(57)【要約】【課題】誘電体層の厚さ条件と誘電定数との相互組み合わせによって、光の伝播損失を最小化するための光導波路を提供する。【解決手段】線形の金属薄膜１１と、前記金属薄膜を取り囲む少なくとも二層以上の誘電体層１２と、を含み、ＬＲ−ＳＰＰモードの光導波路において、前記金属薄膜を介した有効屈折率と伝播損失を減らして、長距離光伝送を可能にした利点があり、前記金属薄膜が６３３ｎｍの短い波長帯を有する場合、その一端に結合される光ファイバとの結合損失を同時に減らすことができるという長所がある。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
線形の金属薄膜と、
前記金属薄膜を取り囲む少なくとも二層以上の誘電体層と、
を含む光導波路。
【請求項２】
前記金属薄膜は、一端部から入射した光が金属薄膜の表面に沿って表面プラズモンポラリトン［ＳＰＰ（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｌａｓｍｏｎ  Ｐｏｌａｒｉｔｏｎ）］方式により伝送されるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の光導波路。
【請求項３】
前記金属薄膜は、高い電荷密度を有する物質で構成されて、一端部に光を入射させるための光伝達手段が結合されたことを特徴とする請求項１または２に記載の光導波路。
【請求項４】
前記金属薄膜は、金（Ａｕ）又は銀（Ａｇ）で構成され、金又は銀との合金及び金と銀との順次的な表面メッキ層が形成された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導波路。
【請求項５】
前記誘電体層は、前記金属薄膜を取り囲む各層が互いに異なる屈折率を有し、その厚さと誘電定数（ε）が可変できることを特徴とする請求項１に記載の光導波路。
【請求項６】
前記誘電体層は、前記金属薄膜に対して有限範囲の誘電体層と、前記誘電体層と金属薄膜との間に前記金属薄膜の外側面を取り囲む第１誘電体層とで構成されたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光導波路。
【請求項７】
前記第１誘電体層は、その外側の有限範囲を有する誘電体層より低い屈折率を有することを特徴とする請求項６に記載の光導波路。
【請求項８】
前記第１誘電体層は、その上面の中央部に波長帯に応じて異なる線幅の突出部が長さ方向に沿って形成されたことを特徴とする請求項６または７に記載の光導波路。
【請求項９】
前記金属薄膜は、前記第１誘電体層とその外側の有限範囲の誘電体層が有する互いに異なる屈折率と前記各誘電体層の誘電定数の可変によって伝播損失と光ファイバとの結合損失が最小になることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の光導波路。
【請求項１０】
前記第１誘電体層は、その上面が平坦面で形成されて、前記金属薄膜を取り囲んでいる厚さの変化によって、有効屈折率と伝播損失が最小になるようにしたことを特徴とする請求項６に記載の光導波路。
【請求項１１】
線形の金属薄膜と、
前記金属薄膜の上部に固着され、前記金属薄膜と同じ幅を有する第２誘電体層と、
前記金属薄膜の下部に結合され、前記金属薄膜より長い幅を有する第３誘電体層と、
前記金属薄膜と第２誘電体層及び第３誘電体層の外部を取り囲む有限範囲の誘電体層と、
を含む光導波路。
【請求項１２】
前記第２誘電体層と第３誘電体層は、同じ厚さと誘電定数を有することを特徴とする請求項１１に記載の光導波路。
【請求項１３】
前記第２誘電体層と第３誘電体層の厚さが同じであり、第２誘電体層の誘電定数と第３誘電体層の誘電定数とを異なるようにして、伝播損失を減らすことができるようにした請求項１１に記載の光導波路。
【請求項１４】
前記金属薄膜は、高い電荷密度を有する物質で構成されて、一端部に光を入射させるための光伝達手段が結合されたことを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の光導波路。
【請求項１５】
