(57)【要約】      （修正有）【課題】設計容易なアドドロップフィルタとして動作するフォトニック結晶波長フィルタ装置を提供する。【解決手段】フォトニック結晶波長フィルタ１０は、フォトニック結晶の点欠陥で、円弧形を両端に有する液滴型ロッド２０と、フォトニック結晶の点欠陥を用いる１つ以上の共振器３と、フォトニック結晶の線欠陥を用いる２本の入出力導波路１，２とを備え、前記共振器３は２本の前記入出力導波路１，２の間に配置され、前記液滴型ロッド２０が複数個（１つ以上）同方向に並んで結合部４を形成し、前記結合部４は、液滴型ロッドの小半径側を前記共振器３に向けて、お互いが対向するように２本の前記入出力導波路１，３内に配置される。【選択図】図１
2009042682.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エアーロッドを２次元的な周期構造を持つように三角格子状に配置したフォトニック結晶中に設けられた、複数の導波路と、前記複数の導波路の間に形成された１又は２以上の共振器とを備えるフォトニック結晶波長フィルタであって、
前記複数の導波路は、前記フォトニック結晶中のエアーロッドを直線状に取り除いた線欠陥により形成され、少なくとも１個の光の入出力部及び前記共振器との結合力を高める結合部を備え、
前記共振器は、前記フォトニック結晶中のエアーロッドを変形した１又は２以上の点欠陥により形成され、
前記結合部は、前記フォトニック結晶中のエアーロッドを液滴型に変形した１又は２以上の液滴型ロッドを備えることを特徴とするフォトニック結晶波長フィルタ。
【請求項２】
前記液滴型ロッドは、先端部、基端部及び連結部を備え、
前記先端部及び前記基端部が円弧形で、前記先端部の半径をｒ１、前記基端部の半径をｒ２、前記先端部及び前記基端部の中心間の距離をｌｄ、前記先端部及び前記基端部の中心を通る直線からなる方向軸Ａの向きとし、前記半径ｒ１、前記半径ｒ２、前記中心間距離ｌｄ、及び前記方向軸の向きＡからなるパラメータにより、共振波長を選択することを特徴とする請求項１に記載のフォトニック結晶波長フィルタ。
【請求項３】
前記共振器は、１又は２以上の液滴型ロッドを組み合わせた構成であることを特徴とする請求項１または２に記載のフォトニック結晶波長フィルタ。
【請求項４】
前記共振器は、エアーロッドと異なる半径を有する円形ロッドを備えることを特徴とする請求項１または２に記載のフォトニック結晶波長フィルタ。
【請求項５】
前記共振器は、複数の共振器構成部を備え、前記共振器構成部を前記導波路と平行に配置したことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のフォトニック結晶波長フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトニック波長フィルタに関し、特に、アドドロップ動作させるフォトニック結晶波長フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
フォトニック結晶を用いた波長フィルタは、従来、光通信で使用される石英系ＡＷＧ（Arrayed Wave guide Grating）に対して、近年の小型化・高速化の要請からアドドロップフィルタ動作させる分波器・合波器として注目されている。フォトニック結晶とは、屈折率の大きく異なる材料（半導体、誘電体など）を光（電磁波）の波長と同程度の周期で規則的に配列した人工の結晶を作製し、光の伝播特性などを制御しようとするものである。特に、フォトニックバンドギャップ（以下、ＰＢＧという）と呼ばれる波長帯が出現するようにした結晶は、ＰＢＧが半導体の禁制帯に相当し、この領域では光はどの方向にも進むことができない性質を示す。このフォトニック結晶中に規則性を壊す不純物を導入すると、半導体中の不純物準位と同じく、特定の波長の光がそこに閉じ込められ、光共振器となる。さらにこのフォトニック結晶の規則性を壊す不純物を連続させ導波路とすると、光は導波路内を伝播できるようになる。これがいわゆるフォトニック結晶導波路（ＰＢＧ導波路）で、光閉じ込めが強くごく微少半径で鋭角に曲がる導波路が作れることなどにより、光集積回路などへの応用が期待されている技術である。
【０００３】
現在の通信網は、光ファイバーに様々な波長をもつ光を伝播させて情報伝送を行っている。ここでキーとなる機能は、それらの複数の波長の光を、分波（ドロップ）したり、合波（アッド）したりする機能である。フォトニック結晶を用いた光アッド・ドロップ機能（以下、アドドロップフィルタ動作という）の発明として、特許文献１には、スラブ型２次元フォトニック結晶の一部の格子点を直線状に除いた線欠陥である導波路と点欠陥である共振器とを組み合わせた構造を有し、２本の導波路の間に１個の共振器を配置し、共振器は点欠陥を直線状に複数個除いて構成したものが記載されている。また、特許文献２は、フォトニック結晶デバイスにおいて、複数の線欠陥型導波路と、それら導波路の間に、線欠陥が環状または多角形に設けられてなるリング状共振器を備え、電圧や電流により、フォトニック結晶の実効屈折率を変化させることで、共振器の共振条件を変化させ、波長フィルタリングやスイッチング機能を持たせるものが記載されている。さらに、入力導波路へ入射した複数の周波数の波長のうち、共振器の共振周波数に一致する所定の周波数を、出力導波路のドロップポートに出力するようなチャネルドロップフィルタ動作する発明が、特許文献３〜６に公開されている。
