(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
a) 少なくとも１つのガラス粉体とバインダからなる材料をダイを通して押出し成形し、第２の表面から離間した第１の表面を有する物体を形成する押し出しステップと、
b) 前記物体を加熱して、バインダを取り除くとともにガラス体を形成するガラス粉体粘性焼結を行う加熱ステップと、
c) 前記ガラス体からガラスファイバ若しくはロッドを線引きする線引ステップと、からなる予め選択された波長バンドを伝搬するバンドギャップを有するフォトニック結晶の製造方法であって、
前記表面の各々は面積を有しており、複数のチャネルが前記第１の表面から前記第２の表面まで延在して前記表面の各々に開口を形成し、前記チャネルは断面を有する仕切壁によって互いに分割されて、前記壁の横断面は前記表面の各々において互いの開口の配列を分割していることを特徴とするフォトニック結晶の製造方法。
【請求項２】
前記押し出しステップは、a) 前記物体のチャネルの周期配列及び前記表面の各々にチャネルの開口を形成するステップを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記チャネルを脱気するステップ若しくは前記ガラスファイバ又はロッドにおける前記チャネルを液体で充填するステップを更に含み、脱気されたチャネルは第１の誘電定数を有し、液体充填されたチャネルは第２の誘電定数を有し、及び前記壁は第３の誘電定数を有し、前記第１及び第２の表面に亘って及びグラスファイバ又はロッドの交差する前記第１及び第２の表面間に位置する前記グラスファイバ又はロッドのすべての面領域に亘って誘電定数の周期的な変化を与えることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
ステップc)の後に、前記ロッド若しくはファイバをガラス形成材料でオーバークラッディングするステップと、
オーバークラッドロッド若しくはファイバを形成するために前記材料を粘性焼結するステップと、
線引によって前記オーバークラッドロッド若しくはファイバの直径を減じるステップと、
を更に含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
ステップa)の後に、
− 柔軟材料で前記複数のチャネルを充填するステップと、
− 前記第１及び第２の表面間の軸と平行方向に、少なくとも１つの減寸ダイを通して、前記第１及び第２の表面の面積及び前記表面間の前記物体のすべての横断面の面積を減じる前記物体を押し出すステップと、
− 前記複数のチャネルから前記柔軟材料を除去するステップと、を更に含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本出願は、1998年7月30日出願の米国仮出願第60/094,609号による利益を請求する。
本発明は、フォトニック結晶及びフォトニック結晶からなる受動素子の製造方法に関する。特に、本方法は１つ以上の押し出し工程を含み、物体を粘性焼結する工程によって多孔質体若しくはチャネル化体を製造する。焼結されてチャネル化された物体は加熱されて最終的な直径に線引きされる。
【０００２】
【従来の技術】
フォトニック結晶は、周期的に変化する誘電定数を有する構造体である。周期構造は、一次、二次若しくは三次元構造であってもよい。フォトニック結晶は、特定の光波長の透過を許容する一方で、それ以外の光波長の透過を妨げる。したがって、フォトニック結晶は、結晶から排除される波長バンドを定義する許容された光波長バンド及びバンドギャップを有すると言われている。
【０００３】
現在、長距離通信での使用において注目されている波長は、約800nmから1800nmの範囲である。特に、約1300nmから1600nmの範囲の波長バンドが注目されている。
かかるバンドギャップ内の波長を有する光は、フォトニック結晶を通過することができない。一方で、かかるバンドギャップの上下のバンドの波長の光は、結晶内を伝搬することができる。フォトニック結晶は、ブラッグ散乱方程式の解に類似するバンドギャップのセットを呈する。バンドギャップは、誘電定数の変化のパターン及び周期によって決定される。したがって、誘電定数の変化の周期的な配列は、格子原子によるＸ線波長のブラッグ散乱と類似の特定波長光に対するブラッグ散乱としての作用を有する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
