(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の異なる屈折率を有する物質が周期的に配列されている２次元または３次元格子構造を有し、かつ、一組の基本格子ベクトルで構成される２次元格子構造が３回よりも大きい数の回転対称軸を持たず、かつ、使用波長でフォトニックバンドギャップを具備しない格子構造を有するフォトニック結晶を備えたことを特徴とする光デバイス。
【請求項２】
前記フォトニック結晶の基本格子ベクトル方向に光を入射させる入射部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
【請求項３】
前記フォトニック結晶は、基本格子ベクトル方向に対して垂直な入射面を有し、
前記入射部は、前記入射面に対して垂直に光を入射するように設置されていることを特徴とする請求項２に記載の光デバイス。
【請求項４】
前記フォトニック結晶は、複数の基本格子ベクトルの内、少なくとも一組の異なる２つの基本格子ベクトル間の角度の９０°以下の方の角度が６０°よりも大きく９０°よりも小さい値であることを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
【請求項５】
第１物質と、複数の柱状物質を含み、前記複数の柱状物質は、前記第１物質の屈折率とは、異なる屈折率を有し、前記第１物質の内部に配置され、前記複数の柱状物質の中心軸はそれぞれ、平行であって、一定の周期性を持つ２次元結晶格子配列を構成し、かつ、一組の基本格子ベクトルで構成される２次元格子構造が３回よりも大きい数の回転対称軸を持たず、かつ、使用波長でフォトニックバンドギャップを具備しない格子構造を有するフォトニック結晶を備えたことを特徴とする光デバイス。
【請求項６】
第１物質と、複数の柱状物質を含み、前記複数の柱状物質は、前記第１物質の屈折率とは、異なる屈折率を有し、前記第１物質の内部に配置され、前記複数の柱状物質の中心軸はそれぞれ、平行であって、一定の周期性を持つ２次元結晶格子配列を構成し、かつ、２つの基本格子ベクトル間の角度の９０°以下の方のなす角度が、６０°よりも大きく９０°よりも小さい値であるフォトニック結晶を備えたことを特徴とする光デバイス。
【請求項７】
前記フォトニック結晶は、スラブ状であって、
前記フォトニック結晶の第１物質の屈折率よりも低い屈折率を有する、第１のクラッドおよび第２のクラッドとを備え、
前記第１のクラッドと前記第２のクラッドがそれぞれ、前記スラブ状のフォトニック結晶の膜厚方向の両側の面に接するように配置されていることを特徴とする請求項６に記載の光デバイス。
【請求項８】
前記フォトニック結晶の基本格子ベクトル方向に光を入射させる入射部を備えたことを特徴とする請求項７に記載の光デバイス。
【請求項９】
前記フォトニック結晶は、基本格子ベクトル方向に対して垂直な入射面を有し、
前記入射部は、前記入射面に対して垂直に光を入射させるよう設置されていることを特徴とする請求項８に記載の光デバイス。
【請求項１０】
前記フォトニック結晶の２次元格子の格子定数が、使用する光源の波長の０．４〜０．６の大きさであることを特徴とする請求項７に記載の光デバイス。
【請求項１１】
前記柱状物質は円柱形状であって、その半径は、格子定数の０．２〜０．５であることを特徴とする請求項７に記載の光デバイス。
【請求項１２】
前記第１物質の屈折率は、１．４〜１．６で、前記柱状物質の屈折率は、０．９〜１．１であることを特徴とする請求項７に記載の光デバイス。
【請求項１３】
前記第１物質の屈折率と前記柱状物質の屈折率の差が１．０以上であることを特徴とする請求項７に記載の光デバイス。
【請求項１４】
前記第１物質は、樹脂材料で、
前記柱状物質は、空気であることを特徴とする請求項７に記載の光デバイス。
【請求項１５】
前記フォトニック結晶の基本格子ベクトル方向に光を入射させる入力側光導波路と、
前記フォトニック結晶からの出力を受光する第１の出力側光導波路および第２の出力側光導波路とを備えたことを特徴とする請求項７に記載の光デバイス。
【請求項１６】
前記フォトニック結晶の基本格子ベクトル方向に光を入射させる入力側光ファイバーと、
前記フォトニック結晶からの出力を受光する第１の出力側光ファイバーおよび第２の出力側光ファイバーと、
前記入力側光ファイバー、前記第１の出力側光ファイバーおよび第２の出力側光ファイバーをそれぞれ位置決めする溝を備えたことを特徴とする請求項７に記載の光デバイス。
【請求項１７】
前記第１の出力側光ファイバーは前記入力側光ファイバーと光軸がほぼ一致し、
前記第２の出力側光ファイバーの光軸と前記入力側光ファイバーの光軸とは異なることを特徴とする請求項１６に記載の光デバイス。
【請求項１８】
前記第２の出力側光ファイバーの光軸と前記入力側光ファイバーの光軸との距離は、前記フォトニック結晶の基本格子ベクトル方向の長さに比例していることを特徴とする請求項１６に記載の光デバイス。
【請求項１９】
前記溝を有する基板を備え、
前記基板は、前記フォトニック結晶と一体化されていることを特徴とする請求項１６に記載の光デバイス。
【請求項２０】
前記溝は、前記第１のクラッドまたは前記第２のクラッドに備えられていることを特徴とする請求項１６に記載の光デバイス。
【請求項２１】
第１の波長の光および第２の波長の光を伝搬させ得る光ファイバーと、
前記第１の波長の光を受信する第１の受光部と、
前記第１の波長の光を発信する発光部と、
前記第２の波長の光を受信する第２の受光部と、
前記光ファイバーと前記第１の受光部と前記発光部と前記第２の受光部とを平面上に固定する基板とを備え、
前記光ファイバーは、前記フォトニック結晶の一端に設置され、前記光ファイバーの光軸は、前記フォトニック結晶の基本格子ベクトル方向と平行とし、
前記第１受光部および発光部は、前記フォトニック結晶の他端に、前記光ファイバーの光軸と同一直線状に配置され、
前記第２の受光部は、前記フォトニック結晶の他端に設置されたことを特徴とする請求項７に記載の光デバイス。
【請求項２２】
第１の波長の光および第２の波長の光を伝搬させ得る光ファイバーと、
前記第１の波長の光を受信する第１の受光部と、
前記第２の波長の光を発信する発光部と、
前記第２の波長の光を受信する第２の受光部と、
前記光ファイバーと前記第１の受光部と前記発光部と前記第２の受光部とを平面上に固定する基板とを備え、
前記光ファイバーは、前記フォトニック結晶の一端に設置され、前記光ファイバーの光軸は、前記フォトニック結晶の基本格子ベクトル方向と平行とし、
前記第１受光部は、前記フォトニック結晶の他端に、前記光ファイバーの光軸と同一直線状に配置され、
前記第２の受光部および前記発光部は、前記フォトニック結晶の他端に設置されたことを特徴とする請求項７に記載の光デバイス。
【請求項２３】
前記フォトニック結晶の２次元格子の格子定数が、前記第２の波長の０．４〜０．６の大きさであることを特徴とする請求項２１または２２に記載の光デバイス。
【請求項２４】
前記柱状物質は円柱形状であって、その半径は、格子定数の０．２〜０．５であることを特徴とする請求項２１または２２に記載の光デバイス。
【請求項２５】
前記第１物質の屈折率は、１．４〜１．６で、前記柱状物質の屈折率は、０．９〜１．１であることを特徴とする請求項２１または２２に記載の光デバイス。
【請求項２６】
前記第１物質の屈折率と前記柱状物質の屈折率の差が１．０以上であることを特徴とする請求項２１または２２に記載の光デバイス。
【請求項２７】
前記第１物質は樹脂材料で、
前記柱状物質は、空気であることを特徴とする請求項２１または２２に記載の光デバイス。
【請求項２８】
第１物質と、複数の柱状物質を含み、前記複数の柱状物質は、第１物質の屈折率とは、異なる屈折率を有し、前記第１物質の内部に配置され、前記複数の柱状物質の中心軸はそれぞれ、平行であって、一定の周期性を持つ２次元結晶格子配列を構成し、かつ、２つの基本格子ベクトル間の角度の９０°以下の方のなす角度が、６０°よりも大きく９０°よりも小さい値であるフォトニック結晶が２種類用意され、前記２種類のフォトニック結晶のそれぞれの基本格子ベクトルが同一の方向となるように接合されている複合フォトニック結晶を備えたことを特徴とする光デバイス。
【請求項２９】
前記複合フォトニック結晶は、スラブ状であって、
前記複合フォトニック結晶の前記２種類フォトニック結晶の第１物質の屈折率よりも低い屈折率を有する、第１のクラッドおよび第２のクラッドとを備え、
前記第１のクラッドと前記第２のクラッドがそれぞれ、前記複合フォトニック結晶の膜厚方向の両側の面に接するように配置されていることを特徴とする請求項２８に記載の光デバイス。
【請求項３０】
前記２種類のフォトニック結晶の基本格子ベクトルの内、同一方向でない基本格子ベクトルは、前記２種類のフォトニック結晶の接合面に対して線対称になっていることを特徴とする請求項２９に記載の光デバイス。
【請求項３１】
前記２種類のフォトニック結晶の両方の２次元格子の格子定数が、使用する光源の波長の０．４〜０．６の大きさであることを特徴とする請求項３０に記載の光デバイス。
【請求項３２】
前記柱状物質は円柱形状であって、その半径は、格子定数の０．２〜０．５であることを特徴とする請求項３０に記載の光デバイス。
【請求項３３】
前記第１物質の屈折率は、１．４〜１．６で、前記柱状物質の屈折率は、０．９〜１．１であることを特徴とする請求項３０に記載の光デバイス。
【請求項３４】
前記第１物質の屈折率と柱状物質の屈折率の差が１．０以上であることを特徴とする請求項３０に記載の光デバイス。
【請求項３５】
前記第１物質は樹脂材料で、
前記柱状物質は空気であることを特徴とする請求項３０に記載の光デバイス。
【請求項３６】
前記複合フォトニック結晶の接合部に、前記２種類のフォトニック結晶の基本格子ベクトル方向に光を入射させる入力側光導波路と、
前記複合フォトニック結晶の片方のフォトニック結晶からの出力を受光する第１の出力側光導波路と、
前記複合フォトニック結晶の他方のフォトニック結晶からの出力を受光する第２の出力側光導波路とを備え、
前記入力側光導波路は、前記複合フォトニック結晶の一端に設置され、
前記第１の出力側光導波路および前記第２の出力側光導波路は、前記複合フォトニック結晶の他端に設置されたことを特徴とする請求項３０に記載の光デバイス。
【請求項３７】
前記複合フォトニック結晶の接合部に、前記２種類のフォトニック結晶の基本格子ベクトル方向に光を入射させる入力側光ファイバーと、
前記複合フォトニック結晶の片方のフォトニック結晶からの出力を受光する第１の出力側光ファイバーと、
前記複合フォトニック結晶の他方のフォトニック結晶からの出力を受光する第２の出力側光ファイバーと、
前記入力側光ファイバー、前記第１の出力側光ファイバーおよび第２の出力側光ファイバーをそれぞれ位置決めする溝を備え、
前記入力側光ファイバーは、前記複合フォトニック結晶の一端に設置され、
