(57)【要約】【課題】複数の波長（周波数）の光信号を同時に選択できることが可能な波長可変機能を有する光学素子およびそれを用いた光学装置を提供する。【解決手段】屈折率の異なる領域が繰り返されて配置されている構造（フォトニック結晶）を用いた光学素子を複数個配置して、機械的、電気的、熱的、および材料的機構によりフォトニック結晶の繰り返しの間隔や屈折率を変化させることにより、複数の光学素子が対象とする波長を同時に変化させる。【選択図】  図２
2004328102.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学媒体中に当該媒体とは屈折率（誘電率）の異なる物質を、規則的に、二次元、または、三次元的に配列したフォトニック結晶において、前記フォトニック結晶中には当該フォトニック結晶を透過する光のチャンネル対応に前記屈折率（誘電率）の異なる物質の配置に欠陥を持たせてあり、且つ、その配列の周期を製作時とは異なる配列の周期に変形させて使用するものであることを特徴とした光学素子。
【請求項２】
光学媒体中に当該媒体とは屈折率（誘電率）の異なる物質を、規則的に、二次元、または、三次元的に配列したフォトニック結晶において、前記フォトニック結晶中には当該フォトニック結晶を透過する光のチャンネル対応に前記屈折率（誘電率）の異なる物質の配置に欠陥を持たせてあり、且つ、当該フォトニック結晶の端部に相対的にその距離を変更できる部材を配置して、端部の部材間の距離を製作時とは異なる距離として、フォトニック結晶の配列の周期を製作時とは異なる配列の周期に変形させて使用するものであることを特徴とした光学素子。
【請求項３】
前記距離を変更できる部材の一方が、フォトニック結晶のチャンネル対応で段差を持つものとされ、両部材が平行移動して配列の周期を変形させた請求項２に記載の光学素子。
【請求項４】
前記距離を変更できる部材の両方が、平端な面でフォトニック結晶と接するとともに、部材の一方が他端に対してより大きい移動量を持つものとされた請求項２に記載の光学素子。
【請求項５】
光学媒体中に当該媒体とは屈折率（誘電率）の異なる物質を、規則的に、二次元、または、三次元的に配列したフォトニック結晶中には当該フォトニック結晶を透過する光のチャンネル対応に前記屈折率（誘電率）の異なる物質の配置に欠陥を持たせてあり、且つ、その配列の周期を製作時とは異なる配列の周期に変形させて使用するものであるとともに、前記フォトニック結晶の一端にはフォトニック結晶を透過する光を導入する光ファイバを設け、他端には前記フォトニック結晶を透過した光を導出する光ファイバを備えたことを特徴とした光学装置。
【請求項６】
前記フォトニック結晶の端部に相対的にその距離を変更できる部材を配置して、端部の部材間の距離を製作時とは異なる距離として、フォトニック結晶の配列の周期を製作時とは異なる配列の周期に変形させて使用するものとされた請求項５に記載の光学装置。
【請求項７】
前記距離を変更できる部材の一方が、フォトニック結晶のチャンネル対応で段差を持つものとされ、両部材が平行移動して配列の周期を変形させた請求項６に記載の光学装置。
【請求項８】
前記距離を変更できる部材の両方が、平端な面でフォトニック結晶と接するとともに、部材の一方が他端に対してより大きい移動量を持つものとされた請求項６に記載の光学装置。
【請求項９】
光学媒体中に当該媒体とは屈折率（誘電率）の異なる物質を、規則的に、二次元、または、三次元的に配列したフォトニック結晶中には当該フォトニック結晶を透過する光のチャンネル対応に前記屈折率（誘電率）の異なる物質の配置に欠陥を持たせてあり、前記フォトニック結晶の端部に相対的にその距離を変更できる部材を配置して、端部の部材間の距離を製作時とは異なる距離として、フォトニック結晶の配列の周期を製作時とは異なる配列の周期に変形させて使用するものであるとともに、前記フォトニック結晶の一端にはフォトニック結晶を透過する光を導入する光ファイバを設け、他端には前記フォトニック結晶を透過した光を導出する光ファイバを備え、且つ、前記フォトニック結晶およびその端部の相対的にその距離を変更できる部材を周辺に土手状の構造物を有するホルダ内に配置して、前記土手状の構造物と相対的にその距離を変更できる部材との間にピエゾ素子を設けたことを特徴とした光学装置。
【請求項１０】
フォトニック結晶を用いた多チャンネル合分波器による光交換機であって、前記の多チャンネル合分波器は、光学媒体中に当該媒体とは屈折率（誘電率）の異なる物質を、規則的に、二次元、または、三次元的に配列したフォトニック結晶中には当該フォトニック結晶を透過する光のチャンネル対応に前記屈折率（誘電率）の異なる物質の配置に欠陥を持たせてあり、前記フォトニック結晶の端部に相対的にその距離を変更できる部材を配置して、端部の部材間の距離を製作時とは異なる距離として、フォトニック結晶の配列の周期を製作時とは異なる配列の周期に変形させて使用するものである光学装置であることを特徴とする光交換機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信システム、光情報システムに用いられる光学素子に関わり、特に、複数の波長（周波数）の光信号を同時に選択できることが可能な波長可変機能を有する光学素子およびそれを用いた光学装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバを用いた光通信は、情報伝送の長距離、高速、大容量等の特性のため、現在および将来にわたる光伝送ネットワークとして構築されつつある。伝送容量を一層拡大するために、波長の異なる多数の光信号（チャンネル）を同時に利用する波長分割多重方式（ＷＤＭ）が用いられている。光ファイバ中を伝送する光の波長は、光ファイバの伝送損失が低い１．３ミクロンと１．５ミクロンの波長帯域が使われ、伝送のウインド（窓）と呼ばれている。これらのウインドの波長幅は限られているため、隣のチャンネルとの波長間隔を狭くすればするほど伝送のチャンネル数を増やすことができる。例えば、周波数間隔が１００ＧＨｚ、５０ＧＨｚ、２５ＧＨｚと小さくなるに従い、波長間隔は約０．８ｎｍ、０．４ｎｍ、０．２ｎｍという間隔となる。これらの波長（周波数）チャンネルはＩＴＵ−ＴＳ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｕｎｉｏｎ−Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ  Ｓｅｃｔｏｒ）グリッドと呼ばれていて、ＩＴＵ勧告として広く認知されている。１．５ミクロンウインドで波長帯は、Ｓ波長帯（１４８０ｎｍ〜１５３０ｎｍ程度）、Ｃ波長帯（１５３０ｎｍ〜１５８０ｎｍ程度）、Ｌ波長帯（１５８０ｎｍ〜１６２０ｎｍ程度）に分割され、それぞれの波長帯を１００チャンネルに分けて用いるとき、各チャンネルの波長間隔は０．４ｎｍで半値幅は０．１ｎｍ程度となる。
