(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部および前記基部に対象とする光の波長以下の間隔で周期的に設けられて前記基部とは異なる屈折率の柱状の複数の第１格子要素を備えるフォトニック結晶本体と、
フォトニック結晶本体の中央部を通過して第１方向に直線状に延在して前記第１格子要素が形成されていないコア部と、
前記コア部に形成され、前記第１格子要素とは異なる周期で前記第１方向に配列され、前記基部とは異なる屈折率の柱状の複数の第２格子要素と、
前記コア部の前記第２格子要素が形成されている領域に設けられた光閉じ込め領域と
を備え、
前記基部の平面において前記第１方向に直交する第２方向に、前記第１格子要素と前記第２格子要素とが直列する部分が、前記光閉じ込め領域に配置され、
前記第２格子要素と前記基部との屈折率の大小関係は、前記第１格子要素と前記基部との屈折率の大小関係と同じにされている
ことを特徴とする光閉じ込め構造。
【請求項２】
請求項１記載の光閉じ込め構造において、
前記基部とは屈折率の異なる材料から構成され、前記第２格子要素が形成されている領域の前記コア部に埋め込まれた媒質部を備える
ことを特徴とする光閉じ込め構造。
【請求項３】
請求項２記載の光閉じ込め構造において、
前記媒質部が形成された前記コア部の前記光閉じ込め領域より構成された共振部と、
前記媒質部が形成された前記コア部の前記共振部を挾む領域で構成されたミラー領域と
を備え、
前記共振部と前記ミラー領域とで共振器が構成されている
ことを特徴とする光閉じ込め構造。
【請求項４】
請求項２記載の光閉じ込め構造において、
前記媒質部が形成された前記コア部より構成された共振部と、
前記コア部の前記媒質部を挾む領域で構成されたミラー領域とを備え、
前記光閉じ込め領域は、前記共振部の内部に備えられ、
前記共振部と前記ミラー領域とで共振器が構成されている
ことを特徴とする光閉じ込め構造。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の光閉じ込め構造において、
前記第１格子要素は、三角格子または四角格子に配列されている
ことを特徴とする光閉じ込め構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトニック結晶を用いた光閉じ込め構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インターネットにおける爆発的なトラフィックの増加に対応するため、ノード間を結ぶ伝送には光が用いられ、低損失性を生かして大容量化が実現されている。また、ボード間、ラック間と言った近距離の伝送においても、光の高速性を生かして電気の配線の置き換えが進んでいる。さらには、ＬＳＩ（Large Scale Integration）のチップ間、チップ内においても、電気配線のボトルネックが指摘され、光による配線の可能性の検討が進められている。このような光配線の光源として、マイクロキャビティレーザが用いられている。マイクロキャビティレーザは、大規模な光集積回路あるいはＬＳＩとの集積化を目指したミクロンオーダのサイズのレーザである。
【０００３】
このような中で、フォトニック結晶共振器を持つマイクロキャビティレーザが、注目を集めている（非特許文献１，非特許文献２，非特許文献３参照）。特に、非特許文献２では、非特許文献１などに示されたデバイスにおいて現れる、デバイスの温度上昇とキャリアの拡散という特性低下の２つの主要因を、埋め込みヘテロ（buried heterostructure；ＢＨ）構造により解消する手段が提案されている。
【０００４】
ここで、上述したマイクロキャビティレーザについて、図８を用いて説明する。図８は、マイクロキャビティレーザの構成を示す平面図（ａ）および断面図（ｂ）である。断面図は、光が導波する方向に垂直な面を示している。このマイクロキャビティレーザは、まず、ＩｎＰ基板からなる基部３０１と、基部３０１に設けられた柱状の複数の中空構造３０２とからなるフォトニック結晶３０３に、線欠陥からなるコア３０４を設けている。中空構造３０２は、例えば平面視で三角格子状に配列している。また、コア３０４は、周期的な間隔で設けられた中空構造３０２の中に、線状に連続した部分の中空構造３０２をなくした構造であり、この領域に光が導波する。このように中空構造３０２を設けていない領域は、一般に線欠陥と呼ばれている。
