(57)【要約】【課題】従来型の導波路とフォトニック結晶導波路を適切に組み合わせることにより、長い光路長を構成可能として大きな遅延を生成可能とした導波路デバイス、該導波路デバイスを用いた情報記憶用装置、情報処理用装置を提供する。【構成】直線導光領域１２では、従来型導波路構造を利用することにより、直線状の導波路１５を近接させてコンパクトに並べ、直線状の導波路からの光を折り返して、直線状導波路同士を曲線状導波路領域１０，１１に形成した曲線状導波路１６を用いる。これにより、コンパクトな光の折り返しを実現する。この組み合わせの結果、長い光路長を有した導波路デバイスを実現することが可能となり、大きな遅延を有する素子を実現することも可能になる。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直線状の導波路を有する直線状導波路領域と曲線状の導波路を有する曲線状導波路領域からなる導波路デバイスにおいて、
前記直線状の導波路は、屈折率の異なるクラッド層とコア層から形成される導波路から構成され、前記曲線状の導波路は、フォトニック結晶中に、線状あるいは点状欠陥が線状に連続して形成されるフォトニック結晶導波路から構成されていることを特徴とする導波路デバイス。
【請求項２】
請求項１記載の導波路デバイスにおいて、
前記直線状の導波路は、略平行な複数の導波路からなり、該直線状の導波路の両端に前記フォトニック結晶導波路が配置され、前記フォトニック結晶導波路により前記略平行な複数の導波路が連結されていることを特徴とする導波路デバイス。
【請求項３】
請求項２記載の導波路デバイスおいて、
前記略平行な複数の導波路間に、導波光を吸収する干渉防止領域を有することを特徴とする導波路デバイス。
【請求項４】
請求項２記載の導波路デバイスおいて、
前記略平行な複数の導波路は、ファイバーが束ねられたものであることを特徴とする導波路デバイス。
【請求項５】
請求項２または３記載の導波路デバイスおいて、
前記略平行な複数の導波路は、２次元アレイ状導波路であることを特徴とする導波路デバイス。
【請求項６】
請求項２または３記載の導波路デバイスおいて、
前記直線状の各導波路は、２次元アレイ状導波路が積層されたものであることを特徴とする導波路デバイス。
【請求項７】
請求項２、３、４または６のいずれかに記載の導波路デバイスおいて、
前記フォトニック結晶導波路は、２次元フォトニック結晶導波路が積層されたものであることを特徴とする導波路デバイス。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の導波路デバイスを用いたことを特徴とする情報記憶用装置。
【請求項９】
請求項１から７のいずれか１項に記載の導波路デバイスを用いたことを特徴とする情報処理用装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォトニック結晶を利用した導波路デバイス技術に関し、特に大きな遅延を有し、かつクロストークの少ないフォトニック結晶を用いた導波路デバイス、および本導波路デバイスの遅延機能を利用した遅延回路、メモリ、レジスタなどの情報記憶用装置、光集積回路、光通信装置、光インターコネクションなどの情報処理用装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複数の導波路間に生じるクロストークを防止する技術に関わる特許としては、例えば特開２００１−２４２３２９号公報（特許文献１）がある。
【０００３】
特許文献１に記載された発明は、複数の２次元フォトニック結晶導波路を、ほぼ平行に積層させて構成した光機能素子に関するものであり、その明細書中には遅延について言及されているものの、その主旨は、単に導波路中に遅延手段を設けるというものである。遅延量を大きくする構成については何ら記載されていない。
【０００４】
また、電子情報通信学会誌　Ｖｏｌ．８５、Ｎｏ，５、ＰＰ．２９８−３０５　（２００２．５）（非特許文献１）には、フォトニック結晶を利用したフォトニックＩＰネットワークについて開示されており、遅延線を用いたパケット識別構成について記載されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２４２３２９号公報
【非特許文献１】
電子情報通信学会誌　Ｖｏｌ．８５、Ｎｏ，５、ＰＰ．２９８−３０５　（２００２．５）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
