(57)【要約】一方向に屈折率周期性を有するフォトニック結晶により構成され、屈折率周期性を有しない方向にブリルアンゾーン境界上に存在する電磁波を伝播させるコアを有する共振フォトニック結晶導波路３と、共振機構４、５とを備えた導波路素子１である。共振フォトニック結晶導波路３は、コアの屈折率周期性を有する方向に平行なコアの側面に接している均質媒体の屈折率をｎＳ、コアの屈折率周期をａ、コア内を伝播する電磁波の真空中における波長をλ０とした場合に、ａ／λ０＜１／（２ｎＳ）の条件を満たす。これにより、構成が簡単であるために容易に作製することができ、設計の自由度が高く、集積化も可能な導波路素子を提供することができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向に屈折率周期性を有するフォトニック結晶により構成され、前記屈折率周期性を有しない方向にブリルアンゾーン境界上に存在する電磁波を伝播させるコアを有する共振フォトニック結晶導波路を備えた導波路素子であって、
前記共振フォトニック結晶導波路は、
前記コアの前記屈折率周期性を有する方向に平行な前記コアの側面に接している均質媒体の屈折率をｎＳ、前記コアの屈折率周期をａ、前記コア内を伝播する電磁波の真空中における波長をλ０とした場合に、
ａ／λ０＜１／（２ｎＳ）
の条件を満たすことを特徴とする導波路素子。
【請求項２】
前記共振フォトニック結晶導波路に共振を生じさせる共振機構をさらに備えた請求項１に記載の導波路素子。
【請求項３】
前記共振機構は、
前記共振フォトニック結晶導波路の光軸に対して略垂直で、かつ、前記共振フォトニック結晶導波路の前記コアの前記屈折率周期性を有する方向に対して略垂直な方向から前記共振フォトニック結晶導波路の前記コアにエバネッセント波を結合させ、前記共振フォトニック結晶導波路内において、前記共振フォトニック結晶導波路の光軸に対して略垂直で、かつ、前記共振フォトニック結晶導波路の前記コアの前記屈折率周期性を有する方向に対して略垂直な方向に共振を生じさせる請求項２に記載の導波路素子。
【請求項４】
前記共振機構は、前記共振フォトニック結晶導波路の光軸に対して略垂直で、かつ、前記共振フォトニック結晶導波路の前記コアの前記屈折率周期性を有する方向に対して略垂直な光軸を有し、前記共振フォトニック結晶導波路とは離間して、前記共振フォトニック結晶導波路を挟んで配置された２つの導波路を備え、
前記２つの導波路は、それぞれ、一方向に屈折率周期性を有するフォトニック結晶により構成され、前記屈折率周期性を有しない方向にブリルアンゾーン境界上に存在する電磁波を伝播させるコアを有するフォトニック結晶導波路であり、
前記フォトニック結晶導波路は、
前記フォトニック結晶導波路の前記コアの前記屈折率周期性を有する方向に平行な前記フォトニック結晶導波路の前記コアの側面に接している均質媒体の屈折率をｎＳ１、前記フォトニック結晶導波路の前記コアの屈折率周期をａ１、前記フォトニック結晶導波路の前記コア内を伝播する電磁波の真空中における波長をλ０１とした場合に、
ａ１／λ０１＜１／（２ｎＳ１）
の条件を満たす請求項３に記載の導波路素子。
【請求項５】
前記共振機構は、前記共振フォトニック結晶導波路の光軸と同一の方向から前記共振フォトニック結晶導波路の前記コアにエバネッセント波を結合させる請求項２に記載の導波路素子。
【請求項６】
前記共振機構は、前記共振フォトニック結晶導波路の光軸と同一の光軸を有し、前記共振フォトニック結晶導波路とは離間して、前記共振フォトニック結晶導波路を挟んで配置された２つの導波路を備え、
前記２つの導波路は、それぞれ、一方向に屈折率周期性を有するフォトニック結晶により構成され、前記屈折率周期性を有しない方向にブリルアンゾーン境界上に存在する電磁波を伝播させるコアを有するフォトニック結晶導波路であり、
前記フォトニック結晶導波路は、
前記フォトニック結晶導波路の前記コアの前記屈折率周期性を有する方向に平行な前記フォトニック結晶導波路の前記コアの側面に接している均質媒体の屈折率をｎＳ１、前記フォトニック結晶導波路の前記コアの屈折率周期をａ１、前記フォトニック結晶導波路の前記コア内を伝播する電磁波の真空中における波長をλ０１とした場合に、
ａ１／λ０１＜１／（２ｎＳ１）
の条件を満たす請求項５に記載の導波路素子。
【請求項７】
前記共振フォトニック結晶導波路は、前記コアの前記屈折率周期性を有する方向から前記コアを挟み、前記コアの前記屈折率周期性を有する方向と同一の方向に屈折率周期性を有するクラッドをさらに備え、
前記共振機構は、
前記共振フォトニック結晶導波路の前記コアの前記屈折率周期性を有する方向から前記共振フォトニック結晶導波路の前記コアに光波を結合させ、前記共振フォトニック結晶導波路内において、前記共振フォトニック結晶導波路の前記コアの前記屈折率周期性を有する方向に共振を生じさせる請求項２に記載の導波路素子。
【請求項８】
前記共振機構は、前記共振フォトニック結晶導波路の前記コアの前記屈折率周期性を有する方向に沿った光軸を有し、前記共振フォトニック結晶導波路とは離間して配置された光入射部を備えている請求項７に記載の導波路素子。
【請求項９】
前記光入射部は、光導波路と、前記光導波路からの光を集光するレンズとを備えている請求項８に記載の導波路素子。
【請求項１０】
前記光入射部は、前記共振フォトニック結晶導波路の前記コアの前記屈折率周期性を有する方向に対して垂直な面に沿って並んで配置された複数の光源を備え、前記複数の光源は、それぞれ独立して光を出射する請求項８に記載の導波路素子。
【請求項１１】
前記共振フォトニック結晶導波路は、前記共振フォトニック結晶導波路の前記コアの前記屈折率周期性を有する方向に対して垂直な面に沿って広がるスラブ状部分を有している請求項１０に記載の導波路素子。
【請求項１２】
前記共振フォトニック結晶導波路の前記コアは、非線型作用を有している請求項２〜１１のいずれかに記載の導波路素子。
【請求項１３】
前記共振フォトニック結晶導波路の前記コアは、増幅作用を有している請求項２〜１１のいずれかに記載の導波路素子。
【請求項１４】
前記共振フォトニック結晶導波路は、リング状である請求項１に記載の導波路素子。
【請求項１５】
入射側フォトニック結晶導波路及び出射側フォトニック結晶導波路をさらに備え、
前記入射側フォトニック結晶導波路中を伝播している波長の異なる複数の電磁波のうち、前記共振フォトニック結晶導波路の共振周波数を有する電磁波が、前記共振フォトニック結晶導波路で共振して、前記出射側フォトニック結晶導波路に伝播するように、前記入射側フォトニック結晶導波路と、前記共振フォトニック結晶導波路と、前記出射側フォトニック結晶導波路とが配置され、
前記入射側フォトニック結晶導波路及び前記出射側フォトニック結晶導波路は、それぞれ、一方向に屈折率周期性を有するフォトニック結晶により構成され、前記屈折率周期性を有しない方向にブリルアンゾーン境界上に存在する電磁波を伝播させるコアを有するフォトニック結晶導波路であり、
前記フォトニック結晶導波路は、
前記フォトニック結晶導波路の前記コアの前記屈折率周期性を有する方向に平行な前記フォトニック結晶導波路の前記コアの側面に接している均質媒体の屈折率をｎＳ１、前記フォトニック結晶導波路の前記コアの屈折率周期をａ１、前記フォトニック結晶導波路の前記コア内を伝播する電磁波の真空中における波長をλ０１とした場合に、
ａ１／λ０１＜１／（２ｎＳ１）
の条件を満たす請求項１又は１４に記載の導波路素子。
【請求項１６】
入射側フォトニック結晶導波路及び出射側フォトニック結晶導波路をさらに備え、
前記共振フォトニック結晶導波路を複数有し、
前記入射側フォトニック結晶導波路中を伝播している波長の異なる複数の電磁波のうち、前記共振フォトニック結晶導波路の共振周波数を有する電磁波が、前記複数の共振フォトニック結晶導波路で順次共振して、前記出射側フォトニック結晶導波路に伝播するように、前記入射側フォトニック結晶導波路と、前記複数の共振フォトニック結晶導波路と、前記出射側フォトニック結晶導波路とが配置され、
前記入射側フォトニック結晶導波路及び前記出射側フォトニック結晶導波路は、それぞれ、一方向に屈折率周期性を有するフォトニック結晶により構成され、前記屈折率周期性を有しない方向にブリルアンゾーン境界上に存在する電磁波を伝播させるコアを有するフォトニック結晶導波路であり、
前記フォトニック結晶導波路は、
前記フォトニック結晶導波路の前記コアの前記屈折率周期性を有する方向に平行な前記フォトニック結晶導波路の前記コアの側面に接している均質媒体の屈折率をｎＳ１、前記フォトニック結晶導波路の前記コアの屈折率周期をａ１、前記フォトニック結晶導波路の前記コア内を伝播する電磁波の真空中における波長をλ０１とした場合に、
ａ１／λ０１＜１／（２ｎＳ１）
の条件を満たす請求項１又は１４に記載の導波路素子。
【請求項１７】
入射側フォトニック結晶導波路及び複数の出射側フォトニック結晶導波路をさらに備え、
前記複数の出射側フォトニック結晶導波路と同数の前記共振フォトニック結晶導波路を有し、
前記複数の共振フォトニック結晶導波路の共振周波数は互いに異なっており、
前記入射側フォトニック結晶導波路中を伝播している波長の異なる複数の電磁波のうち、前記共振フォトニック結晶導波路ごとの共振周波数を有する各電磁波が、それぞれ、対応する前記共振フォトニック結晶導波路で共振して、対応する前記出射側フォトニック結晶導波路に伝播するように、前記入射側フォトニック結晶導波路と、前記複数の共振フォトニック結晶導波路と、前記複数の出射側フォトニック結晶導波路とが配置され、
