(57)【要約】【課題】共振波長を双方向に高精度且つ広稼動範囲で調整できるＱ値の高い光学素子及び共振装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明に係る光学素子は、基板と、前記基板上に配置され、光の伝搬方向に沿って周期的に誘電率が変化するフォトニック結晶の表面に一列の複数の穴を形成したチャネル型の半導体導光路と、前記半導体導光路に形成された穴の少なくとも１つに充填された光電効果のあるポリマーと、前記ポリマーが充填される前記半導体導光路の穴を電気力線が経由するように前記基板上に配置された一対の電極と、を備える。【選択図】図１４
2008298912.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に配置され、光の伝搬方向に沿って周期的に誘電率が変化するフォトニック結晶の表面に一列の複数の穴を形成したチャネル型の半導体導光路と、
前記半導体導光路に形成された穴の少なくとも１つに充填された光電効果のあるポリマーと、
前記ポリマーが充填される前記半導体導光路の穴を電気力線が経由するように前記基板上に配置された一対の電極と、
を備える光学素子。
【請求項２】
基板と、
前記基板上に配置され、光の伝搬方向に沿って周期的に誘電率が変化するフォトニック結晶を伝搬する光の伝搬経路上の前記フォトニック結晶の表面に一列の複数の穴を形成し、光の伝搬経路の両側の前記フォトニック結晶の表面に複数の穴を有するスラブ型の半導体導光路と、
前記半導体導光路に形成された穴の少なくとも１つに充填された光電効果のあるポリマーと、
前記ポリマーが充填される前記半導体導光路の穴を電気力線が経由するように前記半導体導光路上に形成された一対の電極と、
を備える光学素子。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の光学素子において、前記半導体導光路に形成された前記一列の複数の穴は偶数個であり、前記ポリマーは、前記半導体導光路に形成された前記一列の複数の穴のうち、列の中央に対して対称の位置にある穴に充填されることを特徴とする光学素子。
【請求項４】
請求項１から３に記載のいずれかの光学素子において、前記基板は、前記半導体導光路の光の伝搬経路の下を空間とする中空形状であることを特徴とする光学素子。
【請求項５】
請求項１から４に記載のいずれかの光学素子において、前記ポリマーは液晶であることを特徴とする光学素子。
【請求項６】
請求項１から５に記載のいずれかの光学素子と、前記半導体導波路内での光の共振波長をモニタし、共振波長の変動に対して共振波長が所定の値に近づくように前記一対の電極間の電圧を変化させるフィードバック回路と、を有する共振装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信等の光伝送媒体の一部において共振する光の波長を固定させる光学素子及びそれを利用した共振装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光共振器（以下共振器）は、波長多重光通信方式におけるフィルターや変調器、および発光素子などの各種素子機能を実現する集積化光システムに不可欠な素子である。これまでにフォトニック結晶や微小リングにより実現され、一部実用の段階にある（例えば特許文献１を参照。）。
【特許文献１】特開２００１−１５４０４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
フォトニック結晶を利用した共振器の場合、構成する材料の屈折率が温度で変動するため、光共振波長に温度依存性がある。共振器のＱ値が高くなればなるほど、共振できる光の波長幅が狭くなる。例えば、Ｑ値が１０６の共振器の場合、共振波長の半値幅は１．５ｐｍ程度であり、共振器の環境や温度の依存性は高い。一般に、半導体は屈折率の温度依存性が大きく、シリコンの場合、温度が１度上昇すると屈折率は１０−４程度変化する。例えば、波長１．５５μｍの光であれば共振波長は０．０６ｎｍ／Ｋの割合で変化する。この変化量は、Ｑ値が１０６の共振器であれば、温度が０．０２度変動したときに出力光の強度に３ｄＢの損失が生ずることになる。
【０００４】