フォトニック結晶は、屈折率の異なった二つ以上の材料（一方は空気でも可）が、空間的な対称性・規則性を有して、配置された周期構造を有する材料である。フォトニック結晶は、この規則構造・周期構造を有することにより、従来の光学材料では得られなかった特性を発揮するようになる。
【０００７】
そのもっとも特徴的なものは、フォトニックバンドギャップ（ＰＢＧ）の発現である。フォトニック結晶では、ＰＢＧに対応した波長の光は完全に通さないが、その他の波長は透過させることができる。完全（無欠陥）なフォトニック結晶では、ＰＢＧの波長の光は完全に通さない。図１１は、フォトニック結晶の光透過スペクトルを示す図であり、ＰＢＧに対応した波長の光を通さないことを示している。
【０００８】
しかしながら、フォトニック結晶に欠陥を導入すると、欠陥位置で、ＰＢＧの波長を有する光でも、フォトニック結晶中で光が存在しえるようになる。この性質を利用して、フォトニック結晶中に線状の欠陥を導入したり、連続的に配置された点欠陥を導入することにより、光の欠陥伝播を利用した光導波路への応用が提案されている。
【０００９】
図１２は、フォトニック結晶に欠陥を導入した場合に、その欠陥に沿って光が通過することを示す図であり、同図（ａ）は、フォトニック結晶中に線状欠陥２２７を導入した場合に、入射光２２５が線状欠陥２２７を通って出射光２２６として出力され、同図（ｂ）は、フォトニック結晶中に連続的に配置された点欠陥２３７を導入することにより、入射光２３５が連続した点状欠陥２３７を通って出射光２３６として出力される状態を示している。
【００１０】
こうしたフォトニック結晶導波路では、上述したＰＢＧの性質により、光を完全に閉じ込めることができることにより、従来材料の導波路では実現できなかった低損失の導波路や急峻に光を曲げる導波路が可能になるものと考えられている。
【００１１】
しかしながら、フォトニック結晶において、ＰＢＧの波長位置で光を完全に通さないという性質は、無限サイズの完全結晶によってのみ得られる性質であり、実際の有限サイズの結晶では、図１３に示すように、ＰＢＧの波長位置でも光を若干透過させる。
【００１２】
ＰＢＧの波長位置で、どのぐらい光を通すのか（漏れ光）は、フォトニック結晶を構成する材料間の屈折率差がどれぐらいあるのかということと、結晶形に依存しているが、ＰＢＧ波長位置での漏れ光が存在するため、図１４に示すように、複数の導波路を接近させてコンパクトに集積させようとすると、隣接する導波路間でクロストークが発生してしまい（２４７）、入射光２４５がそのままの強度で出射光２４６に出力されず、また入射光２４５’がそのままの強度で出射光２４６’に出力されず、出力の低下をまねく。
【００１３】
一方、従来型の導波路（および光ファイバー）は、いくつかの形式はあるが、基本的に、光を導波するコア領域をコア領域よりも屈折率が小さいクラッド領域により取り囲む構造になっている。図１５は、従来型のクラッド（屈折率ｎ２）の中に隣接して設けられたコア（屈折率ｎ１）からなる導波路を示す図であり、両者の屈折率はｎ１＞ｎ２の関係にある。
【００１４】
こうした構造の従来型の導波路は、コアとクラッドの屈折率差を利用して、光を導波させているため、光を急峻に曲げたりすることは不可能である。このため、現状では、大きな遅延が必要な場合には、光ファイバーをループ状にして、光路長を長くすることにより、大きな遅延を得ている。
【００１５】
今、述べたのは、大きな遅延が要求される場合であるが、小さな遅延の場合にも、従来型の導波路構造では、光を急峻に曲げることが不可能であることにより、自在なデバイス構成を実現する上での大きな障害となっている。
【００１６】
このような事情が、フォトニック結晶導波路が、コンパクトな導波路デバイスを実現できる技術として期待を集めている理由であるが、上で述べたようにフォトニック結晶導波路だけでは、コンパクトな導波路デバイスを実現することは難しい。
【００１７】
本発明の目的は、上記問題点を解消し、従来型の導波路とフォトニック結晶導波路を適切に組み合わせることにより、長い光路長を構成可能として大きな遅延を生成可能とした導波路デバイス、該導波路デバイスを用いた情報記憶用装置、情報処理用装置を提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、次のような構成を採用した。以下、各請求項毎の構成を述べる。
【００１９】