【０００３】
ＷＤＭによる光通信において、光を電気的な信号に変換せずにすべての交換機のステップを光のまま行う光交換機の実現が議論されている。光交換機では、波長多重された光信号が光ファイバにより入力され、光分波器で分波され、フィルタで波長選択され、波長変換素子で各通信に対応した波長の光に波長変換され、光カップラによって波長多重化される。波長多重された光信号の中から多チャンネルフィルタで複数の波長が選択され、波長変換素子で次の波長変換を繰り返すことにより、波長領域での光交換が実現される。したがって、複数の波長（周波数）の光信号を同時に選択できることが可能なフィルタが重要となる。
【０００４】
従来から使用されている干渉フィルタ等の多くの光学素子は、あらかじめ目的の波長領域を設定して積層膜を作製するため、作製後に外部から波長を選択することは困難であった。光通信用のレーザーダイオードにおいても、出射する光の波長を設定して材料設計が行われるのが通常であり、後で外部から波長を選択することは困難であった。コリメータレンズで並行平面波にした半導体レーザー光の光路中にエタロンを配置して、波長をロックすることが可能なＷＤＭ光通信用の半導体レーザー装置が開示されている（特許文献１）が、この半導体レーザー装置では、ＩＴＵ−ＴＳグリッドの各チャンネルに対応する初期設定が必要である。
【０００５】
複数の波長（周波数）の光信号を同時に選択できることが可能なフィルタとしては、光音響フィルタ（非特許文献１）や液晶波長可変フィルタ（非特許文献２）が報告されている。それらの可変波長フィルタにおいて、同時に選択できる波長の数は、それぞれ５つ程度である。ファブリペロー干渉型フィルタと偏光制御素子を組み合わせた、複数の任意の波長（周波数）の光信号を選択できる波長可変フィルタが開示されている（特許文献２）。
【０００６】
一方、最近では、フォトニック結晶を用いたフィルタ、レーザー、光導波路等の光学素子の開発が行われつつある。フォトニック結晶では、対象としている光（一般には、電磁波）の屈折率（誘電率）が、その光の半波長程度の空間的周期構造を有している場合に、結晶内での電子のバンド構造に類似した、光の波数と周波数の関係としてのフォトニックバンドが形成されるとした大高による理論研究結果（非特許文献３）が基本になっている。さらに、このようなフォトニック結晶では、特定の波長（周波数）の光が抑制されるフォトニックバンドギャップ（光の禁制帯）の存在がＹａｂｌｏｎｏｖｉｔｃｈ（非特許文献４）やＪｏｈｎ（非特許文献５）によりに報告されている。すなわち、屈折率の異なる複数の媒質を１次元、２次元、または、３次元的に周期的に配置したフォトニック結晶においては、その周期構造や一部に導入した周期性を乱す構造（欠陥構造）により、光の反射、透過、屈折、導波、発光等の特性を制御することが可能である（非特許文献６）。この欠陥構造についても、フォトニック結晶の周期構造の何倍かの周期（長周期）を用いる場合がほとんどであるため、欠陥構造も含めて規則構造と呼ぶことが出来る。
【０００７】
フォトニック結晶を用いた光学素子を光通信に応用する場合に、波長分割多重方式（ＷＤＭ）に対応するためには、例えば、１．５ミクロンウインドの波長帯において、Ｓ波長帯、Ｃ波長帯、Ｌ波長帯、それぞれの波長帯を１００チャンネルに分割できることが必要で、波長チャンネル間のクロストーク除去が強く要請される。つまり、光学素子の対象とする波長の変動が小さく（光学素子の安定性）、また、波長選択性が高いこと（波長選択の半値幅が小さく、波長特性のＱ値が高い）が必須である。また、複数の波長（周波数）の光信号を同時に選択できることにより、光学素子やそれらの取り付け・調整に関する単価を減少することが可能となり、産業応用にとって特に重要である。
【０００８】
フォトニック結晶を用いた光学素子の従来技術に関しては、特許文献３では、半導体活性層内において周期的酸化状態による多層反射膜を形成したレーザーが開示され、誘電体スラブ光導波路に３角格子状の球状屈折率変化領域が設けられていることを特徴とするフォトニック結晶が開示され（特許文献４）、また、半導体レーザーの外部にフォトニック結晶を設けた装置が開示されている（特許文献５）、（特許文献６）。これらの公知例においては、波長可変型光学素子の開示はなされていない。
【０００９】
３種類以上の複数の光学媒質から形成されるフォトニック結晶において、電場、磁場、光、圧力、温度などの外場を変化させることにより、それらの光学媒質の屈折率を変化させ、それら複数の光学媒質のうちのある２つの屈折率を等しくすることにより、フォトニック結晶のバンド構造をダイナミックに変化させる光学素子を開示している（特許文献７）。この光学素子においては、光媒質の屈折率を変化させることを利用しているが、あらかじめ選択された波長の光に対する導波路をダイナミックに変化させることを特徴としていて、波長可変型光学素子の開示とはなっていない。
【００１０】
フォトニック結晶の両端に設置した、格子状の電極により、コア層の屈折率を電気光学効果により変化させることにより、所望のパターンのフォトニック結晶を形成できる光デバイスが開示されている（特許文献８）。また、フォトニック結晶の両端に設置した任意形状の電極により、フォトニック結晶領域のフォトニックバンド構造を電気光学効果により変化させることにより任意のパターンの光導波路を動的に制御できる光デバイスが開示されている（特許文献９）。これらの光デバイスにおいては、電気光学効果により光媒質の屈折率を変化させることを利用しているが、あらかじめ選択された波長の光に対する回折格子や導波路を提供するもので、波長可変型光学素子としての開示とはなっていない。
【００１１】
フォトニック結晶を用いた光学素子の従来技術の開示について以下に述べる。フォトニックバンド端に対応する光の波長が、透過させようとする光の波長の近傍に設定されていることを特徴としていて、電気光学材料にＡＣ電圧を印可することにより屈折率を変調することができる光機能素子が開示されている（特許文献１０）。このとき、フォトニック結晶が１次元的な回折格子としての形状を有していて、透過波長特性の半値幅は１０ｎｍ程度である（特許文献１１）。同様に、１次元的な周期構造において、外部からの信号により光や超音波などの透過波長を変化させる機能性材料および機能性素子が開示されている（特許文献１２）が、透過波長特性の半値幅は１０ｎｍ程度である。
【００１２】
円偏光からなる制御光を二次元のフォトニック結晶に入射することにより、フォトニック結晶を透過する被制御光の透過率をスイッチングする半導体光スイッチ装置が開示されている（特許文献１３）。また、制御光を二次元のフォトニック結晶に入射することにより、フォトニック結晶の透過率を変化させるフォトニック結晶光制御装置が開示されている（特許文献１４）。この開示例では、制御光の光強度が１０ｋＷ／ｃｍ２において、波長が１５００ｎｍの被制御光に対して、波長可変域が３０ｎｍ程度のハイパスフィルタになっている。これらの制御光を利用した光学素子では、比較的大出力の制御光の光源が必要であることと、光学素子の機能が光スイッチまたはハイパスフィルタとなっていることが特徴である。