前記入射側フォトニック結晶導波路及び前記複数の出射側フォトニック結晶導波路は、それぞれ、一方向に屈折率周期性を有するフォトニック結晶により構成され、前記屈折率周期性を有しない方向にブリルアンゾーン境界上に存在する電磁波を伝播させるコアを有するフォトニック結晶導波路であり、
前記フォトニック結晶導波路は、
前記フォトニック結晶導波路の前記コアの前記屈折率周期性を有する方向に平行な前記フォトニック結晶導波路の前記コアの側面に接している均質媒体の屈折率をｎＳ１、前記フォトニック結晶導波路の前記コアの屈折率周期をａ１、前記フォトニック結晶導波路の前記コア内を伝播する電磁波の真空中における波長をλ０１とした場合に、
ａ１／λ０１＜１／（２ｎＳ１）
の条件を満たす請求項１又は１４に記載の導波路素子。
【請求項１８】
スラブ状フォトニック結晶導波路、入射側フォトニック結晶導波路及び複数の出射側フォトニック結晶導波路を備えた導波路素子であって、
前記スラブ状フォトニック結晶導波路は、屈折率周期性を有する方向に対して垂直な面に平行な方向に広がり、
前記入射側フォトニック結晶導波路は、前記スラブ状フォトニック結晶導波路に接続され、
前記複数の出射側フォトニック結晶導波路は、前記スラブ状フォトニック結晶導波路において、前記入射側フォトニック結晶導波路が接続された面と対向する面に接続され、
前記スラブ状フォトニック結晶導波路、前記入射側フォトニック結晶導波路及び前記複数の出射側フォトニック結晶導波路は、それぞれ、一方向に屈折率周期性を有するフォトニック結晶により構成され、前記屈折率周期性を有しない方向にブリルアンゾーン境界上に存在する電磁波を伝播させるコアを有し、前記屈折率周期性を有する方向に平行な前記コアの側面に接している均質媒体の屈折率をｎＳ、前記コアの屈折率周期をａ、前記コア内を伝播する電磁波の真空中における波長をλ０とした場合に、
ａ／λ０＜１／（２ｎＳ）
の条件を満たすことを特徴とする導波路素子。
【請求項１９】
前記スラブ状フォトニック結晶導波路は、前記入射側フォトニック結晶導波路から入射される光を分岐して、前記複数の出射側フォトニック結晶導波路のそれぞれに入射させる請求項１８に記載の導波路素子。
【請求項２０】
前記スラブ状フォトニック結晶導波路は、前記入射側フォトニック結晶導波路から入射される波長の異なる複数の光を波長ごとに分離して、前記複数の出射側フォトニック結晶導波路のそれぞれに入射させる請求項１８に記載の導波路素子。
【請求項２１】
一方向に屈折率周期性を有するフォトニック結晶により構成され、前記屈折率周期性を有しない方向にブリルアンゾーン境界上に存在する電磁波を伝播させるコアを有する励起フォトニック結晶導波路と、
前記励起フォトニック結晶導波路を励起させてレーザ光を発振させる励起機構とを備えたレーザ発生器であって、
前記励起フォトニック結晶導波路は、
前記コアの前記屈折率周期性を有する方向に平行な前記コアの側面に接している均質媒体の屈折率をｎＳ、前記コアの屈折率周期をａ、前記コア内を伝播する電磁波の真空中における波長をλ０とした場合に、
ａ／λ０＜１／（２ｎＳ）
の条件を満たし、
前記コアは、発光作用を有していることを特徴とするレーザ発生器。
【請求項２２】
前記励起フォトニック結晶導波路の前記コアの前記屈折率周期性を有する方向に対して略垂直な光軸を有する出射側フォトニック結晶導波路をさらに備え、
前記出射側フォトニック結晶導波路は、一方向に屈折率周期性を有するフォトニック結晶により構成され、前記屈折率周期性を有しない方向にブリルアンゾーン境界上に存在する電磁波を伝播させるコアを有するフォトニック結晶導波路であり、
前記フォトニック結晶導波路は、
前記フォトニック結晶導波路の前記コアの前記屈折率周期性を有する方向に平行な前記フォトニック結晶導波路の前記コアの側面に接している均質媒体の屈折率をｎＳ１、前記フォトニック結晶導波路の前記コアの屈折率周期をａ１、前記フォトニック結晶導波路の前記コア内を伝播する電磁波の真空中における波長をλ０１とした場合に、
ａ１／λ０１＜１／（２ｎＳ１）
の条件を満たし、
前記励起機構は、前記励起フォトニック結晶導波路の前記コアの前記屈折率周期性を有する方向から前記励起フォトニック結晶導波路を挟んで配置された２つの電極と、前記２つの電極間に電圧を印加する電圧源とを備え、前記２つの電極間に電圧を印加することにより、前記励起フォトニック結晶導波路を励起させて前記レーザ光を発振させ、
発振された前記レーザ光は、前記出射側フォトニック結晶導波路に入射される請求項２１に記載のレーザ発生器。
【請求項２３】
前記励起機構は、前記励起フォトニック結晶導波路に励起光を照射することにより、前記励起フォトニック結晶導波路を励起させて前記レーザ光を発振させる請求項２１に記載のレーザ発生器。
【請求項２４】
前記励起光を照射する方向に対して略垂直で、かつ、前記励起フォトニック結晶導波路の前記コアの前記屈折率周期性を有する方向に対して略垂直な光軸を有する出射側フォトニック結晶導波路をさらに備え、
前記出射側フォトニック結晶導波路は、一方向に屈折率周期性を有するフォトニック結晶により構成され、前記屈折率周期性を有しない方向にブリルアンゾーン境界上に存在する電磁波を伝播させるコアを有するフォトニック結晶導波路であり、
前記フォトニック結晶導波路は、
前記フォトニック結晶導波路の前記コアの前記屈折率周期性を有する方向に平行な前記フォトニック結晶導波路の前記コアの側面に接している均質媒体の屈折率をｎＳ１、前記フォトニック結晶導波路の前記コアの屈折率周期をａ１、前記フォトニック結晶導波路の前記コア内を伝播する電磁波の真空中における波長をλ０１とした場合に、
ａ１／λ０１＜１／（２ｎＳ１）
の条件を満たし、
前記励起機構は、前記励起フォトニック結晶導波路の前記コアの前記屈折率周期性を有する方向に対して略垂直な方向から前記励起フォトニック結晶導波路に前記励起光を照射することにより、前記励起フォトニック結晶導波路を励起させて前記レーザ光を発振させ、
発振された前記レーザ光は、前記出射側フォトニック結晶導波路に入射される請求項２３に記載のレーザ発生器。
【請求項２５】
前記励起機構は、前記出射側フォトニック結晶導波路の光軸に対して略垂直で、かつ、前記励起フォトニック結晶導波路の前記コアの前記屈折率周期性を有する方向に対して略垂直な光軸を有し、前記励起フォトニック結晶導波路とは離間して、前記励起フォトニック結晶導波路を挟んで配置された２つの導波路を備え、
前記２つの導波路は、それぞれ、一方向に屈折率周期性を有するフォトニック結晶により構成され、前記屈折率周期性を有しない方向にブリルアンゾーン境界上に存在する電磁波を伝播させるコアを有するフォトニック結晶導波路であり、
前記フォトニック結晶導波路は、
前記フォトニック結晶導波路の前記コアの前記屈折率周期性を有する方向に平行な前記フォトニック結晶導波路の前記コアの側面に接している均質媒体の屈折率をｎＳ２、前記フォトニック結晶導波路の前記コアの屈折率周期をａ２、前記フォトニック結晶導波路の前記コア内を伝播する電磁波の真空中における波長をλ０２とした場合に、
ａ２／λ０２＜１／（２ｎＳ２）
の条件を満たす請求項２４に記載のレーザ発生器。
【請求項２６】
前記励起フォトニック結晶導波路の前記コアの前記屈折率周期性を有する方向に対して略垂直な光軸を有する出射側フォトニック結晶導波路をさらに備え、
前記出射側フォトニック結晶導波路は、一方向に屈折率周期性を有するフォトニック結晶により構成され、前記屈折率周期性を有しない方向にブリルアンゾーン境界上に存在する電磁波を伝播させるコアを有するフォトニック結晶導波路であり、
前記フォトニック結晶導波路は、
前記フォトニック結晶導波路の前記コアの前記屈折率周期性を有する方向に平行な前記フォトニック結晶導波路の前記コアの側面に接している均質媒体の屈折率をｎＳ１、前記フォトニック結晶導波路の前記コアの屈折率周期をａ１、前記フォトニック結晶導波路の前記コア内を伝播する電磁波の真空中における波長をλ０１とした場合に、
ａ１／λ０１＜１／（２ｎＳ１）
の条件を満たし、
前記励起フォトニック結晶導波路は、前記励起フォトニック結晶導波路の前記コアの前記屈折率周期性を有する方向から前記励起フォトニック結晶導波路の前記コアを挟み、前記励起フォトニック結晶導波路の前記コアの前記屈折率周期性を有する方向と同一の方向に屈折率周期性を有するクラッドをさらに備え、
前記励起機構は、前記励起フォトニック結晶導波路の前記コアの前記屈折率周期性を有する方向から前記励起フォトニック結晶導波路に前記励起光を照射することにより、前記励起フォトニック結晶導波路を励起させて前記レーザ光を発振させ、
発振された前記レーザ光は、前記出射側フォトニック結晶導波路に入射される請求項２３に記載のレーザ発生器。
【請求項２７】
前記励起機構は、前記励起フォトニック結晶導波路の前記コアの前記屈折率周期性を有する方向に沿った光軸を有し、前記励起フォトニック結晶導波路とは離間して配置された光入射部を備えている請求項２６に記載のレーザ発生器。
【請求項２８】
前記光入射部は、光導波路と、前記光導波路からの光を集光するレンズとを備えている請求項２７に記載のレーザ発生器。
【請求項２９】
前記励起機構は、前記励起フォトニック結晶導波路の前記コアの前記屈折率周期性を有する方向に対して略垂直な方向から前記励起フォトニック結晶導波路に前記励起光を照射することにより、前記励起フォトニック結晶導波路を励起させて前記レーザ光を発振させ、
