(57)【要約】【課題】口径の大きな入射ビームと結合できるバルク導波路であっても、任意の位置の受光部に受光させるバルク導波路を作製することは困難であった。【解決手段】ビーム８の入射角に対して負の屈折角を有する第１光学部材３と、入射角に対して正の屈折角を有する第２光学部材４とを備え、第１光学部材３と第２光学部材４は、光軸上に２つ、または交互に縦列配置されている光伝送デバイス１４である。第１光学部材３と第２光学部材４の、厚さおよび数を調整することにより、任意の位置に配置された受光部５で受光できる光伝送デバイス１４を容易に作製できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビームの入射角に対して負の屈折角を有する第１光学部材と、
前記入射角に対して正の屈折角を有する第２光学部材とを備え、
前記第１光学部材と前記第２光学部材は、光軸上に２つ、または交互に縦列配置されている光伝送デバイス。
【請求項２】
前記ビームは、拡散光であり、
前記第１光学部材と前記第２光学部材は、互いに、光路長が等しく、前記ビームの群速度の絶対値が等しい、請求項１に記載の光伝送デバイス。
【請求項３】
前記ビームは、平行光であり、
前記第１光学部材における前記ビームの群速度および前記第２光学部材における前記ビームの群速度は、前記光軸からの距離に応じて変化する、請求項１に記載の光伝送デバイス。
【請求項４】
前記第１光学部材における前記ビームの群速度および前記第２光学部材における前記ビームの群速度の絶対値は、前記光軸からの距離に応じて低下しない、請求項３に記載の光伝送デバイス。
【請求項５】
前記ビームは、平行光であり、
前記第１光学部材の屈折率および前記第２光学部材の屈折率は、前記光軸からの距離に関して変化する、請求項１に記載の光伝送デバイス。
【請求項６】
前記ビームは、平行光であり、
入射端は、曲面を有する前記第１光学部材で構成されている、請求項１に記載の光伝送デバイス。
【請求項７】
前記曲面は、凸状である、請求項６に記載の光伝送デバイス。
【請求項８】
前記ビームの最外周の前記曲面への入射点においては、前記入射点での垂線および前記光軸を含む平面への前記ビームの投影成分と前記光軸とのなす角度は、（１）前記垂線と前記光軸とのなす角度と異符号である、または（２）前記垂線と前記光軸とのなす角度と非異符号であって、その絶対値が前記垂線と前記光軸とのなす角度の絶対値よりも小さい、請求項７に記載の光伝送デバイス。
【請求項９】
少なくとも前記第１光学部材は、フォトニック結晶で構成されている、請求項１に記載の光伝送デバイス。
【請求項１０】
前記第１光学部材における前記ビームの波長に関する位相速度は、前記第２光学部材における前記ビームの波長に関する位相速度と実質的に等しい、請求項１に記載の光伝送デバイス。
【請求項１１】
前記第１光学部材と前記第２光学部材の、前記ビームの群速度の絶対値は等しく、
少なくとも、前記第１光学部材または前記第２光学部材は複数であり、かつ、少なくとも、前記第１光学部材または第２光学部材に厚さの異なるものが含まれている、請求項１に記載の光伝送デバイス。
【請求項１２】
前記第１光学部材の厚さおよび／または前記第２光学部材の厚さは、前記光軸の方向に関して変化する、請求項１１に記載の光伝送デバイス。
【請求項１３】
前記第１光学部材の厚さの合計は、前記第２光学部材の厚さの合計よりも大きい、請求項１１に記載の光伝送デバイス。
【請求項１４】
前記第１光学部材とも前記第２光学部材とも異なる第３光学部材が、隣り合う一組の前記第１光学部材と前記第２光学部材との間に配置されている、請求項１に記載の光伝送デバイス。
【請求項１５】
入射端および出射端が前記第１光学部材で構成された、請求項１に記載の光伝送デバイスと、
前記光伝送デバイスの前記出射端の近傍に配置された受光部と、を備えた受光モジュール。
【請求項１６】
前記光伝送デバイスの前記入射端におけるビーム径は、前記光伝送デバイスの前記出射端におけるビーム径とは異なる、請求項１５に記載の受光モジュール。
【請求項１７】
前記ビーム径は、前記光軸の方向に関して変化する、請求項１６に記載の受光モジュール。
【請求項１８】
前記ビーム径は、前記光軸の方向に関して実質的に減少していくように変化する、請求項１７に記載の受光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を伝送するための導波路などに利用可能な光伝送デバイスおよび受光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
光を伝送する導波路としては、光軸に非平行な、例えば垂直な方向に屈折率差あるいは反射部を設けて全反射あるいは部分反射の繰り返しで光を伝送するチャネル導波路や、光軸上に複数のレンズやミラーを設けてビーム変換しながら光を伝送するバルク導波路がある。なお、便宜上、単数レンズあるいはミラーで光を結合する場合も、バルク導波路に分類する。
【０００３】
そして、最近では、光の波長レベルの周期で屈折率を変調したフォトニック結晶のフォトニックバンドを利用する、従来の材料では不可能な現象を応用した光導波の研究も、盛んである。
【０００４】
フォトニック結晶を利用したチャネル導波路としては、光源波長に対してフォトニックバンドギャップを提供する一様な周期の屈折率変調構造内に周期を乱すチャネル状の周期欠陥部分を作製して、そのチャネル状の周期欠陥部分のみに光を導波するものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
図１２は、特許文献１に開示されているフォトニック結晶導波路の概略を示す構成図を示している。
【０００６】
このフォトニック結晶導波路１００は、シリコンからなる基板１０１上に、スラブ光導波路１０２が設けられている。スラブ光導波路１０２のコア層には、その周りのコア層の部分よりも屈折率の大きい円柱形状の屈折率変化領域１０８が正三角格子状に設けられて、フォトニック結晶１０９を構成している。この一様な周期の屈折率変調構造を有するフォトニック結晶１０９内に、屈折率変化領域１０８を設けない周期欠陥部分を作ることにより、光導波領域１０５を形成している。
【０００７】
フォトニック結晶導波路１００に接続される入力光ファイバー１０３から入力される入力光１０６は、屈折率変化領域１０８によるブラッグ条件を満たす波長の光のみが光導波領域１０５に閉じ込められて伝搬していき、出力光１０７として出力光ファイバー１０４へ伝送される。
【０００８】
しかし、このようなフォトニック結晶導波路１００では、従来のチャネル導波路と同様に入射側で結合できる入射ビーム径に制限が生じ、１〜２周期の欠陥幅でチャネル幅が１μｍ以下となるため、従来の通常の導波路に比べて結合が困難である。