前記金属薄膜は、金（Ａｕ）又は銀（Ａｇ）で構成され、金又は銀との合金及び金と銀との順次的な表面メッキ層が形成されたことを特徴とする請求項１１〜１４のいずれか一項に記載の光導波路。
【請求項１６】
前記誘電体層は、前記金属薄膜を取り囲む各層が互いに異なる屈折率を有し、その厚さと誘電定数（ε）が可変できることを特徴とする請求項１１に記載の光導波路。
【請求項１７】
前記第２誘電体層と第３誘電体層は、その外側の有限範囲を有する誘電体層より低い屈折率を有することを特徴とする請求項１４〜１６に記載の光導波路。
【請求項１８】
線形の金属薄膜と、
前記金属薄膜の外部を取り囲む有限範囲の誘電体層と、
前記金属薄膜と有限範囲の誘電体層との間に、前記金属薄膜の上、下面に分布結合される第２誘電体層及び第３誘電体層と、
前記金属薄膜と第２誘電体層及び第３誘電体層の外部を取り囲み、外側の有限範囲の誘電体層内に介在された第４誘電体層と、
を含む光導波路。
【請求項１９】
前記第２誘電体層は、前記金属薄膜の下部の第３誘電体層と同じ厚さに形成され、前記金属薄膜の幅と同じ幅に形成されたことを特徴とする請求項１８に記載の光導波路。
【請求項２０】
前記金属薄膜は、高い電荷密度を有する物質で構成されて、一端部に光を入射させるための光伝達手段が結合されたことを特徴とする請求項１８または１９に記載の光導波路。
【請求項２１】
前記金属薄膜は、金（Ａｕ）又は銀（Ａｇ）で構成され、金又は銀との合金及び金と銀との順次的な表面メッキ層が形成されたことを特徴とする請求項１８〜２０のいずれか一項に記載の光導波路。
【請求項２２】
前記誘電体層は、前記金属薄膜を取り囲む各層が互いに異なる屈折率を有し、その厚さと誘電定数（ε）が可変できることを特徴とする請求項１８に記載の光導波路。
【請求項２３】
前記第２誘電体層〜第４誘電体層は、その外側の有限範囲を有する誘電体層より低い屈折率を有することを特徴とする請求項１８に記載の光導波路。
【請求項２４】
線形の金属薄膜と、
前記金属薄膜の外部の有限範囲を取り囲む誘電体層と、
前記金属薄膜と有限範囲の誘電体層との間に、前記金属薄膜の４面を順次取り囲む第５誘電体層と第６誘電体層と、
を含む光導波路。
【請求項２５】
前記金属薄膜は、高い電荷密度を有する物質で構成されて、一端部に光を入射させるための光伝達手段が結合されたことを特徴とする請求項２４に記載の光導波路。
【請求項２６】
前記金属薄膜は、金（Ａｕ）又は銀（Ａｇ）で構成され、金又は銀との合金及び金と銀との順次的な表面メッキ層が形成されたことを特徴とする請求項２４または２５に記載の光導波路。
【請求項２７】
前記誘電体層は、前記金属薄膜を取り囲む各層が互いに異なる屈折率を有し、その厚さと誘電定数（ε）が可変できることを特徴とする請求項２４に記載の光導波路。
【請求項２８】
線形の金属薄膜と、
前記金属薄膜を中心に、その上、下部に互いに異なる屈折率と誘電定数を有し、その対向面が互いに接するように分布結合された一対の誘電体層と、
を含む光導波路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路に関し、さらに詳細には、光を伝播させるための金属薄膜を取り囲む誘電体層が互いに異なる屈折率を有するようにし、前記誘電体層の厚さと屈折率の組み合わせにより、金属薄膜の伝播損失が最小になるようにして、光の長距離伝送を可能にした光導波路に関する。
【背景技術】
【０００２】
表面プラズモン（ＳＰ）は、誘電定数の実数項が互いに反対の符号を有する境界面に沿って進行する電荷密度の振動波であって、一般に金属（−）と誘電体（＋）との境界で存在し、電荷密度の振動は、高速で加速された電子及び光波によって励起され得る。表面プラズモン（ＳＰ）と結合して進行する電磁気波を表面プラズモンポラリトン（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｌａｓｍｏｎ  Ｐｏｌａｒｉｔｏｎ、以下「ＳＰＰ」という）とする。
【０００３】
表面プラズモン（ＳＰ）の波数ベクトルは、周辺物質の波数ベクトルより大きいため、ＳＰＰは、金属表面に束縛された波動である。したがって、金属と誘電体との境界面は、境界面と垂直に束縛条件を有する２次元の平板光導波路であると考えることができる。
【０００４】