ａ）請求項１記載の発明は、直線状の導波路を有する直線状導波路領域と曲線状の導波路を有する曲線状導波路領域からなる導波路デバイスにおいて、直線状の導波路は屈折率の異なるクラッド層とコア層から形成される導波路から構成され、曲線状の導波路は、フォトニック結晶中に、線状あるいは点状欠陥が線状に連続して形成されるフォトニック結晶導波路から構成されていることを特徴としている。
【００２０】
ｂ）請求項２記載の発明は、請求項１記載の導波路デバイスにおいて、直線状の導波路を略平行な複数の導波路で構成し、該直線状の導波路の両端にフォトニック結晶導波路を配置し、フォトニック結晶導波路により前記略平行な複数の導波路を連結したことを特徴としている。
【００２１】
ｃ）請求項３記載の発明は、請求項２記載の導波路デバイスおいて、略平行な複数の導波路間に、導波光を吸収する干渉防止領域を設けたことを特徴としている。
【００２２】
ｄ）請求項４記載の発明は、請求項２記載の導波路デバイスおいて、略平行な複数の導波路がファイバーが束ねられたものであることを特徴としている。
【００２３】
ｅ）請求項５記載の発明は、請求項２または３記載の導波路デバイスおいて、略平行な複数の導波路が２次元アレイ状導波路であることを特徴としている。
【００２４】
ｆ）請求項６記載の発明は、請求項２または３記載の導波路デバイスおいて、直線状の各導波路を２次元アレイ状導波路が積層したもので構成したことを特徴としている。
【００２５】
ｇ）請求項７記載の発明は、請求項２、３、４または６のいずれかに記載の導波路デバイスおいて、フォトニック結晶導波路を２次元フォトニック結晶導波路が積層されたもので構成したことを特徴としている。
【００２６】
ｈ）請求項８記載の発明は、請求項１から７のいずれかに記載の導波路デバイスを用いたことを特徴とする情報記憶用装置であり、請求項９記載の発明は、請求項１から７のいずれかに記載の導波路デバイスを用いたことを特徴とする情報処理用装置である。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明に係るフォトニック結晶導波路デバイスの基本構成を、図１を用いて説明する。
【００２８】
同図において、１０および１１は曲線状導波路領域、１２は直線状導波路領域、１３は入射光、１４は出射光、１５は直線状導波路、１６は曲線状導波路領域である。
【００２９】
同図に示すように、本発明のフォトニック結晶導波路デバイスは、直線導波路領域１２が、屈折率の異なるクラッド層とコア層から構成されている従来型導波路（図１５参照）からなり、一方、導波路が曲線となる曲線状導波路領域１０および１１は、フォトニック結晶導波路で構成される。
【００３０】
導波路が曲線となっているフォトニック結晶導波路１０および１１は、従来型の直線状導波路同士を相互に光学的につないでいる。図１の構成により、入射光１３は上記複数の直線状導波路１５と曲線状導波路１６を繰り返し通過した後、出射光１４として出力される。
【００３１】
フォトニック結晶導波路は、従来型の導波路では不可能だった急峻な光の折り曲げが可能であることから、コンパクトな光導波路デバイスが実現できるものとして期待されているが、上で説明したように、フォトニック結晶のＰＢＧ位置で、光が完全に遮断されるという性質は、完全且つ無限大サイズの結晶でのみ得られる特性であって、実際の有限サイズの大きさのフォトニック結晶では、ＰＢＧ位置であっても光の漏れは存在する。
【００３２】
したがって、ふたつのフォトニック結晶導波路を近接させると、導波路間で、クロストークが発生してしまう（図１４の説明参照）。また、今述べたクロストークの問題とも関係するが、一般的に、フォトニック結晶の効果を得るためには、結晶構造の繰り返しが１０周期から２０周期必要であると言われており、この点も、複数のフォトニック結晶導波路を近接させてコンパクトに並べるのを難しくしている。
【００３３】
一方、従来型の導波路は、光を急峻に曲げることは不得意であるが、導光にコアとクラッドの屈折率の違いを用いているため、上述したクロストークは発生せず、導波路が直線である限り複数の導波路を近接させてコンパクトに並べるのには適している。
【００３４】
そこで、本発明の導波路デバイスは、直線導光領域では、従来型導波路構造を利用することにより、直線状の導波路を近接させてコンパクトに並べ、直線状の導波路からの光を折り返して、直線状導波路同士をつなぐ曲線状導波路領域では、フォトニック結晶導波路を用いることにより、コンパクトな光の折り返しを実現するものである。以上の組み合わせの結果により、長い光路長を有した導波路デバイスを実現することが可能となり、その結果、大きな遅延を有する素子を実現することも可能になる。
【００３５】
