(57)【要約】      （修正有）【課題】低群速度域で光の入出力の損失を低減するフォトニック結晶光導波路を提供する。【解決手段】低群速度を有するフォトニック結晶光導波路４の両端に通常の群速度を有するフォトニック結晶光導波路３、５を連結した構成のフォトニック結晶光導であって、使用する所望の光に対してそれぞれのフォトニック結晶光導波路の欠陥バンドが形成されている。その際、それぞれのフォトニック結晶の格子定数を一定とし、かつ各々の界面での格子位相を連続にする。【選択図】  図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ある群速度を持つフォトニック結晶光導波路の両端に他の群速度を持つフォトニック結晶光導波路を連結したフォトニック結晶光導波路であって、使用する所望の光に対してそれぞれのフォトニック結晶光導波路の欠陥バンドが形成され、かつそれぞれのフォトニック結晶の格子定数を一定とし、かつ各々の界面での格子位相を連続にしたことを特徴とする異種フォトニック結晶光導波路。
【請求項２】
前記両端に設けられるフォトニック結晶光導波路の群速度が、中央に設けられるフォトニック結晶光導波路の群速度より大きい請求項１記載のフォトニック結晶光導波路。
【請求項３】
前記両端に設けられるフォトニック結晶光導波路の所望の入射光に対する透過率が、中央に設けられるフォトニック結晶光導波路の透過率より大きい請求項１記載のフォトニック結晶光導波路。
【請求項４】
前記各々のフォトニック結晶光導波路のフォトニック結晶部が周期的に配置された等しい形状の空気孔を持つように形成され、前記両端に設けられるフォトニック結晶光導波路のフォトニック結晶部の空気孔の断面積が、中央に設けられるフォトニック結晶光導波路のフォトニック結晶部の空気孔の断面積より小さい請求項１記載のフォトニック結晶光導波路。
【請求項５】
前記フォトニック結晶部に周期的に配置された等しい形状の空気孔が三角格子に配置された円形の空気孔である請求項４記載のフォトニック結晶光導波路。
【請求項６】
構成要素の１部にフォトニック結晶光導波路を含む光遅延素子、光制御素子あるいは光スイッチ等の光回路であって、前記フォトニック結晶光導波路は、ある群速度を持つフォトニック結晶光導波路の両端に他の群速度を持つフォトニック結晶光導波路を連結したフォトニック結晶光導波路であって、それぞれのフォトニック結晶の格子定数を一定とし、かつ各々の界面での格子位相を連続にしたものであることを特徴とする光回路。
【請求項７】
前記フォトニック結晶光導波路が、前記請求項２ないし５のいずれかに記載されたものである請求項６記載の光回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信に用いる光素子に関係し、特に将来の超高速光信号処理に用いる光制御素子、あるいは光集積回路に適用する基本光回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高速時分割多重、波長分割多重光通信システムへの適用をめざした光制御素子実現への要望が高まっている。しかし、これまでの技術では素子の消費電力が大きい、あるいは素子寸法が大きい等の課題があり、現在実用化に課題を残している。その中で、フォトニック結晶は強い光で綴じ込め、及び群速度の遅延／制御、それに伴う光非線形効果の増強が可能であるため、それを用いた光制御素子の開発が期待されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