前記励起フォトニック結晶導波路から、前記励起フォトニック結晶導波路の前記コアの前記屈折率周期性を有する方向に、発振された前記レーザ光が出射される請求項２３に記載のレーザ発生器。
【請求項３０】
前記励起機構は、前記励起フォトニック結晶導波路の前記コアの前記屈折率周期性を有する方向に対して略垂直な光軸を有し、前記励起フォトニック結晶導波路とは離間して、前記励起フォトニック結晶導波路を挟んで配置された２つの導波路を備え、
前記２つの導波路は、それぞれ、一方向に屈折率周期性を有するフォトニック結晶により構成され、前記屈折率周期性を有しない方向にブリルアンゾーン境界上に存在する電磁波を伝播させるコアを有するフォトニック結晶導波路であり、
前記フォトニック結晶導波路は、
前記フォトニック結晶導波路の前記コアの前記屈折率周期性を有する方向に平行な前記フォトニック結晶導波路の前記コアの側面に接している均質媒体の屈折率をｎＳ１、前記フォトニック結晶導波路の前記コアの屈折率周期をａ１、前記フォトニック結晶導波路の前記コア内を伝播する電磁波の真空中における波長をλ０１とした場合に、
ａ１／λ０１＜１／（２ｎＳ１）
の条件を満たす請求項２９に記載のレーザ発生器。
【請求項３１】
前記励起フォトニック結晶導波路と前記出射側フォトニック結晶導波路との間に、分布帰還型共振器の反射層が配置された請求項２４〜２８のいずれかに記載のレーザ発生器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、１次元フォトニック結晶を用いた、導波路素子及びレーザ発生器に関する。
【背景技術】
【０００２】  基板上に導波路を配置した構成の光学素子、すなわち、導波路素子は、すでに種々実用化されている。特に、最近、２次元フォトニック結晶を用いた欠陥導波路（２次元フォトニック結晶欠陥導波路）が注目され、その研究開発が盛んに行なわれている。以下、この欠陥導波路の構造について説明する。まず、高屈折率の例えばＳｉを用いた薄膜層に規則的な空孔を配置することにより、屈折率周期構造を有する２次元フォトニック結晶が構成される。尚、この２次元フォトニック結晶は、屈折率周期性を有する方向（以下「屈折率周期方向」という）において、使用周波数域における完全フォトニックバンドギャップを形成するように構成される。さらに、この２次元フォトニック結晶に線状の欠陥（線欠陥）を設けることにより、欠陥導波路が構成される。光は、この欠陥導波路の欠陥部分を伝播することができ、欠陥が設けられていない個所を伝播することはできない。この欠陥導波路は、急峻な角度（急角度）で曲げることが可能であるという特徴を有している。従って、この欠陥導波路を配線として用いることにより、光学回路の設計の自由度が高くなり、当該光学回路の小型化又は集積化が可能となる。そして、この欠陥導波路を光学素子の一部として用いることにより、光学素子の小型化が可能となる。【０００３】  さらに、この欠陥導波路中を伝播する光に群速度異常を生じさせることも可能である。従って、この欠陥導波路を光学素子の一部として用いた場合に、非線型作用を大きくして、光学素子の特性を改善したり、サイズを小さくしたりすることができる。【０００４】  さらに、この欠陥導波路は、完全な光の閉じ込めを行うことができるという特徴も有している。【０００５】  以上のことから、２次元フォトニック結晶欠陥導波路の性質を生かした、様々な光学素子が提案されている（例えば、特許文献１〜５、及び非特許文献１〜１０参照）。以下、これらについて説明する。【０００６】  まず、特許文献１及び２には、２次元フォトニック結晶に線欠陥を設けることによって構成された欠陥導波路、及び点欠陥を設けることによって構成された共振器を備えた光学素子が開示されている。さらに、非特許文献１には、点欠陥による共振器を多段化することによって高効率化を図った光学素子が開示されている。【０００７】  また、特許文献３には、２次元フォトニック結晶に線欠陥をリング状に設けることによって構成された共振器を備えた光学素子が開示されている。【０００８】  また、非特許文献２には、２次元フォトニック結晶欠陥導波路の幅を部分的に広くしたマルチモードカプラによって２波長を分離するようにした光学素子が開示されている。また、特許文献４には、マルチモードカプラを用いた全光フリップフロップ素子が開示されている。【０００９】  また、特許文献５、非特許文献３及び４には、フォトニック結晶の欠陥中に量子ドットを組み込んだ発光素子が開示されている。【００１０】  また、特許文献６、非特許文献５、６、７、８、９及び１０には、２次元フォトニック結晶欠陥導波路を用いた、非線型作用による光スイッチが開示されている。【００１１】  このように、２次元フォトニック結晶欠陥導波路は、様々な光学素子に用いられてい���。
【特許文献１】特開２００４−１１９６７１号公報
【特許文献２】特開２００４−２１２４１６号公報
【特許文献３】特開２００４−１７０４７８号公報
【特許文献４】特許第３５７８７３７号公報
【特許文献５】特開２００４−２９６５６０号公報
【特許文献６】特開２００４−９３７８７号公報
【非特許文献１】３ｐ−ＺＣ−６、２００４年秋季第６５回応用物理学会学術講演会予稿集、２００４年９月１日、ｐ．９３４
【非特許文献２】ＯＰＴＩＣＳ  ＥＸＰＲＥＳＳ（米国）２００４年１０月３１日  １２巻  ２３号  ｐ．５６２５
【非特許文献３】３ａ−ＺＣ−１０、２００４年秋季第６５回応用物理学会学術講演会予稿集、２００４年９月１日、ｐ．９３１
【非特許文献４】３ａ−ＺＣ−１１、２００４年秋季第６５回応用物理学会学術講演会予稿集、２００４年９月１日、ｐ．９３１
【非特許文献５】４ａ−ＺＣ−１０、２００４年秋季第６５回応用物理学会学術講演会予稿集、２００４年９月１日、ｐ．９４１
【非特許文献６】４ｐ−ＺＣ−２、２００４年秋季第６５回応用物理学会学術講演会予稿集、２００４年９月１日、ｐ．９４２
【非特許文献７】４ｐ−ＺＣ−３、２００４年秋季第６５回応用物理学会学術講演会予稿集、２００４年９月１日、ｐ．９４２
【非特許文献８】４ｐ−ＺＣ−５、２００４年秋季第６５回応用物理学会学術講演会予稿集、２００４年９月１日、ｐ．９４３
【非特許文献９】４ｐ−ＺＣ−６、２００４年秋季第６５回応用物理学会学術講演会予稿集、２００４年９月１日、ｐ．９４３
【非特許文献１０】４ｐ−ＺＣ−７、２００４年秋季第６５回応用物理学会学術講演会予稿集、２００４年９月１日、ｐ．９４４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】  しかし、２次元フォトニック結晶欠陥導波路には、以下に述べるような問題点がある。【００１３】  まず、第１の問題点について説明する。屈折率周期方向（平面方向）においては、フォトニックバンドギャップによって完全な光の閉じ込めが行なわれているが、屈折率が一定である方向（上下方向）では、光の閉じ込めは不完全であり、伝播損失が大きい。尚、この導波路においては、上下方向への光の漏れを防止するために、上下方向のクラッドを空気層とするいわゆる「エアブリッジ構造」が考案されているが、このエアブリッジ構造は、複雑で製造コストが高いという問題点を有している。【００１４】  次に、第２の問題点について説明する。平面方向（屈折率周期方向）のフォトニックバンドギャップを完全なものとするためには、屈折率周期構造を形成する物質同士の屈折率差を大きくする必要がある。そのため、一般的には、高屈折率物質（例えば、屈折率３．４８のＳｉ）と空気とによるフォトニック結晶が作製される。しかし、この場合には、導波路のコアをなす欠陥部分の屈折率が非常に大きくなるので、シングルモード条件を満たすためにコアの断面が非常に小さくなる（典型的には、１μｍ×１μｍ以下）。そして、導波路のコアの断面と、導波路に結合させるシングルモードファイバ（コアの直径が１０μｍ程度）の断面との差が大きくなり、両者を効率良く結合させることが困難となる。また、屈折率差の大きい界面では、わずかな欠陥によっても漏れ光が発生しやくなり、導波路の伝播損失が大きくなる。【００１５】  次に、第３の問題点について説明する。２次元フォトニック結晶においては、その配列が導波路素子を設計する上での制約になるという問題がある。ここで、例えば、均一媒質に空孔を三角配列することによって２次元フォトニック結晶を構成する場合についての、設計上の制約について説明する。まず、光の曲げの角度としては、６０°と１２０°の２種類である。また、導波路の幅は、「１列抜き」、「２列抜き」など、周期のＮ倍（Ｎは自然数）である。また、点欠陥の大きさと形状は、空孔Ｎ個分であり、導波路や点欠陥の間隔は、周期のＮ倍である。このような構成とすることが、２次元フォトニック結晶において自然で好ましいものであるが、そのために、設計パラメータ、例えば、共振器の共振周波数等が離散的な値をとり、所望の値を選択することができなかった。この問題を解決するためには、例えば、上記非特許文献１に開示されているような面内ヘテロ構造２次元フォトニック結晶を用いればよいが、設計コストや製造コストが高くなるという問題点があった。【００１６】  本発明は、従来技術における前記課題を解決するためになされたものであり、構成が簡単であるために容易に作製することができ、設計の自由度が高く、集積化も可能な、導波路素子及びレーザ発生器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】
