(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
柱型フォトニック結晶の線欠陥に沿って光が導波される線欠陥導波路と、細線に沿って光が導波される細線導波路とを結合するための導波路の結合構造であって、
線欠陥導波路を有する線欠陥導波路部と、
前記線欠陥導波路部に接続される電磁界分布整合部と、
前記電磁界分布整合部に接続される第１テーパ部と、
前記第１テーパ部に接続されて細線導波路を有する細線導波路部と
を具備し、
前記電磁界分布整合部は、柱型フォトニック結晶の線欠陥としての整合部線欠陥を備え、前記整合部線欠陥は前記線欠陥導波路に接続され、
前記第１テーパ部は、第１細線コアと、前記第１細線コアの少なくとも一方の側に沿って配設される柱型フォトニック結晶の第１線欠陥とを備え、前記第１細線コアと前記第１線欠陥の少なくとも一方が前記整合部線欠陥に接続され、
前記細線導波路は、前記第１細線コアと接続される
導波路の結合構造。
【請求項２】
請求の範囲１に記載の導波路の結合構造において、
前記第１テーパ部と前記細線導波路部との間に接続される第２テーパ部を更に具備し、
前記第２テーパ部は、第２細線コアと、前記第２細線コアの両側に沿って配設される柱型フォトニック結晶とを備え、前記第２細線コアは前記第１細線コアと接続され、
前記細線導波路は、前記第２細線コアと接続される
導波路の結合構造。
【請求項３】
柱型フォトニック結晶の線欠陥に沿って光が導波される線欠陥導波路と、細線に沿って光が導波される細線導波路とを結合するための導波路の結合構造であって、
線欠陥導波路を有する線欠陥導波路部と、
前記線欠陥導波路部に接続される第１テーパ部と、
前記第１テーパ部と前記細線導波路部との間に接続される第２テーパ部と、
前記第２テーパ部に接続されて細線導波路を有する細線導波路部と
を具備し、
前記第１テーパ部は、第１細線コアと、前記第１細線コアの少なくとも一方の側に沿って配設される柱型フォトニック結晶の第１線欠陥とを備え、前記第１細線コアと前記第１線欠陥の少なくとも一方が前記線欠陥導波路に接続され、
前記第２テーパ部は、第２細線コアと、前記第２細線コアの両側に沿って配設される柱型フォトニック結晶とを備え、前記第２細線コアは前記第１細線コアと接続され、
前記細線導波路は、前記第２細線コアと接続される
導波路の結合構造。
【請求項４】
請求の範囲１乃至３のいずれか一項に記載の導波路の結合構造において、
前記柱型フォトニック結晶は、高屈折率材料の柱を低誘電率材料の背景媒質内に正方格子状に配列した柱型正方格子フォトニック結晶である
導波路の結合構造。
【請求項５】
請求の範囲１乃至４のいずれか一項に記載の導波路の結合構造において、
前記線欠陥導波路部の前記線欠陥導波路の前記線欠陥は、前記柱型フォトニック結晶の少なくとも一列を成す複数の柱の断面積を、前記少なくとも一列を成す複数の柱の各々に隣接して配設されている柱の断面積と異なる値に設定して構成される
導波路の結合構造。
【請求項６】
請求の範囲５に記載の導波路の結合構造において、
前記線欠陥導波路部の前記線欠陥導波路の前記線欠陥は、前記柱型フォトニック結晶の少なくとも一列を成す複数の柱の断面積を、前記少なくとも一列を成す複数の柱の各々に隣接して配設されている柱の断面積よりも小さい値に設定することにより構成される導波路の結合構造。
【請求項７】
請求の範囲１又は２に記載の導波路の結合構造において、
前記電磁界分布整合部は、前記線欠陥導波路部の前記線欠陥導波路から導波される光の電磁界エネルギーを、前記第１テーパ部の前記第１細線コアと、前記第１細線コアの少なくとも一方の側に沿って配設される柱型フォトニック結晶の前記第１線欠陥に分配する
導波路の結合構造。
【請求項８】
請求の範囲７に記載の導波路の結合構造において、
前記整合部線欠陥は、前記線欠陥導波路部の前記線欠陥導波路の線欠陥と、前記第１細線コアおよび前記第１線欠陥とを接続するように配置される
導波路の結合構造。
【請求項９】
請求の範囲７に記載の導波路の結合構造において、
前記整合部線欠陥は、前記線欠陥導波路部の前記線欠陥導波路の線欠陥と、前記第１線欠陥とを接続するように配置される
導波路の結合構造。
【請求項１０】
請求の範囲９に記載の導波路の結合構造において、
前記整合部線欠陥は、導波光の進行方向に対してＴ分岐形状を有する
導波路の結合構造。
【請求項１１】
請求の範囲９に記載の導波路の結合構造において、
前記整合部線欠陥は、導波光の進行方向に対してＹ分岐形状を有する
導波路の結合構造。
【請求項１２】
請求の範囲１乃至３のいずれか一項に記載の導波路の結合構造において、
前記第１テーパ部の前記第１線欠陥を構成するそれぞれの柱の断面積は、前記電磁界分布整合部との接続端から導波光の進行方向へ向かうに従って、隣接する前記柱の断面積よりも小さな値から徐々に同じ値にまで変化するように設定される
導波路の結合構造。
【請求項１３】
請求の範囲１乃至３のいずれか一項に記載の導波路の結合構造において、
前記第１テーパ部の前記第１細線コアの幅は、前記第１細線コアおよび前記第１線欠陥それぞれに跨って分布する導波光の電磁界エネルギー分布比が適正な値になるように設定される
導波路の結合構造。
【請求項１４】
請求の範囲１に記載の導波路の結合構造において、
前記第１テーパ部の前記柱型フォトニック結晶は、前記電磁界分布整合部との接続端から前記細線導波路部との接続端に向かうに従って、前記第１細線コアから徐々に離れた位置に配置される
導波路の結合構造。
【請求項１５】
請求の範囲２又は３に記載の導波路の結合構造において、
前記第２テーパ部の前記柱型フォトニック結晶は、前記第１テーパ部との接続端から前記細線導波路部との接続端に向かうに従って、前記第２細線コアから徐々に離れた位置に配置される
導波路の結合構造。
【請求項１６】
請求の範囲１乃至３のいずれか一項に記載の導波路の結合構造において、
前記柱型フォトニック結晶は、高屈折率材料の柱を低誘電率材料の背景媒質内に長方格子状に配列した柱型長方格子フォトニック結晶である
導波路の結合構造。
【請求項１７】
請求の範囲１乃至３のいずれか一項に記載の導波路の結合構造において、
前記柱型フォトニック結晶は、高屈折率材料の柱を低誘電率材料の背景媒質内に三角格子状に配列した柱型三角格子フォトニック結晶である
導波路の結合構造。
【請求項１８】
請求の範囲４、１６、１７の少なくとも一項に記載の導波路の結合構造において、
前記柱型フォトニック結晶を構成する柱は、断面形状が円、楕円形及び多角形のいずれかの形状を有する
導波路の結合構造。
【請求項１９】
請求の範囲１に記載の導波路の結合構造において、
前記線欠陥導波路部と前記電磁界分布整合部との接続部、および前記電磁界分布整合部と前記第１テーパ部との接続部では、前記柱型フォトニック結晶の格子間隔がそれぞれ同一になるように接続される
導波路の結合構造。
【請求項２０】
請求の範囲２に記載の導波路の結合構造において、
前記線欠陥導波路部と前記電磁界分布整合部との接続部、前記電磁界分布整合部と前記第１テーパ部との接続部、および前記第１テーパ部と前記第２テーパ部との接続部では、前記柱型フォトニック結晶の格子間隔がそれぞれ同一になるように接続される
導波路の結合構造。
【請求項２１】
請求の範囲３に記載の導波路の結合構造において、
前記線欠陥導波路部と前記第１テーパ部との接続部、および前記第１テーパ部と前記第２テーパ部との接続部では、前記柱型フォトニック結晶の格子間隔がそれぞれ同一になるように接続される
導波路の結合構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は導波路の結合構造に関し、特に柱型フォトニック結晶の線欠陥に沿って光が導波される線欠陥導波路と、細線に沿って光が導波される細線導波路とを結合する導波路の結合構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
トランジスタの集積回路のように、光部品の集積回路を実現する技術が望まれている。現状では、光回路は、導波路である光ファイバ、個別部品の光スイッチ、波長フィルタ、３ｄＢ結合器（カプラ）などの個々の光部品を接続して組んでいる。しかし、この光回路を小さなチップの中に集積化できれば、回路の体積、消費電力、製造コストの劇的な低減が可能となる。【０００３】
これまで、光集積回路の実現を目指した多くの技術が開発されてきている。それらの技術の中で、フォトニック結晶の技術は、基板上の光デバイスの高機能化と小型化、低消費電力化を１００〜１００００万倍の桁で進めることのできる技術として注目されている。【０００４】
フォトニック結晶とは、広義には、屈折率を周期的に変化させた構造体の総称である。フォトニック結晶は一般に電磁波に対して用いられる。元々は光学用途として考案されたことと、周期的な構造が結晶に似ていることからその名がついた。フォトニック結晶は、その屈折率の周期性のために種々の特殊な光学的特徴を有する。最も代表的な特徴は、フォトニック・バンド・ギャップ（ｐｈｏｔｏｎｉｃ  ｂａｎｄ  ｇａｐ  （ＰＢＧ））を有することである。フォトニック結晶の周期的な屈折率変化が十分に大きいと、ある特定の周波数帯域（あるいは、波長帯域）の光はフォトニック結晶中を伝搬することができない。縦軸を光の周波数、横軸を光の波数とし、フォトニック結晶中を伝搬する光の周波数と波数の関係をプロットした図を分散関係図、またはフォトニック・バンド図という。フォトニック・バンド図において、プロットが連続的に存在して曲線として分布する周波数帯域（または波長帯域）をバンドと呼ぶ。フォトニック結晶中を伝搬できない光はこのようなバンドとバンドの間、則ちギャップに位置する周波数を有することから、フォトニック・バンド・ギャップ（ＰＢＧ）と呼ぶ。【０００５】