光導波路の観点から見ると、金属と誘電体との境界面から発生するＳＰＰは、表面に束縛される効率は極めて高い反面、電波距離が可視光領域では数十ｍｍと短いという短所がある。しかしながら、金属の厚さを数ｎｍ〜数十ｎｍの範囲に制限して、金属の上下境界で進行するＳＰＰを相互結合させると、光の長距離伝送が可能になる。これを長距離表面プラズモンポラリトン（ＬＲ−ＳＰＰ：Ｌｏｎｇ  Ｒａｎｇｅ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｌａｓｍｏｎ  Ｐｏｌａｒｉｔｏｎ、以下、「ＬＲ−ＳＰＰ」とする）モードというが、ＬＲ−ＳＰＰのフィールドプロファイル（ｆｉｅｌｄ  ｐｒｏｆｉｌｅ）は、金属薄膜の周辺の誘電体に広く分布して光の進行損失が少なく、光ファイバとの結合特性も良いという長所を有しているから、多様な光素子分野に応用されている。
【０００５】
一般に、金属薄膜が介在された表面−プラズモンポラリトン（ＳＰＰ：Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｌａｓｍｏｎ  Ｐｏｌａｒｉｔｏｎ、以下、「ＳＰＰ」とする）光導波路は、前記金属薄膜の厚さが数十ｎｍ以下に構成されて、遠い距離まで光を伝播させるためのモード（ＬＲ−ＳＰＰ：Ｌｏｎｇ  Ｒａｎｇｅ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｌａｓｍｏｎ  Ｐｏｌａｒｉｔｏｎ）と、比較的小さな大きさの導波路を介して光を伝播させようとするモード（ＳＲ−ＳＰＰ：Ｓｈｏｒｔ  Ｒａｎｇｅ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｌａｓｍｏｎ  Ｐｏｌａｒｉｔｏｎ）とに区分される。
【０００６】
特に、長距離の光を伝播させるための長距離表面−プラズモンポラリトン（ＬＲ−ＳＰＰ）は、現在、光モジュレータ、スイッチ、カプラー、フィルタ及び光センサーなどの多様な構造の光導波路素子として応用されている。
【０００７】
このように、多様な分野に応用される従来の光導波路の技術的構成が記述された下記の特許文献１による光導波路の構造を簡略に説明し、これから導き出される問題点について説明すると、以下のとおりである。
【０００８】
図１は、従来のＬＲ−ＳＰＰ光導波路の断面図であって、従来の光導波路１は、比較的高い電荷密度又は負の誘電定数を有する物質の金属薄膜２と、金属薄膜２を取り囲み、金属薄膜２の放射光のような次元の有効な幅Ｗと厚さｔを有する誘電体層３とから構成される。
【０００９】
前記金属薄膜２は、導波路の構造によって直線、曲線、曲面及び傾斜面の形態からなる。
【００１０】
従来の光導波路１は、外部から入射される光を金属薄膜２を介して入射させると、ＬＲ−ＳＰＰモードに該当する光が金属薄膜２に沿って伝播される。このとき、前記光は、金属薄膜２に沿って長距離伝播されるため、伝播損失が回避できず、このような伝播損失を減らすためには、金属薄膜２の内部から伝播される光量を減らすことが最大の急務であるため、金属薄膜２の厚さｔ又は幅Ｗを減らさなければならない。
【００１１】
しかしながら、前記金属薄膜２の製作工程の限界により、金属薄膜２の厚さｔと幅Ｗを減らすのには限界があり、金属薄膜２の伝播損失を減らすための限界が存在するという問題点がある。
【００１２】
すなわち、前記金属薄膜２を介した伝播損失を最小化するためには、金属薄膜２が１０ｎｍ以下の厚さと１μｍ以下の幅からならなければならないが、厚さと幅が１０ｎｍ、１μｍ以下の薄膜を作ることは、現在の製造技術では相当に困難な問題点がある。
【００１３】
一方、従来の光導波路構造において代表的な光通信波長である１５５０ｎｍと６３３ｎｍの波長に対して計算された有効屈折率と伝播損失及び光ファイバ（ｏｐｔｉｃａｌ  ｆｉｂｅｒ）との結合損失を説明すると、以下のとおりである。
【００１４】
ここで、前記光導波路の全ての光素子は、光ファイバと接続されるため、光ファイバとの結合損失が考慮され、前記金属薄膜２は金で形成されて、１５５０ｎｍと６３３ｎｍ波長に該当する誘電定数ε1は、−１３１＋ｉ×１２．６５及び−１９＋ｉ×０．５３であり、前記金属薄膜２を取り囲んでいる誘電体層３の誘電定数ε2は、２．２５にする。
