(57)【要約】【課題】出射光の波長選択性を実用上十分な程度に保ちつつ、簡単な構造で周回型共振器に空間光を結合する。【解決手段】基板１６の第１主面１６ａに設けられていて、第１主面へ入射する入射光ＢＩＮを回折して周回型共振器１４に結合させ、かつ、周回型共振器を周回して波長選択された周回光ＢＲが結合され、この結合された光を回折させ、さらにこの回折された光を、波長選択された出射光ＢＯＵＴとして取り出す回折格子１２と、回折格子との間で相互に光結合可能に、第１主面の上側に配置された周回型共振器とを備える。【選択図】図１
2008065186.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の第１主面に設けられていて、該第１主面へ入射する入射光を回折して周回型共振器に結合させ、かつ、該周回型共振器を周回して波長選択された周回光が結合され、この結合された光を回折させ、さらにこの回折された光を、波長選択された出射光として取り出す回折格子と、
前記回折格子との間で相互に光結合可能に、前記第１主面の上側に配置された当該周回型共振器とを備えることを特徴とする光共振器。
【請求項２】
前記周回光の伝播定数をβとし、
前記回折格子により回折された前記入射光の中で、前記周回光となるべき１次回折光の波数をｋとし、並びに
前記入射光の伝播方向と、前記回折格子及び前記周回型共振器の間の光結合部における前記周回光の伝播方向とのなす角をΘとした場合に、
前記回折格子が、下記（１）式で与えられるΛを格子定数として含んでいることを特徴とする請求項１に記載の光共振器。
Λ＝２π／（β−ｋｃｏｓΘ）・・・（１）
【請求項３】
前記回折格子は、その格子定数が、前記１次回折光を前記第１主面に対して平行に伝播させるように設定されており、
該回折格子と前記周回型共振器とは、互いに光結合する関係で配置されており、該周回型共振器と前記回折格子との間に前記光結合部が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の光共振器。
【請求項４】
前記基板が、前記第１主面に平行に対向する第２主面を備えていて、該第２主面は、前記入射光が前記回折格子に向けて入射し、及び、該回折格子からの前記出射光が出射する面であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光共振器。
【請求項５】
前記第１主面は、前記入射光及び前記出射光の双方が、該第１主面に対して垂直に入出射する面であることを特徴とする請求項４に記載の光共振器。
【請求項６】
前記回折格子の格子定数を、前記周回光の波長と等しい大きさに設定してあることを特徴とする請求項５に記載の光共振器。
【請求項７】
前記周回型共振器が円柱状であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の光共振器。
【請求項８】
前記周回型共振器が球状であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の光共振器。
【請求項９】
前記周回型共振器の表面に、該周回型共振器の基材の屈折率よりも屈折率が高い材料で作られた導波層を備えていることを特徴とする請求項７又は８に記載の光共振器。
【請求項１０】
前記導波層の膜厚が、前記周回光の波長の１／２の厚みに設定されていることを特徴とする請求項９に記載の光共振器。
【請求項１１】
前記第１主面及び前記第２主面に無反射コーティング膜が形成されていることを特徴とする請求項４〜１０のいずれか一項に記載の光共振器。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の光共振器を、共通基板の第１主面側に複数個配置したことを特徴とする光共振器アレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、入射光の特定波長の成分を共振させて出射光として取り出す光共振器と、この光共振器を備えた光共振器アレイとに関する。
【背景技術】
【０００２】
リング型共振器等の周回型共振器を、波長選択性が高いフィルタとして用いる技術が提案されている（例えば、特許文献１〜４参照）。
【０００３】
特許文献１に開示された第１の技術では、光ファイバの端部を斜めに切断して端面を形成している。そして、光ファイバを伝播する光がこの端面で全反射する際に生じるエバネッセント光をリング型共振器に結合している。また、同文献に開示された第２の技術では、プリズムを利用して空間光をリング型共振器に結合している。
【０００４】
特許文献２に開示された技術では、光ファイバの一部分において、クラッドを除去したり、光ファイバの径を細めたりすることにより、当該一部分から漏れ出すエバネッセント光をリング型共振器に結合している。
【０００５】
