(57)【要約】【課題】フォトニック結晶光回路中に配置された欠陥を含む空間領域において、電磁場の局在、伝播、発光、受光の指向性を制御することにより機能的な動作をする光素子の構造の提供。【解決手段】ある固有共振周波数をもつ構造体（発光体、受光体など）を有する多次元フォトニック結晶光回路において、前記構造体の固有共振周波数と僅かに異なる共振固有周波数をもつ別の構造体３４を前記構造体３３の周囲に配置することにより、多次元フォトニック結晶中の構造体を有する空間領域での電磁場の局在、伝播、発光、受光の指向性を制御して機能的な動作を行う。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに誘電関数の異なる２種類以上の媒質を周期的に配列してなるフォトニック結晶を含む光回路において、
予め定められた第１の固有共振周波数を有する、少なくとも１つの構造体と、
前記構造体の近傍に配置される、少なくとも１つの別の構造体と、
を有し、
前記構造体と前記別の構造体から放射される電磁場・光の位相が互いにπ／２異なり、
前記構造体及び前記別の構造体を有する空間領域での電磁場の局在、伝播、発光、及び受光の少なくとも１つの指向性を制御することで前記制御に対応した機能的な動作が行われる、ことを特徴とするフォトニック結晶光回路装置。
【請求項２】
前記別の構造体は、前記第１の固有共振周波数と所定値異なる値の固有共振周波数を有する、ことを特徴とする請求項１記載のフォトニック結晶光回路装置。
【請求項３】
前記第１の固有共振周波数と所定値異なる値の固有共振周波数を有する前記別の構造体が、前記第１の固有共振周波数を有する前記構造体から、λ／４＋ｎλ／２（ただし、λは波長、ｎは非負整数）離間した位置、又は該位置の近傍に配置されている、ことを特徴とする請求項１記載のフォトニック結晶光回路装置。
【請求項４】
前記構造体の少なくとも１つが発光体をなし、
前記発光体からの放射の放射パターンの指向性が制御される、ことを特徴とする請求項１記載のフォトニック結晶光回路装置。
【請求項５】
前記構造体の少なくとも１つが受光体をなし、
前記受光体の電磁場の受光パターンの指向性が制御される、ことを特徴とする請求項１記載のフォトニック結晶光回路装置。
【請求項６】
前記第１の固有共振周波数を有する前記構造体の少なくとも１つが発光体をなし、
前記第１の固有共振周波数と所定値異なる値の固有共振周波数を有する前記別の構造体が、前記発光体からの光を受けて発光する、反射体及び／又は導波体をなす、ことを特徴とする請求項１記載のフォトニック結晶光回路装置。
【請求項７】
１つの線欠陥導波路から、別の線欠陥導波路への電磁場の結合が制御される、ことを特徴とする請求項１記載のフォトニック結晶光回路装置。
【請求項８】
前記第１の固有共振周波数を有する構造体、及び／又は、前記構造体の周囲に配置され、前記第１の固有共振周波数と所定値異なる値の固有共振周波数を有する前記別の構造体の誘電関数を変化させることにより、スイッチング動作が行われる、ことを特徴とする請求項１記載のフォトニック結晶光回路装置。
【請求項９】
前記フォトニック結晶は、互いに誘電関数の異なる２種類以上の媒質を多次元周期的に配列してなる、ことを特徴とする請求項１記載のフォトニック結晶光回路装置。
【請求項１０】
フォトニック結晶、又は、真空からなる自由伝播領域を含む光回路装置において、
予め定められた第１の固有共振周波数を有し、発光体をなす第１の構造体と、
前記第１の構造体の近傍に配置され、固有共振周波数が前記第１の固有共振周波数よりも所定の値小さい周波数とされ、前記発光体からの光を受けて他励振動により発光し、反射体をなす第２の構造体と、
を前記自由伝播領域内に有し、
前記発光体から放射された光は、前記反射体によって、指向性が制御される、ことを特徴とする光回路装置。
【請求項１１】
フォトニック結晶、又は、真空からなる自由伝播領域を含む光回路装置において、
予め定められた第１の固有共振周波数を有し、発光体をなす第１の構造体と、
前記第１の構造体の近傍に配置され、固有共振周波数が前記第１の固有共振周波数よりも所定の値大きい周波数とされ、前記発光体からの光を受けて他励振動により発光し、導波体をなす第３の構造体と、
を前記自由伝播領域内に有し、