【非特許文献１】野田進、馬場俊彦、納富雅也、小野裕一編“フォトニック結晶研究の現状と将来展望−−−テクノロジーロードマップを目指して（改訂版）”光産業技術振興協会、２００２年）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記、群速度制御（低群速度の利用）、光非線形効果の増強はフォトニック結晶を利用する上で、極めて大きな利点である。しかし、これらの低い群速度を持つ光導波路に効率よく信号光、あるいは制御光を外部から入射、あるいは外部に出射するためには何らかの対策が必要である。これは、外部の屈折率が空気、半導体光導波路の場合、それぞれ１、３程度であるのに対し、対象とするフォトニック結晶光導波路中の低群速度域の群屈折率は１０−１００と不整合が極めて大きいため、必然的に界面での反射損失を生じるためである。加えて、フォトニック結晶光導波路中の低群速度域では、伝搬する光の場が進行方向に垂直なフォトニック結晶面内に大きく広がり、外部伝搬光との間にモードの形状不整合を生じ、反射損失を増大させる。
【０００５】
フォトニック結晶導入の理由の１つが、光制御素子の消費電力（動作光エネルギー）の低減であることを考えると、反射損失はまさに必須の課題である。この本発明の目的は、この反射損失を低減させ、効率よく外部から光を入射させ、また、効率よく外部に光を取り出す構造を提供することである。
【０００６】
この課題は、フォトニック結晶の実用化に関わる重大なものであり、これまでにも検討が成されてきた。代表的な対策例として、準連続的に屈折率を変化させた導波路をフォトニック結晶に接続する方法が提案されている（S. Johnson et.al., Physcal Review E, 66、 66608-66623(2002)、エス．ジョンソン他、フィジカルレビュー、イー、２００２年６６巻６６６０８頁−６６６２３頁）。
【０００７】
しかし、実用上準連続的に屈折率を変化させることは困難が伴う。上記課題を解決するため、本発明では、低群速度を持つフォトニック結晶に高い光結合を実現する作製が容易な方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明では、フォトニック結晶に特有な群速度遅延、及び／または、それに伴う光非線形増強効果を利用した光素子における反射損失の低減、透過効率の向上を目的として、群速度の異なる複数のフォトニック結晶光導波路を接続する所謂異種接続フォトニック結晶光導波路構造を提供する。本異種フォトニック結晶光導波路構造では、それぞれのフォトニック結晶の格子定数を一定とし、かつ各々の界面での格子位相を連続にすることを特徴とし、異種フォトニック結晶光導波路構造を構成要素の１部とする光回路を実現する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、異種フォトニック結晶光導波路に於いて、フォトニック結晶特有の低群速度による光非線形効果の増強を損なうことなく、その欠点である光入出力の劣化を３倍程度向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１Ａは、本発明の異種接続フォトニック結晶光導波路構造の１例を示す断面図である。両端に設けられたバルク光導波路１，２に挟まれた領域が、上記異種接続フォトニック結晶光導波路である。異種接続フォトニック結晶構造光導波路は、３種類の異なる構造、すなわち、通常郡速度ＰＣ導波路３、低郡速度ＰＣ導波路４および通常郡速度ＰＣ導波路５を持つＧａＡｓ半導体材料を母体としたフォトニック結晶光導波路を直列に接続することにより構成される。
【００１１】