【０００４】
非特許文献１および２において、液滴型ロッドについてフォトニック結晶導波路の曲げに有効である点が開示されている。
【非特許文献１】中村悟，上林利生、「液滴型エアーロッドを用いたＰＢＧ導波路の曲げ・分岐特性の改善」、電子情報通信学会２００３年エレクトロニクスソサイエティ大会講演論文集、２００３、Ｃ−３−４４、ｐ１７７
【非特許文献２】中村悟，上林利生、「変形ロッドにより改善したＰＢＧ導波路の曲げおよび分岐の波長特性」、電子情報通信学会２００４年総合大会講演論文集、２００４、Ｃ−３−４６、ｐ２１９
【特許文献１】特開２００５−７０１６３号公報
【特許文献２】特開２００５−２７４９２７号公報
【特許文献３】特表２００１−５０８８８７号公報
【特許文献４】特開２００６−７１７９８号公報
【特許文献５】特開２００４−２１２４１６号公報
【特許文献６】特開２００５−７７６７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１および２で用いてられている共振器は単一モードを使用したものではないため、温度変動などの擾乱に弱いという欠点がある。さらに、特許文献１においては、共振波長および隣接する導波路との結合を調整するキャビティとして、点欠陥である共振器を挟む両側の１列の穴を線欠陥の中心方向、またはその逆方向にシフトさせている。そのため、次段に別の光回路を集積する際に、前段と光回路の結合部の構成が複雑となるような大きな制約を有する。また、特許文献４〜６については、入力側と出力側とが対称になっておらず、アドドロップフィルタとして動作ができない。特許文献３についても、アドドロップフィルタとして動作は可能だが、共振器システムに２つ以上の共振モードを含むために設計が複雑になり、さらに、正方配置誘電体ロッドを用いるフォトニック結晶であるため作製が難しい欠点を有する。
【０００６】
そこで本発明は上記した問題点に鑑み、容易に設計することができるアドドロップフィルタとして動作するフォトニック結晶波長フィルタ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】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、エアーロッドを２次元的な周期構造を持つように三角格子状に配置したフォトニック結晶中に設けられた、複数の導波路と、前記複数の導波路の間に形成された１又は２以上の共振器とを備えるフォトニック結晶波長フィルタであって、前記複数の導波路は、前記フォトニック結晶中のエアーロッドを直線状に取り除いた線欠陥により形成され、少なくとも１個の光の入出力部及び前記共振器との結合力を高める結合部を備え、前記共振器は、前記フォトニック結晶中のエアーロッドを変形した１又は２以上の点欠陥により形成され、前記結合部は、前記フォトニック結晶中のエアーロッドを液滴型に変形した１又は２以上の液滴型ロッドを備えることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２に係る発明は、前記液滴型ロッドは、先端部、基端部及び連結部を備え、前記先端部及び前記基端部が円弧形で、前記先端部の半径をｒ１、前記基端部の半径をｒ２、前記先端部及び前記基端部の中心間の距離をｌｄ、前記先端部及び前記基端部の中心を通る直線からなる方向軸の向きをＡとし、前記半径ｒ１、前記半径ｒ２、前記中心間距離ｌｄ、及び前記方向軸Ａの向きからなるパラメータにより、共振波長を選択することを特徴とする。
【０００９】
また、請求項３に係る発明は、前記共振器は、１又は２以上の液滴型ロッドを組み合わせた構成であることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項４に係る発明は、前記共振器は、エアーロッドと異なる半径を有する円形ロッドを備えることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項５に係る発明は、前記共振器は、複数の共振器構成部を備え、前記共振器構成部を前記導波路と平行に配置したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の請求項１記載のフォトニック結晶波長フィルタによれば、結合部を導波路に配置するため、導波路と共振器の間に、両者を結合させるための新たな層を必要とせず、容易にアドドロップ動作可能な、フォトニック結晶波長フィルタを得ることができる。
【００１３】
また、請求項２記載のフォトニック結晶波長フィルタによれば、液滴型ロッドを用いることで、共振器の共振波長の設定及びＱ値の向上に関するパラメータが４つに増えるため、様々なフォトニック結晶波長フィルタの構成においても、これらの設定の微調整が行えるので、容易に作製できると共に、最適化することができる。
【００１４】
また、請求項３記載のフォトニック結晶波長フィルタによれば、共振器が液滴型ロッドで構成されるので、共振器の共振波長の選択及び高いＱ値を有するものを容易に選択することができる。
