(57)【要約】【課題】駆動部が無く、単一で多種多様な中心波長における１次、２次もしくはそれ以上の高次の群遅延分散を補償する素子を提供する。【解決手段】光軸および格子間隔がが面内の領域毎に異なるフォトニック結晶のアレイを用いる。補償すべき光の中心波長及び群遅延分散量に応じ、アレイ中で光を入射する位置を適宜選択する。フォトニック結晶の格子間隔及び光軸方向を変えた領域を多数用意しておくことによって、広い範囲の光波長において、１次、２次、もしくはそれ以上の次数の群遅延分散を補償する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、有限幅のスペクトルを有する光の群速度、群遅延、１次、２次あるいはそれ以上の高次の群遅延分散を制御または補償する素子に関する。
【背景技術】
【０００２】  波束の長さが数〜数１０フェムト秒程度の光パルスを発生する短パルスレーザの共振器においては、発振波形の時間広がりが極めて短いため、それに反比例してパルスに広い範囲のスペクトル成分が含まれる。この様子を図１に示した。すなわち発振の中心各周波数をω０とするとき、パルスには概ね各周波数がωＳからωＬの範囲のスペクトル成分が含まれる。なおωＳからωＬまでのスペクトルはレーザ媒質の利得スペクトル中に含まれるものとする。【０００３】  ここで各周波数成分の光がレーザ共振器を１往復するのにかかる時間をτとする。τがωＳからωＬの範囲の光に対して一定ならば、このスペクトル範囲の光がコヒーレントに発振することが可能となり、結果として所望の超短パルスを発生させることができる。【０００４】  ところが現実のレーザ共振器においては光の周波数によって、図１の下のグラフに示すように１往復の伝搬時間に差があり、各周波数成分の伝搬時間を一定に揃えるには、伝搬経路の群遅延分散（図１の下のグラフにおけるの３点間の平均的傾き）に加え、２次の群遅延分散（同、ω０における各周波数に対する２次の微係数）や、それ以上の次数の群遅延分散までも補償できるような素子が必要であった。【０００５】  上記のような要求に対し、注目する波長もしくは各周波数において、ある特定の１次群遅延分散を補償する装置は既に多く用いられている。すなわち波長分散の大きな誘電体結晶などである。ところが必要とする種々の中心波長もしくは中心各周波数における、様々な値の群遅延分散もしくは高次の群遅延分散を単一の構成で補償する素子はこれまで知られていなかった。
【特許文献１】  川上彰二郎、榊裕之、白石和男、「３次元周期構造体及びその作製方法並びに膜の製造方法」、特許第３３２５８２５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  本発明は上記の問題点を解決するためのものであり、１つの構成で様々な値の群遅延、１次群遅延分散、そして２次以上の群遅延分散を補償する素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  上記の課題を解決するため、フォトニック結晶と呼ばれる多次元周期構造からなる人工光学材料のアレイを用いる。【０００８】  初めにフォトニック結晶の構成の一つの例について概説する。図２のような周期的な溝列を形成した透明材料基板２０１上に、透明で低屈折率の媒質２０２と高屈折率の媒質２０３とを界面の形状を保存しながら、交互に積層する。各層はｘ方向に周期的な形状を有し、その周期はＬｘである。ｙ方向には一様であってもよいしｘ軸方向より大きい長さの周期的または非周期的な構造を有していてもよい。多層膜を積層する方向であるｚ方向の周期はＬｚである。【０００９】  このような周期構造は、特許文献２記載にある自己クローニング技術と呼ばれる方式で、再現性、均一性よく製造することができる（特許文献１）。ｘ、ｚの方向にのみ周期性を持つ構造は２次元フォトニック結晶と呼ぶことができる。ｘ、ｙ、ｚの全ての方向に周期的な構造は３次元フォトニック結晶と呼ぶことができる。