前記発光体から放射された光は、前記導波体によって、指向性が制御される、ことを特徴とする光回路装置。
【請求項１２】
フォトニック結晶、又は、真空からなる自由伝播領域を含む光回路装置において、
予め定められた第１の固有共振周波数を有し、発光体をなす第１の構造体と、
前記第１の構造体の近傍に配置され、固有共振周波数が前記第１の固有共振周波数よりも所定の値小さい周波数とされ、前記発光体からの光を受けて他励振動により発光し、反射体をなす第２の構造体と、
前記第１の構造体の近傍に配置され、固有共振周波数が前記第１の固有共振周波数よりも所定の値大きい周波数とされ、前記発光体からの光を受けて他励振動により発光し、導波体をなす第３の構造体と、
を前記自由伝播領域内に有し、
前記発光体から放射された光は、前記反射体及び前記導波体によって、指向性が制御される、ことを特徴とする光回路装置。
【請求項１３】
前記発光体をなす第１の構造体と離間して、１又は複数の前記導波体を間に挟んで、受光体をなす第４の構造体を前記自由伝播領域内に有する、ことを特徴とする請求項１１又は１２記載の光回路装置。
【請求項１４】
１列に複数の前記導波体が整列されてなる１つの導波路と、
複数の前記導波体よりなり、前記１つの導波路から、予め定められた所定の角度で分岐する少なくとも１つの別の導波路と、
を前記自由伝播領域内に有し、
前記１つの導波路などに局在する光を、前記別の導波路へ結合させる構成とされてなる、ことを特徴とする請求項１１又は１２記載の光回路装置。
【請求項１５】
前記第１の構造体と前記第２の構造体とが互いに所定の位相だけ異なって発光する、ことを特徴とする請求項１０又は１１記載の光回路装置。
【請求項１６】
前記第１の構造体と前記第３の構造体とが互いに所定の位相だけ異なって発光する、ことを特徴とする請求項１１又は１２記載の光回路装置。
【請求項１７】
フォトニック結晶に、発光体の固有共振周波数とは所定の値異なる固有共振周波数とされ、前記発光体からの光を受けて他励振動により発光する構造体を、複数配置してなる光導波路を有し、
前記光の波長は、フォトニックバンドギャップによって伝播モードが禁止されている波長領域とされ、
前記フォトニック結晶中の前記光導波路に導波された光は、前記光導波路の配設方向を進行し、前記光導波路が配設方向以外の方向へは、減衰波となる、ことを特徴とする光回路装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁場（光）の局在、伝播、発光、受光における光の空間分布（指向性）を制御する構造に関し、特に、フォトニック結晶中での電磁場の局在、伝播、発光、受光の指向性を制御することにより機能的な動作を行う光素子の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、特異な空間分散をもっていること、あるいは、光をサブμｍという微小な領域に閉じ込めることができることから、フォトニック結晶が注目されている。フォトニック結晶とは、誘電関数の異る２つ以上の媒質を周期的に配列したものであり、周期的に配列する空間の次元によって１次元方向にのみ周期性のあるものを１次元フォトニック結晶、２、３次元方向にも周期性のあるものを２、３次元フォトニック結晶と呼ぶ。１次元フォトニック結晶は、誘電体多層膜で構成されることが多いが、フォトニック結晶の重要な特徴の１つである「周期性」を有するので、周期構造をもつ１、２、３次元フォトニック結晶すべてを含めてフォトニック結晶と呼ぶことにする。
【０００３】
フォトニック結晶の中でも、伝搬する光の状態が存在しない波長領域（フォトニックバンドギャップ）を有するフォトニック結晶に線欠陥を導入すると、通常の光導波路のような屈折率差による全反射による光閉じ込めではなく、フォトニックバンドギャップによる光閉じ込めによって線欠陥における導波モードをつくり出すことができる（例えば非特許文献１参照）。
【０００４】
【非特許文献１】
Ｊ．  Ｄ．  Ｊｏａｎｎｏｐｏｕｌｏｓ他著、”Ｐｈｏｔｏｎｉｃ  Ｃｒｙｓｔａｌｓ”（Ｐｒｉｎｃｅｔｏｎ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  Ｐｒｅｓｓ，  １９９５）。