【０００５】
上述した構成のフォトニック結晶３０３のコア３０４は、共振部３２１と、共振部３２１を挾む２つのミラー領域３２２とから構成され、共振部３２１のコア３０４に、活性媒質３０５が設けられて（埋め込まれて）いる。活性媒質３０５は、ＩｎＧａＡｓ層からなるコア層（量子井戸層）の上下を、ＩｎＧａＡｓＰからなるクラッド層（障壁層）で覆った構成とされている。このように、ミラー領域３２２に挾まれた共振部３２１により、フォトニック結晶共振器が構成される。ＩｎＧａＡｓは、バンドギャップエネルギーが波長１．５５μｍ付近に対応し、ＩｎＧａＡｓＰは、バンドギャップエネルギーが波長１．２μｍ付近に対応している。
【０００６】
このマイクロキャビティレーザは、活性媒質３０５が、基部３０１に埋め込まれたＢＨ構造となっているため、活性媒質３０５の励起に伴い生じる熱を効率的に放出でき、かつ共振部３２１への高いキャリア閉じ込めを実現できる。
【０００７】
図９は、ミラー領域３２２、共振部３２１を、それぞれを無限長の導波路とみなしたときの光導波モードの分散曲線を示す図である。線欠陥（コア３０４）の無い場合、このフォトニック結晶デバイスは、フォトニックバンドギャップ（ＰＢＧ）と呼ばれるストップバンドを有する。この帯域では、光はフォトニック結晶デバイス内を伝搬することができないが、線欠陥（コア３０４）を導入することにより、図９に示される導波モードの帯域において、光は線欠陥（コア３０４）内を伝搬することができる。
【０００８】
ここで、ＰＢＧの低周波数端をωPBGとし、ミラー領域３２２の導波モードの低周波数端をωMirrorとし、共振部３２１の導波モードの低周波数端（導波モードエッジ）をωcavityとする。また、ωPBGとωMirrorとの間のギャップを、ミラー帯域と呼ぶこととする。図８を用いて説明した構成では、フォトニック結晶デバイスを構成する基部３０１よりも屈折率の大きな活性媒質３０５が、共振部３２１に埋め込まれているため、共振部３２１の導波モードは、ミラー領域３２１の導波モードより低周波数側にシフトした導波モードを有することになる。つまり、ミラー帯域において、ミラー領域３２２には導波モードが存在せず、共振部３２１にのみ導波モードが存在する条件が成立する。言い換えると、共振部３２１を伝搬する光を、光を通さないミラー領域３２２で挟み込む状態となっており、これにより、共振部３２１に光を閉じ込める共振器を構成することが可能となる。
【０００９】
さらに、ＢＨ構造を用いたレーザをフォトニック結晶線欠陥光導波路と結合させることにより、面内光出力も可能とする構造が提案されている（非特許文献３参照）。フォトニック結晶を用いたマイクロキャビティレーザは、将来の平面光集積回路用の光源として有望視されている。また、同類の構造が光メモリなど光情報処理用のデバイスとしても注目を集めている（非特許文献４参照）。
【００１０】
ところで、上述では、基部とは異なる屈折率の媒質（活性媒質）を埋め込んだ共振部を、ミラー領域により挾んで共振器を構成しているが、図１０に示すように、線欠陥によるコア４０４の幅を、共振部４２１では太くすることで、共振器とすることもできる（非特許文献５参照）。
【００１１】
この共振器構造は、まず、ＩｎＰ基板からなる基部４０１と、基部４０１に設けられた柱状の複数の中空構造４０２とからなるフォトニック結晶４０３に、線欠陥からなるコア４０４を設けている。中空構造４０２は、例えば平面視で三角格子状に配列している。また、コア４０４は、前述同様に、周期的な間隔で設けられた中空構造４０２の中に、線状に連続した部分の中空構造４０２をなくした構造（線欠陥）であり、この領域に光が導波する。
【００１２】
上述した構成のフォトニック結晶４０３のコア４０４は、共振部４２１と、共振部４２１を挾む２つのミラー領域４２２とから構成され、共振部４２１のコア４０４に、幅広領域４０５が設けられている。幅広領域４０５は、灰色とした中空構造４０２を、導波方向に垂直な方向へコア４０４より離れて移動（シフト）させた状態となっている。この領域の（灰色とした）中空構造４０２は、他の中空構造４０２とは異なる周期となっている。
