(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトニック結晶の作製対象となる光導波路膜を提供する第１ステップと、
光軸方向に複数配列された各領域毎に予め定められた周期構造を有し、少なくとも隣接する前記領域間で前記周期構造が異なる通過部と、前記通過部を保持するマスク基板とを有するマスクに対して荷電粒子の照射を行う第２ステップと、
前記光導波路膜に前記荷電粒子を注入後、前記光導波路膜をアルカリ水溶液に浸漬する第３ステップと、を備えたフォトニック結晶の作製方法であって、
前記マスクは、前記第２ステップで前記荷電粒子が前記通過部のみを実質上通過する様に構成されており、
前記通過部の配列の方向は、前記フォトニック結晶の基本格子ベクトルの方向に対応しており、前記各領域における少なくとも一つの前記基本格子ベクトルの方向に対応する方向が、全ての前記領域について一致し、
前記各通過部の断面の大きさが、前記荷電粒子が複数個通過できるものであり、かつ前記光導波路膜に形成すべき周期構造を構成する、前記光導波路膜の本体と異なる屈折率となるべき部分の断面の大きさよりも小さく、
前記第２のステップでは、前記通過部を通過した前記通過荷電粒子を、前記光導波路膜に注入することにより、前記周期構造を転写し、
前記第３のステップでは、前記荷電粒子注入部分のアルカリ水溶液による物質変化後の前記周期構造を構成する前記各部分の大きさが、前記光導波路膜に形成すべき前記周期構造を構成する各部分の大きさに実質上到達するまで前記アルカリ水溶液に浸漬する、フォトニック結晶の作製方法。
【請求項２】
フォトニック結晶の作製対象となる所定の膜を提供する第１ステップと、
光軸方向に複数配列された各領域毎に予め定められた周期構造を有し、少なくとも隣接する前記領域間で前記周期構造が異なる通過部と、前記通過部を保持するマスク基板とを有するマスクに対して電磁波の照射を行う第２ステップと、を備えたフォトニック結晶の作製方法であって、
前記マスクは、前記第２ステップで、前記周期構造に基づく回折効果により前記膜上にエネルギー密度の差が生じる様に構成されており、
前記通過部の配列の方向は、前記フォトニック結晶の基本格子ベクトルの方向に対応しており、前記各領域における少なくとも一つの前記基本格子ベクトルの方向に対応する方向が、全ての前記領域について一致するフォトニック結晶の作製方法。
【請求項３】
前記膜は、光導波路用の薄膜であり、
前記通過部の屈折率が、前記マスク基板の屈折率と異なるものであり、
前記エネルギー密度の差が、前記エネルギー密度の強弱の分布として生じることにより前記薄膜に前記周期構造を転写する請求項２記載のフォトニック結晶の作製方法。
【請求項４】
前記通過部の前記断面の大きさが、前記光導波路膜に形成すべき周期構造を構成する、前記光導波路膜の本体と異なる屈折率を有する部分の大きさの１／４以上である請求項１に記載のフォトニック結晶の作製方法。
【請求項５】
光軸方向に少なくともひとつのスルー構造のＶ溝を有する基板と、
前記基板のＶ溝を有する面に接するように配置されたフォトニック結晶を含む光導波路膜と、
前記導波路膜の入射側と出射側の内、光軸を含む前記基板と平行な面内において前記Ｖ溝により前記入射側に固定される少なくともひとつの入射側光ファイバーと、
前記出射側に固定される少なくともひとつの出射側光ファイバーとを用いて光デバイスを作製する光デバイス作製方法であって、
前記フォトニック結晶は、光軸方向に複数配列された各領域毎に予め定められた周期構造を有し、少なくとも隣接する前記領域間で前記周期構造が異なる通過部と、前記通過部を保持するマスク基板とを有するマスクに対して電磁波の照射を行うことにより作製されたものであり、
前記通過部の配列の方向は、前記フォトニック結晶の基本格子ベクトルの方向に対応しており、
前記各領域における少なくとも一つの前記基本格子ベクトルの方向に対応する方向が、全ての前記領域について一致する光デバイス作製方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信用の光分岐器やＷＤＭ送受信モジュールなどに使用されるフォトニック結晶の作製方法、及び光デバイス作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
まず、従来例のフォトニック結晶である単一周期構造を作製する単一周期構造のモールドを使用した作製方法を図１０に示す（例えば、特許文献1参照。）。
【０００３】
基板１０１の表面にモールド１０２によりプレスして凸凹パターンを有する基板をシュウ酸中で陽極酸化することにより、基板は周期的ナノホール構造１０４を有する金属酸化物薄膜１０５となる。
【０００４】