またｘ及びｙの方向には構造が一様で、ｚ方向にのみ周期性のある構造は古くから知られた誘電体交互多層膜であるが、ここでは便宜上１次元周期構造と呼ぶことにする。【００１０】  このようにして得られた周期構造体にｚ軸に平行に、あるいはｚ軸から有限の角度だけ傾いた方向から無偏波光または楕円偏光を入射すると、溝列と平行な偏波即ちｙ偏波と、それに直交するｘ偏波とに対して、それぞれＴＥモードとＴＭモードの光が周期構造体の内部に励起される。ＴＥモードとＴＭモードの伝搬定数は、周期構造を構成する材料の屈折率、ｘｙ面の周期、積層周期によって広い範囲で変化させることができる。【００１１】  図３は低屈折率材料２０２をＳｉＯ２、高屈折率材料２０３をＴａ２Ｏ５とした場合の２次元周期構造の分散曲線の例である。縦軸は波長λの逆数を積層周期Ｌｚで規格化した値、横軸は多層膜の１積層周期を伝搬したときの位相変化量ｋｚＬｚを２πで規格化した値である。ここにｋｚはフォトニック結晶内の、ｚ方向のブロッホ波数である。図３において、黒丸がＴＥ波、白丸がＴＭ波を示す。この例ではＬｚ／Ｌｘ＝１としてある。入射する光の周波数が、例えば３０１に示すように光の遮断域（フォトニックバンドギャップ：ＰＢＧ）の中にあれば、そのモードは周期構造体の中で伝搬することができず、入射光は反射または回折される。一方、光の周波数が伝搬域（パスバンド）にあれば、周期構造体の中を光は透過する。ここで例えば３０２に示すような、分散曲線の傾きがほぼ一定となるような波長領域においては、フォトニック結晶の波長分散は小さい。一方、３０３に示すようなパスバンドとフォトニックバンドギャップの境界付近では波数ｋｚの周波数依存性が極めて大きくなる。すなわちフォトニックバンドギャップ近傍でフォトニック結晶は大きな波長分散性を有する。【００１２】  溝の周期や方向は１枚の基板上の領域毎に独立に設定することができる。これは初期の基板において、例えば電子ビームの描画パターンを領域毎に変えることで実現する。つまリフォトニック結晶の特性を領域毎に変えることができる。これをマルチパタンフォトニック結晶と呼ぶことができる。すると領域毎に、例えばフォトニックバンドギャ��プの幅や分散量、光軸方向を変えることができる。このようにして、本特許で用いるフォトニック結晶のアレイを形成することができる。【００１３】  フォトニック結晶を構成する低屈折率媒質としては、ＳｉＯ２を主成分とする材料が最も一般的であり、透明波長領域が広く、化学的、熱的、機械的にも安定であり、成膜も容易に行なえる。しかしながらその他の光学ガラスでもよく、ＭｇＦ２のようにより屈折率の低い材料を用いてもよい。高屈折率材料としては、Ｓｉ、Ｇｅなどの半導体や、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、ＨｆＯ２、Ｓｉ３Ｎ４などの酸化物や窒化物が使用でき、透明波長範囲が広く、可視光領域でも使用できる。一方、半導体は、透明な波長域が近赤外域に限定されるが、屈折率が大きい利点がある。【００１４】  次にフォトニック結晶の具体的な作製方法の例を示す。まず、基板上に電子ビームリソグラフィとドライエッチングにより、図１に示すような周期的な溝を基板２０１上に作製する。その他のフォトリソグラフィや干渉露光、金型によるスタンピング技術を用いても良い。溝の断面形状は矩形であるが、三角形など他の形でも良い。基板は石英ガラス、その他の光学ガラスやＳｉ、ＩｎＰなど、使用する波長域で透明な誘電体や半導体などが使用できる。またポリイミドのような有機材料を用いてもよい。凹凸のピッチＬｘは入射する光の媒質内波長の半分程度、例えば波長１．５μｍの光では０．４μｍ、溝の深さは０．２μｍ程度である。この基板上に、Ｔａ２Ｏ５およびＳｉＯ２ターゲットを用い、スパッタデポジションとバイアススパッタリングを組み合わせて交互多層膜を積層する。このとき、各層のｘ軸方向に周期的な凹凸形状が保存されるように、バイアス条件を適切に設定することが肝要である。条件の一例は次の通りであった。