【００１７】  前記目的を達成するため、本発明に係る導波路素子の第１の構成は、一方向に屈折率周期性を有するフォトニック結晶により構成され、前記屈折率周期性を有しない方向にブリルアンゾーン境界上に存在する電磁波を伝播させるコアを有する共振フォトニック結晶導波路を備えた導波路素子であって、前記共振フォトニック結晶導波路は、前記コアの前記屈折率周期性を有する方向に平行な前記コアの側面に接している均質媒体の屈折率をｎＳ、前記コアの屈折率周期をａ、前記コア内を伝播する電磁波の真空中における波長をλ０とした場合に、
ａ／λ０＜１／（２ｎＳ）
の条件を満たすことを特徴とする。【００１８】  また、本発明に係る導波路素子の第２の構成は、スラブ状フォトニック結晶導波路、入射側フォトニック結晶導波路及び複数の出射側フォトニック結晶導波路を備えた導波路素子であって、前記スラブ状フォトニック結晶導波路は、屈折率周期性を有する方向に対して垂直な面に平行な方向に広がり、前記入射側フォトニック結晶導波路は、前記スラブ状フォトニック結晶導波路に接続され、前記複数の出射側フォトニック結晶導波路は、前記スラブ状フォトニック結晶導波路において、前記入射側フォトニック結晶導波路が接続された面と対向する面に接続され、前記スラブ状フォトニック結晶導波路、前記入射側フォトニック結晶導波路及び前記複数の出射側フォトニック結晶導波路は、それぞれ、一方向に屈折率周期性を有するフォトニック結晶により構成され、前記屈折率周期性を有しない方向にブリルアンゾーン境界上に存在する電磁波を伝播させるコアを有し、前記屈折率周期性を有する方向に平行な前記コアの側面に接している均質媒体の屈折率をｎＳ、前記コアの屈折率周期をａ、前記コア内を伝播する電磁波の真空中における波長をλ０とした場合に、
ａ／λ０＜１／（２ｎＳ）
の条件を満たすことを特徴とする。【００１９】  また、本発明に係るレーザ発生器の構成は、一方向に屈折率周期性を有するフォトニック結晶により構成され、前記屈折率周期性を有しない方向にブリルアンゾーン境界上に存在する電磁波を伝播させるコアを有する励起フォトニック結晶導波路と、前記励起フォトニック結晶導波路を励起させてレーザ光を発振させる励起機構とを備えたレーザ発生器であって、前記励起フォトニック結晶導波路は、前記コアの前記屈折率周期性を有する方向に平行な前記コアの側面に接している均質媒体の屈折率をｎＳ、前記コアの屈折率周期をａ、前記コア内を伝播する電磁波の真空中における波長をλ０とした場合に、
ａ／λ０＜１／（２ｎＳ）
の条件を満たし、前記コアは、発光作用を有していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】  本発明によれば、構成が簡単であるために容易に作製することができ、設計の自由度が高く、集積化も可能な、導波路素子及びレーザ発生器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本発明の実施の形態における１次元フォトニック結晶の構成を示す断面図である。
【図２】図２は、図１に示したフォトニック結晶のバンド図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態における１次元フォトニック結晶の入射側端面に対して、入射光を斜め入射させた場合のバンド図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態における第１バンド及び第２バンドの伝播光の伝播方向がともにＺ軸方向である場合の１次元フォトニック結晶のバンド図である。
【図５】図５は、図４のブリルアンゾーン境界上のバンド図を、Ｚ軸方向に限定して示したバンド図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態における１次元フォトニック結晶内を伝播光がＺ軸方向に対して傾いて進む場合の電場を示す模式図である。
【図７Ａ】図７Ａは、本発明の実施の形態における１次元フォトニック結晶のクラッド及びコアを有するフォトニック結晶導波路の構成を示す断面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、本発明の実施の形態における１次元フォトニック結晶のクラッド及びコアを有するフォトニック結晶導波路の構成を示す斜視図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態１における導波路素子の構成を示す斜視図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態１における導波路素子の構成を示す平面図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態２における導波路素子の構成を示す斜視図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態３における導波路素子の構成を示す平面図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施の形態４における導波路素子の構成を示す平面図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施の形態５における導波路素子の構成を示す斜視図である。
【図１４】図１４は、本発明の実施の形態６における導波路素子の構成を示す斜視図である。
【図１５】図１５は、本発明の実施の形態７における導波路素子の構成を示す斜視図である。
【図１６Ａ】図１６Ａは、本発明の実施の形態８における導波路素子の構成、及び光路を示す平面図であり、信号光が真中の出射用導波路から出射されている状態を示している。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、本発明の実施の形態８における導波路素子の構成、及び光路を示す平面図であり、信号光が端の出射用導波路から出射されている状態を示している。
【図１７】図１７は、本発明の実施の形態１０におけるレーザ発生器の構成を示す斜視図である。
【図１８】図１８は、本発明の実施の形態１１におけるレーザ発生器の構成を示す斜視図である。
【図１９】図１９は、本発明の実施の形態１２におけるレーザ発生器の構成を示す斜視図である。
【図２０】図２０は、本発明の実施の形態１３におけるレーザ発生器の構成を示す斜視図である。
【図２１】図２１は、本発明の実施の形態１４における導波路素子の構成を示す斜視図である。
【図２２】図２２は、本発明の実施の形態１４における共振部を二段にした導波路素子の構成を示す斜視図である。
【図２３】図２３は、本発明の実施の形態１４における、分波素子である導波路素子の構成を示す斜視図である。
【図２４】図２４は、本発明の実施の形態１５における導波路素子の構成を示す斜視図である。
【図２５】図２５は、本発明の実施の形態１６における導波路素子の構成を示す斜視図である。
【図２６】図２６は、本発明の実施の形態１７における導波路素子の構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】  本発明の導波路素子の第１の構成は、１次元フォトニック結晶導波路により構成された、共振を行う共振フォトニック結晶導波路を備えている。このため、共振フォトニック結晶導波路は、コアの屈折率周期性を有する方向に対して垂直なすべての方向からのエバネッセント波を共振することができる。また、共振フォトニック結晶導波路は、その設計の自由度が高く、その大きさや形状、電磁波の曲げ角度等を自由に設計することができる。これにより、集積化が可能で、より高機能な導波路素子を実現することができる。また、１次元フォトニック結晶導波路は、多層構造体であるため、作製も容易である。【００２３】  また、前記本発明の導波路素子の第１の構成においては、前記共振フォトニック結晶導波路に共振を生じさせる共振機構をさらに備えているのが好ましい。【００２４】  また、この場合には、前記共振機構は、前記共振フォトニック結晶導波路の光軸に対して略垂直で、かつ、前記共振フォトニック結晶導波路の前記コアの前記屈折率周期性を有する方向に対して略垂直な方向から前記共振フォトニック結晶導波路の前記コアにエバネッセント波を結合させ、前記共振フォトニック結晶導波路内において、前記共振フォトニック結晶導波路の光軸に対して略垂直で、かつ、前記共振フォトニック結晶導波路の前記コアの前記屈折率周期性を有する方向に対して略垂直な方向に共振を生じさせるのが好ましい。この好ましい例によれば、共振を生じさせる電磁波を伝播させるための導波路を、基板上に配置することができる。このため、その導波路もフォトニック結晶導波路とすればよいので、導波路素子の作製が容易となる。【００２５】  この場合にはさらに、前記共振機構は、前記共振フォトニック結晶導波路の光軸に対して略垂直で、かつ、前記共振フォトニック結晶導波路の前記コアの前記屈折率周期性を有する方向に対して略垂直な光軸を有し、前記共振フォトニック結晶導波路とは離間して、前記共振フォトニック結晶導波路を挟んで配置された２つの導波路を備え、前記２つの導波路は、それぞれ、一方向に屈折率周期性を有するフォトニック結晶により構成され、前記屈折率周期性を有しない方向にブリルアンゾーン境界上に存在する電磁波を伝播させるコアを有するフォトニック結晶導波路であり、前記フォトニック結晶導波路は、前記フォトニック結晶導波路の前記コアの前記屈折率周期性を有する方向に平行な前記フォトニック結晶導波路の前記コアの側面に接している均質媒体の屈折率をｎＳ１、前記フォトニック結晶導波路の前記コアの屈折率周期をａ１、前記フォトニック結晶導波路の前記コア内を伝播する電磁波の真空中における波長をλ０１とした場合に、