【０００９】
つまり、フォトニック結晶導波路１００は、光ファイバーなどに一度結合すれば高速で遠方まで光伝送を可能とし、受光側の結合が入射側の結合に影響されることがないが、高速伝送用はコア断面が小さいので、入射側において直径１００μｍ以上のビームと結合ができない。
【００１０】
一方、フォトニック結晶を用いると、その結晶構造により、負の屈折角を実現できることが知られている（例えば、特許文献２参照）。このフォトニック結晶の負の屈折角という光学的特性を利用して、上記の大口径の入射ビームとの結合の困難性の問題を解消した光結合装置が開示されている（例えば、特許文献３参照）。
【００１１】
図１３（ａ）は、通常の物質における屈折現象を示す模式図を、図１３（ｂ）は、フォトニック結晶において空気から光ビームを入射した場合の屈折現象を示す模式図をそれぞれ示している。
【００１２】
レンズ、プリズムに代表されるような光ビームの伝搬方向を制御する素子では、外側（通常は空気）と素子側材料の屈折率の違いに応じてビームの伝搬方向が変化する、いわゆる屈折現象を利用している。この場合、入射角に対する屈折角の大きさは、境界面の両側の材料の屈折率の比によって決まる（スネルの法則）。例えば、図１３（ａ）に示すように、媒質１１１の屈折率（通常のガラスでは１．５程度）が媒質１１０の屈折率（空気では１）よりも大きい場合には、屈折角は入射角よりも小さくなる。すなわち、屈折角は入射角と同じ符号となる。
【００１３】
これに対して、フォトニック結晶を用いると、その結晶構造によって、通常の光学系ではあり得ない屈折角を実現できる。図１３（ｂ）に示すように、屈折率１の空気からフォトニック結晶１１２に入射したビームを、入射したビームと同じ側に屈折させること、すなわち負の屈折角で屈折させることができる。構造パラメータによってフォトニック結晶１１２の結晶構造を制御することにより、このような負の屈折角を実現できる。
【００１４】
図１４は、負の屈折角というフォトニック結晶の光学的特性を利用してバルク導波路を構成している、特許文献３の光結合装置における光の軌跡を示す模式図である。
【００１５】
この光結合装置を構成しているフォトニック結晶１２０は、光源波長に対して折り返しにより傾きが負になっているバンドが存在するフォトニック結晶であり、入射ビームに対して屈折角が負となる方向に光を伝搬させる。
【００１６】
Ａ点の光源からフォトニック結晶１２０に入射した光は、負の屈折角の方向に屈折してフォトニック結晶１２０内を伝搬し、出射する場合も負の屈折角の方向に屈折して伝搬する。図１４に示すように、入射した屈折光がフォトニック結晶１２０内で交差するようにフォトニック結晶１２０の屈折角を調整することにより、Ａ点の光源から出た光を、空気中のＢ点で集光させることができる。この集光点Ｂに光ファイバー１２１の端面を配置して、Ａ点の光源からの光を光ファイバー１２１に結合させている。
【特許文献１】特開平１１−２１８７０７号公報
【特許文献２】特開２００５−４２２５号公報
【特許文献３】特開２００４−１３３０４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、特許文献３の構成の光結合装置の場合には、任意の受光位置に光を誘導する光結合装置を作製することが困難であった。
【００１８】
この問題の詳細について、以下に説明する。
【００１９】
図１４に示す光結合装置は、フォトニック結晶１２０の出射端でのビーム状態の制御を、フォトニック結晶１２０の屈折角と光路長で行っている。その屈折角は、フォトニック結晶１２０の設計で決まり、原理的には構造設計によりいかなる屈折角も実現できるが、実際に作製する際には、フォトニック結晶の材料や加工方法による制約を受けるため、実現する屈折角によって、作製が容易なものと困難なものがある。
【００２０】
つまり、図１４に示す構成の光結合装置で、任意の受光位置に光を誘導できる光結合装置を製造するためには、その受光位置にするための所定の屈折角となるフォトニック結晶の構造設計を行わなければならず、さらに、その所定の屈折角によっては、構造設計通りに作製することが困難な場合も出てくる。
【００２１】
本発明は、上記従来のこのような課題を考慮し、口径の大きい入射ビームと結合でき、任意の受光位置に光を誘導できる、作製が容易な光伝送デバイスおよび受光モジュール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】
【００２２】
上述した課題を解決するために、第１の本発明は、
ビームの入射角に対して負の屈折角を有する第１光学部材と、
前記入射角に対して正の屈折角を有する第２光学部材とを備え、
前記第１光学部材と前記第２光学部材は、光軸上に２つ、または交互に縦列配置されている光伝送デバイスである。
【００２３】
また、第２の本発明は、
前記ビームは、拡散光であり、
前記第１光学部材と前記第２光学部材は、互いに、光路長が等しく、前記ビームの群速度の絶対値が等しい、第１の本発明の光伝送デバイスである。
【００２４】
また、第３の本発明は、
前記ビームは、平行光であり、
前記第１光学部材における前記ビームの群速度および前記第２光学部材における前記ビームの群速度は、前記光軸からの距離に応じて変化する、第１の本発明の光伝送デバイスである。
【００２５】
また、第４の本発明は、
前記第１光学部材における前記ビームの群速度および前記第２光学部材における前記ビームの群速度の絶対値は、前記光軸からの距離に応じて低下しない、第３の本発明の光伝送デバイスである。
【００２６】
また、第５の本発明は、
前記ビームは、平行光であり、
前記第１光学部材の屈折率および前記第２光学部材の屈折率は、前記光軸からの距離に関して変化する、第１の本発明の光伝送デバイスである。
【００２７】
また、第６の本発明は、
前記ビームは、平行光であり、
入射端は、曲面を有する前記第１光学部材で構成されている、第１の本発明の光伝送デバイスである。
【００２８】
また、第７の本発明は、
前記曲面は、凸状である、第６の本発明の光伝送デバイスである。
【００２９】
また、第８の本発明は、
前記ビームの最外周の前記曲面への入射点においては、前記入射点での垂線および前記光軸を含む平面への前記ビームの投影成分と前記光軸とのなす角度は、（１）前記垂線と前記光軸とのなす角度と異符号である、または（２）前記垂線と前記光軸とのなす角度と非異符号であって、その絶対値が前記垂線と前記光軸とのなす角度の絶対値よりも小さい、第７の本発明の光伝送デバイスである。
【００３０】
また、第９の本発明は、
少なくとも前記第１光学部材は、フォトニック結晶で構成されている、第１の本発明の光伝送デバイスである。
【００３１】
また、第１０の本発明は、
