(57)【要約】【課題】  ２次元面内で光回路を構成できるフォトニック結晶をベースとしたアド・ドロップフィルタを提供する。【解決手段】  本発明は、２本の導波路の間に一列線欠陥を基本とする導波路を短く終端した１つのキャビティを配置し、導波路（Ｗ１）の異常分散を利用することで、２次元面内で光回路を構成できるフォトニック結晶をベースとしたアド・ドロップフィルタを構成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スラブ型２次元フォトニック結晶の一部の格子点を直線状に除いた線欠陥と点欠陥を組み合わせた構造を有するアド・ドロップフィルタであって、
２本の線欠陥の間に１個の点欠陥を配置したことを特徴とするアド・ドロップフィルタ。
【請求項２】
前記点欠陥は、
複数個の穴を一列除いた欠陥で構成され、該穴を一列除いて構成される導波路の持つ異常な分散特性を利用することで、分散曲線がほぼ直線の光導波路で構成される共振器を用いた場合より、モード間隔が異常に狭い帯域を持つキャビティとする請求項１記載のアド・ドロップフィルタ。
【請求項３】
前記点欠陥は、
欠陥を含む両側１列の穴を前記線欠陥の中心方向、または、該中心方向の逆方向にシフトさせ、シフトさせた穴列の外側の一列の穴形状を変形することにより、共鳴波長及び隣接する導波路との結合を調整するキャビティとする請求項２記載のアド・ドロップフィルタ。
【請求項４】
前記点欠陥は、
前記モード間隔を狭くするために、取り除く穴を１２個〜∞個とするキャビティとする請求項２記載のアド・ドロップフィルタ。
【請求項５】
前記点欠陥は、
利用する帯域において、横モードが単一になるように、前記線欠陥の両側の穴の中心距離を、シフトさせる前の０．７倍〜１．１７倍の間隔のキャビティとする請求項２記載のアド・ドロップフィルタ。
【請求項６】
前記点欠陥は、
シフトさせた穴列の外側の１列の穴形状を、シフトさせた分だけ引き伸ばすように変形させ、穴の中心距離がシフトさせる前の距離の1倍を越える場合には、シフトさせた穴列の外側の１列の穴形状を変形させないキャビティとする請求項２記載のアド・ドロップフィルタ。
【請求項７】
前記２本の線欠陥は、
前記線欠陥と前記点欠陥の構造を互いに崩さないように、穴を一列除いた線欠陥を挟む両側の一列の穴の中心距離の４倍〜∞倍までの間、離して配置する導波路とする請求項１記載のアド・ドロップフィルタ。
【請求項８】
前記線欠陥は、
穴を一列除いた線欠陥を挟む両側一列の穴を該線欠陥の中心方向にシフトさせ、シフトさせた穴列の外側の１列の穴形状を、シフトされた分だけ引き伸ばすことにより構成される導波路とする請求項１記載のアド・ドロップフィルタ。
【請求項９】
前記線欠陥は、
単一モード条件を満たすために、線欠陥を挟むシフトさせた穴の中心距離を、穴を一列除いた線欠陥を挟む両側一列の穴の中心距離の０．４７倍〜０．６９倍の間と、０．７３倍〜１．１７倍の間である導波路とし、１倍を超える場合には、シフトさせた穴列の外側の１列の穴計上を変形しない請求項１記載のアド・ドロップフィルタ。
【請求項１０】
前記スラブ型２次元のフォトニック結晶が、
空気穴型三角格子である請求項１記載のアド・ドロップフィルタ。
【請求項１１】
前記スラブ型２次元のフォトニック結晶が、
酸化物クラッドまたは、ポリマクラッドを有する請求項１記載のアド・ドロップフィルタ。
【請求項１２】
前記スラブ型２次元のフォトニック結晶に、
Silicon-On-Insulator（ＳＯＩ）基板を用いる請求項１記載のアド・ドロップフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アド・ドロップフィルタに係り、特に、光情報処理、光伝送などに用いられるレーザ、光集積回路等の様々な光デバイス等を構成する基本構造及び光部品に用いられ得るフォトニック結晶を用いて、特定の波長の光をアド・ドロップするアド・ドロップフィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在の光デバイスは、光の閉じ込めを屈折率で行っているため、光の閉じ込め領域を小さくできないことから、素子を小さく構成することができない。更に、素子の集積度を上げるために急峻な曲げ導波路を構成すると散乱損失が生じるため、光回路の小型・集積化が行えずその大きさは電子デバイスに比べ非常に大きい。そのため、従来と全く異なる概念で光の閉じ込めを行うことができるフォトニック結晶は、上述の問題を解決することができる光の新素材として期待されている。