以下、図面を用いて、本発明の実施例を詳細に説明する。
（実施例１）
実施例１では、請求項１、請求項２および請求項５の発明を実施した例について説明を行う。
【００３６】
図２は、本実施例１を説明するための図であり、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）における断面１で切断したときの断面図、同図（ｃ）は同図（ａ）における断面２で切断したときの断面図である。
【００３７】
同図において、２１および２２はフォトニック結晶導波路、２３は従来型導波路、２４はテーパー領域、２５は入射光、２６は出射光、２７はシリコン基板、２８はバッファ層、２９はコア、３０はクラッド、３１は酸化シリコン、３２は空隙、３３はシリコン、３４はエアーホール、Ｔはテーパー状部分を示している。
【００３８】
同図（ｂ）に示すように、直線状の導波路部分は、同一のシリコン基板２７上に酸化シリコンによりコア２９とクラッド３０を形成した２次元アレイ状導波路を用いた。図２（ａ）に示す通り、複数の導波路（コア部）は、概ね平行となっている。直線状導波路の端部は、フォトニック結晶導波路とのインピーダンスマッチングをとるために、テーパー領域２４でテーパー状（図中のＴ）になっている。
【００３９】
また、同図（ｃ）に示すように、導波路が曲線となる領域のフォトニック結晶は、シリコン薄膜に周期的な穴を設け、さらに、エッチングによりシリコン基板から浮かせたエアブリッジ構造のものを用いる。このフォトニック結晶には、線状の欠陥が形成されて導波路となっており、直線状の導波路部分からの光を折り返して、直線状の別の導波路に入れている。
【００４０】
本実施例に示すフォトニック結晶導波路デバイスにより、導波路間クロストークを防止して、コンパクトで光路長の長い導波路デバイスを実現することができる。
【００４１】
本実施例の直線状導波路で用いた酸化シリコンによるコア２９とクラッド３０は、酸化シリコンへのドーピングにより、屈折率が変化することを利用して、コアおよびクラッドとして機能するようにする。
【００４２】
ドーピング材料としては、ゲルマニウムやフッ素などの材料が知られている。また、コアおよびクラッドを形成する材料は、酸化シリコンに限るものではない、一般的に屈折率差を利用したコアおよびクラッドを全て用いることができる。酸化シリコン系以外の材料としては、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂などが用いられる。
【００４３】
また、本実施例では、曲線状導波路領域に、シリコン薄膜のエアブリッジ構造のフォトニック結晶を用いたが、本発明は、これに限定するものではない。フォトニック結晶導波路で、光を折り返す機能を有するものであれば、何でも良い。例えば、微粒子の集積体によるフォトニック結晶導波路を用いても良い。
【００４４】
（実施例２）
実施例２では、請求項１、請求項２および請求項５の発明を、前述の実施例１とは異なる構成によって実施した例について説明を行う。
【００４５】
図３は、本実施例２を説明するための図であり、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）における断面１で切断したときの断面図、同図（ｃ）は同図（ａ）における断面２で切断したときの断面図である。
【００４６】
同図において、４１および４２はフォトニック結晶導波路、４３は従来型導波路、４４はレンズアレイ、４５は入射光、４６は出射光、４７はシリコン基板、４８はバッファ層、４９はコア、５０はクラッド、５１は酸化シリコン、５２は空隙、５３はシリコン、５４はエアーホール、Ｒはレンズ部分を示している。
【００４７】
同図（ｂ）に示すように、直線状の導波路部分は、同一のシリコン基板４７上に酸化シリコンによりコア４９とクラッド５０を形成した２次元アレイ状導波路を用いた。同図（ａ）に示す通り、複数の導波路（コア部）は、概ね平行となっている。
【００４８】
また、同図（ｃ）に示すように、導波路が曲線となる領域のフォトニック結晶は、シリコン薄膜に周期的な穴を設け、さらに、エッチングによりシリコン基板から浮かせたエアブリッジ構造のものを用いる。このフォトニック結晶には、線状の欠陥が形成されて導波路となっている。
【００４９】
直線状の導波路と折り返しのフォトニック結晶の間には、同図（ａ）に示すように、インピーダンスマッチングのためにレンズアレイ４４のレンズ部分Ｒが配置されており、直線状の導波路部分からの光を折り返して、直線状の導波路に入れている。
【００５０】