前記第１光学部材における前記ビームの波長に関する位相速度は、前記第２光学部材における前記ビームの波長に関する位相速度と実質的に等しい、第１の本発明の光伝送デバイスである。
【００３２】
また、第１１の本発明は、
前記第１光学部材と前記第２光学部材の、前記ビームの群速度の絶対値は等しく、
少なくとも、前記第１光学部材または前記第２光学部材は複数であり、かつ、少なくとも、前記第１光学部材または第２光学部材に厚さの異なるものが含まれている、第１の本発明の光伝送デバイスである。
【００３３】
第１光学部材は負の屈折角を有し、第２光学部材は正の屈折角を有しているので、これらが交互に縦列された構成では、入射した拡散ビームは、第１光学部材内では集光し、第２光学部材内では拡散しながら伝搬していく。第１光学部材と第２光学部材の厚さを異ならせることで、集光する光路長を拡散する光路長よりも長くすることができるので、光伝送デバイス内を伝搬するにしたがってビーム径を小さくすることができる。それとともに、入射光が角度ズレした場合でも出射位置における軸ズレを小さくすることができる。
【００３４】
また、第１２の本発明は、
前記第１光学部材の厚さおよび／または前記第２光学部材の厚さは、前記光軸の方向に関して変化する、第１１の本発明の光伝送デバイスである。
【００３５】
また、第１３の本発明は、
前記第１光学部材の厚さの合計は、前記第２光学部材の厚さの合計よりも大きい、第１１の本発明の光伝送デバイスである。
【００３６】
また、第１４の本発明は、
前記第１光学部材とも前記第２光学部材とも異なる第３光学部材が、隣り合う一組の前記第１光学部材と前記第２光学部材との間に配置されている、第１の本発明の光伝送デバイスである。
【００３７】
また、第１５の本発明は、
入射端および出射端が前記第１光学部材で構成された、第１の本発明の光伝送デバイスと、
前記光伝送デバイスの前記出射端の近傍に配置された受光部と、を備えた受光モジュールである。
【００３８】
また、第１６の本発明は、
前記光伝送デバイスの前記入射端におけるビーム径は、前記光伝送デバイスの前記出射端におけるビーム径とは異なる、第１５の本発明の受光モジュールである。
【００３９】
また、第１７の本発明は、
前記ビーム径は、前記光軸の方向に関して変化する、第１６の本発明の受光モジュールである。
【００４０】
また、第１８の本発明は、
前記ビーム径は、前記光軸の方向に関して実質的に減少していくように変化する、第１７の本発明の受光モジュールである。
【００４１】
出射端におけるビーム径を入射端におけるビーム径よりも小さくできるとともに、入射光が角度ズレした場合でも出射位置における軸ズレを小さくすることができる。
【発明の効果】
【００４２】
本発明により、口径の大きい入射ビームと結合でき、任意の受光位置に光を誘導できる、作製が容易な光伝送デバイスおよび受光モジュールを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００４４】
（実施の形態１）
図１に、本発明の実施の形態１の受光モジュールの構成概要図を示す。
【００４５】
図１を主として参照しながら、以下に本実施の形態１の受光モジュールの構成および動作について説明を行う。
【００４６】
本実施の形態１の受光モジュールは、伝送部１４と受光部５を備えている。
【００４７】
伝送部１４は、自由空間２で隔てられた光源１からの入射光８の入射角に対して負の屈折角を有する複数の負屈折フォトニック結晶３と、入射角に対して正の屈折角を有する複数の正屈折フォトニック結晶４とを備えている。負屈折フォトニック結晶３と正屈折フォトニック結晶４とは、伝送部１４の入射端１２と出射端１３の両方が負屈折フォトニック結晶３となるように、伝送部１４の光軸２２上に交互に縦列配置されている。
【００４８】
受光部５は、伝送部１４の出射端１３の近傍あるいは接する位置で、受光部５の光軸が、伝送部１４の光軸２２と重なるように配置されている。
【００４９】
この場合、光源１は光ファイバーの端面などであり、伝送部１４の入射端１２近くに配置されているので、光源１からの入射光８は拡散光である。
【００５０】
なお、伝送部１４が、本発明の光伝送デバイスの一例にあたる。また、負屈折フォトニック結晶３が、本発明の第１光学部材の一例にあたり、正屈折フォトニック結晶４が、本発明の第２光学部材の一例にあたる。なお、本発明の第２光学部材には、空気等の気体は含まない。
【００５１】
図１に示すように、伝播方向にビーム径１１が大小の変化を繰り返すが、伝播方向にビーム径１１の極大値がほぼ一定に維持されるように、負屈折フォトニック結晶３の光路長６および正屈折フォトニック結晶４の光路長７が設計されている。図１は、負屈折フォトニック結晶３と正屈折フォトニック結晶４の群速度の絶対値が等しい場合の例を示しており、この場合には、負屈折フォトニック結晶３と正屈折フォトニック結晶４の個々の光路長は等しくなる。
【００５２】
ここで、図２（ａ）および（ｂ）も参照しながら、本実施の形態１の受光モジュールの動作原理に着目しつつ、本実施の形態１の受光モジュールの構成および動作についてより詳細に説明を行う。
【００５３】
図２（ａ）は、負の屈折角を有する負屈折フォトニック結晶および正の屈折角を有する正屈折フォトニック結晶のフォトニックバンドの概要図を、図２（ｂ）は、負屈折フォトニック結晶および正屈折フォトニック結晶の分散面の概要図を、それぞれ示している。
【００５４】
まず、負屈折フォトニック結晶と正屈折フォトニック結晶が三角格子のフォトニックバンドを形成する場合の、伝搬光の振る舞いを説明する。
【００５５】
負屈折フォトニック結晶および正屈折フォトニック結晶のフォトニックバンドと、光源から入射端の負屈折フォトニック結晶に至る自由空間の空気とのブリルアンゾーン内の分散曲線を描くと、図２（ａ）となる。ただし、実線が負屈折フォトニック結晶、破線が正屈折フォトニック結晶、点線が空気の場合を示している。
【００５６】
図２（ａ）より、三角格子のブリルアンゾーンのＫ方向とＭ方向の両方向において光源波長ω１での、負屈折フォトニック結晶、正屈折フォトニック結晶、および空気の位相速度（Γ点と分散曲線上の点を結んだ直線の傾き）は全て正符号であるが、群速度（分散曲線上の点における接線の傾き）は、負屈折フォトニック結晶が負で正屈折フォトニック結晶と空気は正である。
【００５７】
すなわち、光源波長ω１では、負屈折フォトニック結晶では光波の位相の進行方向とビームの伝搬方向が逆であるのに対して、正屈折フォトニック結晶と空気は光波の位相の進行方向とビームの伝搬方向が同じである。
【００５８】
これが、負屈折フォトニック結晶が負の屈折角を持つ理由である。
【００５９】
つまり、負屈折フォトニック結晶と、正屈折フォトニック結晶および空気とでは、境界面の垂線に対して互いに逆の方向に屈折する。
【００６０】