そのため、Ｑ値の高い共振器には共振波長を固定させる共振ロッキング機能が必要である。従来、シリコン屈折率を調整することで共振ロッキング機能を実現していた。シリコン屈折率を調整するためには、温度又は電流を調整する二つの手段があった。それぞれの手段を用いた共振器の共振波長を制御する性能を表１に示す。
【表１】
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【０００５】
表１のように、温度調整手段の屈折率による共振波長の調整方向は共振波長を長くする方向だけである。また、電流調整手段の屈折率による共振波長の調整方向は共振波長を短くする方向だけである。さらに、電流調整手段の場合、共振波長の調整精度は高いが、稼動範囲が狭くキャリアが吸収されるという課題がある。一方、温度調整手段の場合、稼動範囲は広いが、共振波長の調整精度及び調整速度に課題がある。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、共振波長を双方向に高精度且つ広稼動範囲で調整できるＱ値の高い光学素子及び共振装置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】
前記目的を達成するために、本発明に係る光学素子及び共振装置は、複数の穴が形成され、その穴に光電効果のあるポリマーが充填されたフォトニック結晶で構成される。
【０００８】
具体的には、本発明に係る光学素子は、基板と、前記基板上に配置され、光の伝搬方向に沿って周期的に誘電率が変化するフォトニック結晶の表面に一列の複数の穴を形成したチャネル型の半導体導光路と、前記半導体導光路に形成された穴の少なくとも１つに充填された光電効果のあるポリマーと、前記ポリマーが充填される前記半導体導光路の穴を電気力線が経由するように前記基板上に配置された一対の電極と、を備える。
【０００９】
また、本発明に係る光学素子は、基板と、前記基板上に配置され、光の伝搬方向に沿って周期的に誘電率が変化するフォトニック結晶を伝搬する光の伝搬経路上の前記フォトニック結晶の表面に一列の複数の穴を形成し、光の伝搬経路の両側の前記フォトニック結晶の表面に複数の穴を有するスラブ型の半導体導光路と、前記半導体導光路に形成された穴の少なくとも１つに充填された光電効果のあるポリマーと、前記ポリマーが充填される前記半導体導光路の穴を電気力線が経由するように前記半導体導光路上に形成された一対の電極と、を備える。
【００１０】
電界を変化させることでポリマーの屈折率が変化する。従って、電界の強度や方向を調整することで共振波長を双方向に、高精度且つ広稼動範囲で調整することができる。
【００１１】
本発明に係る光学素子の前記半導体導光路に形成された前記一列の複数の穴は偶数個であり、前記ポリマーは、前記半導体導光路に形成された前記一列の複数の穴のうち、列の中央に対して対称の位置にある穴に充填されてもよい。
【００１２】
本発明に係る光学素子の前記基板は、前記半導体導光路の光の伝搬経路の下を空間とする中空形状であることが好ましい。
【００１３】
フォトニック結晶内を伝搬する光のうち基板へ漏れるエバネッセント波の漏れ量を少なくして光の伝搬損失を小さくすることができる。
【００１４】
本発明に係る光学素子の前記ポリマーは液晶とすることができる。
【００１５】
本発明に係る共振装置は、前記光学素子と、前記半導体導波路内での光の共振波長をモニタし、共振波長の変動に対して共振波長が所定の値に近づくように前記一対の電極間の電圧を変化させるフィードバック回路と、を有する。
【００１６】
フィードバック回路により共振波長のずれ量を補正するように電界を変化させることで共振波長を固定（ロック）することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、共振波長を双方向に高精度且つ広稼動範囲で調整できるＱ値の高い光学素子及び共振装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下に説明する実施の形態は本発明の構成の例であり、本発明は、以下の実施の形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
【００１９】
（第一実施形態）