【０００５】
この技術を利用すると、急峻な曲げをも可能とする極微小光導波路を実現できることから、フォトニック結晶は、通信用微小光回路等への応用が期待されている（例えば非特許文献２、３参照）。
【０００６】
【非特許文献２】
Ａ．  Ｍｅｋｉｓ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｐｈｙｓ，  Ｒｅｖ．  Ｂ５８，４８０９  （１９９８）
【非特許文献３】
Ａ．  Ｍｅｋｉｓ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｐｈｙｓ．  Ｒｅｖ．  Ｌｅｔｔ．  ７７，  ３７８７  （１９９６）
【０００７】
これまで、スラブ型２次元フォトニック結晶中に導入した線欠陥による光導波路や、それを用いたＹ分岐、方向性結合器などが提案・実証されている（例えば非特許文献４、５、６、７参照）。
【０００８】
【非特許文献４】
Ｓ．  Ｙ．  Ｌｉｎ  ｅｔ  ａｌ．，Ｓｃｉｅｎｃｅ  ２８２，  ２７４（１９９８）
【非特許文献５】
Ｓ．  Ｙ．  Ｌｉｎ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｏｐｔ．  Ｌｅｔｔ．，  ２７，  １４００  （２００２）
【非特許文献６】
Ｍ．  Ｔｏｋｕｓｈｉｍａ  ｅｔ  ａｌ．，  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．，  ７６，  ９５２  （２０００）
【非特許文献７】
Ｈ．  Ｙａｍａｄａ  ｅｔ  ａｌ．，  ｓｕｂｍｉｔｔｅｄ  ｔｏ  ＳＰＩＥ
【０００９】
また、フォトニック結晶のレーザーへの応用として、特定の波長の光の発光（発生）、増幅、変調のうちいずれかの機能を有する単一機能のフォトニック結晶構造の光デバイスが知られている（例えば特許文献１）。発光体からの放射光は、上述の線欠陥による導波によってフォトニック結晶外部に取り出すことができる構造になっている。
【００１０】
フォトニック結晶領域の両面に同一パターンで形成された第１、第２の電極の間に印加する電圧を制御し、フォトニック結晶領域に入射した光のオン、オフを制御する光スイッチとして機能する光デバイスが知られている（特許文献２）。
【００１１】
フォトニック結晶の非平衡状態の電子数を増減させてフォトニック結晶の屈折率を変化させ、信号光の進行方向に対して３２個以上の格子数を有することにより、十分大きな光透過率の変化（消光比）を得ることを可能とした装置も知られている（例えば特許文献３）。
【００１２】
導波路と点欠陥の間隔を適宜設定することにより、捕獲、出力する特定波長の光・電磁波の割合を制御するフォトニック結晶導波路も知られている（例えば特許文献４）。
【００１３】
さらにフォトニック結晶のバンド構造を自由に大幅にダイナミックに制御することが可能な新規な素子として、第１の光学媒質中に少なくとも第２、第３の光学媒質がそれぞれ入射光の波長オーダーの間隔で周期的に配列された構造体を備え、前記構造体に印加する外場条件を変化させることによって第１、第２、第３の光学媒質の屈折率の相対的な関係を変化させ前記構造体中に形成される屈折率の空間分布の周期性を変化可能とした光素子も知られている（例えば特許文献５）。
【００１４】
【特許文献１】
特開平１１−３３０６１９号公報（第４−５頁、第１、４、８、９図）
【特許文献２】
特開２００２−１３１７１５号公報（第５−７頁、第１図、第９図）
【特許文献３】
特開２００２−０６２５５４公報（第４頁、第１図、第９図）
【特許文献４】
特開２００１−２７２５５５公報（第４頁、第１図）
【特許文献５】
特開２００１−０９１９１２公報（第４頁、第１図）
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の通り、従来より、フォトニック結晶によって光回路を実現するために必要な機能として、さまざまな機能が提案されている。しかしながら、光回路中に発光素子、受光素子の機能を組み込んだときに、その素子を配置しただけでは、光回路として機能させることはできない。
【００１６】
光回路としての機能を利用するためには、例えば、光回路中の導波路に、光を結合させるために、発光体から放射された光の放射方向を制御する必要がある。