特許文献３に開示された技術では、リング型共振器の一部に回折格子を設け、この回折格子を利用してリング型共振器に光を結合している。
【０００６】
特許文献４に開示された技術では、光導波路に設けた回折格子を利用してリング型共振器に光を結合している。
【特許文献１】米国特許第６７９８９４７号明細書
【特許文献２】米国特許第６８６５３１７号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００５／０１３５４５３号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２００５／０１４７３５５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に開示された第１の技術、及び、特許文献２に開示された技術では、リング型共振器に結合できる光は、光ファイバ中を伝播するもののみであった。つまり、空間光をリング型共振器に結合することはできなかった。
【０００８】
また、特許文献１に開示された第２の技術は、空間光をリング型共振器に結合できるものの、リング型共振器に対するプリズムの角度を厳密に位置決めする必要があった。また、この技術では、リング型共振器に比べて大きなサイズのプリズムを準備する必要があった。
【０００９】
特許文献３に開示された技術では、リング型共振器に対する光の結合率が大きくなりすぎる欠点があった。その結果、リング型共振器中で十分に共振がなされず、波長選択性が不十分な光がリング型共振器から出射されてしまうという問題があった。また、この技術では、リング型共振器の曲面上に回折格子を形成しなければならず、製造が難しいという問題があった。
【００１０】
特許文献４に開示された技術では、リング型共振器に対する光の結合率が大きくなりすぎるという、特許文献３の技術と同様の問題があった。また、この技術では、空間光をリング型共振器に結合することができないという、特許文献１の第１の技術と同様の問題があった。
【００１１】
この発明は、上述した問題点に鑑みなされたものである。従って、この発明の第１の目的は、出射光の波長選択性を実用上十分な程度に保ちつつ、簡単な構造で周回型共振器に空間光を結合することができる光共振器を提供することにある。
【００１２】
また、この発明の第２の目的は、この光共振器を備えた光共振器アレイを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述の第１の目的の達成を図るために、この発明の光共振器は、回折格子と、周回型共振器とを備える。
【００１４】
回折格子は、基板の第１主面に設けられていて、第１主面へ入射する入射光を回折して周回型共振器に結合させ、かつ、周回型共振器を周回して波長選択された周回光が結合され、この結合された光を回折させ、さらにこの回折された光を、波長選択された出射光として取り出す。
【００１５】
周回型共振器は、回折格子との間で相互に光結合可能に、第１主面の上側に配置されている。
【００１６】
このように構成することにより、空間光としての入射光は、第１主面に設けられた回折格子で回折される。周回型共振器は、回折格子と光結合可能に配置されているので、回折格子で回折された光は、周回型共振器に結合される。周回型共振器に結合された光は、共振され、周回型共振器を周回光として周回するうちに、光強度が増加するとともに波長選択される。そして、再び回折格子で回折されて出射光として取り出される。
【００１７】
上述の光共振器において、周回光の伝播定数をβとし、回折格子により回折された入射光の中で、周回光となるべき１次回折光の波数をｋとし、並びに入射光の伝播方向と、回折格子及び周回型共振器の間の光結合部における周回光の伝播方向とのなす角をΘとする。
【００１８】
この場合に、回折格子が、下記（１）式で与えられるΛを格子定数として含んでいることが好ましい。
【００１９】
Λ＝２π／（β−ｋｃｏｓΘ）・・・（１）
このように構成することにより、回折格子は、周回型共振器の位相整合条件を満たす１次回折光を発生することができる。その結果、この１次回折光を周回型共振器に確実に結合することができる。
【００２０】
この場合に、回折格子は、その格子定数が、１次回折光を第１主面に対して平行に伝播させるように設定されており、回折格子と周回型共振器とは、互いに光結合する関係で配置されており、周回型共振器と回折格子との間に光結合部が形成されていることが好ましい。
【００２１】
このように構成することにより、第１主面に対して平行に伝播する１次回折光を、周回型共振器と回折格子との光結合部において周回型共振器に結合することができる。
【００２２】
上述の光共振器において、基板が、第１主面に平行に対向する第２主面を備えていて、第２主面は、入射光が回折格子に向けて入射し、及び、回折格子からの出射光が出射する面であることが好ましい。
【００２３】
このように構成することにより、周回型共振器に対して、基板の第２主面側から光の入出射を行うことができる。