【００１３】
上述した幅広領域４０５により、共振部４２１の導波モードは、ミラー領域４２２の導波モードより低周波数側にシフトした導波モードを有することになる（非特許文献５参照）。つまり、ミラー帯域において、ミラー領域４２２には導波モードが存在せず、共振部４２１にのみ導波モードが存在する条件が成立する。言い換えると、共振部４２１を伝搬する光を、光を通さないミラー領域４２２で挟み込む状態となっており、これにより、共振部４２１に光を閉じ込める共振器を構成することが可能となる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】K. Nozaki et al. , "Room temperature continuous wave operation and controlled spontaneous emission in ultrasmall photonic crystal nanolaser", Optics Express, vol.15, no.12, pp.7506-7514, 2007.
【非特許文献２】S. Matsuo et al. , "High-speed ultracompact buried heterostructure photonic-crystal laser with 13 fJ of energy consumed per bit transmitted", Nature Photonics, vol.4, pp.648-654, 2010.
【非特許文献３】S. Matsuo et al. , "20-Gbit/s directly modulated photonic crystal nanocavity laser with ultra-low power consumption", Opt. Express, vol.19, no.3, pp.2242-2250, 2011.
【非特許文献４】K. Nozaki et al. ,"Ultralow-power all-optical RAM based on nanocavities", Nature Photonics, vol.6, pp.248-252, 2012.
【非特許文献５】E. Kuramochi et al. ,"Ultrahigh-Q photonic crystal nanocavities realized by the local width modulation of a line defect", Applied Physice Letters, vol.88, 041112, 2006.
【非特許文献６】H. Takesue et al. ,"An on-chip coupled resonator optical waveguide single-photon buffer", Nature Communications, 3725, 2013.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
ところで、フォトニック結晶には、未だ見いだされていない新たな構成で様々な機能を発現させることができる可能性を有している。
【００１６】
本発明は、以上の観点に鑑みてなされたものであり、フォトニック結晶を用いて新たな機能が実現できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明に係る光閉じ込め構造は、基部および基部に対象とする光の波長以下の間隔で周期的に設けられて基部とは異なる屈折率の柱状の複数の第１格子要素を備えるフォトニック結晶本体と、フォトニック結晶本体の中央部を通過して第１方向に直線状に延在して第１格子要素が形成されていないコア部と、コア部に形成され、第１格子要素とは異なる周期で第１方向に配列され、基部とは異なる屈折率の柱状の複数の第２格子要素と、コア部の第２格子要素が形成されている領域に設けられた光閉じ込め領域とを備え、基部の平面において第１方向に直交する第２方向に、第１格子要素と第２格子要素とが直列する部分が、光閉じ込め領域に配置され、第２格子要素と基部との屈折率の大小関係は、第１格子要素と基部との屈折率の大小関係と同じにされている。