ａ１／λ０１＜１／（２ｎＳ１）
の条件を満たすのが好ましい。この好ましい例によれば、共振フォトニック結晶導波路内において共振を生じさせることのできる導波路素子を実現することができる。【００２６】  また、この場合には、前記共振機構は、前記共振フォトニック結晶導波路の光軸と同一の方向から前記共振フォトニック結晶導波路の前記コアにエバネッセント波を結合させるのが好ましい。この好ましい例によれば、共振フォトニック結晶導波路を伝播する信号光と共振フォトニック結晶導波路内で共振する制御光を、同一の導波路を用いて伝播させることができるので、部品点数を削減して、導波路素子の小型化を図ることができる。【００２７】  この場合にはさらに、前記共振機構は、前記共振フォトニック結晶導波路の光軸と同一の光軸を有し、前記共振フォトニック結晶導波路とは離間して、前記共振フォトニック結晶導波路を挟んで配置された２つの導波路を備え、前記２つの導波路は、それぞれ、一方向に屈折率周期性を有するフォトニック結晶により構成され、前記屈折率周期性を有しない方向にブリルアンゾーン境界上に存在する電磁波を伝播させるコアを有するフォトニック結晶導波路であり、前記フォトニック結晶導波路は、前記フォトニック結晶導波路の前記コアの前記屈折率周期性を有する方向に平行な前記フォトニック結晶導波路の前記コアの側面に接している均質媒体の屈折率をｎＳ１、前記フォトニック結晶導波路の前記コアの屈折率周期をａ１、前記フォトニック結晶導波路の前記コア内を伝播する電磁波の真空中における波長をλ０１とした場合に、
ａ１／λ０１＜１／（２ｎＳ１）
の条件を満たすのが好ましい。この好ましい例によれば、共振フォトニック結晶導波路内において共振を生じさせることのできる導波路素子を実現することができる。【００２８】  また、この場合には、前記共振フォトニック結晶導波路は、前記コアの前記屈折率周期性を有する方向から前記コアを挟み、前記コアの前記屈折率周期性を有する方向と同一の方向に屈折率周期性を有するクラッドをさらに備え、前記共振機構は、前記共振フォトニック結晶導波路の前記コアの前記屈折率周期性を有する方向から前記共振フォトニック結晶導波路の前記コアに光波を結合させ、前記共振フォトニック結晶導波路内において、前記共振フォトニック結晶導波路の前記コアの前記屈折率周期性を有する方向に共振を生じさせるのが好ましい。この好ましい例によれば、共振フォトニック結晶導波路内において共振を生じさせることのできる導波路素子を実現することができる。【００２９】  この場合にはさらに、前記共振機構は、前記共振フォトニック結晶導波路の前記コアの前記屈折率周期性を有する方向に沿った光軸を有し、前記共振フォトニック結晶導波路とは離間して配置された光入射部を備えているのが好ましい。この好ましい例によれば、共振フォトニック結晶導波路内において共振を生じさせることのできる導波路素子を実現することができる。【００３０】  さらにこの場合には、前記光入射部は、光導波路と、前記光導波路からの光を集光するレンズとを備えているのが好ましい。この好ましい例によれば、共振フォトニック結晶導波路内において共振を生じさせることのできる導波路素子を実現することができる。【００３１】  さらにこの場合には、前記光入射部は、前記共振フォトニック結晶導波路の前記コアの前記屈折率周期性を有する方向に対して垂直な面に沿って並んで配置された複数の光源を備え、前記複数の光源は、それぞれ独立して光を出射するのが好ましい。この好ましい例によれば、共振を生じさせる制御光の出力を大きくすることができる。また、複数の光源から選択的に制御光を出射させることができるので、導波路の数を増加させたり、導波路の形状を複雑化したりしても、伝播光の進路を制御することができる。【００３２】  さらには、前記共振フォトニック結晶導波路は、前記共振フォトニック結晶導波路の前記コアの前記屈折率周期性を有する方向に対して垂直な面に沿って広がるスラブ状部分を有しているのが好ましい。この好ましい例によれば、複数の光源から選択的に制御光を出射させることにより、スラブ状部分内の伝播光の進路を、所望の方向となるように制御することができる。【００３３】  また、この場合には、前記共振フォトニック結晶導波路の前記コアは、非線型作用を有しているのが好ましい。この好ましい例によれば、大きな非線型作用を生じさせて、光制御素子としての特性を向上させることができる。【００３４】  また、この場合には、前記共振フォトニック結晶導波路の前記コアは、増幅作用を有しているのが好ましい。この好ましい例によれば、増幅素子である導波路素子を実現することができる。【００３５】  また、前記本発明の導波路素子の第１の構成においては、前記共振フォトニック結晶導波路は、リング状であるのが好ましい。こ��ように、この好ましい例は、１次元フォトニック結晶導波路により構成された、共振を行うリング状の共振フォトニック結晶導波路を備えている。これにより、共振フォトニック結晶導波路の共振長を長くすることができるので、一定間隔の複数の周波数を共振させることができる。また、伝播に要する時間の遅延を用いることにより、光バッファメモリや多連パルス発生素子である導波路素子を実現することができる。【００３６】  また、前記本発明の導波路素子の第１の構成においては、入射側フォトニック結晶導波路及び出射側フォトニック結晶導波路をさらに備え、前記入射側フォトニック結晶導波路中を伝播している波長の異なる複数の電磁波のうち、前記共振フォトニック結晶導波路の共振周波数を有する電磁波が、前記共振フォトニック結晶導波路で共振して、前記出射側フォトニック結晶導波路に伝播するように、前記入射側フォトニック結晶導波路と、前記共振フォトニック結晶導波路と、前記出射側フォトニック結晶導波路とが配置され、前記入射側フォトニック結晶導波路及び前記出射側フォトニック結晶導波路は、それぞれ、一方向に屈折率周期性を有するフォトニック結晶により構成され、前記屈折率周期性を有しない方向にブリルアンゾーン境界上に存在する電磁波を伝播させるコアを有するフォトニック結晶導波路であり、前記フォトニック結晶導波路は、前記フォトニック結晶導波路の前記コアの前記屈折率周期性を有する方向に平行な前記フォトニック結晶導波路の前記コアの側面に接している均質媒体の屈折率をｎＳ１、前記フォトニック結晶導波路の前記コアの屈折率周期をａ１、前記フォトニック結晶導波路の前記コア内を伝播する電磁波の真空中における波長をλ０１とした場合に、
ａ１／λ０１＜１／（２ｎＳ１）
の条件を満たすのが好ましい。この好ましい例によれば、共振素子である導波路素子を実現することができる。【００３７】  また、前記本発明の導波路素子の第１の構成においては、入射側フォトニック結晶導波路及び出射側フォトニック結晶導波路をさらに備え、前記共振フォトニック結晶導波路を複数有し、前記入射側フォトニック結晶導波路中を伝播している波長の異なる複数の電磁波のうち、前記共振フォトニック結晶導波路の共振周波数を有する電磁波が、前記複数の共振フォトニック結晶導波路で順次共振して、前記出射側フォトニック結晶導波路に伝播するように、前記入射側フォトニック結晶導波路と、前記複数の共振フォトニック結晶導波路と、前記出射側フォトニック結晶導波路とが配置され、前記入射側フォトニック結晶導波路及び前記出射側フォトニック結晶導波路は、それぞれ、一方向に屈折率周期性を有するフォトニック結晶により構成され、前記屈折率周期性を有しない方向にブリルアンゾーン境界上に存在する電磁波を伝播させるコアを有するフォトニック結晶導波路であり、前記フォトニック結晶導波路は、前記フォトニック結晶導波路の前記コアの前記屈折率周期性を有する方向に平行な前記フォトニック結晶導波路の前記コアの側面に接している均質媒体の屈折率をｎＳ１、前記フォトニック結晶導波路の前記コアの屈折率周期をａ１、前記フォトニック結晶導波路の前記コア内を伝播する電磁波の真空中における波長をλ０１とした場合に、
ａ１／λ０１＜１／（２ｎＳ１）
の条件を満たすのが好ましい。この好ましい例によれば、フラットトップ特性を有する導波路素子を実現することができる。【００３８】  また、前記本発明の導波路素子の第１の構成においては、入射側フォトニック結晶導波路及び複数の出射側フォトニック結晶導波路をさらに備え、前記複数の出射側フォトニック結晶導波路と同数の前記共振フォトニック結晶導波路を有し、前記複数の共振フォトニック結晶導波路の共振周波数は互いに異なっており、前記入射側フォトニック結晶導波路中を伝播している波長の異なる複数の電磁波のうち、前記共振フォトニック結晶導波路ごとの共振周波数を有する各電磁波が、それぞれ、対応する前記共振フォトニック結晶導波路で共振して、対応する前記出射側フォトニック結晶導波路に伝播するように、前記入射側フォトニック結晶導波路と、前記複数の共振フォトニック結晶導波路と、前記複数の出射側フォトニック結晶導波路とが配置され、前記入射側フォトニック結晶導波路及び前記複数の出射側フォトニック結晶導波路は、それぞれ、一方向に屈折率周期性を有するフォトニック結晶により構成され、前記屈折率周期性を有しない方向にブリルアンゾーン境界上に存在する電磁波を伝播させるコアを有するフォトニック結晶導波路であり、前記フォトニック結晶導波路は、前記フォトニック結晶導波路の前記コアの前記屈折率周期性を有する方向に平行な前記フォトニック結晶導波路の前記コアの側面に接している均質媒体の屈折率をｎＳ１、前記フォトニック結晶導波路の前記コアの屈折率周期をａ１、前記フォトニック結晶導波路の前記コア内を伝播する電磁波の真空中における波長をλ０１とした場合に、