このように、単一周期構造を有するモールドのプレスにより対象物に単一周期構造を簡単に転写することができる。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−２５８６５０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexer）などでフォトニック結晶の波長分散機能を利用して、特定の波長のみに作用させる場合は、一種類の周期構造を有するフォトニック結晶を一つ用いればよい。しかし、複数種類の波長に対して、選択的に作用させる場合には、波長の種類の数と同数のフォトニック結晶を用いることが必要となる。この場合、フォトニック結晶の周期構造は、基本的には、波長の種類と同数の種類が必要となる。そのため、周期構造の異なるフォトニック結晶の各光軸を全て一致させて、縦列に接続しなければならないという課題があった。尚、光導波路を中継して、複数のフォトニック結晶の接続を行う場合でも光軸あわせは同様に必要である。
【０００７】
上記従来例のように、ある特定の波長にのみ作用するフォトニック結晶を使用する場合は、各波長対応のフォトニック結晶を光軸をそろえて縦列する必要があり、部品点数の増加と、光軸調整をはじめとする組み立て工数の増加が避けられないという課題があった。
【０００８】
ところで、特願２００１−１０５４４７号の明細書及び図面に記載された本願発明者自身の発明である、単一周期構造を有するフォトニック結晶を作製する方法であって単一周期構造のマスクを使用したフォトニック結晶の作製方法を図９（ａ）、図９（ｂ）に示す。
【０００９】
ガラス基板９０上にポリマー薄膜９１を形成したスラブ導波路を用意し（図９（ａ）参照）、上記スラブ導波路のポリマー薄膜９１上に、従来のフォトニック結晶構造と同じ単一周期構造有するマスク９２を配置た後、イオンビーム９５を注入すると、ポリマー薄膜９１上のマスクの窓（貫通孔９６）の位置に注入されたイオン９４によりトラッキング９３が形成される（図９（ｂ）参照）。このトラッキング９３は、アルカリ処理で空孔となり、ポリマー薄膜９１にマスクと同じ単一周期構造を有する空孔の周期構造ができる。
【００１０】
このように、単一周期構造を有するマスクを使用するとポリマー薄膜に空孔のフォトニック結晶を簡単に実現することができる。また、フォトニック結晶材料としてポリマー以外を使用する場合でも、単一周期構造を有するマスクを使用する場合は同様である。
【００１１】
尚、上述した本願発明者が発明したフォトニック結晶の製造方法の場合でも、上記従来例と同様の課題を有している。
【００１２】
本発明は、従来の特定波長にのみ作用する単一の結晶構造を有するフォトニック結晶の課題を考慮し、例えば、ＷＤＭ用光フィルターやＡＤＤ−ＤＲＯＰ、２波以上の波長をパワー分離するＷＤＭ用分岐器を実現できるフォトニック結晶、及びそれを応用した光デバイスを作製する、フォトニック結晶の作製方法、及び光デバイス作製方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
第１の本発明は、フォトニック結晶の作製対象となる光導波路膜（９）を提供する第１ステップと、
光軸方向に複数配列された各領域毎に予め定められた周期構造を有し、少なくとも隣接する前記領域間で前記周期構造が異なる通過部（２）と、前記通過部を保持するマスク基板（１）とを有するマスク（８）に対して荷電粒子の照射（図１中の１１）を行う第２ステップと、前記光導波路膜に前記荷電粒子を注入後、前記光導波路膜をアルカリ水溶液に浸漬する第３ステップと、を備えたフォトニック結晶の作製方法であって、
前記マスクは、前記第２ステップで前記荷電粒子が前記通過部（２）のみを実質上通過する様に構成されており、
前記通過部の配列の方向（５）は、前記フォトニック結晶の基本格子ベクトルの方向に対応しており、前記各領域における少なくとも一つの前記基本格子ベクトルの方向に対応する方向（５）が、全ての前記領域について一致し、
前記各通過部の断面の大きさが、前記荷電粒子が複数個通過できるものであり、かつ前記光導波路膜に形成すべき周期構造を構成する、前記光導波路膜の本体と異なる屈折率となるべき部分の断面の大きさよりも小さく、
前記第２のステップでは、前記通過部（２）を通過した前記通過荷電粒子を、前記薄膜（９）に注入することにより、前記周期構造を転写し、
前記第３のステップでは、前記荷電粒子注入部分のアルカリ水溶液による物質変化後の前記周期構造を構成する前記各部分の大きさが、前記光導波路膜に形成すべき前記周期構造を構成する各部分の大きさに実質上到達するまで前記アルカリ水溶液に浸漬する、フォトニック結晶の作製方法である。
第２の本発明は、フォトニック結晶の作製対象となる所定の膜（５２）を提供する第１ステップと、
光軸方向に複数配列された各領域毎に予め定められた周期構造を有し、少なくとも隣接する前記領域間で前記周期構造が異なる通過部（１３０１ｂ）と、前記通過部を保持するマスク基板（１３０１）とを有するマスク（５１）に対して電磁波の照射（５４）を行う第２ステップと、を備えたフォトニック結晶の作製方法であって、
前記マスクは、前記第２ステップで、前記周期構造に基づく回折効果により前記膜（５２）上にエネルギー密度の差が生じる様に構成されており、
前記通過部の配列の方向（５）は、前記フォトニック結晶の基本格子ベクトルの方向に対応しており、前記各領域における少なくとも一つの前記基本格子ベクトルの方向に対応する方向（５）が、全ての前記領域について一致するフォトニック結晶の作製方法である。
【００１６】
又、第３の本発明は、前記膜（５２）は、光導波路用の薄膜であり、