本実施例に示すフォトニック結晶導波路デバイスにより、実施例１と同様、導波路間クロストークを防止して、コンパクトで光路長の長い導波路デバイスを実現することができる。
【００５１】
直線状導波路で用いた酸化シリコンによるコア４９とクラッド５０は、実施例１と同様に、酸化シリコンへのドーピングにより、屈折率が変化することを利用して、コアおよびクラッドとして機能するようにする。コアおよびクラッドの材料やドーピング材料、曲線状導波路領域に関しては実施例１と同様である。
【００５２】
（実施例３）
実施例３では、請求項３および請求項５の発明を実施した例について説明を行う。
図４は、本実施例３を説明するための図であり、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）における断面１で切断したときの断面図、同図（ｃ）は同図（ａ）における断面２で切断したときの断面図である。
【００５３】
同図において、６１および６２はフォトニック結晶導波路、６３は従来型導波路、６５は入射光、６６は出射光、６７はシリコン基板、６８はバッファ層、６９はコア、７０はクラッド、７１は酸化シリコン、７２は空隙、７３はシリコン、７４はエアーホール、７５は干渉防止領域を示している。
【００５４】
同図（ａ）、（ｂ）に示すように、直線状の導波路部分は、同一シリコン基板６７上に酸化シリコンによりコア６９とクラッド７０を形成した２次元アレイ状導波路で、互いの導波路は、概ね平行となっており、各導波路間には、フッ素樹脂により、光を吸収する干渉防止領域７５を設ける。
【００５５】
また、導波路が曲線となる領域のフォトニック結晶は、シリコン薄膜に周期的な穴を設け、さらに、エッチングによりシリコン基板から浮かせたエアブリッジ構造のものを用いる。このフォトニック結晶には、線状の欠陥が形成されて、導波路となっており、直線状の導波路部分からの光を折り返して、直線状の導波路に入れている。なお、直線状導波路と曲線状導波路との間の接続部は、実施例１（図２）のテーパー領域２４または実施例２（図３）のレンズアレイ４４と同様の構成を採用する。
【００５６】
本実施例では、光を吸収する干渉防止領域７５としてフッ素樹脂を用いたが、本発明は、これに限定するものではなく、導波路中を伝播させる信号光を吸収するものであれば何でも良い。一般的に、考えられる材料としては、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、色素や顔料を含有する材料などが挙げられる。
【００５７】
（実施例４）
実施例４では、請求項４の発明を実施した例について説明を行う。
図５は、本実施例４を説明するための図であり、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）における断面１で切断したときの断面図、同図（ｃ）は同図（ａ）における断面２で切断したときの断面図である。
【００５８】
同図において、８１および８２はフォトニック結晶導波路、８３は光ファイバーの束、８５は入射光、８６は出射光、８７はシリコン基板、８８はコア、８９はクラッド、９０はシース、９１は酸化シリコン、９２は空隙、９３はシリコン、９４はエアーホールを示している。
【００５９】
同図（ａ）、（ｂ）に示すように、直線状の導波路部分は、ファイバーの束８３で形成されている。また、同図（ｃ）に示すように、導波路が曲線となる領域のフォトニック結晶は、シリコン薄膜に周期的な穴を設け、さらに、エッチングによりシリコン基板８７から浮かせたエアブリッジ構造のものを用いる。このフォトニック結晶には、線状の欠陥が形成されて導波路となっており、直線状の導波路部分からの光を折り返して、直線状の導波路に入れている。
【００６０】
（実施例５）
実施例５では、請求項６の発明を実施した例について説明を行う。
図６は、本実施例５を説明するための図であり、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）における断面１で切断したときの断面図、同図（ｃ）は同図（ａ）における断面２で切断したときの断面図である。
【００６１】
同図において、１０１および１０２は３次元フォトニック結晶導波路、１０３は２次元導波路アレイの積層、１０５は入射光、１０６は出射光、１０７はシリコン基板、１０８はバッファ層、１０９はコア、１１０はクラッド、１１１は３次元フォトニック結晶（紫外線硬化樹脂）、１１２は導光特性を発現させるための欠陥を示している。
【００６２】