【００１５】
また、請求項４記載のフォトニック結晶波長フィルタによれば、周囲のロッドと異なる半径を有する円形ロッドで共振器を構成することができるため、フォトニック結晶波長フィルタを容易に作製することができる。
【００１６】
また、請求項５記載のフォトニック結晶波長フィルタによれば、複数の共振器構成部を導波路と平行に配置することで、各共振器が取り込んだ光をお互いに干渉させることで、光を所定方向に誘導することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて説明する。
（１）第１実施形態
（１−１）全体構成
図１に示すフォトニック結晶波長フィルタ（以下、波長フィルタという）１０は、図示しない半導体基板上に形成した空孔からなるエアーロッド（特に円形のものを以下、円形ロッド１１という）を２次元的な周期構造を持つように三角格子状に配置した、２次元フォトニック結晶またはフォトニック結晶スラブで構成される。そして、波長フィルタ１０は、半導体基板上に作製された、導波路としての第１導波路１、第２導波路２及び共振器３を備え、共振器３を挟んで一側に第１導波路１が、他側に第２導波路２が配置されている。第１導波路１及び第２導波路２は、フォトニック結晶中のエアーロッドを直線状に取り除いた線欠陥からなり、互いに平行となるように形成されている。この第１導波路１及び第２導波路２は、結合部４（４ａ，４ｂ）、ポートとしての光の入出力部Ｐをそれぞれ備える。入出力部Ｐは、第１導波路１の一端に第１ポートＰ１が、他端に第２ポートＰ２がそれぞれ設けられており、第２導波路２の一端に第３ポートＰ３が、他端に第４ポートＰ４がそれぞれ設けられている。
【００１８】
このように構成された波長フィルタ１０は、第１ポートＰ１から第１導波路１に入力された光を共振器３へ誘導し、該共振器３から第２導波路２へ導出し得るように構成されている。また逆に、第３ポートから第２導波路２に入力された光を、共振器３へ誘導し、該共振器３から第１導波路１へ導出することも可能である。本実施形態では、第１導波路１に光が入力された場合について説明する。
【００１９】
上記した共振器３と、結合部４は、それぞれエアーロッドを液滴型に形成した液滴型ロッド２０により形成されている。
【００２０】
ここで、液滴型ロッド２０は、図２に示すように、基端部２１と、先端部２２と、前記基端部２１と前記先端部２２とを連結する連結部２３とを備える。この基端部２１と先端部２２とは一直線上に配置され、基端部２１から先端部２２へ向かって先細形状に形成されている。基端部２１と先端部２２は、円弧形となっており、基端部２１の円弧形の半径をｒ１、先端部２２の円弧形の半径をｒ２とする（ｒ１＞ｒ２）。連結部２３は、基端部２１から先端部２２に向かって緩やかに傾斜する直線状の辺で構成される。ここで、基端部２１を構成する円弧の中心と先端部２２を構成する円弧の中心とを通る直線を方向軸Ａと呼ぶ。さらに、基端部２１と先端部２２との円弧形の中心間距離をｌｄとする。これにより、液滴型ロッド２０の共振波長を決定するパラメータは、前記半径ｒ１、前記半径ｒ２、前記中心間距離ｌｄ、及び前記方向軸Ａの向きの４つとなる。方向軸Ａの向きは、例えば、先端部２２がどの方向に向くかによって、共振波長及び共振器の閉じ込めの強さを表す指標であるＱ値（Ｑｕａｌｉｔｙ  Ｆａｃｔｏｒ）が変化することから、方向軸Ａの向きもパラメータに含めることができる。ここで、Ｑ値とは、共振スペクトルの中心周波数を周波数幅で割ったものに相当し、閉じ込められているエネルギーがどれだけ長い時間共振器内に閉じ込められているかを意味している。また、液滴型ロッド２０は、このように基端部２１と先端部２２とを円弧形にすることにより、共振波長を決定する際のパラメータが増える。その結果、より柔軟に、最適なＱ値を得られる所望の波長が選択できる。
【００２１】
共振器３は、特定の波長を有する光を閉じ込めうるように構成されている。この共振器３は、図３に示すように、上記した液滴型ロッド２０を複数個（本実施形態では６個）用いて菊型に形成されている。共振器３は、６個の液滴型ロッド２０の方向軸Ａを中心で交差させた状態で、先端部２２を互いに間隔をあけてつき合わせ、隣り合う他の液滴型ロッド２０との間がそれぞれ等間隔となるように放射状に配置されている。
【００２２】
第１導波路１及び第２導波路２は、光などの電磁波を一定領域に閉じ込めてほとんど損失させることなく伝播させることができる光の伝送路であり、本実施形態では、光が入出力される入出力導波路として機能する。
【００２３】
次に、結合部４の構成について説明する。尚、結合部４は、第１導波路における結合部４ａと第２導波路における結合部４ｂとで、設けられている箇所のみが異なり、構成については異なるところがないので、第１導波路における結合部についてのみ、図４を参照して説明する。
【００２４】
第１導波路１に設けられた結合部４ａは、第１導波路１に入力された光を第１導波路１から漏れ出させ得るように構成されている。この結合部４ａは、共振器３の近傍であって、共振器３が設けられていない側の第１の導波路の内面に、上記液滴型ロッド２０を複数個（本実施形態では８個）配置して構成されている。第１導波路１の内面に配置された液滴型ロッド２０は、先端部２２を共振器３側、方向軸Ａが第１導波路１の長手方向と直行する方向であって、かつ、隣り合う他の液滴型ロッド２０同士が第２導波路２と平行に間隔をあけて並設されている。
