(57)【要約】【課題】実際のデバイスの光閉じこめ構造形成のために全体の屈折率分布を与えたり、外部の導波路や光ファイバ等との接続を低損失で行うための屈折率分布構造を導入したフォトニック結晶及びその製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】光照射により屈折率が変調される物質で構成される光の波長オーダーの周期構造領域と、前記周期構造領域を包含する全体が一様な屈折率変化の生じた領域との構成により、光デバイス作製に適用できるフォトニック結晶を提供できるという作用を有する。【選択図】図１ 
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光照射により屈折率が変調される物質で構成される基板と、前記基板上に形成された屈折率が光の波長オーダーで周期的に異なる周期構造領域と、前記周期構造領域を包含し、一様に屈折率が変化した領域とを有するフォトニック結晶。
【請求項２】
光照射により屈折率が変調される物質で構成される基板と、前記基板上に形成された屈折率が光の波長オーダーで周期的に異なる周期構造領域と、前記周期構造領域を包含し、複数の異なる屈折率分布を有する領域を有するフォトニック結晶。
【請求項３】
２次元又は３次元の周期構造領域を有する請求項１又は２記載のフォトニック結晶。
【請求項４】
基板への紫外線照射による屈折率の変調構造を有する請求項１、２又は３記載のフォトニック結晶。
【請求項５】
光照射により屈折率が変調される物質に光照射することにより、異なる屈折率をもつ物質で構成される光の波長オーダーの周期構造領域を形成する工程と、前記光照射により屈折率が変調される物質に光照射することにより、前記周期構造領域を包含し、かつ全体が一様な屈折率変化の生じた領域を形成する工程とを、一度の光照射で行うフォトニック結晶の製造方法。
【請求項６】
光照射により屈折率が変調される物質に光照射することにより、異なる屈折率をもつ物質で構成される光の波長オーダーの周期構造領域を形成する工程と、前記光照射により屈折率が変調される物質に光照射することにより、前記周期構造領域を包含し、異なった屈折率分布の生じた領域を形成する工程とを、一度の光照射で行うフォトニック結晶の製造方法。
【請求項７】
位相マスクを通して、屈折率周期構造形成のための±１次光成分の照射と同時に、０次光成分の光照射を行う請求項５又は６記載のフォトニック結晶の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信や光情報処理の分野に用いられ、通常のバルク型のガラス等を用いた光学部品では実現困難な、光の屈折や集光、分波等の様々な機能を持つフォトニック結晶及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光通信や光情報処理用のデバイス分野において、微細な屈折率の周期構造（フォトニック結晶構造）を用いることで特性の著しい改善や新しい機能創出を狙った提案が数多くなされている。フォトニック結晶構造についての従来技術として、電磁波や電子線の照射による２次元もしくは３次元の屈折率周期構造（多次元回折格子）の製造法について例えば特許文献１に示される「多次元回折格子および多次元回折格子の製造方法」がある。
【０００３】
図４は特許文献１に示されている多次元回折格子および多次元回折格子の製造方法を示しており、この図４を参照して説明する。回折格子の書き込み方法は、図４（a）に示す様に、まず、レーザ光１による2光束を対向して結晶２に入射させ、屈折率の異なる領域を周期的に形成し、1次元の回折格子３を書き込む。書き込まれる回折格子３の周期は、レーザ光１の波長により決まり、例えばアルゴンレーザの 514.5nmの波長の光を用いる場合約164nmとなる。次に同図（b）に示す様に結晶２を90°回転させて、（c）に示す様に先に書き込んだ回折格子３に対して直交方向にも回折格子３を書き込み、2次元回折格子を得る。次に（d）に示す様に結晶２をさらに90°回転させて、（e）に示す様に今までに書き込まれた回折格子３に対して直交方向にも回折格子３を書き込み、3次元回折格子を得る。
【特許文献１】特開２０００−１９３８１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の多次元回折格子および多次元回折格子の製造方法では２つのレーザ光の干渉縞を用いた屈折率周期構造を形成できるが、実際のデバイスの光閉じこめ構造形成のための全体の屈折率分布を与えたり、外部の導波路や光ファイバ等との接続を低損失で行うための屈折率分布構造の形成は困難であるという課題を有している。