同図（ａ）、（ｂ）に示すように、直線状の導波路部分は、同一シリコン基板１０７上にコア１０９とクラッド１１０が設けられた２次元状導波路アレイを積層したもの１０３を用いた。また、導波路が曲線となる領域のフォトニック結晶は、光造形法により形成した導光特性を発現させるための欠陥１１２を有する３次元フォトニック結晶導波路１１１（１０１，１０２）により、直線状の導波路部分からの光を折り返して、直線状の導波路に入れている。同図からはわかりにくいが、光造形法の特徴により、平面内だけの光の折り返しだけではなく、立体的な（３次元）光の折り返しを可能にしていることにより、よりコンパクトなデバイスの構成を可能としている。
【００６３】
（実施例６）
実施例６では、請求項７の発明を実施した例について説明を行う。
図７は、本実施例６を説明するための図であり、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）における断面１で切断したときの断面図、同図（ｃ）は同図（ａ）における断面２で切断したときの断面図である。
【００６４】
同図において、１２１および１２２は２次元フォトニック結晶導波路の積層、１２３は２次元導波路アレイの積層、１２５および１２５’は入射光１および２、１０６および１２６’は出射光１および２、１２７はシリコン基板、１２８はバッファ層、１２９はコア、１３０はクラッド、１３１は微粒子集積体（フォトニック結晶）、１３２はパターニング粒子層、１３３は導光特性を発現させるための欠陥、１３４は貼り合わせ層を示している。
【００６５】
同図（ａ）、（ｂ）に示すように、直線状の導波路部分は、同一シリコン基板１２７上にコア１２９とクラッド１３０が設けられた２次元アレイ状導波路を積層したもの１２３を用いた。
【００６６】
また、導波路が曲線となる領域のフォトニック結晶は、シリコン基板１２７上に粒子集積法と粒子のパターン配列技術を用いて形成した２次元フォトニック結晶導波路を積層したもの（１２１、１２２）により、直線状の導波路部分からの光を折り返して直線状の導波路に入れている。パターニング粒子層１３２のパターンにより所望の特性になるように制御可能である。
【００６７】
図８は、図７の２次元フォトニック結晶導波路部分（微粒子集積体）を詳細に示した図である。同図において、参照符号は図７と同じであり、１２７および１２７’はシリコン基板、１３１は微粒子集積体（フォトニック結晶）、１３２はパターニング粒子層、１３４は貼り合わせ層を示している。
【００６８】
同図に示すように、積層体を構成している２次元フォトニック結晶導波路の各々は、パターニング粒子層における粒子パターンにより独立に導波回路が形成されている。このような構成にすることにより、各層ごとに独立した異なった光路長を持たせることが可能となり、図７（ａ）で示している出射光１（１２６）と出射光２（１２６’）では、異なった遅延信号を取り出すことができるようになる。
【００６９】
（実施例６の変形例）
図９は、本実施例６において、の変形例を説明するための図であり、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）における断面１で切断したときの断面図、同図（ｃ）は同図（ａ）における断面２で切断したときの断面図である。
【００７０】
同図において、１４１および１４２は２次元フォトニック結晶導波路の積層、１４３は２次元導波路アレイの積層、１４５は入射光、１４６は出射光、１４７はシリコン基板、１４８はバッファ層、１４９はコア、１５０はクラッド、１５１は微粒子集積体（フォトニック結晶）、１５２はパターニング粒子層、１５３は導光特性を発現させるための欠陥を示している。
【００７１】
本構成は、実施例６で多層にしていた構成を一層構成にしたものであり、パターニング粒子層１５２のパターンにより所望の特性になるように制御可能である。
【００７２】
（応用例）
情報処理の高速化に伴って光技術を利用することが期待されているが、エレクトロニクスとは異なり高速のレジスタやＲＡＭを構成するのは困難であった。これらの機能を、遅延（ディレイ）によって実現することが考えられるが、従来技術では大きな遅延を得るには大きなサイズを必要としており実現が難しかった。
【００７３】
しかし、上述した各実施例により大きい遅延を有する導波路デバイスを実現できるので、この大きな遅延機能を有する導波路デバイスを用いることにより各種メモリ、レジスタなどの情報記憶用装置（請求項８）や、情報処理用装置（請求項９）のコンパクト化も実現可能である。
【００７４】
次に、遅延機能を有する導波路を利用した情報処理用デバイスの一例として、光符号器や光相関器を用いたフォトニックパケットのヘッダ識別技術を説明する。