フォトニック結晶の誘電率の周期変化に欠陥をもたらすことで、結晶内の伝搬を許容若しくは許容しない光波長を変化させることが出来る。フォトニック結晶を伝搬することはできないが、欠陥領域を伝搬することができる光は、欠陥領域内に閉じ込められる。したがって、結晶内の点欠陥は、局所化された「光キャビティ」として働き得る。フォトニック結晶内の線欠陥は、バンドギャップ内の波長を有するモードの導波路として作用し得るのと同様に、結晶格子は、結晶の欠陥線に導波光を閉じ込める役割を有する。バンドギャップ内の光波長に対して、三次元フォトニック結晶の特定の線欠陥は、導波路チャネルとして作用する。かかるフォトニック結晶の構造及び機能の論文として、ヨアンノポウラス氏（Joannopoulos）等による1997年3月13日のネイチャー誌第386巻第143乃至149頁の「フォトニック結晶：光の新規なツイストの導入（Photonic Crystals: putting a new twist on light）」がある。
【０００５】
誘電定数の変化周期がブラッグ散乱を経た光波長のオーダーであるときに、１次オーダーのバンドギャップ現象が観測される。したがって、上記の如き、すなわち約1300nmから1600nmの範囲の対象となる波長に対して、変化周期が約500nmのときに１次のバンドギャップが達成される。しかしながら、フォトニック結晶効果は、約0.1μmから５μmの範囲内の誘電率周期性を有する結晶で生じ得る。このようなより大きな空間的周期性を有する二次元若しくは三次元フォトニック結晶は、製造が困難である。
【０００６】
チュチンスキー（Tuchinskiy）氏の米国特許第5,774,779号において、多チャネル化構造の製造方法が開示されている。複数のロッドが互いに結束されて、押し出しによって直径が減じられる。かかる結束及び押し出しステップでは、１回以上の既に押し出されたロッドを使用して繰り返され得る。しかしながら、単位面積当たりのチャネル数で表されるチャネル密度がフォトニック結晶を形成するほどに十分に大きい線引ステップは開示されていない。
【０００７】
そこで、研究所の環境と比較して、製造環境においても反復自在、融通性が高く且つ潜在的に応用自在である二次元若しくは三次元のフォトニック結晶を製造する方法が必要とされる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の主たる目的は、ガラス線引技術と粉体押し出し技術を含む押し出し技術を融合して、全てのタイプのフォトニック結晶の製造上の課題を取り扱う。線引の術語は、ある材料の粘性体が予め選択された次元に延伸される工程を言う。物体が切断されることなく、この粘性体を延伸されるためには、物体に与えられる物体の粘度及び引張力が適宜調整される。物体の粘度は、物体の温度を制御することで制御することができる。
【０００９】
本発明の第１の特徴は、バンドギャップを有するフォトニック結晶の製造方法である。少なくとも１つのガラス粉体とバインダからなる材料がダイを通して押し出されて、互いに離間し且つ複数の開口を有する第１面及び第２面を有する物体を形成する。各々の表面に形成された各開口は、チャネルの端部であって、これらは２つの表面の間の範囲に沿って延在する。
【００１０】
本発明の結晶を製造するのに適したガラス粉体は、パイレックス（商標）及び実質的に純粋なシリカ粉体を含む。押し出し体は、第１の温度に加熱されてバインダが取り除かれる。更に、より高い第２の温度に加熱されてガラス粉体の粒子を粘性焼結し、焼結押し出しガラス体を形成する。この焼結ガラス体は、更に加熱されて２面の間の範囲に沿って線引きされて、２つのチャネル間に延在するチャネルの直径を減じる。線引き体は、ファイバ若しくはロッドの長軸に沿って延伸された複数のチャネルを有するガラスロッド若しくはガラスファイバと呼ばれる。線引温度は、一般的に焼結温度よりも高いが、特定のガラス組成及び線引張力の場合、線引温度は焼結温度未満であり得る。
【００１１】
押し出しの後、物体を線引き炉へ入れるのに大きすぎる場合、付加的な工程が行われる。すなわち、２つの表面間の範囲と垂直な物体の断面積及びこのようなチャネルの束の寸法は、以下のステップ：
− チャネルを柔軟材料で満たすステップと、
− １つ以上の一連の減寸ダイを通して、チャネルを通る方向に物体を通過させるステップと、
− 柔軟材料を除去するステップ、によって減じられる。
【００１２】
仮出願第60/068230号に記載のマイクロ結晶性ワックスの如き柔軟材料は、物体が１つ以上の一連の減寸ダイを通過するときにチャネルを維持することを与える。減寸ダイは、物体の断面寸法に相応した寸法の「漏斗」型の入口と、入口に対して少なくとも１／２倍に寸法を減少させる出口とを有する。減寸工程の後、柔軟材料が除去される。
