した結合器のモードとの構造を示す。縦軸はｃ／ａの単位における標準化周波数を表す。ここでｃは真空中の光の速度である。個々の導波路用の導波道モードは破線（１５）で、結合器の偶数モード（１６）および奇数モード（１７）は実線で示されている。好ましい実施例においては、選択されたパラメータはε１ ＝１０．３、ε２ ＝１、ｒ＝０．１３３ａである。結合器の導波路間のパワーの移行は、偶数モードと奇数モードが共存するスペクトル領域（１８）で生じる。しかし、奇数モードのみが存在する２つのスペクトル領域（１９）および（２０）も存在する。信号は奇数対称性によって同じパワーとなり、そして位相差１８０°で２つの導波路に沿って伝わるため、パワー分配器を形成するためには、奇数モードのみが存在するこの領域を使用することができる。しかし、結合空洞型導波路（１３）は導波路（１２）に比べて小さいカーブに沿うより良い伝送特性を有し、この特性は後述するように信号を導入および抽出する場合に非常に重要であるため、好ましい実施例においては図６に示される構造が使用され、ここで詳しく説明される発明の基本的な概念は基本的に同じであり、フォトニック結晶中の結合器の奇数モードのみが存在するスペクトル領域で奇数モードを励起し、位相差１８０°の２つの等しいパワーの信号を得るため結合器を構成する２つの導波路を出力部分で空間的に分離する。
【００２３】
図６は、２つの結合空洞型導波路（１３）で形成される結合器を示す。２つの導波路（１３）は領域（１４）により分離され、領域（１４）はこの場合に高屈折率の３列の円柱から構成されている。図８は導波路間の分離領域（１４）が高屈折率の円柱１列で分離された場合の図６の結合導波路から成る結合器および結合空洞型導波路（１３）のＴＭ偏光の導波路モードのバンド構造を示す。図７に示すように、縦軸は単位ｃ／ａの標準化周波数を表し、横軸は第１ブリユアン帯で制限される伝播定数を表す。分離された導波路の導波モードを破線（２１）で、結合器の偶数モード（２２）および奇数モード（２３）を実線で示す。ここで、偶数および奇数モードは、図５の結合器のバンドと比較して互いに全く結合されていないことが観察される。これは図６の結合器では、結合が導波路の縦方向（ΓＫ）と横方向（ΓＭ）で同じ大きさの単位であるが、図５の結合器では隣接する空洞間の分離が小さいため縦方向のほうが結合がより強いという事実に由来する。このため、奇数モードのみが存在する大きなスペクトル領域（２４）を持つことができ、これを位相差１８０°のパワー分配器の実現に用いることができる。偶数モードのみが存在するスペクトル領域（２６）はさほど広くなく、両方のモードが共存する領域（２５）は広範囲な非結合のためほとんど見えない。好ましい実施例に関して結果が存在するが、偶数および奇数モードが周波数内で共存せず、そして奇数モードの領域全体（２３）が分配器の実現に使用できるような構成を形成することができる。
【００２４】
前述の結果から、出力間の１８０°の位相差を有する電磁信号を分割するための方法が示されている。この方法は使用されるパラメータ値が前のものと同じものを使用している好ましい実施例の特定のケースについて図９にこの方法の構造を説明する。分配器構造（３１）の中心部分は、図６に示しているような結合空洞型導波路の結合器であり、領域（１４）に１列の円柱を分離している。図９の特別なケースにおいて、それは伝播方向に沿ってＮ＝５の空洞から構成されている。この特別な実施例において分配器構造（３１）を挿入するために、結合空洞型導波路（１３）が使用されているが、これはこのタイプの導波路が発生する急カーブにおいて高い伝達効率を有するためである。従って、１つの入力用結合空洞型導波路（２８）と、２つの出力用結合空洞型導波路（２９）および（３０）が存在する。導波路（１２）を入力および出力ポートに使用することもできる。分配器が動作するスペクトル領域は奇数モード（２３）のみが存在する領域（２４）と、入力および出力用導波路に対しての１つの導波モード（２１）が存在する領域との間の交差部分になる。このため動作領域は、図８の点線で示された矩形領域（２７）に限定されている。
【００２５】