ａ１／λ０１＜１／（２ｎＳ１）
の条件を満たすのが好ましい。この好ましい例によれば、波長分離素子である導波路素子を実現することができる。【００３９】  また、本発明の導波路素子の第２の構成は、１次元フォトニック結晶導波路を備え、マルチモードカプラとして機能する。１次元フォトニック結晶導波路を用いての導波路の設計は、自由度が高く、導波路の大きさや形状、電磁波の曲げ角度等を自由に設計することができる。これにより、集積化が可能で、より高機能な導波路素子を実現することができる。また、１次元フォトニック結晶導波路は、多層構造体であるため、作製も容易である。【００４０】  また、前記本発明の導波路素子の第２の構成においては、前記スラブ状フォトニック結晶導波路は、前記入射側フォトニック結晶導波路から入射される光を分岐して、前記複数の出射側フォトニック結晶導波路のそれぞれに入射させるのが好ましい。この好ましい例によれば、分岐素子である導波路素子を実現することができる。【００４１】  また、前記本発明の導波路素子の第２の構成においては、前記スラブ状フォトニック結晶導波路は、前記入射側フォトニック結晶導波路から入射される波長の異なる複数の光を波長ごとに分離して、前記複数の出射側フォトニック結晶導波路のそれぞれに入射させるのが好ましい。この好ましい例によれば、波長分離素子である導波路素子を実現することができる。【００４２】  また、本発明のレーザ発生器の構成は、１次元フォトニック結晶内の共振によってレーザ光を励起させることができる。そして、１次元フォトニック結晶導波路を用いているので、設計の自由度が高く、導波路の大きさや形状、電磁波の曲げ角度等を自由に設計することができる。これにより、集積化が可能で、より高機能なレーザ発生器を実現することができる。また、１次元フォトニック結晶導波路は、多層構造体であるため、作製も容易である。【００４３】  また、前記本発明のレーザ発生器の構成においては、前記励起フォトニック結晶導波路の前記コアの前記屈折率周期性を有する方向に対して略垂直な光軸を有する出射側フォトニック結晶導波路をさらに備え、前記出射側フォトニック結晶導波路は、一方向に屈折率周期性を有するフォトニック結晶により構成され、前記屈折率周期性を有しない方向にブリルアンゾーン境界上に存在する電磁波を伝播させるコアを有するフォトニック結晶導波路であり、前記フォトニック結晶導波路は、前記フォトニック結晶導波路の前記コアの前記屈折率周期性を有する方向に平行な前記フォトニック結晶導波路の前記コアの側面に接している均質媒体の屈折率をｎＳ１、前記フォトニック結晶導波路の前記コアの屈折率周期をａ１、前記フォトニック結晶導波路の前記コア内を伝播する電磁波の真空中における波長をλ０１とした場合に、
ａ１／λ０１＜１／（２ｎＳ１）
の条件を満たし、前記励起機構は、前記励起フォトニック結晶導波路の前記コアの前記屈折率周期性を有する方向から前記励起フォトニック結晶導波路を挟んで配置された２つの電極と、前記２つの電極間に電圧を印加する電圧源とを備え、前記２つの電極間に電圧を印加することにより、前記励起フォトニック結晶導波路を励起させて前記レーザ光を発振させ、発振された前記レーザ光は、前記出射側フォトニック結晶導波路に入射されるのが好ましい。この好ましい例によれば、レーザ発生器を実現することができる。【００４４】  また、前記本発明のレーザ発生器の構成においては、前記励起機構は、前記励起フォトニック結晶導波路に励起光を照射することにより、前記励起フォトニック結晶導波路を励起させて前記レーザ光を発振させるのが好ましい。この好ましい例によれば、レーザ発生器を実現することができる。【００４５】  また、この場合には、前記励起光を照射する方向に対して略垂直で、かつ、前記励起フォトニック結晶導波路の前記コアの前記屈折率周期性を有する方向に対して略垂直な光軸を有する出射側フォトニック結晶導波路をさらに備え、前記出射側フォトニック結晶導波路は、一方向に屈折率周期性を有するフォトニック結晶により構成され、前記屈折率周期性を有しない方向にブリルアンゾーン境界上に存在する電磁波を伝播させるコアを有するフォトニック結晶導波路であり、前記フォトニック結晶導波路は、前記フォトニック結晶導波路の前記コアの前記屈折率周期性を有する方向に平行な前記フォトニック結晶導波路の前記コアの側面に接している均質媒体の屈折率をｎＳ１、前記フォトニック結晶導波路の前記コアの屈折率周期をａ１、前記フォトニック結晶導波路の前記コア内を伝播する電磁波の真空中における波長をλ０１とした場合に、
ａ１／λ０１＜１／（２ｎＳ１）
の条件を満たし、前記励起機構は、前記励起フォトニック結晶導波路の前記コアの前記屈折率周期性を有する方向に対して略垂直な方向から前記励起フォトニック結晶導波路に前記励起光を照射することにより、前記励起フォトニック結晶導波路を励起させて前記レーザ光を発振させ、発振された前記レーザ光は、前記出射側フォトニック結晶導波路に入射されるのが好ましい。この好ましい例によれば、レーザ発生器を実現することができる。【００４６】  この場合にはさらに、前記励起機構は、前記出射側フォトニック結晶導波路の光軸に対して略垂直で、かつ、前記励起フォトニック結晶導波路の前記コアの前記屈折率周期性を有する方向に対して略垂直な光軸を有し、前記励起フォトニック結晶導波路とは離間して、前記励起フォトニック結晶導波路を挟んで配置された２つの導波路を備え、前記２つの導波路は、それぞれ、一方向に屈折率周期性を有するフォトニック結晶により構成され、前記屈折率周期性を有しない方向にブリルアンゾーン境界上に存在する電磁波を伝播させるコアを有するフォトニック結晶導波路であり、前記フォトニック結晶導波路は、前記フォトニック結晶導波路の前記コアの前記屈折率周期性を有する方向に平行な前記フォトニック結晶導波路の前記コアの側面に接している均質媒体の屈折率をｎＳ２、前記フォトニック結晶導波路の前記コアの屈折率周期をａ２、前記フォトニック結晶導波路の前記コア内を伝播する電磁波の真空中における波長をλ０２とした場合に、
ａ２／λ０２＜１／（２ｎＳ２）
の条件を満たすのが好ましい。この好ましい例によれば、レーザ発生器を実現することができる。【００４７】  また、この場合には、前記励起フォトニック結晶導波路の前記コアの前記屈折率周期性を有する方向に対して略垂直な光軸を有する出射側フォトニック結晶導波路をさらに備え、前記出射側フォトニック結晶導波路は、一方向に屈折率周期性を有するフォトニック結晶により構成され、前記屈折率周期性を有しない方向にブリルアンゾーン境界上に存在する電磁波を伝播させるコアを有するフォトニック結晶導波路であり、前記フォトニック結晶導波路は、前記フォトニック結晶導波路の前記コアの前記屈折率周期性を有する方向に平行な前記フォトニック結晶導波路の前記コアの側面に接している均質媒体の屈折率をｎＳ１、前記フォトニック結晶導波路の前記コアの屈折率周期をａ１、前記フォトニック結晶導波路の前記コア内を伝播する電磁波の真空中における波長をλ０１とした場合に、
ａ１／λ０１＜１／（２ｎＳ１）
の条件を満たし、前記励起フォトニック結晶導波路は、前記励起フォトニック結晶導波路の前記コアの前記屈折率周期性を有する方向から前記励起フォトニック結晶導波路の前記コアを挟み、前記励起フォトニック結晶導波路の前記コアの前記屈折率周期性を有する方向と同一の方向に屈折率周期性を有するクラッドをさらに備え、前記励起機構は、前記励起フォトニック結晶導波路の前記コアの前記屈折率周期性を有する方向から前記励起フォトニック結晶導波路に前記励起光を照射することにより、前記励起フォトニック結晶導波路を励起させて前記レーザ光を発振させ、発振された前記レーザ光は、前記出射側フォトニック結晶導波路に入射されるのが好ましい。この好ましい例によれば、レーザ発生器を実現することができる。【００４８】  この場合にはさらに、前記励起機構は、前記励起フォトニック結晶導波路の前記コアの前記屈折率周期性を有する方向に沿った光軸を有し、前記励起フォトニック結晶導波路とは離間して配置された光入射部を備えているのが好ましい。この好ましい例によれば、レーザ発生器を実現することができる。【００４９】  さらに、この場合には、前記光入射部は、光導波路と、前記光導波路からの光を集光するレンズとを備えているのが好ましい。この好ましい例によれば、レーザ発生器を実現することができる。【００５０】  また、この場合には、前記励起機構は、前記励起フォトニック結晶導波路の前記コアの前記屈折率周期性を有する方向に対して略垂直な方向から前記励起フォトニック結晶導波路に前記励起光を照射することにより、前記励起フォトニック結晶導波路を励起させて前記レーザ光を発振させ、前記励起フォトニック結晶導波路から、前記励起フォトニック結晶導波路の前記コアの前記屈折率周期性を有する方向に、発振された前記レーザ光が出射されるのが好ましい。この好ましい例によれば、励起光を伝播させるための導波路を、基板上に配置することができる。このため、その導波路もフォトニック結晶導波路とすればよいので、レーザ発生器の作製が容易となる。【００５１】  この場合にはさらに、前記励起機構は、前記励起フォトニック結晶導波路の前記コアの前記屈折率周期性を有する方向に対して略垂直な光軸を有し、前記励起フォトニック結晶導波路とは離間して、前記励起フォトニック結晶導波路を挟んで配置された２つの導波路を備え、前記２つの導波路は、それぞれ、一方向に屈折率周期性を有するフォトニック結晶により構成され、前記屈折率周期性を有しない方向にブリルアンゾーン境界上に存在する電磁波を伝播させるコアを有するフォトニック結晶導波路であり、前記フォトニック結晶導波路は、前記フォトニック結晶導波路の前記コアの前記屈折率周期性を有する方向に平行な前記フォトニック結晶導波路の前記コアの側面に接している均質媒体の屈折率をｎＳ１、前記フォトニック結晶導波路の前記コアの屈折率周期をａ１、前記フォトニック結晶導波路の前記コア内を伝播する電磁波の真空中における波長をλ０１とした場合に、