フォトニック結晶中に、フォトニック結晶の屈折率分布の周期性を崩すような微小な欠陥が存在すると、ＰＢＧ内の周波数の光は、その微小欠陥に閉じ込められる。その場合、欠陥の大きさに対応した周波数の光のみが閉じ込められるので、光の共振器として働き、周波数（波長）フィルタとして用いることができる。フォトニック結晶中に微小な欠陥が連続的に並んで列を成す、線欠陥を結晶中に形成すると、ＰＢＧ内の周波数の光であっても、線欠陥の列に閉じ込められながら線欠陥に沿って光が伝搬することができる。これは、フォトニック結晶の線欠陥が導波路の役目を果たしていることを示し、線欠陥導波路と呼ばれる。フィルタ及び導波路が形成できれば、導波路だけから、あるいは導波路とフィルタとの組み合わせから、光変調器や光スイッチなどを構成することができる。このように、フォトニック結晶があれば、その中に主要な光機能素子を全て形成し、接続して光回路を構成できる。従って、フォトニック結晶は、フォトニック結晶が光集積回路のプラットフォームとして期待されている。【０００６】
フォトニック結晶は、一般的な特長として光集積回路用プラットフォームとして有用である。製造上の観点からは、フォトニック結晶の周期性が２次元のものが望ましい。ＰＢＧの効果を互いに垂直なｘ、ｙ、ｚの３方向で利用しようとすると、フォトニック結晶は３次元で無ければならない。しかし、３次元構造は複雑なため、製造コストが高くなる。そこで、基板面内では２次元の周期性を有するが、厚み方向には周期性を有さない有限厚みの２次元フォトニック結晶が用いられる。その場合、線欠陥導波路や点欠陥共振器における厚み方向の光の閉じ込めは、ＰＢＧの効果ではなく、屈折率差による全反射のメカニズムによる。有限厚みの２次元フォトニック結晶の特性は、無限の厚みの２次元フォトニック結晶と完全には一致しない。しかし、有限厚みの２次元フォトニック結晶の厚み方向の屈折率分布が、光が伝搬する領域において鏡映対称であれば、無限の厚みの２次元フォトニック結晶の光学特性とほぼ一致する。無限の厚みの２次元フォトニック結晶によるデバイスの動作予測は、有限の厚みを考慮した動作予測に比べて格段に容易である。そのため、屈折率分布が鏡映対称の２次元フォトニック結晶を利用することができれば、それを用いたデバイスの設計も容易になる。有限厚みの２次元フォトニック結晶としてこれまで実現された具体的な構造としては、孔型フォトニック結晶と柱型フォトニック結晶がある。その中で、特に後者の結晶の線欠陥導波路は有用な導波特性を有している。【０００７】
有限厚みの柱型フォトニック結晶の典型的な構造では、高誘電率材料でできた有限の高さの円柱が正方格子状に配置されている。このような有限厚みの円柱型正方格子フォトニック結晶の場合、結晶中のある１列に配設されている円柱（「線欠陥円柱」と呼ぶ）の断面積を、その列の周囲に配設されている円柱の断面積よりも小さくすることよって、光が線欠陥円柱に沿って伝搬する導波路を形成することができる。この場合、線欠陥円柱の列が、光ファイバなどの全反射閉じ込め型の導波路におけるコアに相当し、線欠陥円柱の列の両側に分布する円柱格子がクラッディングに相当する。【０００８】
線欠陥導波路の特徴は、導波光の群速度が小さいことであり、光遅延器として利用することができる。また、低群速度のために、導波光と結晶材料との相互作用時間が長くなる。その結果、短い導波路でも相互作用効果が大きくなる。従って、非線形効果などを効率的に利用できる導波路としても利用できる。一方、用途によってはこのような特性が適当でない場合もある。例えば、光回路内で光遅延器と点欠陥共振器フィルタとを単に結ぶだけの光配線として線欠陥導波路を用いる場合、導波光の群速度はむしろ高い方が望ましい。回路としての処理速度が大きくなるからである。そこで、光回路内の用途によって導波路を使い分けることが重要であり、低群速度の円柱型正方格子フォトニック結晶の線欠陥導波路と、比較的高群速度の細線導波路とを高効率で光結合できる技術が重要となる。【０００９】
しかし、両導波路を単純に突き合わせて接続すると、高効率の光結合が得られない。その原因は、導波光の電磁界強度分布とインピーダンス（電界と磁界の比）の分布が、接続される２つの導波路における導波光の間で大きく異なることにある。そこで、両導波路を断熱的に接続する光結合構造、すなわち、導波路構造を線欠陥導波路の構造から細線導波路の構造に徐々に変化させる構造が考案された。導波路構造を断熱的に変化させることによって、広帯域で導波光の電磁界分布を徐々に変化させ、導波光の電磁界インピーダンスを光結合構造の全ての部分で広帯域に整合させることができる。尚、本明細書において、「結合」及び「光結合」という用語は、一方の導波路の導波光から他方の導波路の導波光へと光の電磁界エネルギーが伝達されることを意味する。また、「光結合構造」、「結合構造」と言うときは、光結合するための構造を指している。それに対して、「接続」という用語は、導波路を単に構造的につなぎ合わせることを意味するために用いる。【００１０】
次に、従来の導波路の光結合構造の一例について説明する。図１は、文献（Ｓｔｅｖｅｎ  Ｇ．Ｊｏｈｎｓｏｎ  ｅｔ  ａｌ．，Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  Ｅ，ｖｏｌ．６６，ｐ．０６６６０８）に開示された導波路の光結合構造の一例を示す概略図である。この図は、光の導波路を含む基板に対して平行な方向の断面を示している。図１の光結合構造８は、断熱的に構造変化する二つのテーパ部（第１テーパ部２）を組み合わせた構成を採用している。この文献において、これら二つのテーパ部は、それぞれ当該文献の図８と図９（ｂ）とで示されている。
なお、この文献では、柱型フォトニック結晶の柱として、円柱の代わりに四角柱５を用いている。図１に示した第１テーパ部２は、四角柱型正方格子フォトニック結晶において、線欠陥導波路（線欠陥導波路部１）の線欠陥円柱（欠陥四角柱６）列の両側に位置する四角柱の格子が欠陥四角柱６の列から徐々に遠ざかる構造を有する。また、図１に示した第２テーパ部３は、第１テーパ部２の最後で残った欠陥四角柱だけの列において、四角柱間隔が徐々に狭まり、最後に細線の形状にまで変化する構造を有する。図１では、第２テーパ部３において四角柱間隔を狭めるために、四角柱の重心の間隔を徐々に狭める場合が示されている。一方、この文献の図４には、四角柱の重心間隔を変える代わりに四角柱の導波路方向の長さを徐々に長くし、最終的に細線の形状にまで変化させる場合も示されている。【００１１】
関連する技術として、特開２００５−１７２９３３号公報に、細線導波路付２次元フォトニック結晶の製造方法が開示されている。この製造方法は、スラブ層とクラッド層が積層して成る板材から、導波路を有する２次元フォトニック結晶と該導波路に接続された細線導波路とから成る細線導波路付２次元フォトニック結晶を製造する方法である。その製造方法は、（ａ）スラブ層にエッチング剤導入用空孔を形成する空孔形成工程と、（ｂ）エッチング剤導入用空孔を通してエッチング剤を導入することにより、エッチング剤導入用空孔の周囲のクラッド層をエッチングして該クラッド層に空洞を形成するエアブリッジ空洞形成工程と、（ｃ）前記空洞に面するスラブ層に空孔を周期的に設け、該空孔を設けた領域の外縁からその内側に向けて結晶内導波路を形成することにより２次元フォトニック結晶を形成すると共に、該空孔を設けた領域の外縁からその外側に向けて前記結晶内導波路の延長上に所定の幅だけスラブ層を残し、その周囲のスラブ層を除去することにより細線導波路を形成する細線導波路付２次元フォトニック結晶形成工程とを有することを特徴とする。【００１２】
また、特開２００３−３１５５７２号公報に、光導波路及びそれを用いた光学素子が開示されている。この光導波路は、コア部とフォトニック結晶部材を有するクラッド部とを有し、かつ、前記フォトニック結晶部材の構造を変えることにより、前記クラッド部の実効的な屈折率を空間的に変化させ、光導波路モードの進行方向に垂直な面内の電界強度分布であるモードフィールド径を空間的に変化させて構成しても良い。前記光導波路モードとして基本導波路モードが存在し、かつ、前記基本導波路モードのモードフィールド径を空間的に変化させて構成しても良い。【００１３】
また、特開２００３−２７０４５８号公報に、フォトニック結晶部材及びフォトニック結晶導波路が開示されている。このフォトニック結晶導波路は電磁波を伝播させるフォトニック結晶部材にあって、その電磁波の反射防止用にフォトニック結晶を設けてなることを特徴とする。フォトニック結晶部材を用いて電磁波を伝播させ導波するフォトニック結晶導波路にあって、前記結晶部材の電磁波入力側もしくは出力側に前記結晶部材とは構造の異なるフォトニック結晶の領域を配設し、前記結晶部材からの出力強度を前記領域がない場合に比べて大きくするよう構成してもよい。【００１４】