【００１３】
フォトニック結晶として機能するチャネル化されたガラスファイバのために、チャネル開口部の配列は、ファイバの表面全体に周期的に分布する。長距離通信において、この時、特定の興味ある波長に対して、最終的な線引きされたファイバ若しくはロッドの配列の周期は、約0.4μmから５μmの範囲である。本願明細書において記載及び開示される新規な方法は、40μm、好ましくは５μm未満、最も好ましくは１μm未満の周期を有する配列を形成し得る。
【００１４】
また、チャネルの誘電定数は、有益なバンドギャップを与えるためには約３倍のチャネル壁を形成する材料の誘電定数でなければならない。例えば、チャネルは空気で満たされるか若しくは誘電定数に必要な差を与えるために真空引きされ得る。選択肢として、チャネルは、ガラス体の誘電定数と比較して適当な誘電定数を有するいかなる固体若しくは流体で実質的に満たされていてもよい。
【００１５】
フォトニック結晶に要求される寸法は、使用用途次第である。結晶若しくは結晶欠陥を通って伝搬する結晶への入射光ビームで照射される結晶の面積は、特に重要である。例えば、ビーム面積は、ビームのモードフィールド直径によって特徴づけられ得る。現時点における光長距離通信での最大の関心事である波長、すなわち、約1300nmから1600nmの範囲において、モードフィールド直径は、約10μm未満であると予想される。したがって、結晶の側方照射の場合、周期的な形態の長さ方向に沿って計測されるフォトニック結晶の適切な長さは、３μmから12μmの範囲である。
【００１６】
フォトニック結晶の周期的な特徴の長さ方向と垂直な平面の面積は、約100μm2から1.25mm2の範囲内で選択される。より大きな断面積が本願明細書において記載される結束技術を用いて可能である。しかしながら、結束ステップは、例えばロッドの如き、結束体を形成する部材中に均一な周期性を与えるのには適していない。結束された部材で共通した周期性を維持することは、加熱及び線引きステップの間において維持される互いの相対方位を与え得るロッドの場合においてより特徴的である。例えば、正方形、矩形及び六角形のロッドは、線引ステップを通して維持されるであろう最密充填若しくは他の予め選択されたパターンに配置され得る。
【００１７】
領域のこのような選択は、伝搬される光波長と比較して大きく、カプラ及びスプリッタとしての導波路パスの形で線欠陥を許容する。しかしながら、フォトニック結晶若しくは欠陥を有するフォトニック結晶において、バンドギャップの算出が実質的な範囲において無限の結晶構造に基づくとの仮定を含むと理解されなければならない。実際上、「無限の」寸法を有する結晶を構成することは、実験的に保証されなければならない問題である。
【００１８】
実際問題として、ここに開示及び記載されている方法を使用して形成されるフォトニック結晶の長さは、線引ガラス体からスライスカットされ得る技術のみによってローエンドに制限される。光学回路において必要とされる長さと比較して、長さの潜在的な上限は非常に大きい。本方法は、合理的には、少なくとも数十センチメートルオーダーの長さを有するフォトニックファイバ結晶を生成するものと思われる。
【００１９】
押し出されるガラス材料は、好ましくは約５μm未満の粒子サイズを有する。かかるサイズは、真っ直ぐに粒子を押し出し且つ任意的に減じて粒子を押し出すための実際的な上限である10粒子径未満のチャネルの押し出し壁厚さを許容すると共に、押し出し材料に良好な結合を与える。しかしながら、粘性焼結の後にサイズ減少の大きい部分で行われる場合には、より大きな粒子サイズを使用することが出来る。なぜなら焼結ステップの間に粒子が同一性を失うからである。
【００２０】
押し出しダイは、押し出しステップの間にローカル欠陥若しくは線欠陥を細長体に与えるのに使用できる。故に、キャビティ共振器、導波路若しくは複数の導波路は、押し出しステップで形成され得る。押し出し体の整合性が押し出しステップの間で維持されなければならないと理解されるだろう。したがって、フォトニック結晶の表面全体に亘るボイドタイプの欠陥の場合、最外環状層、すなわちクラッド層は、線引ステップの間で維持されなければならない。線引工程の後、押し出し体の整合性を維持するために与えられている層が公知の機械的若しくは化学的手段によって除去され得る。かかる層が信号光に対して透明な場合、線引後、その場所に残存していてもよい。
【００２１】