【００１７】
また受光素子については、その受光効率を高めるために、受光方向を制御する必要がある。
【００１８】
さらに光回路中の導波部分に、局在および伝播する光の指向性を制御して機能的な動作を行う部分を組み込む必要がある。
【００１９】
したがって、本発明の主たる目的は、従来のフォトニック結晶による光素子や光回路に新たな概念および機能を導入するものであり、フォトニック結晶中に形成される欠陥（例えば点欠陥、欠陥導波路、発光素子や受光素子など）を含む空間領域の電磁場の局在、伝播、発光、受光の指向性を制御し機能的な動作をさせるための基本原理と構造を提供するものである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成する本発明の１つのアスペクトによれば、互いに誘電関数の異なる２種類以上の媒質を多次元周期的に配列するフォトニック結晶は、ある固有共振周波数（ｆｒ）を有する構造体（Ａ）を有し、前記構造体（Ａ）のごく近傍に前記構造体（Ａ）と電磁場（光）の位相がπ／２（λ／４）進んで（あるいは遅れて）振動する構造体（Ｂ）を有することにより、前記構造体を有する空間領域での電磁場の局在、伝播、発光、及び受光のうちの少なくとも１つの指向性を制御することで、当該制御に対応した機能的な動作を行わせるようにしたものである。
【００２１】
また、本発明に係るフォトニック結晶光回路によれば、ある固有共振周波数（ｆｒ）を有する構造体を有し、前記構造体の固有共振周波数と僅かに異なる固有共振周波数（ｆｒ±Δｆ）を有する別の構造体を前記構造体の近傍に配置することにより、前記構造体を有する空間領域での電磁場の局在、伝播、発光、受光の指向性を制御して機能的な動作を行わせるようにしたものである。
【００２２】
また、本発明に係るフォトニック結晶光回路は、電磁場の局在、伝播、発光、受光の指向性を制御することにより機能的な動作を行わせるフォトニック結晶光回路において、ある固有共振周波数（ｆｒ）を有する構造体と固有共振周波数と僅かに異なる固有共振周波数（ｆｒ±Δｆ）を有する別の構造体が、約、λ／４＋ｎλ／２（ただし、λは波長、ｎは整数）離れた位置に配置した構造を特徴とする。
【００２３】
また、本発明に係るフォトニック結晶光回路は、電磁場の局在、伝播、発光、受光のいずれかの指向性を制御することにより機能的な動作を行わせるフォトニック結晶光回路において、発光体からの放射の放射パターンの指向性を制御する。
【００２４】
また、本発明に係るフォトニック結晶光回路は、電磁場の局在、伝播、発光、受光のいずれかの指向性を制御することにより機能的な動作を行わせるフォトニック結晶光回路において、受光体の電磁場の受光パターンの指向性を制御する。
【００２５】
また、本発明に係るフォトニック結晶光回路は、電磁場の局在、伝播、発光、受光の指向性を制御することにより機能的な動作を行わせるフォトニック結晶光回路において、１つの線欠陥導波路から別の線欠陥導波路への電磁場の結合を制御する。
【００２６】
また、本発明に係るフォトニック結晶光回路は、電磁場の局在、伝播、発光、受光の指向性を制御することにより機能的な動作を行わせるフォトニック結晶光回路において、ある固有共振周波数（ｆｒ）を有する構造体と前記構造体の周囲に配置した固有共振周波数（ｆｒ±Δｆ）を有する別の構造体の両方またはいずれかの誘電関数を変化させることによりスイッチング動作を行う。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の原理について説明し、つづいて実施の形態について説明する。線欠陥導波路によって、フォトニック結晶中の光の導波方向を決定する構成の、上記従来の手法では、フォトニック結晶を構成する単位胞の構造やその周期性によって、線欠陥導波路を導入できる方向に制限がある。例えば、２次元正方格子では互いに９０度の角をなす４方向、三角格子では、６０度の角をなす６方向のみである。
【００２８】