Ｔａ２Ｏ５層の成膜では、ガス圧２ｍＴｏｒｒ、ターゲット印加高周波電力３００Ｗ、ＳｉＯ２層の成膜では、ガス圧６ｍＴｏｒｒ、ターゲット印加高周波電力３００Ｗ、スパッタエッチングはＳｉＯ２層成膜後行ない、ガス圧２ｍＴｏｒｒ、基板印加高周波電力９０Ｗである。【００１５】  請求項１から請求項５に関わる短パルス光分散特性可変素子は、ｘｙ面に平行な基板の上に複数の透明材料がそれと垂直な２方向に順次配列された層状構造を有し、基板に平行な面内に特性の異なる複数の一様周期構造領域が配置されたことを特徴としたものであるここでいう一様周期構造領域とはｘ、ｙ、またはその両方に関する構造上の周期性をｚ方向に共有し、かつその各方向の周期性が領域内で一定であるような構造を指す。この素子においてはまた、利用する光がｚ軸にほぼ平行な方向に、または多層膜の一方向から多の方向に通過するのにかかる群遅延τの、動作中心波長における波長に対する１次微分（１次の群遅延分散）、２次微分（２次の群遅延分散）、またはそれ以上の微分値が、上記の各一様周期構造領域毎に異なる値を有することを特徴とする。【００１６】  請求項６に関わる短パルス光発生装置は、レーザー共振器の中に請求項１から請求項５までの光分散特性可変素子を有し、当該素子によって発振の中心周波数付近のスペクトル成分を持つ光の群遅延を一定にすることで、理論限界に近い短い時間幅を持つ光パル���を発生することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】  本発明の請求項１から請求項５の構造からなる短パルス光分散特性可変素子は、可動部がなく、単一の構成で様々な中心波長に対する群遅延、そして１次及び２次以上の高次の群速度分散を補償することができる。中心波長の選択、および補償すべき分散量は装置を構成するフォトニック結晶の膜材料、格子間隔や多層膜の積層数の選択によって、広い範囲で選択することができ、またそれぞれのフォトニック結晶領域をマルチパターン化によって、自由に配置することができる。本装置は補償すべき分散量が一定ではないような場面に適しており、従来の方法を置き換えることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】  ここでは、本発明の請求項１から請求項５を実施するための最良の形態である、自己クローニング型フォトニック結晶のアレイによって構成される短パルス光分散特性可変素子について説明する。【００１９】  フォトニック結晶アレイの各領域は図１の構成からなり、溝配列、あるいは孔または突起の２次元配列を形成した基板２０１上に２つの透明材料２０２および２０３を自己クローニング成長させることによって作製される。このような構造では、基板２０１上に形成する溝の周期、成膜に用いる材料、各層の周期などを制御することにより、光の屈折率やフォトニックバンドギャップの帯域などの諸特性が自在に設計できる。この特徴を利用して、設計パラメータを適当に選ぶことにより、ある特定波長の光に対して、例えば２次元フォトニック結晶においてはＴＥ波（電界の振動方向が溝に平行な偏波）とＴＭ波（電界の振動方向が溝に垂直な偏波）とで異なる分散特性を持つ素子を作製することが可能である。【００２０】  本発明の請求項１から請求項５で示した短パルス光分散特性可変素子の構成例を図４に示す。素子中にはＬｘが局所的に一様な１次元または２次元または３次元のフォトニック結晶領域４０１を、１方向または２方向にマルチパターン配置する。ここである１つの領域４０１に注目すると、その領域の各辺の幅は少なくとも入射光のスポット直径以上である。このような各フォトニック結晶領域にｚ軸方向もしくはｚ軸から有限の角度だけ傾いた方向から光を入射する。【００２１】  簡単のためｚ軸に平行な方向からＴＥ波を入射する場合を例にとる。図５は、領域４０１を構成する周期構造の断面図を示したものであり、５０１はその１単位周期である。自己クローニング法により形成される三角波状の凹凸の斜面の角度θは４０°とした。また多層膜を構成する低屈折率材料５０２の屈折率を１．５、高屈折率材料５０３の屈折率を２．