選択肢として、ローカル欠陥若しくは線欠陥は、機械的若しくは化学的手段を用いて壁構造の部分を除去する線引の前に、押し出し体中に形成され得る。選択肢として、欠陥はチャネルを嵌入若しくは埋め戻すことによって形成され得る。減寸ダイ押し出しが使用される場合、埋め込みは、かかるステップの前若しくは後になされ得る。
【００２２】
特に有益なフォトニック結晶素子は、２本の互いに交差する導波路パスを有するものである。線欠陥、すなわち結晶中の導波路に沿って伝搬する光がバンドギャップ内にあるように結晶周期性が選択される。したがって、２本の導波路パスの直角交差であっても、伝搬する光は、実質的な損失を有さずに直角に曲がるであろう。唯一起こり得る損失は、光入力ポートによる後方散乱である。ここで再び、光が実質的に損失を有さずに曲がるという記載は、結晶範囲の無限性を暗黙に含んでいることに注意すべきである。
【００２３】
本方法は、また、導波路の長軸に沿って延在し且つ導波路の端部で終わる特定の予め選択されたチャネルパターンを有する光導波路ファイバの製造にも適する。他のチャネルパターンも有益であることが理解されるだろう。例えば、長軸に沿ったチャネルは断続的であっても良く、周期構造の代わりにランダムに分布しても、若しくは導波路長の僅かなセグメントのみに亘って延在していても良い。また、周期的若しくはランダムパターンを有する長軸を交差させたチャネルは、光導波路通信システムに有益な特定の伝播特性を生じると判るであろう。長軸を交差させたチャネルを製造する方法は、線引と同時若しくは線引後に行われる穴あけステップを含む。
【００２４】
研究に値する典型的な構成は、導波路ファイバの中心部分が固体ガラスのものである。導波路の中心部分は、導波路のクラッドを実質的に形成するチャネル化構造体に接し且つこれに包囲されている。このような構造は、非常に広い波長範囲に亘って、シングルモードを伝搬する導波路ファイバを与えることがわかった。例えば、1997年のオプティカル・レタース第22巻第13号第961頁のバークス氏（Birks）等による「永久シングルモードフォトニック結晶ファイバ（Endlessly Single Mode Photonic Crystal Fibers）」を参照されたい。チャネル数が変化し、周期が変化し若しくは複数のチャネルサイズが使用されると、このような導波路特性の変化が予測される。後者の場合、チャネルの少なくとも２つのサイズが使用され得て、各々のサイズは選択された周期性パターンに適合する。ペースト若しくはプラスチック材料の押し出しのためのダイの製造技術は公知である。サイズ及び周期性の組合せのいずれであっても、線欠陥、キャビティ欠陥若しくは多孔質クラッドに対して必要とされるダイは、公知である。したがって、ここではダイについてこれ以上詳述しない。
【００２５】
この種の複数のチャネルサイズのフォトニック結晶構造と関連するバンドギャップの議論において、例えば、1996年9月30日のフィジカル・レビュー・レターズ第77巻第14号第2949頁乃至第2952頁のアンダーソン（Anderson）氏等による「より大なる二次元フォトニックバンドギャップ（Larger Two Dimensional Photonic Band Gaps）」を参照のこと。かかる引用例において、バンドギャップを有し、異なるチャネルサイズの数が２つである構造の例が記載されている。
【００２６】
本方法の他の潜在的に役立つ実施例は、より小さい寸法のチャネルの周期配列に囲まれた中心チャネルを含む光導波路ファイバである。この種の構成のためのバンドギャップの存在は、理論的には存在するが、実験によっては見出されなかった。上記した如く、ダイ技術は、後の寸法の減少、粘性焼結および導波路ファイバを形成する線引のためのこの種の押し出し体の形成方法にある。
【００２７】
本発明の第２の特徴において、本方法は第１の特徴にて説明したように、複数のガラスロッド若しくはチューブを形成するために使用されても良い。より小さい直径のロッド若しくはファイバにガラスロッドを加熱・線引きするステップに先だって、少なくとも２本のロッドが１単位として結束・線引きされ得る。この単位は、単一のステップ若しくは目標サイズが達されるまで線引・再結束ステップが繰り返されて線引きされ得る。最終的に生じる細長体は、「多結晶」体、すなわち同じ周期性を有するが、この周期性が１つのフォトニック結晶から隣へは維持されずに配向したフォトニック結晶クラスター、若しくは、複数の周期性、すなわち複数の透過バンドとバンドギャップを有するフォトニック結晶のクラスターであり得る。
【００２８】
上述の如く、かかる結束方法及び結束されたロッドの形によると、本結束方法は、多結晶体若しくはフォトニック結晶のクラスタからなる物体のいずれかのタイプを生じ得る。
