(57)【要約】【課題】  光ファイバーに直接フォトニック結晶を形成した光多重通信フィルターである。【手段】  フォトニック結晶ファイバーといわれる中空の穴が規則的に配列された中空光ファイバーに、異なる周期間隔で切込み等を複数設けることにより、各々の周期等の異なるフォトニック結晶を形成し、光多重光通信等に用いられる複数の波長の光を含む光を容易に分離することができる光多重通信フィルター等の分光素子を提供するものである。分光された光は各々のフォトニック結晶ごとに設けられたディテクターにより検出される。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空の穴が規則的に配列された中空光ファイバーにおいて、
前記中空光ファイバーの側面より所定の周期間隔で複数の切込みが設けられているものであって、前記切込みが前記中空光ファイバーに対し斜めに設けられていることを特徴とするフォトニック結晶。
【請求項２】
中空の穴が規則的に配列された中空光ファイバーにおいて、
前記中空光ファイバーの側面より所定の周期間隔で複数の切込みが設けられているものであって、同じ周期間隔の切込みが設けられた領域が一つの群を構成し、各々の群ごとに前記周期間隔の異なる複数の群を有していることを特徴とするフォトニック結晶。
【請求項３】
中空の穴が規則的に配列された中空光ファイバーにおいて、
前記中空光ファイバーの側面より所定の周期間隔で複数の切込みが設けられているものであって、前記中空光ファイバーに対し同じ角度により切込みの設けられた領域が一つの群を構成し、各々の群ごとに前記切込みの入れられる角度が異なる複数の群を有していることを特徴とするフォトニック結晶。
【請求項４】
請求項3に記載されたフォトニック結晶において、
各々の群ごとに切込まれる前記切込みの周期間隔が異なることを特徴とするフォトニック結晶。
【請求項５】
請求項１から４に記載されたいずれかのフォトニック結晶において、前記中空光ファイバーを構成する材料の屈折率と、異なる屈折率の材料により中空穴及び切込まれた領域を埋めたことを特徴とするフォトニック結晶。
【請求項６】
請求項５に記載されたフォトニック結晶において、
前記異なる屈折率の材料が液体材料であることを特徴とするフォトニック結晶。
【請求項７】
中空の穴が規則的に配列された中空光ファイバーにおいて、
前記中空光ファイバーの側面より所定の周期間隔で複数の空孔が設けられているものであって、同じ周期間隔の空孔の設けられた領域が一つの群を構成し、各々の群ごとに前記周期間隔が異なる複数の群を有していることを特徴とするフォトニック結晶。
【請求項８】
請求項１から７に記載されたいずれかのフォトニック結晶を作製する場合において、
前記中空光ファイバーの側面にレジストを塗布するステップ、
露光装置により前記中空光ファイバーの側面に残存する領域のパターンを焼き付け現像するステップ、
前記側面にレジストパターンの形成された中空光ファイバーのレジストパターンの設けられていない領域をイオンエッチング或いはイオンミーリングによりエッチングするステップ、
により作製したことを特徴とするフォトニック結晶の作製方法。
【請求項９】
請求項１から７に記載されたいずれかのフォトニック結晶を作製する場合において、
前記中空光ファイバーの側面を削り平面を形成するステップ、
前記中空光ファイバーの削られた側面にレジストを塗布するステップ、
露光装置により前記中空光ファイバーの側面に残存する領域のパターンを焼き付け現像するステップ、
前記側面にレジストパターンの形成された中空光ファイバーのレジストパターンの設けられていない領域をイオンエッチング或いはイオンミーリングによりエッチングするステップ、
により作製したことを特徴とするフォトニック結晶の作製方法。
【請求項１０】
請求項１から７に記載されたいずれかのフォトニック結晶を作製する場合において、
前記中空光ファイバーの側面に所望の形状に絞られた収束イオンビームを照射し、切込みまたは空孔を作製するステップを周期的に繰り返すことにより、作製されたことを特徴とするフォトニック結晶の作製方法。
【請求項１１】
波長多重通信等に使用する波長多重光を分離するフィルターであって、請求項１から７に記載されたいずれかのフォトニック結晶を有することを特徴とする波長多重通信用フィルター。
【請求項１２】
請求項１１に記載された波長多重通信フィルターに、波長多重通信に用いる複数の波長を含む光を入射させ、
入射した光を所定の波長ごとにフォトニック結晶の各々の群により分離し、
分離した各々の波長の光を各々の波長ごとに設けられた光量検出器により光量を計測することにより、