１とした。さらに項屈折率材料５０３の厚みの、１積層周期（Ｌｚ）に対する比率は４２％とした。図６はこのような条件において、いくつかのＬｘの値について光の分散関係を表したものである。同図において、縦軸の周波数が０．３付近には、６０１に示すように分散関係の存在しない遮断域（ＰＢＧ）が存在する。またそれより高周波側または低周波側では、波数の周波数に対する変化の割合が極めて敏感になる。すなわち分散性が大きくなることがわかる。同図にはＬｘ→０の極限、すなわち凹凸のない平坦な多層膜（１次元周期構造）の場合に加え、Ｌｘ／Ｌｚ＝０．５、１．０、そして１．２の計４通りの構造の分散関係を示した。この例に示すように、積層方向の周期Ｌｚを共通とした場合でも、面内周期Ｌｘに応じて遮断域や分散特性を変化させることが可能である。【００２２】  従って図４に示すように、一つの素子内に面内周期Ｌｘの異なる領域を複数形成しておき、必要に応じて電磁波を入射させる領域を選べば、分散特性を広い範囲にわたって調整することができる。なおこの例では２次元フォトニック結晶のＴＥ波の第１ＰＢＧ付近を利用する場合について示したが、これはＴＭ波であってもよく、また第２以上のＰＢＧ付近の分散性を利用する構成でもよい。また３次元フォトニック結晶のＰＢＧ付近の周波���における分散特性を利用することもできる。分散量を補償しようとする入射光の波長が、いずれかのＰＢＧの端にくるようにフォトニック結晶の構成材料、膜厚、各方向の格子ピッチや周期の形状を設定することが肝要である。
（実施例１）【００２３】  図４に本発明の実施形態の１つの例を示す。この例では約１．１μｍから約１．７μｍの範囲の波長帯用の素子の構成例を述べる。フォトニック結晶の構成材料はＳｉＯ２（屈折率＝約１．４６）とＴａ２Ｏ５（屈折率＝約２．１）とした。また領域４０１はｘとｚの方向にのみ周期構造を有し、ｘ方向の周期Ｌｘは０μｍ（すなわち１次元構造）ないし１μｍである。ｙ方向には構造は一様である。原点の領域４０２を平坦多層膜構造とし、そこからｙ軸の正の方向にＬｘがΔＬｘ１ずつ増加するように領域を配置する。ここでＬｘの増加の幅は、用途にもよるが例えば中心波長の１００分の１程度である。またｘ軸の正の方向に向かっては、ＬｘをΔＬｘ２ずつ増加させる。すなわち原点の座標を（０，０）としたとき、（ｉ，ｊ）の位置にある領域の格子ピッチはＬｘ＝ｉΔＬｘ１＋ｊΔＬｘ２となる。【００２４】  図７は１次元構造、及びＬｘ＝０．２４μｍ、０．４０μｍ、０．５６μｍ、０．８μｍの５通りの領域について、光の波長と多層膜中の群速度（ｖｇ）の関係を図示したものである。ここでｚ方向の積層の周期は０．４μｍ、自己クローニングによる波形凹凸形状の斜面のｘｙ面から測った角度は４０°とした。群速度は電磁波の各周波数をω［ｒａｄ／ｓ］、膜中での波数をｋ２［ｒａｄ／ｍ］としたとき、ｖｇ＝［ｄｋｚ／ｄω］−１で求められる。図７に示すように遮断域の前後で波長に対する群速度の傾きが逆になる。また、例えば入射波の波長を１．２６μｍに固定しておき、上記の各領域にそれぞれ波を入射すると、膜中での群速度を光速の約１８％、３２％、４４．５％、５１．５％、５５％と、大きく変化させることができる。図７に７０１で示すのはＬｘ＝０．８μｍにおけるＰＢＧである。ＰＢＧ内では群速度が０になり、光は入射方向に反射される。【００２５】  図８は上記と同じ５通りの構造について、光の波長とフォトニック結晶の群遅延（Ｇｒｏｕｐ  Ｄｅｌａｙ：τ）の関係を図示したものである。ここで群遅延τはフォトニック結晶の単位厚さを波束が通過するのにかかる時間で、τ＝ｖｇ−１で求められる。通過域から遮断域に近づく極限で群速度が０になり、それに対応して群遅延は無限大となる。この特性を利用し、例えば入射波の波長を１．３μｍに固定して各領域に波を入射させると、群遅延を約６フェムト秒（ｆｓ）／μｍから１０００ｆｓ／μｍ以上と数桁にわたって変化させることができる。一方、入射領域を例えばＬｘ＝０．４０μｍに固定し、波長１２５μｍから波長１．