【００１５】
また、金属薄膜２の厚さｔと幅Ｗは、１５５０ｎｍでは５μｍ、２０ｎｍであり、６３３ｎｍでは２μｍ、２０ｎｍにし、光ファイバとの結合損失を計算するためのファイバは、１５５０ｎｍで１０．５μｍ、６３３ｎｍで４．３μｍにする。
【００１６】
上記のように提示された条件により計算された有効屈折率と伝播損失及び光ファイバの結合損失は、まず、１５５０ｎｍ波長の場合、１．５００６９、７．４４ｄＢ／ｃｍ、０．２４ｄＢであり、６３３ｎｍの場合には、１．５１３９３、１３．４５ｄＢ／ｃｍ、３．３７ｄＢと計算される。
【００１７】
このとき、伝播損失を考慮して、電波距離を光の強度が１／１０に落ちる地点と定義すると、１５５０ｎｍ波長では、約１．３４ｃｍ、６３３ｎｍ波長は、０．７４ｍｍしか伝播されなくなるため、ＬＲ−ＳＰＰの光素子を利用する場合には、素子の長さを１５５０ｎｍの波長では１ｃｍ、６４４ｎｍ波長では１ｍｍ以下の長さに製作しなければならないという短所がある。
【００１８】
【特許文献１】米国特許第６，４４２，２３１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
そこで、本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、金属薄膜が、互いに異なる屈折率を有する多層の誘電体層により取り囲まれており、前記誘電体層の厚さ条件と誘電定数との相互組み合わせによって、光伝播のための金属薄膜の伝播損失が最小化され得るようにした光導波路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の上記の目的は、金属薄膜と、前記金属薄膜を取り囲む少なくとも二層以上の誘電体層からなる光導波路が提供されることにより達成される。
【００２１】
前記金属薄膜は、比較的高い電荷密度を有する物質から構成されて、一端部にファイバが結合されることにより、前記ファイバを介した光が入射によって前記金属薄膜の長さ方向の光伝送が行われる。
【００２２】
前記金属薄膜は、主に金（Ａｕ）又は銀（Ａｇ）で構成され、前記金と銀との合金又は金と銀との順次的表面メッキ形態で構成される。
【００２３】
また、前記誘電体層は、前記金属薄膜を取り囲む各層が互いに異なる屈折率を有し、その厚さとそれに応じる誘電定数εを変化させることができる。
【００２４】
また、前記金属薄膜を取り囲んでいる誘電体層は、上面が突出した形態、前記金属薄膜の上面と下面のみを取り囲んでいる形態及び前記金属薄膜を中心に互いに異なる屈折率を有する誘電体が相互接した状態などで構成することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、本発明の光導波路は、線形の金属薄膜が互いに異なる屈折率を有する多層の誘電体層により取り囲まれて、前記誘電体層がその厚さ及びそれぞれ異なる誘電定数と相互組み合わせて積層分布されるようにすることによって、ＬＲ−ＳＰＰモードの光導波路において、前記金属薄膜を介した有効屈折率と伝播損失を減らして、長距離光伝送を可能にした利点があり、前記金属薄膜が６３３ｎｍの短い波長帯を有する場合、その一端に結合される光ファイバとの結合損失を同時に減らすことができるという長所がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明に係る光導波路の上記の目的に対する詳細な説明とその作用効果に関する事項は、本発明の好ましい実施の形態が示された図面を参照した下記の詳細な説明によって明確に理解できるであろう。
【００２７】
第１の実施の形態
まず、図２は、本発明に係る光導波路の第１の実施の形態の斜視図であり、図３は、本発明に係る光導波路の第１の実施の形態の断面図である。
【００２８】
図２に示すように、本発明の光導波路１０は、金属薄膜１１と、その外部を取り囲み、基板１４の上面に固着された有限範囲の誘電体層１２の間に前記金属薄膜１１の外側面を所定の厚さｔ2で取り囲む第１誘電体層１３とで構成される。
【００２９】