また、光源波長ω１での、負屈折フォトニック結晶、正屈折フォトニック結晶、および空気のブリルアンゾーン内の分散面を描くと、図２（ｂ）となる。ただし、実線が負屈折フォトニック結晶、破線が正屈折フォトニック結晶、点線が空気の場合を示し、細点線はブリルアンゾーン内の負屈折フォトニック結晶の分散面を描くため補助的に作図した負屈折フォトニック結晶の各逆格子点での分散面である。
【００６１】
図２（ｂ）より、空気と正屈折フォトニック結晶の分散面が円形であるのに対し、負屈折フォトニック結晶の分散面は、Ｍ方向やＫ方向の内側に弧を描く複数の円弧、およびＫ方向には突起を有する閉曲線で構成される。
【００６２】
図２（ｂ）のように、空気から最初の負屈折フォトニック結晶に光がｚ方向から軸ズレして入射した場合、負屈折フォトニック結晶と正屈折フォトニック結晶との境界面は全て光軸に垂直なので、運動量の保存則からｘ成分は保存される。したがって、負屈折フォトニック結晶の分散面上のｘ成分が保存される点、すなわち前述の閉曲線上の点Ａにおけるグラジエント（分散面の垂線方向）が、負屈折フォトニック結晶内で伝搬する、すなわち屈折する方向となる。
【００６３】
点Ａにおける負屈折フォトニック結晶の分散面の垂線方向と正屈折フォトニック結晶の分散面の垂線方向とは、ｚ方向に関して線対称である。このため、図１に示されているように、拡散入射光８は、負屈折フォトニック結晶３内では集光光９となり、正屈折フォトニック結晶４内では拡散光１０となる。
【００６４】
このように、点Ａにおける負屈折フォトニック結晶の分散面の垂線方向と正屈折フォトニック結晶の分散面の垂線方向がｚ方向に対して線対称であれば、負屈折フォトニック結晶および正屈折フォトニック結晶の内部での集光と拡散の角度が等しいので、負屈折フォトニック結晶の光路長と正屈折フォトニック結晶の光路長とを等しくすることで、ビーム径の極大値をほぼ一定に維持した状態で出力端まで伝搬できる。
【００６５】
なお、前述したように、点Ａにおいて、負屈折フォトニック結晶の分散面上のｘ成分および正屈折フォトニック結晶の分散面上のｘ成分を入射光のｘ成分に等しくすることで、負屈折フォトニック結晶の光源波長での位相速度と正屈折フォトニック結晶の光源波長での位相速度とを等しくできるので、境界面でのフレネル反射を防止できる。
【００６６】
また、正屈折フォトニック結晶の使用するフォトニックバンドが最低バンド端よりも低周波数である場合には、正屈折材料として特にフォトニック結晶を使用する必要は無いが、フォトニック結晶を使用すると、最低バンド端よりも高周波数側の正の群速度のフォトニックバンドを使用することができる。
【００６７】
このようにして、負の屈折角を有する負屈折フォトニック結晶３と正の屈折角を有する正屈折フォトニック結晶４を伝送部１４の光軸２２上に交互に縦列し、集光光学系と拡散光学系を繰り返すことにより、チャネル導波路に必要であったコアを用いずにビームを伝送することができる。しかも、コアが無いので大口径入射光との結合が容易である。
【００６８】
また、伝送部１４をこのような負屈折フォトニック結晶３と正屈折フォトニック結晶４を交互に縦列した構成としたことにより、光源１に対する受光部５の位置を任意に配置できる伝送部１４を容易に作製できる。
【００６９】
例えば、図１の場合には、それぞれの負屈折フォトニック結晶３と正屈折フォトニック結晶４は、群速度の絶対値が等しく、かつ光路長の等しいものを用いており、この場合には、受光部５が配置されているＺ軸上のＰ７の点における集光と同様の集光状態が、光軸２２上のＰ１、Ｐ３、Ｐ５の各点の位置で再現される。つまり、図１では、負屈折フォトニック結晶３と正屈折フォトニック結晶４の合計７枚で伝送部１４を構成しているが、これを例えば、図１の入射端１２から３枚だけの構成とすればＰ３の位置に受光部５を配置でき、入射端１２から５枚だけの構成とすればＰ５の位置に受光部５を配置して受光させることができる。
【００７０】
さらに、図１の場合には、負屈折フォトニック結晶３と正屈折フォトニック結晶４の光路長が等しいものを縦列する構成としたが、これらとフォトニック結晶構造が同じもので厚さの異なるものを縦列させることで、Ｐ３、Ｐ５、Ｐ７点などの限られた位置だけではなく、任意の位置に受光部５を配置できる伝送部１４を構成することができる。フォトニック結晶構造を同じにすることにより、厚さが異なっても屈折角は同じなので、厚さを変化させることにより、任意の位置に集光位置がくるように制御できる。
【００７１】
したがって、それぞれ単一のフォトニック結晶構造の負屈折フォトニック結晶と正屈折フォトニック結晶を用意しておき、それぞれの厚さを調整したものを交互に縦列させることで、光源に対して受光部を配置する所望の位置に合わせた伝送部を作製することができる。単一のフォトニック結晶構造のフォトニック結晶を用いて厚さだけを調整するだけなので、新たなフォトニック結晶の構造設計を行う必要もなく、容易に任意の位置に集光できる伝送部を作製できる。
【００７２】
（実施の形態２）
図３および図４に、本発明の実施の形態２の受光モジュールの構成概要図を示す。図３は、入射光が角度ズレしない場合を、図４は、入射光が角度ズレして入射する場合をそれぞれ示している。それぞれ、図１と同じ構成部分には、同じ符号を用いている。
【００７３】
図３および図４を主として参照しながら、以下に本実施の形態２の受光モジュールの構成および動作について説明を行う。
【００７４】
実施の形態１の受光モジュールは、光路長の等しい負屈折フォトニック結晶３と正屈折フォトニック結晶４を交互に縦列して配置したのに対し、本実施の形態２の受光モジュールは、厚さを変化させた負屈折フォトニック結晶２３と正屈折フォトニック結晶２４を交互に縦列して配置した点が異なる。
【００７５】
本実施の形態２の伝送部３１は、入射端２９から出射端３０に向かって、それぞれ厚さが薄くなるように変化した負屈折フォトニック結晶２３と正屈折フォトニック結晶２４が、伝送部３１の入射端２９と出射端３０の両方が負屈折フォトニック結晶２３となるように、伝送部３１の光軸２２上に交互に縦列配置されている。
【００７６】
なお、負屈折フォトニック結晶２３が、本発明の第１光学部材の一例にあたり、正屈折フォトニック結晶２４が、本発明の第２光学部材の一例にあたる。また、伝送部３１が、本発明の、第１光学部材の厚さおよび第２光学部材の厚さが光軸の方向に関して変化する光伝送デバイスの一例にあたる。
【００７７】
本実施の形態２は、複数の負屈折フォトニック結晶２３の光路長２５および複数の正屈折フォトニック結晶２４の光路長２６を変えることにより、伝送部３１の入射端２９と出射端３０間で大小に変化するビーム径３２の極大値を変化させるものである。
【００７８】