【０００３】
フォトニック結晶とは、屈折率の異なる２種類以上の媒質によって光の波長と同程度の周期性を形成した人工的な多次元周期構造であり、電子のバンド構造に似た光のバンド構造を有する。そのため、特定の構造には光の禁制帯（フォトニックバンドギャップ：ＰＢＧ）が現れる。これを有するフォトニック結晶に周期性を乱す点欠陥や線欠陥を導入すると、欠陥内に完全に光を閉じ込めることが可能になり、前者は、超小型キャビティとして、後者は、急峻な曲げを可能にする導波路として機能する。また、点欠陥と線欠陥を組み合わせることにより、様々な機能性を実現することが可能になる。
【０００４】
図１０は、従来のアド・ドロップフィルタの簡略図を示し、２本の導波路の間にキャビティを配置したものである。
【０００５】
図１０に示されるように、２本の導波路の中にキャビティを配置した構成は、波長フィルタとして機能する。つまり、ポート１から入力された光がキャビティに共鳴したときのみ、光は１〜４のいずれかのポート、もしくは全てのポートから取り出され、それ以外の波長では、ポート２からのみ光が取り出される。特に、以下の２つの条件が同時に満たされるとき、特定の波長の光をポート３もしくはポート４のどちらか一方、その他の波長の光はポート２からのみ取り出すことが可能になり、この構成はアド・ドロップフィルタと呼ばれている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００６】
（条件Ａ）２本の導波路の間に同一共鳴波長の２つのモードが存在する。
【０００７】
（条件Ｂ）それらのモードが図１０に示される対称面に対し、対称・反対称な界分布を持つ。
【０００８】
この条件Ｂを満たすモードは、独立した２個の単一モードキャビティを近接させたときに生じる２種類のモード結合（それぞれの位相関係が同相のものと逆相のもの）を利用することで実現できることが知られている。しかし、このような結合モードの共鳴波長は必ず２つに分離するため、条件Ａを満たすことができない。そのため、いくつかの構造が提案されている。
【０００９】
その一つに、隔離された２つの単一モードとキャビティを導波路で結合し、キャビティ間の位相関係をその間の導波路長で調整する方法がある（例えば、非特許文献２参照）。また、１つのキャビティの中で異なる２つのモードを利用する方法も提案されている。但し、これらの方法が、数値実験で用いたこれらのフィルタ構造には、厚み方向に光を閉じ込めることができないフォトニック結晶が用いられているため、現実的ではない。仮に、厚み方向に光を閉じ込めることのできるフォトニック結晶で同等のものが実現されたとしても、キャビティの共鳴波長を調整・変更するためには、前者は導波路の分散及び長さの最適化が必要となり、後者は１個のキャビティの中に共鳴波長が同じで異なる２つのモードを有する構造の探索が必要となり、設計に膨大な手間がかかるだけでなく、これらの微調整を可能にするための極めて高い作製精度が求められる。
【００１０】
このような問題を解決するために、１つのキャビティ内で１つのモードを利用する方法がある（例えば、非特許文献３参照）。厚さ方向に光閉じ込めの弱いキャビティを用いることで、共鳴した光を２次元面外に光を取り出すことができる。利用するモードが１つであるため、厳しい作製精度が要求されないことが大きな特徴であり、外界と光回路との結合部での利用が期待される。
【非特許文献１】C.Manolatou et al.IEEE J.Quantum Electron, 35,1322,(1999)
【非特許文献２】S.Fan et al Optics Express.vol.3,(1998)