波長多重通信の信号を復調することを特徴とする波長多重通信の信号検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信用の光分岐器に関し、特に、波長多重通信に用いられる3次元フォトニック結晶を用いた狭帯域の分波用光学フィルター及びこれらの作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、光通信においては伝送容量を増加させるため波長多重通信が検討されている。この波長多重通信においては複数の波長の光を用いているが、この複数の波長の光を分岐するために、一般に多層膜光学フィルターが用いられている。この多層膜光学フィルターは、屈折率の異なる材料を所定の周期間隔で交互に積層し形成したものであり、波長多重通信では狭い波長領域の光を高い選択性で取り出すことを要求されることから、各々の多層膜の膜厚は厳密であることを要し、このため作製が困難であり高コストなものとなっていた。
更に、波長多重通信においては、このような高価な多層膜光学フィルターが分波する波長の数だけ必要となるため波長多重通信のシステム全体が高価なものとなってしまい、広く普及させる際の弊害要因となっている。
【特許文献１】特開２００３−１６１８２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、上記問題点を鑑み、波長多重通信等に用いられる高い選択性で特定波長のみ高効率で出力を取り出すことのできる3次元フォトニック結晶を用いたフィルター素子を提供するとともに、当該フィルター素子を容易に作製する方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は上記課題を解決するためになされたものである。
第１の発明は、中空の穴が規則的に配列された中空光ファイバーにおいて、前記中空光ファイバーの側面より所定の周期間隔で複数の切込みが設けられているものであって、前記切込みが前記中空光ファイバーに対し斜めに設けられていることを特徴とするフォトニック結晶である。
【０００５】
第２の発明は、中空の穴が規則的に配列された中空光ファイバーにおいて、前記中空光ファイバーの側面より所定の周期間隔で複数の切込みが設けられているものであって、同じ周期間隔の切込みが設けられた領域が一つの群を構成し、各々の群ごとに前記周期間隔の異なる複数の群を有していることを特徴とするフォトニック結晶である。
【０００６】
第３の発明は、中空の穴が規則的に配列された中空光ファイバーにおいて、前記中空光ファイバーの側面より所定の周期間隔で複数の切込みが設けられているものであって、前記中空光ファイバーに対し同じ角度により切込みの設けられた領域が一つの群を構成し、各々の群ごとに前記切込みの入れられる角度が異なる複数の群を有していることを特徴とするフォトニック結晶である。
【０００７】
第４の発明は、第３の発明のフォトニック結晶において、各々の群ごとに切込まれる前記切込みの周期間隔が異なることを特徴とするフォトニック結晶である。
第５の発明は、第１から４のいずれかの発明のフォトニック結晶において、前記中空光ファイバーを構成する材料の屈折率と、異なる屈折率の材料により中空穴及び切込まれた領域を埋めたことを特徴とするフォトニック結晶である。
【０００８】
第６の発明は、第５の発明のフォトニック結晶において、前記異なる屈折率の材料が液体材料であることを特徴とするフォトニック結晶である。
第７の発明は、中空の穴が規則的に配列された中空光ファイバーにおいて、前記中空光ファイバーの側面より所定の周期間隔で複数の空孔が設けられているものであって、同じ周期間隔の空孔の設けられた領域が一つの群を構成し、各々の群ごとに前記周期間隔が異なる複数の群を有していることを特徴とするフォトニック結晶である。
【０００９】
第８の発明は、第１から７のいずれかの発明のフォトニック結晶を作製する場合において、前記中空光ファイバーの側面にレジストを塗布するステップ、露光装置により前記中空光ファイバーの側面に残存する領域のパターンを焼き付け現像するステップ、前記側面にレジストパターンの形成された中空光ファイバーのレジストパターンの設けられていない領域をイオンエッチング或いはイオンミーリングによりエッチングするステップにより作製したことを特徴とするフォトニック結晶の作製方法である。
【００１０】
第９の発明は、第１から７のいずれかの発明のフォトニック結晶を作製する場合において、前記中空光ファイバーの側面を削り平面を形成するステップ、前記中空光ファイバーの削られた側面にレジストを塗布するステップ、露光装置により前記中空光ファイバーの側面に残存する領域のパターンを焼き付け現像するステップ、前記側面にレジストパターンの形成された中空光ファイバーのレジストパターンの設けられていない領域をイオンエッチング或いはイオンミーリングによりエッチングするステップにより作製したことを特徴とするフォトニック結晶の作製方法である。
【００１１】