図３および図４に示す本実施の形態２の受光モジュールは、入射端２９に対して出射端３０に向かうにしたがってビーム径を小さくする例を示しており、本発明の、ビーム径が光軸の方向に関して実質的に減少していくように変化する受光モジュールの一例にあたる。
【００７９】
負屈折フォトニック結晶２３と正屈折フォトニック結晶２４の屈折角の絶対値が等しい場合は、出射端３０でのビーム径を入射端２９のビーム径よりも小さくするために、各負屈折フォトニック結晶の光路長２５の合計が各正屈折フォトニック結晶の光路長２６の合計よりも長くなるようにする。
【００８０】
屈折角の絶対値の等しい負屈折フォトニック結晶と正屈折フォトニック結晶を用いる場合、入射端でのビーム径の半径をａ、負屈折フォトニック結晶の光路長の合計をＬｎ、正屈折フォトニック結晶の光路長の合計をＬｐ、屈折角をθとすると、出射端でのビーム径が入射端でのビーム径よりも小さくなるには、数１の関係が成り立つ必要がある。
（数１）
｜ａ−tanθ×Ｌｎ＋tanθ×Ｌｐ｜＜ ａ
数１より、ＬｎとＬｐの比は、数２を満足する必要がある。
（数２）
１ ＜  Ｌｎ／Ｌｐ  ＜  ２ａ／tanθ＋１
２ａ／tanθ＋１は、１〜∞の範囲で変化するので、出射端でのビーム径を入射端よりも小さくするためには、負屈折フォトニック結晶の光路長の合計Ｌｎを、正屈折フォトニック結晶の光路長の合計Ｌｐよりも大きくなるように設定すればよい。
【００８１】
図３に示すように、伝搬順序に従って光路長を短くしていくように変化させると、伝搬距離にしたがってビーム径３２の極大値が徐々に小さくなる。
【００８２】
図３は角度ズレしない入射光８が入射する場合を示しているが、図４のように、角度ズレした入射光１５が入射した場合は、負屈折フォトニック結晶２３が角度ズレを補正する役割をする。出射端３０に向かってビーム径３５の極大値を小さくするとともに、入射光の角度ズレがあっても出射光の軸ズレを小さくすることができる。当然、受光位置変動を０にする設計も可能である。
【００８３】
このように、本実施の形態２の受光モジュールは、入射端２９から出射端３０に向かって光路長を変化させた負屈折フォトニック結晶２３と正屈折フォトニック結晶２４を交互に縦列した構成としたことにより、出射端のビーム径を入射端のビーム径よりも小さくすることができるので、入射光の固定的な角度ズレや動的な角度ズレを気にせず大口径の入射ビームを受光面積の小さな受光部に容易に結合することができる。
【００８４】
もちろん、負屈折フォトニック結晶２３と正屈折フォトニック結晶２４を交互に縦列した伝送部３１と受光部分を一体化した場合の受光部５との角度ズレに伴う相対的な入射光の角度ズレに対しても、同様に効果がある。
【００８５】
（実施の形態３）
図５に、本発明の実施の形態３の受光モジュールの構成概要図を示す。図１と同じ構成部分には、同じ符号を用いている。
【００８６】
図５を主として参照しながら、以下に本実施の形態３の受光モジュールの構成および動作について説明を行う。
【００８７】
本実施の形態３の受光モジュールは、伝送部４９と受光部５を備えている。
【００８８】
伝送部４９は、負の屈折角を有する複数の分布型負屈折フォトニック結晶１７と、正の屈折角を有する複数の分布型正屈折フォトニック結晶１８とを備えており、入射端４７と出射端４８の両方が分布型負屈折フォトニック結晶１７となるように伝送部４９の光軸２２上に交互に縦列配置されている。分布型負屈折フォトニック結晶１７および分布型正屈折フォトニック結晶１８は、それぞれ、群速度の絶対値がほぼ光軸２２からの距離の２乗の逆数に比例して増加する群速度の分布を有している。
【００８９】
受光部５は、伝送部４９の出射端４８の近傍あるいは接する位置で、受光部５の光軸が、伝送部４９の光軸２２と重なるように配置されている。
【００９０】
そして、伝送部４９は、光源４１と自由空間４２で隔てられて配置されている。この場合、光源４１は、ビル間通信などのように伝送部４９と遠く離れた位置に配置されており、光源４１からの入射光はコリメート入射光１６である。
【００９１】
なお、伝送部４９が、本発明の光伝送デバイスの一例にあたる。また、分布型負屈折フォトニック結晶１７が、本発明の第１光学部材の一例にあたり、分布型正屈折フォトニック結晶１８が、本発明の第２光学部材の一例にあたる。また、コリメート入射光１６が、本発明の平行光の一例にあたる。
【００９２】
また、分布型負屈折フォトニック結晶１７においては、群速度が負であるため光軸２２からの距離にしたがって群速度が低下し、分布型正屈折フォトニック結晶１８においては、群速度が正であるため光軸２２からの距離にしたがって群速度が増加する。
【００９３】
分布型正屈折フォトニック結晶１８内では、光軸からの距離に従ってほぼ２乗の逆数に比例して群速度が増加、換言すれば屈折率が放物線状に低下する。このため、ＧＲＩＮレンズと同様に、伝搬光は光軸２２に沿って蛇行するように伝搬し、図５のように光路長が蛇行の１／４周期程度の場合は、拡散するビームに対して徐々に集光するように変化する。
【００９４】
一方、分布型負屈折フォトニック結晶１７内では、光軸２２からの距離に従ってほぼ２乗の逆数に比例して群速度が低下、換言すれば屈折率が放物線状に増加する。したがって、光軸２２から離れるにしたがって、図２の分布型負屈折フォトニック結晶の分散面のＭ方向の円弧の曲率半径が大きくなる、すなわち引っ込みが小さくなるので、分布型負屈折フォトニック結晶１７中の伝搬光は光軸２２から離れるにしたがってより光軸２２方向へ向くことになる。このため、ＧＲＩＮレンズと同様に、伝搬光は光軸２２に沿って蛇行するように伝搬し、図５のように光路長が蛇行の１／４周期程度の場合は、拡散するビームに対して徐々に集光するように変化する。
【００９５】
なお、図５の分布型負屈折フォトニック結晶１７および分布型正屈折フォトニック結晶１８に示す濃淡は、屈折率の分布を示している。濃い部分が、屈折率の大きい部分を示し、薄い部分が、屈折率の小さい部分を表している。
【００９６】
本実施の形態３の受光モジュールは、各分布型負屈折フォトニック結晶の光路長４３と、各分布型正屈折フォトニック結晶の光路長４４を等しくしているが、屈折率の分布係数は、分布型正屈折フォトニック結晶１８の方が分布型負屈折フォトニック結晶１７よりも小さくしている。つまり、光軸２２からの距離にしたがった屈折率の変化量は、分布型正屈折フォトニック結晶１８の方が緩やかである。
【００９７】
図５に示すように、入射光がコリメート入射光１６であるため、入射端４７にある１番目の分布型負屈折フォトニック結晶１７内では集光し、２番目の分布型正屈折フォトニック結晶１８内では境界面で拡散方向に屈折したビームが平行方向に変化し、３番目以降の分布型負屈折フォトニック結晶１７と分布型正屈折フォトニック結晶１８の縦列によって、前述したように集光と拡散が繰り返される。
【００９８】