【００１３】
マトリックス状に配置された複数の配線の導通状態を制御することにより、異なる周波数に適合することができるフォトニック結晶素子が開示されている（特許文献１５）。また、空間的に徐々に変化する周期性や周期性の方向をフォトニック結晶に持たせることにより、波長可変性を持たせた格子変調フォトニック結晶が開示されている（特許文献１６）。これらの光学素子では、あらかじめ選択される波長領域を設定してフォトニック結晶が作製されるため、波長の温度補償等、作製後に外部から波長を調整することは困難である。
【００１４】
屈折率の異なる複数の媒質が周期的に配置されたフォトニック結晶において、それら媒質間の細孔部に電気光学効果を有する液体材料を充填し、フォトニック結晶の両面に設置した２電極に印可した電圧により、その液体材料の屈折率を変化させることにより波長可変性を持たせた３次元フォトニック結晶が開示されている（特許文献１７）。この３次元フォトニック結晶では、電気光学効果を有する液体材料が充填されていて、両面に設置した２電極に分離されずに接触しているために、３次元フォトニック結晶全体に電界が印加され、３次元フォトニック結晶全体においてほぼ一様な屈折率を生じさせることを特徴とする。したがって、この３次元フォトニック結晶は、一部に導入した周期性を乱す構造（欠陥構造）を用いて光制御を行う光学素子に用いることは困難である。
【００１５】
図１は２次元フォトニック結晶の一部に導入した欠陥構造を利用した波長分波器の一例を説明する図である。（Ａ）は平面図を示し、（Ｂ）は平面図のＡ−Ａ’位置での断面図を、（Ｃ）は平面図のＢ−Ｂ’位置での断面図を、それぞれ、示す。図１において、分波器は光学媒体１と光学媒体２とで構成されるフォトニック結晶構造を持つものとされている。光学媒体１の材料としては、例えば、屈折率が１に近く、ポリ塩化ビニール等の有機ポリマーを選ぶことが出来る。光学媒体２の材料としては、比較的屈折率が大きい、シリコン、ガリウム砒素、インジウム砒素、ニオブ酸リチウム等の材料を選ぶことが出来る。
【００１６】
長さＬのフォトニック結晶構造の領域の幅Ｗ１，Ｗ２，−−−，Ｗｎにより示されるそれぞれの矩形領域は、多チャンネルフィルタの第１、第２、−−−、第ｎチャンネルを構成している。光学媒体２は、幅Ｗ１の領域では長さ方向のピッチａ１と幅方向のピッチｂ１により規定される周期により、規則的に配置されている（図１（Ｂ））。一般的なフォトニック結晶においては、長さ方向のピッチａ１と幅方向のピッチｂ１は等しく（ａ１＝ｂ１）設定され、光ファイバを用いた光通信用の光学素子としては、用いられる波長帯域（１．５μｍ帯）の１／２程度の長さである。このとき、光学媒体１と光学媒体２の屈折率、光学媒体１と光学媒体２の形状とピッチを選び、特定の波長（周波数）の光がフォトニック結晶中で存在できないフォトニックバンドギャップ（光の禁制帯）を形成する。さらに、図１においては、幅Ｗ１の領域の中央の位置で、光学媒体２が欠如した欠陥３を持つ構造のためにフォトニック結晶の周期性が乱された領域４１を有する構造、特に、図１の例では、欠陥３が周期的に配置され、周期構造の整数倍の周期（長周期）を有する構造が示されている（図１（Ｃ））。この欠陥３の存在により、領域４１は欠陥導波路として機能するものとなる。このとき、領域４１ではフォトニックバンドギャップ中に特定の波長（周波数）の光が存在できるようになり、欠陥導波路４１によりフォトニック結晶を通して特定の波長（周波数）の光が通過することになり、バンドパスフィルタが形成される。この欠陥導波路４１によるバンドパスフィルタは、波長選択の半値幅が小さく、また、波長特性のＱ値が高いことから、波長チャンネル間のクロストーク除去に必要な波長選択性が充分に高いことが特徴である。
【００１７】
幅Ｗ１の領域と同様に、幅Ｗ２の領域、−−−、幅Ｗｎの領域のそれぞれにも欠陥３の存在により、欠陥導波路として機能する領域４２、−−−、領域４ｎが形成される。このとき、それぞれの領域の長さ方向のピッチａ２、−−−、ａｎと、幅方向のピッチｂ２、−−−、ｂｎをそれぞれの領域ごとにａ２＝ｂ２、−−−、ａｎ＝ｂｎと等しく設定され、領域４２、−−−、領域４ｎのそれぞれでフォトニックバンドギャップ中に特定の波長（周波数）の光が存在できるようになり、欠陥導波路４２、−−−、領域４ｎによりフォトニック結晶を通して特定の波長（周波数）の光が通過することになる。
【００１８】
このようにして、長さＬのフォトニック結晶構造の領域の幅Ｗ１，Ｗ２，−−−，Ｗｎにより示されるそれぞれの矩形領域は、多チャンネルフィルタの第１、第２、−−−、第ｎチャンネルを構成している。
【００１９】
ここで、図１において、長さＬと幅Ｗ１により示される矩形領域の第１チャンネルは、光学媒体２は、長さＬ方向に約Ｌ／ａ１個配列して、幅Ｗ１方向に約Ｗ１／ｂ１個配列している。ＩＴＵ−ＴＳグリッドの１．５μｍ波長帯域を用いるとき、長さ方向のピッチａ１および幅方向のピッチｂ１は１．５μｍの１／２程度の長さである。一般的に、これらのＬ／ａ１とＷ１／ｂ１が大きいほど、フォトニック結晶中を伝播するフォトニックバンドギャップ中の光の減衰率が高くなり、欠陥導波路４１への光の閉じ込め効果が高くなる。
【００２０】
原理的には、Ｗ１／ｂ１は３〜４程度以上であれば、チャンネル間の光の透過は防げるが、チャンネル間の分離を充分に行うためには、Ｗ１／ｂ１として、１０以上程度の数値を選ぶと良い。このとき、Ｗ１は１０μｍ程度以上の幅となる。同様に、欠陥導波路４１を構成する長周期構造の個数が大きいほど、欠陥導波路６を通過する光の半値幅が小さくなるため、欠陥導波路４１のバンドパスフィルタ特性が改善される。例えば、図１の実施例においては、一列の光学媒体２において欠陥構造５が３個おきに配置されているので、長周期構造のピッチはａ１の３倍の長さとなるため、Ｌ／ａ１として３０以上程度の数値を選ぶと良い。このときＬは３０μｍ程度以上の長さとなる。また、フォトニック結晶の周期性の精度が高いほど、チャンネル間の光の遮断特性、および、欠陥導波路４１のバンドパスフィルタ特性が改善される。
【００２１】
上記のことは、多チャンネルフィルタの第２、−−−、第ｎチャンネルでも同様である。
【００２２】