【００２４】
この場合において、第１主面は、入射光及び出射光の双方が、第１主面に対して垂直に入出射する面であってもよい。
【００２５】
また、この場合において、回折格子の格子定数を、周回光の波長と等しい大きさに設定してあることが好ましい。
【００２６】
回折格子の格子定数をこのように設定することにより、入射光が第１主面に対して垂直に入射した場合に、この入射光の１次回折光を、第１主面に平行に伝播させることができる。その結果、この１次回折光を周回型共振器に確実に結合することができる。
【００２７】
上述の光共振器において、周回型共振器が円柱状であってもよい。また、周回型共振器が球状であってもよい。
【００２８】
上述の光共振器において、周回型共振器の表面に、周回型共振器の基材の屈折率よりも屈折率が高い材料で作られた導波層が形成されていてもよい。
【００２９】
このように構成することにより、周回型共振器に結合された光を導波層中に効率よく閉じ込めることができる。
【００３０】
この場合において、導波層の膜厚が、周回光の波長の１／２の厚みに設定されていることが好ましい。
【００３１】
このように構成することにより、導波層を無反射コーティング膜として機能させることができる。その結果、周回型共振器で発生する迷光を低減することができ、出射光の消光特性が向上する。
【００３２】
上述の光共振器において、第１主面及び第２主面に無反射コーティング膜が形成されていることが好ましい。
【００３３】
このように構成することにより、光共振器で発生する迷光を低減することができ、出射光の消光特性が向上する。
【００３４】
上述した第２の目的の達成を図るために、この発明の光共振器アレイは、上述の光共振器を、共通基板の第１主面側に複数個配置している。
【発明の効果】
【００３５】
この発明の光共振器は、上述のように構成されているので、出射光の波長選択性を実用上十分な程度に保ちつつ、簡単な構造で周回型共振器に空間光を結合することができる。
【００３６】
また、この発明によれば、上述の光共振器を用いた光共振器アレイが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、図を参照して、この発明の実施の形態について説明する。なお、各図は、各構成要素の形状、大きさ及び配置関係について、この発明が理解できる程度に概略的に示したものにすぎない。また、以下、この発明の好適な構成例について説明するが、各構成要素の材質及び数値的条件などは、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は、以下の実施の形態に何ら限定されない。また、各図において、共通する構成要素には同符号を付し、その説明を省略することもある。
【００３８】
（実施の形態１：光共振器）
図１〜図３を参照して実施の形態１の光共振器について説明する。図１は、光共振器の構造を概略的に示す斜視図である。
【００３９】
光共振器１０は、回折格子１２と、周回型共振器としてのリング型共振器１４とを備えている。光共振器１０は、入射される複数の波長λ１〜λｎ（ｎは２以上の整数）の光を含む空間光（入射光ＢＩＮ）を、波長選択した上で、単一波長λＳの空間光（出射光ＢＯＵＴ）として出射させる機能を有する。
【００４０】
以下、入射光ＢＩＮを構成する光の波長λ１〜λｎの中で、リング型共振器１４で波長選択される波長、及び、波長選択されて出射される出射光ＢＯＵＴの波長を、特に「特定波長λＳ」（ただしＳは、１≦Ｓ≦ｎを満たす整数）と称する。
【００４１】
回折格子１２は、基板１６の第１主面１６ａに形成されたレリーフ型回折格子である。回折格子１２の格子溝は、円柱状のリング型共振器１４の中心軸１４ｃと平行に形成されている。回折格子１２は、入射された入射光ＢＩＮを、入射光ＢＩＮの波長に応じて異なる回折角で回折する。回折格子１２は、特定波長λＳの入射光ＢＩＮの１次回折光Ｂ１ｓｔを、第１主面１６ａに平行に伝播させる大きさの格子定数Λを有している。なお、格子定数Λについては後述する。
【００４２】
回折格子１２は、第１主面１６ａへ入射する入射光ＢＩＮを回折させ、この回折光をリング型共振器１４に結合させる機能を有する。また、この回折格子１２は、リング型共振器１４を周回しかつ波長選択された周回光ＢＲを結合させ、この結合した周回光ＢＲを回折させ、この回折光を波長選択された出射光ＢＯＵＴとして取り出す機能を有する。
【００４３】
リング型共振器１４は、互いに平行に延在する円形の両端面１４ａ，１４ａと、両端面１４ａ及び１４ａの間を囲む周面１４ｂとを有する中実の円柱状の形態を有している。リング型共振器１４は、円柱の中心軸１４ｃが、格子の長手方向、すなわち格子の配列方向と直交する方向に延在して、基板１６の第１主面１６ａの上側に設けられている。
【００４４】