前記第１の出力側光ファイバーおよび前記第２の出力側光ファイバーは、前記複合フォトニック結晶の他端に設置されたことを特徴とする請求項３０に記載の光デバイス。
【請求項３８】
前記溝を有する基板を備え、
前記基板は、前記複合フォトニック結晶と一体化されていることを特徴とする請求項３７に記載の光デバイス。
【請求項３９】
前記溝は、前記第１のクラッドまたは前記第２のクラッドに備えられていることを特徴とする請求項３７に記載の光デバイス。
【請求項４０】
前記複合フォトニック結晶を並列に複数個備えた並列複合フォトニック結晶を多段で縦列させたことを特徴とする請求項２９に記載の光デバイス。
【請求項４１】
第１物質と、複数の柱状物質を含み、
前記複数の柱状物質は、第１物質の屈折率とは、異なる屈折率を有し、第１物質の内部に配置され、前記複数の柱状物質の中心軸はそれぞれ、平行であって、一定の周期性を持つ２次元結晶格子配列を構成し、かつ、２つの基本格子ベクトル間の角度の９０°以下の方のなす角度が、６０°よりも大きく９０°よりも小さい値であるフォトニック結晶を複数と、
入力側光導波路と出力側光導波路と、
前記複数のフォトニック結晶と、前記入力側光導波路と、前記出力側光導波路とが設置されている基板とを備え、
前記複数のフォトニック結晶同士は、基本ベクトル方向に縦列に接合され、隣接するフォトニック結晶で偏向された出射光が、基本格子ベクトル方向であるように各フォトニック結晶同士は設置され、両端に位置する各フォトニック結晶には、入力側光導波路および出力側光導波路が接合されていることを特徴とする光デバイス。
【請求項４２】
前記複数のフォトニック結晶の２次元格子の格子定数が、使用光源の波長の０．４〜０．６の大きさであることを特徴とする請求項４１に記載の光デバイス。
【請求項４３】
前記柱状物質は円柱形状であって、その半径は、格子定数の０．２〜０．５であることを特徴とする請求項４１に記載の光デバイス。
【請求項４４】
前記第１物質の屈折率は、１．４〜１．６で、前記柱状物質の屈折率は、０．９〜１．１であることを特徴とする請求項４１に記載の光デバイス。
【請求項４５】
前記第１物質の屈折率と前記柱状物質の屈折率の差が１．０以上であることを特徴とする請求項４１に記載の光デバイス。
【請求項４６】
前記第１物質は、樹脂材料で、
前記柱状物質は、空気であることを特徴とする請求項４１に記載の光デバイス。
【請求項４７】
各前記複数のフォトニック結晶中の光の伝搬距離が等しくなるように前記複数のフォトニック結晶の寸法と形状と位置を決められていることを特徴とする請求項４１に記載の光デバイス。
【請求項４８】
前記入力側光導波路からの入射光と前記出力側光導波路からの出射光とがなす角度が、各前記複数のフォトニック結晶中ごとに光が偏向する角度のすべての和と同一であることを特徴とする請求項４１に記載の光デバイス。
【請求項４９】
中心軸がそれぞれ平行であって、一定の周期性を持つ柱状の突起物を有する金型が用意され、
基板上に形成されたスラブ状の第１物質に対し、前記金型を前記第１物質の膜厚方向にプレスした後、前記金型を前記スラブから離型して柱状の穴を設けることで形成されたフォトニック結晶を備え、
前記フォトニック結晶は、複数の異なる屈折率を有する物質が周期的に配列されている２次元または３次元格子構造を有し、かつ、一組の基本格子ベクトルで構成される２次元格子構造が３回よりも大きい数の回転対称軸を持たず、かつ、使用波長でフォトニックバンドギャップを具備しない格子構造を有することを特徴とする光デバイス。
【請求項５０】
基板上に形成したスラブ状の第１物質に、一定の周期性を持つマスクを形成した後、前記マスクの露出部分をエッチングすることで柱状の穴を設けることで形成されたフォトニック結晶を備え、
前記フォトニック結晶は、複数の異なる屈折率を有する物質が周期的に配列されている２次元または３次元格子構造を有し、かつ、一組の基本格子ベクトルで構成される２次元格子構造が３回よりも大きい数の回転対称軸を持たず、かつ、使用波長でフォトニックバンドギャップを具備しない格子構造を有することを特徴とする光デバイス。
【請求項５１】
基板上に形成したスラブ状の第１物質に、一定の周期性を持つマスクを形成した後、イオンビームを照射して前記マスクの露出部分にトラック部を形成し、アルカリ溶液に浸漬して前記トラック部を侵食してエッチングすることで柱状の穴を設けることで形成されたフォトニック結晶を備え、
前記フォトニック結晶は、複数の異なる屈折率を有する物質が周期的に配列されている２次元または３次元格子構造を有し、かつ、一組の基本格子ベクトルで構成される２次元格子構造が３回よりも大きい数の回転対称軸を持たず、かつ、使用波長でフォトニックバンドギャップを具備しない格子構造を有することを特徴とする光デバイス。
【請求項５２】
前記第１物質は、流動性を有する材料を、前記基板上に塗布して、さらに均一に拡散させて前記材料の膜厚を調整した後、前記材料を硬化させることで形成されていることを特徴とする請求項４９〜５１のいずれかに記載の光デバイス。
【請求項５３】
前記第１物質に設けられた前記柱状の穴に前記第１物質とは異なる屈折率を有する物質が充填されていることを特徴とする請求項４９〜５１のいずれかに記載の光デバイス。
【請求項５４】
基板上に一定の周期を持つ凸部分を形成し、前記凸部分同士の間に、流動性を有する材料を塗布して、前記材料を前記基板上に拡散させて膜厚を調整してから、前記材料を硬化させた後に、前記凸部分を除去することで形成された柱状の穴に、前記材料と異なる屈折率を有する物質が充填されているフォトニック結晶を備え、
前記フォトニック結晶は、複数の異なる屈折率を有する物質が周期的に配列されている２次元または３次元格子構造を有し、かつ、一組の基本格子ベクトルで構成される２次元格子構造が３回よりも大きい数の回転対称軸を持たず、かつ、使用波長でフォトニックバンドギャップを具備しない格子構造を有することを特徴とする光デバイス。
【請求項５５】
水平面は、積層方向に垂直な方向とし、
前記水平面から傾いた積層面上に、平行方向に１次元または２次元の構造で一定の周期パターンを形成した基板を有し、前記基板上に２種類以上の屈折率の異なる材料が交互に積層された２次元周期積層構造を有するフォトニック結晶を備え、
前記フォトニック結晶は、複数の異なる屈折率を有する物質が周期的に配列されている２次元または３次元格子構造を有し、かつ、一組の基本格子ベクトルで構成される２次元格子構造が３回よりも大きい数の回転対称軸を持たず、かつ、使用波長でフォトニックバンドギャップを具備しない格子構造を有することを特徴とする光デバイス。
【請求項５６】
前記水平面に対する前記積層面の傾きが５〜２５°であることを特徴とする請求項５５に記載の光デバイス。
【請求項５７】
２次元格子の２個の基本格子ベクトル間の９０°以下のなす角度が６０°よりも大きく９０°よりも小さい値であるように１次元または２次元の構造の一定の周期パターンが形成された基板を有し、前記基板上に２種類以上の屈折率の異なる材料が交互に積層された２次元または３次元周期積層構造を有するフォトニック結晶を備えたことを特徴とする光デバイス。
【請求項５８】
前記一定の周期パターンの周期が使用光源の波長の０．４〜０．６の大きさであることを特徴とする請求項５５または５７に記載の光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信に使用される光デバイスに関する。特に、光分岐器、光フィルター、ＷＤＭ用光送受信モジュール、光誘導器、曲げ導波路、光偏向器等の光デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光デバイスであるＹ分岐導波路を利用した光分岐器の例を図１７に示す。入力側光ファイバー１８１を介して、光導波路構造のＹ分岐器１８４に光が入射され、Ｙ形状のコア１８６中を伝搬した光は、出力側光ファイバー１８２および１８３にそれぞれ分岐される。Ｙ分岐器１８４は、基板１８５上に、Ｙ形状のコア１８６を形成して構成されている。
【０００３】
従来の光デバイスでは、入力側光ファイバー１８１および出力側光ファイバー１８２、１８３と光導波路構造のＹ分岐器１８４間で光が結合されるようにするためには、高度な光軸合わせとモード形状のマッチングが必要で、アセンブリに熟練を要するという問題がある。その上、Ｙ分岐器１８４の分離角度はせいぜい４°程度なので、Ｙ分岐器１８４長を短くしすぎると、十分に光が分岐できず、そのため、小型化することができないという問題もある。
【０００４】
また、従来のＷＤＭ送受信モジュールについて、図１８を用いて説明する。光導波路と多層膜フィルターを利用してＷＤＭ送受信モジュールを構成している。
【０００５】
基板１９１上には、光導波路１９７と、１．３μｍのフォトダイオード１９３と、１．５５μｍのレーザーダイオード１９４と、１．５５μｍのフォトダイオード１９５と、光ファイバー１９２が設置されている。
【０００６】
光導波路１９７は、クラッド１９７ｄ、第１コア１９７ａ、第２コア１９７ｂ、第３コア１９７ｃ、１．３／１．５５μｍＷＤＭ誘電体多層膜フィルター１９８を備えている。クラッド１９７ｄ上に、第１コア１９７ａ、第２コア１９７ｂおよび第３コア１９７ｃによってＹ形状のコアが形成され、それらを分割するように１．３／１．５５μｍＷＤＭ誘電体多層膜フィルター１９８が形成されている。
【０００７】
第１コア１９７ａと結合するように、１．３μｍのフォトダイオード１９３が基板１９１上に設置されている。また、第２コア１９７ｂと結合するように、光ファイバー１９２が基板１９１に形成されたＶ溝１９６に固定設置されている。さらに、第３コア１９７ｃと結合するように、１．５５μｍのレーザーダイオード１９４と１．５５μｍのフォトダイオード１９５が基板１９１上に設置されている。
【０００８】
光ファイバー１９２から１．３／１．５５μｍＷＤＭの信号光が第２コア１９７ｂに入射されると、多層膜フィルター１９８で信号光は分離され、第１コア１９７ａには波長１．３μｍの光が、第３コア１９７ｃには、波長１．５５μｍの光が伝搬する。第１コア１９７ａを伝搬した光は、１．３μｍのフォトダイオード１９３で受信される。同様に、第３コア１９７ｃを伝搬した光は、１．５５μｍのフォトダイオード１９５で受信される。また、１．５５μｍのレーザダイオード１９４から出射された信号光は、第３コア１９７ｃを伝搬し、多層膜フィルター１９８で第２コア１９７ｂに導かれ、光ファイバ１９２に送られる。矢印１９９ａは波長１．３μｍの光の伝搬方向を、矢印１９９ｂは波長１．５５μｍの光の伝搬方向を示している。
【０００９】
このように、ＷＤＭ送受信モジュールを使用することにより波長１．５５μｍの光で双方向通信を、波長１．３μｍの光で受信のみの通信を行うことができる。
【００１０】
しかし、従来のＷＤＭ送受信モジュールは、Ｙ形状のコアを有する光導波路１９７と波長分離のための多層膜フィルター１９８とが必要であり、部品点数が多く、低価格化が困難であるという問題がある。