パワー分配器の特徴および本発明の方法における１８０°の位相のシフトを実証するため、標準化周波数０．４４（分配器の動作範囲に収まる)を有する単色波に対して円柱の軸に平行な電界分布の時間領域における定差方法を用いて行ったシミュレーションを図１０に示す。この信号を入力ポート（２８）に導入すると、信号は結合器の部分、この場合にはＮ＝６の空洞から成る結合器の部分に到達し、奇数モードを励起する。場の最大値は白色で、最小値は黒色で示されている。結合領域においては、1つの導波路の最大点は隣にある導波路の最小点に対応していることが観察され、その反対に、励起モードが奇数対称性から成っていることが確認された。出力においては、結合器の導波路を２つの出力ポイント（２９）および（３０）に分けるため、空間的な周期性を有する２Ｄフォトニック結晶の特性を利用する。出力ポートにおいて奇数対称性は維持されるため、これらの間の位相差は１８０°である。更に、２つの信号によって構造を通して走行される通路は同一であるため、これらは同期している。この特性は高速信号が出力において遅延なしで使用することが可能であるため非常に重要である。例えば、位相差９０°の分配器から位相差１８０°の分配器を実現することが所望されている場合に、これは９０°の位相差を加える出力ポートの１つに別の通路を追加することにより実現することが可能である。しかし、このメカニズムでは伝播の遅延も加えることになり、本発明の方法とは異なって、出力信号間の同期の状態が一致しなくなる。
【００２６】
分配器の周波数の行動を分析するため、時間領域における定差方法を用いたシミュレーションにより両方の出力にパワー伝送スペクトルを得る。結合器の長さがＮ＝４（３５）のときと、Ｎ＝６（３６）のときについて、結果を図１１に示す。より良好な視覚化では、応答（３６）は３０ｄＢより下方にシフトしている。図１０において、実線は出力（３０）の応答を、破線は出力（２９）の応答を示している。構造（３２）、（３３）、および（３４）においては３つのスペクトル領域は異なる行動を示していることが観察される。領域（３２）では、両方の出力は同じパワーを有しており、この構造がパワー分配器として機能していること裏づけている。出力パワーが周波数にわたって一定していないという事実は構造の異なる部分間においてモードの適合が欠いているために、偽の反射が寄与するからである。図８と比較すると、領域（３２）は分配器の動作領域に対応していることがわかる。つまり、これは対象となるスペクトル領域であり、そして本発明が機能する範囲である。その他のスペクトル領域（３３）および（３４）については、図９に示される構造の前述の説明についての妥当性を確認するために下記に説明する。領域（３３）は偶数および奇数モードの両方が励起される図８の領域（２５）に対応する。この場合、両方の出力ポートにおけるパワーは領域（３３）で観察されるように同じにさせる必要はない。一方、スペクトル領域（３４）は、偶数モードのみが存在する図８の領域（２６）に対応し、このため、図１１で観察されるように、両方の出力ポートにおけるパワーは同じでなくてはならないが、信号間の位相差はない。空洞を形成する空洞Ｎの数の影響に関しては、大きな影響はなく、領域（３２）における応答（３５）および（３６）は非常によく似ていて、両方の出力ポートでパワーが同じであることが示されている。Ｎ＝１の場合には、出力導波路（２９）および（３０）は入力導波路（２８）と非常に接近し、そして領域（３１）が結合器として働かないため、原則的には、分配器はＮ＝２以上でよく機能する。Ｎ＞１の場合には、分配器は正しく動作し、入力信号を位相差１８０°を有する２つの等しいパワーの出力信号に分割し、Ｎが増えるにつれ、領域（３１）のＱパラメータが減少するので、帯域幅は増加する。
【００２７】
使用可能なシミュレーション方法は位相の測定を得ることができないため、定数ε１ ＝１０．３、高さ１０cmおよび半径２ｍｍのアルミナの棒３００本を使用して実験室において図９に示される分配器を実現した。信号を発生させて、振幅と位相を測定するために、５０ＧＨｚまでのベクトルネットワーク分析器を使用した。シミュレーションにおいて、ｒ＝０．１３３ａの場合には、ａ＝１．５ｃｍを選択した。図２に示されるような欠陥のない結晶、およびＴＭ偏光信号の場合には、ΓＫ方向に沿って、７．３６から１１．７ＧＨｚまでに禁制帯が観察された。次に、図4に示されるような導波路を導入すると、８．５３から９．０５ＧＨｚのＴＭ偏光について、導波帯が観察された。この導波帯は、図８のモード（２１）に対応する。その後、図９に示されるＮ＝４の空洞の分配器を導入して、図１２に示される振幅および位相の伝送を測定した。出力ポート（２９）の振幅の応答は実線（３７）で示し、出力ポート（３０）の応答は破線（３８）で示す。出力ポート（２９）の位相の応答は実線（３９）で示し、出力ポート（３０）の応答は実線（４０）で示す。また、図１１に含まれる分配器の異なる行動を示す３つのスペクトル領域（３２）、（３３）、および（３４）も示されている。