本発明の更なる特徴は、ここに記載及び開示される方法を使用して製造され得るフォトニック結晶である。
【００２９】
更に、本発明の別の特徴は、異なる誘電定数を有し、一つ以上の適当なバインダで混合された少なくとも２種類のガラス粉体が同時に押し出されて、物体の一端から他端まで延在するガラス／バインダタイプのフィラメントの周期配列を有する細長体を形成し、他のガラス／バインダタイプからなる壁によって互いに分割されたフォトニック結晶の製造方法である。従来技術において、壁を形成しているガラス製バインダは、しばしばマトリックスガラスと称する。少なくとも２つのガラスタイプを含む結晶体を作る代替方式は、最初の押し出しにおいて形成されるチャネルを埋め戻すか若しくは詰め込むステップを含む。最初の押し出しステップによって、本発明の第１の特徴にて説明したようなステップを実質的に使用させ得る。
【００３０】
【発明の実施の形態】
フォトニック結晶技術は、まだ急速な発展段階であって、基本的な形状、特性及び二次元又は三次元結晶の使用がテストされている段階である。
押し出しプロセスは、多種多様なフォトニック結晶の製造に非常に適している。理由は、以下である：
− 押し出し技術は、広範囲の材料及び形状に押し出しを行うために利用できるという点において成熟している。
− 非常に小さい壁厚さ、高度な開口正面領域及び高いチャネル（セル）密度（単位断面積あたりのチャネル（セル）数で計測される）を有する周期構造を形成することができる。
− 例えば、被覆ダイ及びミキサー手段によって汚染を防止することができる故、押し出し構造体の純度が初期材料の純度だけによって制限される。
− バインダと混合されたアモルファスシリカ粉体の如き材料がガラス初期材料として互換性を有する。
− 減寸押し出し手段によって、初期若しくは押し出しステップで形成された物体の断面積を変化させることで容易に広範囲にわたるチャネル密度を得ることが出来る。
【００３１】
押し出し工程は、他において文献化されている故、本願明細書においては詳細には記載しない。本願明細書で記載された本発明において使用される押し出し方法と装置は、例えば、バグリー（Bagley）氏による米国特許第3,790,654号、及びカニングハム（Cunningham）氏等による米国特許第4,902,216号において開示されており、これらを引用することで本願明細書はこれらを包含しているものとする。この技術は、同時に何万ものチャネルを押し出すことができる。
【００３２】
シリカ粉末やパイレックス（商標）の如き典型材料を最初に押し出してダイを通過させると、１cm2あたり約62本のチャネル密度が形成された。続いて、漏斗状の減寸ダイによって、かかる押し出し体を通過させると、１cm2あたり約6200本のチャネル密度を生じ得る。さらに高いチャネル密度は、粘性焼結押し出し基板を加熱線引きすることによって達成される。
【００３３】
図９に記載の減寸ダイ本体78は、押し出し体72が導入される入力漏斗74とともに示されている。図示されない押し出し体への前方方向への力の負荷機構によって、押し出し体を減少断面76へと通過させて、減寸体80を押し出す。
減寸押し出しの後、均一な壁厚さとみなして、チャネル中心間の最小間隔は、30μmのオーダーである。これは最小限のウェブ厚さが約10粒子径であるという要求によってセットされる制限である。この壁厚さは、また、加熱及び線引きに続く押出し成形によって達成されると理解される。すなわち、減寸ステップは任意であって、典型的には、線引き炉の寸法が制限因子となる。
【００３４】
フォトニック結晶の特定の応用のための特徴的な間隔を得るために、スペクトルの近赤外線部分において、約λ/3若しくは0.5μmの間隔が要求される。しかしながら、この間隔の特徴は、サブミクロンレベルよりも大きく、数ミクロンオーダーにもなり得て、有益なフォトニック結晶構造を更に生じることができる。いずれにせよ、押し出し工程は、フォトニック結晶構造体を形成するために使用し得る。構造体が押し出された後に、任意には、減寸ダイに物体を通過させて更に減寸し、かかる後の物体は、バインダを取り除くために加熱されて、そして、加熱・線引きされた物体を形成するように粘性焼結され、更に物体の厚さ寸法を減じて、１０分の１オーダーの所望のピッチと光学的にアクティブな構造を達成する。
【００３５】
線引の組み合わせと共に、押し出し技術の組合せは、フォトニック結晶を製造するための特徴的で用途の広いプロセスを提供する。形状の寸法精度を維持すると共に、押し出し工程は、広範囲にわたる断面形状を提供する。押し出しの寸法精度を上回る線引工程の寸法精度は、これらの２つの工程の組合せをフォトニック結晶製造の強力なツールとする。