【００１１】
以上の問題を解決するために、分岐器および光フィルター等の光デバイスをフォトニック結晶を用いて構成することが、近年注目されている。例えば、２次元三角格子のフォトニック結晶を利用した波長分波回路が特開平１１−２７１５４１号公報に開示されている。
【００１２】
なお、この明細書において、「フォトニック結晶」とは光の波長程度の周期性を持つ人工的な多次元周期構造体を意味する。
【００１３】
図１９は、特開平１１−２７１５４１号公報に開示されているフォトニック結晶を用いた波長分波回路の構造を示す図である。屈折率の異なる材料を周期的に配列することにより、通常の光学結晶にない強い偏向の波長分散特性を作り出し、波長偏向制御を行っている。波長分波回路は、具体的には、図１９（ａ）に示すように、背景媒質２０３に原子媒質２０４を２次元三角配置状に埋め込んだ構造を持つ基板２００の上下を第１クラッド２０１および第２クラッド２０２で挟まれて構成されている。図１９（ｂ）に示すように、光信号の入射面２０８は光信号の入射方向２０７に対して一定の角度で傾いており、出射面２０９からは信号が出力される。原子媒質２０４の隣接間隔は光信号の波長に合わせて設計してあり、基板２００の厚さは光信号が基板２００内に十分閉じ込められ、かつ、光の進行方向が基板２００面から大きく逸脱しないように設計されている。
【００１４】
前述の２次元三角格子の構造とされたフォトニック結晶は、格子ベクトルと逆格子ベクトルが一致する構造である。このような構造のフォトニック結晶において、格子ベクトル方向に光を入射させても強い偏向の波長分散特性を得ることができない。強い偏向分散特性を得るためには、フォトニック結晶への光の入射面を格子ベクトルに対して非垂直にするか、格子ベクトル方向に垂直な入射面に対して傾けて光を入射させる必要がある。図１９（ｂ）において、入射面２０８が光信号の入射方向２０７に対して一定の角度で傾いていたのはこのためである。
【００１５】
基本格子ベクトル（ａ1,ａ2）と基本逆格子ベクトル（ｂ1,ｂ2）の関係について説明する。図２０は、格子とブリルアンゾーンの関係を示している。図２０（ａ）は正方格子を、図２０（ｂ）は三角格子を示している。また、図２０において、上段は格子空間を、下段は逆格子空間を示している。２１１は格子を形成しいている原子媒質であり、２１２は、ブリルアンゾーンである。これら２つは、対称性の高い構造（例えば、基本格子ベクトル同士の９０°以下の内角が、４５°、６０°、９０°等の構造）である。図２０（ａ）および図２０（ｂ）に示す、正方格子および三角格子における、ブリルアンゾーンの重要な対称点は、それぞれ、（Ｘ，Ｍ）と（Ｍ，Ｋ）の２点である。このような構造であれば、基本格子ベクトル（ａ1,ａ2）方向への入射光は、ブリルアンゾーンの重要な対称点方向と一致するため、偏向特性を示さない。
【００１６】
一方、図２０（ｃ）に示すような、対称性の低い斜交格子の場合、例えば、格子ベクトル（ａ1,ａ2）同士の内角θが６０°よりも大きく９０°よりも小さい値である場合は、ブリルアンゾーンの重要な対称点は、（Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３）の３点となる。このような場合は、基本格子ベクトル（ａ1,ａ2）方向の入射光は、ブリルアンゾーンの重要な対称点方向と一致しないため、偏向分散を示す。したがって、基本格子ベクトル（ａ1,ａ2）に対して垂直な入射面に垂直入射させても強い偏向分散特性を起こす。
【００１７】
なお、特開平１１−２７１５４１号公報に三角格子以外に正方格子など他の格子配列に関しての記載があるが、他の格子配列の場合にはブリルアンゾーンと格子ベクトルの関係で複雑に光学系も変化するので、正方格子のような高対称性格子以外は三角格子と同様の光学系では有用な偏向分散特性は得られない。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
上述の通り、対称性の高い構造のフォトニック結晶を用いて、図１７に示す分岐器１８４、および図１８に示すＷＤＭ送受信モジュールを構成する多層膜フィルター１９８を形成する場合には、フォトニック結晶の入射面を基本格子ベクトル（ａ1,ａ2）に対して非垂直にするか、基本格子ベクトル（ａ1,ａ2）に垂直な入射面に対して傾けて光を入射させる必要がある。
【００１９】
そのため、このような対称性の高い構造のフォトニック結晶で光デバイスを形成するには、フォトニック結晶作製時の加工精度に、さらに高度な光学系の入射角精度が必要となる。そのため、対称性の高い構造のフォトニック結晶を用いての、モジュール化は難しい。
【００２０】
本発明は、上述した問題に鑑みなされたものであり、複雑な光学系、高度なＹ形状の導波路形成、多層膜フィルターを必要とせず、簡単で部品点数の少ない光学系で小型化できる光デバイスを提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の光デバイスは、複数の異なる屈折率を有する物質が周期的に配列されている２次元または３次元格子構造を有し、かつ、一組の基本格子ベクトルで構成される２次元格子構造が３回よりも大きい数の回転対称軸を持たず、かつ、使用波長でフォトニックバンドギャップを具備しない格子構造を有するフォトニック結晶を備えている。それにより、強い偏向分散特性を有する光デバイスを実現できる。
【００２２】
また、前記フォトニック結晶の基本格子ベクトル方向に光を入射させる入射部を備えることとしてもよい。
【００２３】
また、前記フォトニック結晶は、基本格子ベクトル方向に対して垂直な入射面を有し、前記入射部は、前記入射面に対して垂直に光を入射するように設置してもよい。
【００２４】
また、前記フォトニック結晶は、複数の基本格子ベクトルの内、少なくとも一組の異なる２つの基本格子ベクトル間の角度の９０°以下の方の角度を６０°よりも大きく９０°よりも小さい値としてもよい。
【００２５】
また、本発明の他の光デバイスは、第１物質と、複数の柱状物質を含み、前記複数の柱状物質は、前記第１物質の屈折率とは、異なる屈折率を有し、前記第１物質の内部に配置され、前記複数の柱状物質の中心軸はそれぞれ、平行であって、一定の周期性を持つ２次元結晶格子配列を構成し、かつ、一組の基本格子ベクトルで構成される２次元格子構造が３回よりも大きい数の回転対称軸を持たず、かつ、使用波長でフォトニックバンドギャップを具備しない格子構造を有するフォトニック結晶を備える。それにより、対称性の低いフォトニック結晶を用いているので強い偏向分散特性を持つ光デバイスが実現できる。
【００２６】
また、本発明の他の光デバイスは、第１物質と、複数の柱状物質を含み、前記複数の柱状物質は、第１物質の屈折率とは、異なる屈折率を有し、第１物質の内部に配置され、前記複数の柱状物質の中心軸はそれぞれ、平行であって、一定の周期性を持つ２次元結晶格子配列を構成し、かつ、２つの基本格子ベクトル間の角度の９０°以下の方のなす角度が、６０°よりも大きく９０°よりも小さい値であるフォトニック結晶を備える。それにより、複数の柱状物質同士が、干渉することなく、周期性を持つ配列とすることができるので、強い偏向分散特性を有する光デバイスが実現できる。
【００２７】
また、好ましくは、前記フォトニック結晶は、スラブ状であって、前記フォトニック結晶の第１物質の屈折率よりも低い屈折率を有する、第１のクラッドおよび第２のクラッドとを備え、前記第１のクラッドと前記第２のクラッドがそれぞれ、前記スラブ状のフォトニック結晶の膜厚方向の両側の面に接するように配置すればよい。それにより、フォトニック結晶中を伝搬する光が漏れない光デバイスを実現できる。
【００２８】
また、好ましくは、前記フォトニック結晶の基本格子ベクトル方向に光を入射させる入射部を備えることとする。それにより、所定の波長の光を、大きな角度で偏向させることができ、容易に、光デバイスが形成できる。
【００２９】
また、前記フォトニック結晶は、基本格子ベクトル方向に対して垂直な入射面を有し、前記入射部は、前記入射面に対して垂直に光を入射させるよう設置すればよい。
【００３０】
また、好ましくは、前記フォトニック結晶の２次元格子の格子定数が、使用する光源の波長の０．４〜０．６の大きさとなるようにする。それにより、高い偏向分散特性が得られる。
【００３１】
また、前記柱状物質は円柱形状であって、その半径は、格子定数の０．２〜０．５としてもよい。
【００３２】
また、前記第１物質の屈折率は、１．４〜１．６で、前記柱状物質の屈折率は、０．９〜１．１としてもよい。
【００３３】
また、第１物質の屈折率と柱状の物質の屈折率の差が１．０以上であることとしてもよい。
【００３４】
また、第１物質は樹脂材料で、柱状物質は空気とすればよい。
【００３５】
また、好ましくは、前記フォトニック結晶の基本格子ベクトル方向に光を入射させる入力側光導波路と、前記フォトニック結晶からの出力を受光する第１の出力側光導波路および第２の出力側光導波路とを備えてもよい。それにより、光フィルターが形成される。そのため、容易に、低コストで、小型化が可能な、複数の光から所望の波長の光を分離することができる光フィルターを実現できる。
【００３６】
また、好ましくは、前記フォトニック結晶の基本格子ベクトル方向に光を入射させる入力側光ファイバーと、前記フォトニック結晶からの出力を受光する第１の出力側光ファイバーおよび第２の出力側光ファイバーと、前記入力側光ファイバー、前記第１の出力側光ファイバーおよび第２の出力側光ファイバーをそれぞれ位置決めする溝を備えてもよい。それにより、光ファイバーを用いていても、簡単に、高度な光軸合わせとモード形状のマッチングを行うことができる光フィルターが実現できる。
【００３７】
また、前記第１の出力側光ファイバーは前記入力側光ファイバーと光軸がほぼ一致し、前記第２の出力側光ファイバーの光軸と前記入力側光ファイバーの光軸とは異なることとしてもよい。
【００３８】
また、前記第２の出力側光ファイバーの光軸と前記入力側光ファイバーの光軸との距離は、前記フォトニック結晶の基本格子ベクトル方向の長さに比例していることとしてもよい。
【００３９】
また、前記溝を有する基板を備え、前記基板は、前記フォトニック結晶と一体化することとしてもよい。
【００４０】
また、前記溝は、前記第１のクラッドまたは前記第２のクラッドに備えられていることとしてもよい。
【００４１】
また、好ましくは、第１の波長の光および第２の波長の光を伝搬させ得る光ファイバーと、前記第１の波長の光を受信する第１の受光部と、前記第１の波長の光を発信する発光部と、前記第２の波長の光を受信する第２の受光部と、前記光ファイバーと前記第１の受光部と前記発光部と前記第２の受光部とを平面上に固定する基板とを備え、前記光ファイバーは、前記フォトニック結晶の一端に設置され、前記光ファイバーの光軸は、前記フォトニック結晶の基本格子ベクトル方向と平行とし、前記第１受光部および発光部は、前記フォトニック結晶の他端に、前記光ファイバーの光軸と同一直線状に配置され、前記第２の受光部は、前記フォトニック結晶の他端に設置される。それにより、ＷＤＭ送受信モジュールが形成される。そのため、容易に低コストで、小型化が可能な、ＷＤＭモジュールを実現できる。