【００１８】
上記光閉じ込め構造において、基部とは屈折率の異なる材料から構成され、第２格子要素が形成されている領域のコア部に埋め込まれた媒質部を備える。
【００１９】
上記光閉じ込め構造において、媒質部が形成されたコア部の光閉じ込め領域より構成された共振部と、媒質部が形成されたコア部の共振部を挾む領域で構成されたミラー領域とを備え、共振部とミラー領域とで共振器が構成されているようにしてもよい。
【００２０】
また、上記光閉じ込め構造において、媒質部が形成されたコア部より構成された共振部と、コア部の媒質部を挾む領域で構成されたミラー領域とを備え、光閉じ込め領域は、共振部の内部に備えられ、共振部とミラー領域とで共振器が構成されているようにしてもよい。
【００２１】
上記光閉じ込め構造において、第１格子要素は、三角格子または四角格子に配列されていればよい。
【発明の効果】
【００２２】
以上説明したことにより、本発明によれば、フォトニック結晶を用いて新たな機能が実現できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、本発明の実施の形態における光閉じ込め構造の構成を示す平面図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態における光閉じ込め構造の一部構成を示す平面図である。
【図３】図３は、構造Ｉ（領域１３１），構造ＩＩ（領域１３２），構造ＩＩＩ（領域１３３）の各々における伝搬モードの分散曲線を示す特性図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態における光閉じ込めポテンシャルの効果を説明するための磁界フィールド分布を示す分布図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態における光閉じ込め構成を適用した結合共振器光導波路の一部構成を示す平面図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態における光閉じ込め構成を適用した結合共振器光導波路の伝搬モードの分散曲線を示す特性図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態における他の光閉じ込め構造の構成を示す平面図である。
【図８】図８は、マイクロキャビティレーザの構成を示す平面図（ａ）および断面図（ｂ）である。
【図９】図９は、図８のマイクロキャビティレーザにおけるミラー領域３２２、共振部３２１を、それぞれを無限長の導波路とみなしたときの光導波モードの分散曲線を示す図である。
【図１０】図１０は、フォトニック結晶を用いた光共振器の構成を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態における光閉じ込め構造の構成を示す平面図である。この光閉じ込め構造は、基部１０１および基部１０１に設けられた複数の第１格子要素１０２を備えるフォトニック結晶本体１０３を備える。第１格子要素１０２は、対象とする光の波長以下の間隔で周期的に設けられている。また、第１格子要素１０２は、基部１０１とは異なる屈折率とされ、柱状とされている。第１格子要素１０２は、例えば、基部１０１を貫通する円筒形状の貫通孔であり、空気から構成されている。また、フォトニック結晶本体１０３には、この中央部を通過してｘ軸方向（第１方向）に直線状に延在し、第１格子要素１０２が形成されていないコア部１０４を備えている。
【００２５】
上述した構成は、フォトニック結晶を用いた従来よりある光導波路の構成である。このような光導波路を構成するフォトニック結晶本体１０３において、本発明においては、コア部１０４に、基部１０１とは異なる屈折率の柱状の複数の第２格子要素１０５を、第１格子要素１０２とは異なる周期でｘ軸方向に配列している。１列の第２格子要素１０５が、ｘ軸方向に配列している。第２格子要素１０５は、第１格子要素１０２と同様に、貫通孔あるいは窪み構造とすればよい。なお、図中、第１格子要素１０２と区別するために、第２格子要素１０５は、灰色で示している。