先にも述べたように、例えば、１．５ミクロンウインドで波長帯が、Ｓ波長帯（１４８０ｎｍ〜１５３０ｎｍ程度）、Ｃ波長帯（１５３０ｎｍ〜１５８０ｎｍ程度）、Ｌ波長帯（１５８０ｎｍ〜１６２０ｎｍ程度）に分割され、それぞれの波長帯を１００チャンネルに分けて用いるとき、各チャンネルの波長間隔は０．４ｎｍで半値幅は０．１ｎｍ程度となる。したがって、これに対応した多チャンネルフィルタを作成するためには、各チャンネル対応で、長さ方向のピッチａ１、ａ２、−−−、ａｎと、幅方向のピッチｂ１、ｂ２、−−−、ｂｎを厳密に製作することが必要となるから、その製作は極めて困難なものとなる。
【００２３】
【特許文献１】
特開２００１−２８４７１１号公報
【特許文献２】
特開平８−３６１５７号公報
【特許文献３】
特許第２９１８８８１号明細書
【特許文献４】
特開平１１−２１８６２７号公報
【特許文献５】
特開平１０−２８４８０６号公報
【特許文献６】
特開平１１−１８６６５７号公報
【特許文献７】
特開２００１−９１９１２号公報
【特許文献８】
特開２００２−６２７８号公報
【特許文献９】
特開２００２−１３１７１５号公報
【特許文献１０】
特開平１０−８３００５号公報
【特許文献１１】
特開平１０−８３００５号公報、
【特許文献１２】
特開２００１−９１９１１号公報
【特許文献１３】
特開平１０−９０６３４号公報
【特許文献１４】
特開２００２−６２５５４号公報
【特許文献１５】
特開２００１−２４４２２号公報
【特許文献１６】
特開２００１−９１７０１号公報
【特許文献１７】
特開２００２−１６２６５３号公報
【特許文献１８】
特許３２３６８８９号公報
【特許文献１９】
特開２００１−７７３４５号公報
【特許文献２０】
特開２００１−２０９１８９号公報
【特許文献２１】
特開２００１−２９０２８３号公報
【非特許文献１】
Ｋ．Ｗ．Ｃｈｅｕｎｇ  ｅｔ  ａ１．，  ＥＣＯＣ，  ８９，  Ｇｏｔｈｅｎｂｕｒｇ，  Ｓｗｅｅｄｅｎ，  Ｓｅｐｔ．，  １９８９，  ｐｐ１０−１４
【非特許文献２】
Ｊ．Ｓ．Ｐａｔｅｌ  ａｎｄ  Ｍ．Ｗ．Ｍａｅｄａ，  ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｎ．  Ｔｅｃｈ．  Ｌｅｔｔ．，  ｖｏｌ．３，  １９９１，  ｐｐ．６４３−６４４
【非特許文献３】
Ｋ．  Ｏｈｔａｋａ，  Ｐｈｙｓ．  Ｒｅｖ．  Ｂ．，  １９（１９７９）  ５０５７
【非特許文献４】
Ｅ．  Ｙａｂｌｏｎｏｖｉｔｃｈ，  Ｐｈｙｓ．  Ｒｅｖ．  Ｌｅｔｔ．，  ５８  （１９８７）  ２０５９
【非特許文献５】
Ｓ．  Ｊｏｈｎ，  Ｐｈｙｓ．  Ｒｅｖ．  Ｌｅｔｔ．，  ５８  （１９８７）  ２４８６
【非特許文献６】
フォトニック結晶ブレークスルー技術フォーラム報告、フォトニック結晶研究の現状と将来展望−テクノロジーロードマップを目指して−、（財）光産業技術振興協会偏、（２０００）、ｐｐ．１−１３３
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
フォトニック結晶を用いた光学素子を光通信に応用する場合、１．５ミクロンウインドの波長帯において波長分割多重方式（ＷＤＭ）に対応するためには、Ｓ波長帯、Ｃ波長帯、Ｌ波長帯、それぞれの波長帯を１００チャンネル程度に分割できることが必要で、波長チャンネル間のクロストーク除去が必要である。すなわち、光学素子の対象とする波長の変動が小さく（光学素子の安定性）、また、波長選択性が高いこと（波長選択の半値幅が小さく、波長特性のＱ値が高い）が必須である。また、複数の波長（周波数）の光信号を同時に選択できることにより、光学素子やそれらの取り付け・調整に関する単価を減少させることが重要である。
【００２５】
本発明の目的は、安定で波長選択性が高く、また、複数の波長（周波数）の光信号を同時に選択できることが可能な光学素子およびそれを用いた光学装置を容易に製作できるようにすることである。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
屈折率の異なる領域が繰り返されて配置されている構造（フォトニック結晶）を用いた多チャンネルフィルタを構成する場合、全てのチャンネルを同じ構造のフォトニック結晶として構成し、これを機械的に変形させて、各チャンネル対応にフォトニック結晶の繰り返しの間隔を変化させることにより、多チャンネルフィルタが対象とする波長に対応するフォトニック結晶を同時に形成する。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
【００２８】
（第１の実施例）
図２は実施例１の多チャンネルフィルタの平面図である。図２と図１とを対比して明らかなように、実施例１でも、光学媒体１と光学媒体２が、規則的に二次元に配置されフォトニック結晶を形成している。光学媒体１は屈折率が１に近いポリ塩化ビニールである。光学媒体２は、半導体製造技術を利用するために比較的屈折率が大きいシリコンとした。実施例１でも、光学媒体１の長さ方向Ｌ１に対して幅方向にＷ１、Ｗ２、−−−、Ｗｎの中央位置に光学媒体２の欠落した欠陥構造３によりフォトニック結晶の周期性が乱され、欠陥導波路４１、４２、−−−、４ｎが形成される。光学媒体１の両側に設けられている１０１および１０２は固定基板および移動基板である。移動基板１０２は幅方向に領域Ｗ１、Ｗ２、−−−、Ｗｎごとに光学媒体１の長さＬ１がΔＬだけ短くなるように光学媒体１との接触面が形成されている。実施例１のフォトニック結晶と、図２に示す従来構造のフォトニック結晶の根本的な違いは、光学媒体１の両側に固定基板１０１と移動基板１０２が設けられていること、および、製作過程では、光学媒体２の長さ方向のピッチと幅方向のピッチにより規定される周期が、同じであることである。
【００２９】
すなわち、後述するように、最終的な構造は、光学媒体１の長さ方向Ｌ１に対して、両側に配置された固定基板１０１と移動基板１０２とにより押圧されて長さ方向のピッチがチャンネル固有の値となるようになされる。しかし、光学媒体１に光学媒体２が規則的に配置されている構成を形成する段階では、全てのチャンネルで長さ方向のピッチが固有の値となるように製作しなくて良い。なお、固定基板１０１と移動基板１０２とで光学媒体１を押圧するので、光学媒体１は固定基板１０１と移動基板１０２の弾性定数と比べて、充分小さい弾性定数が良い。光学媒体１をポリ塩化ビニールとし、固定基板１０１と移動基板１０２を光学媒体２と同じシリコンとするときは、この条件も満足される。
【００３０】
光学媒体１が固定基板１０１と移動基板１０２とにより押圧されて多チャンネルフィルタの各チャンネルが光学媒体２の所望の格子間隔を持つことができることについて説明する。
【００３１】