【００２５】
（１−２）フォトニック結晶の作成方法
本発明の実施形態では、Ｓｉ基板上にＳｉＯ２の薄膜を形成し、さらにその上にＳｉの薄膜を形成した、いわゆるＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板を用いてフォトニック結晶を作製する。作製方法は、ＬＳＩの作製で使用される、リソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて表面加工を行う。ＳＯＩ基板上にスピンコーターなどを用いてレジストを塗布しレジスト層を形成する。後述するシミュレーション手法などにより、例えば、Ｓｉの屈折率を３．５、エアーロッドの屈折率を１とし、入射する光の周波数などを考慮して、ＰＢＧとなる周期構造を有するように波長フィルタ１０の構成パターンを設計する。この波長フィルタ１０の構成パターンをレジスト層に露光し、現像液などにより余分な部分である円形ロッド１１及び液滴型ロッド２０となるレジスト部分を除去する。レジストの残っている部分はエッチングにより除去されないため、円形ロッド１１及び液滴型ロッド２０がエアーロッドとなる。エッチングには、ドライエッチングとウエットエッチングがあり、どちらを用いても良いが、アンダーカットなどの点から、ドライエッチングを用いるのが好ましい。その後、溶剤などにより、レジスト層を完全に除去することで、半導体基板上に２次元的な三角格子の周期構造を有する波長フィルタ１０の構成パターンが形成され、所望の波長フィルタ１０を得ることができる。
【００２６】
（１−３）シミュレーション
本発明の実施形態では、フォトニック結晶の光分布のシミュレーション手法として、ＦＤＴＤ（Finite Difference Time Domain）といわれる、マックスウェルの方程式を時間及び空間で差分化し、解析空間の電磁界を電界と磁界について交互に計算するリープフロッグアルゴリズムを用いて時間的に更新することで出力点の時間応答を得る方法により計算を行っている。
【００２７】
（１−３−１）共振器のシミュレーション結果
図５は、液滴型ロッド２０を６つ組み合わせて構成した菊形の共振器３の、ＦＤＴＤシミュレーション結果を視覚化したものである。図５は、特定の波長の光のパワー分布を示すが、液滴型ロッド２０の先端部２２が集まった菊形の共振器３の中心部近傍にほとんどの光が集中しているのが分かる。また図６は、基端部２１側の半径ｒ２及びロッド長ｌｄを変えた場合の菊形の共振器３が共振する波長のシミュレーション結果を示し、半径ｒ２
とロッド長ｌｄとを変えることで、共振器３が共振する波長も大きく変えることができることがわかる。図７は、所定のパラメータを有する液滴型ロッド２０を組み合わせた菊形の共振器３が、共振した波長の相対強度を示す。この場合、共振器３は、１．５５４μｍの波長を中心とする光と共振していることを示している。また、液滴型ロッド２０は、前記半径ｒ１、前記半径ｒ２、前記中心間距離ｌｄ、及び前記方向軸Ａの向きの４つのパラメータを有するため、共振器３の配置位置による共振波長の微調整が容易に行え、共振器３設計の自由度が大きくなり、共振特性の良い（Ｑ値の高い）パラメータを選ぶことができる。
【００２８】
ここで比較例として、一般的な円形ロッド１１を基にした共振器において、最も簡易なものは、図８に示すように、フォトニック結晶のエアーロッドを１つ取り除いた共振器１００である。この共振器１００は、共振波長を自由に選べないので、さらに高次モードが発生するなど不安定となる。
【００２９】
（１−３−２）結合部のシミュレーション結果
次に結合部のシミュレーション結果について説明する。尚、説明の便宜上、第１導波路１における結合部４ａのシミュレーション結果についてのみ説明する。（なお、説明の都合上、液滴型ロッド２０を９個用いた場合について説明を行う。）
図９は、図３に示した液滴型ロッド２０を使用した第１導波路１における結合部４ａのＦＤＴＤによるシミュレーション結果を視覚化したものである。図９は、ポートＰ１より第１導波路１に入射した特定の波長の光のパワー分布を示すが、このパワー分布が示すように、液滴型ロッド２０により第１導波路１に入射した光が第１導波路１から外側に漏れ出しているのが分かる。これは、第１導波路１に入射した光のモードが、液滴型ロッド２０の結合部４ａにより、別の結合しやすいモードに変換されていると解釈できる。また、光は第１ポートＰ１から第２ポートＰ２に向かって進行するが、第１ポートＰ１の外側に進んでいる反射光も少なく効率的な変換も可能である。
【００３０】
ここで比較例として、第１導波路１及び第２導波路２に結合部４を持たない波長フィルタ１０１のシミュレーション結果を図１０に示す。この比較例では、第１導波路１及び第２導波路２に結合部４を有していないため、第１導波路１の外に漏れる光がほとんど存在しない。そのため、図１０中の共振器３と共振する波長を持つ入射光の９９％程度のパワーが第２ポートＰ２へ抜けて行き、その他のポートＰ３，Ｐ４へのパワー分配は１％以下となっている。これは、第１導波路１と共振器３との結合が弱いことを示しており、波長フィルタ１０１が、機能していないことが分かる。