従来の、柱型正方格子フォトニック結晶線欠陥導波路と細線導波路との結合構造にはいくつかの問題がある。第１の問題点は、従来の導波路の結合構造では設計通りの光結合効率を得ることが困難であり、透過特性と生産性が悪いことである。この問題点は、結合構造内に、設計通りに加工することが困難な部位が存在することに起因している。その理由は、図１の第２テーパ部３において、柱間隔が徐々に狭くなるときに、細線導波路の細線へと至る直前で柱間隔が限りなくゼロに近づき、加工精度の限界を超えてしまうことである。第２テーパ部３は、できるだけ広帯域高透過率にしようとすると、柱間隔を狭くしていく速度をできるだけ緩やかにする必要がある。しかし、その結果として、柱間隔の極端に狭い部分が長い距離にわたって分布してしまい、その部分がうまく加工できない。そのために、かえって透過効率が悪化してしまう。第２の問題点は、従来の結合構造では、光の伝搬方向の導波路の長さが長くなることである。光集積回路の集積度が上がると、できるだけ小さな光結合構造が望ましい。そのため、結合構造が長いことが問題となる場合がある。この問題点は、導波路の結合構造が一つではなく、二つのテーパ部の組み合わせによって構成されることに起因する。つまり、結合構造内で、柱の結晶格子部分の周期性が変わるとうまく動作しないため、第１テーパ部２と第２テーパ部３との機能を同時に果たす一つのテーパ構造が、実現できないことにある。
【発明の開示】
【００１５】
本発明の目的は、導波光の透過特性を維持しつつ、導波路の生産性を向上させる導波路の結合構造を提供することにある。また、本発明の他の目的は、高集積化により小型化が可能な導波路の結合構造を提供することにある。
【００１６】
この発明のこれらの目的とそれ以外の目的と利益とは以下の説明と添付図面とによって容易に確認することができる。
【００１７】
上記課題を解決するために本発明の導波路の結合構造は、柱型フォトニック結晶の線欠陥に沿って光が導波される線欠陥導波路と、細線に沿って光が導波される細線導波路とを結合するための導波路の結合構造である。線欠陥導波路を有する線欠陥導波路部と、線欠陥導波路部と第１テーパ部との間に接続される電磁界分布整合部と、電磁界分布整合部に接続される第１テーパ部と、第１テーパ部に接続されて細線導波路を有する細線導波路部とを具備する。電磁界分布整合部は、柱型フォトニック結晶の線欠陥としての整合部線欠陥を備え、整合部線欠陥は線欠陥導波路に接続されている。第１テーパ部は、第１細線コアと、第１細線コアの少なくとも一方の側に沿って配設される柱型フォトニック結晶の第１線欠陥とを備え、第１細線コアと第１線欠陥の少なくとも一方が整合部線欠陥に接続されている。細線導波路は、第１細線コアと接続されている。ここでは、テーパ部構造中の細線と細線導波路の細線とを区別するため、テーパ部中の細線部分を「細線コア」と呼んでいる。
【００１８】
上記の導波路の結合構造において、第１テーパ部と細線導波路部との間に接続される第２テーパ部を更に具備する。第２テーパ部は、第２細線コアと、第２細線コアの両側に沿って配設される柱型フォトニック結晶とを備え、第２細線コアは第１細線コアと接続されている。細線導波路は、第２細線コアと接続されている。
【００１９】
上記課題を解決するために、本発明の導波路の結合構造は、柱型フォトニック結晶の線欠陥に沿って光が導波される線欠陥導波路と、細線に沿って光が導波される細線導波路とを結合するための導波路の結合構造である。線欠陥導波路を有する線欠陥導波路部と、線欠陥導波路部に接続される第１テーパ部と、第１テーパ部と細線導波路部との間に接続される第２テーパ部と、第１テーパ部に接続されて細線導波路を有する細線導波路部とを具備する。第１テーパ部は、第１細線コアと、第１細線コアの少なくとも一方の側に沿って配設される柱型フォトニック結晶の第１線欠陥とを備え、第１細線コアと第１線欠陥の少なくとも一方が線欠陥導波路に接続されている。第２テーパ部は、第２細線コアと、第２細線コアの両側に沿って配設される柱型フォトニック結晶とを備え、第２細線コアは第１細線コアと接続されている。細線導波路は、第２細線コアと接続されている。
【００２０】
上記の導波路の結合構造において、柱型フォトニック結晶は、高屈折率材料の柱を低誘電率材料の背景媒質内に正方格子状に配列した柱型正方格子フォトニック結晶である。
【００２１】
上記の導波路の結合構造において、線欠陥導波路部の線欠陥導波路の線欠陥は、柱型フォトニック結晶の少なくとも一列を成す複数の柱の断面積を、少なくとも一列を成す複数の柱の各々に隣接して配設されている柱の断面積と異なる値に設定して構成される。
【００２２】
上記の導波路の結合構造において、線欠陥導波路部の線欠陥導波路の線欠陥は、柱型フォトニック結晶の少なくとも一列を成す複数の柱の断面積を、少なくとも一列を成す複数の柱の各々に隣接して配設されている柱の断面積よりも小さい値に設定することにより構成される。
【００２３】
上記の導波路の結合構造において、電磁界分布整合部は、線欠陥導波路部の線欠陥導波路から導波される光の電磁界エネルギーを、第１テーパ部の第１細線コアと、第１細線コアの少なくとも一方の側に沿って配設される柱型フォトニック結晶の第１線欠陥に分配する。
【００２４】
上記の導波路の結合構造において、整合部線欠陥は、線欠陥導波路部の線欠陥導波路の線欠陥と、第１細線コアおよび第１線欠陥とを接続するように配置される。
【００２５】
上記の導波路の結合構造において、整合部線欠陥は、線欠陥導波路部の線欠陥導波路の線欠陥と、第１線欠陥とを接続するように配置される。
【００２６】
上記の導波路の結合構造において、整合部線欠陥は、導波光の進行方向に対してＴ分岐形状を有する。
【００２７】
上記の導波路の結合構造において、整合部線欠陥は、導波光の進行方向に対してＹ分岐形状を有する。
【００２８】
上記の導波路の結合構造において、第１テーパ部の第１線欠陥を構成するそれぞれの柱の断面積は、電磁界分布整合部との接続端から導波光の進行方向へ向かうに従って、隣接する柱の断面積よりも小さな値から徐々に同じ値にまで変化するように設定される。
【００２９】
上記の導波路の結合構造において、第１テーパ部の第１細線コアの幅は、第１細線コアおよび第１線欠陥それぞれに跨って分布する導波光の電磁界エネルギー分布比が適正な値になるように設定される。
【００３０】
上記の導波路の結合構造において、第１テーパ部の柱型フォトニック結晶は、電磁界分布整合部との接続端から細線導波路部との接続端に向かうに従って、第１細線コアから徐々に離れた位置に配置される。
【００３１】
上記載の導波路の結合構造において、第２テーパ部の柱型フォトニック結晶は、第１テーパ部との接続端から細線導波路部との接続端に向かうに従って、第２細線コアから徐々に離れた位置に配置される。
【００３２】
上記の導波路の結合構造において、柱型フォトニック結晶は、高屈折率材料の柱を低誘電率材料の背景媒質内に長方格子状に配列した柱型長方格子フォトニック結晶である。
【００３３】
上記の導波路の結合構造において、柱型フォトニック結晶は、高屈折率材料の柱を低誘電率材料の背景媒質内に三角格子状に配列した柱型三角格子フォトニック結晶である。
【００３４】
上記の導波路の結合構造において、柱型フォトニック結晶を構成する柱は、断面形状が円、楕円形及び多角形のいずれかの形状を有する。
【００３５】
上記の導波路の結合構造において、線欠陥導波路部と電磁界分布整合部との接続部、および電磁界分布整合部と第１テーパ部との接続部では、柱型フォトニック結晶の格子間隔がそれぞれ同一になるように接続される。
【００３６】
上記の導波路の結合構造において、線欠陥導波路部と電磁界分布整合部との接続部、電磁界分布整合部と第１テーパ部との接続部、および第１テーパ部と第２テーパ部との接続部では、柱型フォトニック結晶の格子間隔がそれぞれ同一になるように接続される。
【００３７】
上記の導波路の結合構造において、線欠陥導波路部と第１テーパ部との接続部、および第１テーパ部と第２テーパ部との接続部では、柱型フォトニック結晶の格子間隔がそれぞれ同一になるように接続される。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】従来のフォトニック結晶導波路の光結合構造を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るフォトニック結晶導波路の結合構造を示す図である。
【図３Ａ】本発明の実施の形態１に係るフォトニック結晶導波路の結合構造の製造プロセスを示す図である。
【図３Ｂ】本発明の実施の形態１に係るフォトニック結晶導波路の結合構造の製造プロセスを示す図である。
【図３Ｃ】本発明の実施の形態１に係るフォトニック結晶導波路の結合構造の製造プロセスを示す図である。
【図３Ｄ】本発明の実施の形態１に係るフォトニック結晶導波路の結合構造の製造プロセスを示す図である。