本発明は上記従来技術の課題を解決するもので、光デバイス作製に適用できるフォトニック結晶及びその製造方法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】
【０００５】
この目的を達成するために本発明は、光照射により屈折率が変調される物質で構成され、異なる屈折率をもつ物質で構成される光の波長オーダーの周期構造領域と、前記周期構造領域を包含し、かつ全体が一様な屈折率変化の生じた領域を備える構成とする。また、光照射により屈折率が変調される物質で構成され、異なる屈折率をもつ物質で構成される光の波長オーダーの周期構造領域と、前記周期構造領域を包含し、かつ場所的に異なった屈折率分布の生じた領域を備える構成とする。また、２次元もしくは３次元の周期構造領域を備えた構成とする。また、ガラスへの紫外線照射による屈折率の変調構造を備えた構成とする。
【０００６】
また、周期構造領域を形成する光照射と、前記周期構造領域を包含し、かつ全体が一様な屈折率変化の生じた領域を形成する光照射とを、一度の光照射で行う方法を備えた製造方法とする、また、周期構造領域を形成する光照射と、前記周期構造領域を包含し、かつ
場所的に異なった屈折率分布の生じた領域を形成する光照射とを、一度の光照射で行う方法を備えた製造方法とする。また、位相マスクを通した光照射により形成する屈折率変調構造において、屈折率周期構造形成のための±１次光成分の照射と同時に、０次光成分の照射を行う製造方法とする。
【０００７】
本発明は上記構成によって、光デバイス作製に適用できるフォトニック結晶を提供することができる。また、一度の光照射でフォトニック結晶を製造できる簡便な製造方法を提供することすることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、光照射により屈折率が変調される物質で構成される光の波長オーダーの周期構造領域と、前記周期構造領域を包含する全体が一様な屈折率変化の生じた領域との構成により、光デバイス作製に適用できるフォトニック結晶を提供できる。
【０００９】
また、光照射により屈折率が変調される物質で構成される光の波長オーダーの周期構造領域と、前記周期構造領域を包含し、かつ場所的に異なった屈折率変化の生じた領域との構成により、複雑なデバイス構成や外部との光結合にも対応可能な光デバイス作製に適用できるフォトニック結晶を提供できる。
【００１０】
また、２次元もしくは３次元の周期構造領域を備えた構成により、通常の光学材料を用いるレンズやプリズム等の光学部品では実現不可能な光の屈折や分光特性、光の出射制御等の機能を持つ光デバイス作製に適用できるフォトニック結晶を提供できる。
また、ガラスへの紫外線照射による屈折率の変調構造を備えたにより、安価で安定性の高い材料であるガラスを用いた光デバイス作製に適用できるフォトニック結晶を提供できる。
【００１１】
また、光照射により屈折率が変調される物質で構成される光の波長オーダーの周期構造領域と、前記周期構造領域を包含する全体が一様な屈折率変化の生じた領域とを一度の光照射で行うことにより、光デバイス作製に適用できるフォトニック結晶の製造方法を提供できる。
【００１２】
また、光照射により屈折率が変調される物質で構成される光の波長オーダーの周期構造領域と、前記周期構造領域を包含し、かつ場所的に異なった屈折率変化の生じた領域とを一度の光照射で行うことにより、光デバイス作製に適用できるフォトニック結晶の製造方法を提供できる。
【００１３】
また、屈折率周期構造形成のための±１次光成分の照射と同時に、０次光成分の照射を行うことにより、１つの位相マスクを用いた光照射プロセスで行えるフォトニック結晶の製造方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の請求項１に記載の発明は、光照射により屈折率が変調される物質で構成される基板と、前記基板上に形成された屈折率が光の波長オーダーで周期的に異なる周期構造領域と、前記周期構造領域を包含し、一様に屈折率が変化した領域とを有するフォトニック結晶であり、光デバイス作製に適用できるフォトニック結晶を提供できるという作用を有する。