前記誘電体層１２とその内部の第１誘電体層１３は、互いに異なる誘電定数と屈折率を有し、比較的低い電荷密度を有する物質から構成され、好ましくは、無機物であるシリコン又はガラス及びポリマー樹脂などで構成される。
【００３０】
前記金属薄膜１１を取り囲んでいる第１誘電体層１３の屈折率は、外側の有限範囲を有する誘電体層１２より低い屈折率を有し、その上面の中央部に１５５０ｎｍと６３３ｎｍの波長帯に応じて異なる線幅Ｗ1を有する突出部１３ａが金属薄膜１１の長さ方向に沿って形成される。
【００３１】
前記第１誘電体層１３の線幅Ｗ1は、１５５０ｎｍの波長であるとき、５μｍで形成され、６３３ｎｍの波長であるとき、２μｍで形成される。
【００３２】
このとき、前記光導波路１０の第１誘電体層１３を取り囲む有限範囲の誘電体層１２は、数十ｎｍの金属薄膜１１に対してその表現範囲が膨大であるから、下記の図３の断面図上での図示は省略した。
【００３３】
一方、前記金属薄膜１１は、比較的電荷密度の高い金属材質で構成され、好ましくは、金（Ａｕ）と銀（Ａｇ）又は金と銀との合金で形成されて、一端部側に光入射のための光伝達手段（図示せず）が接続される。前記光伝達手段は、一例として、光ファイバなどであってもよい。
【００３４】
前記光伝達手段を介して入射される光は、金属薄膜１１を介して光導波路１０の内部から伝播されるので、前記金属薄膜１１の外部を取り囲む第１誘電体層１３とその外側の有限範囲の誘電体層１２の互いに異なる屈折率によって、伝播損失と光ファイバとの結合損失が最小化される。
【００３５】
また、前記互いに異なる屈折率を有する各誘電体層１２、１３の誘電定数ε2、ε3の増減によっても、同じ範囲の伝播損失と結合損失を減らすことができる。
【００３６】
このように、前記金属薄膜１１の外側面を取り囲む少なくとも二層以上の誘電体層１２、１３がその屈折率を互いに異なるようにすることによって伝播損失が減少する理由は、前記光導波路１０のＬＲ−ＳＰＰモードで前記金属薄膜１１に沿って移送される光は、屈折率の高い誘電体層に分布しようとする性質を有するため、前記金属薄膜１１に存在する光の量が減少するに伴い、ＬＲ−ＳＰＰモードでの金属薄膜１１を介した光の伝播損失が減少する。
【００３７】
すなわち、前記金属薄膜１１に沿って伝播される光の一部の放射光が第１誘電体層１３より高い屈折率を有する有限範囲の誘電体層１２内に分布しようとする性質によって、前記第１誘電体層１３が取り囲んでいる金属薄膜１１の内部に存在する光の量を減らすことによって、前記金属薄膜１１を介して伝送される光の分散による伝播損失が減るようになる。
【００３８】
これとは反対に、前記有限範囲の誘電体層１２に比べて、その内側に配置された第１誘電体層１３が高い屈折率を有すると、前記金属薄膜１１上の放射光がより高い屈折率を有する側に分布しようとする性質によって、前記金属薄膜１１の外部に放射されず、金属薄膜の周辺に光が集中するに伴い、伝播損失が増加される。
【００３９】
この場合には、金属薄膜１１を介して伝播される光が極めて小さな大きさに集積されることにより、これを利用した他の分野でも適用できる。
【００４０】
次に、図４ａ、図４ｂは、本発明に係る光導波路において、各誘電体層の屈折率変化時の金属薄膜の光量を百分率で表したグラフであって、図４ａ、図４ｂに示すように、ＬＲ−ＳＰＰモードで１５５０ｎｍと６３３ｎｍ波長の光量は、第１誘電体層１３の屈折率が減少するほど、前記金属薄膜１１を介して伝播される光が、高い屈折率を有する最外側の有限範囲の誘電体層１２に偏って分布するので、前記金属薄膜１１の内部の光量が順次減少することが分かる。
【００４１】
これを具体的に説明すると、図４ａの１５５０ｎｍ波長では、第１誘電体層１３の屈折率が１．５２から１．４６未満に減少すると、金属薄膜１１の内部の光量は、０．００７４％から０．００１８％に減少する。
【００４２】
このとき、前記第１誘電体層１３の屈折率が１．４６未満に形成される場合には、金属薄膜１１を介したＬＲ−ＳＰＰモードが形成されない。その理由は、前記第１誘電体層１３の基準以下の屈折率により第１誘電体層１３の外側の有限範囲の誘電体層１２に光の伝送基準以上の分散が加速して、金属薄膜１１が光を円滑に伝送するための束縛モードが形成されないためである。
【００４３】