ここで、屈折率の分布係数は、分布型正屈折フォトニック結晶１８の方が分布型負屈折フォトニック結晶１７よりも小さいので、伝送部４９内を伝搬する光のビーム径５０の極大値は、出射端４８に向かうにしたがって小さくなっていくので、受光面積の小さい受光部５でも容易に結合できる。
【００９９】
なお、分布型負屈折フォトニック結晶１７と分布型正屈折フォトニック結晶１８の各境界面での位相速度を等しくすることで、各境界面でのフレネル反射を低減できる。なお、本発明の「位相速度が実質的に等しい」とは、社会通念上、両者の位相速度が等しいとみなせる範囲のものを言う。
【０１００】
また、分布型正屈折フォトニック結晶１８を形成する分布型正屈折材料は、フォトニック結晶に限らず、正屈折のものであれば樹脂等、なんでも良い。
【０１０１】
なお、図５に示す伝送部４９では、分布型正屈折フォトニック結晶１８の方が、屈折率の分布係数が分布型負屈折フォトニック結晶１７よりも小さいものを用いることにより、それぞれ同じ光路長のものを用いて、伝送部４９内を伝搬する光のビーム径５０の極大値が出射端４８に向かうにしたがって小さくなるようにしたが、屈折率の分布係数が同じである分布型負屈折フォトニック結晶および分布型正屈折フォトニック結晶を用いて、分布型負屈折フォトニック結晶の光路長の方が長くなるような構成としても、光のビーム径の極大値が出射端に向かうにしたがって小さくなるようにすることができる。
【０１０２】
また、本実施の形態３の伝送部４９では、分布型負屈折フォトニック結晶１７および分布型正屈折フォトニック結晶１８のそれぞれにおいて、群速度の絶対値が光軸２２からの距離にしたがってほぼ２乗の逆数に比例して増加するものとしたが、これらの群速度の絶対値は光軸からの距離にしたがって一様に増加するものに限らず、光軸からの距離にしたがって群速度の絶対値が低下しないような分布であればよい。例えば、光軸から所定距離までの群速度は一定で、その所定距離の位置より遠い部分では光軸から遠ざかるにしたがって群速度の絶対値が増加するような分布であってもよい。
【０１０３】
図６は、本実施の形態３の他の構成の受光モジュールに、角度軸ズレしたコリメート光が入射した場合の伝搬状態を示す構成概要図を示している。
【０１０４】
図６に示す本実施の形態３の受光モジュールの伝送部５８は、図５に示す伝送部４９と同様に、負の屈折角を有する複数の分布型負屈折フォトニック結晶５１と正の屈折角を有する複数の分布型正屈折フォトニック結晶５２が交互に縦列に配置されている。
【０１０５】
分布型負屈折フォトニック結晶５１および分布型正屈折フォトニック結晶５２は、それぞれ、図５の分布型負屈折フォトニック結晶１７および分布型正屈折フォトニック結晶１８と同様の群速度の分布を有している。ただし、各分布型負屈折フォトニック結晶５１の厚さは、図５の各分布型負屈折フォトニック結晶１７と同じ厚さであるが、各分布型正屈折フォトニック結晶５２の厚さは、図５の各分布型正屈折フォトニック結晶１８よりも薄くしている。つまり、図６の伝送部５８において、各分布型正屈折フォトニック結晶５２の厚さは、各分布型負屈折フォトニック結晶５１よりも薄い。
【０１０６】
図６を用いて、この受光モジュールに角度ズレコリメート入射光１９が入射した場合の伝搬光の振る舞いについて説明する。
【０１０７】
角度ズレコリメート入射光１９が入射した場合でも、図６に示すように、図５の角度ズレが無い場合と同様に伝送部５８内で集光と拡散が繰り返され、出射端５７の分布型負屈折フォトニック結晶５１によって小さなビーム径５９の出射光が得られる。
【０１０８】
角度ズレ入射で重要なのは、ビーム中心の変化である。
【０１０９】
より具体的に述べると、入射端５６の分布型負屈折フォトニック結晶５１内では、ビームの中心が角度ズレコリメート入射光１９の角度ズレ方向と反対方向に屈折するので、角度ズレコリメート入射光１９の角度ズレは修正される。そして、２番目の分布型正屈折フォトニック結晶５２内では再度角度ズレ方向に変化する。
【０１１０】
もちろん、角度ズレの修正と再生は、３番目以降の分布型負屈折フォトニック結晶５１と分布型正屈折フォトニック結晶５２の縦列によって繰り返される。しかしながら、図６の受光モジュールの場合には、分布型正屈折フォトニック結晶５２の光路長５３を分布型負屈折フォトニック結晶５１の光路長４３よりも短くしたことで角度ズレの再生を小さくできるので、出射端５７でのビーム中心位置の軸ズレ距離を最小に抑えることができる。
【０１１１】
なお、分布型負屈折フォトニック結晶５１と分布型正屈折フォトニック結晶５２の各光路長を調整することにより、出射端５７でのビーム中心位置の軸ズレ距離を０にすることも、可能である。
【０１１２】
また、入射光がコリメート光でない場合についても、分布型負屈折フォトニック結晶５１や分布型正屈折フォトニック結晶５２の各光路長を調整することにより、同様にビームの中心位置の軸ズレ距離を最小にした集光光を出射させるようにすることができる。
【０１１３】
このように、本実施の形態３の受光モジュールは、群速度の絶対値が伝送部の光軸２２からの距離のほぼ２乗の逆数に比例して増加する分布型負屈折フォトニック結晶と分布型正屈折フォトニック結晶とを、入射端と出射端の両方が分布型負屈折フォトニック結晶となるように光軸２２上に交互に縦列し、出射端の近傍あるいは接する位置に受光部５を配置したことにより、入射光の状態に依らず受光部５との結合が安定な光学系を実現できる。
【０１１４】
（実施の形態４）
図７に、本発明の実施の形態４の受光モジュールの構成概要図を示す。図１および図５と同じ構成部分には、同じ符号を用いている。
【０１１５】
図７を主として参照しながら、以下に本実施の形態４の受光モジュールの構成および動作について説明を行う。
【０１１６】
本実施の形態４の受光モジュールは、伝送部６７と受光部５を備えている。
【０１１７】
伝送部６７は、実施の形態１と同様に、複数の負屈折フォトニック結晶６０と、複数の正屈折フォトニック結晶４とを備えており、負屈折フォトニック結晶６０と正屈折フォトニック結晶４とは、伝送部６７の入射端６４と出射端６５の両方が負屈折フォトニック結晶６０となるように、伝送部６７の光軸２２上に交互に縦列配置されている。
【０１１８】
そして、入射端６４の負屈折フォトニック結晶６０の入射面は、光軸２２方向に負の曲率半径の、凸状の曲面６６を有している。
【０１１９】
受光部５は、伝送部６７の出射端６５の近傍あるいは接する位置で、受光部５の光軸が、伝送部６７の光軸２２と重なるように配置されている。
【０１２０】
伝送部６７は、図１に示した実施の形態１の伝送部１４とは、入射端６４にある負屈折フォトニック結晶６０の形状のみが異なっている。
【０１２１】