第１０の発明は、第１から７のいずれかの発明のフォトニック結晶を作製する場合において、前記中空光ファイバーの側面に所望の形状に絞られた収束イオンビームを照射し、切込みまたは空孔を作製するステップを周期的に繰り返すことにより、作製されたことを特徴とするフォトニック結晶の作製方法である。
【００１２】
第１１の発明は、波長多重通信等に使用する波長多重光を分離するフィルターであって、第１から７の発明のいずれかのフォトニック結晶を有することを特徴とする波長多重通信用フィルターである。
【００１３】
第１２の発明は、第１１の発明の波長多重通信フィルターに、波長多重通信に用いる複数の波長を含む光を入射させ、入射した光を所定の波長ごとにフォトニック結晶の各々の群により分離し、分離した各々の波長の光を各々の波長ごとに設けられた光量検出器により光量を計測することにより、波長多重通信の信号を復調することを特徴とする波長多重通信の信号検出方法である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、従来作製が困難で高コストであった波長多重通信用フィルター等の複数の波長を分波する素子を低価格で容易に提供することができる効果がある。更に、この波長多重通信用フィルター等を一度に作製することができるため、波長多重通信のシステム全体のコストを低下することができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本実施例では、３次元フォトニック結晶を用いた波長多重光を分波する波長多重通信フィルターを光リソグラフィにより作製する方法について説明する。
【実施例１】
【００１６】
本実施例では、図１に示すようなフォトニック結晶ファイバー１と呼ばれる内部に規則的に中空穴２が空けられたものを用いる。図１(ａ)はフォトニック結晶ファイバーの斜視図、図１(ｂ)はフォトニック結晶ファイバーの断面図、図１(ｃ)はフォトニック結晶ファイバーの側面図である。このフォトニック結晶ファイバーは、断面において最短に隣接する中空穴２が４つ存在するものであり、この頂点を結ぶと正方形を構成する。この中空穴２のピッチが３μｍ、中空穴２の径は１．８μｍで、２次元に規則的に配列された構成である。
【００１７】
このフォトニック結晶ファイバーの側面の一部を削り取り平面を形成し、この平面上にレジストを塗布する。
レジストの塗布されたフォトニック結晶ファイバーに露光装置により所望のパターンの焼付を行う。この後現像を行うことにより、フォトニック結晶ファイバーには、３．４μｍ周期で、１．３６μｍ巾のレジスト層が形成され、２．０４μｍ幅でレジスト層の形成されていない周期的パターンの第１群と、３．２μｍ周期で、１．２８μｍ巾のレジスト層が形成され、１．９２μｍ幅でレジスト層の形成されていない周期的パターンの第２群と、３μｍ周期で、１．２μｍ巾のレジスト層が形成され、１．８μｍ幅でレジスト層の形成されていない周期的パターンの第３群と、２．８μｍ周期で、１．１２μｍ巾のレジスト層が形成され、１．６８μｍ幅でレジスト層の形成されていない周期的パターンの第４群と、２．６μｍ周期で、１．０４μｍ巾のレジスト層が形成され、１．５６μｍ幅でレジスト層の形成されていない周期的パターンの第５群からなるレジストパターンが形成される。
【００１８】
この後、レジストパターンの形成されたフォトニック結晶ファイバーのドライエッチングを行う。ドライエッチングは、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により行われる。具体的には、真空チャンバー内に、フォトレジストパターンを形成したフォトニック結晶ファイバーのパターン形成のされていない側面を両側より支える形で固定した後、チャンバー内を真空ポンプにより真空にする。このときのチャンバー内部の圧力は、１×１０-3Ｐａ以下である。この後、ＣＦ4をチャンバー内部に導入し、カソードに電界を印加してプラズマを発生させる。プラズマ中でＣＦ4は分離し、この分離した粒子によりフォトニック結晶ファイバーのレジストパターンの形成されていない領域がエッチングされる。このときのチャンバー内部の圧力は、約１Ｐａである。尚、フォトレジストのパターンが形成されている領域、フォトニック結晶ファイバーの側面を両側から固定される部分は、プラズマに曝されないためエッチングがされることはない。このプロセスにより、３次元フォトニック結晶を作成することができる。
【００１９】