前記通過部（１３０１ｂ，１４０１ｂ）の屈折率が、前記マスク基板の屈折率（１３０１ａ，１４０１ａ）と異なるものであり、
前記エネルギー密度の差が、前記エネルギー密度の強弱の分布として生じることにより前記薄膜に前記周期構造を転写する上記第２の本発明のフォトニック結晶の作製方法である。
【００２２】
又、第４の本発明は、前記通過部の前記断面の大きさが、前記光導波路膜に形成すべき周期構造を構成する、前記光導波路膜の本体と異なる屈折率を有する部分の大きさの１／４以上である上記第１の本発明のフォトニック結晶の作製方法である。
【００２５】
又、第５の本発明は、光軸方向に少なくともひとつのスルー構造のＶ溝（６６，６７）を有する基板（６８）と、
前記基板のＶ溝を有する面に接するように配置されたフォトニック結晶（６０）を含む光導波路膜（６２）と、
前記光導波路膜の入射側（６３）と出射側（６４，６５）の内、光軸を含む前記基板と平行な面内において前記Ｖ溝により前記入射側に固定される少なくともひとつの入射側光ファイバーと、
前記出射側に固定される少なくともひとつの出射側光ファイバーとを用いて光デバイスを作製する光デバイス作製方法であって、
前記フォトニック結晶は、光軸方向に複数配列された各領域毎に予め定められた周期構造を有し、少なくとも隣接する前記領域間で前記周期構造が異なる通過部（１３０１ｂ）と、前記通過部を保持するマスク基板（１３０１）とを有するマスク（５１）に対して電磁波の照射を行うことにより作製されたものであり、
前記通過部の配列の方向は、前記フォトニック結晶の基本格子ベクトルの方向に対応しており、
前記各領域における少なくとも一つの前記基本格子ベクトルの方向に対応する方向が、全ての前記領域について一致する光デバイス作製方法である。
【００４３】
このように、例えば、上記複数の周期構造を有するマスクを使用して、スラブ型導波路の薄膜コア部にマスクの構造を転写することにより、薄膜コア部分が複数の周期構造を有するフォトニック結晶となる。これにより、ＷＤＭなど複数の波長について各波長に対応する各周期構造のフォトニック結晶が薄膜コアに形成できる。
【００４４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００４５】
（第１の実施の形態）
ここでは、本発明のフォトニック結晶の作製方法の一実施の形態について図面を参照しながら述べるとともに、それによって作製されるフォトニック結晶の一例についても同時に説明する。
【００４６】
図１は、複数種類の周期構造を有するフォトニック結晶の作製方法の概要及び、マスクの構成を示すための図である。又、図１１は、本実施の形態におけるフォトニック結晶の周期構造の概要を説明するための断面模式図である。
【００４７】
図１に示すように、本フォトニック結晶の作製に用いるマスク８は、複数の貫通孔２と、それら貫通孔２を保持するためのマスク基板１から構成されている。尚、貫通孔２は、本発明の通過部の一例である。
【００４８】
マスク基板１は、第１のマスク部６〜第ｎのマスク部７によって一体的に構成されている。一方、貫通孔２は、所定のイオンビーム１１が通過可能であり、第１のマスク部６〜第ｎのマスク部７の各領域毎に配列や大きさ・形状等が異なる。尚、所定のイオンビーム１１は、本発明の所定の粒子の一例である。
【００４９】
即ち、マスク基板１は、第１のマスク部６〜第ｎのマスク部７の各領域毎に、予め定められた周期構造に基づいて配列された貫通孔２を保持し、貫通孔２以外の場所でのイオンビーム１１の通過を阻止する機能を有する基板である。
【００５０】
ここで、本実施の形態のマスク８の構成について更に詳細に説明する。
【００５１】
マスク８は、複数のマスク部を配列することにより構成されている。即ち、マスク８は、マスク基板１の表面に沿って、貫通孔２が２次元周期的に配列された第ｋ（ｋ＝１，２，…，ｎ）の２次元周期構造３（図１中では、第ｋのマスク部４の一部を拡大した図として示した）を有する第ｋのマスク部４が、各マスク部において共通の第１の基本格子ベクトル５の方向に第1のマスク６から第ｎのマスク7まで、ｎ個配列された構成を有している。
【００５２】
そして、マスク８は、上記各マスク部の２次元周期構造の貫通孔２の形状と周期が異なる複合周期構造体をなしている。
【００５３】
尚、第ｋのマスク部４の格子定数ａkと孔径（半径）ｒkは、第ｋのマスク部４に対応する光波長ｆkと次式に示す線形関係にある。
【００５４】
ａk＝Ｃａ×ｆk（Ｃａ：定数）
ｒk＝Ｃｒ×ｆk（Ｃｒ：定数）
次に、本実施の形態のフォトニック結晶の作製方法について説明する。
【００５５】
先ず、薄膜コア９とクラッド基板１４５の２層構造で構成されるスラブ型導波路１８を用意する（本発明の第１ステップに対応）。
【００５６】
次に、図１に示す様に、スラブ型導波路１８の薄膜コア９の上にマスク８を重ねる（本発明の第２ステップに対応）。
【００５７】
そして、Ｈ、Ｏ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒ、Ａｕなどの１ＭｅＶ以上の高エネルギーイオンビーム１１をマスク８を介して薄膜コア９に注入することにより、マスク８の２次元周期構造を薄膜コア９部分に転写することが出来る（本発明の第２ステップに対応）。