図２において、長さＬ１の右方向に移動基板１０２をΔＬの距離だけ移動させると、弾性定数が固定基板１と移動基板１０２と比べて充分小さい光学媒体１がＬ１方向に歪んで、領域Ｗ１の第１チャンネルの長さがＬ１−ΔＬに減少する。このとき、Ｌ１方向の光学媒体２のピッチは、（Ｌ１−ΔＬ）／Ｌ１＝１−ΔＬ／Ｌ１となり、欠陥導波路４１のバンドパス透過波長の中心値は、ほぼ、（Ｌ１−ΔＬ）／Ｌ１倍になる。例えば、Ｌ１＝５００μｍ、ΔＬ＝４．７３２μｍのとき、移動前における欠陥導波路４１のバンドパス透過波長の中心値をλ０＝１５８５ｎｍ（＝１．５８５μｍ）とすると、移動基板１０２をΔＬ＝４．７３２μｍの距離だけ右方向に移動することにより、バンドパス透過波長の中心値１５８５ｎｍは約１％（１５ｎｍ）低くなり、１５７０ｎｍ程度になる。移動基板１０２の移動距離に対するバンドパス透過波長の中心値のずれは、前もって実測することにより正確に求めることが出来る。
【００３２】
領域Ｗ２の第２チャンネルには欠陥導波路４２が形成されている。領域Ｗ２の幅は、領域Ｗ１の幅と等しくて良い。第２チャンネルの長さＬ２は、第１チャンネルの長さと比べて、ΔＬ１だけ短く作成してある（Ｌ２＝Ｌ１−ΔＬ１）。
移動基板１０２が長さＬ１の方向にΔＬの距離だけ移動されると、第２チャンネルの長さがＬ２−ΔＬに減少する。このとき、Ｌ２方向（＝Ｌ１方向）の光学媒体４のピッチは、（Ｌ２−ΔＬ）／Ｌ２＝１−ΔＬ／Ｌ２となる。例えば、Ｌ２＝４９９．８７μｍ（ΔＬ１＝０．１３μｍ）、ΔＬ＝４．７３２μｍ、移動前における欠陥導波路４２のバンドパス透過波長の中心値を１５８５ｎｍとすると、移動後のバンドパス透過波長の中心値は約１．０２％（１５．４ｎｍ）低くなり、１５６９．６ｎｍになる。
【００３３】
この様にして、多チャンネルフィルタの各チャンネルの、移動後におけるバンドパス透過波長の中心値を正確に０．４ｎｍずつ、ずらして設定することが出来る。図１の多チャンネルフィルタは１５３０ｎｍから１５７０ｎｍの１００チャンネルのフィルタとして、ＩＴＵ勧告のＣ波長帯を全部カバーする光学素子となる。
【００３４】
上記の欠陥導波路の長さと各チャンネルのバンドパス透過波長の中心値との関係を図３を参照してもう少し詳しく説明する。
【００３５】
図３（Ａ）は上述した第１チャンネルの変形前後の状態と透過波長の中心値との関係を示す図である。すなわち、変形前のチャンネル長がＬ１でこのときの透過波長の中心値がλ０であり、変形後のチャンネル長がＬ１−ΔＬでこのときの透過波長の中心値がλ１である。この図から、式（１）が成り立つ。
【００３６】
【数１】
2004328102.tif 000003
式（１）にλ０＝１５８５ｎｍ，λ１＝１５７０ｎｍ，Ｌ１＝５００μｍを代入すれば、ΔＬ＝４．７３２μｍが得られる。
【００３７】
図３（Ｂ）は上述した第１チャンネルと第Ｎチャンネルの変形前後の状態と透過波長の中心値との関係を示す図である。すなわち、第１チャンネルは変形前のチャンネル長がＬ１でこのときの透過波長の中心値がλ０であり、第Ｋチャンネルは変形後のチャンネル長がＬｋ−ΔＬでこのときの透過波長の中心値がλｋである。この図から、式（２）が成り立つ。
【００３８】
【数２】
2004328102.tif 000004
λ０＝１５８５ｎｍ，λ１＝１５７０ｎｍ，λ１００＝１５３０ｎｍ，Ｌ１＝５００μｍ，ｐ＝０．４ｎｍの場合についてみると、式（１）からΔＬ＝４．７３２μｍが得られ、式（２）から、Ｌ２＝｛（１５８５−０．４）／１５８５｝・５００＝４９９．８７μｍが得られる。すなわち、図２におけるΔＬ１が０．１３μｍであることがわかる。ちなみにＬ３では、Ｌ３＝｛（１５８５−０．８）／１５８５｝・５００＝４９９．７５μｍが分かる。したがって、図２におけるΔＬ２を０．１２μｍとすれば良いことが分かる。ｋ＝１００となる第Ｎチャンネルでは、Ｌｎ＝｛（１５８５−３９．６）／１５８５｝・５００＝４８７．５１μｍが分かる。したがって、Ｌ１と比較すると１２．４９μｍだけ欠陥導波路４ｎの長さが短いものとされれば良いことが分かる。
【００３９】
さらに、実施例１の構造で、光学媒体１の変形を１０％程度まで大きくすることにより、ＩＴＵ勧告のＳ波長帯、Ｃ波長帯、Ｌ波長帯、全波長帯をカバーする多チャンネルフィルタが形成できる。
【００４０】
実施例１においては、光学媒体１は幅方向（Ｗの方向）へは移動基板１０２の移動では押圧されない。したがって、幅方向のピッチは、図２に示した状態と同じである。これに対して、移動後における各チャンネルのバンドパス透過波長の中心値に反比例するように、各幅方向ピッチを前もって設定しておくことにより、各チャンネルのバンドパスフィルタ特性がさらに改善される。
【００４１】
なお、実施例１では、光学媒体１および光学媒体２によるバンドパスフィルタ特性についてのみ説明したが、実際には、これに光を入射するためおよび分波された光を導出するための導波路（光ファイバ）を結合する必要がある。これについては、実施例２で具体的に説明する。
【００４２】
（第２の実施例）
図４は、実施例２の、多チャンネルフィルタと、光の入射部および出射部を隣接し、さらに、これらに連なる光ファイバを設けた多チャンネル光学装置を示す平面図である。図４では固定基板１０１が移動基板１０２の上下位置まで移動基板１０２に沿って延伸された形となる。固定基板１０１の延伸位置にばね片となる支持板１１，１２，１３および１４を形成して移動基板１０２を保持する構成をとる。１５，１６，１７および１８は切り欠き部である。２１および２２はピエゾ素子であって、後述するように、実施例２の多チャンネルフィルタを収納するホルダの一端を支点として、移動基板１０２を移動させる。図４の中央部の白抜き部分は図２に示す光学媒体１および光学媒体２によるバンドパスフィルタ部分である。光学媒体１は、図４では表せないが、固定基板１０１および移動基板１０２の上面全域に形成されている。ここでは、光の入射部および出射部の導波路を形成するために、バンドパスフィルタ部分以外にも光学媒体１および光学媒体２によるフォトニック結晶構造が形成されている。実施例２でも、光学媒体１はポリ塩化ビニールを用い、光学媒体２はシリコン（酸化シリコンを含む）を用いた。バンドパスフィルタ部分には欠陥導波路４１，４２および４３が構成されるとともに、欠陥導波路４１，４２および４３の光入力側にはこれらと結合している導波路３１が形成されており、さらに、導波路３１は、その中央部で、これと直交する導波路３２が形成され、これと結合されている。導波路３２の他端には入力用の光ファイバ４１の一点鎖線で示す芯部が結合されている。欠陥導波路４１，４２および４３の光出力側にはこれらと結合している導波路３３，３４および３５が形成されており、それぞれの、導波路３３，３４および３５の他端には出力用の光ファイバ４２，４３および４５の一点鎖線で示す芯部が結合されている。ここで、導波路３１から３５は欠陥構造が連続して欠如した欠陥構造であり、光学媒体１だけからなる導波路である。
【００４３】
実施例２の欠陥導波路４１，４２および４３の長さが、図２を参照して説明した値になるように構成するとともに、ピエゾ素子２１および２２に電圧を印加して、ΔＬだけ移動基板１０２を移動させると、入力用の光ファイバ４１から入射した光は、欠陥導波路４１，４２および４３で分波されて、それぞれの波長成分に応じて、出力用の光ファイバ４２，４３および４５に出射される。