したがって、前記金属薄膜１１を介して伝送される光の１５５０ｎｍ波長では、第１誘電体層１３の屈折率は、最小限１．４６以上に維持されなければならない。
【００４４】
また、図４ｂの６３３ｎｍ波長では、第１誘電体層１３の屈折率が１．４１から１．５２に増加するとき、金属薄膜１１の内部に存在する光量は、０．１１％から０．５２％に増加するようになる。
【００４５】
したがって、６３３ｎｍのＬＲ−ＳＰＰモードは、１５５０ｎｍの波長とは異なり、第１誘電体層１３の屈折率が１．４１に達するまで維持される。
【００４６】
これは、金属薄膜１１を介して伝送される光の波長が短い場合には、第１誘電体層１３の有効屈折率が高いため、屈折率が多少低くてもＬＲ−ＳＰＰモードの維持が可能である。
【００４７】
一方、図５ａ、図５ｂは、本発明に係る光導波路において、金属薄膜の内部に存在する光量による伝播損失の変化量を示すグラフであって、上述のように、１５５０ｎｍと６３３ｎｍ波長で前記金属薄膜１１の内部に存在する光量が減少すると、それによる伝播損失も減少することが分かる。
【００４８】
また、１５５０ｎｍと６３３ｎｍ波長を比較すると、１５５０ｎｍの波長の金属薄膜１１の内部に存在する光量が相対的を少ないことが分かる。
【００４９】
ここで、図４ａ、図４ｂを通じて、１５５０ｎｍと６３３ｎｍ波長で計算された有効屈折率、伝播損失及び光ファイバ結合損失は、まず、１５５０ｎｍ波長の場合には、１．５００１１５、３．３８ｄＢ／ｃｍ、１．３６ｄＢであり、６３３ｎｍの場合には、１．５００２５３、３．１４ｄＢ／ｍｍ、０．６９ｄＢと計算される。
【００５０】
第１の実施の形態の変形例
次に、図６は、本発明の第１の実施の形態による第１変形例の光導波路の断面図であって、図６に示すように、本変形例は、金属薄膜１１と、その外部を取り囲み、基板１４の上面に固着した有限範囲の誘電体層１２との間に前記金属薄膜１１の外側面を所定の厚さに取り囲む第１誘電体層１３で構成されるものの、前記第１誘電体層１３の上面が平坦面からなる構造である。
【００５１】
本変形例は、前記金属薄膜１１を取り囲んでいる第１誘電体層１３の厚さｔ2変化に応じるＬＲ−ＳＰＰモードの特性を説明するためのものであって、屈折率が外部の有限範囲の誘電体層１２より相対的に低い第１誘電体層１３の厚さｔ2が増加するほど、ＬＲ−ＳＰＰモードでの有効屈折率と伝播損失が同時に減少する。
【００５２】
これを、以下の図７ａ、図７ｂを参照して説明すると、図７ａ、図７ｂは、本変形例の光導波路において、第１誘電体層の厚さの変化時の金属薄膜の有効屈折率と伝播損失を示したグラフであって、図７ａの１５５０ｎｍ波長において、第１誘電体層１３の厚さｔ2が５０ｎｍから１５０ｎｍに増加すると、有効屈折率は、１．５００４６から１．５０００１に減少し、伝播損失は、５．７ｄＢ／ｃｍから２．２ｄＢ／ｃｍに減少する。
【００５３】
また、６３３ｎｍの波長では、第１誘電体層１３の厚さｔ2が５０ｎｍから１３０ｎｍに増加すると、有効屈折率は、１．５０８から１．５００に減少し、伝播損失は、１０．５ｄＢ／ｃｍから２．３ｄＢ／ｃｍに減少する。
【００５４】
上記のような第１誘電体層１３の厚さの変化によって伝播損失を減少させる現象は、第１の実施の形態にも同様に適用されることができ、本実施の形態と変形例で第１誘電体層１３の厚さの変化によって伝播損失が減少する理由は、有限範囲の誘電体層１２より第１誘電体層１３の屈折率が相対的に低いため、その厚さｔ2が増加するほど、第１誘電体層１３内の有効屈折率が減少することによって、金属薄膜１１を介した光伝送時、光の外部分散が加速化することによる伝播損失が減少する。
【００５５】
したがって、本発明の第１の実施の形態と第１変形例を通じて分かる本発明の技術的特徴は、ＬＲ−ＳＰＰモード光導波路１０の金属薄膜１１の外側に互いに異なる誘電定数と屈折率を有する誘電体層１２を相互組み合わせて伝播損失を減らし、ＬＲ−ＳＰＰモードの大きさを減らして、光伝送距離を増加させることができることにある。
【００５６】
これにより、光導波路１０の使用目的によって、前記金属薄膜１１の外部にそれぞれ異なる屈折率を有する二層以上の誘電体層１２、１３を順次積層結合して、金属薄膜１１を介した光の長距離伝送特性が多様に表現され得るＬＲ−ＳＰＰモードの光導波路製作が可能であることにさらに他の技術的特徴がある。