【００３６】
周期配列は、いくつもの種類のチャネルを含む必要はない。例えば、押し出し工程、例えば埋め戻し若しくは共押し出し工程によって、一つ以上の初期材料を使用することができて、ある材料の周期構造を他の材料のマトリックス内に埋め込むことができるのである。すなわち、フォトニック結晶は、固体材料の誘電定数の周期変化を呈する固体のガラス体である。
【００３７】
図１に示される粘性焼結若しくは押し出し成形体は、正方形のチャネルの周期配列である。かかる物体は、バインダにシリカ粉末の押し出し体から作られる。押し出し体は、バインダを取り除くために加熱される。その後、物体は、粘性焼結するために加熱される。配列の規則性に注目されたい。フォトニック結晶に選択される最終的な構成によって、押出し線引き体のチャネル８及び壁（ウェブ）６のいずれかが結晶の周期的な特徴として機能する。
【００３８】
線引工程の概略図は、図２Ａに示される。必要な場合、押し出し減寸粘性焼結体10は、炉12の中に吊り下げられる。炉内にガラス体を与える手段を含む吊り下げ手段は図示されていないが、公知技術である。コイル14は、炉12の発熱体を表す。炉の一端部近傍の加熱ゾーンの局在化は、把持手段18によって焼結体10から線引される連続且つ均一なガラスロッド若しくはファイバ16を許容するように、炉内に温度分布を与える。線引きされたロッド若しくはファイバ16を中継するタイプを含む他の把持手段は公知である。押出し成形されて減寸される物体10は、線引ステップの間に粘性焼結され得る。非焼結体の引っ張り強度は、線引張力をサポートするのに十分である。上記の如く、押し出し体若しくは押出し成形焼結体が小さな直径を有する場合、減寸ステップを省くことができ、押し出しステップのすぐ後に線引が開始される。必要な寸法は、実質的に、大部分の線引き炉と互換性を持つサイズである約５cmよりも大きくない直径を有するプリフォームに押し出され得る。
【００３９】
本発明の他の実施例において、線引方法は２段階のステップで実施される。粘性焼結体は、最初に外層クラッドであるロッド若しくはファイバに線引きされて、ファイバに線引きされる、かかるファイバは、典型的には、100ミクロンオーダーのクラッド直径及び10ミクロンのフォトニック結晶コア直径を有する。このステップは、非常に高いチャネル密度を有する構造を得るためには有益であろう。
【００４０】
図２Ｂに示される断面図は、押し出しチャネル体、押出し成形されて減寸されたチャネル体若しくは押出し成形されて減寸されて線引されたチャネル体を表す。チャネルは、ガラス20に形成された周期配列22として示されている。
図２Ｂの構造において、周期配列22はガラスフィラメント端部の配列であると理解される。ここでガラス配列22の誘電定数は、ガラスマトリックス20の誘電定数とは異なる。したがって、チャネルを有する物体を記載する際において、同時に出願人は、誘電定数差の周期配列を形成するように他方に埋め込まれた第１及び第２のガラスからなる物体を記載している。
【００４１】
本発明の重要な特徴の１つは、断面形状が減寸されるステップにおいても押し出された形状を実質的に保存し得ることである。
図２Ｃの面28で示す予め選択された周期性を有するフォトニック結晶及びより大きい面領域を生じるために、図２Ｃの26で示される複数の押出し成形体若しくは押し出して減寸されたチャネル体は、線引を補助するような、例えば外周チューブ24を使用して結束されて、１単位として線引きされる。選択肢として、異なる周期性を有するチャネル化された物体が図２Ｃに示すように結束されて、１単位として線引きされ得る。これによって、異なるバンドパス及びバンドギャップ波長を有する一組のフォトニック結晶を形成する。線引きの単位は、はさまれたいくつかの周期性を有し、異なる結晶構造を有するか若しくは不規則に配列された結晶からなり得る。いくつかのチャネル化された物体は、ランダム化するために故意に実行される周期性を有し得る。このフィールドデータの要求は、本願明細書において記載されて開示された工程の組合せの多様性に適する。
【００４２】
図３は、通過バンド及びバンドギャップ波長の範囲の相対的な大きさを示している。光の周波数（相対的単位）は、Ｘ軸上の光波長ベクトル（相対的単位）に対してＹ軸にプロットされている。第１、第２及び第３のバンドギャップ30、32及び34は、それぞれ点線内で周期的に示される。許容若しくは伝搬できる周波数帯は、各々のギャップの上下にある。
【００４３】