【００３１】
（１−３−３）フィルタのシミュレーション結果
図１１に、第１実施形態に係る波長フィルタ１０のＦＤＴＤシミュレーションした結果を視覚化した図を示す。中心の菊形の共振器３の共振波長である１．５５４μｍを持つ光が、第１ポートＰ１から第１導波路１へ入力されている。第１導波路１へ入力された光は、第１導波路１内を第２ポートＰ２へ進行する。第２ポートへと進行する光は、第１導波路１の結合部４により、結合部４近傍において第１導波路１から漏れ出す。第１導波路１から漏れ出した光と共振器３の持つ共振波長とが一致することで、共振現象を起こし、第１導波路１から共振器３へ光が誘導される。このようにして、第１導波路１は、結合部４を備えることにより、共振器３との結合力を高めることができる。
【００３２】
共振器３へ誘導された光は、共振器３の内部に閉じ込められる。共振器３は、液滴型ロッド２０を菊形に組み合わせて構成されているため、Ｑ値も高く狭い領域に長く光を閉じ込めることができる。
【００３３】
その後、第２導波路２の結合部４により、共振器３から出てくる光を第２導波路２に導出する。そのため、光は、第１ポートＰ１へ２３％、第２ポートＰ２へ２５％、第３ポートＰ３へ２２％、第４ポートＰ４へ２４％程度のパワーが、それぞれ出力されている。通常の出力を得る第４ポートＰ４は、２４％の効率が達成されていることを示している。これは、理論的限界２５％に近い値である。図１２は、第１ポートＰ１から第１導波路１へ、任意の波長が入射された際の、第４ポートＰ４での各波長の相対強度を示す。図１２に示す第４ポートＰ４でのスペクトルでは、１．５５１６μｍを中心とする極狭い範囲の波長の光が選択されていることが、シミュレーション結果より確認できる。
【００３４】
このような構成にすることにより、波長フィルタ１０は、第１ポートＰ１からこのフィルタに入射された光の波長が、共振器３の共振波長と一致しない場合、光をそのまま第２ポートＰ２に出力する。一方、第１ポートＰ１からこのフィルタに入射された光の波長が共振波長と一致する場合、波長フィルタ１０は、光を、第３ポートＰ３及び第４ポートＰ４にも出力し、１個のポートからそれぞれ４分の１のパワーを取り出すことができ、効率は最高で２５％となる。したがって、波長フィルタ１０は、共振波長を持つ光の４分の１を第４ポートＰ４へ取り出すことができる、効率２５％のドロップフィルタとして機能することできる。
【００３５】
また、波長フィルタ１０は、第１導波路１に結合部４ａを設けたことにより、効率的に光を共振器３へ誘導することができる。しかも、本実施形態に係る波長フィルタ１０では、結合部４ａを液滴型ロッド２０で構成したことにより、前記半径ｒ１、前記半径ｒ２、前記中心間距離ｌｄ、及び前記方向軸Ａの向きの４つのパラメータにより、共振波長を選択することができるので、設計の自由度を向上することができる。
【００３６】
また、本実施形態に係る波長フィルタ１０では、共振器３を液滴型ロッド２０で構成したことにより、前記半径ｒ１、前記半径ｒ２、前記中心間距離ｌｄ、及び前記方向軸Ａの向きの４つのパラメータを有するため、共振器３の配置位置による共振波長の微調整が容易に行え、共振器３の設計の自由度が大きくなり、共振特性の良い（Ｑ値の高い）パラメータを選ぶことができる。
【００３７】
また、本実施形態に液滴型ロッド２０を用いることにより、共振器３の共振波長及びＱ値の決定に影響するパラメータが豊富になり、容易に微調整できるので、共振波長の設定が容易となり、さらに、高いＱ値を有する設定も行えるようになる。
【００３８】
因みに、従来は、結合部４も、液滴型ロッド２０で構成されていることで、第１導波路１及び第２導波路２と共振器３との間に、エアーロッドを楕円に引き伸ばした結合層のようなものを配置していた。
【００３９】
これに対し、本実施形態では、結合部４も、液滴型ロッド２０で構成されていることで、第１導波路１及び第２導波路２と共振器３との間に、単に結合部４を配置するのみの簡易な方法により、共振器３と第１導波路１及び第２導波路２との結合力を強化することができる。
【００４０】
（１−４）変形例
次に、液滴型ロッド２０を複数組み合わせた共振器の変形例について説明する。図１３に示す共振器３１は、２個の液滴型ロッド２０の方向軸Ａを一直線上に重ねた状態で先端部２２を間隔をあけて突き合わせたものである。
【００４１】
図１４に示す共振器３２は、３個の液滴型ロッド２０の方向軸Ａを中心で交差させた状態で、先端部２２を互いに間隔をあけてつき合わせ、隣り合う他の液滴型ロッド２０との間がそれぞれ等間隔となるように放射状に配置したものである。
【００４２】
図１５に示す共振器３３は、２個の液滴型ロッド２０の方向軸ＡをＶの字状に交差させ、先端部２２を方向軸Ａの交差する側に配置し、先端部２２を中心として対称にさらに２つ配置し、Ｘ字状としたものである。
【００４３】
図１６に示す共振器３４は、６個の液滴型ロッド２０の基端部２１を共振器の中心において一体化して星形に配置したものである。
【００４４】