【非特許文献３】S.Noda et al, Nature 407,608,(2000)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、１つのキャビティ内で１つのモードを利用する方法は、光を面外に取り出すため、２次元面内に複雑な回路を構成することができないなどの問題がある。
【００１２】
本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、上記の設計・作製の困難さを解決し、２次元面内で光回路を構成できるフォトニック結晶をベースとしたアド・ドロップフィルタの構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、スラブ型２次元フォトニック結晶の一部の格子点を直線状に除いた線欠陥と点欠陥を組み合わせた構造を有するアド・ドロップフィルタであって、２本の線欠陥の間に１個の点欠陥を配置する。
【００１４】
また、本発明の構造の点欠陥は、複数個の穴を一列除いた欠陥で構成され、該穴を一列除いて構成される導波路の持つ異常な分散特性を利用することで、分散曲線がほぼ直線の光導波路で構成される共振器を用いた場合より、モード間隔が異常に狭い帯域を持つキャビティとする。
【００１５】
また、本発明の点欠陥は、欠陥を含む両側１列の穴を線欠陥の中心方向、または、該中心方向の逆方向にシフトさせ、シフトさせた穴列の外側の１列の穴計上を変形させることにより、共鳴波長及び隣接する導波路との結合を調整するキャビティとする。
【００１６】
また、本発明の点欠陥は、モード間隔を狭くするために、取り除く穴を１２個〜∞個とするキャビティとする。
【００１７】
また、本発明の点欠陥は、利用する帯域において、横モードが単一になるように、線欠陥の両側の穴の中心距離を、シフトさせる前の０．７倍〜１．１７倍の間隔のキャビティとする。
【００１８】
また、本発明の点欠陥は、シフトさせた穴列の外側の１列の穴形状を、シフトさせた分だけ引き伸ばすように変形させ、穴列の中心距離がシフトさせる前の距離の１倍を越える場合には、シフトさせた穴列の外側の１列の穴形状を変形させないキャビティとする。
【００１９】
また、本発明の２本の線欠陥は、線欠陥と点欠陥の構造を互いに崩さないように、穴を一列除いた線欠陥を挟む両側の一列の穴の中心距離の４倍〜∞倍までの間、離して配置する導波路とする。
【００２０】
また、本発明の線欠陥は、穴を一列除いた線欠陥を挟む両側一列の穴を該線欠陥の中心方向にシフトさせ、シフトさせた穴列の外側の１列の穴形状を、シフトされた分だけ引き伸ばすことにより構成される導波路とする。
【００２１】
また、本発明の線欠陥は、単一モード条件を満たすために、線欠陥を挟むシフトさせた穴の中心距離を、穴を一列除いた線欠陥を挟む両側一列の穴の中心距離の０．４７倍〜０．６９倍の間と、０．７３倍〜１．１７倍の間とし、１倍を超える場合は、シフトさせた穴列の外側の１列の穴形状を変形しない導波路とする。
【００２２】
また、本発明のスラブ型２次元のフォトニック結晶が、空気穴型三角格子である。
【００２３】
また、本発明のスラブ型２次元のフォトニック結晶が、酸化物クラッドまたは、ポリマクラッドを有する。
【００２４】
また、本発明のスラブ型２次元のフォトニック結晶に、Silicon-On-Insulator（ＳＯＩ）基板を用いる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明は、２本の導波路の間に一列線欠陥（Ｗ１）を基本する導波路を短く終端した１つのキャビティを配置し、この導波路の異常分散を利用することで、２次元面内で光回路を構成できるフォトニック結晶をベースとしたアド・ドロップフィルタを実現することができる。
【００２６】
また、本発明によれば、上記キャビティは、アド・ドロップフィルタに必要な条件を自動的に満たすため、本構造により、アド・ドロップフィルタの設計・作製が飛躍的に容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図面と共に本発明の実施の形態を説明する。
【００２８】