【００１５】
本発明の請求項２に記載の発明は、光照射により屈折率が変調される物質で構成される基板と、前記基板上に形成された屈折率が光の波長オーダーで周期的に異なる周期構造領域と、前記周期構造領域を包含し、複数の異なる屈折率分布を有する領域を有するフォト
ニック結晶であり、複雑なデバイス構成や外部との光結合にも対応可能な光デバイス作製に適用できるフォトニック結晶を提供できるという作用を有する。
【００１６】
本発明の請求項３に記載の発明は、２次元又は３次元の周期構造領域を有する請求項１又は２記載のフォトニック結晶であり、請求項１もしくは請求項２による作用に加え、通常の光学材料を用いるレンズやプリズム等の光学部品では実現不可能な光の屈折や分光特性、光の出射制御等の機能を持つ光デバイス作製に適用できるフォトニック結晶を提供できるという作用を有する。
【００１７】
本発明の請求項４に記載の発明は、基板への紫外線照射による屈折率の変調構造を有する請求項１、２又は３記載のフォトニック結晶であり、請求項１もしくは請求項２による作用に加え、安価で安定性の高い材料であるガラスを用いた光デバイス作製に適用できるフォトニック結晶を提供できるという作用を有する。
【００１８】
本発明の請求項５に記載の発明は、光照射により屈折率が変調される物質に光照射することにより、異なる屈折率をもつ物質で構成される光の波長オーダーの周期構造領域を形成する工程と、前記光照射により屈折率が変調される物質に光照射することにより、前記周期構造領域を包含し、かつ全体が一様な屈折率変化の生じた領域を形成する工程とを、一度の光照射で行うフォトニック結晶の製造方法であり、光デバイス作製に適用できるフォトニック結晶の製造方法を提供できるという作用を有する。
【００１９】
本発明の請求項６に記載の発明は、光照射により屈折率が変調される物質に光照射することにより、異なる屈折率をもつ物質で構成される光の波長オーダーの周期構造領域を形成する工程と、前記光照射により屈折率が変調される物質に光照射することにより、前記周期構造領域を包含し、異なった屈折率分布の生じた領域を形成する工程とを、一度の光照射で行うフォトニック結晶の製造方法であり、光デバイス作製に適用できるフォトニック結晶の製造方法を提供できるという作用を有する。
【００２０】
本発明の請求項７に記載の発明は、位相マスクを通して、屈折率周期構造形成のための±１次光成分の照射と同時に、０次光成分の光照射を行う請求項５又は６記載のフォトニック結晶の製造方法であり、請求項５もしくは請求項６による作用に加え、１つの位相マスクを用いた光照射プロセスで行えるフォトニック結晶の製造方法を提供できるという作用を有する。
【００２１】
（実施の形態１）
本発明第１の実施の形態を図１により説明する。図１はフォトニック結晶領域を含む全体が一様な屈折率変化の生じた構造全体の概略を示しており、１０１は高ゲルマニウムドープガラス基板、１０２はフォトニック結晶領域、１０３は一様な屈折率変化の生じた領域である。
【００２２】
以上のように構成されたフォトニック結晶について説明する。
【００２３】
ここでは屈折率変化を起こさせる物質ゲルマニウムを高い濃度でドーピングしたガラス基板を用いている。この物質に書き込まれた２次元の回折格子（点線で囲まれた領域）はフォトニック結晶として機能する。このフォトニック領域を含んで全体に一様な屈折率変化が生じている領域があり、ここはガラス基板の屈折率に対して実効屈折率が大きくなっている。このような構成を利用すれば、実際の光デバイスの光閉じこめ構造形成や、外部の導波路や光ファイバ等との接続を低損失で行うことなどが可能となる。
【００２４】
以上のように、本実施形態によれば、光デバイス作製に適用できるフォトニック結晶を
提供できる。
【００２５】
なお、本実施の形態の、フォトニック結晶は２次元の回折格子を使用しているが、１次元や３次元のフォトニック結晶で実施することでも本発明が有効となることは明らかである。また、屈折率変化が生じている領域の形状はデバイス構造に会わせて変化させても本発明が有効となることは明らかである。
【００２６】
本実施の形態におけるフォトニック結晶の製造方法は下記第３の実施の形態に示す。
【００２７】
（実施の形態２）
本発明第２の実施の形態を図２により説明する。図２はフォトニック結晶領域を含む場所的に異なった屈折率変化の生じた構造全体の概略を示しており、２０１は高ゲルマニウムドープガラス基板、２０２はフォトニック結晶領域、２０３は一様な屈折率変化の生じた領域Ａ、２０４は一様な屈折率変化の生じた領域Ｂ、２０５は一様な屈折率変化の生じた領域Ｃである。