より詳細には、リング型共振器１４は、周面１４ｂが回折格子１２に対向するように、第１主面１６ａに近接して配置されている。リング型共振器１４と回折格子１２との最近接部には、リング型共振器１４と回折格子１２との間で相互に光結合可能に、光結合部１５が形成されている。
【００４５】
さらに詳細に説明すると、リング型共振器１４の周面１４ｂと、当該周面１４ｂに最も近接して対向する第１主面１６ａとの間には、間隙としての光結合部１５が形成されている。この光結合部１５（間隙）の幅は、リング型共振器１４の中心軸１４ｃ方向に沿って、回折格子１２とリング型共振器１４とが相互に光結合可能な一定の大きさに設定されている。また、リング型共振器１４は、その中心軸１４ｃが回折格子１２の格子溝の延在方向に対して平行に、第１主面１６ａの上側に配置されている。
【００４６】
リング型共振器１４は、基材１４ｄと、導波層１４ｅとから構成されている。そして、リング型共振器１４の周囲の空間は、一様な屈折率ｎＭを有する媒質Ｍで満たされている。
【００４７】
基材１４ｄは、リング型共振器１４を構成する円柱状の心材である。基材１４ｄは、好ましくは、例えば光学ガラスを材料として形成されている。ここで、基材１４ｄの屈折率をｎｓとする。
【００４８】
導波層１４ｅは、基材１４ｄの周面の全面を被覆する膜体である。導波層１４ｅは、好ましくは、例えばＳｉを材料として形成されている。導波層１４ｅは、屈折率をｎｗとし、膜厚をｄとし、及び中心軸１４ｃに垂直に切断したときの円形断面の円周の長さをＬ（以下、「共振器長Ｌ」とも称する。）とする。導波層１４ｅは、回折格子１２から結合された光を閉じ込め、波長選択された周回光ＢＲとして周回させる機能を有する。
【００４９】
ここで、導波層１４ｅの屈折率ｎｗは、基材１４ｄの屈折率ｎｓ、及びリング型共振器１４の周囲に存在する媒質Ｍの屈折率ｎＭとの間で、ｎｗ＞ｎｓかつｎｗ＞ｎＭとの関係が成り立つように設計されている。導波層１４ｅの屈折率ｎｗをこのように設計することにより、周回光ＢＲを導波層１４ｅに閉じ込めることができる。
【００５０】
また、導波層１４中での周回光ＢＲの波長をλＧとした場合、導波層１４ｅの膜厚ｄは、波長λＧとの間で、ｄ＝λＧ／２との関係が成り立つように設定されている。このように、膜厚ｄを周回光ＢＧの波長の１／２の厚みに設定することにより、導波層１４ｅを無反射コーティング膜として機能させることができる。なお、周回光ＢＲの波長λＧと、入射光ＢＩＮ及び出射光ＢＯＵＴの特定波長λＳとの間には、従来周知のようにλＧ＝λＳ／ｎｗとの関係が成り立つ。
【００５１】
また、共振器長Ｌは、周回光ＢＲの波長λＧとの間で、Ｌ＝ｍλＧ（ｍは１以上の整数）との関係が成り立つように設計されている。共振器長Ｌをこのように設計することにより、リング型共振器１４は、波長λＧの周回光ＢＧを共振することができる。つまり、リング型共振器１４に結合される入射光ＢＩＮの中で、特定波長λＳの光が波長選択され、出射光ＢＯＵＴとして取り出される。
【００５２】
基板１６は、第１主面１６ａと、当該第１主面１６ａに平行に対向する第２主面１６ｂとを備えた平行平板である。基板１６は、入射光ＢＩＮ及び出射光ＢＯＵＴの伝播を妨げないような透明な材料から形成されている。基板１６は、好ましくは、例えば光学ガラスを材料として形成されている。
【００５３】
また、基板１６において、第１及び第２主面１６ａ及び１６ｂのそれぞれには、無反射コーティング膜１６ｃ及び１６ｄが形成されている。無反射コーティング膜１６ｃ及び１６ｄは、好ましくは、例えばＭｇＦ２を材料として形成されている。
【００５４】
無反射コーティング膜１６ｃ及び１６ｄの膜厚は、無反射コーティング膜１６ｃ及び１６ｄ中における出射光ＢＯＵＴの波長の１／４の厚みに設定されている。
【００５５】
より詳細には、無反射コーティング膜１６ｃの屈折率をｎ１６ｃとしたときに、無反射コーティング膜１６ｃの膜厚は、λＳ／（４ｎ１６ｃ）に設定されている。同様に、無反射コーティング膜１６ｄの屈折率をｎ１６ｄとしたときに、無反射コーティング膜１６ｄの膜厚は、λＳ／（４ｎ１６ｄ）に設定されている。なお、ここで、屈折率ｎ１６ｃ及びｎ１６ｄは、基板１６の屈折率をｎ１６とすると、ｎ１６ｃ＝ｎ１６ｄ＝（ｎ１６ｎＭ）０．５に設定されている。
【００５６】
第２主面１６ｂは、入射光ＢＩＮが入射し、かつ、出射光ＢＯＵＴが出射する入出射面として機能する。ここで、入射光ＢＩＮは、第２主面１６ｂ（従って第１主面１６ａ）に対して垂直に入射する。また、出射光ＢＯＵＴも、第２主面１６ｂ（従って第１主面１６ａ）に対して垂直に出射する。
【００５７】
次に、この実施の形態における回折格子１２の格子定数Λについて詳細に説明する。
【００５８】
回折格子１２の格子定数Λは、下記（１）式に従って決定されている。
【００５９】
Λ＝２π／（β−ｋｃｏｓΘ）・・・（１）
なお、（１）式において、βは、周回光ＢＲの伝播定数であり、β＝（ｎｗ２π）／λＳで与えられる。