図１Ｂは、通常郡速度ＰＣ導波路３，５のフォトニック結晶光導波路に対応する計算により求めた分散図（波数ｋと周波数 Frequency の関係）を示す図である。また、図１Ｃは、低郡速度ＰＣ導波路４のフォトニック結晶光導波路に対応する計算により求めた分散図（波数ｋと周波数の関係）を示す図である。それぞれ、一点鎖線で示した規格化周波数０．２８の入射光に対しそれぞれ伝搬モードが存在する。同分散図において、規格化周波数０．２８を示す一点鎖線と実線で示した分散曲線の交点が、規格化周波数０．２８の光に対応する規格化された波数を与える。また、その点での傾き（規格化周波数を規格化波数で微分したもの）が規格化周波数０．２８の光に対応する群速度を与える。両分散図を比較することにより、低郡速度ＰＣ導波路４の群速度は通常郡速度ＰＣ導波路３，５（に比べ、小さいことがわかる。また、以下に述べるＦＤＴＤ計算（Finite Differential Time Domain, 有限差分時間領域法)により、低郡速度ＰＣ導波路４の群速度は、光速ｃの１／６0、また、通常郡速度ＰＣ導波路３，５の群速度は、光速ｃの１／４であることが確認できた。すなわち、図１Ａの構成により、通常郡速度ＰＣ導波路３、低郡速度ＰＣ導波路４および通常郡速度ＰＣ導波路５よりなる連続する３種類のフォトニック結晶光導波路の直列構成の異種接続フォトニック結晶光導波路構造光導波路が実現でき、連続するフォトニック結晶光導波路の群速度に関し、中央のフォトニック結晶光導波路の群速度が両側のフォトニック結晶光導波路の群速度より小さいものとされている。
【００１２】
ここで、各光導波路は、図１Ａに示したとおり、３角格子状に周期配置した円形の空気孔を１列取り除いて構成されており、低郡速度ＰＣ導波路４の空気孔の半径ｒは０．３５ａ（ａ；格子定数３６０ｎｍ）、通常郡速度ＰＣ導波路３，５では０．３０ａである。すなわち、各々のフォトニック結晶光導波路のフォトニック結晶部を周期的に配置された等しい形状の空気孔により形成し、低郡速度ＰＣ導波路４の空気孔の断面積の大きさを、通常郡速度ＰＣ導波路３，５の空気孔の断面積の大きさより大きくしている。
【００１３】
ここで、通常郡速度ＰＣ導波路３，５および低郡速度ＰＣ導波路４は、それぞれのフォトニック結晶の格子定数を一定とし、かつ各々の界面での格子位相を連続にするように接続されている。このことは、各ＰＣ導波路の空気孔の中心に着目した場合、導波路進行方向での空気孔の中心の間隔が、全ＰＣ導波路にわたって一定の値、すなわち格子定数になっていることを意味する。
【００１４】
次に、前述の課題に対する本発明の改善効果を、図２Ａおよび図２Ｂに示すＦＤＴＤ計算 Finite Differential Time Domain,   有限差分時間領域法)の結果より説明する。図２Ａは、上段部にフォトニック結晶光導波路を模式的に示し、横軸に入射光の入力位置からの距離を、縦軸に、フォトニック結晶光導波路中での透過率を示した図である。入射光には、図１Ｂおよび図１Ｃで示した規格化周波数０．２８、すなわち波長１．３１μｍのパルス光を用いた。ここで、図１Ａで説明した本発明の実施例の構造をＣとし、比較のためのフォトニック結晶導波路の構造をＡ，Ｂで示した。本発明の実施例の構造Ｃは、両端部に通常郡速度ＰＣ導波路３，５のフォトニック結晶導波路が設けられ、中央部に低郡速度ＰＣ導波路４のフォトニック結晶導波路が設けられた構造である。両端部の通常郡速度ＰＣ導波路３，５のフォトニック結晶導波路は空気孔半径はｒ＝０．３０ａ、ａ＝３６０ｎｍ（群速度ｖｇ＝ｃ／４相当）である。また、低郡速度ＰＣ導波路４のフォトニック結晶導波路の空気孔半径はｒ＝０．３５ａ、ａ＝３６０ｎｍ（群速度ｖｇ＝ｃ／６０相当）である。比較のためのフォトニック結晶導波路構造ＡおよびＢは、それぞれ、単一の三角格子フォトニック結晶より構成されていて、構造Ａの空気孔半径はｒ＝０．３０ａ、ａ＝３６０ｎｍ（群速度ｖｇ＝ｃ／４相当）のみより構成され、構造Ｂの空気孔半径はｒ＝０．３５ａ、ａ＝３６０ｎｍ（群速度ｖｇ＝ｃ／６０相当）のみより構成されるものとした。この場合、入射光は、図２Ａのバルク導波路中に配置した２ｐｓのパルスソース１１により与えられるものとした。