【００５７】
第２実施の形態
次に、図８は、本発明に係る光導波路の第２の実施の形態の断面図であって、図８に示すように、本実施の形態の光導波路２０は、線形の金属薄膜２１の上部に前記金属薄膜２１と同じ幅Ｗ1を有する第２誘電体層２３が固着し、前記金属薄膜２１の下部に前記金属薄膜２１より長い幅Ｗ2を有する第３誘電体層２４が結合され、前記金属薄膜２１と、第２誘電体層２３及び第３誘電体層２４の外部を取り囲む有限範囲の誘電体層２２とで構成される。
【００５８】
本実施の形態の光導波路２０は、中心上の金属薄膜２１から最外側の有限範囲の誘電体層２２を含んで総４層の構造で形成され、前記第２誘電体層２３と第３誘電体層２４は、同じ厚さｔ2、ｔ3と誘電定数２．１６０９を有し、その外側の有限範囲の誘電体層２２の誘電定数は２．２５である。
【００５９】
このとき、前記第２誘電体層２３と第３誘電体層２４の厚さｔ2、ｔ3変化によるＬＲ−ＳＰＰモードでの有効屈折率と伝播損失は、上述の第１変形例の誘電体層厚さと誘電定数条件により計算されたデータが表示されている図７ａ、図７ｂのデータと類似の計算結果を有する。
【００６０】
一方、前記金属薄膜２１を取り囲んでいる第２誘電体層２３と第３誘電体層２４の厚さｔ2、ｔ3は同様に維持し、第２誘電体層２３の誘電定数２．１６０９と第３誘電体層２４の誘電定数２．１９０４を異なるようにすると、下記の図９ａ、図９ｂに示すグラフのような計算結果を得ることができる。
【００６１】
図９ａ、図９ｂは、本発明に係る第２の実施の形態の光導波路において、各誘電体層の誘電定数変化時の金属薄膜の有効屈折率と伝播損失を示したグラフであって、図９ａ、図９ｂに示すように、１５５０ｎｍと６３３ｎｍの波長帯で各誘電体層２３、２４の誘電定数変化により有効屈折率と伝播損失が変化することが分かる。
【００６２】
第３の実施の形態
次に、図１０は、本発明に係る光導波路の第３の実施の形態の断面図であって、図１０に示すように、本実施の形態の光導波路３０は、線形の金属薄膜３１と、その外部の有限範囲を取り囲む誘電体層３２との間に前記金属薄膜３１の上、下部に第２誘電体層３３と第３誘電体層３４とが結合され、前記金属薄膜３１と第２誘電体層３３及び第３誘電体層３４の外部を取り囲む第４誘電体層３５が介在される多層構造からなる。
【００６３】
このとき、前記金属薄膜３１の上部の第２誘電体層３３は、金属薄膜３１の下部の第３誘電体層３４と同じ厚さに形成され、前記金属薄膜３１の幅と同じ幅に構成される。
【００６４】
本実施の形態での前記技術的構成を除いた構成は、第２の実施の形態と同様であり、それによる各誘電体層３３の厚さと誘電定数の可変による有効屈折率と伝播損失の計算結果は、上述の実施の形態でのデータと実質的に似ているので、これに対する説明は省略する。
【００６５】
第４の実施の形態
図１１は、本発明に係る光導波路の第４の実施の形態の光導波路の断面図であって、図１１に示すように、本実施の形態の光導波路４０は、線形の金属薄膜４１と、その外部の有限範囲を取り囲む誘電体層４２との間に第５誘電体層４３と第６誘電体層４４が順次に前記金属薄膜を取り囲んでいる構造である。
【００６６】
これは、あたかも図６に示す第１の実施の形態の変形例に記述された光導波路構造において、前記金属薄膜１１と第１誘電体層１３との間又は第１誘電体層１３の外部に他の誘電体層が挿入された状態と同様なので、各誘電体層４３、４４の厚さの変化による有効屈折率と電流損失は、図１２のように示される。
【００６７】
図１２に示すグラフは、第１の実施の形態とその変形例の有効損失率と電流損失が示された図７ａ、図７ｂと類似の形態の有効損失率と電流損失が示されていることが分かる。
【００６８】
したがって、本実施の形態は、上述の第１の実施の形態〜第３の実施の形態と実質的な計算結果が似ているから、同じ構成とその作用効果に関する具体的な説明は省略する。
【００６９】
一方、線形の金属薄膜を多層の誘電体層が順次に取り囲んでいる形態ではなく、図１３に示す第５の実施の形態のように、線形の金属薄膜５１を中心にその上、下部に互いに異なる屈折率と誘電定数を有する１対の誘電体層５２、５３が相互接した形態で構成されて、前記金属薄膜５１の上、下部の誘電体層５３を介して屈折率が連続的に変化する場合にも、上述の実施の形態と類似の形態の有効損失率と伝播損失が減少する。