【００６０】
ｋは、回折格子１２により回折された入射光ＢＩＮの中で、周回光ＢＲとなるべき１次回折光Ｂ１ｓｔの波数であり、ｋ＝２π／λＳで与えられる。
【００６１】
Θは、図１に示すように、入射光ＢＩＮの伝播方向と、光結合部１５における周回光ＢＲの伝播方向とのなす角である。
【００６２】
（１）式は、１次回折光Ｂ１ｓｔをリング型共振器１４に結合するための位相整合条件を表している。よって、（１）式に従い回折格子１２の格子定数Λを決定することにより、１次回折光Ｂ１ｓｔをリング型共振器１４に結合することができる。
【００６３】
図１に示すように、この実施の形態では、入射光ＢＩＮの伝播方向と、光結合部１５における周回光ＢＲの伝播方向とのなす角Θは９０°に設定されている。つまり、回折格子１２は、１次回折光Ｂ１ｓｔを第１主面１６ａに対して平行に伝播させるような格子定数Λを有している必要がある。よって、この実施の形態では、回折格子１２の格子定数Λを、（１）式にΘ＝９０°を代入して、Λ＝λＳ／ｎｗ＝λＧに設定している。
【００６４】
つまり、この実施の形態のように、入射光ＢＩＮ及び出射光ＢＯＵＴが、第１主面１６ａに対して垂直に入出射する場合、回折格子１２の格子定数Λは、周回光ＢＧの波長λＧと等しく設定されている。
【００６５】
次に、図１を参照して、光共振器１０の動作について説明する。
【００６６】
入射光ＢＩＮは、基板１６の第２主面１６ｂ側から第１主面１６ａへと垂直に入射される。そして入射光ＢＩＮは、第１主面１６ａに作り付けられた回折格子１２により回折される。
【００６７】
回折格子１２の格子定数Λは、上述の（１）式に従って決定されているので、特定波長λＳの入射光ＢＩＮは、回折格子１２により回折され、第１主面１６ａに対して平行に伝播する１次回折光Ｂ１ｓｔが発生する。
【００６８】
１次回折光Ｂ１ｓｔは、リング型共振器１４の位相整合条件を満たしているので、光結合部１５においてリング型共振器１４に結合される。
【００６９】
リング型共振器１４に結合された１次回折光Ｂ１ｓｔは、周回光ＢＲとしてリング型共振器１４、正確には導波層１４ｅを周回する。周回光ＢＲは、共振により、周回の過程で波長λＧへと波長選択される。また、リング型共振器１４には１次回折光Ｂ１ｓｔが次々と結合されていくので、周回光ＢＲの光強度は、周回とともに増加していく。
【００７０】
リング型共振器１４を周回する周回光ＢＲの光強度が十分に大きくなると、周回光ＢＲは、光結合部１５を介してリング型共振器１４から回折格子１２へと結合される。
【００７１】
リング型共振器１４に結合された周回光ＢＲは、回折格子１２により回折され、入射光ＢＩＮとは逆の経路を辿って、波長λＳに波長選択された出射光ＢＯＵＴとして、第２主面１６ｂから垂直に出射される。
【００７２】
次に、図２を参照して、光共振器１０のシミュレーション結果について説明する。
【００７３】
図２は、光共振器１０の波長選択性の説明に供する図である。図２の縦軸は、出射光ＢＯＵＴと入射光ＢＩＮの光強度比率（ＢＯＵＴ／ＢＩＮ）を示し、及び横軸は、出射光ＢＯＵＴの波長λＳ（μｍ）を示す。
【００７４】
シミュレーションは、２次元ＦＤＴＤ（Finite Difference Time Domain）法により実行した。また、シミュレーションに当っては、各部の寸法及び条件を、以下に列記するように設定した。
（１）リング型共振器１４の基材１４ｄ、及び基板１６の屈折率を、プラスチックや光学ガラスの屈折率に相当する１．７に設定した。
（２）導波層１４ｅの屈折率を、Ｓｉの屈折率に相当する３．４とした。
（３）リング型共振器１４は、屈折率が１．３の媒質Ｍ中に配置されていると仮定した。なお、屈折率が１．３の媒質Ｍとは、例えば水に相当する。
（４）回折格子１２の格子溝の深さを２０ｎｍに設定した。
（５）回折格子１２の格子定数Λを、（１）式より３６０ｎｍに設定した。
（６）導波層１４ｅの厚みを１４０ｎｍに設定した。
（７）リング型共振器１４の円形断面の直径を２．５μｍに設定した。
（８）基板１６の厚み（第１主面１６ａと第２主面１６ｂとの距離）を無限大に設定した。
（９）入射光ＢＩＮの波長は、０．９２１μｍから０．００１５μｍ刻みで０．９２６４μｍまで変化させた。ここで、入射光ＢＩＮの光強度は、波長によらず一定とした。
【００７５】
以上のような条件でシミュレーションを行った結果、光共振器１０は、０．９２３７μｍの波長ピーク値を有し、かつ半値幅が１．４ｎｍである出射光ＢＯＵＴを出射することが明らかになった。光共振器１０が示す波長選択性（半値幅１．４ｎｍ）は、従来型のリング型共振器とほぼ同等である。
【００７６】
また、上述の条件から求められる回折格子１２とリング型共振器１４との間の光結合効率は約３％である。しかし、光共振器１０は、共振波長（０．９２３７μｍ）において、入射光ＢＩＮの約５５％に相当する光強度の出射光ＢＯＵＴを出射している。
【００７７】