【００１５】
図２Ａより求めた最終透過率は、本発明の実施例の構造Ｃのフォトニック結晶導波路の場合、参照符号１００で示すように７６％であった。構造Ａのフォトニック結晶導波路の場合、参照符号２００で示すように８５％であり、構造Ｂのフォトニック結晶導波路では参照符号３００で示すように２８％であった。構造Ｂのフォトニック結晶導波路の透過率が、本発明の実施例の構造Ｃのフォトニック結晶導波路の透過率に比べて小さいことは、本発明の解決すべき課題である群速度の小さなフォトニック結晶光導波路への光結合が劣ることを示すものである。このことは、図の距離が２０ａ及び８０ａ(ａ格子定数、ここでは３６０ｎｍ)の位置、すなわち、バルク導波路／フォトニック結晶導波路界面で透過率が劣っていることに表れている。これは、先に述べたように、バルク導波路と低群速度を有するフォトニック結晶導波路の低群速度域の群屈折率の不整合が極めて大きいこと、加えて、進行方向に直交する面内での両者のモードの形状不整合が大きいことにより、反射損失を増大させるためである。
【００１６】
本発明の実施例の構造Ｃによる場合、構造Ｂのフォトニック結晶導波路と同じ低群速度領域を持つにもかかわらず、低群速度領域を持たない構造Ａのフォトニック結晶導波路にほぼ匹敵する透過率が得られた。この結果は、本発明の通常郡速度ＰＣ導波路３，５と低郡速度ＰＣ導波路４よりなる構成が、それぞれのフォトニック結晶導波路の単独での透過率に関し、両側のフォトニック結晶光導波路の透過率より小さいことにより実現されていることを示している。
【００１７】
本発明によって得られた効果、すなわち異種フォトニック結晶界面での損失（反射損失）は、２％以下と極めて小さい。これは、それぞれのフォトニック結晶の格子定数を一定とし、かつ各々の界面での格子位相を連続にするように接続したことによるものである。すなわち、各ＰＣ導波路の空気孔の中心に着目した場合、導波路進行方向での空気孔の中心の間隔が、全ＰＣ導波路にわたって一定の値（すなわち格子定数）になるように、接続部（界面）の間隔を調整した。
【００１８】
次に、本発明によって得られる光学特性の増強結果を示す。図２Ｂは異種フォトニック結晶の母体となるＧａＡｓ半導体に吸収を持たせた場合のＦＤＴＤ計算による導波路内での伝搬パルスエネルギーの減衰を示す図である。異種フォトニック結晶は、２種類のフォトニック結晶ＰＣ１、ＰＣ２を接続して構成され、両者での格子定数ａ＝３６０ｎｍは一定とし、それぞれの空気孔径はｒ１＝０．３０ａ、ｒ２＝０．３５ａ、（図２Ａと同一）、として、新たに母体全体に吸収係数α＝０．１／μｍを導入した。黒丸は、パルス強度（左軸）を、白丸は群屈折率（右軸）を示す（図中矢印参照）。群屈折率nｇは、光速／群速度で表され、群速度に逆比例する。ＰＣ１、ＰＣ２の群屈折率はそれぞれnｇＰＣ１＝４、nｇＰＣ２＝６０であった。両者の母体材料の吸収係数は、各フォトニック結晶導波路内での吸収は増強されている。光の減衰より求めた実効的な吸収係数は、αＰＣ１＝０．１２／μｍ、αＰＣ２＝１．１７／μｍであった。低群速度導波路ＰＣ２で増強が顕著であることがわかる。これらの値はそれぞれの群屈折率に比例、すなわち群速度に反比例しており、光子密度の増強を反映している。ここでは、低群速度による線形吸収の増強を示したが、本減少が光子密度の増強に起因していることを考えると、非線形光学効果の増強をも可能にする。また、図２Ｂに示したとおり、ＰＣ２の群屈折率は６０、すなわち群速度は光速の１／６０である。従って、光パルス遅延素子にも適用が可能である。
【００１９】
上述したように、図１Ａに実施例を示したフォトニック結晶導波路は、低群速度による光学特性の増強、光パルス遅延を可能とし、その欠点である入射光の結合、出射光の取り出しを通常の群速度を持つフォトニック結晶導波路とほぼ同等のレベルまで改善することが可能である。