【００４２】
また、第１の波長の光および第２の波長の光を伝搬させ得る光ファイバーと、前記第１の波長の光を受信する第１の受光部と、前記第２の波長の光を発信する発光部と、前記第２の波長の光を受信する第２の受光部と、前記光ファイバーと前記第１の受光部と前記発光部と前記第２の受光部とを平面上に固定する基板とを備え、前記光ファイバーは、前記フォトニック結晶の一端に設置され、前記光ファイバーの光軸は、前記フォトニック結晶の基本格子ベクトル方向と平行とし、前記第１受光部は、前記フォトニック結晶の他端に、前記光ファイバーの光軸と同一直線状に配置され、前記第２の受光部および前記発光部は、前記フォトニック結晶の他端に設置されていることとしてもよい。
【００４３】
また、好ましくは、前記フォトニック結晶の２次元格子の格子定数が、前記第２の波長の０．４〜０．６の大きさとなるようにする。それにより、高い偏向分散特性が得られる。
【００４４】
また、前記柱状物質は円柱形状であって、その半径は、格子定数の０．２〜０．５としてもよい。
【００４５】
また、前記第１物質の屈折率は、１．４〜１．６で、前記柱状物質の屈折率は、０．９〜１．１としてもよい。
【００４６】
また、第１物質の屈折率と柱状の物質の屈折率の差が１．０以上であることとしてもよい。
【００４７】
また、第１物質は樹脂材料で、柱状物質は空気とすればよい。
【００４８】
また、本発明の他の光デバイスは、第１物質と、複数の柱状物質を含み、前記複数の柱状物質は、第１物質の屈折率とは、異なる屈折率を有し、前記第１物質の内部に配置され、前記複数の柱状物質の中心軸はそれぞれ、平行であって、一定の周期性を持つ２次元結晶格子配列を構成し、かつ、２つの基本格子ベクトル間の角度の９０°以下の方のなす角度が、６０°よりも大きく９０°よりも小さい値であるフォトニック結晶が２種類用意され、前記２種類のフォトニック結晶のそれぞれの基本格子ベクトルが同一の方向となるように接合されている複合フォトニック結晶を備えている。それにより、分岐角度が大きい光分岐器を形成することができる。そのため、低コストで、小型の光分岐器が実現できる。
【００４９】
また、好ましくは、前記複合フォトニック結晶は、スラブ状であって、前記複合フォトニック結晶の前記２種類フォトニック結晶の第１物質の屈折率よりも低い屈折率を有する、第１のクラッドおよび第２のクラッドとを備え、前記第１のクラッドと前記第２のクラッドがそれぞれ、前記複合フォトニック結晶の膜厚方向の両側の面に接するように配置されている。それにより、フォトニック結晶中を伝搬する光が漏れない光デバイスを実現できる。
【００５０】
また、前記２種類のフォトニック結晶の基本格子ベクトルの内、同一方向でない基本格子ベクトルは、前記２種類のフォトニック結晶の接合面に対して線対称になっているようにしてもよい。
【００５１】
また、好ましくは、前記２種類のフォトニック結晶の両方の２次元格子の格子定数が、使用する光源の波長の０．４〜０．６の大きさとなるようにする。それにより、高い偏向分散特性が得られる。
【００５２】
また、前記柱状物質は円柱形状であって、その半径は、格子定数の０．２〜０．５としてもよい。
【００５３】
また、前記第１物質の屈折率は、１．４〜１．６で、前記柱状物質の屈折率は、０．９〜１．１としてもよい。
【００５４】
また、第１物質の屈折率と柱状の物質の屈折率の差が１．０以上であることとしてもよい。
【００５５】
また、第１物質は樹脂材料で、柱状物質は空気とすればよい。
【００５６】
また、前記複合フォトニック結晶の接合部に、前記２種類のフォトニック結晶の基本格子ベクトル方向に光を入射させる入力側光導波路と、前記複合フォトニック結晶の片方のフォトニック結晶からの出力を受光する第１の出力側光導波路と、前記複合フォトニック結晶の他方のフォトニック結晶からの出力を受光する第２の出力側光導波路とを備え、前記入力側光導波路は、前記複合フォトニック結晶の一端に設置され、前記第１の出力側光導波路および前記第２の出力側光導波路は、前記複合フォトニック結晶の他端に設置されていることとしてもよい。
【００５７】
また、好ましくは、前記複合フォトニック結晶の接合部に、前記２種類のフォトニック結晶の基本格子ベクトル方向に光を入射させる入力側光ファイバーと、前記複合フォトニック結晶の片方のフォトニック結晶からの出力を受光する第１の出力側光ファイバーと、前記複合フォトニック結晶の他方のフォトニック結晶からの出力を受光する第２の出力側光ファイバーと前記入力側光ファイバー、前記第１の出力側光ファイバーおよび第２の出力側光ファイバーをそれぞれ位置決めする溝を備え、前記入力側光ファイバーは、前記複合フォトニック結晶の一端に設置され、前記第１の出力側光ファイバーおよび前記第２の出力側光ファイバーは、前記複合フォトニック結晶の他端に設置される。それにより、光ファイバーを用いて、高度な光軸合わせとモード形状のマッチングが不要な光分岐器が実現できる。
【００５８】
また、前記溝を有する基板を備え、前記基板は、前記複合フォトニック結晶と一体化されていることとしてもよい。
【００５９】
また、前記溝は、前記第１のクラッドまたは前記第２のクラッドに備えられていることとしてもよい。
【００６０】
また、好ましくは、前記複合フォトニック結晶を並列に複数個備えた並列複合フォトニック結晶を多段で縦列させる。それにより、２つに分岐するだけでなく、さらに複数の分岐が可能な分岐器を形成することができる。
【００６１】
また、本発明の他の光デバイスは、第１物質と、複数の柱状物質を含み、前記複数の柱状物質は、前記第１物質の屈折率とは、異なる屈折率を有し、第１物質の内部に配置され、前記複数の柱状物質の中心軸はそれぞれ、平行であって、一定の周期性を持つ２次元結晶格子配列を構成し、かつ、２つの基本格子ベクトル間の角度の９０°以下の方のなす角度が、６０°よりも大きく９０°よりも小さい値であるフォトニック結晶を複数と、入力側光導波路と出力側光導波路と、前記複数のフォトニック結晶と、前記入力側光導波路と、前記出力側光導波路とが設置されている基板とを備え、前記複数のフォトニック結晶同士は、基本ベクトル方向に縦列に接合され、隣接するフォトニック結晶で偏向された出射光が、基本格子ベクトル方向であるように各フォトニック結晶同士は設置され、両端に位置する各フォトニック結晶には、入力側光導波路および出力側光導波路が接合されている。それにより、入射光の進行方向を変化させて出射することができる光偏光器を容易に形成することができる。
【００６２】
また、好ましくは、前記複数のフォトニック結晶の２次元格子の格子定数が、使用光源の波長の０．４〜０．６の大きさとなるようにする。それにより、高い偏向分散特性が得られる。
【００６３】
また、前記柱状物質は円柱形状であって、その半径は、格子定数の０．２〜０．５としてもよい。
【００６４】
また、前記第１物質の屈折率は、１．４〜１．６で、前記柱状物質の屈折率は、０．９〜１．１としてもよい。
【００６５】
また、前記第１物質の屈折率と前記柱状物質の屈折率の差が１．０以上であることとしてもよい。
【００６６】
また、前記第１物質は樹脂材料で、前記柱状物質は空気とすればよい。
【００６７】
また、各前記複数のフォトニック結晶中の光の伝搬距離が等しくなるように前記複数のフォトニック結晶の寸法と形状と位置を決められていることとしてもよい。
【００６８】
また、前記入力側光導波路からの入射光と前記出力側光導波路からの出射光とがなす角度が、各前記複数のフォトニック結晶中ごとに光が偏向する角度のすべての和と同一であることとしてもよい。
【００６９】
また、本発明の他の光デバイスは、中心軸がそれぞれ平行であって、一定の周期性を持つ柱状の突起物を有する金型が用意され、基板上に形成されたスラブ状の第１物質に対し、前記金型を前記第１物質の膜厚方向にプレスした後、前記金型を前記スラブから離型して柱状の穴を設けることで形成されたフォトニック結晶を備え、前記フォトニック結晶は、複数の異なる屈折率を有する物質が周期的に配列されている２次元または３次元格子構造を有し、かつ、一組の基本格子ベクトルで構成される２次元格子構造が３回よりも大きい数の回転対称軸を持たず、かつ、使用波長でフォトニックバンドギャップを具備しない格子構造を有する。それにより、容易にフォトニック結晶を形成することができる。
【００７０】
また、本発明の他の光デバイスは、基板上に形成したスラブ状の第１物質に、一定の周期性を持つマスクを形成した後、前記マスクの露出部分をエッチングすることで柱状の穴を設けることで形成されたフォトニック結晶を備え、前記フォトニック結晶は、複数の異なる屈折率を有する物質が周期的に配列されている２次元または３次元格子構造を有し、かつ、一組の基本格子ベクトルで構成される２次元格子構造が３回よりも大きい数の回転対称軸を持たず、かつ、使用波長でフォトニックバンドギャップを具備しない格子構造を有する。それにより、容易にフォトニック結晶を形成することができる。
【００７１】
また、本発明の他の光デバイスは、基板上に形成したスラブ状の第１物質に、一定の周期性を持つマスクを形成した後、イオンビームを照射して前記マスクの露出部分にトラック部を形成し、アルカリ溶液に浸漬して前記トラック部を侵食してエッチングすることで柱状の穴を設けることで形成されたフォトニック結晶を備え、前記フォトニック結晶は、複数の異なる屈折率を有する物質が周期的に配列されている２次元または３次元格子構造を有し、かつ、一組の基本格子ベクトルで構成される２次元格子構造が３回よりも大きい数の回転対称軸を持たず、かつ、使用波長でフォトニックバンドギャップを具備しない格子構造を有する。それにより、容易にフォトニック結晶を形成することができる。
【００７２】
また、前記第１物質は、流動性を有する材料を、前記基板上に塗布して、さらに均一に拡散させて前記材料の膜厚を調整した後、前記材料を硬化させることで形成してもよい。
【００７３】
また、好ましくは、前記第１物質に設けられた前記柱状の穴に前記第１物質とは異なる屈折率を有する物質が充填されている。それにより、容易に、フォトニック結晶の特性を変化させることができる。
【００７４】
また、本発明の他の光デバイスは、基板上に一定の周期を持つ凸部分を形成し、前記凸部分同士の間に、流動性を有する材料を塗布して、前記材料を前記基板上に拡散させて膜厚を調整してから、前記材料を硬化させた後に、前記凸部分を除去することで形成された柱状の穴に、前記材料と異なる屈折率を有する物質が充填されているフォトニック結晶を備え、前記フォトニック結晶は、複数の異なる屈折率を有する物質が周期的に配列されている２次元または３次元格子構造を有し、かつ、一組の基本格子ベクトルで構成される２次元格子構造が３回よりも大きい数の回転対称軸を持たず、かつ、使用波長でフォトニックバンドギャップを具備しない格子構造を有する。それにより、容易にフォトニック結晶を形成することができる。