【００２８】
以上のように構成されたフォトニック結晶について説明する。
実施の形態１と同様にここでも屈折率変化を起こさせる物質ゲルマニウムを高い濃度でドーピングしたガラス基板を用いている。この物質に書き込まれた２次元の回折格子（点線で囲まれた領域）はフォトニック結晶として機能する。このフォトニック領域を含んで一様な屈折率変化が生じている複数の領域形成しており、各Ａ、Ｂ、Ｃ領域はガラス基板の屈折率に対して実効屈折率が大きくなっている。各領域の実効屈折率の大きさは同じであっても異なっていても構わない。以上のように、本実施形態によれば、複雑なデバイス構成や外部との光結合にも対応可能な光デバイス作製に適用できるフォトニック結晶を提供できる。
【００２９】
なお、本実施の形態の、フォトニック結晶は２次元の回折格子を使用しているが、１次元や３次元のフォトニック結晶で実施することでも本発明が有効となることは明らかである。
【００３０】
本実施の形態におけるフォトニック結晶の製造方法は下記第３の実施の形態に示す。
【００３１】
（実施の形態３）
本発明第３の実施の形態を図３により説明する。図３はフォトニック結晶領域とフォトニック結晶領域を含む一様な屈折率変化の生じた領域とを一度の光照射で形成する製造方法フローの概略を示しており、３０１は高ゲルマニウムドープガラス基板、３０２は露光用の光源、３０３は光源から出射した紫外光、３０４は屈折率変化を生じさせるための干渉パターンを作り出すための位相マスク、３０５は紫外光による露光をブロックするための露光ブロッキングマスクである。ここで、通常位相マスクでは、＋１次光と−１次光との干渉により干渉パターンを作り出し、０次光成分をほぼ０としているが、この場合の位相マスクでは、全体の屈折率変化を生じさせるために０次光成分の照射が可能となっている。
【００３２】
以上のように構成された製造方法のフローについて説明する。
【００３３】
紫外線照射による屈折率変化を大きくさせるために、高ゲルマニウムドープガラス基板を準備する。この基板に位相マスクを通じて紫外光を照射するが、この際屈折率変化を生じさせない非露光領域のためにガラス基板上に露光ブロッキングマスクを配置しておく。この構成で紫外線照射を行うと＋１次光と−１次光との干渉により生じた干渉パターンによる屈折率変化の周期構造領域と、０次光による一様な屈折率変化の生じた領域とを同時
に形成できる。
【００３４】
以上のように、本実施形態によれば、光照射により屈折率が変調される物質で構成される光の波長オーダーの周期構造領域と、前記周期構造領域を包含する全体が一様な屈折率変化の生じた領域とを一度の光照射で行うことにより、光デバイス作製に適用できるフォトニック結晶の製造方法を提供できる。
【００３５】
なお、本実施の形態の、位相マスクの大きさや回折効率、紫外光の強度等の特性は適宜設定し実施することで本発明が有効となることは明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明のフォトニック結晶は、例えば、光通信や光情報処理の分野に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明第１の実施の形態におけるフォトニック結晶を示す図
【図２】本発明の第２の実施形態におけるフォトニック結晶を示す図
【図３】本発明の第２の実施形態におけるフォトニック結晶の製造方法を示す図
【図４】従来例における多次元回折格子および多次元回折格子の製造方法を示す図
【符号の説明】
【００３８】
１０１  高ゲルマニウムドープガラス基板
１０２  フォトニック結晶領域
１０３  一様な屈折率変化の生じた領域
２０１  高ゲルマニウムドープガラス基板
２０２  フォトニック結晶領域
２０３  一様な屈折率変化の生じた領域Ａ
２０４  一様な屈折率変化の生じた領域Ｂ
２０５  一様な屈折率変化の生じた領域Ｃ
３０１  高ゲルマニウムドープガラス基板
３０２  露光用光源
３０３  紫外光
３０４  位相マスク
３０５  露光ブロッキングマスク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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