【００２６】
ここで、基部１０１の平面においてｘ軸方向に直交するｙ軸方向（第２方向）に、第１格子要素１０２と第２格子要素１０５とが直列する部分が、光閉じ込め領域１２１に配置されていることが重要となる。図１に示した例では、コア部１０４の延在方向中央部において、ｙ軸方向に、第１格子要素１０２と第２格子要素１０５とが直列する部分が配置されている。従って、この例では、コア部１０４の延在方向中央部に、光閉じ込め領域１２１が配置されることになる。
【００２７】
なお、第２格子要素１０５と基部１０１との屈折率の大小関係は、第１格子要素１０２と基部１０１との屈折率の大小関係と同じにされていればよい。例えば、屈折率の大小関係が、基部１０１＞第１格子要素１０２であるなら、基部１０１＞第２格子要素１０５となっていればよい。また、基部１０１＜第１格子要素１０２であるなら、基部１０１＜第２格子要素１０５となっていればよい。なお、第２格子要素１０５は、第１格子要素１０２と同径の柱状としてもよく、異なる径の柱状としてもよい。
【００２８】
上述した構成において、第２格子要素１０５は、第１格子要素１０２とは異なる周期としているので、図１，図２に示すように、領域１３１，領域１３２，領域１３３の各領域は、モードエッジ周波数がずれた状態となっている。
【００２９】
領域１３１では、ｙ軸方向に、第１格子要素１０２と第２格子要素１０５とが直列するが、これよりｙ軸方向に離れた領域では、ｙ軸方向に、第１格子要素１０２と第２格子要素１０５とが直列しない。このような状態を、構造Ｉとする。
【００３０】
また、この例では、図１に示すコア部１０４の両端部（領域１３３）に近い領域１３２においては、ｘ軸方向に隣り合う２つの第２格子要素１０５の中間部と、第１格子要素１０２とが、ｙ軸方向に直列した状態となっている。なおこれは、ｘ軸方向に隣り合う第１格子要素１０２の中間部と、第２格子要素１０５とが、ｙ軸方向に直列した状態と同様である。これらで示される状態を、構造ＩＩとする。
【００３１】
また、第２格子要素１０５を設けていない領域１３３においては、コア部１０４を挾んでｙ軸方向に隣り合う２つの第１格子要素１０２の間には、第２格子要素１０５もなく、また、ｘ軸方向に隣り合う２つの第２格子要素１０５の中間部もない。このような状態を、構造ＩＩＩとする。
【００３２】
このように、コア部１０４に、第２格子要素１０５を、第１格子要素１０２とは異なる周期でｘ軸方向に配列して設けることで、ｙ軸方向に、第１格子要素１０２と第２格子要素１０５とが直列する部分を中心とした光閉じ込め領域１２１に、光を閉じ込めることができるようになる。また、光閉じ込め領域１２１の両脇の領域は、ミラー領域となり、これらで、光共振器が構成できる。
【００３３】
光閉じ込めについてより詳細に説明する。まず、図３を用いて伝搬モードについて説明する。図３は、構造Ｉ（領域１３１），構造ＩＩ（領域１３２），構造ＩＩＩ（領域１３３）の各々における伝搬モードの分散曲線を示す特性図である。図３において、（ａ）が構造Ｉにおける分散曲線、（ｂ）が構造ＩＩにおける分散曲線、（ｃ）が構造ＩＩＩにおける分散曲線である。なお、基部１０１は、ＩｎＰから構成し、第１格子要素１０２，第２格子要素１０５は、円筒形状の貫通孔（空気）である。また、第２格子要素１０５の半径は、フォトニック結晶本体１０３のフォトニック結晶格子定数の１０％としている。
【００３４】
前述したように、構造Ｉ，構造ＩＩ，構造ＩＩＩは、各々のモードエッジ周波数がずれた関係になっている。構造Ｉと構造ＩＩを挟む領域は、構造Ｉと構造ＩＩの間の分散特性を有し、そのモードは構造ＩＩに対するミラーバンドの中に存在する。このため、第２格子要素１０５と第１格子要素１０２との、ｘ軸方向の相対位置関係が少しずつずれているコア部１０４においては、構造Ｉ（光閉じ込め領域１２１）に、緩やかな光閉じ込めポテンシャルが構成される。
【００３５】