【図３Ｅ】本発明の実施の形態１に係るフォトニック結晶導波路の結合構造の製造プロセスを示す図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係るフォトニック結晶導波路の結合構造を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態３に係るフォトニック結晶導波路の結合構造を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態４に係るフォトニック結晶導波路の結合構造を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態５に係るフォトニック結晶導波路の結合構造を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態６に係るフォトニック結晶導波路の結合構造を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態７に係るフォトニック結晶導波路の結合構造を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態８に係るフォトニック結晶導波路の結合構造を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１に係る導波路の結合構造について、図面を参照して説明する。図２は、本発明の実施の形態１に係る導波路の結合構造の概略構成を示す。本発明の導波路の結合構造１９は、柱型フォトニック結晶の線欠陥に沿って光が導波される線欠陥導波路と、細線に沿って光が導波される細線導波路とを結合する。この導波路の結合構造１９は、線欠陥導波路部９と、電磁界分布整合部１０と、第１テーパ部１１と、第２テーパ部１２と、細線導波路部１３とを備えている。線欠陥導波路部９は、線欠陥１５をコアとする線欠陥導波路を有する。電磁界分布整合部１０は、線欠陥導波路部９に接続される。第１テーパ部１１は、電磁界分布整合部１０に接続されている。第２テーパ部１２は、第１テーパ部１１に接続されている。細線導波路部１３は、第２テーパ部１２に接続されて第３細線コア１８をコアとする細線導波路を有する。【００４０】
電磁界分布整合部１０は、柱型フォトニック結晶の線欠陥１５ａを有する。線欠陥導波路部９と第１テーパ部１１との間で導波光の電磁界強度の分布と電磁インピーダンスの分布とを変換する。第１テーパ部１１は、第１細線コア１６と、第１細線コア１６の少なくとも一方の側に沿って配設される柱型フォトニック結晶１４の第１線欠陥１５ｂとを有する。第１テーパ部１１は、電磁界分布整合部１０と第２テーパ部１２との間で、導波光の第１細線コア１６と第１線欠陥１５ｂとにおけるエネルギー分布を変換する。第２テーパ部１２は、第２細線コア１７と、第２細線コア１７の両側に沿って配設される柱型フォトニック結晶１４とを有する。第２テーパ部１２は、第１テーパ部１１と細線導波路部１３との間で、導波光のエネルギーを第２細線コア１７と柱型フォトニック結晶１４とのうち何れか一方に移行する機能を有している。【００４１】
線欠陥導波路部９は、高屈折率材料の円柱を低誘電率材料の背景媒質内に正方格子状に配列した円柱型正方格子フォトニック結晶において、１列の円柱それぞれの断面積を、周囲の円柱の断面積よりも小さくした構造を有している。周囲の円柱の断面積よりも断面積の小さな円柱は、周囲の柱型フォトニック結晶から見れば欠陥に相当し、線状に配列された欠陥円柱の列１５をコアとする導波路であることから、「線欠陥導波路」と呼ばれる。線欠陥導波路で導波される光は、フォトニック結晶のフォトニック・バンド・ギャップ内の周波数を有する。フォトニック・バンド・ギャップ内の周波数の光は、完全結晶からはブラッグ（Ｂｒａｇｇ）回折の効果によって反射されるので、線欠陥の両側の完全結晶部分に光は進入できず、結果として線欠陥領域に閉じ込められて導波される。【００４２】
図２に示した電磁界分布整合部１０は、線欠陥導波路部９と第１テーパ部１１との間で、電磁界強度の分布と電磁インピーダンスの分布の両方を整合する働きをする。本実施に形態では、電磁界分布整合部１０における光の伝搬方向（列方向）の長さが僅かに１周期（円柱型フォトニック結晶の列方向における１格子間隔分）しかないが、１周期以上の長さを有してもよい。但し、一般には、電磁界分布整合部１０の光の伝搬方向に対する長さが短い方が、伝搬する光の放射損失が少なく、導波路の結合構造として高透過率になる。電磁界分布整合部１０の内部の構造は、上記したように、断面積が周囲と異なる欠陥円柱（１５ａ）が連続的に分布、或いは不連続に点在する構造であり、その具体的な断面積と位置は、結合される第１テーパ部１１の構造に依存する。特に、図２に示すように、第１テーパ部１１の線欠陥導波路部９側に接続される端部の構造が、第１細線コア１６の両側に、１列の円柱だけを周囲の円柱の断面積よりも小さくした構造の場合には、電磁界分布整合部１０の構造を、断面積の小さい欠陥円柱が幅方向に連続して３列並び、長さが１周期の、単純かつ最小の構造を有するものとすることができる。【００４３】
線欠陥導波路部９を伝搬する導波光のエネルギーのほとんどは、欠陥円柱から成る１列の線欠陥１５に沿って分布し、その両側の格子には僅かにしみ出しているだけである。一方、第１テーパ部１１では、導波光のエネルギーのほとんどは、第１細線コア１６とその両側の線欠陥１５ｂとの総計３列に沿って分布する。電磁界分布整合部１０の作用は、線欠陥導波路部９の線欠陥１５を含む線欠陥導波路に沿って導波された光の電磁界エネルギーを、第１テーパ部１１の第１細線コア１６とその両側の２つの線欠陥１５ｂを含む線欠陥導波路に分配し、結果として第１テーパ部１１の導波光の電磁界に変換することによって、第１テーパ部１１に、線欠陥導波路部９から出射された光エネルギーの全部を入力することである。【００４４】
本発明の線欠陥導波路部９、電磁界分布整合部１０、第１テーパ部１１、第２テーパ部１２、および細線導波路部１３それぞれの接続部では、フォトニック結晶の周期性を維持するように、円柱型フォトニック結晶の列方向の間隔が常に一定になるように接続されている。また、第１テーパ部１１と第２テーパ部１２とにおいて、第１細線コア１６および第２細線コア１７の両側に配設されている円柱型フォトニック結晶の列方向の周期は、一定、または徐々に短くなる（図示されず）、または徐々に長くなる（図示されず）、の何れか、またはそれらの組み合わせ（図示されず）である。【００４５】
本実施の形態に係わる導波路の結合構造１９における電磁界分布整合部１０と第１テーパ部１１と第２テーパ部１２と細線導波路部１３は、何れも線欠陥導波路（例示：９）の透過周波数帯域を含み、線欠陥導波路の透過周波数帯域全体にわたって広帯域に透過する。また、第１テーパ部１１の線欠陥導波路側の導波光は、第１細線コア１６の近傍では細線導波路（例示：１３）の導波光に近いインピーダンスを有し、第１細線コア１６の両側に位置する断面積が周囲と異なった欠陥円柱列においては、線欠陥導波路部９の線欠陥導波路に近いインピーダンスを有する。即ち、第１テーパ部１１の第１細線コア１６の近傍の電磁界は細線導波路の電磁界の特徴を持ち、第１テーパ部１１の線欠陥１５ｂ列近傍の電磁界は線欠陥導波路の電磁界の特徴を有する。【００４６】
線欠陥導波路部９に入射された導波光は、電磁界分布整合部１０を通り抜け、第１テーパ部１１の第１細線コア１６に入射する。線欠陥導波路部９と第１細線コア１６とでは、それぞれの電磁界の特徴が異なり、両者の間におけるインピーダンス不整合に起因して、第１テーパ部１１の第１細線コア１６に入射した導波光の一部は反射される。電磁界分布整合部１０は、この反射された光を、改めて第１テーパ部１１の第１細線コア１６の両側に配設されている断面積の異なる欠陥円柱（例示：１５ｂ）の列に入射する働きをする。このように断面積の異なる欠陥円柱の列に改めて入射された光と、線欠陥導波路部９から電磁界分布整合部１０を通って第１テーパ部１１の断面積の異なる欠陥円柱の列に直接入射した光とは、共に断面積の異なる欠陥円柱の列に反射されることなく入射される。【００４７】
本実施の形態においては、上記したように、電磁界分布整合部１０の働きにより、線欠陥導波路部９からの導波光は、効率良く第１テーパ部１１に入射される。第１テーパ部１１と第２テーパ部１２とは、全体に細線（細線コア）（１６、１７）を有しており、動作原理上、導波光を断面積の異なる欠陥円柱列から細線へと移行するために円柱間隔を限りなくゼロに近づける必要は無い。同様に、電磁界分布整合部１０も円柱間隔の極端に小さな構造を含む必要が無いため、導波路の結合構造全体を設計通りに加工することが可能である。【００４８】
（実施の形態１の動作原理）