このようなプロセスにより３次元フォトニック結晶を形成した波長多重通信フィルター１１を図２に示す。この波長多重通信フィルター１１は、フォトニック結晶ファイバーに所定の異なる周期間隔の３次元フォトニック結晶１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅが設けられている。この波長多重通信フィルター１１に、波長多重光１２を入射させると、周期間隔の異なる３次元フォトニック結晶１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅにより、各々の波長ごとに光１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅが取り出され、フォトディテクター１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅにより信号が検出される。又、これら３次元フォトニック結晶により取り出されなかった光１４ｆも終端に設けられたフォトディテクター１５ｆにより検出される。よって、この波長多重通信フィルター１１により、複数の波長を含む波長多重光１２を異なる波長ごとに６つに分離することができ、各々の光を検出することにより、容易に波長多重信号を分離検出することができる。
【００２０】
尚、波長多重通信フィルター１１は、フォトニック結晶ファイバーと呼ばれる中空光ファイバーに形成されたものであるが、光通信では一般に光ファイバーを導波媒体として用いていることから、通信に用いられた光をそのままスムースに入射させることができる。
【００２１】
フォトニック結晶では、特定の波長に対し通常の屈折率よりも極端に大きな屈折率を示すプリズム、いわゆるスーパープリズムが作製可能であることから、ある特定の波長のみを容易に取り出すことができる光学素子を得ることができる。分波される波長は、フォトニック結晶を形成する周期間隔等をかえることにより設定可能であり、複数の周期間隔の群を設けることにより、各々の群から複数の波長の光を各々効率よく取り出すことが可能である。
【００２２】
尚、本実施例では、周期間隔の一例を例示したのみであり、これに限定されるものではない。
また、このように得られたフォトニック結晶は、高屈折率の油等の液体に浸して使用することも可能である。この場合では、エッチングされる領域や空孔部分は空気の場合と異なり、屈折率を考慮して狭く形成する必要がある。
【００２３】
また、高屈折率であっても使用する際に液体では不都合が生じる場合がある。このような場合には、高屈折率の紫外線硬化材料を用い、紫外線を照射して固めることにより使用がしやすくなる。
【実施例２】
【００２４】
本実施例では、実施例１とは異なる３次元フォトニック結晶を用いた波長多重光を分波する波長多重通信フィルターを光リソグラフィにより作製する方法について説明する。
本実施例でも、実施例１の場合と同様に図１に示すフォトニック結晶ファイバー１を用いる。使用するフォトニック結晶ファイバー１は、断面において最短に隣接する中空穴２が４つ存在するものであり、この頂点を結ぶと正方形を構成する。この中空穴２のピッチが３μｍ、中空穴２の径は１．８μｍで、２次元に規則的に配列された構成である。
【００２５】
このフォトニック結晶ファイバーの側面の一部を削り取り平面を形成し、この平面上にレジストを塗布する。
レジストの塗布されたフォトニック結晶ファイバーに露光装置により所望のパターンの焼付を行う。この後現像を行うことにより、フォトニック結晶ファイバーには、フォトニック結晶ファイバーに垂直（９０°）に３μｍ周期で、１．２μｍ巾のレジスト層が形成され、１．８μｍ幅でレジスト層の形成されていない周期的パターンの第１群と、フォトニック結晶ファイバーに８５°の角度で、第１群の周期的パターンと同じパターン（８５°傾いた状態で同じ周期パターンという意味、従って切込まれる角度を変えることにより、入射光に対する周期構造は異なる。以下同様）を形成した第２群と、フォトニック結晶ファイバーに８０°の角度で、第１群の周期バターンと同じパターンを形成した第３群と、フォトニック結晶ファイバーに７５°の角度で、第１群の周期バターンと同じパターンを形成した第４群からなるレジストパターンが形成される。
【００２６】
この後、レジストパターンの形成されたフォトニック結晶ファイバーのドライエッチングを行う。ドライエッチングは、実施例１と同様の手法により行う。
以上のプロセスにより３次元フォトニック結晶を形成した波長多重通信フィルター２１を図３に示す。この波長多重通信フィルター２１は、入射する光線に対し周期間隔の異なる３次元フォトニック結晶２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄを有するものである。この波長多重通信フィルター２１に、波長多重光２２を入射させると、入射する光線に対し周期間隔の異なる３次元フォトニック結晶２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄにより、各々の波長ごとに光２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄが取り出され、各々の光はそれぞれフォトディテクター２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄにより検出される。又、これらの３次元フォトニック結晶により取り出されなかった光２４ｅは終端に設けられたフォトディテクター２５ｅにより検出される。よって、この波長多重通信フィルター２１により、波長多重光２２を波長ごとに５つに分離することができ、各々の光を検出することにより、容易に波長多重信号を分離することができる。