【００２０】
次に、本発明の効果を示すため、請求項１の条件から外れた場合の特性を述べる。同一の計算によると、異種フォトニック結晶界面での反射損失は、格子定数を一定とした場合でも界面での格子位相を７０程度（Δａ＝０．２ａ）ずらすと４０％程度まで増加した。また、低群速度と通常の群速度を得る異種フォトニック結晶構造として、本発明では隣接するフォトニック結晶の格子定数を一定として、空気孔径を変化させるが、空気孔径と格子定数の比を一定として、格子定数を変化させる方法が考えられる。後者の指針で図２Ａと同程度の群速度差を得た場合、反射損失は増大する。例えば、通常郡速度ＰＣ導波路３，５と低郡速度ＰＣ導波路４での空気孔径、格子定数比ｒ／ａ＝０．３０、格子定数ａ１＝３６０ｎｍ、ａ２＝３４０ｎｍの場合、群速度ｖｇ１＝ｃ／２５、ｖｇ２＝ｃ／４が得られるが、界面反射は１０％と大きい。上記透過率とフォトニック結晶構造の関係は、フォトニック結晶内部での周期構造に起因する伝搬波、すなわちブロッホ波の界面透過特性の解析から説明できる理論的に妥当な結果である。これらの結果は、請求項１の条件の有効性を示すものである。
【００２１】
次に、本発明の拡張性について述べる。図２の説明では、具体的な例としてＰＣ１／ＰＣ２／ＰＣ１より構成される異種フォトニック結晶光導波路を取り上げた。請求項１、及びこれまでの説明から明らかなように、ＰＣ１／ＰＣ２の間に請求項１の条件を満たす第３のフォトニック結晶光導波路ＰＣ３を導入しても本発明の効果は十分発現する。また、請求項１の条件を満たす場合、ＰＣ１／ＰＣ２／ＰＣ３、すなわち両側のフォトニック結晶光導波路が等しくない場合でも、本発明の効果は十分発現される。この場合、請求項２−５に記載ように、ＰＣ２では、ＰＣ１、ＰＣ３に比べ、群速度が遅いこと、透過率が低いこと、空気孔の面積が大きいこと、空気孔の半径が大きいことが本発明の主張するところである。
【００２２】
次に、実際の作製工程における作製精度と本発明の請求項１との関係について述べる。以下、本発明の要点である請求項１記載の「それぞれのフォトニック結晶の格子定数を一定とし、かつ各々の界面での格子位相を連続にする」ことに対するずれの影響を検討した。両者の格子定数を２％変えた場合、界面反射率は上述の２％以下から、５％に上昇した。この値は、応用する素子により十分仕様に耐える値であり、実際の作製行程でのバラツキを考えた場合でも、本発明の効果は大きい。また、界面での格子位相については、±20度での反射率は３％に上昇した。この結果は、実際の作製行程でのバラツキを考えた場合でも、本発明の効果は十分発現できることを示している。
【００２３】
次に、上述した異種接続フォトニック結晶光導波路構造光導波路を用いた光遅延素子、光制御素子、光スイッチ等の光部品の構成例を示す。
【００２４】
図３は、本発明の応用例であるマッハツェンダ型全光スイッチを平面図で示す模式図である。初めに、おおまかな構成を述べる。本素子の基本構成は、フォトニック結晶光導波路を用いたエアーブリッジ型の所謂対象マッハツェンダ型全光スイッチである（例えば、K. Tajima, Jpn. J. Appl. Phys., 32, L1746-1749（１９９３）田島、ジャパン  ジャーナル・オブ  アプライド  フィジクス、１９９３年３２巻１７４６頁−１７４９頁参照）。
【００２５】
本スイッチは、ＩｎＡｓ量子ドットを選択的に形成した２つの非線形導波路部１５，１６を素子中央に配し、その両側に３つの光入力端となる３ｄＢ結合器導波路構造を持つ入力用導波路部１７、２つの出力端と３ｄＢ結合器導波路構造を持つ出力用導波路部１８より構成されるマッハツェンダ干渉計構造である。各光導波路には本発明の特徴である空気孔三角格の空気孔を１本除去したＧａＡｓを母体とする異種フォトニック結晶を用いた。すなわち、非線形導波路部１５，１６には群速度の小さなフォトニック結晶光導波路ＰＣ２（格子定数ａ＝３６０ｎｍ、空気孔径ｒＰＣ１＝０．３５ａ）を、その他の部分１７，１８には通常の群速度を持つフォトニック結晶光導波路ＰＣ１（格子定数ａ＝３６０ｎｍ空気孔径、ｒＰＣ１＝０．３０ａ）を用いた。両者は界面での格子位相が連続となるよう接続した。