領域（３２）は１８０°分配器に対応するものであり、位相の応答においては、２つの出力(５０)および（５１）間の位相差は全領域にわたって約１８０°であることが観察された。スペクトル領域（３２）における振幅の応答（３７）と（３８）の差は分配器の異なる部分間のモードの適合か欠いているためであるのに加え、構造の実現の不正確さ、望まない外部の反射に起因する。分配器の範囲は１８０°であり、それは多くの応用にとって充分である３．４５％の相対帯域幅である３００ＭＨｚ周辺のスペクトル幅を占める。簡単な実施例によって、光学通信で使用される１５５０ｎｍの光学バンドでは、波長の分割によって光学多重化ネットワークにいて５０ｎｍよりも大きな帯域幅が得られる。領域（３３）では、偶数および奇数モードの両方が励起され、振幅および位相出力において適した行動は存在しない。最後に、領域（３４）は偶数モードの励起領域に対応し、これはこの間隔で（３９）と（４０）が同位相であることが観察される構造の位相の応答が観察されれば確認することができる。領域（３４）の振幅の応答は（２９）と（３０）の両方のポートにおいて出力パワーの平衡を示す。奇数モード（２３）よりも偶数モード（２２）のほうがより平坦な周波数を持つため、偶数モード（３４）の励起領域における合計のパワーは、奇数モード（３２）の励起領域の合計パワーよりも小さく、このため、モードの調節が上手くいかずに全体的な伝送効率が低くなる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】２つの出力ポートにおいて入力信号のパワーを分割するための光学回路において最も広い範囲で使用されている構造を示す。  〔図１ａ〕結合器の長さを適切に選択した場合に、出力ポートにおいて一定比率のある割合でパワーを得ることができるように導波路間に周期的なパワーが生じる方向性結合器を示す。  〔図１ｂ〕入力導波路が同じパワーを伝える２つの出力導波路に分かれるＹ型分配器を示す。
【図２】六方対称性及びΓＫとΓＭ方向に周期的な構造を有するが、周期性を示す面に対して垂直な方向では変化しない２Ｄフォトニック結晶の概略図を示す。
【図３】図２で示したフォトニック結晶中において高屈折率の円柱をΓＫ方向に１列取り除くことによって形成した導波路を示す。
【図４】図２で示したフォトニック結晶中において高屈折率の円柱を１つおきにΓＫ方向に取り除くことによって形成した結合空洞型導波路を示す。
【図５】図２で示したフォトニック結晶中において図３で示した導波路と同様に平行に延伸しかつ高屈折率の円柱３列によって分離された２つの導波路から成る結合器を示す。
【図６】図２に示したフォトニック結晶中に形成した結合空洞型導波路の結合器を示す。
【図７】図５に示したような結合器、および図３に示したような導波路（破線）のＴＭ偏光によって誘導されたモードのバンド構造を示す。
【図８】図６に示したような結合空洞型導波路の結合器（実線）および図４に示したような結合空洞（破線）のＴＭ偏光による導波路モードのバンド構造を示す。
【図９】破線で囲まれた構造の中央部分が図６で示したようなＮ個（特にＮ＝５）の空洞から成る結合空洞型導波路の結合器を構成する結合領域を示す本発明の実施例の概略図を示す。
【図１０】標準化周波数０．４４ｃ／ａの単色波の場合の円柱の軸に平行な電界パターンを示しここでｃは、図９に示したパワー分配器の構造に注入される真空中（結合器の動作範囲内で）の光の速度を示す。
【図１１】特にＮ＝４とＮ＝６の場合の図９に示した構造の好ましい実施例のパワー伝送スペクトルを示す。
【図１２】ａ＝１.５ｃｍの３００本のアルミナの円柱を用いた好ましい実施例の振幅（ａ）および位相（ｂ）の実験応答を示す。
【符号の説明】
【００２９】
１、５      入力ポート
２、３      出力ポート
４          結合領域
６          入力導波路
７          分割領域
８、９      出力導波路
１０        誘電円柱
１１        媒体
１２        導波路
１３        結合空洞導波路
１４        分離領域
【図１】
2007534002.tif 000003
【図２】
2007534002.tif 000004
【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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【国際調査報告】
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