本発明は、そのような線欠陥導波路などに局在する光を、別の線欠陥導波路へ結合させるための機能を付加することを可能とし、フォトニック結晶中の光の導波方向の自由度を増やすことを可能とする。すなわち、本発明は、ある固有共振周波数（ｆｒ）を有する構造体を有し、前記構造体の固有共振周波数と僅かに異なる固有共振周波数（ｆｒ±Δｆ）を有する別の構造体を前記構造体の近傍に配置することにより、前記構造体を有する空間領域での電磁場の局在、伝播、発光、受光の指向性を制御して機能的な動作を行わせるようにしている。
【００２９】
更に、線欠陥導波モードは、通常、フォトニックバンドギャップ中のモードが利用されるために、フォトニック結晶中の透過波長帯域では、そのような線欠陥は導波路として機能しない。このような透過波長帯域においても、フォトニック結晶中の発光領域からは、フォトニック結晶と発光領域の構造の対称性を反映した放射パターンが得られるが、発光領域のごく近傍に、発光波長と非常に近い共振周波数を有する構造体（例えば、点欠陥）を導入すると、発光放射パターンを制御できることを、本発明者らは、見出した。
【００３０】
そこで、この原理を利用することにより、フォトニック結晶中に埋め込まれた発光素子の発光放射パターンを制御することができる。例えば、ある一方向にのみ強く放射可能な発光素子を実現できる。あるいは、フォトニック結晶中に設けられた受光素子の、受光方向を制御することができる。このため、光回路としての全く新規な機能を付加することができる。
【００３１】
また、本発明の原理は、フォトニック結晶中における光の伝播領域に限らず、フォトニックバンドギャップ中の波長領域でも同様にして成り立ち、更には、一様媒質の組合せからなる、一般の光回路中でも、利用することができる。
【００３２】
本発明のフォトニック結晶光回路の基本原理を、図１を参照して説明する。
【００３３】
ある固有共振周波数（ｆｒ）を有する構造体Ａ１１（発光体Ａ）からλ／４波長離れた位置に、別の構造体Ｂ１２（発光体Ｂ）が配置されているものとする。図１では、発光体Ａからの光の波を実線で表し、発光体Ｂからの光の波を破線で表している。発光体Ａが発光体Ｂよりπ／２だけ位相が遅れて発光することにより、両発光体からの光が干渉し合うことで、発光体Ａと発光体Ｂからの波が強め合う領域と、相殺し合う領域が実現できる。この原理により、ある発光体から放射される光の指向性を制御することが可能である。
【００３４】
位相がπ／２だけ進む、あるいは位相がπ／２だけ遅れて発光する発光体Ｂを実現するためには、発光体Ａと発光体Ｂの両者にそのような光の波を送る方法もあるが、発光体Ａだけに光の波を送り、発光体Ｂは、発光体Ａから発光する光の波を受けて、他励振動させる方法を用いてもよい。この場合、発光体Ｂが発光体Ａに比べて若干固有振動数が低い（高い）場合、発光体Ｂが発光する光の位相は、発光体Ａに比べて遅れて（進んで）振動を開始する。
【００３５】
以下に、実施例として、具体的な計算結果について図２及び図３を参照して説明する。ある固有共振周波数ｆｒの発光を行う発光体２１（この例では、円柱）（図２（ａ）参照）に対して、発光体２１の中心から約λ／４（ただし、λは波長）離れた位置に、固有共振周波数がわずかに低い（周波数：ｆｒ−Δｆ）構造体よりなる反射体２２（この例では、円柱）を置くと、発光体２１の放射パターンが、反射体２２と反対方向に強くなることが、電磁界解析の結果からわかる（図２（ｂ）参照）。
【００３６】
また発光体２１の中心から約λ／４離れた位置に、固有共振周波数がわずかに高い（周波数：ｆｒ＋Δｆ）構造体からなる導波体２３（この例では、円柱）を置くと、発光体２１の放射パターンは、導波体２３の方向に強くなることが、電磁界解析の結果からわかる（図３（ａ）参照）。
【００３７】
これら固有共振周波数が僅かに高い（低い）構造体は、それぞれ発光体２１からの光を受けて、他励振動により、発光を開始するが、その場合、発光体２１の光の位相に比べて、π／２進んで（遅れて）発光するので、先の例に示したように、ある特定の方向にのみ、光が強く放射される。
【００３８】
従って、発光体２１の領域の近傍に、反射体２２、導波体２３の構造体を適宜配置することにより、図３（ｂ）に示すように、ある単一方向のみに強く光を放射するような発光体の放射パターンを実現することができ、発光体の発光パターンを制御できる。
【００３９】
この原理は、発光体のみでなく、受光体に対しても同様にして適用可能であり、受光体の受光パターンを制御することができる。