３１５μｍまでの波長成分を含む光を入射する場合を考えると、その光のスペクトル成分のうち短波長側の波長１．２５μｍの成分については群遅延τ＝約６ｆｓ／μｍ、長波長側の波長１．３１５μｍの成分については群遅延τ＞１０００ｆｓ／μｍを与えることができる。この例ではＬｘが約０．１６μｍ間隔で変化する５つの領域について示したが、より細かい間隔で、また必要に応じ不等間隔でＬｘが増加するようなマルチパターンの構成にすれば、所定の中心波長に対し、よりきめこまかく、かつほぼ連続的に群遅延量を選択することが可能である。【００２６】  図９は上記と同じ５通りの構造において、光の波長とフォトニック結晶の１次の群遅延分散（Ｇｒｏｕｐ  Ｄｅｌａｙ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ：ＧＤＤ）の関係を示したものである。ここでＧＤＤはフォトニック結晶の単位厚さを波束が通過する際、波束に含まれるスペクトルの単位波長差あたりの群遅延の差で、ＧＤＤ＝［ｄτ／ｄλ］で与えられる。これも図に示すように、同一波長でも構造によって大きなＧＤＤ差を与えることが可能である。より細かい間隔で、また必要に応じ不等間隔でＬｘが増加するようなマルチパターンの構成にすれば、所定の中心波長に対し、よりきめこまかく、かつほぼ連続的にＧＤＤを選択することが可能である。換言すると、中心波長とＧＤＤの値をそれぞれ領域毎に選択可能またはほぼ連続的に選択可能である。【００２７】  図１０は上記と同じ５通りの構造において、光の波長とフォトニック結晶の２次の群遅延分散（２ｎｄ  Ｏｒｄｅｒ  Ｇｒｏｕｐ  Ｄｅｌａｙ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ：ＧＤＤ２）の関係を示したものである。ここでＧＤＤ２はフォトニック結晶の単位厚さを波束が通過する際、波束に含まれるスペクトルの単位波長差あたりの群遅延分散の差で、ＧＤＤ２＝［ｄ２τ／ｄλ２］で与えられる。図に示すように、同一波長でも構造によってＧＤＤ２に大きな差を与えることが可能である。これも同様に、より細かい間隔で、また必要に応じ不等間隔でＬｘが増加するようなマルチパターンの構成にすれば、所定の中心波長に対し、よりきめこまかく、かつほぼ連続的にＧＤＤ２の大きさを選択することが可能である。換言すると、中心波長とＧＤＤ２の値をそれぞれ領域毎に選択可能またはほぼ連続的に選択可能である。【００２８】  以上の例では主に波長１μｍから波長１．７μｍの間に中心波長を持つ近赤外光の分散特性を補償するための構成を示したが、より短い波長、あるいは長い波長の光を補償するような設計も可能である。すなわち例えば波長０．４μｍから０．６８μｍの、主に可視波長域に中心波長を持つような光を制御対象とする場合には、フォトニック結晶を構成する低屈折率材料と高屈折率材料の値が波長によって変化しないと仮定すると、ｘ、ｙ、ｚ各方向のフォトニック結晶の周期をそれぞれ本実施例の値の４０％程度に縮小すればよい。また、例えば波長２μｍから波長３．４μｍの赤外波長域を対象とする場合には、同様にフォトニック結晶の各方向の周期を本実施例で示した値の２倍程度にすればよい。
（実施例２）【００２９】  以上では各結晶領域を１次元及び２次元のフォトニック結晶で構成する例を示した。ここでは３次元のフォトニック結晶領域を加える構成例について述べる。図１１はこのような構成を示す図である。すなわちｘ方向にのみ周期性を持つ２次元のフォトニック結晶領域１１０１と、ｘ、ｙ両方向に周期性をもつ３次元フォトニック結晶領域１１０２をマルチパターン配列させる。【００３０】  図１２は入射光の中心波長が１．３μｍの場合の、各結晶領域におけるＧＤＤとＧＤＤ２の関係を示したものである。図１３には２次元フォトニック結晶領域の単位構造と、入射する偏波の方向を示した。また図１４には３次元フォトニック結晶領域の単位構造と、入射する２とおりの偏波の方向を示した。図１２において、２次元フォトニック結晶の領域と３次元フォトニック結晶の領域では、いずれかの方向の格子ピッチが同じでも異なる分散量を発生することがわかる。