本実施形態の光学素子は、基板と、前記基板上に配置され、光の伝搬方向に沿って周期的に誘電率が変化するフォトニック結晶の表面に一列の複数の穴を形成したチャネル型の半導体導光路と、前記半導体導光路に形成された穴の少なくとも１つに充填された光電効果のあるポリマーと、前記ポリマーが充填される前記半導体導光路の穴を電気力線が経由するように前記基板上に配置された一対の電極と、を備える。
【００２０】
図１から図４に本実施形態の光学素子１０１から光学素子１０４の概略構成図を示す。光学素子１０１から光学素子１０４は、基板２１と、チャネル型の半導体導光路２６と、半導体導光路２６に形成された穴に充填された光電効果のあるポリマー７０と、一対の電極２３ａ及び電極２３ｂと、を備える。
【００２１】
基板２１は、後述するチャネル型の半導体導光路２６を支持するために設けられている。本実施形態では、基板２１としてＳｉＯ２基板が適用される。また、図１から図４に示すように、基板２１はシリコン基板３３の上に形成されていてもよい。
【００２２】
半導体導光路２６は、共振特性を有するフォトニック結晶である。フォトニック結晶は、半導体導光路２６の上面に円状の穴２４を光の伝搬方向に向かって一列に配列し、穴２４の空いた部分と他の部分とで屈折率に差を生じさせて実現できる。すなわち、半導体導光路２６は一次元のフォトニック結晶である。穴２４は、例えば、半導体導光路２６である半導体を積層した後に、ドライエッチングによりエッチングして形成することができる。穴２４の間隔Ｄは、半導体導光路２６内を伝搬する光５１の半導体導光路２６内での波長をλとしてλ／（４ｎ）（但し、ｎは自然数とする。）に設定される。フォトニック結晶の共振特性は、半導体導光路２６となる半導体の材料の屈折率に応じて変わりうるため、上記間隔Ｄは、半導体導光路２６となる半導体の材料に応じて適宜定められる。本実施例では半導体導光路２６の材料はシリコンとする。また、半導体導光路２６の幅ｗは０．４μｍ、高さｄは０．２μｍとしている。半導体導光路２６は表面に半径０．１μｍの穴を周期的（穴２４の中心の間隔Ｄが０．４２μｍ）に形成する穴列部分と穴列を形成しない部分とを持つ。穴列を形成しない部分が共振器２８となる。本実施例では共振器２８の長さを０．６３μｍとし、共振器２８の両側にそれぞれ六つの穴列を形成した。穴２４の数は設計により適宜変更することができる。
【００２３】
ポリマー７０は、高い光電効果を持ち、電界の強度で屈折率が変化する。ポリマー７０は、例えば、液晶、発色団（ｃｈｒｏｍｏｐｈｏｒｅ）、メタクリル酸メチル樹脂又は架橋ポリウレタン（ｃｒｏｓｓｌｉｎｋｅｄ  ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ）である。本実施例では液晶である。また、ポリマー７０は、半導体導光路２６に形成された穴２４の少なくとも１つに充填される。
【００２４】
図１の光学素子１０１及び図４の光学素子１０４では、共振器２８に最近接の二つの穴２４にポリマー７０を入れた構造である。図２の光学素子１０２では、共振器２８から２番目の二つの穴２４にポリマー７０を入れた構造である。図３の光学素子１０３では、全ての穴２４にポリマー７０を入れた構造である。なお、図１から図３には、共振器２８に対して左右対称の位置の穴２４にポリマー７０を充填しているが、左右非対称の位置の穴２４にポリマー７０を充填してもよい。また、いずれか一つの穴２４にポリマー７０を充填してもよい。
【００２５】
電極２３ａ及び電極２３ｂは、ポリマー７０が充填される半導体導光路２６の穴２４を電気力線が経由するように基板２１上に配置される。電極２３ａと電極２３ｂとの間に印加する電圧を変化させることでポリマー７０に印加される電界の強度を変えることができる。
【００２６】
ポリマー７０に電界を印加することで、ポリマー７０の屈折率を変化させることができる。ポリマー７０を充填する穴２４の位置とポリマー７０の屈折率を１．５から１．６へ変化させたときの共振波長の変化量について調査した。結果を図５の丸印に示す。横軸にポリマー７０を充填する穴２４の位置を示す。１は共振器２８から最も近い両側の穴にポリマー７０を充填した図１の光学素子１０１の場合である。２は共振器２８から２番目に離れた両側の穴にポリマー７０を充填した図２の光学素子１０２の場合である。３は共振器２８から３番目に離れた両側の穴にポリマー７０を充填した光学素子の場合である。縦軸は屈折率変化量（Δｎ＝０．１）における共振波長の変化量である。図５のように、共振波長の変化量はポリマー７０が充填された穴２４の位置（共振器２８からの距離）によって、指数関数的に変化する。