【００４０】
またこの原理は、上記に述べた円柱状の構造のみならず、発光体、受光体、反射体、導波体の形状や材料に依存せずに、成り立つ。
【００４１】
図４及び図５は、本発明の一実施形態の構成の一例を示す図であり、上記した構造体を、フォトニック結晶中の点欠陥で実現した例を示している。図４（ａ）に示すように、フォトニック結晶は、屈折率３．３７の基板３１中に、三角格子を形成する空気孔３２からなる２次元フォトニック結晶よりなり、中心に、発光体としての点欠陥３３が配置されている。
【００４２】
発光体（点欠陥）３３からの放射は、フォトニック結晶中の電磁場の状態密度と対称性を反映した放射パターンが得られる（図４（ｂ）参照）。
【００４３】
図５（ａ）に示すように、フォトニック結晶中で、ある固有共振周波数を有する点欠陥３３のごく近傍に、固有共振周波数ｆｒに近い共振周波数を有する構造体よりなる導波体３４（別の点欠陥でもよい）を配置する。かかる構成により、発光体（点欠陥）３３の放射パターンを制御することができる（図５（ｂ）参照）。図５（ｂ）に示すように、発光体３３としての点欠陥の近傍に、固有共振周波数の僅かに高い導波体（点欠陥）３４を配置したもので、発光放射パターンが導波体３４の方に偏ったパターンとなることがわかる。
【００４４】
以上により、フォトニック結晶中の発光体の近傍に発光体の固有共振周波数から僅かに異なる別の欠陥などを配置することにより、発光体の放射パターンを制御できることがわかる。
【００４５】
上記実施形態では、基板の屈折率を３．３４とし、三角格子を形成する空気孔からなる２次元フォトニック結晶の例を示したが、本発明の原理は、基板の屈折率（あるいは誘電関数）や格子の形状や対称性によらず、１、２、３次元フォトニック結晶においても同様にして成り立つ。
【００４６】
図６は、本発明の別の実施形態の構成を示す図である。上記した本発明の原理を組み合わせることで、フォトニック結晶光回路中、もしくは、一様誘電体の組み合わせからなる光回路中の光の自由伝搬空間（領域）４１において、発光と受光の機能を、実現した例が示されている。
【００４７】
図６を参照すると、光の自由伝播空間４１（真空中、又はフォトニック結晶中）の互いに相対する一側と他側の縁に沿って反射体４３を複数配置し、一側の反射体４３の近傍に発光体４２が配置され、他側の反射体４３の近傍に受光体４５が配置され、発光体４２と受光体４５の間に、複数の導波体４４が一列に整列配置されている。
【００４８】
発光体４２（共振周波数：ｆｒ）から放射された光は、その近傍にある反射体４３（共振周波数：ｆｒ−Δｆ）および導波体４４（共振周波数：ｆｒ＋Δｆ）によって、光の指向性が制御され、導波体４４の配置方向（図６の矢印参照）、すなわち、受光体４５へ向かって強く光が放出される。
【００４９】
受光体４５の近傍には、反射体４３および導波体４４が配置されており、受光体４５では、より高効率に、受光することが可能となる。
【００５０】
図６において、発光体４２および受光体４５へは、別の導波路などを結合させることにより、更に別の方向に、光を導波させる機能を付加することもできる。
発光体４２および受光体４５の近傍に配置した導波体４４の屈折率を外部から変化させることにより、光の導波方向の切替えやスイッチ動作をさせる機能を付加することも可能である。
【００５１】
図７は、本発明のさらに実施形態の構成を示す図であり、１つの導波方向とは、別の方向に、光を導波させる機能を実現したものである。図７を参照すると、光の自由伝播空間４１において、相対する一側から他側に向けて１つの光導波路４６（複数の導波体を含む）が設けられており、該１つの光導波路４６のほぼ中央部から、別の光導波路４６が、該１つの光導波路４６の方向に対して所定の角度で分岐して設けられている。交差部の光導波路をなす構造体の誘電関数を制御することで、光の分岐方向をスイッチング制御するようにしてもよい。
【００５２】