次に、上述した光閉じ込めポテンシャルの効果について、図４を用いて説明する。光閉じ込め構造の中心が構造Ｉ，端が構造ＩＩとなり、これらで共振器が構成されるように、異周期の構造体（第２格子要素１０５）をＢＨ型フォトニック結晶共振器構造に施してある。これは、図１を用いて説明した光閉じ込め構造の、第２格子要素１０５が形成されているコア部１０４の領域に、図８を用いて説明した活性媒質を埋め込んだ構造である。
【００３６】
図４に濃淡で示されているように、「ｙ軸方向に第１格子要素と第２格子要素とが直列する領域」と、「ｘ軸方向に隣り合う２つの第２格子要素の中間部と第１格子要素とが、ｙ軸方向に直列する領域」との間に生まれる閉じ込めポテンシャルによって、共振器構造の中央付近（光閉じ込め領域１２１）に、光が閉じ込められていることがわかる。このように、フォトニック結晶本体１０３とは異なる周期性の第２格子要素１０５をコア部１０４に導入し、コア部１０４の延在方向に構造Ｉと構造ＩＩの間の構造を連続的につなぎ合わせることで、構造Ｉの近辺（光閉じ込め領域１２１）に光閉じ込めポテンシャルを構成することが可能となる。
【００３７】
上述した実施の形態によれば、光閉じ込め領域１２１のコア部１０４に、基部１０１より屈折率の大きな媒質部を設ける必要が無く、屈折率は同じまたは小さくてもよい。また、光閉じ込め領域１２１のコア部１０４を異なる幅とする必要が無い。例えば、部分的（光閉じ込め領域のみ）に活性媒質を設ける必要が無いので、第２格子要素１０５を設けてある全域において、コア部１０４に活性媒質を埋め込む構造としても、光閉じ込めが実現できる。例えば、構造ＩｎＰ基板からなる基部１０１のコア部１０４に、構造ＩｎＧａＡｓ層からなるコア層（量子井戸層）の上下を、構造ＩｎＧａＡｓＰからなるクラッド層（障壁層）で覆った構成の活性媒質を埋め込む構成とすることができる。
【００３８】
ところで、上述した光閉じ込め構造の原理により、この光閉じ込め構造を繰り返すことで、結合共振器光導波路（ＣＲＯＷ：coupled resonator optical waveguides、非特許文献６参照）を構成することも可能である。
【００３９】
ここで、共振器間のモード結合が強く、共振器の数が多ければ、光導波路になる。例えば、単層のエタロン膜が共振器になり、これを多層に積層すると層数分の透過スペクトルピークを持つようになり、各層の間隔をつめるとピーク間隔が広がり（帯域が広がり）、共振器の数が多いと連続的なスペクトル帯域を有する、いわゆるバンドバスフィルタになる。このバンドバスフィルタの透過帯域を、導波モードとして利用しているのがＣＲＯＷとなる。
【００４０】
例えば、図５に示すように、上記光閉じ込め構造とした複数のユニット１４１を繰り返して連結すればよい。ユニット１４１毎に、第１格子要素１０２とは異なる周期で第２格子要素１０５がｘ軸方向に配列している。また、ユニット１４１毎に、ｙ軸方向に、第１格子要素１０２と第２格子要素１０５とが直列する構造Ｉと、ｘ軸方向に隣り合う第１格子要素１０２の中間部と、第２格子要素１０５とが、ｙ軸方向に直列した構造ＩＩとを備える。各ユニット１４１において、コア部１０４の中心部に構造ＩＩが配置され、端に構造Ｉが配置されている。なお、図５においても、第１格子要素１０２と区別するために、第２格子要素１０５は、灰色で示している。
【００４１】
上記構成としたユニット１４１を無限に繰り返した場合、図６の（ｃ）に示す分散特性となる。なお、図６の（ａ），（ｂ）は、それぞれ構造Ｉまたは構造ＩＩのみでユニット１４１を構成した場合の分散特性である。図６（ａ）（ｂ）の間の帯域１５１に、ユニット１４１を繰り返した構造の導波路モードが出現している。帯域１５１において構造ＩＩの領域は導波モードを持たないことは明らかであり、そのことより、図６の（ｃ）に示すモードは、領域Ｉに閉じ込められた共振器モードが周期的に連結したＣＲＯＷモードであることがわかる。
【００４２】
ＣＲＯＷモードは、光の遅延効果を利用し、光バッファとして使用できる効果がある。共振器が１つでも光の伝搬速度は小さくなるが、単一の共振器では透過帯域が狭すぎ、実用的ではない。前述したバンドパスフィルタとの類似性より、ＣＲＯＷは、広い透過帯域を確保しつつ、共振器の特徴である伝搬速度を下げるため、実用的な光バッファを得ることができる。以上の結果は、フォトニック結晶線欠陥にフォトニック結晶とは周期の異なる変調を与えることにより、光閉じ込めポテンシャルを構成可能であることを示しており、これを基にする共鳴モードや導波モードを創出できることを示している。