【００２６】
また、実施例の光部品の特性を評価するために、フォトニック結晶光導波路全体を単一のフォトニック結晶光導波路ＰＣ１（格子定数ａ＝３６０ｎｍ、空気孔径ｒＰＣ１＝０．３０ａ）、フォトニック結晶光導波路ＰＣ２（格子定数ａ＝３６０ｎｍ空気孔径、ｒＰＣ１＝０．３５ａ）で構成した２種類の比較素子を作製した。
【００２７】
次に実施例のスイッチの動作原理を述べる。信号光入力用端子より入射した信号光は、入力用導波路部の３ｄＢ結合器で分波され、それぞれ別の非線形導波路１５，１６を通過した後、出力用導波路部の３ｄＢ結合器で合波される。制御光入力端から制御光の入力がない場合には、合波される２つの光の位相は一致しているため、下側の信号光出力用端子より出射される。一方、ＯＮ制御光入力端から入射した制御光は、上側の非線形導波路１５の屈折率を変化させる。この状態で信号光を入射すると、出力用導波路部の３ｄＢ結合器で合波される２つの信号光の位相に違いが生じる。両者の位相差がπになると、合波された信号光は、出力用導波路部の２つの出力端のうちの上側のポートより出射される。一方、ＯＦＦ制御光入力端から入射した制御光は下側の非線形導波路１６の屈折率を変化させるため、２つの信号光の位相差を打ち消すことができ、信号光はＯＮパルス照射前と同様に下側の信号光出力用端子より出射される。従って、ＯＮ制御光入力による上側の非線形導波路１５の屈折率の変化が持続している間でも、ＯＦＦ制御光を入力することにより、ＯＦＦ状態を実現できる。この切り替え時間はＯＮ／ＯＦＦ制御光を入力する時間間隔で決まるため、極めて高速なスイッチ動作を行うことができる。ここで、非線形導波路部１５，１６の屈折率の変化には選択的に形成された量子ドットの吸収飽和を用いた。素子の寸法は、非線形導波路部１５，１６は３００μｍ、全素子長さ６００μｍ、素子幅６００μｍである。
【００２８】
次に実施例のスイッチの作製手順を述べる。結晶成長にはＭＢＥ結晶成長法を用いた。半絶縁性ＧａＡｓ基板の上にＧａＡｌＡｓ犠牲層（ＧａＡｓ混晶比＝０．８、膜厚２μｍ）、ＧａＡｓ（膜厚５０ｎｍ）／ＩｎＧａＡｓ（５ｎｍ）を中間層としてＩｎＡｓ量子ドットを３層（全膜厚２２０ｎｍ）積層した。量子ドットの選択形成にはＭＢＥ中でのマスク成長を行った。ＧａＡｌＡｓ犠牲層の成長温度、砒素圧力は５６０℃、１ｘ１０−５Ｔｏｒｒ、量子ドットを含む層の成長温度、砒素圧力は４５０℃、３ｘ１０−６Ｔｏｒｒとした。フォトニック結晶の空気孔の形成には、電子ビーム露光、塩素系のドライエッチングを、また、エアーブリッジ構造の形成にはフッ酸系のウェットエッチングを用いた。ドライエッチングのパタン形成用のマスクには、Ｎｉと電子線レジストの２層膜を用い、主なドライエッチング条件は、基板温度５０℃、加速電圧５００Ｖ、ガス圧力１ｘ１０−３Ｔｏｒｒとした。その後、ウエハの裏面を膜厚１５０μｍまで研摩し、所望の大きさに劈開して上記素子を作製した。ここで、フォトニック結晶のパタン形成には電子線描画法を用いているため、空気孔の直径、格子位相を十分の精度で形成することができた。
【００２９】
次にスイッチ特性の評価結果を述べる。信号光、制御光の光源には、光パラメトリック発振器を装備したモードロックチタンサファイヤパルスレーザ（パルス幅２ｐｓ）を２台準備して、それらを電気的に同期させて使用した。信号光の透過波形の測定には非線形結晶を用いた自己相関法用いた。スイッチング時間は遅延回路を用いたポンププローブ法で測定した。制御光パルスピーク波長１２９０ｎｍ、信号光パルスピーク波長１３１０ｎｍで測定したスイッチ特性を以下に示す。