このように２次元、３次元のフォトニック結晶領域を適宜組み合わせて配置することで、どちらか一方のみでは実現の難しい多様な分散量の面内レイアウトを実現することができる。またこの例に示すように、領域を選ぶことによって所定の中心波長に対して１次及び２次の群遅延分散の値がそれぞれ選択可能である。ＬｘやＬｙの幅を少しずつ変えた領域を多数形成しておけば、これらの分散値をほぼ連続的に選択することが可能である。なお各フォトニック結晶領域はそれぞれ３次以上の高次の群遅延分散についても固有の波長特性を持っている。この例では１次と２次の群遅延分散について所定の値を持つ領域を選択できることを示したが、より一般的にいうと、本構成によって１次、２次、さらに高次の群速度分散のなかから所定の２つの量をほぼ連続的に選択することが可能である。
（実施例３）【００３１】  図１５には本発明の別の構成例を示す。前述したように例えばｘ方向にのみ周期性を持つ２次元フォトニック結晶のみをマルチパターン配置した場合、図７、図８、図１０に７０１、８０１、１００１でそれぞれ示したように、周波数がＰＢＧに入るため分散補償のできない、いわば波長の空白地帯ができることが考えられる。本実施例ではこのような空白地帯の解消を狙って、ｘ方向に周期性を持つ２次元フォトニック結晶領域１５０１と、ｙ方向に周期性を持つ２次元フォトニック結晶領域１５０２とを組にして配置する。同図において１５０３、１５０４、１５０５はピッチの異なる領域の組を表している。入射光の偏波面をｘ方向に固定した場合、その光は領域１５０１に入射するとフォトニック結晶のＴＭ波に、また領域１５０２に入射するとＴＥ波に結合する。ＴＥ波とＴＭ波とでは一般にＰＢＧの波長域が異なるので、Ｌｘを適切に選ぶことで、ＴＥ波、ＴＭ波のＰＢＧの波長域の重なりをなくすことができる。【００３２】  図１６は１次元構造、Ｌｘ＝０．４μｍ、０．６４μｍ、０．８８μｍの４種類の構造について、ＴＥ波、ＴＭ波それぞれのＧＤＤ２を示したものである。この例に示すようにＰＢＧより短波長側ではＴＥ波領域を、長波長側ではＴＭ波領域を使うことによって、波長軸上で切れ目なく分散補償をすることができる。
（実施例４）【００３３】  図１７には本発明の光分散特性可変素子を用いた短パルス光発生装置の概念図を示す。すなわちレーザ共振器１７０１において反射鏡１７０２と反射鏡１７０３の間に、実施例１および実施例２および実施例３に述べた光分散特性可変素子１７０４を挿入する。レーザ媒質の利得スペクトルの中のどの波長を中心波長として発振させるか、またその中心波長における何次の群遅延分散をどの程度の量補償するかを、光分散特性可変素子１７０４のどの一様フォトニック結晶領域を光路中に位置させるかによって選択することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】  短パルスレーザのスペクトルと遅延特性を表す概念図
【図２】  ２次元フォトニック結晶の構造を表す概念図
【図３】  図２のフォトニック結晶中を伝搬する光の分散関係
【図４】  本発明を利用した光分散特性可変素子の構成を表す概念図
【図５】  図４の光分散特性可変素子を構成するフォトニック結晶の断面構造の例
【図６】  図４の光分散特性可変素子の各領域における光の分散関係
【図７】  図４の光分散特性可変素子の各領域における波長との群速度の関係
【図８】  図４の光分散特性可変素子の各領域における波長と群遅延の関係
【図９】  図４の光分散特性可変素子の各領域における波長と１次群遅延分散の関係
【図１０】  図４の光分散特性可変素子の各領域における波長と２次群遅延分散の関係
【図１１】  本発明を利用した光分散特性可変素子の構成を表す概念図
【図１２】  図１１の素子の各領域における１次と２次の群遅延分散の関係
【図１３】  図４および図１１の素子に含まれる２次元フォトニック結晶の単位構造を表す概念図