図１は、本発明の一実施の形態におけるアド・ドロップフィルタの構成を示し、フォトニック結晶の中の２本の線欠陥４と１つの点欠陥１を組み合わせたアド・ドロップフィルタでる。
【００２９】
同図（ａ）は、アド・ドロップフィルタの上面図であり、同図（ｂ）は、同図（ａ）のＡ−Ａ´における断面図である。
【００３０】
同図に示すアド・ドロップフィルタは、帯域の広いフォトニックバンドギャップ（ＰＢＧ）を利用するために、屈折率が硝子などよりも大きな半導体基板６上に、三角格子状（格子定数ａ）に穴（空気穴２）を開けた半導体スラブ３として、２次元スラブフォトニック結晶を用い、その格子点５を直線状に除いた２本の線欠陥４の間に１個の点欠陥１を配置したものである。
【００３１】
この２次元スラブフォトニック結晶は、ＰＢＧ帯域が他の２次元結晶より広いことが知られており、デバイスへの応用が有利である。
【００３２】
点欠陥キャビティ１は、数個の穴を一列除いた欠陥で構成され、穴を一列除いて構成される導波路の持つ異常な分散特性を利用することで、モード間隔が異常に狭い帯域を持つキャビティであり、欠陥を挟む両側の１列の穴を線欠陥の中心方向、または、その逆方向にシフトさせることにより、共鳴波長及び隣接する導波路との結合を調整するキャビティである。そのときのシフト量は、利用する帯域において横モードが単一になるように、線欠陥の両側の穴の中心距離（ＷＣ）はシフトさせる前の距離（Ｗ０）の０．７倍〜１．１７倍の間で調整する。また、必要に応じて、シフトさせた穴列の外側の１列の穴形状を、シフトさせた分だけ引き伸ばすように変形させる。但し、穴の中心距離がシフトされる前の距離の１倍を越える場合は、シフトさせた穴列の外側の１列の穴形状を変形しない。
【００３３】
ここで、上記の「モード間隔が異常に狭い帯域」について説明する。
【００３４】
フォトニック結晶導波路Ｗ１（ＷＣ＝Ｗ０）の分散は、図２の実線で示されるような曲線である。周波数帯域では、同図中点線に漸近し、ある帯域ではそこから大きく外れる（図２の（ｂ）のグレーの領域）。一方、従来の光導波路の分散は直線に近い形であり、同程度のサイズであれば、同図中の点線に漸近する。つまり、図２（ｂ）のグレーの領域は、フォトニック結晶導波路の異常な分散特性を示している。
【００３５】
ここで、導波路で構成される共振器のモードは、規格化波数間隔Δｋ＝１／（２Ｌ）で存在する。ここで、Ｌは、共振器長である。それ故、分散曲線がほぼ直線の従来型の光導波路で構成される共振器の場合、図２（ａ）のように、モード周波数間隔（縦モード間隔α）はほぼ一定となる。一方、線欠陥導波路（Ｗ１）で構成される共振器の場合、図２（ｃ）で示されるように、異常な分散の領域で縦モード間隔が０に近付く。このように、フォトニック結晶導波路を共振器に応用することにより、「縦モード間隔が異常に狭い帯域」を作り出すことが可能となる。
【００３６】
また、点欠陥キャビティ１は、モード間隔を狭くするために、取り除く穴を１２個以上（１２個以上〜∞）とする。ここで、取り除く穴を１２個以上とする理由について説明する。
【００３７】
図３は、モード間隔を狭くする例を示しており、図２（ａ）が、図３（ａ）に対応し、図２（ｃ）が図３（ｂ）に対応する。図２に示される２つのモード（ａ）、（ｃ）が図３のように重なるとき、前述の条件Ａ，Ｂが満足される。厳密に２つのモードを重ねるためには、Δｋ→０、つまり、Ｌ→∞であることは、図２により明らかである。但し、モードの半値幅は有限であるため、２つのモードの重なりは厳密である必要はない。つまり、ある程度モードを重ねる事ができれば、有限長さの共振器でもアド・ドロップフィルタを構成することができる。このモードの重なり具合は、モードの半値幅とモード間隔で決定される。つまり、狭い半値幅のモードほど狭いモード間隔を必要とし、半値幅の広いモードほどこの要求は緩和される。半値幅が最も広くなるのは、共振器の光閉じ込めが最も弱くなるとき、つまり、共振器を挟む導波路４の間隔が最も狭くなるときである。よって、アド・ドロップフィルタとして機能するための最短の共振器長は、この条件下で探索することが可能である。
【００３８】