【００４４】
図５は、図４の構造をより具体的に説明するために図４のＣ−Ｃ’位置において矢印方向に見た断面図である。固定基板１０１および移動基板１０２の上部に光学媒体１だけからなる導波路３２および３４が形成され、この間に欠陥導波路４２が形成されている。固定基板１０１および移動基板１０２の下部にはＳｉＯ２層５０があり、さらにその下には、シリコンよりなる固定基板１０１および移動基板１０２の強化層１０１’および１０２’が形成されている。固定基板１０１および移動基板１０２の強化層１０１’および１０２’は形成の際の異方性エッチングの処理により決まる角度で傾いている。ＳｉＯ２層５０は本発明の光学装置の機能の実現に必要なわけではないが、製作過程で有用なものである。固定基板１０１および移動基板１０２の強化層１０１’および１０２’の間に固定基板１０１の強化層１０１’が表示されているのは、フィルタ部および移動基板１０２の上下両側に延伸されて形成されている固定基板１０１の強化層１０１’が見えていると言う意味である。図５には、ピエゾ素子２１および光ファイバ４１および４３が後付けで装着されることを意味するために、これらが破線で示されている。なお、図５の構造を製作する処理工程は後述する。
【００４５】
図６は、同様に、図４のＤ−Ｄ’位置において矢印方向に見た断面図である。この位置では、ばね片となる支持板１１および１２と切り欠き部１５および１６が左方に表れ、その右方に固定基板１０１とその上面に形成されている光学媒体１および光学媒体２が表れている。切り欠き部１５および１６はそれぞれ１つの切り欠き部であるが、光学媒体１、固定基板１０１およびＳｉＯ２層５０との接合部が線として表れている。ここでも、ＳｉＯ２層５０の下面の、断面位置およびフィルタ部および移動基板１０２の上下両側に延伸されている位置で固定基板１０１の強化層１０１’が見えている。また、図６には、光ファイバ４２が後付けで装着されることを意味するために、これらが破線で示されている。
【００４６】
図７は、同様に、図４のＥ−Ｅ’位置において矢印方向に見た断面図である。この位置では、固定基板の延伸部１０１、支持板１１、移動基板１０２、支持板１４および固定基板の延伸部１０１が一連の物として表れる。ここで、破線で示した線は、これらの境界部分を意味するものである。これらの一面には光学媒体１および光学媒体２が形成されている。移動基板１０２の部分では導波路３１の壁となる光学媒体２が見えており、その中央部には導波路３２が見えている。移動基板１０２の他面にはＳｉＯ２層５０および移動基板１０２の強化層１０２’が見えている。ただし、この断面位置では、図５を参照しても分かるように、強化層１０２’の形成の際の異方性エッチングの処理により決まる角度で傾いているので、断面位置に対応した薄さとなっている。固定基板の延伸部１０１では断面位置で固定基板１０１の強化層１０１’が見えている。また、固定基板１０１の強化層１０１’も見えているが、図４を参照して分かるように、固定基板１０１のフィルタ側の面は各チャンネルの長さを決めるために段差が設けられているので、これに対応した線が表れている。
【００４７】
図８は、同様に、図４のＦ−Ｆ’位置において矢印方向に見た断面図である。この位置では、固定基板の延伸部１０１、切り欠き部１６、フィルタ部を形成する光学媒体１および光学媒体２、切り欠き部１８および固定基板の延伸部１０１が一連の物として表れる。また、光学媒体１および光学媒体２によりフィルタ部が形成されている部分には欠陥導波路４１，４２および４３が見えている。これらの他面には固定基板の延伸部１０１での断面位置の固定基板１０１の強化層１０１’が見えている。また、固定基板１０１の強化層１０１’も見えている。
【００４８】
図４、図５および図８を対比して参照すれば、光学媒体１および光学媒体２により形成されるフィルタ部は、固定基板１０１および移動基板１０２およびこれらの強化層１０１’および強化層１０２’から分離されていることが分かる。
【００４９】
次に、図４から図８で説明した実施例２の構造の製作過程の概要を図９および図１０を参照して説明する。図９および図１０では、図５に示したＣ−Ｃ’位置での断面を例にとって説明するものとする。
【００５０】
図９（Ａ）は、材料となるシリコン基板を示す図である。この基板はＳｉＯ２の層５０の両面にシリコン基板２を形成したものである。これは、市販のいわゆるＳＯＩ基板を使用することができる。上面のシリコン基板２は、図４から図８で説明した光学媒体２として利用され、下面のシリコン基板２は、固定基板１０１および移動基板１０２およびこれらの強化層１０１’および強化層１０２’として利用される。
【００５１】
次に、図９（Ｂ）に示すように、基板の両面に、光リソグラフィー用のレジスト５４１および５４２をスピン塗布する。次いで、レジスト５４１には図２に示す光学媒体２に対応する位置に光リソグラフィーにより潜像５５を形成する。ここでは、図５に示すＣ−Ｃ’位置であるので、光学媒体２に対応する潜像５５は４つ示されているにすぎない。
【００５２】
次に、図９（Ｃ）に示すように、ＣＦ４を用いた反応性イオンエッチング（ＩＲＥ）を施し、潜像５５の形成されていない部分の上面のシリコン基板２の厚さがほぼ半分になるまで削る。この状態を平面図で見れば、図４に示す光学媒体２が潜像５５を被った状態で林立しているように見える。
【００５３】
次に、図９（Ｃ）に示す光学媒体２が潜像５５を被った状態で林立している上面のシリコン基板２の全面に光リソグラフィー用のレジスト５６を塗布する。次いで、レジスト５６の上面に図１１に示すマスク５８を当てて光リソグラフィーにより潜像５７を形成し、ＣＦ４を用いた反応性イオンエッチング（ＩＲＥ）を施し、潜像５７の形成されていない部分のシリコン基板２をＳｉＯ２層まで削る。マスク５８では、参照符号５８１で示す白抜き部分が透光部であり、参照符号５８２で示す薄い塗りつぶし部分が遮光部である。すなわち、図１１に示すマスク５８は図４の切り欠き部１５−１８、フィルタ部およびファイバ４１−４３に対応する領域を遮光部とし、この領域を除いて潜像５７を形成させる。潜像５７の形成されていない切り欠き部１５−１８、フィルタ部およびファイバ４１−４３に対応する領域のシリコン基板２をＳｉＯ２層まで削った状態を図９（Ｄ）に示す。
【００５４】
図９（Ｄ）、図１１および図４を対比して明らかなように、切り欠き部１５−１８、フィルタ部およびファイバ４１−４３に対応する領域はＳｉＯ２層５０の上側にあるシリコン基板２が完全に除かれる。
【００５５】