また、液滴型ロッド２０を複数組み合わせた結合部の変形例について説明する。図１７に示す結合部３５は、液滴型ロッド２０を第１導波路１の内面の両側に配置したものである。この変形例に係る結合部３５のＦＤＴＤによるシミュレーション結果を図１８に示す。この結果から、液滴型ロッド２０を配置した近傍で、入射した光が漏れ出していることが分かる。このように構成した結合部３５においても、液滴型ロッド２０を第１導波路１の内面の片側に配置した場合と同様の効果が認められる。尚、本変形例において、結合部３５を第１導波路１に設けた場合について説明したが、第２導波路２に設けてもよいことはいうまでもない。
【００４５】
（２）第２実施形態
次に、本発明の第２実施形態に係る波長フィルタ４０について、図を参照して説明する。尚、波長フィルタ４０は、上記第１実施形態に係る波長フィルタ１０に対し、共振器の構成のみが異なるため、上記した構成と同様の構成については同様の符号を付し、簡略のため、説明を省略する。
【００４６】
図１９に示す波長フィルタ４０は、第１導波路１、第２導波路２及び共振器４１を備える。
【００４７】
共振器４１は、図２０に示すように、円形ロッドを取り除いた部分の中心に、周囲の半径ｒを有する円形ロッドより大きな半径ｒ３を有する大型円形ロッド４２で構成されている。図２１のグラフが示すように、円形ロッド１１の半径ｒを変えることで、ＰＢＧ内の任意の波長を選択することができ、例えば、図２２に示すように、ｒ３＝１．９５ｒとした場合、１．５５３μｍを中心とする光と共振することがわかる。
【００４８】
図２３は、大型円形ロッド４２で構成した共振器４１のＦＤＴＤのシミュレーション結果を視覚化したものを示している。ここで、大型円形ロッド４２の共振器４１と菊形の共振器３とのシミュレーションによる光の分布を比較すると、菊形の共振器３は、大型円形ロッド４２の共振器４１に比べ、より狭い領域にパワーを閉じ込めることができることがわかる。このため、菊形の共振器３は、光と物質との相互作用が強くなり、また光の滞在時間が十分に長くなる。したがって、菊形の共振器３は、Ｑ値がより良い値となっている。また、菊形の共振器３は、共振した光の分布が、エアーロッドではない、背景の誘電体または半導体の部分に集中しているが、大型円形ロッド４２で構成した共振器４１では、半径ｒ３を持つ大型円形ロッド４２部分に光の分布が集中している。それにより、菊形の共振器３は、光を狭い領域に閉じ込めることができることにより、大型円形ロッド４２で構成した共振器４１に比べ、共振波長の光を容易に利用することができる。
【００４９】
図２４に波長フィルタ４０のＦＤＴＤによるシミュレーション結果を示すように、第１実施形態に用いた菊形の共振器３の替わりに大型円形ロッド４２で構成した共振器４１を用いても、共振波長の光が各ポートに取り出され、第１実施形態とほぼ同様の効果を得られている。従って、波長フィルタ４０は、より簡単な構成で共振器４１を構成することができるので、製作や調整が簡易となる。
【００５０】
また、図１７に示す結合部３５のような導波路内に液滴型ロッド２０を用いた結合部を対称的に配置した結合部を用いても、本実施例と同様の効果を得ることができる。
【００５１】
（３）第３実施形態
次に、本発明の第３実施形態に係る波長フィルタ４５について、図を参照して説明する。尚、波長フィルタ４５は、上記第１実施形態に係る波長フィルタ１０に対し、共振器及び結合部の構成のみが異なるため、上記した構成と同様の構成については同様の符号を付し、簡略のため、説明を省略する。
【００５２】
図２５に示す波長フィルタ４５は、第１導波路１、第２導波路２及び共振器４６を備える。第１ポートＰ１から第１導波路１に入力された光を共振器４６へ誘導し、該共振器４６から第２導波路２へ導出し得るように構成されている。また逆に、第３ポートから第２導波路２に入力された光を、共振器４６へ誘導し、該共振器４６から第１導波路１へ導出することも可能である。
【００５３】
共振器４６は、２個の共振器構成部４６ａ，４６ｂを備え、この共振器構成部４６ａ，４６ｂを第１導波路及び第２導波路と平行に配置してなる。共振器構成部４６ａ，４６ｂは、上記第１実施形態に係る共振器３と同様に菊型に液滴型ロッド２０を配置してなり、最も近接する液滴型ロッド２０同士を基端部で一体化した形状を有する。
【００５４】
このように構成された共振器４６は、２個の共振器構成部４６ａ，４６ｂがそれぞれ、第１導波路１から漏れ出た光と共振し、互いの共振器との間で光を干渉させることで、４個のポートＰ１，Ｐ２，Ｐ３及びＰ４の内いずれのポートに出力するかを選択することができる。
【００５５】
結合部４７は、共振器４６が菊形の共振器構成部４６ａ，４６ｂを２個組み合わせたため、上記実施例に比べ幅が長くなっている。したがって、結合部４７ａ，４７ｂは、液滴型ロッド２０を９つ並べることにより、共振器４６の長さに合わせ、長く形成されている。
【００５６】
図２６には、波長１．５５μｍの光を第１ポートＰ１から第２ポートＰ２に進行させたときのＦＤＴＤによるシミュレーションのパワー分布が示されている。第４ポートＰ４には８９％のパワーが出力されているが、第１ポートＰ１には１％、第２ポートＰ２には５％、第３ポートＰ３には５％のパワーしか出力されていない。
【００５７】