【００２７】
次に、図４の光学素子１０４についてポリマー７０の屈折率と光学素子１０４を透過した光のスペクトルとの関係をシミュレーションした結果を図６に示す。ポリマー７０の屈折率を１．５から１．６まで増加させると、共振波長は２．４ｎｍだけ増加した。図２の光学素子１０２について同様にシミュレーションした結果、共振波長は０．８５ｎｍだけ増加した。また、図３の光学素子１０３について同様にシミュレーションした結果、共振波長は４ｎｍ増加した。
【００２８】
ポリマー７０が充填される穴２４の位置や数で電界の変動量に対する共振波長の変動量の大きさや制御精度が変わる。従って、共振器２８からの距離が異なる穴２４を選択し、ポリマー７０を充填することで適切な性能の光学素子を設計することができる。
【００２９】
すなわち、光学素子１０１から光学素子１０４は、フォトニック結晶のバンドギャップを変化させることなく、共振器２８の共振準位をコントロールすることができる特長を持つ。そのため、光学素子１０１から光学素子１０４のいずれかを光回路のチップに集積した場合、温度がチップ面内で時間的に変動しても、温度とは独立して共振波長を制御することができる。
【００３０】
実験的に測定される光学素子のＱ値であるトータルＱｔｏｔａｌは共振器の内部Ｑ（Ｑｏ）と外部Ｑ（Ｑｅｘｔ）とにより数１で示される。
【数１】
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【００３１】
ここで、光学素子１０１から光学素子１０４ではＱ０＞Ｑｅｘｔであることが解析されており、ＱｔｏｔａｌはＱｅｘｔの影響が大きい。穴２４にポリマー７０を充填した場合、Ｑｏへの影響は小さいがＱｅｘｔは下がる。そのため、ＱｅｘｔをＱｏより大きくすることでＱｔｏｔａｌの低下を抑える必要がある。例えば、片側の穴列における穴の数を７以上にすることでＱｅｘｔが大きくなりＱｔｏｔａｌの低下を抑制することができる。しかし、現在の製作技術では穴列における穴の数を７以上にすると光の透過が困難になることが知られている。そこで、穴列の穴の数を６以下とし、ポリマーを充填した穴の数を減らすこととした。
【００３２】
本実施例の場合、光学素子１０４のＱ値は１０００である。一方、全部の穴２４にポリマー７０を入れる光学素子１０３はポリマー７０の屈折率を１．５から１．６まで変化させると、Ｑ値は５５０に下がる。
【００３３】
このように、光学素子１０１、光学素子１０２及び光学素子１０４のように一部の穴２４にのみポリマー７０を入れた場合、Ｑ値の変動は少なく高Ｑ値を維持することができる。特に、共振器２８に接する穴にのみポリマー７０を封入した図１の光学素子１０１は高いＱ値を保ち、共振波長の稼動範囲を広くすることができる。従って、本実施形態の光学素子を用いることでＱ値が高く、広い温度範囲で共振波長を高精度でロックできる共振装置を提供できる。
【００３４】
次に、光学素子１０４と図１の光学素子１０１との違いを説明する。図４の光学素子１０４の基板２１は、半導体導光路２６の光の伝搬経路の下を空間とする中空形状である。
【００３５】
光学素子１０４と図１の光学素子１０１との違いは、基板２１の一部を除去しており、半導体導光路２６の下を中空の溝７５としたエアーブリッジ構造としていることである。表２にエアーブリッジ構造の有無における光学素子のＱ値についてシミュレーションした結果を示す。本シミュレーションは、共振器２８の両側の穴列を４つとした場合で行っている。表２の結果によると、エアーブリッジ構造とすることで、Ｑ０は三倍に増加して、ＱｅｘｔとＱｔｏｔａｌも増加する。従って、エアーブリッジ構造とすることで光学素子を透過する光の漏れを防止することができる。
【表２】
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【００３６】
以上説明したように、半導体導光路２６に設けた穴２４にポリマー７０を充填し、その屈折率を外部電界によって制御することで、共振波長を双方向に高精度且つ広稼動範囲で調整できるＱ値の高い光学素子を提供することができる。そのため、本実施形態の光学素子は広い温度範囲で共振波長をロックすることができる。また、本実施形態の光学素子は１０μｍ程度の長さであり、通常の内部全反射型の導光路と同じ形状を持つため、カップリングが容易である。