【００４３】
次に、本発明の実施の形態における他の光閉じ込め構造について、図７を用いて説明する。本発明の実施の形態における、他の光閉じ込め構造の構成を示す平面図である。
【００４４】
この光閉じ込め構造は、基部２０１および基部２０１に設けられた複数の第１格子要素２０２を備えるフォトニック結晶本体２０３を備える。第１格子要素２０２は、対象とする光の波長以下の間隔で周期的に設けられている。また、第１格子要素２０２は、基部２０１とは異なる屈折率とされ、柱状とされている。第１格子要素２０２は、例えば、基部２０１を貫通する円筒形状の貫通孔であり、空気から構成されている。また、フォトニック結晶本体２０３には、この中央部を通過してｘ軸方向（第１方向）に直線状に延在し、第１格子要素２０２が形成されていない線欠陥からなるコア部２０４を備えている。
【００４５】
また、コア部２０４は、共振部２２１と、共振部２２１を挾む２つのミラー領域２２２とから構成され、共振部２２１のコア部２０４に、基部２０１とは屈折率の異なる材料からなる媒質部２０５が設けられて（埋め込まれて）いる。このように、ミラー領域２２２に挾まれた共振部２２１により、フォトニック結晶共振器が構成される。
【００４６】
また、媒質部２０５を活性な媒質から構成することで、上記フォトニック結晶共振器をＢＨ構造のレーザ（マイクロキャビティレーザ）とすることができる。この構成は、図８を用いて説明した構成と同様である。
【００４７】
ここでは、上述した構成としたフォトニック結晶共振器の共振部２２１を構成する媒質部２０５を配置したコア部２０４に、基部２０１とは異なる屈折率の柱状の複数の第２格子要素２０６を、第１格子要素２０２とは異なる周期でｘ軸方向に配列している。この場合においても、第２格子要素２０６は、第１格子要素２０２と同様に、貫通孔あるいは窪み構造とすればよい。なお、図中、第１格子要素２０２と区別するために、第２格子要素２０６は、灰色で示している。
【００４８】
ここで、基部２０１の平面においてｘ軸方向に直交するｙ軸方向（第２方向）に、第１格子要素２０２と第２格子要素２０６とが直列する部分が、共振部２２１の中央部に配置されていることが重要となる。共振部２２１の中央部に、前述した構造Ｉが配置され、共振部２２１の両端部に、前述した構造ＩＩが配置されている。この構成では、共振器を構成している共振部２２１の中央部に、さらに光閉じ込めがなされるものとなる。
【００４９】
以上に説明したように、本発明によれば、第１格子要素とは異なる周期で第１方向に配列され、基部とは異なる屈折率の柱状の複数の第２格子要素をコア部に形成して光閉じ込め領域としたので、フォトニック結晶を用いて新たな機能が実現できるようなる。例えば、前述したように、本発明によれば、単一の共振器では実現できない広い透過帯域を確保した光バッファが実現できるようになる。
【００５０】
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。例えば、前述では、媒質部で共振部とした共振器において、第２格子要素を共振部に設けるようにしたが、これに限るものではない。例えば、線欠陥光導波路の幅を部分的に変調した共振部に、第２格子要素を共振部に設けるようにしてもよい。また、上述では、第１格子要素を平面視で三角格子状に配列した場合について説明したが、これに限るものではなく、四角格子に配列してもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１０１…基部、１０２…第１格子要素、１０３…フォトニック結晶本体、１０４…コア部、１０５…第２格子要素、１２１…光閉じ込め領域、１３１，１３２，１３３…領域。
【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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