【００７０】
上述した本発明の好ましい実施の形態は、例示の目的のために開示されたものであり、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で、様々な置換、変形、及び変更を行うことが可能であり、このような置換、変更なども特許請求の範囲に属するものである。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】従来のＬＲ−ＳＰＰ光導波路の断面図である。
【図２】本発明に係る光導波路の第１の実施の形態の斜視図である。
【図３】本発明に係る光導波路の第１の実施の形態の断面図である。
【図４ａ】本発明に係る光導波路において、各誘電体層の屈折率変化時の金属薄膜の内部に存在する１５５０ｎｍ波長の光量を百分率で示したグラフである。
【図４ｂ】本発明に係る光導波路において、各誘電体層の屈折率変化時の金属薄膜の内部に存在する６３３ｎｍ波長の光量を百分率で示したグラフである。
【図５ａ】本発明に係る光導波路において、金属薄膜の内部に存在する１５５０ｎｍ波長の光量による伝播損失の変化量を示すグラフである。
【図５ｂ】本発明に係る光導波路において、金属薄膜の内部に存在する６３３ｎｍ波長の光量による伝播損失の変化量を示すグラフである。
【図６】本発明の第１の実施の形態による第１変形例の光導波路の断面図である。
【図７ａ】本発明に係る第１の実施の形態の光導波路において、各誘電体層の厚さの変化時の金属薄膜の１５５０ｎｍ波長の有効屈折率と伝播損失を示したグラフである。
【図７ｂ】本発明に係る第１の実施の形態の光導波路において、各誘電体層の厚さの変化時の金属薄膜の６３３ｎｍ波長の有効屈折率と伝播損失を示したグラフである。
【図８】本発明に係る光導波路の第２の実施の形態の断面図である。
【図９ａ】本発明に係る第２の実施の形態の光導波路において、各誘電体層の誘電定数変化時の金属薄膜の１５５０ｎｍ波長の有効屈折率と伝播損失を示したグラフである。
【図９ｂ】本発明に係る第２の実施の形態の光導波路において、各誘電体層の誘電定数変化時の金属薄膜の６３３ｎｍ波長の有効屈折率と伝播損失を示したグラフである。
【図１０】本発明に係る光導波路の第３の実施の形態の断面図である。
【図１１】本発明に係る光導波路の第４の実施の形態の光導波路の断面図である。
【図１２】本発明に係る第４の実施の形態の光導波路において、各誘電体層の厚さの変化時の金属薄膜の有効屈折率と伝播損失を示したグラフである。
【図１３】本発明に係る光導波路の第５の実施の形態の光導波路の断面図である。
【符号の説明】
【００７２】
１０  光導波路
１１  金属薄膜
１４  基板
１２  誘電体層
１３  第１誘電体層
１３ａ  突出部
２０、３０、４０  光導波路
２１、３１、４１  金属薄膜
２２、  ３２、４２  誘電体層
２３、３３  第２誘電体層
２４  第３誘電体層
３４  第３誘電体層
３５  第４誘電体層
４３  第５誘電体層
４４  第６誘電体層
ｔ2、ｔ3  厚さ
Ｗ1、  Ｗ2  線幅  
ε2、ε3  誘電定数
【図１】
2008058951.tif 000003
【図２】
2008058951.tif 000004
【図３】
2008058951.tif 000005
【図４ａ】
2008058951.tif 000006
【図４ｂ】
2008058951.tif 000007
【図５ａ】
2008058951.tif 000008
【図５ｂ】
2008058951.tif 000009
【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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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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