【００３７】
（第二実施形態）
本実施形態の光学素子は、基板と、前記基板上に配置され、光の伝搬方向に沿って周期的に誘電率が変化するフォトニック結晶を伝搬する光の伝搬経路上の前記フォトニック結晶の表面に一列の複数の穴を形成し、光の伝搬経路の両側の前記フォトニック結晶の表面に複数の穴を有するスラブ型の半導体導光路と、前記半導体導光路に形成された穴の少なくとも１つに充填された光電効果のあるポリマーと、前記ポリマーが充填される前記半導体導光路の穴を電気力線が経由するように前記半導体導光路上に形成された一対の電極と、を備える。
【００３８】
図７から図１０に、本実施形態の光学素子２０１から光学素子２０４の概略構成図を示す。光学素子２０１から光学素子２０４は、基板２１と、スラブ型の半導体導光路２２と、半導体導光路２２に形成された穴に充填された光電効果のあるポリマー７０と、一対の電極２３ａ及び電極２３ｂと、を備える。
【００３９】
基板２１は、光学素子２０１から光学素子２０４をエアーブリッジ構造とするための溝７５が形成されている。
【００４０】
半導体導光路２２は、共振特性を有するフォトニック結晶である。フォトニック結晶は、半導体導光路２２の上面に円状の穴２４を六角形周期で配列し、穴２４の空いた部分とそうでない部分とに屈折率の差を設けることで実現できる。すなわち、半導体導光路２２は二次元のフォトニック結晶である。スラブ型半導体導光路２２内の光５２の伝搬経路においては、中心部の穴のない部分の両側に穴２４を３つづつ形成した穴列を形成する。穴列を形成しない部分が共振器２８となる。穴２４は図１の光学素子１０１で説明した方法で形成できる。穴２４の間隔Ｄは図１の光学素子１０１で説明の通りである。半導体導光路２２の材料は図１の半導体導光路２６の材料と同様である。本実施形態では、共振器２８の長さを０．６３μｍとし、穴２４は半径ｒ＝０．７８μｍでスラブ型半導体導光路２２の表面にＤ＝３．１２μｍの周期で設けられている。
【００４１】
ポリマー７０は、半導体導光路２２に形成された光５２の伝搬経路上の穴２４の少なくとも１つに充填される。
【００４２】
図７の光学素子２０１は、光５２の伝搬経路上であり共振器２８に最近接の二つの穴２４にポリマー７０を入れた構造である。図８の光学素子２０２は、光５２の伝搬経路上であり共振器２８から２番目の二つの穴２４にポリマー７０を入れた構造である。図９の光学素子２０３は、光５２の伝搬経路と垂直方向であり共振器２８に最近接の穴２４にポリマー７０を入れる構造である。図１０の光学素子２０４は、光５２の伝搬経路上の全ての穴２４にポリマー７０を入れた構造である。なお、図７から図９には、共振器２８に対して左右対称の位置の穴２４にポリマー７０を充填しているが、左右非対称の位置の穴２４にポリマー７０を充填してもよい。また、いずれか一つの穴２４にポリマー７０を充填してもよい。
【００４３】
図１から図４で説明したように、ポリマー７０が充填される穴２４の位置や数で電界の変動量に対する共振波長の変動量の大きさが変わる。そのため、光学素子２０１の目的に応じて、共振器２８からの距離が異なる穴を選択し、適切な性能を設計することができる。
【００４４】
電極２３ａ及び電極２３ｂは、ポリマー７０が充填される半導体導光路２２の穴２４を電気力線が経由するように半導体導光路２２上に形成される。電極２３ａ及び電極２３ｂは、図１の光学素子１０１で説明したようにポリマー７０に印加される電界の強度を変えることができる。
【００４５】
次に、ポリマー７０を充填する穴２４の位置とポリマー７０の屈折率を１．５から１．６へ変化させたときの共振波長の変化量について調査した。結果を図５の四角印に示す。１は共振器２８から最も近い両側の穴にポリマー７０を充填した図７の光学素子２０１の場合である。２は共振器２８から２番目に離れた両側の穴にポリマー７０を充填した図８の光学素子２０２の場合である。３は共振器２８から３番目に離れた両側の穴にポリマー７０を充填した光学素子の場合である。縦軸は共振波長の変化量である。実施形態１でチャネル型の半導体導波路２６で説明したようにスラブ型の半導体導波路２２においても同様の結果となった。
【００４６】