【００７５】
図１０は、前記非特許文献に開示されている光符号ラベルを用いたフォトニックパケットのヘッダ識別のための構成図である。
【００７６】
同図において、２００は光符号器、２０１は遅延線、２０２はチューナブルタップ、２０３は合波器、２０４は位相器、２１０は光相関器、２１２はチューナブルタップ、２１４は位相器である。
【００７７】
同図において、光符号器２００に、光パルス波形の振幅または位相に符号情報を埋め込んだ時間波形を有する光符号を入力し、符号数は符号長に依存し、ＩＰアドレス数に相当する符号数を確保する。あて先検索は光相関器２１０で光領域のマッチトフィルタリングに基づき時間波形の一致・不一致を判別する。マッチトフィルタリングはアナログ演算であり、光論理演算を用いず、受動光デバイスのみで全ての処理を光領域で実行でき超高速処理が可能である。波形の一致・不一致によって自己相関波形、相互相関波形が得られ、これらの波形の相違によって符号の一致・不一致を識別する（詳細は上述の非特許文献１参照）。
【００７８】
同図の遅延線２０１として上記各実施例で説明した導波路デバイスを用いることでフォトニックパケットのヘッダ識別のための装置を大幅にコンパクト化することが可能になる。
【００７９】
【発明の効果】
以下、本発明の効果を各請求項毎に記す。
請求項１記載の導波路デバイスによれば、直線状導光領域が、従来型の導波路となっていることにより、導波路間のクロストークを防止し、曲線状導光領域は、フォトニック結晶導波路により、コンパクトに光を折り返していることにより、コンパクトで光路長の長い導波路デバイスを実現することができる。
【００８０】
請求項２記載の導波路デバイスによれば、直線状導光領域が、従来型の導波路が互いに概ね平行に配置されることにより、導波路間のクロストークを防止し、曲線状導光領域は、フォトニック結晶導波路により、コンパクトに光を折り返し、直線状の導波路に連結されていることにより、コンパクトで光路長の長い導波路デバイスを実現することができる。
【００８１】
請求項３記載の導波路デバイスによれば、直線状導光領域が、従来型の導波路が互いに概ね平行に配置されており、その直線状の各導波路間には、導波路からの漏れ光を吸収する干渉防止領域が設けられていることにより、導波路間のクロストークの防止をより確実にし、曲線状導光領域は、フォトニック結晶導波路により、コンパクトに光を折り返し、直線状の導波路に連結されていることにより、コンパクトで光路長の長い導波路デバイスを実現することができる。
【００８２】
請求項４記載の導波路デバイスによれば、直線状導光領域が、光ファイバーが束ねられて構成されることにより、光ファイバー間のクロストークを防止し、曲線状導光領域は、フォトニック結晶導波路により、コンパクトに光を折り返し、直線状の導波路に連結されていることにより、コンパクトで光路長の長い導波路デバイスを実現することができる。
【００８３】
請求項５記載の導波路デバイスによれば、直線状導光領域が、２次元アレイ状導波路であることにより、光導波路間のクロストークを防止し、曲線状導光領域は、フォトニック結晶導波路により、コンパクトに光を折り返し、直線状の導波路に連結されていることにより、コンパクトで光路長の長い導波路デバイスを実現することができる。
【００８４】
請求項６記載の導波路デバイスによれば、直線状導光領域が、２次元アレイ状導波路が積層されていることにより、光導波路間のクロストークを防止し、且つ、多数の導波路を集積可能にし、曲線状導光領域は、フォトニック結晶導波路により、コンパクトに光を折り返し、直線状の導波路に連結されていることにより、よりコンパクトで光路長の長い導波路デバイスを実現することができる。
【００８５】
請求項７記載の導波路デバイスによれば、直線状導光領域が、従来型の導波路により、導波路間のクロストークを防止し、曲線状導光領域は、２次元フォトニック結晶導波路を積層して、コンパクトに集積された光の折り返しを実現することにより、コンパクトで光路長の長い導波路デバイスを実現し、ひとつに集積されたデバイスで、遅延時間の異なる回路を構成することが可能にする。
【００８６】
請求項８記載の情報記憶用装置および請求項９記載の情報処理用装置によれば、コンパクトな導波路デバイスを用いているのでこれらの装置自体をコンパクト化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るフォトニック結晶導波路デバイスの基本構成を説明するための図である。