次に、図９（Ｅ）に示すように、一旦、ＳｉＯ２層５０の上側のレジストを全て除去する。次いで、再び、ＳｉＯ２層５０の上面の全面に光リソグラフィー用のレジスト５６を塗布する。次いで、レジスト５６の上面に図１２に示すマスク６０を当てて光リソグラフィーにより潜像５７を形成し、ＣＦ４を用いた反応性イオンエッチング（ＩＲＥ）を施し、潜像５７の形成されていない部分のレジストを全て除去する。マスク６０では、参照符号６０１で示す白抜き部分が透光部であり、参照符号６０２で示す薄い塗りつぶし部分が遮光部である。すなわち、図１２に示すマスク６０は導波路およびフィルタ部を形成する領域を遮光部とし、この領域を除いて、潜像５７を形成させる。潜像５７の形成されていない導波路およびフィルタ部を形成する領域のレジスト５６を除去する。次いで、レジスト５６が除去された領域にポリ塩化ビニールの層１を形成する。その後、潜像５７の形成されている領域のレジスト５６を除去する。
【００５６】
こうして、導波路部は光学媒体２および光学媒体１の２層構造が形成され、フィルタ部は光学媒体１の層に光学媒体２が配列されている構造が形成される。ポリ塩化ビニールの層１を形成する際、図９（Ｅ）、図１２および図４を対比して明らかなように、切り欠き部１５−１８およびファイバ４１−４３に対応する領域は図９（Ｅ）に示すように、レジスト５６および潜像５７で埋められているので、ポリ塩化ビニールの層１で埋まってしまうことは無い。
【００５７】
次に、ＳｉＯ２層５０の下側のシリコン基板２の処理を説明する。ここでも、図５に示したＣ−Ｃ’位置での断面を例にとって説明するものとする。
【００５８】
図１０（Ａ）は、ＳｉＯ２層５０の上側に光学媒体２および光学媒体１の２層構造が形成された状態を示す図である。
【００５９】
図１０（Ｂ）に示すように、ＳｉＯ２層５０の下側のシリコン基板２の表面の光リソグラフィー用のレジスト５４２に、マスク６１を当てて図５−図８に示す固定基板１０１の強化層１０１’および移動基板１０２の強化層１０２’に対応する位置に光リソグラフィーにより潜像５９を形成する。このとき使用するマスク６１のパターンの例を図１３に示す。マスク６１では、参照符号６１１で示す白抜き部分が透光部であり、参照符号６１２で示す薄い塗りつぶし部分が遮光部である。
【００６０】
図１０（Ｃ）に示すように、潜像５９を形成し、ＣＦ４を用いた反応性イオンエッチング（ＩＲＥ）を施し、潜像５９の形成されていない部分のシリコン基板２をＳｉＯ２層５０まで削る。これにより、固定基板１０１の強化層１０１’および移動基板１０２の強化層１０２’が表れる。強化層１０１’と強化層１０２’との間に見える強化層１０１’は固定基板１０１の延伸部に対する強化層である。
【００６１】
次に、図１０（Ｄ）に示すように、フィルタ部に対応する露出したＳｉＯ２層５０の領域をＨ２Ｆ２によるウェットエッチングにより除去する。
【００６２】
ここで、後述するとした実施例２の多チャンネルフィルタを収納するホルダとピエゾ素子２１および２２について説明する。図１４において、６５はホルダであって、周辺部に６６で示す、いわゆる、土手状の構造物を有する。６７は、図４に平面図を示す、実施例２の多チャンネルフィルタである。フィルタ６７はホルダ６５の適当な位置に固着される。ピエゾ素子２１および２２はフィルタ６７と周辺部の構造物６６との間に設けられて、構造物６６を支点として、ピエゾ素子２１および２２に電圧が加えられるのに対応して伸びて移動基板１０２を移動させる。フィルタ６７に結合されているファイバ４１−４４も構造物６６を利用して、ファイバに加わる外力を受けるものとすることができる。
（第３の実施例）
上述の実施例１および２では、長さ（Ｌ）方向の大きさをチャンネルごとに適切な値に設定し、光学媒体２のピッチを調整するために移動基板１０２を平行移動するものとした。しかし、これは、全てのチャンネルの長さ（Ｌ）方向の大きさを初期状態では同じになるようにしておいて、光学媒体２のピッチを調整するために移動基板１０２を幅（Ｗ）方向が大きくなるほど大きく移動させるものとしても良い。
【００６３】
図を簡単にするために、実施例１（図２）に示す形のフィルタでこれを実現する例を、図１５に示す。移動基板１０２は、太線で示すように、チャンネルＷｎのほうがチャンネルＷ１より大きくなるように移動されている。ここで、実施例１の数値例で見ると、チャンネルＷ１では、実施例１の移動距離ΔＬ（ΔＬ＝４．７３２μｍ）と同じでよいが、チャンネルＷ１００では、欠陥導波路４ｎの長さを１７．３５０μｍだけ短くすれば良い。これを，図１６を参照してもう少し詳しく説明する。
【００６４】
図１６（Ａ）は上述した第１チャンネルの変形前後の状態と透過波長の中心値との関係を示す図である。すなわち、変形前のチャンネル長がＬ１でこのときの透過波長の中心値がλ０であり、変形後のチャンネル長がＬ１−ΔＬでこのときの透過波長の中心値がλ１である。この図から、式（３）が成り立つ。式（３）は、実施例１の式（１）と同じである。
【００６５】
【数３】
2004328102.tif 000005
式（３）にλ０＝１５８５ｎｍ，λ１＝１５７０ｎｍ，Ｌ１＝５００μｍを代入すれば、ΔＬ＝４．７３２μｍが得られる。
【００６６】
図１６（Ｂ）は上述した第１チャンネルと第１００チャンネルの変形前後の状態と透過波長の中心値との関係を示す図である。すなわち、第１チャンネルは変形前のチャンネル長がＬ１でこのときの透過波長の中心値がλ０であり、第１００チャンネルは変形後のチャンネル長がＬ１−ΔＬｎでこのときの透過波長の中心値がλｎである。この図から、式（４）が成り立つ。
【００６７】
【数４】
2004328102.tif 000006
λ０＝１５８５ｎｍ，λ１＝１５７０ｎｍ，λ１００＝１５３０ｎｍ，Ｌ１＝５００μｍ，ｐ＝０．４ｎｍの場合についてみると、式（３）からΔＬ＝４．７３２μｍが得られ、式（４）から、ΔＬｎ＝１７．３５０μｍが得られる。したがって、図１５におけるΔＬを４．７３２μｍ、ΔＬｎを１７．３５０μｍとすれば良いことが分かる。
【００６８】
なお、実施例３では、図１５から容易に分かるように、フィルタ部の光学媒体２の大きさと配列を、チャンネル１（Ｗ１）が移動基板１０２によって長さ（Ｌ）方向の大きさにΔＬ（４．７３２μｍ）だけ圧迫された状態に形成すれば、移動基板１０２の上端部分での移動を零として、ΔＬｎを１７．３５０μｍから４．７３２μｍ短縮するものとすることができる。
（第４の実施例）
実施例４においては、本発明による光交換機の概念を説明する。図１７は、形状を歪ませて光学媒体の配列周期を変化させることにより光学特性を変化させるフォトニック結晶を用いた多チャンネル合分波器による光交換機の概念を示す図である。本光交換機では、先ず、複数（Ｍ本）の入力光ファイバ７１（１）、７１（２）、７１（３）、…、７１（Ｍ）（以降、７１（１）〜７１（Ｍ）と書く）により入力される波長多重された光信号が、実施例１または２に示されるような多チャンネル分波器７２（１）〜７２（Ｍ）（複数（Ｍ個））により分波および波長選択され、複数（Ｎ×Ｍ個）の波長変換素子７３（１，１）〜７３（Ｎ，Ｍ）によりそれぞれの波長の光に波長変換される。このときのそれぞれの波長は、最終的な、複数（Ｍ本）の出力光ファイバ７８（１）〜７８（Ｍ）に誘導されるために選ばれる。