【００５８】
これにより、２次元周期構造がそれぞれ異なる複数種類のフォトニック結晶が一つの薄膜コア９において同時に一体構造として（本願明細書では、これを複合周期構造と呼ぶ）作製出来る。
【００５９】
よって、部品点数が削減出来、しかも、従来の様に面倒な光軸あわせが不要となるという効果を発揮する。
【００６０】
本実施の形態では、薄膜コア９の材料としては、１．３〜２．０程度の屈折率を有する、例えばガラスやポリマー等の誘電体を使用する。
【００６１】
又、マスク８は、貫通孔２の２次元周期構造として、約８０°の内角θ（１２）を有する２個の基本格子ベクトル(a1,a2)方向に、各フォトニック結晶が作用する波長の約０．５４倍の格子定数a（１４）を有している。
【００６２】
これにより、薄膜コア９に転写された周期構造部は、上記マスク８と同じ基本格子ベクトル方向に、各フォトニック結晶が作用する波長の約０．５４倍の格子定数a（１４）を有している。
【００６３】
貫通孔２の屈折率は１．０であるため、屈折率が１．３〜２．０の薄膜コア９上に異なる屈折率（屈折率＝１．０）の２次元周期構造が出来る。
【００６４】
又、クラッド基板１４５としては、１．０〜１．８程度の屈折率を有する、例えばガラスやポリマー等の誘電体を使用する。
【００６５】
なお、マスクの周期構造を転写する方法としてイオンビーム以外に電磁波を使用しても良い。
【００６６】
このように、複数の周期構造を有するマスクを使用して、スラブ型導波路の薄膜コア部に前記マスクの構造を転写することにより、前記薄膜コア部分が複数の周期構造を有するフォトニック結晶となり、ＷＤＭなど複数の波長について各波長に対応する各周期構造のフォトニック結晶が前記薄膜コアに形成できる。
【００６７】
（第２の実施の形態）
次に、図２を参照しながら、本発明のフォトニック結晶の作製方法の一実施の形態を中心に説明する。図２は、本実施の形態のフォトニック結晶の作製方法の構成概要図である。
【００６８】
本フォトニック結晶の作製方法の第２の実施の形態は、図２に示すように、薄膜コア２０とクラッド基板２１の２層で構成されるスラブ型導波路２９と、２次元周期構造を有するマスク２２と、マスクホルダー２３を用いる構成である。
【００６９】
尚、マスクホルダー２３は本発明のスペーサの一例である。
【００７０】
ここで、マスクホルダー２３は、マスク２２と薄膜コア２０の間を一定間隔に維持し、マスク２２と薄膜コア２０を対向させるための窓２４を有する構成であり、マスク２２と一体化して用いられる。尚、マスクホルダー２３は、本発明のスペーサの一例である。
【００７１】
尚、マスク２２の周期構造の薄膜コア２０への転写方法としては、上記第１の実施の形態と同様にイオンビームや電磁波を使用する。
【００７２】
マスクホルダー２３の窓２４の形状は、スラブ型導波路２９の光軸２５方向に関してはスラブ型導波路２９の導波路長よりも長く、且つ、薄膜コア２０の面内で光軸２５に対して垂直方向に関してはスラブ導波路２９の幅よりも小さい。
【００７３】
このように、窓２４の形状を光軸方向に大きくとることにより、スラブ型導波路２９の光入力端から光出力端までフォトニック結晶を形成できる一方、光軸方向と直交する方向の幅を小さくすることで、マスク２２と薄膜コア２０との間に一定間隔が形成でき、安定した転写が可能となる。
【００７４】
また、マスク２２と一体化したマスクホルダー２３を使用することにより、次の様な効果がある。即ち、例えばマスク２２が数μｍ程度の薄膜状であっても、作業者や機械による取り扱いが容易であり、又、マスク２２の再利用が可能となる。又、マスク２２とマスクホルダー２３とを一体化して、その一体化したマスクホルダーの移動により。上記マスク構造を複数の光導波路膜に次々と転写することも出来る。
【００７５】
（第３の実施の形態）
次に、主として図３（ａ）〜図３（ｃ）を参照しながら、本発明の一実施の形態について説明する。
【００７６】
図３（ａ）〜図３（ｃ）は、本フォトニック結晶の作製方法であって、多数の小さな球状孔の結合により形成された円筒状の空孔の形成方法の構成概要を説明するための模式図である。図３（ａ）は、イオンビーム注入直後の状態を説明する図、図３（ｂ）は、ＮａＯＨ浸漬後の状態を説明する図、図３（ｃ）は、ＮａＯＨ浸漬完了時の状態を説明する図である。
【００７７】
本実施の形態のフォトニック結晶の作製方法は、上記第１の実施の形態のフォトニック結晶と同様の構成であり、マスク８の周期構造をスラブ型導波路１８の薄膜コア９に転写することでフォトニック結晶を形成する構成である（図１参照）。
【００７８】
ここで、上記転写方法は、薄膜コア９にポリマーを使用し、Ｈ、Ｏ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒ、Ａｕなどのイオンを高エネルギー（１ＭｅＶ以上）に加速してスラブ型導波路１８の薄膜コア９の部分に注入するものである。
【００７９】
即ち、上記の様にして注入されたイオンの軌跡に沿ってポリマーの高分子結合が切れたトラッキング３０が、薄膜コア９部分に生じる（図３（ａ）参照）。
【００８０】