【００２７】
尚、波長多重通信フィルター２１は、フォトニック結晶ファイバーと呼ばれる中空光ファイバーに形成されたものであるが、光通信では一般に光ファイバーを導波媒体として用いていることから、通信に用いられた光をそのままスムースに入射させることができる。
【００２８】
フォトニック結晶では、特定の波長に対し通常の屈折率よりも極端に大きな屈折率を示すプリズム、いわゆるスーパープリズムが作製可能であることから、ある特定の波長のみを高い選択性で容易に取り出すことができる波長多重通信フィルターを得ることができる。分波される波長は、フォトニック結晶ファイバーへの切込みの角度をかえることにより設定可能であり、切込み角度の異なる複数の群を設けることにより、各々の群から複数の波長の光を各々効率よく取り出すことが可能である。
【００２９】
尚、本実施例では、周期間隔や角度の一例を例示したのみであり、これに限定されるものではない。
また、このように得られたフォトニック結晶は、高屈折率の油等の液体に浸して使用することも可能である。この場合では、エッチングされる領域や空孔部分は空気の場合と異なり、屈折率を考慮して狭く形成する必要がある。
【００３０】
また、高屈折率であっても使用する際に液体では不都合が生じる場合がある。このような場合には、高屈折率の紫外線硬化材料を用い、紫外線を照射して固めることにより使用がしやすくなる。
【実施例３】
【００３１】
本実施例では、実施例１とは異なる３次元フォトニック結晶を用いた波長多重光を波長ごとに分波する波長多重通信フィルターを光リソグラフィにより作製する方法について説明する。
【００３２】
本実施例では、フォトニック結晶ファイバーの側面より複数の中空穴を設けた構造のものであり、開けられた中空穴の周期間隔が同じ領域が一つの群を構成し、周期間隔の異なる群が複数設けられているものである。
【００３３】
中空穴の形成方法は、実施例１の場合と同様に、光リソグラフィーとドライエッチングを組み合わせた手法により形成される。
形成される中空穴は、フォトニック結晶ファイバーの側面から、２次元方向に３．４μｍ周期で、２．０４μｍ幅の正方領域の複数の中空穴が形成された第１群と、２次元方向に３．２μｍ周期で、１．９２μｍ幅の正方領域の複数の中空穴が形成された第２群と、２次元方向に３μｍ周期で、１．８μｍ幅の正方領域の複数の中空穴が形成された第３群と、２次元方向に２．８μｍ周期で、１．６８μｍ幅の正方領域の複数の中空穴が形成された第４群と、２次元方向に２．６μｍ周期で、１．５６μｍ幅の正方領域の複数の中空穴が形成された第５群からなるものである。
【００３４】
このように形成された波長多重通信フィルターに複数の波長を含む波長多重光を入射させることにより、各々のフォトニック結晶により各々の波長ごとに分離し取り出され、フォトディテクターにより各々の光強度を検出し、信号の復調を行う。
以上、実施例１〜３では、光リソグラフィーとドライエッチングを組み合わせることによりフォトニック結晶を形成したが、収束イオンビームをフォトニック結晶ファイバーの側面に照射させることによっても、同様に３次元フォトニック結晶が作製可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に用いられるフォトニック結晶ファイバーの構成図である。
【図２】本発明の実施例１に係る３次元フォトニック結晶を形成した光学素子の構成図である。
【図３】本発明の実施例２に係る３次元フォトニック結晶を形成した光学素子の構成図である。
【符号の説明】
【００３６】
１１  波長多重通信フィルター
１２  波長多重光
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ  周期の異なるフォトニック結晶
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ  波長ごとに分波された光
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ  フォトディテクター
【図１】
2005316059.tif 000003
【図２】
2005316059.tif 000004
【図３】
2005316059.tif 000005