導波路の間隔をその最低値（４Ｗ０）に固定し、その間に様々な長さの共振器を配置したときの波長分波特性を図４に示す。同図では、ＦＤＴＤ法を用いて計算された透過スペクトルを示し、同図中の点線、太い実線、細い実線は、それぞれ前述の図１０に示されたポート１、ポート４、ポート３からの出力を表している。
【００３９】
共振器長Ｌ＝８ａ（ａは格子定数）のとき、共振器内に２つのモードを確認することができる。Ｌ＝１０ａでこれらのモードが重なり始め、Ｌ＝１２ａのとき、アド・ドロップフィルタとして機能し始める。つまり、共振器を構成するために取り除かれるフォトニック結晶の空気穴の数は、「１２個以上」でなければならい。逆に半値幅が最も狭くなるのは、導波路間隔が∞に近付くときである。このとき、厳密にモード間隔を０に近づけるため、Ｌ→∞、つまり、共振器を構成するために取り除かれるフォトニック結晶の空気孔の数は「∞」でなければならない。
【００４０】
また、２本の線欠陥４は、穴一列を除いた線欠陥を挟む両側の１列の穴を線欠陥の中心方向にシフトさせ、シフトさせた穴列の外側１列の穴形状を、シフトさせた分だけ引き伸ばすことにより構成されており、線欠陥と点欠陥の構造をお互い崩さないように４Ｗ０以上離して配置されている。
【００４１】
また、単一モード条件を満たすために、線欠陥を挟むシフトさせた穴の中心距離（Ｗ）を０．４７Ｗ０〜０．６９Ｗ０の間と、０．７３倍〜１．１７倍の間で調整している。但し、穴の中心距離がシフトさせる前の距離の１倍を越える場合は、シフトさせた穴列の外側１列の穴形状を変形しない。
【００４２】
また、本実施の形態では、将来のフォトニック結晶をベースとした光回路の大規模化を念頭に、ＳＯＩ(Silicon On Insulator)構造における２次元フォトニック結晶で有用な導波モードを有する導波路を採用した。
【００４３】
以下に、上記の構成における動作原理を説明する。
【００４４】
導波路を基本とする共振器の共鳴モードは、図１０に示した対称面に対し、位相関係が対称のモードと反対称のモードに分類され、共鳴波長の長い方のモード端から順番に、基底モード（対称）、１次モード（反対称）・・・と順に並べられ、これらの縦モード間隔は、導波路の分散曲線の傾きに比例する。つまり、分散曲線がほぼ直線で描かれる従来の光導波路では、共鳴モード間隔はほぼ一定となる。一方、フォトニック結晶で構成される光導波路は、異常な分散曲線を有するため、従来では考えられないモード間隔を作り出すことが可能になる。
【００４５】
図５（ｂ）にフォトニック結晶の一列線欠陥（Ｗ１）導波路の分散曲線を示す。同図において、横軸は、規格化波数（長さａあたりの光の波の数）、縦軸は、規格化周波数（格子定数／波長）である。太線で示されるＰＢＧ内の導波モードは、グレーの領域において傾きが極端に小さく、この導波路で構成されるキャビティの縦モード間隔は異常に小さくなることがわかる。つまり、この帯域において、常に対称モードと反対称モードがほぼ同一波長に出現させることが可能になるため、基本的には、本共振器を２本の導波路間に配置するだけで、モード端付近（グレー領域）で、前述の条件Ａ，Ｂを満足することができる。
【００４６】
本発明では、この異常分散の帯域（グレー領域）を、導波路Ｗ１の幅を変えることで調整している。
【００４７】
図５は、欠陥を挟む両側の１列の穴を線欠陥の中心方向または、その逆方向にシフトさせ、図６は、シフトさせた穴列の外側の１列の穴形状をシフトさせた分だけ引き伸ばすように変形させることにより、異常分散の現れる帯域を調整できることを示している。
【００４８】
但し、アド・ドロップ効率を良くするためには、この帯域でキャビティの横モードが単一であることが必要であるため、その幅（ＷＣ）は、図５、図６で示されるように０．７Ｗ０〜１．１７Ｗ０に限定される。ここで、穴の中心距離がシフトされる前の１倍を越える場合は、シフトさせた穴列の外側の１列の穴形状を変形していない。
【００４９】