【００７５】
また、本発明の他の光デバイスは、水平面は、積層方向に垂直な方向とし、前記水平面から傾いた積層面上に、平行方向に１次元または２次元の構造で一定の周期パターンを形成した基板を有し、前記基板上に２種類以上の屈折率の異なる材料が交互に積層された２次元周期積層構造を有するフォトニック結晶を備え、前記フォトニック結晶は、複数の異なる屈折率を有する物質が周期的に配列されている２次元または３次元格子構造を有し、かつ、一組の基本格子ベクトルで構成される２次元格子構造が３回よりも大きい数の回転対称軸を持たず、かつ、使用波長でフォトニックバンドギャップを具備しない格子構造を有する。それにより、容易にフォトニック結晶を形成することができる。
【００７６】
また、好ましくは、前記水平面に対する前記積層面の傾きが５〜２５°である。それにより、対称性の低いフォトニック結晶が容易に形成できる。
【００７７】
また、本発明の他の光デバイスは、２次元格子の２個の基本格子ベクトル間の９０°以下のなす角度が６０°よりも大きく９０°よりも小さい値であるように１次元または２次元の構造の一定の周期パターンが形成された基板を有し、前記基板上に２種類以上の屈折率の異なる材料が交互に積層された２次元または３次元周期積層構造を有するフォトニック結晶を備える。それにより、容易に対称性の低いフォトニック結晶を形成することができる。
【００７８】
また、好ましくは、前記一定の周期パターンの周期が使用光源の波長の０．４〜０．６の大きさである。それにより、偏向分散特性の大きなフォトニック結晶を形成することができる。
【００７９】
【発明の実施の形態】
(実施の形態１)
本発明の実施の形態１にかかる光デバイスについて、図１を用いて説明する。実施の形態１における光デバイスは、光分岐器である。入力側光ファイバ１が、複合フォトニック結晶４の片側と結合するように設置され、複合フォトニック結晶４の反対側には、出力側光ファイバ２および３が結合するように設置されている。複合フォトニック結晶４は、二種類のフォトニック結晶５、６が、接合面７で接合されて構成されている。
【００８０】
フォトニック結晶５、６は、２次元構造であって、第１物質９に円柱状の柱状物質１０が周期的に配置された構造である。それぞれの柱状物質１０の中心軸は、すべて平行に配置されている。例えば、第１物質９はＳｉＯ2や、アクリル系樹脂（ＰＭＭＡ、ＵＶアクリルレート樹脂など）、エポキシ系樹脂、ポリイミド系、シリコーン樹脂、カーボネート系のポリカーボネート等の樹脂とし、柱状物質１０は空気とする。柱状物質１０の格子定数ａ（柱状物質同士の距離）は、伝搬させる光の波長の０．４〜０．６が好ましい。この値であれば、偏向分散特性が顕著に現れる。柱状物質１０の半径ｒは、格子定数ａの０．２〜０．５が好ましい。このように、フォトニック結晶は、ＳｉＯ2基板に、穴を空けるだけで容易に作成することができる。
【００８１】
フォトニック結晶５は、対称性の低い斜交格子である。フォトニック結晶５の基本格子ベクトルａ1は、入力側光ファイバー１の光軸と平行であって、柱状物質１０の配置を表わす基本格子ベクトル（ａ1，ａ2）同士の角度θ1が、６０°よりも大きく９０°よりも小さい値であることが好ましい。
【００８２】
また、フォトニック結晶６の基本格子ベクトルａ1も、入力側光ファイバー１の光軸と平行であって、格子構造は、接合面７に対して、フォトニック結晶５の格子と対称となっている。したがって、フォトニック結晶６の基本格子ベクトル（ａ1，ａ2）同士の角度θ2は、９０°よりも大きく１２０°よりも小さい値となる。
【００８３】
入力側光ファイバー１の光軸は、接合面７に含まれる位置とされ、各出力側光ファイバー２および３は、各フォトニック結晶５および６の所定の位置で出力光と結合するように設置されている。
【００８４】
なお、複合フォトニック結晶４と入力側光ファイバー１の接合面は、フォトニック結晶５、６の基本格子ベクトルａ1と垂直である。
【００８５】
入力側光ファイバー１から複合フォトニック結晶４に光が入射されると、その出力は、半分ずつ２つのフォトニック結晶５、６に入力される。フォトニック結晶５、６のような斜交格子の基本格子ベクトル方向に所定の波長の光が入射された場合には、その光は偏向する。なお、第１物質９と柱状物質１０の種類、格子定数ａ、柱状物質１０の半径ｒ、基本格子ベクトル（ａ1，ａ2）同士の角度θ1等の値を変化させることで、その偏向角度および偏向する光の波長は制御できる。
【００８６】
例えば、基本格子ベクトル（ａ1，ａ2）同士の角度θ1が６０°よりも大きく９０°よりも小さい値である、対称性が低い格子構造のフォトニック結晶の基本格子ベクトルａ1方向に入射光を入射させれば、入射光を偏向させることができることは確認されている。
【００８７】
実施の形態１では、入力側光ファイバー１からの入射光が、フォトニック結晶５では、偏向方向８ａで示す方向に、偏向するような条件とした。フォトニック結晶６は、フォトニック結晶５と接合面７で対称な格子構造としたので、入射光は、偏向方向８ａと接合面７に対して対称となる偏向方向８ｂで示す方向に偏向する。偏向して進むこれらの光が、複合フォトニック結晶４の出力側の端面に達する箇所に出力側光ファイバー２、３を接合しておけば、分岐した光を出力側光ファイバー２、３に導くことができる。
【００８８】
なお、入力側光ファイバー１の光軸を、接合面７からずらして、フォトニック結晶５、６のどちらかよりの位置に設置することで、フォトニック結晶５、６への分岐出力を変化させ、出力側光ファイバー２、３への光の出力を制御することができる。例えば、光軸をフォトニック結晶５よりにずらすと、出力側光ファイバー２への光の出力が、出力側光ファイバー３に比べて高くなる。
【００８９】
実施の形態１における光デバイスは、具体的には、図２に示すスラブ導波路構造とするとよい。３つのＶ溝１２を有する基板１１上に、スラブ形状の複合フォトニック結晶４と、スラブ導波路クラッド１３が積層され、Ｖ溝１２には、入力側光ファイバー１、出力側光ファイバー２および３が固定設置されている。Ｖ溝１２を備えたことで、光ファイバーの光軸合わせは容易である。
【００９０】
基板１１は、クラッドも兼ねていて、基板１１とスラブ導波路クラッド１３とで複合フォトニック結晶４を上下から挟むことで、柱状物質１０である空気孔を閉じ、光が柱状物質１０より漏れることを防ぐ。なお、基板１１およびスラブ導波路クラッド１３の屈折率は、少なくとも第１物質９に比べて低く、柱状物質１０の屈折率と同じか、それよりも低い方が望ましい。このようにして、光を閉じ込める以外に、クラッドの代わりに基板１１に対して垂直方向に多層膜を形成し、ブラグ反射を用いて光を閉じ込めることも可能である。
【００９１】
図２の光デバイスを用いて、光を分岐させている測定結果を図３に示す。図３は、光の出力を示していて、左側の入力側光ファイバーから直進してきた光が、複合フォトニック結晶中で分岐して、右側の各出力側光ファイバーで再び直進していることがわかる。なお、第１物質９の屈折率は１．５、柱状物質１０は空孔で屈折率は１．０で、フォトニック結晶５の基本格子ベクトル（ａ1，ａ2）同士の角度θ1は８０°の場合である。このときの、分岐された光同士間の分岐角度は、１２°であった。
【００９２】
なお、第１物質９の屈折率は１．４〜１．６で、柱状物質１０の屈折率は０．９〜１．１とすればよい。また、第１物質９と柱状物質１０の相対屈折率差が１．０以上としてもよい。例えば、第１物質９にＳｉやＧａＡｓやＴｉ2Ｏ5などの高屈折率材料を使用し、柱状物質１０にＳｉＯ2などの低屈折率材料を使用してもよい。
【００９３】
また、フォトニック結晶５を基板１１やスラブ導波路クラッド１３で上下から挟む必要はなく、上下の両方もしくはいずれかの片側だけを空気とする構造であってもよい。
【００９４】
また、スラブ導波路構造のシングルモード条件を満足するために、第１物質９の屈折率に応じて、スラブ導波路クラッド１３および基板１１の屈折率と複合フォトニック結晶４の膜厚を調整する必要がある。例えば、第１物質９と、スラブ導波路クラッド１３あるいは基板１１の屈折率差が１０％以下であれば複合フォトニック結晶４の膜厚は、数μｍ〜１０μｍでも良いが、屈折率差が１０％以上であれば、膜厚は数μｍ以下となる。膜厚が数μｍ以下の場合は、光ファイバーとの結合性が悪くなるので適さない。
【００９５】
以上のように、実施の形態１の光デバイスによれば、フォトニック結晶を用いて形成されているので容易に形成することができる。また、基本格子ベクトルａ1方向に、光を入射させるので、基本格子ベクトルａ1方向に対して、垂直の入射面を有するフォトニック結晶を形成すればよく、容易に形成できる。また、フォトニック結晶は、高度な光軸合わせとモード形状のマッチングが不要である。さらに、大きな分離角を有する分岐器を実現でき、小型であっても十分に分岐し得る。
【００９６】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２にかかる光デバイスについて、図４を用いて説明する。実施の形態２における光デバイスは、実施の形態１における複合フォトニック結晶を多段で用いて、光の分岐数を４つにしてある。
【００９７】
図４は、本発明の実施の形態２にかかる光デバイスの構成を示す。複合フォトニック結晶１４は、複合フォトニック結晶４ａ、４ｂ、４ｃから構成されている。複合フォトニック結晶４ａの端面には、入力側光ファイバー１が接合され、複合フォトニック結晶４ａの他の端面の半分に複合フォトニック結晶４ｂが、残りの半分に複合フォトニック結晶４ｃが接合されている。複合フォトニック結晶４ｂの他の端面および複合フォトニック結晶４ｃの他の端面の所定の位置には、出力側光ファイバー３ａ、３ｂ、２ａ、２ｂが接合されている。
【００９８】
各複合フォトニック結晶４ａ、４ｂ、４ｃは、図１の複合フォトニック結晶４と同様の構成である。すなわち、複合フォトニック結晶４ａは、２種類のそれぞれ格子構造が対称なフォトニック結晶５ａ、６ａが接合面７ａで接合された構成であり、入力側光ファイバー１の光軸は、複合フォトニック結晶４ａの接合面７ａに含まれる位置に配置され、入力側光ファイバー１からの光を分岐する。
【００９９】
複合フォトニック結晶４ｂは、２種類のそれぞれ格子構造が対称なフォトニック結晶５ｂ、６ｂが接合面７ｂで接合された構成であり、複合フォトニック結晶４ａからの分岐された光が、接合面７ｂ付近に入射されるように配置され、その光を分岐して、出力側光ファイバー３ａ、３ｂに導く。
【０１００】
複合フォトニック結晶４ｃは、２種類のそれぞれ格子構造が対称なフォトニック結晶５ｃ、６ｃが接合面７ｃで接合された構成であり、複合フォトニック結晶４ａからの分岐された光が、接合面付近に入射されるように配置され、その光を分岐して、出力側光ファイバー２ａ、２ｂに導く。