図１１は、ポリマー７０を充填した穴２４の位置毎に、図７から図１０のようなスラブ型の半導体導光路２２を持つ光学素子の共振波長とポリマー７０の屈折率との関係を示している。横軸にポリマー７０の屈折率を示し、縦軸に光学素子の共振波長を示す。図１１において、丸印は図７の光学素子２０１の場合、菱形は図８の光学素子２０２の場合、白丸は共振器２８から３番目の穴２４にポリマー７０を入れた構造の場合、三角は図９の光学素子２０３の場合、四角は図１０の光学素子２０４の場合を示している。
【００４７】
ポリマー７０を充填した穴２４の位置に関わらず、共振波長はポリマー７０の屈折率の増加に対してほぼ線形に増加する。図７の光学素子２０１及び図９の光学素子２０３の場合、ポリマー７０の屈折率を１．５から１．６に変化させると共振波長は５ｎｍ程度のシフトする。図８の光学素子２０２の場合、ポリマー７０の屈折率を１．５から１．６に変化させると共振波長は１．１ｎｍシフトする。この結果より、ポリマー７０の屈折率の変化が同じであっても、光５２の伝搬経路上の穴２４の全てにポリマー７０を充填することで共振波長は最も大きく変動する。また、図５よりホールの数が少なければ、共振波長範囲は一次元の構造より二次元の構造の方が広い。
【００４８】
次に、図１２に共振器２８の両側の非対称な位置の穴２４にポリマー７０を充填した場合の共振波長の変動を示す。横軸にポリマー７０の屈折率を示し、縦軸に光学素子の共振波長を示す。図１２において、四角は図７の光学素子２０１の場合、丸印は図８の光学素子２０２の場合、白丸は共振器２８の両側で非対称な位置の穴２４にポリマー７０を充填した場合を示している。光５２の入力側においては、共振器２８に最近接の穴２４にポリマー７０を充填し、光５２の出力側においては、共振器２８から２番目の穴２４にポリマー７０を充填している。図１２のように、共振器２８の両側の非対称な位置の穴２４にポリマー７０を充填した場合であっても共振波長を変動させることができる。
【００４９】
図７の光学素子２０１についてポリマー７０の屈折率と光学素子２０１を透過した光のスペクトルとの関係をシミュレーションした結果を図１３に示す。ポリマー７０の屈折率を１．５から１．５１まで増加させると、共振波長は０．５１ｎｍだけ増加した。スラブ型の半導体導光路の光学素子では、ポリマー７０の屈折率を０．１変化させることで、８０度の温度範囲に対応できる。これは実施形態１で説明したチャネル型の半導体導光路の光学素子に比べて約二倍の温度範囲である。従って、実施形態１で説明したチャネル型の半導体導光路の光学素子と同様に、スラブ型の半導体導光路の光学素子を光回路のチップに集積した場合、温度がチップ面内で時間的に変動しても、温度とは独立して共振波長を制御することができる。
【００５０】
また、図１３に示すように図７の光学素子２０１では２５０００の高いＱ値が得られた。スラブ型の半導体導光路２２の場合、Ｑｏ（＝４００００）でＱｅｘｔ（＝５００００）であるため、穴２４へのポリマー７０の充填によるＱｔｏｔａｌの低下はチャネル型の半導体導光路２６の光学素子より小さい。また、スラブ型の半導体導光路２２の光学素子の場合、チャネル型の半導体導光路２６の光学素子に比べてＱｏが大きくＱｅｘｔが小さい傾向がある。そのため、数式１の関係により、ポリマー７０を穴２４に充填してＱｅｘｔが変化してもＱｔｏｔａｌへの影響は小さい。
【００５１】
図７の光学素子２０１の場合、ポリマーの屈折率を１．５から１．６に変化させても、Ｑｔｏｔａｌは２４０００から２２０００に変化するだけで、高いＱ値を維持できる。
【００５２】
このように、光学素子２０１から光学素子２０４のように、スラブ型の半導体導光路２２の穴２４にポリマー７０を充填することで、Ｑ値の変動は少なく高Ｑ値を維持することができる。また、ポリマー７０を充填した穴２４の位置により共振波長の調整精度を変えることができる。従って、本実施形態の光学素子を用いることでＱ値が高く、広い温度範囲で共振波長を高精度でロックできる共振装置を提供できる。
【００５３】
（第三実施形態）
本実施形態の共振装置は、第一実施形態又は第二実施形態で説明した光学素子と、前記半導体導波路内での光の共振波長をモニタし、共振波長の変動に対して共振波長が所定の値に近づくように前記一対の電極間の電圧を変化させるフィードバック回路と、を有する。
【００５４】
図１４に、本実施形態の共振装置３０１の概略構成図を示す。共振装置３０１は、光学素子１０１と、フィードバック回路３５１と、を有する。
【００５５】