上記したように波長フィルタは、共振器４６を菊形の共振器構成部４６ａ，４６ｂを２個組み合わせて構成したことにより、共振器構成部４６ａ，４６ｂ相互の光の干渉を利用することで、フィルタの効率を向上することができる。さらに、本実施形態では、２個の菊形の共振器構成部４６ａ，４６ｂを、第１導波路１及び第２導波路２と平行に配置してあり、２個の菊形の共振器構成部４６ａ，４６ｂからの光が干渉し合い、効率よく目的の導波路のポートへ到達する。すなわち、本実施形態の構成では、第１ポートＰ１から入力された光のうち中央の２個の菊形共振器４６の共振波長と一致する波長の光は、第２導波路２へ導出される。その際、共振器構成部４６ａ，４６ｂの配置等を適切に調整することにより、共振器４６から導出される光が互いに干渉して、第４ポートＰ４にのみ出力され、その他のポートには出力されないようにでき、共振器４６の共振波長と一致しない波長の光を、そのまま第２ポートＰ２へ出力することができる。さらに、第３ポートＰ３から光が入力された場合、共振波長と一致する光は、第２ポートＰ２に出力される光に加えることもできるので、本発明の波長フィルタ４６は、アドドロップフィルタとして機能させることもできる。したがって、２個の菊形の共振器構成部４６ａ，４６ｂを用いることにより、上記第１実施形態に比べ３倍以上の効率を達成することができる。
【００５８】
一方、図２７は、比較例として、第１導波路１及び第２導波路２に結合部４を設けていない波長フィルタ４８のＦＤＴＤによるシミュレーション結果を視覚化したものである。第４ポートＰ４には１３％のパワーしか出力されず、第２ポートＰ２に６９％、第３ポートＰ３に８．９％、第１ポートＰ１に６．３％となり、導波路と共振器との結合力が低いため、多くのパワーが第２ポートＰ２へ出てしまって著しく特性が劣化している。
図２８は、第１ポートＰ１から第１導波路１へ、任意の波長が入射された際の、第４ポートＰ４での各波長の相対強度を示す。図２８には、ＦＤＴＤによるシミュレーションから導き出される第４ポートＰ４から出力される光の波長が示されており、１．５５μｍ近傍の単一波長を選択していることがわかる。
【００５９】
また、図２９及び図３０のように、２個の菊形の共振器構成部４６ａ，４６ｂの間の距離を変えることで、干渉条件を変えることができる。さらに、液滴型ロッド２０のパラメータも変えることで、干渉条件の微調整も可能である。このように干渉条件を最適化することにより、第３ポートＰ３にのみ出力することも可能である。
【００６０】
したがって、第３実施形態はアドドロップフィルタとして効率の高い動作を実現できる。
【００６１】
（４）第４実施形態
次に、本発明の第４実施形態に係る波長フィルタ５０について、図を参照して説明する。尚、波長フィルタ５０は、上記第１実施形態に係る波長フィルタ１０に対し、共振器及び結合部の構成のみが異なるため、上記した構成と同様の構成については同様の符号を付し、簡略のため、説明を省略する。
【００６２】
図３１に示す波長フィルタ５０は、第１導波路１、第２導波路２及び共振器５１を備える。
【００６３】
共振器５１は、２個の共振器構成部５１ａ，５１ｂを備え、この共振器構成部５１ａ，５１ｂを第１導波路及び第２導波路と平行に配置してなる。共振器構成部５１ａ，５１ｂは、上記第２実施形態に係る大型円形ロッド４２と同様に、周囲の半径ｒを有する円形ロッドより大きな半径ｒ３を有する円形ロッドで構成される。
【００６４】
このように構成された共振器５１は、２個の共振器構成部５１ａ，５１ｂがそれぞれ、第１導波路又は第２導波路から漏れ出た光と共振し、お互いの共振器との間で光を干渉させることで、いずれのポートに出力するかを選択することができる。
【００６５】
結合部５２は、共振器５１が２個の共振器構成部５１ａ，５１ｂを組み合わせたため、上記実施例に比べ幅が長くなっている。したがって、結合部５２ａ，５２ｂは、液滴型ロッド２０を１０個並べることにより、共振器４６の長さに合わせ、長く形成されている。
【００６６】
図３２には、波長１．５５μｍの光を第１ポートＰ１から第２ポートＰ２に進行させたときのＦＤＴＤによるシミュレーションのパワー分布が示されている。第４ポートＰ４は９２％程度、第３ポートＰ３には１．５％、第２ポートＰ２には２．７％、第１ポートＰ１には０．７％のパワーが出力されている。
【００６７】
このように、菊形の共振器構成部４６ａ，４６ｂを２つ組み合わせた共振器４６の替わりに、大型円形ロッドの共振器構成部５１ａ，５１ｂを２つ並べた共振器５１を用いても、第３実施形態と同様、第１ポートＰ１から光を入射すれば、共振波長と一致する光は、２個の円形ロッドの共振器３３に入り、互いに干渉し合い、本実施形態では、第４ポートＰ４から出力できるドロップフィルタとして機能する。
【００６８】
一方、比較例として図３３に示すように、第１導波路及び第２導波路に結合部４２がない波長フィルタ５５では、第１導波路及び第２導波路と、共振器５１との間の結合力が弱いので、第４ポートＰ４には８．３％のパワーしか出力されず、第２ポートＰ２に８０％、第３ポートＰ３に６．６％、第１ポートＰ１に４．３％とほとんどそのまま第２ポートＰ２へ出力されてしまうため、著しく特性が劣化している。
【００６９】