【図１４】  図１１の素子に含まれる３次元フォトニック結晶の単位構造を表す概念図
【図１５】  本発明を利用した光分散特性可変素子の構成を表す概念図
【図１６】  図１５の素子の各領域における光波長と２次の群遅延分散の関係
【図１７】  本発明の光分散特性可変素子を利用した短パルス光発生装置の構成を表す概念図
【符号の説明】
【００３５】２０１    パターン付き基板
２０２    低屈折率材料層
２０３    高屈折率材料層
３０１    ＴＥ波に対し遮断域となる周波数領域
３０２    ＴＥ波に対し通過域となる周波数領域のうち、分散性の小さい領域
３０３    ＴＥ波に対し通過域となる周波数領域のうち、分散性の大きな領域
４０１    格子ピッチ及び格子の向きが一様なフォトニック結晶領域
４０２    ２次元フォトニック結晶においてＬｘ→０の極限である平坦多層膜領域
５０１    自己クローニング型フォトニック結晶の断面における単位構造
５０２    低屈折率材料層
５０３    高屈折率材料層
６０１    第１フォトニック・バンドギャップ
７０１    Ｌｘ≦０．８０μｍの２次元構造のＴＥ波に対しＰＢＧとなる波長域
８０１    Ｌｘ≦０．８０μｍの２次元構造のＴＥ波に対しＰＢＧとなる波長域
１００１  Ｌｘ≦０．８０μｍの２次元構造のＴＥ波に対しＰＢＧとなる波長域
１１０１  ２次元フォトニック結晶の領域
１１０２  ３次元フォトニック結晶の領域
１５０１  ｘおよびｚの方向に周期性を有する２次元フォトニック結晶領域
１５０２  ｙおよびｚの方向に周期性を有する２次元フォトニック結晶領域
１５０３  溝間隔が等しく、その向きがｘ方向とｙ方向を向いた２次元フォトニック結晶領域の１つの組
１５０４  溝間隔が等しく、その向きがｘ方向とｙ方向を向いた２次元フォトニック結晶領域の１つの組
１５０５  溝間隔が等しく、その向きがｘ方向とｙ方向を向いた２次元フォトニック結晶領域の１つの組
１７０１  レーザ共振器
１７０２  反射鏡
１７０３  反射鏡
１７０４  光分散特性可変素子
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【手続補正書】
【提出日】平成16年5月27日(2004.5.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｘｙ面に平行な基板の上に複数の透明材料がそれと垂直なｚ方向に順次配列された層状構造を有し、基板に平行な面内に複数の領域に分かれ各層がそれぞれの領域ごとに定まるｘ，ｙ，またはその両方に関する周期性をｚ方向に共有し、利用する光がｚ軸にほぼ平行な方向にまたは多層膜の一方向から他の方向に通過する群遅延時間τの動作中心波長に対する１次微分、２次微分またはそれ以上の微分値が領域ごとに異なる値を持つことを特徴とする短パルス光分散特性可変素子
【請求項２】
請求項１において、基板に領域ごとに定まる凹凸形状を与えその上に多層膜を自己クローニング法で形成することを特徴とする短パルス光分散特性可変素子
【請求項３】
請求項１または２において中心波長と１次微分の値がそれぞれ領域ごとに選択可能またはほぼ連続的に選択可能となるよう基板に平行な面内に２次元的に複数の領域を持つことを特徴とする短パルス光分散特性可変素子
【請求項４】
請求項１または２において所定の中心波長に対して１次微分と２次微分の値がそれぞれ選択可能またはほぼ連続的に選択可能となるよう基板に平行な面内に２次元的に複数の領域を持つことを特徴とする短パルス光分散特性可変素子
【請求項５】
請求項１または２において、動作の中心波長、それに対するτの１次微分，２次微分，さらに高次の微分値のなかから所定の二つの量がそれぞれ選択可能またはほぼ連続的に選択可能となるよう基板に平行な面内に２次元的に複数の領域を持つことを特徴とする短パルス光分散特性可変素子
【請求項６】
請求項１または請求項２または請求項３または請求項４または請求項５の短パルス光分散特性可変素子を内部に含むことを特徴とする短パルス光発生装置