【００６９】
すなわち、複数（Ｎ×Ｍ個）の波長変換素子７３（１，１）〜７３（Ｎ，Ｍ）により波長変換された光信号は、複数（Ｎ個）の多チャンネル合波器７４（１）〜７４（Ｎ）により複数（Ｎ個）の波長多重された光信号となり、さらに、複数（Ｎ個）の多チャンネル分波器７５（１）〜７５（Ｎ）により波長選択され、複数（Ｍ本）の出力光ファイバ７８（１）〜７８（Ｍ）の入力前段にあたる、複数（Ｎ×Ｍ個）の波長変換素子７６（１，１）〜７６（Ｎ，Ｍ）に入力される。その後、それぞれの光信号は、複数（Ｎ×Ｍ個）の波長変換素子７６（１，１）〜７６（Ｎ，Ｍ）により波長変換され、複数（Ｍ個）の多チャンネル合波器７７（１）〜７７（Ｍ）により複数（Ｍ本）の出力光ファイバ７８（１）〜７８（Ｍ）に誘導されたときに、波長が重複しないように波長多重された複数（Ｍ本）の光信号となる。この光交換機により波長領域での光交換が実現される。
【００７０】
実施例４で採用したフォトニック結晶を用いた多チャンネル合波器の一例を図１８の左半分に示している。図１８は、図４に示した実施例２の多チャンネル分波器の前段に多チャンネル合波器を組み合わせて実現したフォトニック結晶を用いた多チャンネル合分波器の例である。図１８は、図４の入力ファイバ４１を４１および４１’の２つとして、これから入力される光信号を導波路３７および３８により導波路３１で統合した後、欠陥導波路４１，４２および４３で分波したものである。
【００７１】
（その他の実施例）
実施例３では、移動基板１０２を長さ（Ｌ）方向にのみ移動させて長さ（Ｌ）方向にのみ圧迫するものとしたが、さらに、幅方向（Ｗ）に移動する移動基板を設けて、幅方向（Ｗ）にも圧迫するものとしても良い。この様にすると、長さ方向のピッチａ１、ａ２、…のみならず、幅方向のピッチｂ１、ｂ２、…をも制御できる多チャンネルフィルタを構成することができ、より周波数特性を改善できる。
【００７２】
さらに、上述の実施例は、全て２次元フォトニック結晶を利用したものであるが、これを前記特許文献１８、特許文献１９、特許文献２０および特許文献２１で開示されている三次元フォトニック結晶として、移動基板を三次元の直行する三方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ方向）に設置したフィルタとすることもできる。
【００７３】
【発明の効果】
フォトニック結晶を用いた光学素子を光通信に応用する場合において、光学素子の対象とする波長の変動が小さく（光学素子の安定性）、また、波長選択性が高い（波長選択の半値幅が小さく、波長特性のＱ値が高い）等の特性を満たす光学素子および光学装置を提供し、また、複数の波長（周波数）の光信号を同時に選択できることにより、光学素子やそれらの取り付け・調整に関する単価を減少することが可能となる光学素子および光学装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】２次元フォトニック結晶の一部に導入した欠陥構造を利用した波長分波器の一例を説明する図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は平面図のＡ−Ａ’位置での断面図、（Ｃ）は平面図のＢ−Ｂ’位置での断面図。
【図２】実施例１の多チャンネルフィルタの平面図。
【図３】（Ａ）は図２の第１チャンネルの変形前後の状態と透過波長の中心値との関係を示す図、（Ｂ）は図２の第１チャンネルと第Ｎチャンネルの変形前後の状態と透過波長の中心値との関係を示す図。
【図４】実施例２の、多チャンネルフィルタと、光の入射部および出射部を隣接し、さらに、これらに連なる光ファイバを設けた多チャンネル光学装置を示す平面図。
【図５】図４のＣ−Ｃ’位置において矢印方向に見た断面図。
【図６】図４のＤ−Ｄ’位置において矢印方向に見た断面図。
【図７】図４のＥ−Ｅ’位置において矢印方向に見た断面図。
【図８】図４のＦ−Ｆ’位置において矢印方向に見た断面図。
【図９】図５に示したＣ−Ｃ’位置での断面を例にとって図４から図８で説明した実施例２の構造の製作過程の前半部の概要を説明する図。
【図１０】図５に示したＣ−Ｃ’位置での断面を例にとって図４から図８で説明した実施例２の構造の製作過程の後半部の概要を説明する図。
【図１１】実施例２の製作過程で使用するマスクの例を示す図。
【図１２】実施例２の製作過程で使用するマスクの他の例を示す図。
【図１３】実施例２の製作過程で使用するマスクの、さらに、他の例を示す図。
【図１４】実施例２の多チャンネルフィルタを収納するホルダとピエゾ素子との関係を説明する図。
【図１５】実施例３の多チャンネルフィルタの構成とその使用時の状態を示す平面図。
【図１６】（Ａ）は図１５の第１チャンネルの変形前後の状態と透過波長の中心値との関係を示す図、（Ｂ）は図１５の第１チャンネルと第Ｎチャンネルの変形前後の状態と透過波長の中心値との関係を示す図。
【図１７】形状を歪ませて光学媒体の配列周期を変化させることにより光学特性を変化させるフォトニック結晶を用いた多チャンネル合分波器による光交換機の概念を示す図。
【図１８】図４に示した実施例２の多チャンネル分波器の前段に多チャンネル合波器を組み合わせて実現したフォトニック結晶を用いた多チャンネル合分波器の例を示す平面図。
【符号の説明】
１，２…光学媒体、３…欠陥、４…欠陥導波路、１０１…固定基板、１０２…移動基板、１１，１２，１３および１４…ばね片となる支持板、１５，１６，１７および１８…切り欠き部、２１および２２…ピエゾ素子、３１，３３，３４および３５…導波路、４２，４３および４５…光ファイバ、５０…ＳｉＯ２層、１０１’および１０２’…固定基板１０１および移動基板１０２の強化層、５４１および５４２…レジスト、５５…潜像、５６…レジスト、５７…潜像、５９…潜像、５８，６０および６１…マスク、６５…ホルダ、６６…土手状の構造物、６７…フィルタ、７１（１）〜７１（Ｍ）…複数（Ｍ本）の入力光ファイバ、７２（１）〜７２（Ｍ）…複数（Ｍ個）の多チャンネル分波器、７３（１，１）〜７３（Ｎ，Ｍ）…複数（Ｎ×Ｍ個）の波長変換素子、７４（１）〜７４（Ｎ）…複数（Ｎ個）の多チャンネル合波器、７５（１）〜７５（Ｎ）…複数（Ｎ個）の多チャンネル分波器、７６（１，１）〜７６（Ｎ，Ｍ）…複数（Ｎ×Ｍ個）の波長変換素子、７７（１）〜７７（Ｍ）…複数（Ｍ個）の多チャンネル合波器、７８（１）〜７８（Ｍ）…複数（Ｍ本）の出力光ファイバ。
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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