次に、トラッキング３０が生じた状態で薄膜コア９をＮａＯＨなどのアルカリ水溶液に浸漬すると、トラッキング３０部分がウェットエッチングされて多数の空孔３３が生じ（図３（ｂ）参照）、エッチング時間に従って前記空孔が大きくなる（図３（ｃ）参照）。
【００８１】
理想的には、所定の位置に一個のイオンを注入することにより、空孔を所望の大きさの空孔３５に形成する方法をとれば、空孔形状の断面を円形にできる。
【００８２】
しかし、イオンビームの内、イオン１個の注入をマスクで制御するのはほとんど不可能である。
【００８３】
そこで、図３に示すように、マスク８の空孔３１の大きさを、ポリマー薄膜コア９に形成すべき所望の空孔４５の大きさよりも小さく、例えば、約１／２とする。そうすると、マスク８の空孔３１の端に沿ってできたトラッキング３０がアルカリのウェットエッチにより、空孔３３が大きくなり、上記所望の大きさの空孔４５まで成長する。このようにして、ほぼ所望の大きさの空孔４５が形成できる。
【００８４】
すなわち、マスク８の空孔３１を通過する複数個のイオンがスラブ型導波路１８のポリマー製薄膜コア９に注入され、所望の大きさの空孔４５よりも小さい範囲に複数のトラッキング３０が形成される。
【００８５】
そして、複数のトラッキング３０が生じたポリマー製薄膜コア９をアルカリ水溶液に浸漬すると複数の成長中の空孔３３ができ、近接した空孔は結合してより大きな空孔が形成される。そして、最外位置の空孔が所望の大きさの空孔４５の端に到達した時にアルカリ浸漬を完了する。
【００８６】
これにより、複数の成長した空孔３５が互いに結合し合い、所望の空孔４５の範囲はトラッキング３０を起点として成長した空孔３５で埋め尽くされ、ほぼ所望の空孔４５に近い空孔がされる。
【００８７】
このようにして作製されたフォトニック結晶の薄膜コア９を有するスラブ型導波路１８の断面模式図を図１１に示す。図１１に示した断面は、光軸に平行な面即ち、第１の基本格子ベクトル５の方向に平行な面である。
【００８８】
図１１において、領域１０１は、図１の第kのマスク部４に対応する周期構造を有しており、空孔４５間のピッチ１０１ｐは、格子定数ａ（１４）と一致している。又、領域１０２は、第ｋ＋１のマスク部に対応する周期構造を有しており、空孔４５間のピッチ１０２ｐは、上記格子定数ａ（１４）とは異なる値である。
【００８９】
このように、１個のイオンでなくても複数個のイオンの注入範囲を制御すれば、複数個の空孔の結合により１個の大きな空孔を形成することができる。
【００９０】
又、このようにして作製されたフォトニック結晶のスラブ型導波路についても上記実施の形態と同様、部品点数が削減出来、しかも、従来の様に面倒な光軸あわせが不要となるという効果を発揮する。
【００９１】
（第４の実施の形態）
次に、主に図４を参照しながら、本発明のマスクの作製方法について説明する。
【００９２】
図４は、本実施の形態におけるフォトニック結晶作製用マスクの作製方法の概要図を示す。
【００９３】
本実施の形態のフォトニック結晶は、上記第１の実施の形態のフォトニック結晶と同様の構成である。
【００９４】
本実施の形態のマスクの作製方法では、モールド４７は、複数のモールド部を配列することにより構成されている。即ち、モールド基板４０の面に沿って、凸部４１が周期的に配列した第ｋ（ｋ＝１，２，…，ｎ）の２次元周期構造４２を有する第ｋのモールド部４３が、共通の第１の基本格子ベクトル方向４４に第1のモールド部２４５から第ｎのモールド部４６までｎ個配列した構成を有している。
【００９５】
モールド４７は、上記各モールド部の２次元周期構造の凸部４１の形状と周期が、各モールド部に応じてそれぞれ異なる複合周期構造体として構成されている。
【００９６】
尚、上記モールド４７は、本発明の型手段に対応する。
【００９７】
上記構成により、モールド４７の凸部４１の面を、アルミなどのマスク基板４８に対向させて、プレスして、マスク基板４８表面に凹凸パターンを作製する。
【００９８】
図１２は、図４に示すモールド４７のＡ−Ａ’断面の内、特に第ｋのモールド部４３と、第ｋ＋１のモールド部４９との断面部分を拡大した断面模式図である。
【００９９】
次に、上記マスク基板４８をシュウ酸などで陽極酸化することにより、マスク基板４８はモールド４７の周期構造を有するホール構造を有する金属酸化物マスク基板となる。
【０１００】
この様にして、モールド４７の２次元周期構造を有するホール集合体を膜厚方向に拡張して、貫通孔とした構造をマスク基板４８に形成することが出来る。
【０１０１】
本実施の形態では、モールド４７の材料としてガラスや金属などを使用している。又、凸部４１の２次元周期構造としては、約８０°の内角θ（４９）を有する２個の基本格子ベクトル(a1, a2)方向に、各フォトニック結晶が作用する波長の約０．５４倍の格子定数a（５０）を有する。
【０１０２】
尚、本実施の形態では、マスク基板上の所望の貫通孔の位置にモールド４７の凸部４１をプレスして、更にシュウ酸などで陽極酸化することにより、マスク基板上に貫通孔を作製する方法について説明したが、これに限らず、以下の様な方法もある。
【０１０３】
即ち、マスク基板に対して、マスク基板の膜厚と同じかそれ以上の高さの凸部を有するモールドをプレスすることにより、一挙に貫通孔を作製する方法でもよい（図１５（ａ）〜図１５（ｃ）参照）。