次に、光共振器１０の奏する効果について説明する。
【００７８】
＜効果１＞
光共振器１０は、回折格子１２が形成された第１主面１６ａにリング型共振器１４を配置するという簡単な構造であるにもかかわらず、従来技術と同等の波長選択性を維持しつつ、入射光ＢＩＮ及び出射光ＢＯＵＴを空間光とすることができる。
【００７９】
＜効果２＞
導波層１４ｅの厚みｄをλＧ／２に設定し、並びに無反射コーティング膜１６ｃ及び１６ｄの厚みを、それぞれλＳ／（４ｎ１６ｃ）及びλＳ／（４ｎ１６ｄ）に設定した。これにより、光共振器１０で発生する、波長λＳに近い波長を有する反射光（迷光）を低減することができる。その結果、出射光ＢＯＵＴの消光特性（図２のピーク強度に対するバックグラウンド強度の比率）を向上させることができる。
【００８０】
次に、光共振器１０の設計条件及び変形例について説明する。
【００８１】
＜設計条件１＞
この実施の形態では、入射光ＢＩＮを基板１６の第２主面１６ｂ側から第１主面１６ａへと入射させた場合について説明した。しかし、入射光ＢＩＮは、第１主面１６ａ側から入射させてもよい。
【００８２】
＜設計条件２＞
この実施の形態では、１次回折光Ｂ１ｓｔをリング型共振器１４に結合する場合について説明した。しかし、リング型共振器１４に結合される光は、１次回折光Ｂ１ｓｔには限定されない。リング型共振器１４との間で位相整合条件が成り立てば、２次以上の高次回折光をリング型共振器１４に結合してもよい。
【００８３】
＜設計条件３＞
この実施の形態では、第１主面１６ａに対して平行に伝播する１次回折光Ｂ１ｓｔをリング型共振器１４に結合する場合について説明した。しかし、リング型共振器１４に結合される光は、第１主面１６ａに対して平行に伝播する必要はない。ただし、この場合、リング型共振器１４に結合される光は、リング型共振器１４の周面１４ｂ上における任意の点での接線に沿った方向に伝播し、かつリング型共振器１４との間で位相整合条件を満たす必要がある。
【００８４】
＜設計条件４＞
この実施の形態では、入射光ＢＩＮ及び出射光ＢＯＵＴを基板１６の第１主面１６ａに対して垂直に入出射する場合について説明した。しかし、入射光ＢＩＮ及び出射光ＢＯＵＴは、第１主面１６ａに対して斜めに入出射させることも可能である。
【００８５】
斜め入射において、基板１６の第１主面１６ａに平行に伝播する１次回折光Ｂ１ｓｔをリング型共振器１４に結合させる場合には、回折格子１２の格子定数Λを調整する必要がある。つまり、上述の（１）式において、Θを、所望の入射角（≠９０°）に設定して、格子定数Λを決定する必要がある。
【００８６】
＜設計条件５＞
この実施の形態では、回折格子１２の格子定数が一定値Λをとる場合について説明した。しかし、回折格子１２の格子定数は、少なくともΛを含んでいれば、一定値である必要はない。発明者のシミュレーションによる評価では、格子定数が、Λの周りで約±１０％乱れたとしても光共振器１０は、実用上十分な波長選択性を示すことが明らかとなっている。
【００８７】
また、回折格子１２の格子定数は、Λを含むことを条件としてランダムであってもよい。つまり、回折格子１２として、すりガラス状のものや、引っかき傷状のものを用いてもよい。
【００８８】
この場合には、回折格子１２の波長選択性が劣るために、リング型共振器１４には、様々な波長の入射光が結合される。そして、リング型共振器１４からは、上述した共振条件（Ｌ＝ｍλＧ）を満たす、様々な波長の出射光が波長選択されて出射される。
【００８９】
しかし、発明者らのシミュレーションによれば、Λをランダムにした場合には、共振条件を満たす波長であっても、出射光として出射されないものが存在することが明らかとなった。つまり、この場合、上述のｍ（１以上の整数）に抜けが存在することが明らかとなった。
【００９０】
よって、この場合に、波長選択された出射光を得るためには、入射光として、上述した出射されない波長以外の波長の光を用いることが必要である。
【００９１】
＜設計条件６＞
また、リング型共振器１４の共振の強さ（Ｑ値）を上げるためには、リング型共振器１４に対する１次回折光Ｂ１ｓｔの結合効率は小さい方がよい。この結合効率を小さくするため手法としては、以下の二つの手法が考えられる。
（手法１）：光結合部１５の間隙の幅を広げる。
（手法２）：回折格子１２の回折効率を低下させる。
【００９２】
（手法１）に関して言えば、光結合部１５の間隙の幅を広くすればよい。実用上許容できる大きさの結合効率を得ることができる間隙の幅は、最大で数百ｎｍである。なお、共振の強さ（Ｑ値）が小さくともよい場合は、間隙の幅は０ｎｍ、つまり回折格子１２とリング型共振器が接触していてもよい。
【００９３】
（手法２）に関して言えば、回折格子１２がレリーフ型回折格子の場合には、格子溝の深さを浅くすればよい。また、回折格子が屈折率変調型回折格子の場合には、周期的に並んだ高屈折率領域と低屈折率領域との屈折率差を小さくすればよい。