当該キャビティモードと、それを挟む２本の導波路モードのカップリング効率は、導波路構造の調整により調整できる。当該導波路は、図６、図７に示されるように、穴一列を除いた線欠陥を挟む両側１列の穴を線欠陥の中心方向にシフトさせ、シフトさせた穴列の外側の１列の穴形状を、シフトさせた分だけ引き伸ばすことにより、幅（Ｗ）が調整されており、Ｗ＝０．７３Ｗ０〜１．１７Ｗ０（図６）または、Ｗ＝０．４７Ｗ０〜０．６９Ｗ０（図７）のとき、アド・ドロップの効率を良くするための単一モード条件（図中、グレー領域）を満足する。
【００５０】
ここで、特筆すべきは、図７で示される導波路は、クラッド層に屈折率が１．５程度の酸化物やポリマなどを利用した構造においても機能する点である。導波路Ｗ１では、クラッド層に空気以外の媒質を利用すると、クラッド層に光が漏れてしまう。この光の漏れは、クラッドの屈折率で決定されるライトライン（周波数＝波数／屈折率）を用いることで容易に説明することができる。例えば、図５（ｂ）で示されるＷ１導波路の場合、導波モードの殆どがＳｉＯ２クラッドのライトラインよりも高周波数側に存在する。ライトラインより高周波数側の領域は、クラッド層に光が漏れることを意味するため、このことが、Ｗ１導波路に、ＳｉＯ２などの酸化物やポリマなどのクラッド層を適用できない原因となっている。一方、図７で示される導波路は、ＳｉＯ２ライトラインよりも低周波数側に広く導波モードが存在し、ＳｉＯ２などの酸化物やポリマなどをクラッド層に適用できることが分かる。通常、半導体で作製される２次元フォトニック結晶の厚さは光の波長の半分程度であり非常に薄い。空気以外の強固なクラッド層を採用できる当該導波路は、フォトニック結晶を用いた光回路の大規模集積化にとって大きなメリットになる。
【００５１】
さらに、キャビティモードと導波路モードのカップリング効率は、２本の導波路間隔でも調整可能である。キャビティの厚さ方向と面内方向の光の閉じ込めが等しくなるとき、アド・ドロップ効率が最高になる。つまり、厚さ方向の閉じ込めが無限に近付けば、導波路間隔を無限に設定しなければならない。一方、厚さ方向の閉じ込めが極端に小さい場合、導波路間隔も狭くする必要があり、狭すぎる間隔は、導波路及びキャビティの構造を崩す原因となるため、導波路間隔の最小値は、図１により４Ｗ０となる。
【００５２】
以上の構成により、図１に示される構造がアド・ドロップフィルタとして機能することが期待できる。但し、当該構造で用いるキャビティが、元になるＷ１導波路の特性を有するためには、ある程度以上の共振器長（Ｌ）を必要とする。ここでは、導波路幅をＷ＝０．６Ｗ０、導波路間隔を４Ｗ０、キャビティの幅をＷＣ＝１．０１５Ｗ０に設定し、どの程度の共振器長のとき上述の現象が現れるかを確認した。ここで、格子定数をａ，キャビティを構成するために取り除かれた空気孔の数をＮとし、共振器長をＬ＝Ｎ×ａと定義する。
【００５３】
図４に、２次元シミュレーション結果を示す。Ｌ＝４ａのとき、このキャビティは、規格化周波数（Ｚ＝格子定数／波長）が０．２５５付近で１つの共鳴モードを持つ。つまり、ポート１から入力された光は、共鳴周波数以外のとき、ポート２からのみ出力され、共鳴周波数のとき、ポート３、ポート４に同じ強度の光が出力されている。Ｌ＝８ａのとき、共振器長が長くなるため、矢印で示されるように観測帯域内に２個の共鳴モードを確認することができ、Ｌ＝１０ａで、これらの２つのモードが重なり始める。Ｌ＝１２ａで、Ｚ＝０．２５３付近の光がポート４から強く出力され、ポート３からの光出力が低く抑えられ始め、Ｌ＝１４ａでポート３からの出力が極めて小さくなり、ポート４からのみ光が出力される。つまり、長さＬ＝１２ａ以上のとき、当該構造がアド・ドロップフィルタとして機能していることがわかる。また、共振器の光閉じ込めを大きくすれば、ポート４から出力する線幅を狭くすることができることは明らかであり、これは、共振器超を長くし、導波路間隔を広くすることにより達成され、究極的にはこれらの値は無限大になる。
【００５４】