【０１０４】
又、他の方法としては、マスク基板の所望の位置に対して、イオンビームや電子ビームを照射して、ドライエッチングを施すことも可能である。この場合、所望の位置にのみイオンビームなどを照射するために、周期構造の貫通孔を有するマスク作成用のマスクを使用する。
【０１０５】
尚、凸部４１の高さは、本実施の形態の様に、陽極酸化等の後処理を施す場合は、マスク膜厚（１〜１００μｍ）以下に設定されており、１μｍ以下のナノオーダである。しかし、これに限らず例えば、プレスのみによりマスクを作製する場合は、凸部の高さは、マスク膜厚と同等又はそれ以上の高さに設定されることは、上述した通りである。
【０１０６】
（第５の実施の形態）
ここでは、図５を参照しながら、本発明のフォトニック結晶の作製方法の一実施の形態を中心に説明する。
【０１０７】
図５は、本実施の形態のフォトニック結晶の作製方法の概要図である。
【０１０８】
本実施の形態のフォトニック結晶の作製方法は、図５に示すように、２種類の屈折率が２次元周期的に配列した回折格子５１をマスクとして使用する。
【０１０９】
即ち、薄膜コア５２とクラッド基板５３の２層構造で構成されるスラブ型導波路５８の薄膜コア５２から一定距離離れた位置に回折格子５１を配置し、レーザーなどの電磁波５４を回折格子５１に照射する。
【０１１０】
これにより、発生した回折光５５により薄膜コア５２上にエネルギー密度の濃淡が発生する。
【０１１１】
このエネルギー密度の濃淡により、エネルギー密度の高い部分はエッチングされて屈折率が変化し（屈折率＝１．０）、エネルギー密度の低い部分は屈折率の変化が起こらない結果（例えば、屈折率＝１．３〜２．０）、２次元周期構造を薄膜コア５２に転写できる。
【０１１２】
尚、本実施の形態では、回折格子５１の屈折率の２次元周期構造は、２個の基本格子ベクトルの内角θが約８０°のものである。
【０１１３】
又、このような内角θが約８０°の回折格子５１を使用して作製したフォトニック結晶は、次の様な効果を発揮する。
【０１１４】
格子内角を８０°にすると、格子定数と空孔径及び屈折率の組み合わせに対応する波長のみ約７°偏光するので、複数種類の内、一種類の波長だけを取り出すことが出来る。
【０１１５】
また、回折格子５１の２次元周期構造として、上記第１の実施の形態のマスクの周期構造と同様に、複数種類の周期構造として、第ｋのマスク部５１ｂ（ｋ＝１〜ｎ）が同一基板上に連続的に形成されたものを使用してもよい。尚、図中では、第１のマスク部に５１ａ、第ｎのマスク部に５１ｃを符号を付した。
【０１１６】
このように、回折格子を使用すると、一度に薄膜コアに複数種類の周期構造（複合周期構造）を形成することができる。このようにして作製されたフォトニック結晶のスラブ型導波路についても上記実施の形態と同様、部品点数が削減出来、しかも、従来の様に面倒な光軸あわせが不要となるという効果を発揮する。
【０１１７】
次に、図１３（ａ）〜図１５（ｄ）を用いて、本実施の形態で用いた回折格子であるマスクの作製方法について３通りの方法を説明する。
【０１１８】
第１の方法としては、図１３（ａ）、図１３（ｂ）に示す様に、マスク基板１３０１上において、屈折率を変化させるべき所望の位置に、イオン１３０４を注入して、注入された位置の屈折率を、注入されていない位置より高い屈折率に変化させるものである。所望の位置にのみイオン１３０４を注入するためには、周期構造の貫通孔１３０３を有する、マスク作成用のマスク１３０２を使用する。
【０１１９】
これにより、マスク基板１３０１は、マスク基板本体の低屈折率部分１３０１ａ（例えば、屈折率≒１．５００）の中に、高屈折率部分１３０１ｂ（例えば、屈折率≒１．５０５）が周期的に２次元配列された構造となる。
【０１２０】
尚、図１３（ａ）〜図１５（ｄ）では、図面を簡単にするために、一種類の２次元周期構造であるかの様に描かれているが、この２次元周期構造は、図５で述べた様に、第１のマスク部５１ａ〜第ｎのマスク部５１ｃの各領域毎に異なるものである。その点は、図４，１２等を用いて説明した上記実施の形態の場合と基本的には同じである。
【０１２１】
但し、回折格子であるマスク５１は、上記実施の形態４等で述べたマスクの相似形であり、薄膜コア５２のサイズより小さい点で、上記実施の形態のマスクと異なる（図５参照）。又、マスク５１の場合、電磁波は、高屈折率部分のみならず、低屈折率部分も透過する。
【０１２２】
第２の方法としては、図１４（ａ）〜図１４（ｂ）に示す様に、マスク基板１４０１上において、屈折率を変化させるべき所望の位置に、回折波の干渉により生じる照射エネルギーの密度の高い部分が形成される様にする。これにより、所望の位置の屈折率を他の位置に比べてより高い屈折率に変化させるものである。
【０１２３】
尚、この様に、回折波の干渉によりマスク基板上に照射エネルギー密度の強弱分布を生じさせるためには、マスク作製用のマスク１４０２が必要となる。このマスク作製用のマスク１４０２は、２種類の屈折率が２次元周期的に配列された低屈折率部分１４０２ａと高屈折率部分１４０２ｂとを有する回折格子である。
【０１２４】