【００９４】
＜設計条件７＞
この実施の形態では、リング型共振器１４に導波層１４ｅを設けた場合について説明した。しかし、リング型共振器１４の屈折率が、リング型共振器１４が配置されている媒質Ｍの屈折率よりも十分に大きい場合には、導波層１４ｅを設ける必要はない。
【００９５】
この場合には、周回光ＢＲをいわゆるWhispering Gallery Mode現象（以下、「ＷＧＭ現象」と称する。）により、リング型共振器１４の表面付近に閉じ込めて伝播させることができる。その結果、導波層１４ｅを設けた場合と同等の作用を奏するリング型共振器１４が得られる。
【００９６】
＜設計条件８＞
この実施の形態では、基板１６の第１及び第２主面１６ａ及び１６ｂに無反射コーティング膜１６ｃ及び１６ｄを設けた場合について説明した。しかし、基板１６による反射光（迷光）が許容できるのであれば、無反射コーティング膜１６ｃ及び１６ｄは設ける必要がない。
【００９７】
＜設計条件９＞
この実施の形態では、周回型共振器として、円柱状のリング型共振器１４を用いた場合について説明した。しかし、周回型共振器は、リング型共振器１４には限定されない。例えば、３枚以上の反射鏡を用い、光路がリング状になるように構成された周回型共振器を用いてもよい。
【００９８】
＜変形例１＞
図３を参照して、この実施の形態の光共振器１０の変形例について説明する。図３は、変形例に係る光共振器の構造を概略的に示す斜視図である。
【００９９】
図３に示した光共振器２０は、周回型共振器として球状のリング型共振器２２を用いている点が、光共振器１０と異なっている。したがって、以下の説明では、主に、この相違点について説明する。
【０１００】
光結合部１５でリング型共振器２２に結合された周回光ＢＲは、回折により伝播方向が拡散する。つまり、図３に模式的に示したように、リング型共振器２２において、光結合部１５から互いに異なる方向に伝播する周回光、例えばＢＲ１とＢＲ２とが存在する。そして、これらの周回光ＢＲ１及びＢＲ２は、リング型共振器２２の大円に沿って進行し、再び光結合部１５で収束するように伝播する。
【０１０１】
つまり、球状のリング型共振器２２では、周回光ＢＲは、一点（光結合部１５）で収束するように伝播するので、周回光ＢＲの拡散による光強度の減少を抑えることができる。その結果、光共振器２０の波長選択性や、共振の強さ（Ｑ値）を、光共振器１０に比べて良好なものにすることができる。
【０１０２】
（実施の形態２：光共振器アレイ）
図４を参照して、実施の形態２の光共振器アレイについて説明する。図４（Ａ）は、光共振器アレイ３０の構造を概略的に示す斜視図である。図４（Ｂ）は、光共振器アレイの要部拡大平面図である。
【０１０３】
光共振器アレイ３０は、共通基板３２と、光共振器２０，２０，・・・とを備えている。
【０１０４】
図４（Ａ）に示すように、光共振器アレイ３０は、共通基板３２に、＜変形例１＞で説明した光共振器２０が２次元的に配列された構造を有する。
【０１０５】
共通基板３２は、第１主面３２ａと、第１主面３２ａに平行に対向する第２主面３２ｂとを備えた平行平板である。共通基板３２は、上層３３ａと下層３３ｂとが積層された構造を有する。
【０１０６】
上層３３ａは第１主面３２ａ側に配置され、及び下層３３ｂは第２主面３２ｂ側に配置される。上層３３ａと下層３３ｂの境界面３４には、全面にわたってレリーフ型の回折格子１２が形成されている。上層３３ａは、好ましくは、例えば感光性樹脂を材料として形成されている。下層３３ｂは、好ましくは、例えば光学ガラスを材料として形成されている。
【０１０７】
上層３３ａには、球状のリング型共振器２２を固定するために、平面形状が正方形の開口３８，３８，・・・が形成されている。これらの開口３８，３８，・・・は、互いに同形である。また、これらの開口３８，３８，・・・は、４行５列の２次元マトリックス状に配置されている。
【０１０８】
個々の開口３８は上層３３ａを厚み方向に貫通して形成されている。従って、開口３８の底部からは、境界面３４に形成された回折格子１２が露出する。なお、図４（Ｂ）に示すように、回折格子１２の格子溝は、個々の開口３８の対角線方向に沿って延在している。また開口３８が形成する正方形の１辺は、リング型共振器２２の直径よりも長い長さに設定されている。
【０１０９】
リング型共振器２２，２２，・・・は、共通基板３２の第１主面３２ａ側に配置されている。より詳細には、リング型共振器２２，２２，・・・は、開口３８，３８，・・・のそれぞれに１個ずつ配置されている。リング型共振器２２は、開口３８から露出する回折格子１２の上空に、光結合部となるべき間隔だけ離間して、それぞれ配置されている。
【０１１０】
リング型共振器２２の表面と、開口３８の側面との間には、所定の間隔が設けられており、両者は直接接触しない。これは、両者２２及び３８が接触すると、接触部において、リング型共振器２２を周回する周回光ＢＲが散乱されるおそれがあるためである。