【０１０１】
各出力側光ファイバー３ａ、３ｂ、２ａ、２ｂは、各複合フォトニック結晶４ｂ、４ｃで分岐された光が、出射される位置に設置され分岐された光を伝搬する。つまり、入力側光ファイバー１により入射された光は、光の進行方向１５で示すように四分岐される。
【０１０２】
なお、複合フォトニック結晶１４は、上下をクラッドで挟んで、フォトニック結晶のスラブ導波路構造とすることで、光の漏れがなくなる。また、同様にして、さらに、複合フォトニック結晶を増やすことで、さらに多重光分岐器を作成することができる。
【０１０３】
以上のように、実施の形態２の光デバイスによれば、容易に、四分岐器を形成することができる。
【０１０４】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３にかかる光デバイスについて、図５を用いて説明する。実施の形態３における光デバイスは、ビーム誘導器である。
【０１０５】
図５は、実施の形態３の光デバイスの側面図である。Ｖ溝２４を有する基板２５上に、クラッド２１ａとコア２１ｂから構成される光ファイバ２１と、実施の形態１のフォトニック結晶６と同様の格子構造であるスラブ形状フォトニック結晶６ｄと、コア２６ｂが導波路基板２６ａに埋め込まれた構造の光導波路２６が設置されている。また、光ファイバー２１、フォトニック結晶６ｄ、光導波路２６の上部には、光導波路２６のクラッドも兼ねている上カバー２７が設置され、光ファイバー２１のクラッド２１ａと光導波路２６のコア２６ｂが面合わせで固定されている。
【０１０６】
フォトニック結晶６ｄは、光ファイバー２１と光導波路２６と両端面で接合され、光ファイバー２１はＶ溝２４で固定設置されている。光ファイバー２１と光導波路２６のそれぞれのコア２１ｂおよび２６ｂの光軸はずれている。
【０１０７】
フォトニック結晶６ｄは、実施の形態１のフォトニック結晶６と同様の結晶構造であり、すなわち、２次元構造であって、第１物質９に円柱状の柱状物質１０が周期的に配置された構造である。それぞれの柱状物質１０の中心軸は、すべて平行に配置されている。例えば、第１物質９はＳｉＯ2や、アクリル系樹脂（ＰＭＭＡ、ＵＶアクリルレート樹脂など）、エポキシ系樹脂、ポリイミド系、シリコーン樹脂、カーボネート系のポリカーボネート等の樹脂とし、柱状物質１０は空気とする。柱状物質１０の格子定数ａ（柱状物質同士の距離）は、伝搬させる光の波長の０．４〜０．６で、柱状物質１０の半径ｒは、格子定数ａの０．２〜０．５が好ましい。また、フォトニック結晶６ｄの格子構造は、対称性の低い斜交格子であり、基本格子ベクトルａ1は、光ファイバー２１のコア２１ｂの光軸と平行であって、柱状物質１０の配置を表わしている基本格子ベクトル（ａ1，ａ2）同士の角度θ2は、９０°よりも大きく１２０°よりも小さい値である。また、フォトニック結晶６ｄと光ファイバー２１の接合面は、基本格子ベクトルａ1と垂直である。
【０１０８】
光ファイバー２１からフォトニック結晶６ｄに入射された、基本格子ベクトルａ1と平行な所定の波長の光は、光の進行方向２９に示すように所定の角度で偏向する。偏向する光の波長および偏向角度は、フォトニック結晶６ｄの結晶構造で変化するので、結晶構造を調整して所望の特性とすることができる。
【０１０９】
フォトニック結晶６ｄで偏向した光が出射される位置に光導波路２６のコア２６ｂが設置されるようにしておく。それにより、光ファイバ２１から入射された光は、コア２１ｂとは異なる光軸の光導波路２６のコア２６ｂに入射される。
【０１１０】
以上のように、実施の形態３の光デバイスによれば、容易にビーム誘導器が作成でき、屈折率も大きいので、小型化も可能となる。例えば、シングルモードファイバの場合、６０μｍ程度の軸ズレが生じるが、６°偏向するフォトニック結晶を使用すれば、約５７０μｍ長のビーム誘導部で結合が可能である。
【０１１１】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４にかかる光デバイスについて図６を用いて説明する。実施の形態４における光デバイスは、光フィルターである。
【０１１２】
図６に示すように、入力側光ファイバ３１とフォトニック結晶５ｄとが、端面で接合し、また、フォトニック結晶５ｄの他端には、出力側光ファイバー３２および３３が設置されている。入力側光ファイバー３１と、出力側光ファイバー３３の光軸３４は同じであり、出力側光ファイバー３２の光軸は、それからずれた位置である。
【０１１３】
フォトニック結晶５ｄは、実施の形態１のフォトニック結晶５と同様の格子構造である。すなわち、２次元構造であって、第１物質９に円柱状の柱状物質１０が周期的に配置された構造である。それぞれの柱状物質１０の中心軸は、すべて平行に配置されている。例えば、第１物質９はＳｉＯ2や、アクリル系樹脂（ＰＭＭＡ、ＵＶアクリルレート樹脂など）、エポキシ系樹脂、ポリイミド系、シリコーン樹脂、カーボネート系のポリカーボネート等の樹脂とし、柱状物質１０は空気とする。柱状物質１０の格子定数ａ（柱状物質同士の距離）は、伝搬させる光の波長の０．４〜０．６で、柱状物質１０の半径ｒは、格子定数ａの０．２〜０．５が好ましい。また、フォトニック結晶５ｄの格子構造は、対称性の低い斜交格子であり、基本格子ベクトルａ1は、入力側光ファイバー３１の光軸と平行であって、柱状物質１０の配置を表わしている基本格子ベクトル（ａ1，ａ2）同士の角度θ1は、６０°よりも大きく９０°よりも小さい値である。
【０１１４】
光ファイバー３１からフォトニック結晶５ｄに入射された基本格子ベクトルａ1と平行な光の内、偏向する光の波長および偏向角度は、フォトニック結晶５ｄの結晶構造で変化するので、結晶構造を調整して所望の特性を有するフォトニック結晶を形成する。フォトニック結晶６ｄは、波長ｆkの光（選択光）が偏向し、それ以外の波長の光（非選択光）は直進する構造である。
【０１１５】
入力側光ファイバー３１から波長ｆkの光を含む、複数の光がフォトニック結晶５ｄに入射されると、波長ｆkの光は、進行方向３６に示すように、偏向して、出力側光ファイバー３２に導かれる。また、波長ｆk以外の光は、進行方向３５に示すように直進して、出力側光ファイバー３３に導かれる。このような構成で、所望とする波長ｆkの光を取り出す光フィルターを形成することができる。なお、出力側光ファイバー３２は、選択光が偏向されて、フォトニック結晶５ｄから出射される位置に設置されている。
【０１１６】
また、出力側光ファイバー３２の設置位置は、その光軸が出力側光ファイバー３３の光軸から、フォトニック結晶５ｄの横幅に比例した分だけ離れた位置に配置される。つまりフォトニック結晶５ｄが大型化すれば、各出力側光ファイバー３２、３３間の距離も離れる。
【０１１７】
実施の形態４における光デバイスは、具体的には、図７に示すスラブ導波路構造とするとよい。３つのＶ溝４２を有する基板４１上に、スラブ形状のフォトニック結晶５ｄと、スラブ導波路クラッド４３が積層され、Ｖ溝４２には、入力側光ファイバー３１、出力側光ファイバー３２および３３が固定設置されている。Ｖ溝４２を備えたことで、位置合わせは容易である。
【０１１８】
基板４１は、クラッドも兼ねていて、基板４１とスラブ導波路クラッド４３とでフォトニック結晶５ｄを上下から挟むことで、柱状物質１０である空気孔を閉じ、光が柱状物質１０より漏れることを防ぐ。なお、基板４１およびスラブ導波路クラッド４３の屈折率は、少なくとも第１物質に比べて低く、柱状物質の屈折率と同じか、それよりも低い方が望ましい。このようにして、光を閉じ込める以外に、クラッドの代わりに基板４１に対して垂直方向に多層膜を形成し、ブラグ反射を用いて光を閉じ込めることも可能である。
【０１１９】
図７の光デバイスを用いた測定結果を図８に示す。図８（ａ）は、選択光を入射した場合の光の出力を示していて、左側の入力側光ファイバーから直進してきた選択光が、フォトニック結晶中で６°偏向して、右側の出力側光ファイバーで再び直進していることがわかる。また、図８（ｂ）は、非選択光を入射した場合の光の出力を示していて、入力側光ファイバー、フォトニック結晶および出力側光ファイバー中を非選択光は直進していることがわかる。なお、第１物質９の屈折率は１．５、柱状物質１０は空孔で屈折率は１．０で、フォトニック結晶５ｄの基本格子ベクトル（ａ1，ａ2）同士の角度θ1は８０°の場合である。
【０１２０】
なお、第１物質９の屈折率は１．４〜１．６で、柱状物質１０の屈折率は０．９〜１．１とすればよい。また、第１物質９と柱状物質１０の相対屈折率差が１．０以上としてもよい。例えば、第１物質９にＳｉやＧａＡｓやＴｉ2Ｏ5などの高屈折率材料を使用し、柱状物質１０にＳｉＯ2などの低屈折率材料を使用してもよい。
【０１２１】
また、フォトニック結晶５を基板４１やスラブ導波路クラッド４３で上下から挟む必要はなく、上下の両方もしくはいずれかの片側だけを空気とする構造であってもよい。
【０１２２】
また、スラブ導波路構造のシングルモード条件を満足するために、第１物質９の屈折率に応じて、スラブ導波路クラッド４３および基板４１の屈折率とフォトニック結晶５ｄの膜厚を調整する必要がある。例えば、第１物質９と、スラブ導波路クラッド４３あるいは４１基板の屈折率差が１０％以下であればフォトニック結晶５ｄの膜厚は、数μｍ〜１０μｍでも良いが、屈折率差が１０％以上であれば、膜厚は数μｍ以下となる。膜厚が数μｍ以下の場合は、光ファイバーとの結合性が悪くなるので適さない。
【０１２３】
以上のように、実施の形態４の光デバイスによれば、フォトニック結晶を用いて形成されているので容易に形成することができる。
【０１２４】
（実施の形態５）
本発明の実施の形態５にかかる光デバイスについて、図９を用いて説明する。図９に示すように、Ｖ溝５３を備えている基板５２上に、Ｖ溝５３で固定されたＷＤＭ（１．３μｍ、１．５５μｍ）の２波長を伝送する光ファイバー５１と、スラブ形状のフォトニック結晶５ｅと、１．５５μｍのレーザーダイオード５４と１．５５μｍのフォトダイオード５５と、１．３μｍのフォトダイオード５６とを備えている。
【０１２５】
フォトニック結晶５ｅは、実施の形態１のフォトニック結晶５と同様の格子構造である。すなわち、２次元構造であって、第１物質に円柱状の柱状物質が周期的に配置された構造である。それぞれの柱状物質の中心軸は、すべて平行に配置されている。例えば、第１物質はＳｉＯ2や、アクリル系樹脂（ＰＭＭＡ、ＵＶアクリルレート樹脂など）、エポキシ系樹脂、ポリイミド系、シリコーン樹脂、カーボネート系のポリカーボネート等の樹脂とし、柱状物質は空気とする。柱状物質の格子定数ａ（柱状物質同士の距離）は、伝搬させる光の波長の０．４〜０．６で、柱状物質の半径ｒは、格子定数ａの０．２〜０．５が好ましい。また、フォトニック結晶５ｅの格子構造は、対称性の低い斜交格子であり、基本格子ベクトルａ1は、光ファイバー５１の光軸と平行であって、柱状物質の配置を表わしている基本格子ベクトル（ａ1，ａ2）同士の角度θ1は、６０°よりも大きく９０°よりも小さい値である。また、フォトニック結晶５ｅの結晶構造は調整されていて、光の入射位置に依らず、フォトニック結晶５ｅの基本格子ベクトルａ1方向に光を入射すれば、波長１．３μｍの光のみが大きく偏向して、波長１．５５μｍの光は偏向せず直進する。