本願明細書において記載されている方法を使用して製造されるフォトニック結晶の実施例が図４に示される。押し出しステップ、及びこれに続く押し出し体の焼結及び線引は、マトリックスガラス36を通って延在するチャネル38の周期配列を有する細長いロッド若しくはファイバ40を形成する。
開示された方法を使用して製造されるフォトニック結晶の他の実施例は、図５において例示される。ここで、チャネルの周期パターンは、２つの交差線欠陥44及び46を含むように変化する。交差線欠陥が結晶のバンドギャップの波長を有する光に対して導波路パスとなるように線欠陥の幅が選択される。全く過剰損失を生じることなしに鋭い曲げであっても、フォトニック結晶は光を導波する。矢印48及び50は、光の進行方向を示す。導波路パスは、第１の押出し成形ステップにおいて結晶内に形成され、加熱及び線引ステップにおいても維持される。本実施例における光学経路方向は、フォトニック結晶の中央線に関して非ゼロの角度であって、故に、フォトニック結晶ロッド若しくはファイバの側部から光が入出することに注目されたい。
【００４４】
フォトニック結晶クラッド層を有する導波路は、図６に図示される。固体ガラスコア56は、フォトニック結晶52によって包囲されている。円54は、材料の位置若しくは誘電定数の周期配列を形成するチャネルを示す。本願明細書において記載される新規な方法によって容易に製造することのできる導波路構造は、シングルモードを伝搬する導波路に亘って波長の非常に広い範囲を提供することがわかった（上記引用例を参照のこと）。
【００４５】
重要であると考慮された導波路構造は、図７に図示される。この場合、コア領域58は、フォトニック結晶マトリックスガラス62の中空円筒である。上述のように、円60は、ガラス62において埋め込まれる周期的な誘電定数の配列を表す。円60は、導波路長に沿って延在するチャネル若しくはガラスフィラメントを表す。  新規な方法の他の実施例として、図８は、マトリックスガラス70に埋め込まれる周期的形態66及び64の２つの組を示す。円及び点の組は、周期配列のそれぞれの典型である。かかる形態のサイズ若しくは周期性は、特定のバンドギャップを与えるように選択され得る。ここで再び、押し出し技術は、かかる種の重なり合い若しくは織り交ぜ構造を形成することに非常に適している。
【００４６】
本発明の多様な実施例が上に開示されて、記載されてきたにもかかわらず、本発明は特許請求の範囲だけに制限される。
【図面の簡単な説明】
【図１】粘性焼結押し出し体の図である。
【図２Ａ】線引き炉内における粘性焼結押し出し体の図である。
【図２Ｂ】押し出し体若しくは線引き体の断面図である。
【図２Ｃ】線引前の押し出し体の束の図である。
【図３】フォトニック結晶の通過バンド及びバンドギャップを示すチャート図である。
【図４】周期的な特徴を示す押し出し若しくは線引きされたフォトニック結晶の長軸方向に対する横断面図である。
【図５】導波路パスを有する２次元フォトニック結晶の図である。
【図６】固体ガラスコア及びフォトニック結晶クラッドを有する導波路ファイバの図である。
【図７】より小さい開口部若しくはフィラメントからなるフォトニック結晶に包囲されている大きい中央経路を有する導波路ファイバの図である。
【図８】第２のチャネルサイズを有する第２の周期構造体を埋め込んだ第１のチャネルサイズを有する第１の周期構造を与えるために重畳される異なるサイズのチャネルの図である。
【図９】減寸ダイの図である。
【符号の説明】
6           仕切壁
8           チャネル
10          押し出し減寸粘性焼結体
12          炉
14          コイル
16          ファイバ
20          ガラスマトリックス
22          ガラス配列
24          チューブ
26          チャネル体
30、32、34  バンドギャップ
72          押し出し体
74          入力漏斗
76          減少断面
78          減寸ダイ本体
80          減寸体
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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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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