ここでは、実施の形態１における電磁界分布整合部１０の具体的な動作について更に詳細に説明する。線欠陥導波路部９から電磁界分布整合部１０に入射された１列相当の幅の光の一部は、電磁界分布整合部１０を通過して第１テーパ部１１の第１細線コア１６に入射する。欠陥円柱（１５）と細線コア（１６）という構造の違いを反映して、それぞれにおけるインピーダンスが異なるため、線欠陥導波路部９から入射されてくる光の一部は第１細線コア１６へと透過するが、一部は電磁界分布整合部１０の欠陥円柱（例示：１５ｂ）に沿って幅方向（光の伝搬方向と垂直な向き）へと反射される。この反射された光エネルギーと、線欠陥導波路部９から直接、電磁界分布整合部１０の欠陥円柱（１５ｂ）に沿って幅方向へと向かった光とは合成される。合成された光は、更に、電磁界分布整合部１０の中央から２列目の欠陥円柱の位置で第１テーパ部１１の方向に９０°変換され、第１テーパ部１１の第１細線コア１６の両側に位置する欠陥円柱列（１５ｂ）に入射される。第１テーパ部１１の欠陥円柱列（１５ｂ）を構成する円柱それぞれの断面積は、電磁界分布整合部１０と接続されている位置において、電磁界分布整合部１０の円柱（１５ａ）の断面積と同じか、またはほぼ同じである。そのため、それらを通過する光の電磁インピーダンスも、線欠陥導波路部９においてと同じか、ほぼ同じとなり、第１テーパ部１１の欠陥円柱列（１５ｂ）に入射される導波光に関してはインピーダンス整合が満足される。結果として、線欠陥導波路部９から出射された光は、電磁界分布整合部１０を経由することによって、光エネルギーの全てが第１テーパ部１１へと透過する。図２に示される、電磁界分布整合部１０における３本の欠陥円柱（１５ａ）の直径は、基本的には線欠陥導波路部９の線欠陥導波路を構成する欠陥円柱（１５）それぞれの断面積と同じである。ただし、それらの断面積の微調整を行う場合がある。第１テーパ部１１の第１細線コア１６とその両側の欠陥円柱列（１５ｂ）に分布する光強度の適正な比は、構造によって自ずと決まっている。その比に合うように、線欠陥導波路部９の線欠陥導波路１５からの出射光が電磁界分布整合部１０の内部で再分布するように調節するには、電磁界分布整合部１０の欠陥円柱（１５ａ）それぞれの断面積を微調整する。光強度分布比を適正化するための他の手段としては、第１テーパ部１１の第１細線コア１６の幅を調節する方法もある。【００４９】
図２に示した第１テーパ部１１は、円柱型正方格子フォトニック結晶による線欠陥導波路の線欠陥を第１細線１６に置き換え、更に、一方の端から他方の端に向かって（図２の場合、左から右に向かって）、第１細線コア１６の両側の円柱の断面積を徐々に大きくした欠陥円柱列（１５ｂ）から構成される構造を有する。ここでは、テーパ部構造中の細線と細線導波路の細線とを区別するため、テーパ部中の細線部分を「細線コア」と呼んでいる。図２では、第１細線１６の両側の１列の欠陥円柱（１５ｂ）の断面積を、周囲の円柱の断面積よりも小さくしてある。そのため、この部分では導波光の電磁界エネルギーのほとんどは、第１細線コア１６とその両側の欠陥円柱（１５ｂ）近傍の３カ所に跨って分布する。しかし、第１テーパ部１１の第２テーパ部１２接続側では、第１細線コア１６の両側の１列の欠陥円柱（１５ｂ）の直径が周囲と同じになり、導波光の電磁界は第１細線コア１６の両側の円柱部分にほとんど分布できなくなる。その結果、第１テーパ部１１の第２テーパ部１２接続側では、第１細線コア１６の近傍のみに導波光が閉じ込められるようになる。このように、図２の第１テーパ部１１の役割は、この第１細線コア１６とその両側に配列されている欠陥円柱列（１５ｂ）に跨って分布する導波光の電磁界エネルギーを、第１テーパ部１１の第２テーパ部１２接続側に向かうに従って、第１細線コア１６の近傍のみに分布するように、導波光の電磁界の広がり幅を狭めることにある。【００５０】
図２に示した第２テーパ部１２は、円柱型正方格子フォトニック結晶により構成される線欠陥導波路の線欠陥を第２細線コア１７に置き換え、更に、一方の端から他方の端に向かって（図２の場合、左から右に向かって）、第２細線コア１７の両側の円柱格子全体が徐々に第２細線コア１７から離れていく構造を有する。第２テーパ部１２の第１テーパ部１１接続側は、第１テーパ部１１の第２テーパ部１２接続側と同一の構造を有し、格子の周期は連続している。そのため、第２テーパ部１２の第１テーパ部１１接続側には、第１テーパ部１１の第２テーパ部１２接続側と同じ電磁界構造の導波光が入射する。即ち、第２細線コア１７の近傍に導波光のほとんどの電磁界エネルギーが分布し、第２細線コア１７の両側の円柱格子には、導波光の電磁界が僅かだけしみ込んだ状態となる。第１テーパ部１１からの出射光はすでに第１細線コア１６の近傍に電磁界エネルギーが集中しているので、第１テーパ部１１に直接、細線導波路を接続しても、ある程度の導波光は、細線導波路へと透過していく。しかし、第１テーパ部１１の第１細線コア１６の両側の円柱格子に僅かにしみ込んでいた電磁界エネルギーは、細線導波路には入射されず、透過効率がその分だけ低下する。第２テーパ部１２は、第２細線コア１７の両側の円柱格子にしみ込んだ光の電磁界エネルギーを第２細線コア１７のみの導波光の一部となるように変換する働きをする。即ち、第２細線コア１７の両側の円柱格子が第２細線コア１７から徐々に離れていくにつれて、円柱格子にしみ込んだ導波光の電磁界は徐々に第２細線コア１７の側に引き抜かれ、第２細線コア１７のみの導波光の電磁界エネルギーの一部へと変換されていく。結果として、第１テーパ部１１から第２テーパ部１２に入射された導波光の電磁界は、全て第２細線コア１７の近傍にのみ分布するようになり、更に、その電磁界強度分布や電磁インピーダンス分布は、第２テーパ部１２の他端に接続される細線導波路部１３の接続部近傍におけるそれぞれと同じになる。【００５１】
図２の細線導波路部１３に備えられている第３細線１８は、第２テーパ部１２の第２細線コア１７と同じ屈折率であり、同じ幅を有する。そのため、第２テーパ部１２から細線導波路部１３に入射される導波光の電磁界構造は、細線導波路部１３のそれと一致し、第２テーパ部１２からの出射光のエネルギーの全てが細線導波路部１３へと透過する。【００５２】
以上のように、線欠陥導波路部９から、電磁界分布整合部１０、第１テーパ部１１、第２テーパ部１２、細線導波路部１３の全ての部分を通じて、導波光の電磁界構造、即ち、電磁界強度分布と電磁インピーダンス分布が効率よく変換され、全体として、透過効率の高い導波路の結合構造として動作する。【００５３】
本実施の形態における導波路の結合構造１９は、電磁界分布整合部１０を有しているが、この部分は、線欠陥導波路部９と第１テーパ部１１という異種導波路間の電磁界強度分布と電磁インピーダンスの整合をとる機能を担う。同じような機能を有する構造体に点欠陥などを用いた共振器構造が知られている。本実施の形態の電磁界分布整合部１０と共振器構造とが構造的に似ることがあるが、本実施の形態における電磁界分布整合部１０では電磁界エネルギーの蓄積が生じないのに対し、共振器構造ではその部分で電磁界エネルギーの蓄積が生じるので両者を区別することができる。共振器構造を使うと、共振周波数の光のみが共振器構造を透過可能なため、それを含む導波路の結合構造の全体として、透過帯域が狭いという欠点がある。一方、本実施の形態における電磁界分布整合部１０は、特定の共振周波数を有さず、広帯域で、線欠陥導波路部９の一端と第１テーパ部１１とを高効率に光結合する働きをする。また、本実施の形態に係わる導波路の結合構造１９では、第１テーパ部１１と第２テーパ部１２も特定の共振周波数を有さないので、導波路の結合構造全体として広帯域高透過率動作する。【００５４】
本実施の形態に係わるフォトニック結晶導波路の結合構造１９が広帯域高透過率動作をするとことは、図１に示した従来のテーパ型の導波路の結合構造８と同じである。しかし、本実施の形態のフォトニック結晶導波路の結合構造１９は、従来のテーパ型の導波路の結合構造８には無い優れた特徴を有している。即ち、本実施の形態の導波路の結合構造１９は、広帯域高透過率の特性を得るために必須の構造要件として、円柱格子の周期が極端に狭くなるような箇所を含まない。結果として、従来のテーパ型の導波路の結合構造８が有していた、広帯域高透過率の特性を得ようとすると、利用できる加工技術の精度を超えるような微細な構造部分が生じてしまうといった課題が、本実施の形態によって解決されるという効果が得られる。【００５５】
（実施の形態１の製造方法）
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態１に係る導波路の結合構造１９の製造方法を説明する。図３Ａ乃至図３Ｅは、本発明の実施の形態１に係る導波路の結合構造１９の製造に係わる各工程を示す断面図である。【００５６】
始めに、図３Ａに示すように、背景媒質となる第１の低屈折率材料の薄膜２１と、その上に高屈折率材料の薄膜２２を順次、基板２０に積層する。次に、図３Ｂに示すように、フォトレジストを塗布し、光学露光や電子線描画などのリソグラフィ技術を用いて、導波路の結合構造のパターンを有するフォトレジスト・パターン２３形成する。続いて、図３Ｃに示すように、形成したフォトレジスト・パターン２３をマスクにして、ドライ・エッチング装置を用いて高屈折率材料の薄膜２２を垂直に異方性加工することによって、高屈折率材料から成る円柱や細線コアなどの細部を形成する。続いて、図３Ｄに示すように、マスクに用いたフォトレジスト・パターン２３を有機洗浄して除去する。最後に、図３Ｅに示すように、第１の低屈折率材料の薄膜２１と同じか、または、屈折率は第１の低屈折率材料の薄膜２１と同じだが、物質が異なる第２の低屈折率材料の薄膜２４を高屈折率材料の構造体の間と上部に堆積、または塗布することによって、導波路の結合構造を得る。【００５７】