以上の構成において、先ずマスク基板１４０１から一定距離離れた位置にマスク作製用のマスク１４０２を配置して、紫外線等の電磁波１４０４を照射する。
【０１２５】
そうすると、マスク基板１４０１上に、上述した様に、照射エネルギー密度の強弱分布が生じ、その強弱に対応して、マスク基板１４０１に屈折率の変化が生じ。図１４（ｂ）では、これらを低屈折率部分１４０１ａと、高屈折率部分１４０１ｂとして示した。
【０１２６】
尚、マスク作成用のマスク１４０２は、例えば、図１３（ａ）〜図１３（ｂ）や図１５（ａ）〜図１５（ｄ）で示した方法により作成する。
【０１２７】
第３の方法としては、図１５（ａ）〜図１５（ｄ）に示す様に、マスク基板１５０１上において、屈折率を変化させるべき所望の位置に、モールド１５０２を使用して貫通孔１５０３を作製し、その貫通孔にマスク基板と屈折率の異なる物質（例えば、高屈折率材料１５０５）を充填する。これにより、所望の位置のみ屈折率を変化させるものである。
【０１２８】
尚、図１５（ａ）〜図１５（ｄ）では、マスク基板の構造として、貫通孔を作製して充填物を充填する場合について説明したが、これに限らず例えば、モールドを用いて、マスク基板に凹部を周期的に形成するだけでもよい。
【０１２９】
尚、本実施の形態では、回折格子から構成されたマスク５１として、高屈折率の部分と低屈折率の部分が周期的に配列された構造のものを説明したが、これに限らず例えば、上記実施の形態４で述べた様なマスク構造でも良い。この場合のマスクは、上述したマスクの高屈折率の部分に対応する部分が電磁波の通過出来る構造又は物質であり、且つ上記低屈折率の部分に対応する部分が電磁波の通過出来ない構造又は物質であり、それらが２次元周期構造を有している。この場合のマスクについても、上記マスクと同様に、マスクに電磁波が照射されると、上記２次元周期構造に基づく回折効果により薄膜コア５２の表面上にエネルギー密度の強弱の分布が生じるものである。ここで、電磁波が透過又は通過出来る部分は、貫通孔であっても良いし、電磁波が透過可能な物質が充填されていてもよい。
【０１３０】
（第６の実施の形態）
ここでは、図６、図７等を参照しながら、本発明の光デバイスの一実施の形態について説明する。
【０１３１】
図６は、本実施の形態の光デバイスの構成概要図を示し、図７に本実施の形態の断面図を示す。
【０１３２】
本実施の形態の光デバイスは、図６に示すように、周期構造を有する薄膜コア６０とクラッド基板６１で構成されたスラブ型フォトニック結晶導波路６２と、入力側光ファイバー６３と、第１の出力側光ファイバー６４と、第２の出力側光ファイバー６５と、前記スラブ型フォトニック結晶の薄膜コア６０側と接合面を共有し、上記接合面側に上記入力側光ファイバー６３と第１の出力側光ファイバー６４を同一光軸上に固定する第１のＶ溝６６と、第２の出力側光ファイバー６５を固定する第２のＶ溝６７を有するＶ溝付基板６８で構成される。
【０１３３】
ただし、第１のＶ溝６６と第２のＶ溝６７は、スラブ型フォトニック結晶導波路６２に平行なＶ溝付基板６８上の端から端まで形成されたいわゆるスルーのＶ溝であって、第１のＶ溝６６と第２のＶ溝６７により、入力側光ファイバー６３と第１の出力側光ファイバー６４と第２の出力側光ファイバー６５は、Ｖ溝付基板と接合面６９を共有するスラブ型フォトニック結晶導波路６２の薄膜コア６０と最適結合できる高さに合わせられる。尚、図６において、領域１０１，１０２は、図１１で説明した通り、第k、及び第ｋ＋１のマスク部に対応する周期構造を有している。
【０１３４】
このように、基板に入力側から出力側までスルー構造のＶ溝を形成することにより、入力側光ファイバー６３と第１の出力側光ファイバー６４の光軸調整用のＶ溝の精度が上がること、また、スルー構造のＶ溝とすることで、基板上へのＶ溝加工が容易になる。ここで、スルー構造のＶ溝とは、図６に示す様に、光軸に平行な方向を基準とした基板６８の長さと同じ長さの溝を意味する。
【０１３５】
次に、図１６を用いて第ｋ領域（ｋ＝１〜ｎ）のフォトニック結晶の長さＬkと、２つの出力側光ファイバー６４、６５の間隔ｄとの関係について説明する。
【０１３６】
図１６は、入力側からのｎ＋ｍ種類の波長（λ1〜λn+m）の光信号が入射されて、λn+1〜λn+mのグループと、λ1〜λnのグループに分かれて、それぞれ第１の出力側光ファイバー６４と第２の出力側光ファイバー６５に出射される場合を示した図である。
【０１３７】
薄膜コア６０に形成された第ｋ領域のフォトニック結晶１６０１において、特定の波長λkのみがある角度θだけ偏向し、他の波長は光軸方向に直進する。
【０１３８】
第ｋ領域のフォトニック結晶１６０１の出射端１６０２における無偏向光１６０３と偏向光１６０４の間隔ｄは、第ｋ領域のフォトニック結晶１６０１の長さＬkとｔａｎθの積で決まる。
【０１３９】
ここで、他の領域のフォトニック結晶の長さ（例えばＬ1、Ｌnなど）や、偏向角度（例えば、θ1、θn等）は、Ｌｉとｔａｎθi（ｉ＝１〜ｎ、ｉ≠ｋ）の積が上述の様にして得られたｄと同じ値になる様に設定してある。そのため、第ｋ領域のフォトニック結晶１６０１の長さに比例した値として、第１のＶ溝６６と第２のＶ溝６７の間隔が決定される。
【０１４０】