また、変形例として、２個の大型円形ロッドの共振器構成部５１ａ，５１ｂの間の距離を変えたり、液滴型ロッド２０のパラメータを変えたりすることで、干渉条件を変え、第３ポートＰ３にのみ出力することが可能となることも、第３実施形態と同様である。また、第３ポートＰ３から共振波長の光信号を入射すれば、第２ポートＰ２にその信号を加えることができ、アドフィルタとして機能することも第３実施形態と同様であり、したがって、第３実施形態と同様、アドドロップフィルタの機能が得られる。
【００７０】
本発明は、本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、上記した実施形態では、共振器として菊形共振器および円形ロッド共振器を用いたが、結合部の液滴型ロッド２０の数の変更、共振器の形状等、様々な組み合わせを用いることもできる。
【００７１】
また、上記した実施形態では、導波路は第１導波路及び第２導波路の２個である場合について説明したが、本発明はこれに限らず、３本、４本と適宜増やすことも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る波長フィルタの構成を示す模式図である。
【図２】本発明に係る液滴型ロッドの図である。
【図３】菊形の共振器の構成を示す図である。
【図４】結合部の構成を示す図である。
【図５】菊形の共振器の共振時のパワー分布（シミュレーション結果）である。
【図６】菊形の共振器の共振波長における液滴型ロッドパラメータ依存性である。
【図７】菊形の共振器のパワースペクトルである。
【図８】点欠陥共振器の構成を示す図である。
【図９】非対称に液滴型ロッドを設けた結合部のシミュレーション結果である。
【図１０】本発明の第１実施形態に係る比較例のシミュレーション結果である。
【図１１】本発明の第１実施形態に係る波長フィルタのシミュレーション結果である。
【図１２】本発明の第１実施形態に係る波長フィルタの第４ポートでのパワースペクトルである。
【図１３】液滴型ロッドを２つ組み合わせた共振器の例である。
【図１４】液滴型ロッドを３つ組み合わせた共振器の例である。
【図１５】液滴型ロッドを４つ組み合わせた共振器の例である。
【図１６】液滴型ロッドを星形に組み合わせた共振器の例である。
【図１７】対称に液滴型ロッドを設けた結合部の例である。
【図１８】対称に液滴型ロッドを設けた結合部のシミュレーション結果である。
【図１９】本発明の第２実施形態に係る波長フィルタの構成を示す模式図である。
【図２０】円形ロッドの共振器の構成を示す図である。
【図２１】円形ロッドの共振器の共振周波数の半径依存性を示すグラフである。
【図２２】円形ロッドの共振器の半径が周囲のロッド半径の１．９５倍のときのパワースペクトルである。
【図２３】円形ロッドの共振器の共振時のパワー分布（シミュレーション結果）である。
【図２４】本発明の第２実施形態に係る波長フィルタのシミュレーション結果である。
【図２５】本発明の第３実施形態に係る波長フィルタの構成を示す模式図である。
【図２６】本発明の第３実施形態に係る波長フィルタのシミュレーション結果である。
【図２７】本発明の第３実施形態に係る変形例のシミュレーション結果である。
【図２８】本発明の第３実施形態における第４ポートのパワースペクトルである。
【図２９】菊形の共振器２つを間隔を空けずに配置した図である。
【図３０】菊形共振器２つをロッド１つ分間隔を空けて配置した図である。
【図３１】本発明の第４実施形態に係る波長フィルタの構成を示す模式図である。
【図３２】本発明の第４実施形態に係る波長フィルタのシミュレーション結果である。
【図３３】本発明の第４実施形態において結合部を除いた場合のシミュレーション結果である。
【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６】
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【図７】
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【図８】
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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１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２５】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図５】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１８】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２６】
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【図２７】
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【図３２】
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【図３３】
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