本発明の実施の形態１では、高屈折率材料を垂直に加工する。また、背景媒質となる第１の低屈折率材料と第２の低屈折率材料として同じ屈折率を有する材料を採用しているので、導波光が閉じ込められる高屈折率材料近傍の背景媒質の屈折率分布が一様となる。そのため、本実施の形態に係わる導波路の結合構造１９は、全体に渡って、高屈折率材料の厚み方向の中心断面を対称面として、厚み方向に鏡映対称となる屈折率の分布を有している。従って、本実施の形態においては、高屈折率材料と背景媒質の厚さが無限大の２次元構造と仮定して予測される透過特性とほぼ一致する透過特性が得られ、結果として、設計が容易であるという利点がある。更に、第２の低屈折率材料は、第１の低屈折率材料と屈折率が同じであれば、異なる物質であってもよいので、塗布が容易な樹脂などを使用できるという利点がある。【００５８】
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２に係る導波路の結合構造について、図面を参照して説明する。図４は、本発明の実施の形態２に係る導波路の結合構造の概略構成を示す。本実施の形態に係る導波路の結合構造３３は、柱型フォトニック結晶の線欠陥に沿って光が導波される線欠陥導波路と、細線に沿って光が導波される細線導波路とを結合するための導波路の結合構造３３である。【００５９】
本実施の形態の導波路の結合構造３３は、線欠陥導波路部２５と、電磁界分布整合部２６と、テーパ部２７と、細線導波路部２８とを有する。線欠陥導波路部２５は、線欠陥３０をコアとする線欠陥導波路を有する。電磁界分布整合部２６は、線欠陥導波路部２５に接続される。テーパ部２７は、電磁界分布整合部２６に接続される。細線導波路部２８は、テーパ部２７に接続されて第３細線３２をコアとする細線導波路を有する。電磁界分布整合部２６は、柱型フォトニック結晶の線欠陥３０ａを備える。線欠陥導波路部２５とテーパ部２６との間で導波光の電磁界強度の分布と電磁インピーダンスの分布とを変換する。テーパ部２７は、細線コア３１と、細線コア３１の少なくとも一方の側に沿って配設される柱型フォトニック結晶の線欠陥３０ｂとを備える。電磁界分布整合部２６と細線導波路部２８との間で、導波光の細線コア３１と線欠陥３０ｂとにおけるエネルギー分布を変換する。さらに導波光のエネルギーを細線コア３１と線欠陥３０ｂとのうち何れか一方に移行する。【００６０】
本実施の形態に係わる導波路の結合構造３３は、実施の形態１のそれに比較して、更に光の伝搬方向の長さを短縮するための構造を有するものである。実施の形態１における第１テーパ部１１と第２テーパ部１２とに換わって、同様の機能を備えたテーパ部２７を備えている。本結合構造のテーパ部２７において、細線コア３１の両側の円柱格子（３０ｂ、２９）の列方向（導波光の伝搬方向）の周期は、一定、または徐々に短くなる（図示されず）、または徐々に長くなる（図示されず）、の何れか、またはそれらの組み合わせとなる（図示されず）。また、電磁界分布整合部２６は、１周期或いは数周期程度とテーパ部２７の長さに比べて十分短いため、導波路の結合構造３３全体の長さを比較しても、２段以上のテーパ部を含む結合構造よりも短くなる。【００６１】
本実施の形態では、上記のように、テーパ部２７の構造以外は第１の実施の形態と同じであるので、以下ではテーパ部についてのみ説明する。本実施の形態におけるテーパ部２７は以下の構造を有する。円柱型フォトニック結晶２９の１列の円柱は、細線コア３１で置き換えられている。その細線コア３１の両側の１列の円柱（３０ｂ）の断面積は、周囲の円柱の直径と異なる。その細線コア３１の両側にある円柱格子（３０ｂ、２９）は、細線コアの片方の一端の側から他の一端の側に向かうに従って細線コアから徐々に離れていく。実施の形態１に係わる結合構造１９では、第１テーパ部１１で第１細線コア１６の両側に広がった導波光の電磁界を第１細線コア１６近傍に押し込め、次に第２テーパ部１２で、第２細線コア１７の両側の格子に僅かにしみ込んだ電磁界を引き抜き、第２細線コア１７のみの導波光成分に変換することを行った。それに対し、本実施の形態のテーパ部２７では、細線コア３１の両側に広がった導波光の電磁界を細線コア３１近傍に押し込める段階を省略し、細線コア３１の両側の欠陥円柱列（３０ｂ）に分布する電磁界とその周囲の格子に僅かにしみ込んだ電磁界とを同時に引き抜く操作を行い、細線コア３１のみの導波光成分に変換する。本実施の形態では、テーパ部が１段であるため、図１に示す従来のテーパ型結合構造８や、実施の形態１の結合構造１９に比べて、全長（導波光の伝搬方向の長さ）が短くなるという効果を有する。本実施の形態に係わるテーパ部２７は、細線コア３１の両側に広がった導波光の電磁界を細線コア３１の近傍に押し込める段階を省略したが、この段階を残しながら、テーパ部を１段にする構成とすることもできる。【００６２】
（実施の形態３）
以下、本発明の実施の形態３に係る導波路の結合構造について、図面を参照して説明する。図５は、本発明の実施の形態３に係わる導波路の結合構造の概略構成を示す。本実施の形態に係る導波路の結合構造４２は、柱型フォトニック結晶の線欠陥に沿って光が導波される線欠陥導波路と、細線に沿って光が導波される細線導波路とを結合するための導波路の結合構造４２である。【００６３】
本実施の形態の導波路の結合構造４２は、線欠陥導波路部３４と、電磁界分布整合部３５と、テーパ部３６と、細線導波路部３７とを有する。線欠陥導波路部３４は、線欠陥３９をコアとする線欠陥導波路を有する。電磁界分布整合部３５は、線欠陥導波路部３４に接続される。テーパ部３６は、電磁界分布整合部３５に接続される。細線導波路部３７は、テーパ部３６に接続されて第３細線４１をコアとする細線導波路を有する。電磁界分布整合部３５は、柱型フォトニック結晶の線欠陥３９ａを備える。線欠陥導波路部３４とテーパ部３６との間で導波光の電磁界強度の分布と電磁インピーダンスの分布とを変換する。テーパ部３６は、細線コア４０と、細線コア４０の少なくとも一方の側に沿って配設される柱型フォトニック結晶の線欠陥３９ｂとを備える。電磁界分布整合部３５と細線導波路部３７との間で、導波光の細線コア４０と線欠陥３９ｂとにおけるエネルギー分布を変換する。さらに導波光のエネルギーを細線コア３１と線欠陥３９ｂとのうち何れか一方に移行する。【００６４】
本実施の形態の基本的な構成は、テーパ部３６の構造を除いて実施の形態２と同じであるので、ここではテーパ部３６の構造のみ説明する。
本実施の形態におけるテーパ部３６は、円柱型フォトニック結晶３８の１列の円柱が細線コア４０で置き換えられ、その細線コア４０に近接している細線コアの両側の１列の円柱（３９ｂ）の断面積が、細線コアの片方の一端の側から他の一端の側に向かうに従って、周囲の円柱（３８）の断面積よりも小さい状態から同じ状態にまで変化し、同時に、細線コア４０の両側にある断面積の異なる円柱とその周囲の円柱を含む円柱格子（３９ｂ、３８）が、細線コア４０の片方の一端の側から他の一端の側に向かうに従って徐々に離れていく構造を有する。本実施の形態のテーパ部３６では、細線コア４０の両側に広がった導波光の電磁界を細線コア４０近傍に押し込めながら、同時に、細線コア４０の両側の欠陥円柱列（３９ｂ）に分布する電磁界とその周囲の格子に僅かにしみ込んだ電磁界とを一緒に引き抜く操作を行い、細線コア４０のみの導波光成分に変換する。【００６５】
本実施の形態のテーパ部３６は、電磁界分布整合部３５の側の広がった導波光の電磁界を細線導波路部３７の導波光の電磁界へと変換する効率が、実施の形態２のテーパ部２７よりも高く、広帯域高透過率を維持しながら、実施の形態２のテーパ部２７よりも更に短くすることが可能である。結果として、更に短い導波路の結合構造が得られるという効果を有する。【００６６】
実施の形態１〜３までに記載のフォトニック結晶導波路の結合構造においては、第１テーパ部や１段のみのテーパ部の電磁界分布整合部側の構造は、フォトニック結晶内に細線コアとその両側に最近接して線欠陥列が平行して存在する構造であったが、細線コアに平行する線欠陥は、細線コアに最接近（１格子定数の距離で近接）せずに、例えば２格子定数分以上離れていてもよい。また、線欠陥の列の数は、細線コアのそれぞれの側において２列以上であっても良い。【００６７】
（実施の形態４）
以下、本発明の実施の形態４に係る導波路の結合構造について、図面を参照して説明する。図６は、本発明の実施の形態４に係わる導波路の結合構造の概略構成を示す。本発明の導波路の結合構造５３は、柱型フォトニック結晶（４８）の線欠陥に沿って光が導波される線欠陥導波路と、細線に沿って光が導波される細線導波路とを結合する。この導波路の結合構造５３は、線欠陥導波路部４３と、電磁界分布整合部４４と、第１テーパ部４５と、第２テーパ部４６と、細線導波路部４７とを備えている。線欠陥導波路部４３は、線欠陥４９をコアとする線欠陥導波路を有する。電磁界分布整合部４４は、線欠陥４９ａを有し、線欠陥導波路部４３に接続される。第１テーパ部４５は、線欠陥４９ｂ及び第１細線コア５０を有し、電磁界分布整合部４４に接続されている。第２テーパ部４６は、第２細線コア５１を有し、第１テーパ部４５に接続されている。細線導波路部４７は、第２テーパ部４６に接続されて第３細線５２をコアとする細線導波路を有する。【００６８】
本実施の形態に係わる導波路の結合構造５３の基本的な構成は、実施の形態１と同じである。但し、本実施の形態においては、第１テーパ部４５の第１細線５０の両側に沿って配設される線欠陥４９ｂが、それぞれ第１細線５０から３格子定数分離れている。【００６９】