自由空間４２を隔てて光源４１から入射される光はコリメート入射光１６であり、凸状の曲面６６は、入射端６４の負屈折フォトニック結晶６０の入射曲面６６上の入射点での垂線６９および光軸２２を含む平面（ここでは紙面）へのコリメート入射光１６の投影成分と光軸２２とのなす角度（ここではゼロ）が、垂線６９と光軸２２とのなす角度θよりも小さくなる形状をしている。
【０１２２】
入射光が角度ズレの無いコリメート光や拡散光の場合は、入射曲面６６上の入射位置での垂線および光軸２２を含む平面への入射光の投影成分と、光軸２２とのなす角度が、前述したように垂線と光軸２２とのなす角度θよりも常に小さい。このため、入射端６４の負屈折フォトニック結晶６０の入射曲面６６によって、コリメート入射光１６は、レンズのように集光する方向に屈折する。
【０１２３】
２番目の正屈折フォトニック結晶４内では、境界面で拡散方向に屈折する。
【０１２４】
そして、３番目以降の負屈折フォトニック結晶６０と正屈折フォトニック結晶４の縦列によって、集光と拡散が繰り返される。
【０１２５】
負屈折フォトニック結晶６０での屈折角と正屈折フォトニック結晶４での屈折角の絶対値が等しい場合は、入射光のビーム径６８の極大値は各フォトニック結晶の光路長を等しくすることで出射光までほぼ維持され、出射端６５での負屈折フォトニック結晶６０によって集光が行われる。このため、出射端６５に近接した受光部５に容易に結合できる。
【０１２６】
なお、負屈折フォトニック結晶６０と正屈折フォトニック結晶４の各境界面での位相速度を等しくすることで、各境界面でのフレネル反射を低減できる。
【０１２７】
また、正屈折フォトニック結晶４を形成する正屈折材料は、フォトニック結晶に限らず、正屈折のものであればなんでも良い。
【０１２８】
図８は、本実施の形態４の、他の構成の受光モジュールの構成概要図を示している。
【０１２９】
この受光モジュールは、伝送部７８と受光部５を備えており、図７の構成の場合と同様に、伝送部７８は光軸２２上に交互に縦列した負屈折フォトニック結晶７２と正屈折フォトニック結晶７３を備えている。負屈折フォトニック結晶７２と正屈折フォトニック結晶７３には、群速度の絶対値が等しいものを用いている。
【０１３０】
図７の伝送部６７では、各負屈折フォトニック結晶の光路長６１と各正屈折フォトニック結晶の光路長７を等しくしたが、図８の伝送部７８では、正屈折フォトニック結晶光路長７５を出射端７６に向かうにしたがって短くなるように変化させている。このような構成とすることで、拡散光路長が集光光路長よりも短くなり、出射端７６でのビーム径７７がコリメート入射光１６のビーム径よりも小さくなるので、より小さな受光面積を有する受光部５にも結合が容易になる。
【０１３１】
図９は、図８に示した本実施の形態４の受光モジュールに、角度軸ズレしたコリメート光が入射した場合の構成概要図を示している。
【０１３２】
図９を用いて、角度ズレコリメート入射光１９が入射した場合の伝搬光の振る舞いについて説明する。
【０１３３】
角度ズレコリメート入射光１９が入射した場合でも、角度ズレの方向とは逆方向から入射曲面に入射する光線（図９に破線で示す光線）は、常に入射端６４の負屈折フォトニック結晶７２の入射曲面６６において角度ズレを修正するように屈折する。
【０１３４】
一方、角度ズレの方向から入射曲面に入射する光線（図９に点線で示す光線）については、入射曲面６６上の入射位置での垂線８２および光軸２２を含む平面への入射光の投影成分と、光軸２２とのなす角度が、垂線８２と光軸２２とのなす角度よりも小さくなるように曲面６６を設計すれば、入射端６４の負屈折フォトニック結晶６０の入射曲面６６において光軸２２方向への屈折が起こる。
【０１３５】
したがって、角度ズレの有無にかかわらず、入射端６４の負屈折フォトニック結晶７２内では、ビームの中心は入射光の角度ズレ方向と反対方向に屈折するので、入射光の角度ズレは修正される。そして、２番目の正屈折フォトニック結晶７３内では、再度角度ズレ方向に変化する。
【０１３６】
もちろん、角度ズレの修正と再生は、３番目以降の分布型負屈折フォトニック結晶７２と分布型正屈折フォトニック結晶７３の縦列によって繰り返される。しかしながら、分布型正屈折フォトニック結晶の光路長７５を分布型負屈折フォトニック結晶の光路長７４よりも短くすることで角度ズレの再生を小さくできるので、出射端７６でのビーム中心位置の軸ズレ距離を最小に抑えることができる。
【０１３７】
なお、分布型負屈折フォトニック結晶７２と分布型正屈折フォトニック結晶７３の各光路長を調整することにより、出射端７６でのビーム中心位置の軸ズレ距離を０にすることも、可能である。
【０１３８】
また、入射光がコリメート光でない場合についても、入射端６４の曲面形状を調整することにより、同様にビームの中心位置の軸ズレ距離を最小にした集光光を出射させるようにできる。
【０１３９】
ところで、角度ズレが大きくなると、角度ズレ方向から入射曲面に入射する光線の中には、入射曲面上の入射位置での垂線および光軸を含む平面への入射光の投影成分と、光軸とのなす角度が、垂線と光軸とのなす角度よりも大きくなる部分が生じることがある。すると、このような部分の光線に関しては、負屈折フォトニック結晶の入射面での屈折が拡散方向となって、受光部との結合に寄与できない可能性がある。
【０１４０】
そこで、想定した入射光の角度範囲のビームを伝搬させるためには、想定されるビームの最外周の光線について、入射端の負屈折フォトニック結晶の入射曲面上の入射点での垂線および光軸を含む平面への入射光の投影成分と、光軸とのなす角度が、（１）垂線と光軸とのなす角度と異符号である、または（２）垂線と光軸とのなす角度と非異符号であって、その絶対値が垂線と光軸とのなす角度の絶対値よりも小さくなるような凸状の曲面を設計すればよい。
【０１４１】
図１０は、上記に説明した、角度ズレ入射光を受光部に伝搬させるための入射曲面の構成条件を説明する図である。
【０１４２】
伝送部の光軸に対して、角度ズレしたビームが入射曲面に入射する状態を示している。実線および破線が、入射するビームの最外周部分の光線を示している。つまり、図１０に示す断面において、入射曲面上のＡ点からＢ点の間にビームが入射する。
【０１４３】
Ａ点に入射する入射ビームの右端の光線、つまり実線で示す光線について見ると、この光線と光軸とのなす角度はφ１であり、光軸に対して正回転方向とは逆向きの角度なので負の角度である。そして、Ａ点における垂線と光軸とのなす角度はθ１であり、光軸に対して正回転方向と同じ向きなので、これは正の角度である。つまり、φ１とθ１は異符号なので、上記の（１）の条件を満たしている。
【０１４４】
次に、Ｂ点に入射する入射ビームの左端の光線、つまり破線で示す光線について見ると、この光線と光軸とのなす角度はφ２であり、光軸に対して正回転方向とは逆向きの角度なので負の角度である。そして、Ｂ点における垂線と光軸とのなす角度はθ２であり、光軸に対して正回転方向とは逆向きなので、これも負の角度である。つまり、φ２とθ２は同符号であり、φ２はθ２よりも小さいので、上記の（２）の条件を満たしている。