尚、各領域のフォトニック結晶毎に特定の波長のみを取り出すには、例えば各領域の側面側からその波長の光信号を出射する様にすれば良い。
【０１４１】
又、上記実施の形態では、格子定数が、２次元フォトニック結晶に固有の波長の約０．５４倍の場合について説明したが、これに限らず例えば、波長の０．４〜０．６倍の範囲であればどのような値でもよい。
【０１４２】
又、上記実施の形態では、基本格子ベクトルのなす角度が８０度の場合を中心に述べたがこれに限らず例えば、６０〜９０度の範囲であれば良い。
【０１４３】
なお、第１の実施の形態〜第６の実施の形態に記載のフォトニック結晶の空孔の深さについては、例えば、図１１に示す様に、スラブ型フォトニック結晶導波路１８の薄膜コア９の部分だけ貫通する空孔４５でもかまわないが、これに限らず例えば、図８に示すように、空孔８３が、薄膜コア８０を貫通し、クラッド基板８１側にも一部入り込んだ構成でもよい。更に、クラッド基板側をも貫通する構成でもよい。
【０１４４】
以上述べたところから明らかなように、上記実施の形態によれば、複数の周期構造を有するマスクを使用して、スラブ型導波路の薄膜コア部に前記マスクの構造を転写することにより、前記薄膜コア部分が複数の周期構造を有するフォトニック結晶となり、ＷＤＭなど複数の波長について各波長に作用するフォトニック結晶が形成できるという効果を有するものである。
【０１４５】
【発明の効果】
以上述べたことから明らかなように、本発明は、部品点数が削減出来、しかも、従来の様に面倒な光軸あわせが不要となるという長所を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態である多周期構造を有するフォトニック結晶の概要図
【図２】本発明の第２の実施の形態であるフォトニック結晶の概要図
【図３】（ａ）〜（ｃ）：本発明の第３の実施の形態である多孔による空孔形成方法の概要図
【図４】本発明の第４の実施の形態であるフォトニック結晶作製用マスクの作製方法の概要図
【図５】本発明の第５の実施の形態であるレーザーを使用したフォトニック結晶作製の概要図
【図６】本発明の第６の実施の形態であるフォトニック結晶の応用デバイスの概要図
【図７】本発明の第６の実施の形態であるフォトニック結晶の応用デバイスの断面概要図
【図８】本発明の第１〜６の実施の形態に記載のフォトニック結晶の空孔の深さの説明図
【図９】（ａ）、（ｂ）：単周期フォトニック結晶を示す図
【図１０】（ａ）、（ｂ）：従来の単周期フォトニック結晶をモールドで作製する例を示す図
【図１１】第１の実施の形態におけるフォトニック結晶の周期構造の概要を説明するための断面模式図
【図１２】図４に示すモールド４７のＡ−Ａ’断面の内、特に第ｋのモールド部４３と、第ｋ＋１のモールド部４９との断面部分を拡大した断面模式図
【図１３】（ａ）、（ｂ）：第５の実施の形態における、イオン注入によるマスク基板の作製方法を説明する図
【図１４】（ａ）、（ｂ）：第５の実施の形態における、電磁波干渉によるマスク基板の作製方法を説明する図
【図１５】（ａ）〜（ｄ）：第５の実施の形態における、モールドによるマスク基板の作製方法を説明する図
【図１６】図６に示す光デバイスによる波長の偏向を説明するための模式図
【符号の説明】
１  マスク基板
２  貫通孔
３  第ｋの２次元周期構造
４  第ｋのマスク部
５  第１の基本格子ベクトル
６  第１のマスク部
７  第ｎのマスク部
８  マスク
９  薄膜コア
１０  クラッド基板
１１  イオンビーム
１２  結晶格子内角
１３  空孔半径
１４  格子定数
２０  薄膜コア
２１  クラッド基板
２２  マスク
２３  マスクホルダー
２４  窓
２５  光軸
２６  イオンビーム
３０  トラッキング
３１  マスクの空孔
４５  ポリマー薄膜の所望空孔形状
３３  成長中の空孔
３４  ＮａＯＨ水溶液
３５  完成空孔
４０  モールド基板
４１  凸部
４２  第ｋの２次元周期構造
４３  第ｋのモールド部
４４  第１の基本格子ベクトル
２４５  第１のモールド部
４６  第ｎのモールド部
４７  モールド
４８  マスク基板
４９  結晶格子内角
５０  格子定数
５１  回折格子
５２  薄膜コア
５３  クラッド基板
５４  レーザー
５５  回折光
６０  薄膜コア
６１  クラッド基板
６２  スラブ型フォトニック結晶
６３  入力側光ファイバー
６４  第１の出力側光ファイバー
６５  第２の出力側光ファイバー
６６  第1のＶ溝
６７  第２のＶ溝
６８  Ｖ溝付基板
６９  接合部
８０  薄膜コア
８１  クラッド基板
８２  スラブ型フォトニック結晶導波路
８３  空孔
９０  ガラス基板
９１  ポリマー薄膜
９２  単周期マスク
９３  トラッキング
９４  注入イオン
９５  イオンビーム
９６  貫通孔
１０１  基板
１０２  モールド
１０３  凸凹パターン
１０４  周期的ナノホール構造
１０５  金属酸化物薄膜
【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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