本実施の形態においては、第１テーパ部４５の電磁界分布整合部４４の側では、電磁界分布整合部４４から第１テーパ部４５の線欠陥４９ｂの列にのみ光が入力され、第１細線コア５０に対して光エネルギーは直接入力されない。第１テーパ部４５の線欠陥４９ｂの列に沿って光が第２テーパ４６の側に伝搬すると、次第に第１細線コア５０に光エネルギーが移動する。これは、第１テーパ部４５が、フォトニック結晶線欠陥導波路とフォトニック結晶細線コア導波路との方向性結合器として動作する、と言ってもよい。平行する一方の導波路から他方の導波路に光エネルギーを全て移動する機能に限ると、第１テーパ部４５の方向性結合器としての機能は、従来の方向性結合器の機能に比べて優れている。従来の方向性結合器では、一方の導波の光エネルギーを全て他方の導波路に移動できるのは、狭帯域の特定の周波数（波長）に対してのみであるが、実施の形態４の第１テーパ部４５は、全導波帯域で全光エネルギーの移動がなされる。これは、第１テーパ部４５がテーパ構造を有する方向性結合器であるためである。第１テーパ部４５の線欠陥がテーパ構造により第２テーパ部４６の側で消滅するように構成されているため、線欠陥に沿って入力された光エネルギーは、第２テーパ部４６の側で行き場を失い、隣接する第１細線コア５０に移動する。【００７０】
本実施の形態の電磁界分布整合部４４は、接続される線欠陥導波路部４３の線欠陥導波路４９に対して、光の導波方向にＴ分岐形態を有した線欠陥４９ａを有する。第１テーパ部４５の電磁界分布整合部４４接続側では、光は第１細線コア５０の両側の２つの線欠陥４９ｂの列に光が入力されればよい。電磁界分布整合部４４の作用は、線欠陥導波路部４３の線欠陥導波路４９に沿って導波されてきた光の電磁界エネルギーを分岐して、第１テーパ部４４の２つの線欠陥４９ｂの列に入力することである。【００７１】
本実施の形態における電磁界分布整合部４４は、実施の形態１の電磁界分布整合部１０と異なり、第１テーパ部４５の第１細線コア５０へは直接光のエネルギーを分配しないことが異なっている。実施の形態１の電磁界分布整合部１０の場合は、線欠陥１５ｂの列と同時に、第１細線コア１６にも光エネルギーを分配した。その理由は次の通りである。実施の形態１の第１テーパ部１１の電磁界分布整合部１０接続側では、第１細線コア１６と線欠陥１５の列とが隣接しているために、それぞれに沿って伝搬する光の電磁界が互いに強く結合する。このように強く結合した状態で光が平行して導波される場合は、その構造によって自ずと決まる電磁界エネルギーの分布比率に合わせて第１細線コア１６と線欠陥１５ｂの列の位置に電磁界エネルギーを分配し、線欠陥１５ｂの列と同時に、第１細線１６にも光エネルギーを入力しなければ、反射が生じるからである。一方、本実施の形態の場合には、第１テーパ部４５の線欠陥４９ｂの列にのみ光のエネルギーを分配してよい。本実施の形態の第１テーパ部４５では、第１細線コア５０とそれに平行する線欠陥４９ｂの列が３格子定数分離れているために、両者のそれぞれが独立した導波路と見なせる。その理由は、第１テーパ部４５の第１細線コア５０と両側の線欠陥４９ｂの列との３つの導波路の導波光の電磁界が、互いに僅かだけしか重ならないことにある。第１テーパ部４５の線欠陥４９ｂの列をコアと見なした導波路は、線欠陥導波路部４３とほぼ同じ構造を有しているので、同じく線欠陥導波路部４３と同等と見なせる電磁界分布整合部４４の欠陥円柱列（４９ａ）を通って、効率的に光エネルギーが入射される。このようにして第１テーパ部４５の線欠陥４９ｂの列に入射された光エネルギーは、第２テーパ部４６の側へと伝搬するにつれて、第１細線コア５０だけをコアと見なした導波路へと移動するのである。【００７２】
（実施の形態５）
以下、本発明の実施の形態５に係る導波路の結合構造について、図面を参照して説明する。図７は、本発明の実施の形態５に係わる導波路の結合構造の概略構成を示す。本発明の導波路の結合構造６４は、柱型フォトニック結晶（５９）の線欠陥に沿って光が導波される線欠陥導波路と、細線に沿って光が導波される細線導波路とを結合する。この導波路の結合構造６４は、線欠陥導波路部５４と、電磁界分布整合部５５と、第１テーパ部５６と、第２テーパ部５７と、細線導波路部５８とを備えている。線欠陥導波路部５４は、線欠陥６０をコアとする線欠陥導波路を有する。電磁界分布整合部５５は、線欠陥６０ａを有し、線欠陥導波路部５４に接続される。第１テーパ部５６は、線欠陥６０ｂ及び第１細線コア６１を有し、電磁界分布整合部５５に接続されている。第２テーパ部５７は、第２細線コア６２を有し、第１テーパ部５６に接続されている。細線導波路部５８は、第２テーパ部５７に接続されて第３細線６３をコアとする細線導波路を有する。【００７３】
本実施の形態の電磁界分布整合部５５は、実施の形態１の電磁界分布整合部１０と同様に、線欠陥６０ｂの列と同時に第１細線コア６１へも光エネルギーの一部を分配する構造を備えたものである。【００７４】
本実施の形態の導波路の結合構造６４の動作の仕組みは、実施の形態１の導波路の結合構造１９の動作の仕組みと基本的に同じである。即ち、線欠陥導波路部５４からの出射光の一部が電磁界分布整合部５５を通過して第１テーパ部５６の第１細線コア６１に入射すると、電磁インピーダンスの不整合のために、一部の光エネルギーが第１細線コア６１へと透過し、一部の光エネルギーは反射される。反射された光エネルギーは、電磁界分布整合部５５の欠陥円柱列（６０ａ）を通って、第１テーパ部５６の線欠陥６０ｂの列に改めて入力される。線欠陥導波路部５４から電磁界分布整合部５５の線欠陥６０ａの列を通って直接、第１テーパ部５６の線欠陥６０ｂの列に入射される光エネルギーも全てその線欠陥６０ｂの列へと透過するので、結果として、線欠陥導波路部５４からの全光エネルギーが第１テーパ部５６に入力される。実施の形態４における第１テーパ部４５や、本実施の形態の第１テーパ部５６のように、第１細線コア６１とその両側の線欠陥６０ｂの列との距離を開けると、線欠陥６０ｂの列に入力された光エネルギーが第１細線コア６１に完全に移動するのに要する長さが一般に長くなる欠点がある。しかし、その一方で、第１テーパ部５６の第１細線コア６１と線欠陥６０ｂの列のそれぞれをコアとする独立の導波路と見なせることで、電磁界分布整合部５５の構造の最適化が容易であるという特長がある。即ち、電磁界分布整合部５５の欠陥円柱（６０ａ）の断面積は、線欠陥導波路部５４の線欠陥導波路６０を構成する欠陥円柱の断面積と全く同じにすればよく、断面積の微調整の必要は特に必要無い。【００７５】
（実施の形態６）
以下、本発明の実施の形態６に係る導波路の結合構造について、図面を参照して説明する。図８は、本発明の実施の形態６に係わる導波路の結合構造の概略構成を示す。本発明の導波路の結合構造７７は、柱型フォトニック結晶（７２）の線欠陥に沿って光が導波される線欠陥導波路と、細線に沿って光が導波される細線導波路とを結合する。この導波路の結合構造７７は、線欠陥導波路部６７と、電磁界分布整合部６８と、第１テーパ部６９と、第２テーパ部７０と、細線導波路部７１とを備えている。線欠陥導波路部６７は、線欠陥７３をコアとする線欠陥導波路を有する。電磁界分布整合部６８は、線欠陥７３ａ、７３ａ’を有し、線欠陥導波路部６７に接続される。第１テーパ部６９は、線欠陥７３ｂ及び第１細線コア７４を有し、電磁界分布整合部６８に接続されている。第２テーパ部７０は、第２細線コア７５を有し、第１テーパ部６９に接続されている。細線導波路部７１は、第２テーパ部７０に接続されて第３細線７６をコアとする細線導波路を有する。【００７６】
本実施の形態の基本的な構成は、実施の形態４におけるそれと同様である。但し、実施の形態４では、線欠陥導波路部４３、電磁界分布整合部４４及び第１テーパ部４５において光の導波経路を、線欠陥導波路のＴ分岐と２つの９０°曲がりとから構成（４９−４９ａ−４９ｂ）していた。しかし、本実施の形態では、線欠陥導波路部６７、電磁界分布整合部６８及び第１テーパ部６９において光の導波経路を、接続される線欠陥導波路部６７の線欠陥７３に対して、光の導波方向にＹ分岐形態を有した線欠陥と２つの４５°曲がりとから構成（７３−７３ａ及び７３ａ’−７３ｂｂ）している。【００７７】
本実施の形態により、実施の形態４と同様の機能を備えた導波路の結合構造７７を実現できる。【００７８】
（実施の形態７）
以下、本発明の実施の形態７に係る導波路の結合構造について、図面を参照して説明する。図９は、本発明の実施の形態７に係わる導波路の結合構造の概略構成を示す。本発明の導波路の結合構造８８は、柱型フォトニック結晶（８３）の線欠陥に沿って光が導波される線欠陥導波路と、細線に沿って光が導波される細線導波路とを結合する。この導波路の結合構造８８は、線欠陥導波路部７８と、電磁界分布整合部７９と、第１テーパ部８０と、第２テーパ部８１と、細線導波路部８２とを備えている。線欠陥導波路部７８は、線欠陥８４をコアとする線欠陥導波路を有する。電磁界分布整合部７９は、線欠陥８４ａ、８４ａ’を有し、線欠陥導波路部７８に接続される。第１テーパ部８０は、線欠陥８４ｂ及び第１細線コア８５を有し、電磁界分布整合部７９に接続されている。第２テーパ部８１は、第２細線コア８６を有し、第１テーパ部８０に接続されている。細線導波路部８２は、第２テーパ部８１に接続されて第３細線８７をコアとする細線導波路を有する。【００７９】