ａ１／λ０１＜１／（２ｎＳ１）
の条件を満たすのが好ましい。この好ましい例によれば、レーザ発生器を実現することができる。【００５２】  また、前記本発明のレーザ発生器の構成においては、前記励起フォトニック結晶導波路と前記出射側フォトニック結晶導波路との間に、分布帰還型共振器の反射層が配置されているのが好ましい。この好ましい例によれば、波長選択性を有するレーザ発生器を実現することができる。【００５３】  以下、本発明の実施の形態について、図を参照しながら具体的に説明する。【００５４】  まず、本実施の形態の基本構造をなす１次元フォトニック結晶導波路における光（電磁波）の伝播と閉じ込め条件について説明する。【００５５】  図１は、１次元フォトニック結晶の構成を示す断面図である。図１において、光の伝播方向をＺ軸方向とし、光の伝播方向（Ｚ軸方向）に対して垂直で、かつ、それぞれ互いに垂直な方向をＸ軸方向及びＹ軸方向とする。フォトニック結晶１０１は、Ｙ軸方向にのみ屈折率周期性を有する１次元フォトニック結晶である。物質１０５ａ及び物質１０５ｂがＹ軸方向に交互に積層されて、多層構造体が形成されている。物質１０５ａの厚さ（Ｙ軸方向の長さ）をｔＡ、物質１０５ａの屈折率をｎＡとする。また、物質１０５ｂの厚さ（Ｙ軸方向の長さ）をｔＢ、物質１０５ｂの屈折率をｎＢとする。フォトニック結晶１０１は、物質１０５ａ及び物質１０５ｂが交互に積層された周期（屈折率周期）ａの多層構造体である。尚、周期ａは、（ｔＡ＋ｔＢ）である。【００５６】  図１において、フォトニック結晶１０１がコアであり、フォトニック結晶１０１の周りの空気（図示せず）がクラッドとなり、これらコアとクラッドとにより光導波路が構成されている。フォトニック結晶１０１の入射端である、Ｚ軸方向に対して垂直な端面（入射側端面）１０１ａから、真空中における波長がλ０の平面波を入射光１０２として入射させると、当該入射光１０２は、伝播光１０４としてフォトニック結晶１０１内を伝播する。伝播光１０４は、入射端とは反対側の出射端である端面（出射側端面）１０１ｂから出射光１０３として出射される。伝播光１０４がフォトニック結晶１０１内の物質１０５ａ及び物質１０５ｂの多層膜内をどのように伝播するかは、フォトニックバンドを計算し、それを図示することによって知ることができる。フォトニックバンドのバンド計算の方法は、例えば、「Ｐｈｏｔｏｎｉｃ  Ｃｒｙｓｔａｌｓ，Ｐｒｉｎｃｅｔｏｎ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  Ｐｒｅｓｓ，（１９９５）」、あるいは、「Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  Ｂ，１９９１年，４４巻，１６号，ｐ．８５６５」などに詳しく述べられている。【００５７】  バンド計算に際しては、図１に示すフォトニック結晶１０１は、Ｙ軸方向（積層方向）には無限に続く周期構造を有し、Ｘ軸方向及びＺ軸方向（層面の広がる方向）には無限に広がっているものと仮定する。以下、バンド計算によって求められた内容について説明する。このバンド計算は、図１に示すフォトニック結晶１０１に関するものであるので、バンド計算によって求められた内容については、図１を参照しながら説明する。【００５８】  図２は、図１に示したフォトニック結晶１０１のバンド図である。このときのフォトニック���晶１０１の条件は、以下のとおりである。まず、物質１０５ａは、屈折率ｎＡが２．１０１１であり、その厚さｔＡは、周期ａを用いて表わすと、ｔＡ＝０．３ａである。また、物質１０５ｂは、屈折率ｎＢが１．４５７８であり、その厚さｔＢは、周期ａを用いて表わすと、ｔＢ＝０．７ａである。このような物質１０５ａ及び物質１０５ｂを交互に積層した周期ａの多層構造体であるフォトニック結晶１０１の、Ｙ軸方向及びＺ軸方向におけるバンド計算の結果を、図２に示している。尚、図２は、ＴＥ偏光の第１、第２及び第３バンドについて、第１ブリルアンゾーンの範囲内で示したものである。図２は、規格化周波数ωａ／２πｃが同じ値となる点を結んだもので、等高線状となっている。以下、この等高線状の線のことを「等周波数線」という。各線の添字は、規格化周波数ωａ／２πｃの値を表わしている。尚、規格化周波数ωａ／２πｃは、入射光１０２の角振動数ω、多層構造体の周期ａ及び真空中における光速ｃを用いて表わされている。また、規格化周波数は、入射光１０２の真空中における波長λ０を用いて、ａ／λ０と表わすこともできる。以下においては、規格化周波数を簡単にａ／λ０と記述する。【００５９】  図２において、フォトニック結晶１０１におけるブリルアンゾーンのＹ軸方向の幅は２π／ａであるが、Ｚ軸方向には周期性がないので、横方向（Ｚ軸方向）には、ブリルアンゾーンの境界が存在せず、どこまでも広がっている。尚、ＴＥ偏光とは、電場の向きがＸ軸方向の偏光のことである。また、磁場の向きがＸ軸方向の偏光であるＴＭ偏光のバンド図は示されていない。ＴＭ偏光のバンド図は、ＴＥ偏光のバンド図に類似しているが、幾分異なった形状となる。【００６０】  ここで、フォトニック結晶の入射側端面に対して、入射光を入射角θＩで斜め入射させた場合の伝播について検討する。【００６１】  図３は、１次元フォトニック結晶の入射側端面に対して、入射光を斜め入射させた場合のバンド図である。図３に示すように、作図によってフォトニック結晶の結合バンドを求めることができる。ここで、１次元フォトニック結晶は、図１に示したフォトニック結晶１０１とし、図１も参照する。尚、入射角θＩは、入射側端面１０１ａに対して垂直な方向つまりＺ軸方向と入射光１０２の進行方向とのなす角度である。また、入射光１０２の傾きは、ＹＺ平面内に限られるものとする。また、フォトニック結晶１０１の入射側端面１０１ａは、Ｚ軸に対して垂直である。【００６２】  図３は、具体的には、図１のフォトニック結晶１０１の端面１０１ａから、特定の周波数ａ／λ０の平面波（ＴＥ偏光）を、入射側端面（入射面）１０１ａに対して入射角θＩで入射させた場合のバンド図である。尚、Ｚ軸に対して垂直な端面（入射面）１０１ａに接している媒体は、その屈折率ｎｈが一様な均質媒体である。【００６３】  図３において、右側がフォトニック結晶１０１中のバンド図であり、左側がフォトニック結晶１０１の外側である均質媒体のバンド図である。また、図３において、上段が入射光１０２と第１バンドとの結合を表わし、下段が入射光１０２と第２バンドとの結合を表わしている。入射光１０２は均質媒体から端面１０１ａに入射しているので、入射光１０２のバンド図は、均質媒体中でのバンド図となる。【００６４】  ここで、均質媒体のバンド図は、半径ｒが下記式で表わされる球（ＹＺ平面においては円）となる。【００６５】  ｒ＝ｎｈ・（ａ／λ０）・（２π／ａ）
尚、上記式の右辺の（２π／ａ）は、フォトニック結晶１０１のバンド図に対応させるための係数である。【００６６】  図３に示すバンド図において、フォトニック結晶１０１内を伝播する伝播光の進行方向は、等周波数線の法線方向となる。図３から分かるように、フォトニック結晶１０１内を伝播する伝播光の方向は、第１バンドと第２バンドとで異なるために２種類となり、どちらもＺ軸方向とはならない。【００６７】  図３のバンド図について、具体的に説明する。第１及び第２バンド上には、規格化周波数ａ／λ０が入射光１０２と一致する対応点１１５及び対応点１１６があるので、フォトニック結晶１０１内ではそれぞれのバンドに対応した波動が伝播することになる。入射光１０２の波数ベクトルは矢印１１０であり、伝播光の波数ベクトルは矢印１１３（第１バンド）及び矢印１１４（第２バンド）である。また、伝播光の第１バンドのエネルギー進行方向は矢印１１１で、伝播光の第２バンドのエネルギー進行方向は矢印１１２でそれぞれ表わすことができる。【００６８】  次に、１次元フォトニック結晶中を、第１バンド及び第２バンドの伝播光がともにＺ軸方向に伝播する場合について説明する。図４は、第１バンド及び第２バンドの伝播光の伝播方向がともにＺ軸方向である場合の１次元フォトニック結晶のバンド図である。このような伝播を実現するためには、具体的には、入射角θＩを下記式（１）の条件を満たすように設定する。ここで、１次元フォトニック結晶は、図１に示したフォトニック結晶１０１とする。尚、フォトニック結晶１０１の入射側端面１０１ａが光の伝播方向であるＺ軸方向に対して垂直であるので、「入射角θＩで入射する」とは、Ｚ軸方向に対して角度θＩ傾いた光が入射することである。【００６９】  ｎｈ・ｓｉｎθＩ・（ａ／λ０）＝±０．５  （１）