図８に、実際に作製した構造の略図を示す。本発明で採用した２次元スラブフォトニック結晶は、図５に示されるように、規格化周波数０．２５〜０．３にＰＢＧを有する。つまり、通信波長帯にＰＢＧを出現させるためには、格子定数を０．３〜０．５μｍに設定すればよい。当該構造では、波長が１．５５μｍ近辺でアド・ドロップ動作を実現するために、格子定数をａ＝０．４μｍに設定し、それに伴い、結晶の長さを０．５ａ（＝０．２０μｍ）、導波路価格を４Ｗ０（〜２．７７μｍ）、キャビティの幅をＷＣ＝０．９５Ｗ０（〜０．６６μｍ）に設定した。実際の構造は、2次元構造ではなく厚みのある3次元構造であるため、厚み方向への光の閉じ込めを考慮する必要があり、そのため、キャビティの幅が若干変更されている。また、確実に実験で現象を捉えるために、Ｌ＝３０ａ（＝１２μｍ）と長めのキャビティが用いられている。
【００５５】
図９に実験で得られた透過スペクトルを示す。波長１５３７ｎｍ付近でポート１から入った光がポート２からは出力されず、ポート4から出力されていることがわかる。また、ポート３からの出力は観測できないが、共鳴波長ではない光がポート２から出力されているときの強度と同程度の強度の光が、共鳴波長でポート４から出力されていることを考えると、ポート3からの出力が抑制されていることが明らかであり、つまり、本構造がアド・ドロップフィルタとして機能していることがわかる。
【００５６】
当該構造のキャビティと導波路の間のモード結合は、一種の方向性結合と考えることができる。Ｗ１導波路のモード端付近のフィールド分布は、それを挟む導波路の方向に広く広がっているため、この近辺の帯域のみ導波路間の結合が強い。そのため、当該構造は、波長選択性の良い方向性結合器として機能する。
【００５７】
また、この帯域における群屈折率が以上に大きいため、完全結合長を短くすることができる。但し、デバイスのサイズを小さくするために、導波路Ｗ１を短く終端すると、端面反射が従来とは逆の方向のモード結合を生じさせ、ポート４以外のポートからの出力の原因となる。つまり、群速度が遅い導波路を他の２本の導波路の間に配置するという発想だけでは、デバイスサイズを極端に小さくし、かつ、特定のポートから光出力することは困難であることがわかる。
【００５８】
本発明は、キャビティモードを考慮に入れ、２つのモードを重ね合わせることにより、デバイスサイズを小さくしても特定のポートからのみ光出力が可能であることを示すものである。
【００５９】
なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲内において、種々変更・応用が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は、光情報処理、光伝送などに用いられるレーザ、光集積回路等の光デバイス等を構成する基本構造、及び、光部品に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の一実施の形態におけるアド・ドロップフィルタの構成図である。
【図２】本発明の一実施の形態における導波路の分散特性を示す図である。
【図３】本発明の一実施の形態における点欠陥のモード間隔を狭くする例を示す図である。
【図４】本発明の一実施の形態におけるＦＤＴＤ法を用い計算された透過スペクトルである。
【図５】本発明の一実施の形態におけるキャビティを構成するフォトニック結晶導波路の分散曲線を示す図である。
【図６】本発明の一実施の形態におけるキャビティを構成する、または、入出力ポートに用いられるフォトニック結晶導波路の分散曲線を示す図である。
【図７】本発明の一実施の形態における入出力ポートに用いられるフォトニック結晶導波路の分散曲線を示す図である。
【図８】本発明の一実施の形態における実際に作製されたアド・ドロップフィルタの概略図である。
【図９】本発明の一実施の形態における実験で得られたアド・ドロップフィルタの透過スペクトルを示す図である。
【図１０】従来のアド・ドロップフィルタの簡略図である。
【符号の説明】
【００６２】
１  点欠陥キャビティ
２  空気穴
３  半導体スラブ
４  線欠陥導波路
５  三角格子
６  クラッド
【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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