図８は、本発明のさらに別の実施形態の構成を示す図である。図８を参照すると、光の自由伝播空間４１において相対する一側から他側に向けて、１つの光導波路４６（複数の導波体を含む）が設けられており、該１つの光導波路４６のほぼ中央部において、該１つの光導波路４６の方向に直交して、別の光導波路４６が設けられている。交差部の光導波路をなす構造体の誘電関数を制御することで、光の導波をスイッチング制御するようにしてもよい。すなわち、１つの光導波路４６を導波された光は、分岐部で、元の進行方向である該１つの光導波路４６の方向、及び、別の光導波路４６の分岐方向の計３方向のうちの少なくとも１方向に分岐させるスイッチング制御するようにしてもよい。
【００５３】
以上第２〜第４の実施形態における、光の自由伝播空間４１は、フォトニックバンドギャップによって、伝播モードが禁止されている波長領域のフォトニック結晶に置き換えてもよい。この場合、指向性の制御された光のモードの空間領域に、フォトニック結晶以外の構造がなければ減衰していくが（図９の減衰波７３参照）、空間領域に新たな別の構造や素子、導波路を付加することによって、導波路間の結合や別の素子へ結合させる機能を実現できる。図９に示す例では、フォトニック結晶７０中の光導波路７２の配列方向に導波された光は、光導波路７２の配列方向を進行し、光導波路７２の配列方向以外への方向へは、減衰波７３となる。
【００５４】
以上本発明を上記実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施形態にのみ限定されるものでなく、特許請求の範囲の各請求項の発明の範囲内で当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、従来のフォトニック結晶による光素子や光回路にまったく新たな概念（原理）および機能を導入するものであり、フォトニック結晶中のある構造体の近傍に固有共振周波数の僅かに異なる別の構造体を適宜配置することにより、フォトニック結晶中に形成される構造体（点欠陥、欠陥導波路、発光素子や受光素子など）を含む空間領域の電磁場の局在、伝播、発光、受光の指向性を制御し、機能的な動作をさせるための基本原理と構造を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本原理を説明する図である。
【図２】本発明を説明するための図であり、（ａ）は、真空中に円柱状の発光体を置いた場合の放射電界パターンを表す図、（ｂ）は、真空中に円柱状の発光体と固有共振周波数が僅かに高い反射体を置いた場合の放射電界パターンを示す図である。
【図３】本発明を説明するための図であり、（ａ）は、真空中に円柱状の発光体と固有共振周波数が僅かに低い反射体を置いた場合の放射電界パターンを示す図、（ｂ）は、真空中に円柱状の発光体と固有共振周波数が僅かに低い反射体および固有共振周波数が僅かに低い反射体を置いた場合の放射電界パターンを示す図である。
【図４】本発明を説明するための図であり、（ａ）は、空気孔の三角格子構造を有するＳｉフォトニック結晶の中心に、単一点欠陥を置いた構造を示す図、（ｂ）は、空気孔の三角格子を有するＳｉフォトニック結晶の中心に、単一点欠陥（発光体）を置いた場合の放射電界パターンを示す図である。
【図５】本発明を説明するための図であり、（ａ）は、発光体の近傍に、点欠陥による導波体を置いた構造を示す図、（ｂ）は、発光体の近傍に、点欠陥による導波体を置いた場合の発光放射パターンを示す図である。
【図６】本発明を説明するための図であり、平面光回路中での利用法に関する概念を説明する図である。
【図７】本発明を説明するための図であり、平面光回路中での利用法（分波器やスイッチ）に関する概念を示す図である。
【図８】本発明を説明するための図であり、平面光回路中での利用法（分波器やスイッチ）で多チャンネルのケースにおける概念を示す図である。
【図９】本発明を説明するための図であり、フォトニック結晶光回路中（波長はフォトニックバンドギャップ中）での利用法を示す図である。
【符号の説明】
２１  発光体
２２  反射体
２３  導波体
３１  基板
３２  空気孔
３３  点欠陥
３４  導波体
４１  光の自由伝播領域
４２  発光体
４３  反射体
４４  導波体
４５  受光体
４６  光導波路
７１  光導波路
７２  光導波路
【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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