本実施の形態の基本的な構成は、実施の形態６におけるそれと同様であり、ここでは実施の形態６と共通の構成要件についての説明は省略する。但し、本実施の形態の電磁界分布整合部７９は、実施の形態６の電磁界分布整合部６８の構造とは異なり、線欠陥導波路同士（８４ａ、８４ａ’）のテーパ型方向性結合器により、線欠陥導波路部７８と第１テーパ部８０との間の電磁界分布整合を行っている。【００８０】
各実施の形態において示されるように、電磁界分布整合部は種々の変形構造が構成できる。ただし、その全てに共通する特徴は、線欠陥導波路の導波光の全エネルギーを、電磁界分布整合部に接続されるテーパ部の線欠陥列にだけ、または線欠陥列と細線コアの両方に入力することである。【００８１】
（実施の形態８）
以下、本発明の実施の形態８に係る導波路の結合構造について、図面を参照して説明する。図１０は、本発明の実施の形態８に係わる導波路の結合構造９８の概略構成を示す。実施の形態１から７までにおいて、第１テーパ部や１段のみのテーパ部の、電磁界分布整合部接続側の構造は、フォトニック結晶内に細線コアとその両側に少なくとも１つの線欠陥列が平行して存在する構造であった。しかし、本実施の形態における線欠陥列は、細線コアの両側にではなく片側のみに存在していてもよい。言い換えれば、線欠陥導波路部の線欠陥導波路と第１テーパ部またはテーパ部の細線コアの軸がずれるような位置関係になるように、電磁界分布整合部の構造が非対称であってもよい。そのような構造にすると、導波路の結合構造を、電磁界分布整合部を省いた構成にすることができる。本実施の形態に係わる導波路の結合構造は、電磁界分布整合部を備えないものである。【００８２】
図１０に示されているように、本発明の導波路の結合構造９８は、柱型フォトニック結晶（９３）の線欠陥に沿って光が導波される線欠陥導波路と、細線に沿って光が導波される細線導波路とを結合する。この導波路の結合構造９８は、線欠陥導波路部８９と、第１テーパ部９０と、第２テーパ部９１と、細線導波路部９２とを備えている。線欠陥導波路部８９は、線欠陥９４をコアとする線欠陥導波路を有する。第１テーパ部８０は、線欠陥導波路部８９に接続されている。第２テーパ部９１は、第１テーパ部９０に接続されている。細線導波路部９２は、第２テーパ部９１に接続されて第３細線９７をコアとする細線導波路を有する。【００８３】
第１テーパ部９０は、第１細線コア９５と、第１細線コア９５の少なくとも一方の側に沿って配設される柱型フォトニック結晶の第１線欠陥９４ｂとを備えている。線欠陥導波路部８９と第２テーパ部９１との間で導波光の電磁界強度の分布と電磁インピーダンスの分布とを変換し、さらに導波光の第１細線コア９５と第１線欠陥９４ｂとにおけるエネルギー分布を変換する。第２テーパ部９１は、第２細線コア９６と、第２細線コア９６の少なくとも一方の側に沿って配設される柱型フォトニック結晶９３の第２線欠陥とを備える。第１テーパ部９０と細線導波路部９２との間で、導波光のエネルギーを第２細線コア９６と円柱型フォトニック結晶９３とのうち何れか一方に移行する。【００８４】
尚、実施の形態１から８までの説明においては、典型的な構造として、格子を形成する柱は円柱型フォトニック結晶としたが、当該柱の形状は円柱に限らず、四角柱や六角柱などの他の任意の断面構造の柱でもよい。また、複数の断面の柱が混在したり、断面構造が徐々に変化したりする構造でもよい。円柱や四角柱などの柱の大きさ、形状、位置を微調整してもよい。また、典型的な格子として正方格子を基本としたが、正方格子に限らず、長方格子や三角格子などの他の格子でもよい。また、複数の格子が混在し、格子が徐々に変化する構造でもよい。更に、各テーパ部において、細線コアの両側の格子の光の伝搬方向の周期は、一定である以外にも、徐々に短くなる、または徐々に長くなる、の何れか、またはこれらの組み合わせであってもよい。また、各テーパ部において、細線コアの幅は、一定である以外にも、徐々に狭くなる、または徐々に広くなる、または周期的に幅が振動する、の何れか、またはそれらの組み合わせであってもよい。細線導波路の幅も同様に、一定である以外にも、徐々に狭くなる、または徐々に広くなる、または周期的に幅が振動する、の何れか、またはそれらの組み合わせであってもよい。また、各テーパ部の細線コアの両側の欠陥円柱の列の数は１列に限らず、２列以上としてもよい。また、２列以上の場合、それらの列は隣接していてもよいし、２格子定数分以上離れていてもよい。また、電磁界分布整合部に接続している第１テーパ部やテーパ部の細線コアの先端の形状は、矩形、尖塔形など、変形することができる。更に、細線コアの先端の格子に対する相対位置を調節してもよい。さらに、本発明の導波路の結合構造に用いる高屈折率材料と低屈折率材料は、それぞれ、屈折率が同じであれば、異なった物質が混在してもよい。【００８５】
（本発明の実施の形態１に基づく具体的実施例）
次に、具体的実施例を用いて、実施の形態１の構造と製造方法とを説明する。フォトニック結晶光集積回路は、光通信信号の処理用の回路として期待されている。そのため、特に、実施の形態１の製造方法として、通信波長帯である波長１．５５μｍの光に用いるフォトニック結晶光集積回路の製造方法の一例について説明する。【００８６】
初めに、導波路の結合構造の詳細構造の一例を示す。導波路の結合構造全体を通して、高屈折率材料による構造体の高さは１．２８μｍ、屈折率は３．４８、背景媒質の屈折率は１．４５である。円柱と細線コア、細線は高屈折率材料である。円柱型正方格子フォトニック結晶線欠陥導波路の構造は、格子定数を０．４３μｍ、円柱の直径を０．２３μｍ、欠陥円柱の直径を０．１５μｍである。この線欠陥導波路の導波帯域は、波長１．５２５μｍから波長１．６０３μｍの間であり、通信波長帯のＣ帯（１．５５μｍ帯）を含む。長さが１格子定数分の電磁界分布整合部にある３本の欠陥円柱の直径は、線欠陥導波路の欠陥円柱と同じく０．１５μｍである。第１テーパ部の第１細線コア、第２テーパ部の第２細線コア、細線コア部の第３細線コアの幅は、全て０．１μｍである。第１テーパ部の電磁界分布整合部接続側における第１細線コアの両側の１列の欠陥円柱の直径は０．１５μｍから始まり、第２テーパ部に接続される終端で０．２３μｍとなる。第１テーパ部の長さは２０格子定数分であり、欠陥円柱の直径の増加分は１周期毎に一定の長さである。第２テーパ部の長さも２０格子定数分であり、第２細線コアと両側の円柱格子との距離の増加分は１周期毎に一定の距離である。第２テーパ部の第２細線コアは、連続的に細線コア部の第３細線コアに接続される。【００８７】
次に、図３Ａ乃至図３Ｅを参照しながら、製造方法の具体例を示す。
先ず、シリコン・オン・インスレイタ・ウェハ（ｓｉｌｉｃｏｎ−ｏｎ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ  ｗａｆｅｒ，ＳＯＩウェハ）を用意する。このウェハは、シリコン基板（図３Ａ：２０）上にシリコン二酸化膜（図３Ａ：２１）と、その上に高抵抗単結晶シリコン膜（図３Ａ：２２）を積層した構造を有している。シリコン二酸化膜の厚みは２μｍ、高抵抗単結晶シリコン膜の厚みは１．２８μｍである。シリコンの屈折率は３．４８、二酸化シリコンの屈折率は１．４５である。従って、図３Ａに示した構造を有する。このＳＯＩウェハ上にスピン・コーティングによって、電磁線露光用レジスト膜を塗布する。次に、電子線露光装置を用いて、レジスト膜に導波路の結合構造のパターンを描画し、引き続き現像することによって、導波路の結合構造のレジスト・パターン（図３Ｂ：
２３）を形成する。この状態が図３Ｂである。続いて、レジスト・パターンをマスクとして、ドライ・エッチング装置を用いてシリコン層を垂直に異方性加工する。エッチング・ガスには六フッ化イオウと八フッ化四炭素の混合ガスを用いるこの状態が図３Ｃである。エッチング後、レジストマスクを除去する。この状態が図３Ｄである。最後に、屈折率が１．４５の紫外線硬化樹脂をスピン・コーティングによって塗布し、紫外線を照射することによって硬化する。紫外線硬化樹脂は塗布の段階で液体であるため、微細な円柱格子の間に充填しやすいという利点がある。この状態が図３Ｅである。
他の実施の形態の実施例の場合も、具体的な製造方法は同様である。【００８８】
以上説明してきたように、本発明によれば、光集積回路内でフォトニック結晶線欠陥導波路と細線導波路を広帯域高効率に光結合するといった用途に適用できる。【００８９】
本発明により、導波光の透過特性を維持しつつ、導波路の生産性を向上させる導波路の結合構造を提供することができる。【００９０】
また、本発明により、高集積化により小型化が可能な導波路の結合構造を提供することができる。【００９１】
本発明は上記各実施例に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施例は適宜変形又は変更され得ることは明らかである。また、互いに矛盾が発生しない限り、上記実施形態１〜実施形態８の各技術は互いに組み合わせ可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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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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