フィードバック回路３５１は、半導体導波路２６内での光の共振波長をモニタする受光器９１と、共振波長の変動に対して共振波長が所定の値に近づくように電極２３ａと電極２３ｂとの間の電圧を変化させる信号を出力する電圧制御器９２と、電極２３ａと電極２３ｂとの間に電圧を印加する電圧源９３を含む。
【００５６】
光学素子１０１の出力端に光の一部を分岐する分離器９５を接続する。出力光の波長が共振装置３０１の温度変化により変化すると、光学素子１０１から出力される光５３の強度も変化する。光学素子１０１から出力された光５３は分離器９５で一部が分岐される。受光器９１は分岐された光を検出して光電流又は光起電力として出力する。電気制御回路９２は、受光器９１の出力の変動を基に電圧源９３に信号を出力する。この信号を受けた電圧源９３が電極２３ａと電極２３ｂとの間の印加電圧を変化させ、ポリマー７０の屈折率を変化させることで光学素子１０１の共振波長を一定に保つことができる。
【００５７】
具体的には、光学素子１０１から出力される光５３の強度が変化した場合、電圧制御器９２は、まず、電圧源９３に印加電圧を微小変動させて、共振波長が長波長側又は短波長側のどちらに変動したかを判断する。その後、電圧制御器９２は、光５３の強度を元に戻すような波長方向に共振波長が変動するように印加電圧を変化させる。フィードバック回路３５１により共振装置３０１は出力する光を所定の共振波長へロックさせることができる。
【００５８】
共振装置３０１の性能と従来の温度又は電流で共振波長を調整する共振装置の性能の比較を表３にまとめて示す。
【表３】
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【００５９】
表３に示すように、共振装置３０１は、高いＱ値であり、共振波長を双方向に高精度且つ広稼動範囲で調整できる。なお、共振装置３０１に含まれる光学素子は光学素子１０１に限らず、光学素子１０２から光学素子１０４及び光学素子２０１から光学素子２０４を含むことができる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明の光学素子及び光共振装置は、光通信に用いられる光伝送媒体やバイオセンサ等の一部に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明に係る光学素子の概略図である。
【図２】本発明に係る光学素子の概略図である。
【図３】本発明に係る光学素子の概略図である。
【図４】本発明に係る光学素子の概略図である。
【図５】１次元と２次元の共振器から一番目、二番目、三番目にポリマーを入れ、屈折率を１．５から１．６に変化させた時の共振波長の変化量を示した図である。
【図６】一次元のフォトニックス結晶を利用する構造の共振波長のところのトランスミッションスペクトルをシミュレーションした結果である。
【図７】本発明に係る光学素子の概略図である。
【図８】本発明に係る光学素子の概略図である。
【図９】本発明に係る光学素子の概略図である。
【図１０】本発明に係る光学素子の概略図である。
【図１１】二次元のフォトニック結晶を持つ光学素子の共振波長とポリマーの屈折率との関係を示した図である。
【図１２】二次元のフォトニック結晶を持つ光学素子の共振波長とポリマーの屈折率との関係を示した図である。共振器に対して光の入力側と出力側とでポリマーを充填する穴の位置が非対称な構造な場合の共振波長とポリマーの屈折率との関係を示した図である。
【図１３】二次元のフォトニックス結晶を持つ光学素子についてトランスミッションスペクトルをシミュレーションした結果である。
【図１４】本発明に係る共振装置の概略図である。
【符号の説明】
【００６２】
図面において使用されている符号は、以下の通りである。
１０１〜１０４、２０１〜２０４：光学素子、３０１：共振装置、２１：基板、２２：スラブ型の半導体導光路、２３ａ，２３ｂ：電極、２４：穴、２６：チャネル型の半導体導光路、２８：共振器、３３：シリコン基板、５１，５２，５３：光、７０：ポリマー、７５：溝、９１：受光器、９２：電圧制御器、９３：電圧源、９５：分離器、３５１：フィードバック回路
【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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