【０１２６】
図示していないが、フォトニック結晶５ｅの上面には、第１物質より低い屈折率を有するスラブ導波路クラッドが設置されている。１．５５μｍのレーザーダイオード５４と１．５５μｍのフォトダイオード５５とは入力側光ファイバー５１の光軸上で、フォトニック結晶５ｅに対して光ファイバー５１と対向した位置に配置されている。また、１．３μｍのフォトダイオード５６は、光ファイバー５１の光軸からずれた位置に設置され、フォトニック結晶５ｅ中で偏向した光がフォトニック結晶５ｅ横方向の長さに比例した距離だけ、光ファイバー５１の光軸から離れた位置に設置される。
【０１２７】
光ファイバー５１から１．３／１．５５μｍＷＤＭの信号光がフォトニック結晶５ｅに入射されると、波長１．３μｍの光は偏向して、１．３μｍのフォトダイオード５６で受信される。波長１．５５μｍの光は、直進して、１．５５μｍのフォトダイオードで受信される。また、１．５５μｍのレーザダイオード５４から出射された信号光は、フォトニック結晶５ｅ中を直進し、光ファイバー５１に送られる。なお、矢印５８は波長１．３μｍの光の伝搬方向を、矢印５７は波長１．５５μｍの光の伝搬方向を示している。
【０１２８】
このように、実施の形態５の光デバイスで、波長１．５５μｍの光で双方向通信を、波長１．３μｍの光で受信のみの通信を行うことができる。
【０１２９】
以上のように、実施の形態５の光デバイスによれば、Ｙ形状の導波路と波長分離のための多層膜フィルターを必要とせず、部品点数の少ない、簡単な構成でＷＤＭ送受信モジュールを実現することができる。
【０１３０】
（実施の形態６）
本発明の実施の形態６にかかる光デバイスについて、図１０を用いて説明する。図１０に示すように、Ｖ溝６３を備えている基板６２上に、Ｖ溝６３で固定されたＷＤＭ（１．３μｍ、１．５５μｍ）の２波長を伝送する光ファイバー６１と、スラブ形状のフォトニック結晶５ｆと、１．５５μｍのフォトダイオード６４と、１．３μｍのレーザーダイオード６５と、１．３μｍのフォトダイオード６６とを備えている。
【０１３１】
フォトニック結晶５ｆは、実施の形態５のフォトニック結晶５ｅと同様の格子構造である。すなわち、２次元構造であって、第１物質に円柱状の柱状物質が周期的に配置された構造である。それぞれの柱状物質の中心軸は、すべて平行に配置されている。例えば、第１物質はＳｉＯ2や、アクリル系樹脂（ＰＭＭＡ、ＵＶアクリルレート樹脂など）、エポキシ系樹脂、ポリイミド系、シリコーン樹脂、カーボネート系のポリカーボネート等の樹脂とし、柱状物質は空気とする。柱状物質の格子定数ａ（柱状物質同士の距離）は、伝搬させる光の波長の０．４〜０．６で、柱状物質の半径ｒは、格子定数ａの０．２〜０．５が好ましい。また、フォトニック結晶５ｆの格子構造は、対称性の低い斜交格子であり、基本格子ベクトルａ1は、光ファイバー６１の光軸と平行であって、柱状物質の配置を表わしている基本格子ベクトル（ａ1，ａ2）同士の角度θ1は、６０°よりも大きく９０°よりも小さい値である。また、フォトニック結晶５ｆの結晶構造は調整されていて、フォトニック結晶５ｆは、光の入射位置に依らず、基本格子ベクトルａ1方向に光を入射すれば、波長１．３μｍの光のみが大きく偏向して、波長１．５５μｍの光は偏向せず直進する特性を有している。
【０１３２】
図示していないが、フォトニック結晶５ｆの上面には、第１物質より低い屈折率を有するスラブ導波路クラッドが設置されている。１．５５μｍのフォトダイオード６４は入力側光ファイバー６１の光軸上で、フォトニック結晶５ｆに対して光ファイバー６１と対向した位置に配置されている。また、１．３μｍのレーザーダイオード６５と、１．３μｍのフォトダイオード６６とは、光ファイバー６１の光軸からずれた位置で、偏向した光が出射される位置に設置され、フォトニック結晶５ｆ中で偏向した光がフォトニック結晶５ｆの横方向の長さに比例した距離だけ、光ファイバー６１の光軸から離れた位置に設置される。
【０１３３】
光ファイバー６１から１．３／１．５５μｍＷＤＭの信号光がフォトニック結晶５ｆに入射されると、波長１．３μｍの光は偏向して、１．３μｍのフォトダイオード６６で受信される。また、１．３μｍのレーザーダイオード６５から出射された信号光は、フォトニック結晶５ｆで偏向して、光ファイバー６１に送られる。波長１．５５μｍの光は、直進して、１．５５μｍのフォトダイオードで受信される。なお、矢印６８は波長１．３μｍの光の伝搬方向を、矢印６７は波長１．５５μｍの光の伝搬方向を示している。
【０１３４】
このように、実施の形態６の光デバイスで、波長１．３μｍの光で双方向通信を、波長１．５５μｍの光で受信のみの通信を行うことができる。
【０１３５】
以上のように、実施の形態６の光デバイスによれば、Ｙ形状の導波路と波長分離のための多層膜フィルターを必要とせず、部品点数の少ない、簡単な構成でＷＤＭ送受信モジュールを実現することができる。
【０１３６】
なお、実施の形態５および６は、波長１．５５μｍの光を直進、波長１．３μｍの光を偏向とした例であるが、フォトニック結晶の結晶格子の構造を変えることで、波長１．５５μｍの光を偏向とし、波長１．３μｍの光を直進とすることができる。
【０１３７】
（実施の形態７）
本発明の実施の形態７にかかる光デバイスについて、図１１を用いて説明する。図１１は、実施の形態７の光デバイスの構成を示していて、入力側光導波路コア７１と、入射側光導波路コア７１に対して９０°傾いた出力側光導波路コア７２と、入力側光導波路コア７１と出力側光導波路コア７２とが両端に結合されている偏向回路７３とから構成されている。
【０１３８】
図１１に示すように、偏向回路７３は、中心点７６を中心とした円の一部であって、端面同士は、９０°傾いている。偏向回路７３は、フォトニック結晶５ｇが１５個接合して構成されている。フォトニック結晶５ｇは、実施の形態１のフォトニック結晶５と同様の格子構造である。すなわち、２次元構造であって、第１物質に円柱状の柱状物質が周期的に配置された構造である。それぞれの柱状物質の中心軸は、すべて平行に配置されている。例えば、第１物質はＳｉＯ2や樹脂とし、柱状物質を空気とする。柱状物質の格子定数ａ（柱状物質同士の距離）は、伝搬させる光の波長の０．４〜０．６で、柱状物質の半径ｒは、格子定数ａの０．２〜０．５が好ましい。また、フォトニック結晶５ｇの格子構造は、対称性の低い斜交格子であり、基本格子ベクトルａ1は、光の入射方向と平行であって、柱状物質の配置を表わしている基本格子ベクトル（ａ1，ａ2）同士の角度θ1は、６０°よりも大きく９０°よりも小さい値である。また、フォトニック結晶長は調整されていて、フォトニック結晶５ｇは、光の入射位置に依らず、基本格子ベクトルａ1方向に入射光を入射すれば、入射光が６°偏向する特性を有している。
【０１３９】
このような性質を持つフォトニック結晶５ｇは、偏向回路７３を中心点７６を中心にθdef＝６°ずつ分割した形状で、全部で１５個あり、それらが接合され、偏向回路７３を構成している。各フォトニック結晶５ｇは、中心点７６を中心にθdef＝６°であり１５個あるので、偏向角度は、６°が１５個集まって９０°となる。
【０１４０】
入力側光導波路コア７１から入射方向７４で、フォトニック結晶５ｇに入射した光は、進行方向７５に示すように６°偏向して、次のフォトニック結晶５ｇに入射される。さらに、６°偏向して、次のフォトニック結晶５ｇに入射される。これを繰り返し、最後に、出力側光導波路コア７２に入射される。すなわち、偏向回路７３から出射される光の進行方向は、出射方向７７であり、入射光が９０°偏向されている。
【０１４１】
このように、フォトニック結晶中で、光が偏向することを用いて、所望の角度に、光を偏向させることができる光デバイスを形成することができる。
【０１４２】
なお、図示していないが、この光デバイスは、基板およびクラッドで上下から挟まれている。また、第１物質の樹脂材料として、アクリル系樹脂（ＰＭＭＡ、ＵＶアクリルレート樹脂など）、エポキシ系樹脂、ポリイミド系、シリコーン樹脂、カーボネート系のポリカーボネートなどが挙げられる。
【０１４３】
なお、第１物質の屈折率は１．４〜１．６で、柱状物質の屈折率は０．９〜１．１とすればよい。また、第１物質と柱状物質の相対屈折率差が１．０以上としてもよい。例えば、第１物質にＳｉやＧａＡｓやＴｉ2Ｏ5などの高屈折率材料を使用し、柱状物質にＳｉＯ2などの低屈折率材料を使用してもよい。
【０１４４】
以上のように、実施の形態７の光デバイスによれば、光偏向器を容易に形成できる。
【０１４５】
なお、実施の形態１から７における光デバイスは、対称性の低い２次元構造のフォトニック結晶を用いているが、対称性の低い３次元構造のフォトニック結晶においても同様に、基本格子ベクトル方向に光を入射させた場合には、強い偏向分散特性を示すことは自明である。そのため、実施の形態１から７における光デバイスに対称性の低い３次元構造のフォトニック結晶を用いても上述した光デバイスと同様の効果が得られる。
【０１４６】
また、上述の説明では、基本格子ベクトル（ａ1，ａ2）同士の角度θ1が６０°よりも大きく９０°よりも小さい値である格子構造が、対称性の低い格子構造としている。しかし、このような構造以外であっても、一組の基本格子ベクトルで構成される２次元格子構造が３回よりも大きい数の回転対称軸を持たない格子構造を有している場合であっても、対称性が低い格子構造であり、このような格子構造のフォトニック結晶を、上述の光デバイスに用いることができる。
【０１４７】
（実施の形態８）
本発明の実施の形態８にかかる光デバイスのフォトニック結晶の製造方法について図１２を用いて説明する。実施の形態８におけるフォトニック結晶は、２次元構造であって、第１物質８２に、周期的に柱状物質が形成された構造である。図１２（ａ）に示すように、基板８３上にスパッタなどで薄膜を蒸着して、所望とする膜厚の第１物質８２を形成する。スパッタ以外の方法として、樹脂を塗布してスピンコートするか、または、溶剤で溶かした樹脂を用いてキャスティングすることで、所望とする膜厚の第１物質８２を基板８３上に形成する方法もある。具体的には、流動性を有する樹脂材料を基板８３上に塗布して、拡散させて膜厚を調整した後に、その材料を硬化させて所望とする膜厚の第１物質８２を形成するものである。
【０１４８】
また、周期的に配置される柱状物質の所望の位置に突起物を備えている金型８１が用意されている。次に、図１２（ｂ）に示すように、金型８１で第１物質８２をプレスする。このようにして、図１２（ｃ）に示すように、第１物質８２の所望の位置に穴８４が形成される。なお、穴８４はそのままでは、空気による柱状物質を形成するが、第１物質８２とは屈折率の異なる他の材料を充填してもよい。