【００３０】
実施例の異種フォトニック結晶光導波路を用いたスイッチでは、制御光パルスエネルギー１ｐＪで上側の信号光出力端での信号光消光比１２ｄＢが得られた。その際の、信号光の挿入損失は１２ｄＢであった。一方、特性比較のためのフォトニック結晶光導波路全体を低群速度フォトニック結晶光導波路ＰＣ２で構成した素子では、制御光パルスエネルギー３ｐＪで上側の信号光出力端での信号光消光比１０ｄＢが得られた。その際の、信号光の挿入損失は１６ｄＢであった。また、特性比較のためのフォトニック結晶光導波路全体を通常の群速度を持つフォトニック結晶光導波路ＰＣ１で構成した素子では、制御光パルスエネルギー１３ｐＪで上側の信号光出力端での信号光消光比７ｄＢが得られた。その祭の、信号光の挿入損失は１０ｄＢであった。また、いずれの素子においても、ＯＮ及びＯＦＦ制御光間隔６ｐｓでスイッチ動作を確認することができた。
【００３１】
以上の結果から、実施例の構造に比べ、低群速度ＰＣ２より構成される比較素子では、制御光パルスエネルギーが３倍大きく、信号光の挿入損失が６ｄＢ大きい。これは、図２Ａの比較構造Ｂでの透過率の劣化から理解できる。また、通常の群速度を持つＰＣ１より構成される比較素子では、制御光パルスエネルギーが１０倍以上大きく、信号光の消光比が５ｄＢほど小さい。この結果は、図２Ｂに示したように、本発明の低群速度を使った場合の光学特性増強効果として理解できる。この場合、光学特性増強効果は、制御光による効率的に量子ドットを励起することと合わせ、信号光の位相変化を増強する効果がある。
【００３２】
従って、本実施例の結果は、前述の計算結果を裏付けるものと考えられ、本実施例の有効性を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１Ａ】本発明の異種接続フォトニック結晶光導波路構造の１例を示す上面図である。
【図１Ｂ】通常郡速度ＰＣ導波路３，５のフォトニック結晶光導波路に対応する計算により求めた分散図（波数ｋと周波数の関係）を示す図である。
【図１Ｃ】低郡速度ＰＣ導波路４のフォトニック結晶光導波路に対応する計算により求めた分散図（波数ｋと周波数の関係）を示す図である。
【図２Ａ】上段部にフォトニック結晶光導波路を模式的に示し、横軸に入射光の入力位置からの距離を、縦軸に、フォトニック結晶光導波路中での透過率を示した図である。
【図２Ｂ】異種フォトニック結晶の母体となるＧａＡｓ半導体に吸収を持たせた場合のＦＤＴＤ計算による導波路内での伝搬パルスエネルギーの減衰（左軸）、及び群屈折率（右軸）を示す図である。
【図３】本発明の応用例であるマッハツェンダ型全光スイッチを平面図で示す模式図である。
【符号の説明】
【００３４】
１，２…両端に設けられたバルク光導波路、３，５…通常郡速度ＰＣ導波路、４…低郡速度ＰＣ導波路、１１…パルスソース、１５，１６…ＩｎＡｓ量子ドットを選択的に形成した２つの非線形導波路部、１７…３つの光入力端となる３ｄＢ結合器導波路構造を持つ入力用導波路部、１８…２つの出力端と３ｄＢ結合器導波路構造を持つ出力用導波路部、１００…実施例の構造Ｃのフォトニック結晶導波路の透過率を示す線、２００…構造Ａのフォトニック結晶導波路の透過率を示す線、３００…構造Ｂのフォトニック結晶導波路の透過率を示す線。
【図１Ａ】
2005250398.tif 000003
【図１Ｂ】
2005250398.tif 000004
【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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