【０１４５】
入射曲面は負屈折フォトニック結晶で構成されており、入射点における入射光は負の屈折角で屈折するので、Ａ点に入射した光線もＢ点に入射した光線も、図１０の点線矢印で示すように光軸に向かう集光方向に屈折する。
【０１４６】
入射曲面を凸状とすることにより、Ａ点とＢ点間に入射した光線も、全て集光方向に屈折する。
【０１４７】
したがって、想定されるビームの最外周の光線について、上記の（１）または（２）の条件を満たす曲面とすることにより、想定される角度範囲の入射光を伝搬させることができる。この条件は、入射光が拡散光であってもコリメート光であっても成り立つ。
【０１４８】
また、隣り合う負屈折フォトニック結晶と正屈折フォトニック結晶との間の、集光したビーム径の小さくなる境界面に、偏光子やフィルターなどの機能素子を配置してもよい。
【０１４９】
図１１は、図８の構成の受光モジュールのフォトニック結晶間に光学フィルターを配置した受光モジュールの構成概要図を示している。
【０１５０】
図８の伝送部７８の、入射端６４の負屈折フォトニック結晶７２と、入射端６４側から２番目に配置されている正屈折フォトニック結晶７３との間に光学フィルター８３を設けて、伝送部８４としている。
【０１５１】
なお、伝送部８４における光学フィルター８３が、本発明の第３光学部材の一例にあたる。
【０１５２】
この光学フィルター８３のような機能素子を伝送部内に配置することにより、伝送光学系が入射光状態（ビーム径や軸ズレなど）に依存せず、小面積の受光部５とより効率良く結合させることができる。
【０１５３】
なお、図１１では、光学フィルター８３を入射端６４側の負屈折フォトニック結晶７２と２番目に設けられた正屈折フォトニック結晶７３との間に配置したが、他の負屈折フォトニック結晶７２と正屈折フォトニック結晶７３との間に配置してもよいし、複数のそれらの箇所に配置してもよい。また、図１１は、図８の構成の本実施の形態４の受光モジュールに機能素子を設けた例で説明したが、実施の形態１〜３で説明した各構成の受光モジュールにこれらの機能素子を設けても同様の効果が得られる。
【０１５４】
なお、各実施の形態では、各フォトニック結晶内では屈折光が交差しない構成で説明したが、内部で屈折光が交差する厚さのフォトニック結晶を用いてもよい。フォトニック結晶内で屈折光が交差する場合には、その後に配置される正負のフォトニック結晶内でのビームの集光・拡散機能が入れ替わる。つまり、入射端に設けた負屈折フォトニック結晶内で屈折光が交差すると、その負屈折フォトニック結晶から出射されるビームは集光するビームとなるので、その場合には、入射端の負屈折フォトニック結晶と、それに縦列して配置される１枚の正屈折フォトニック結晶の合計２枚のフォトニック結晶だけで本発明の伝送部を構成することもできる。
【０１５５】
なお、本発明は、光を伝送する光伝送デバイスおよび受光モジュールの発明であるが、各実施の形態で示した負屈折フォトニック結晶と正屈折フォトニック結晶を縦列する構成は、あらゆる電磁波にも応用可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１５６】
本発明にかかる光伝送デバイスおよび受光モジュールは、口径の大きい入射ビームと結合でき、任意の受光位置に光を誘導できるものを容易に作製できる効果を有し、光を伝送するための導波路に利用可能な光伝送デバイスおよび受光モジュールなどとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１５７】
【図１】本発明の実施の形態１の受光モジュールの構成概要図
【図２】（ａ）本発明の実施の形態１の、負屈折フォトニック結晶および正屈折フォトニック結晶のフォトニックバンドの概要図、（ｂ）本発明の実施の形態１の、負屈折フォトニック結晶および正屈折フォトニック結晶の分散面の概要図
【図３】本発明の実施の形態２の受光モジュールに角度ズレの無い拡散光が入射した場合の構成概要図
【図４】本発明の実施の形態２の受光モジュールに角度ズレした拡散光が入射した場合の構成概要図
【図５】本発明の実施の形態３の受光モジュールに角度ズレの無いコリメート光が入射した場合の構成概要図
【図６】本発明の実施の形態３の、他の構成の受光モジュールに角度ズレしたコリメート光が入射した場合の構成概要図
【図７】本発明の実施の形態４の受光モジュールの構成概要図
【図８】本発明の実施の形態４の、他の構成の受光モジュールに角度ズレの無いコリメート光が入射した場合の構成概要図
【図９】本発明の実施の形態４の、他の構成の受光モジュールに角度ズレしたコリメート光が入射した場合の構成概要図
【図１０】本発明の実施の形態４の受光モジュールの入射曲面における、角度ズレ入射光を受光部に伝搬させるための構成条件を説明する図
【図１１】本発明の実施の形態４の、光学フィルターを配置した受光モジュールの構成概要図
【図１２】従来のフォトニック結晶導波路の概略を示す構成図
【図１３】（ａ）通常の物質における屈折現象を示す模式図、（ｂ）フォトニック結晶において空気から光ビームを入射した場合の屈折現象を示す模式図
【図１４】従来の、負の屈折角というフォトニック結晶の光学的特性を利用した光結合装置における光の軌跡を示す模式図
【符号の説明】
【０１５８】
１、４１  光源
２、４２  自由空間
３、２３、６０、７２  負屈折フォトニック結晶
４、２４、７３  正屈折フォトニック結晶
５  受光部
６、２５、４３、６１、７４  負屈折フォトニック結晶光路長
７、２６、４４、５３、７５  正屈折フォトニック結晶光路長
８  入射光
９、２７、３３、５４、６２、７１、８０  集光光
１０、２８、３４、５５、６３、７０、７９  拡散光
１１、３２、３５、５０、５９、６８、７７、８１  ビーム径
１２、２９、４７、５６、６４  入射端
１３、３０、４８、５７、６５、７６  出射端
１４、３１、４９、５８、６７、７８、８４  伝送部
１５  角度ズレ入射光
１６  コリメート入射光
１７、５１  分布型負屈折フォトニック結晶
１８、５２  分布型正屈折フォトニック結晶
１９  角度ズレコリメート入射光
２２  光軸
６６  曲面
６９、８２  垂線
８３  光学フィルター
【図１０】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【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１１】
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