【０１４９】
以上のように、実施の形態８の光デバイスによれば、所望とする周期構造を有し、容易に作成できるフォトニック結晶を備えている。
【０１５０】
なお、基板８３上に第１物質を形成する際に、柱状物質が形成される場所に、突起物等を形成しておいてからスピンコートもしくはキャスティングによって膜厚を調整しながら、第１物質を形成し、その後、突起物を取り除くという方法でフォトニック結晶を形成してもよい。
【０１５１】
（実施の形態９）
本発明の実施の形態９にかかる光デバイスのフォトニック結晶の製造方法について図１３を用いて説明する。図１３（ａ）に示すように、スパッタなどで薄膜を蒸着するか、樹脂を塗布してスピンコートするか、または、溶剤で溶かした樹脂を用いてキャスティングすることで基板８３上に第１物質８２を形成し、第１物質８２の周期的に配置される柱状物質の所望の位置に、陽極酸化アルミなどのマスク８５を配置する。次に、図１３（ｂ）に示すように、イオンビーム８６などで第１物質８２をエッチングする。このようにして、図１３（ｃ）に示すように、第１物質８２の所望の位置に穴８４が形成される。なお、穴８４はそのままでは、空気による柱状物質を形成するが、第１物質とは屈折率の異なる他の材料を充填してもよい。
【０１５２】
以上のように、実施の形態９の光デバイスによれば、所望とする周期構造を有し、容易に作成できるフォトニック結晶を備えている。
【０１５３】
（実施の形態１０）
本発明の実施の形態１０にかかる光デバイスのフォトニック結晶の製造方法について図１４を用いて説明する。図１４（ａ）に示すように、スパッタなどで薄膜を蒸着するか、樹脂を塗布してスピンコートするか、または、溶剤で溶かした樹脂を用いてキャスティングすることで基板８３上に第１物質８２を形成し、８２を形成し、第１物質８２の周期的に配置される柱状物質の所望の位置に、陽極酸化アルミなどのマスク８５を配置する。図１４（ｂ）に示すように、Ａｒイオンなどのイオンビーム８６を照射する。イオンビーム８６の照射によって、マスク８５を配置されていない部分にトラック８７ができる。トラック８７は、第１物質８２の分子結合が切れている。次に、図１４（ｃ）に示すように、マスク８５を除去し、基板８３ごと第１物質８２をＮａＯＨなどの強アルカリ８８に浸漬する。第１物質８２は、変化がないが、分子結合が切れているトラック８２は侵食され、第１物質８２の所望の位置に穴８４が形成される。なお、穴８４はそのままでは、空気による柱状物質を形成するが、第１物質とは屈折率の異なる他の材料を充填してもよい。
【０１５４】
以上のように、実施の形態１０の光デバイスによれば、所望とする周期構造を有し、容易に作成できるフォトニック結晶を備えている。
【０１５５】
なお、実施の形態８から１０におけるフォトニック結晶の製造において、基板８３上に第１物質８２を形成したが、基板８３を用いる必要はなく、基板８３を用いずに第１物質８２を形成して、所望の位置に穴８４を形成することでフォトニック結晶を製造してもよい。
【０１５６】
（実施の形態１１）
本発明の実施の形態１１にかかる光デバイスのフォトニック結晶の製造方法について図１５を用いて説明する。
【０１５７】
図１５（ａ）に示す周期構造加工面９２を有する基板９１に、高屈折率材料９３と低屈折率材料９４とを交互に積層していくことで、周期積層構造を形成する。
【０１５８】
図１５（ｂ）にはフォトニック結晶の断面図が示されていて、基板９１の上面である格子面（積層面）は、積層方向に垂直な水平面から角度θaだけ傾いている。周期構造加工面９２は、この格子面に平行に、使用光源の波長の０．４〜０．６の大きさの周期を有する１次元構造の周期パターンを凹凸で形成してある。基板９１の格子面の傾きθaを５〜２５°として、周期積層構造を形成すると、２個の基本格子ベクトル間の９０°以下のなす角度が６０°よりも大きく９０°よりも小さい値となるフォトニック結晶が形成される。同様に、格子面に２次元構造の周期パターンを形成した基板に高屈折率材料と低屈折率材料と交互に積層することで周期積層構造を形成すると、３次元周期積層構造が形成され、２個の基本格子ベクトル間の９０°以下のなす角度が６０°よりも大きく９０°よりも小さい値のフォトニック結晶が得られる。
【０１５９】
以上のように、実施の形態１１の光デバイスによれば、所望とする２次元または３次元の周期構造を有し、容易に形成できるフォトニック結晶を備えている。
【０１６０】
（実施の形態１２）
本発明の実施の形態１２にかかる光デバイスのフォトニック結晶の製造方法について図１６を用いて説明する。
【０１６１】
図１６（ａ）に示すような、基板１００の上面に、周期構造加工面１０１を形成し、凹部１０２で周期パターンを形成する。周期パターンは、使用光源の波長の０．４〜０．６の大きさの周期を有する２次元構造で、２個の基本格子ベクトル（ａ1，ａ2）間の９０°以下のなす格子内角θ1が６０°よりも大きく９０°よりも小さい値である。この周期構造加工面１０１に、まず、高屈折率材料１０３を積層する。凹部１０２がある箇所には、高屈折率材料１０３が形成され、凹部１０２がない場所には、周期構造加工面１０１に高屈折率材料１０３が形成されるので、高屈折率材料１０３は、凹凸に形成される。さらに、低屈折率材料１０４がその上から形成されるので、低屈折率材料１０４も凹凸に形成される。さらに積層され、高屈折率材料１０３と低屈折率材料１０４が交互に積層されていくことで、図１６（ｂ）に示すような断面構造の、３次元周期積層構造が形成される。なお、基板１００の上面に傾斜をつけることも可能である。
【０１６２】
以上のように、実施の形態１２の光デバイスによれば、所望とする３次元の周期構造を有し、容易に形成できるフォトニック結晶を備えている。
【０１６３】
【発明の効果】
本発明の光デバイスによれば、複数の異なる屈折率を有する物質が周期的に配列されている２次元または３次元格子構造を有し、かつ、一組の基本格子ベクトルで構成される２次元格子構造が３回よりも大きい数の回転対称軸を持たない格子構造を有するフォトニック結晶を備えている。そのため、容易に、低コストで、小型化が可能な光デバイスが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態１にかかる光分岐器の構成を示す平面図
【図２】  本発明の実施の形態１にかかる光分岐器の構成を示す斜視図
【図３】  本発明の実施の形態１にかかる光分岐器の測定結果
【図４】  本発明の実施の形態２にかかる光分岐器の構成を示す平面図
【図５】  本発明の実施の形態３にかかるビーム誘導器の構成を示す側面図
【図６】  本発明の実施の形態４にかかる光フィルターの構成を示す平面図
【図７】  本発明の実施の形態４にかかる光フィルターの構成を示す斜視図
【図８】  本発明の実施の形態４にかかる光フィルターの測定結果であって、図８（ａ）は選択光の出力図、図８（ｂ）は非選択光の出力図
【図９】  本発明の実施の形態５にかかるＷＤＭ送受信モジュールの構成を示す平面図
【図１０】  本発明の実施の形態６にかかるＷＤＭ送受信モジュールの構成を示す平面図
【図１１】  本発明の実施の形態７にかかる光偏向器の構成を示す平面図
【図１２】  本発明の実施の形態８にかかるフォトニック結晶の製造工程を示す側面図であって、図１２（ａ）は、第１工程図、図１２（ｂ）は第２工程図、図１２（ｃ）は第３工程図
【図１３】  本発明の実施の形態９にかかるフォトニック結晶の製造工程を示す側面図であって、図１３（ａ）は、第１工程図、図１３（ｂ）は第２工程図、図１３（ｃ）は第３工程図
【図１４】  本発明の実施の形態１０にかかるフォトニック結晶の製造工程を示す側面図であって、図１４（ａ）は第１工程図、図１４（ｂ）は第２工程図、図１４（ｃ）は第３工程図
【図１５】  本発明の実施の形態１１にかかるフォトニック結晶の構成を示す図であって、図１５（ａ）は基板の斜視図、図１５（ｂ）基板の側面図
【図１６】  本発明の実施の形態１２にかかるフォトニック結晶の構成を示す図であって、図１６（ａ）は基板の斜視図、図１６（ｂ）は基板の側面図
【図１７】  従来の光分岐器の構成を示す平面図
【図１８】  従来のＷＤＭ送受信モジュールの構成を示す平面図
【図１９】  従来の波長分波回路の構成を示す図であって、図１９（ａ）は斜視図、図１９（ｂ）は平面図
【図２０】  格子とブリルアンゾーンの関係を示す図であって、図２０（ａ）は正方格子を示す図、図２０（ｂ）は三角格子を示す図、図２０（ｃ）は斜交格子を示す図
【符号の説明】
１、３１、１８１  入力側光ファイバー
２、２ａ、２ｂ、３、３ａ、３ｂ、３２、３３、１８２、１８３  出力側光ファイバー
４、４ａ、４ｂ、４ｃ、１４  複合フォトニック結晶
５、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆ、５ｇ、６、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ  フォトニック結晶
７、７ａ、７ｂ、７ｃ  接合面
８ａ、８ｂ  偏向方向
９、８２  第１物質
１０  柱状物質
１１、２５、４１、５２、６２、８３、９１、１００、１８５、１９１  基板
１２、２４、４２、５３、６３、１９６  Ｖ溝
１３、４３  スラブ導波路クラッド
１５、２９、３５、３６、７５、  進行方向
２１、５１、６１、１９２  光ファイバー
２１ａ、１９７ｄ  クラッド
２１ｂ  コア
２６、１９７  光導波路
２６ａ  導波路基板
２６ｂ  コア
２７  上カバー
３４  光軸
５４  レーザーダイオード
５５  フォトダイオード
５６  フォトダイオード
５７、５８、６７、６８、１９９ａ、１９９ｂ  矢印
６４、６６、１９３、１９５  フォトダイオード
６５、１９４  レーザーダイオード
７１  入力側導波路コア
７２  出力側導波路コア
７３  偏向回路
７４、２０７  入射方向
７６  中心点
８１  金型
８４  穴
８５  マスク
８６  イオンビーム
８７  トラック
８８  強アルカリ
９２、１０１  周期構造加工面
９３、１０３  高屈折率材料
９４、１０４  低屈折率材料
１０２  凹部
１８４  Ｙ分岐器
１８６  Ｙ形状のコア
１９７ａ  第１コア
１９７ｂ  第２コア
１９７ｃ  第３コア
１９８  ＷＤＭ誘電体多層膜フィルター
２００  基板
２０１  第１クラッド２０１
２０２  第２クラッド２０２
２０３  背景媒質
２０４、２１１  原子媒質
２０８  入射面
２０９  出射面
２１２  ブリルアンゾーン
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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