【０１１１】
次に、光共振器アレイ３０の応用例について説明する。
【０１１２】
光共振器アレイ３０は、例えば、化学物質のセンサや、光通信用の波長フィルタとして応用することができる。
【０１１３】
化学物質のセンサとして応用する場合には、リング型共振器２２，２２，・・・の表面のそれぞれを、異なる化学物質と結合する官能基で化学修飾しておく。
【０１１４】
リング型共振器２２に検出対象である化学物質が結合すると、リング型共振器２２の導波層１４ｅの等価屈折率が変化する。従って、リング型共振器２２の共振条件が変化する。その結果、リング型共振器２２から出射される出射光の強度が変化する。この出射光の強度変化を受光器で検出することにより、特定の化学物質の有無を知ることができる。
【０１１５】
より具体的には、センサとして応用する場合には、共通基板３２の第２主面１６ｂ側に光源とカメラとを配置する態様が考えられる。すなわち、光源から一様な強度の入射光を光共振器アレイ３０に向けて照射し、光共振器アレイ３０から出射される出射光をカメラで撮影する。そして、写真に現れた出射光の濃淡のパターンより、化学物質の有無を確認する。
【０１１６】
各々異なる官能基で化学修飾されたリング型共振器２２，２２・・・を数百〜数千まで増やすことにより、このセンサは、一度に数百〜数千の化学物質の有無や濃度を知ることができる。
【０１１７】
また、波長フィルタとして応用する場合には、個々のリング型共振器２２，２２，・・・に対して、入射光を入射させる光ファイバアレイを設ける態様が考えられる。
【０１１８】
そして、光ファイバアレイから、リング型共振器２２，２２，・・・のそれぞれに入射光を入射させ、波長選択された出射光を再び光ファイバアレイに結合させる。
【０１１９】
次に、光共振器アレイ３０の奏する効果について説明する。
【０１２０】
＜効果１＞
光共振器アレイ３０では、単純な構造を有する光共振器２０を複数個集積しているので、化学物質センサや波長フィルタなどの装置への応用に当り、装置を小型化することができる。また、装置のコストを低減することができる。
【０１２１】
次に、光共振器アレイ３０の設計条件について説明する。
【０１２２】
＜設計条件１＞
この実施の形態では、共通基板３２として、材料が異なる上層３３ａと下層３３ｂとを積層した場合について説明した。しかし、共通基板３２は、単一の材料から形成されていてもよい。この場合には、押しつけスタンプやキャスティング等の方法で、底面に回折格子１２を有する凹部（開口３８に対応）を形成する。そして、この凹部にリング型共振器２２を配置すればよい。
【０１２３】
＜設計条件２＞
この実施の形態では、リング型共振器２２と共通基板３２とを積極的には固定しない場合について説明した。しかし、リング型共振器２２を共通基板３２に固定してもよい。例えば、リング型共振器２２又は共通基板３２を磁性材料で形成し、磁界により両者を固定してもよい。また、リング型共振器２２の周囲を樹脂により埋め込んでもよい。また、周回光ＢＲの伝搬を阻害しない範囲で、開口３８の側面とリング型共振器２２の周面とを溶着してもよい。
【０１２４】
＜設計条件３＞
この実施の形態では、平面形状が正方形状の開口３８を用いた場合について説明した。しかし、開口３８の平面形状は、正方形状には限定されない。リング型共振器２２を周回する周回光ＢＲの伝播を妨げなければ、任意の平面形状とすることができる。例えば、三角形状や楕円形状とすることができる。
【０１２５】
＜設計条件４＞
この実施の形態では、周回型共振器として、球状のリング型共振器２２を用いた場合について説明した。しかし、周回型共振器として、（実施の形態１）で説明した円柱状のリング型共振器１４を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１２６】
【図１】光共振器の構造を概略的に示す斜視図である。
【図２】光共振器の波長選択性の説明に供する図である。
【図３】変形例に係る光偏光器の構造を概略的に示す斜視図である。
【図４】（Ａ）は、光共振器アレイの構造を概略的に示す斜視図である。（Ｂ）は、光共振器アレイの要部拡大平面図である。
【符号の説明】
【０１２７】
１０，２０  光共振器
１２  回折格子
１４，２２  リング型共振器
１４ａ  端面
１４ｂ  周面
１４ｃ  中心軸
１４ｄ  基材
１４ｅ  導波層
１５  光結合部
１６  基板
１６ａ，３２ａ  第１主面
１６ｂ，３２ｂ  第２主面
１６ｃ，１６ｄ  無反射コーティング膜
３０  光共振器アレイ
３２  共通基板
３３ａ  上層
３３ｂ  下層
３８  開口
【図１】
2008065186.tif 000003
【図２】
2008065186.tif 000004
【図３】
2008065186.tif 000005
【図４】
2008065186.tif 000006