【図２】実施例１を説明するための図である。
【図３】実施例２を説明するための図である。
【図４】実施例３を説明するための図である。
【図５】実施例４を説明するための図である。
【図６】実施例５を説明するための図である。
【図７】実施例６を説明するための図である。
【図８】図７の２次元フォトニック結晶導波路部分（微粒子集積体）を詳細に示した図である。
【図９】実施例６の変形例を説明するための図である。
【図１０】非特許文献１に開示されている光符号ラベルを用いたフォトニックパケットのヘッダ識別のための構成図である。
【図１１】フォトニック結晶の光透過スペクトルを示す図である。
【図１２】フォトニック結晶に欠陥を導入した場合に、その欠陥に沿って光が通過することを示す図である。
【図１３】実際の有限サイズの結晶においてＰＢＧの波長位置で光を若干透過させることを説明するための図である。
【図１４】複数の導波路を接近させてコンパクトに集積した場合に隣接する導波路間でクロストークが発生することを説明するための図である。
【図１５】従来型のクラッド（屈折率ｎ２）の中に隣接して設けられたコア（屈折率ｎ１）からなる導波路を示す図である。
【符号の説明】
１０，１１：曲線状導波路領域、
１２：直線状導波路領域、
１３：入射光、
１４：出射光、
１５：直線状導波路、
１６：曲線状導波路領域、
２１，２２：フォトニック結晶導波路、
２３：従来型導波路、
２４：テーパー領域、
２５：入射光、
２６：出射光、
２７：シリコン基板、
２８：バッファ層、
２９：コア、
３０：クラッド、
３１：酸化シリコン、
３２：空隙、
３３：シリコン、
３４：エアーホール、
Ｔ：テーパー状部分、
４１，４２：フォトニック結晶導波路、
４３：従来型導波路、
４４：レンズアレイ、
４５：入射光、
４６：出射光、
４７：シリコン基板、
４８：バッファ層、
４９：コア、
５０：クラッド、
５１：酸化シリコン、
５２：空隙、
５３：シリコン、
５４：エアーホール、
Ｒ：レンズ部分。
６１，６２：フォトニック結晶導波路、
６３：従来型導波路、
６５：入射光、
６６：出射光、
６７：シリコン基板、
６８：バッファ層、
６９：コア、
７０：クラッド、
７１：酸化シリコン、
７２：空隙、
７３：シリコン、
７４：エアーホール、
７５：干渉防止領域、
８１，８２：フォトニック結晶導波路、
８３：光ファイバーの束、
８５：入射光、
８６：出射光、
８７：シリコン基板、
８８：コア、
８９：クラッド、
９０：シース、
９１：酸化シリコン、
９２：空隙、
９３：シリコン、
９４：エアーホール、
１０１，１０２：３次元フォトニック結晶導波路、
１０３：２次元導波路アレイの積層、
１０５：入射光、
１０６：出射光、
１０７：シリコン基板、
１０８：バッファ層、
１０９：コア、
１１０：クラッド、
１１１：３次元フォトニック結晶（紫外線硬化樹脂）、
１１２：導光特性を発現させるための欠陥、
１２１，１２２：２次元フォトニック結晶導波路の積層、
１２３：２次元導波路アレイの積層、
１２５，１２５’：入射光、
１０６，１２６’：出射光、
１２７，１２７’：シリコン基板、
１２８：バッファ層、
１２９：コア、
１３０：クラッド、
１３１：微粒子集積体（フォトニック結晶）、
１３２：パターニング粒子層、
１３３：導光特性を発現させるための欠陥、
１３４：貼り合わせ層、
１４１，１４２：２次元フォトニック結晶導波路の積層、
１４３：２次元導波路アレイの積層、
１４５：入射光、
１４６：出射光、
１４７：シリコン基板、
１４８：バッファ層、
１４９：コア、
１５０：クラッド、
１５１：微粒子集積体（フォトニック結晶）、
１５２：パターニング粒子層、
１５３：導光特性を発現させるための欠陥、
２００：光符号器、
２０１：遅延線、
２０２：チューナブルタップ、
２０３：合波器、
２０４：位相器、
２１０：光相関器、
２１２：チューナブルタップ、
２１４：は位相器。
【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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【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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【図１５】
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