上記式（１）中、ｎｈは、フォトニック結晶１０１の端面１０１ａに接する媒体の屈折率である。【００７０】  上記式（１）の条件を満たす入射角θＩでフォトニック結晶１０１に対して入射光１０２を入射させると、図４から分かるように、ブリルアンゾーン境界１２７上に第１及び第２の伝播バンドが存在する。図４において、入射光１０２の波数ベクトルは矢印１２０で表わされ、フォトニック結晶中１０１の伝播光１０４のエネルギー進行方向は矢印１２１（第１バンド）及び矢印１２２（第２バンド）で表わされている。また、ブリルアンゾーン境界１２７上には、第１及び第２バンド上の規格化周波数ａ／λ０が入射光１０２と一致するそれぞれの対応点１２５、１２６がある。伝播光１０４の波数ベクトルは、矢印１２３（第１バンド）及び矢印１２４（第２バンド）である。【００７１】  ブリルアンゾーン境界１２７での対称性より、波動エネルギーの進行方向はＺ軸方向に一致しているので、伝播光１０４はＺ軸方向に進行する。ここで、Ｚ軸方向への伝播を実現するための入射角θＩが満たす条件は、ブリルアンゾーンのＹ軸方向の周期性を考慮して、例えば、
ｎｈ・ｓｉｎθＩ・（ａ／λ０）＝±１．０，±１．５，±２．０，・・・
としてもよいが、右辺の値（絶対値）が増加するにつれて、ｎｈ及びθＩを大きい値とする必要があるので、実現が難しくなる。【００７２】  図４のブリルアンゾーン境界上のバンド図を、Ｚ軸方向に限定して示したバンド図が図５である。図５においては、横軸が波数ベクトルのＺ軸方向成分ｋｚであり、縦軸が規格化周波数である。入射光１０２の真空中における波長がλ０である場合、規格化周波数の値はａ／λ０によって決まる。このため、図５に示すように、入射光１０２の真空中における波長がλ０である場合、フォトニック結晶１０１内では各バンドに対応する波数ベクトルのＺ軸方向成分ｋ１、ｋ２が存在する。すなわち、伝播光１０４が波長λ１＝２π／ｋ１及び波長λ２＝２π／ｋ２の波動としてフォトニック結晶１０１内をＺ軸方向に伝播する。【００７３】  ここで、真空中における光の波長λ０を、フォトニック結晶１０１内を伝播する場合の光の波長（例えば、λ１、λ２など）で除した数値を、「実効屈折率」と定義する。図５から分かるように、ブリルアンゾーン境界上に存在する伝播光の伝播においては、実効屈折率がλ０によって大きく変化する。屈折率が１である線１２８（ライトライン）の左側の領域は実効屈折率が１未満であり、線１２８（ライトライン）の右側の領域は実効屈折率が１よりも大きい。図５から、ブリルアンゾーン境界上に存在する伝播光の伝播においては、線１２８（ライトライン）の左側、すなわち、実効屈折率が１未満となることもあることが分かる。【００７４】  また、図５に示すバンド曲線をｋｚで微分した値（すなわち、接線の傾き）が伝播光の群速度となることはよく知られている。図５の場合、ｋｚの値が小さくなるにつれてバンド曲線の接線の傾きは急速に小さくなり、ａ／λ０が下限値の場合、バンド曲線の接線の傾き（群速度）は０となる。これが、フォトニック結晶に特有の群速度異常である。フォトニック結晶における群速度異常は、極めて大きく、かつ、通常の均質物質の分散とは逆である（入射光の波長が長くなるにつれて群速度が遅くなる）。従って、この導波路は、光遅延素子や光通信における分散補償素子などの光制御素子として用いることができる。図５から分かるように、ブリルアンゾーン境界上においては、第１バンドを含む全てのバンドで「実効屈折率の波長による大きな変化」や「群速度異常」が起こっている。このような、ブリルアンゾーン境界上のバンドによる伝播を実現する導波路は、低損失で上記特性を示す光を伝播させることができるので、光制御素子等に応用することができる。尚、ブリルアンゾーン境界上のバンドによる伝播光は、節のある電場パターンを形成するので、一種の高次モード伝播光である。【００７５】  フォトニック結晶の外部の平面波と、フォトニック結晶内を伝播するブリルアンゾーン境界上における伝播光とを結合させるいくつかの方法が、本発明者らの研究により明らかになっている。これら、「ブリルアンゾーン境界上における伝播」を実現する方法は、例えば、特開２００３−２１５３６２号公報、国際公開第０４／８１６２５号パンフレット、国際公開第０４／８１６２６号パンフレット及び国際公開第０５／８３０５号パンフレット等に開示されている。尚、フォトニック結��内を伝播する光は、信号の多モード分散を防止する意味で、シングルモードであるのが望ましい。【００７６】  次に、図１に示す１次元フォトニック結晶１０１における光の閉じ込めについて説明する。【００７７】  まず、フォトニック結晶１０１の、屈折率周期方向に対して垂直な面に沿った方向への側面（ＹＺ平面に平行な側面）からの光の漏れを防止するための、光の閉じ込め条件について説明する。すなわち、図１に示すフォトニック結晶１０１のＸＺ平面に沿った方向における光の閉じ込め条件について説明する。そこで、伝播光が、フォトニック結晶１０１内を、ＸＺ平面内においてＺ軸方向に対して角度φだけ傾いた方向に進む場合を考える。図６は、１次元フォトニック結晶内を伝播光がＺ軸方向に対して傾いて進む場合の電場を示す模式図である。図６に示すように、フォトニック結晶１０１内を伝播光がＸＺ平面内においてＺ軸方向に対して傾いた方向に進む場合の、フォトニック結晶１０１の周期構造が露出している側面（ＹＺ平面に平行な側面）１３０には、市松状の模様として示す電場パターンが生じている。具体的には、電場の山１３１と電場の谷１３２とが図６に示されている。尚、図示していないが、フォトニック結晶１０１の側面に存在するクラッドとなる媒体は、その屈折率ｎＳが一様な均質媒体である。よって、フォトニック結晶１０１の周期構造が露出している側面１３０は、屈折率がｎＳの均質媒体に接している。【００７８】  フォトニック結晶１０１の周期ａを用いて、これら電場の特性について説明する。図６に示すように、均質媒体に接している、周期構造が露出した側面１３０には、周期１３３を有する波面が均質媒体側に生じている。この波が、漏れ光となり得る。図６には、互いに垂直な補助線１３４、１３５と、補助線１３６（斜辺）とからなる直角三角形が形成されており、補助線１３４、１３５の長さは、それぞれλ／２ｃｏｓφ及びａとなることなどから、補助線１３６の大きさを求めることができ、これにより、周期１３３の大きさ（長さ）は容易に求められる。ここで、λは、Ｙ軸方向に対して垂直な方向における伝播モードの周期である。【００７９】  すなわち、周期１３３の大きさは、具体的には、
ａ（λ／ｃｏｓφ）／｛（λ／２ｃｏｓφ）２＋ａ２｝０．５
と表わされる。従って、周期１３３の大きさが、屈折率ｎＳの均質媒体中における波長λ０／ｎＳよりも大きい場合に、この波が漏れ光となる。よって、屈折率ｎＳの均質媒体中を伝播する光がフォトニック結晶１０１のＹＺ平面に平行な側面から漏れないための条件は、
λ０／ｎＳ＞ａ（λ／ｃｏｓφ）／｛（λ／２ｃｏｓφ）２＋ａ２｝０．５
の式を満たすことである。【００８０】  また、周期１３３の大きさは、角度φが９０°の場合に最大値２ａとなる。つまり、下記式（２）が満たされれば、角度φの値によらず漏れ光は生じない。【００８１】  λ０／ｎＳ＞２ａ  （２）
また、フォトニック結晶１０１の屈折率周期をａ１又はａ２とし、フォトニック結晶１０１の周期構造が露出している側面（ＹＺ平面に平行な側面）１３０が屈折率ｎＳ１又はｎＳ２の均質媒体に接しており、フォトニック結晶１０１中の伝播光の真空中における波長をλ０１又はλ０２とする。この場合には、上記式（２）と同様の以下の条件が満たされれば、角度φの値によらず漏れ光は生じない。【００８２】  λ０１／ｎＳ１＞２ａ１又はλ０２／ｎＳ２＞２ａ２
尚、上記式（２）を、規格化周波数ａ／λ０を含む式に変形すると、
ａ／λ０＜１／（２ｎＳ）  （３）
と表わすこともできる。つまり、上記式（３）を満たすことにより、フォトニック結晶１０１のＹＺ平面に平行な側面においては、光は完全な閉じ込め状態となり、伝播光を急峻な角度（急角度）で曲げても、フォトニック結晶１０１の外部に光が漏れることはない。【００８３】  また、上記と同様に、この条件式は、
ａ１／λ０１＜１／（２ｎＳ１）又はａ２／λ０２＜１／（２ｎＳ２）
と表わしてもよい。【００８４】  次に、フォトニック結晶１０１の、屈折率周期方向に対して垂直である面での光の閉じ込めについて説明する。すなわち、フォトニック結晶１０１の上下方向（Ｙ軸方向）の光の閉じ込め、つまり、フォトニック結晶１０１のＸＺ平面と平行な面での光の閉じ込めについて説明する。【００８５】  例えば、フォトニック結晶１０１の上下面に接した状態で、フォトニック結晶１０１の実効屈折率よりも屈折率の小さい媒体を配置すれば、それらの屈折率差により、フォトニック結晶１０１内に光が閉じ込められる。屈折率差による光の閉じ込めを行うためには、伝播光のフォトニック結晶１０１における実効屈折率がある程度大きくなくてはならない。【００８６】  フォトニック結晶１０１の上下面に接して配置された媒体を、例えば空気（屈折率：１）とした場合、光の閉じ込めは十分であるが、製造が困難となる。このため、低屈折率であるガラス（例えば、屈折率が１．４５の石英ガラス）等により、光の閉じ込めを行うことが多い。しかし、その場合には、フォトニック結晶１０１の上下面に接して配置される媒体の屈折率が空気の場合に比べて高いことから、光の閉じ込めを行うことはできるが、上述したフォトニック結晶導波路の大きな特徴である、「実効屈折率の波長による大きな変化」や「群速度異常」の効果が小さくなるという問題がある。【００８７】  十分な光の閉じ込めを行い、かつ、フォトニック結晶導波路の大きな特徴である、「実効屈折率の波長による大きな変化」や「群速度異常」の効果を得るためには、フォトニックバンドギャップを利用した閉じ込めが有効である。以下、フォトニックバンドギャップを利用した、フォトニック結晶１０１の上下方向（Ｙ軸方向）の光の閉じ込めについて説明する。図７は、１次元フォトニック結晶のクラッド及びコアを有するフォトニック結晶導波路の構成を示す図であって、図７Ａは断面図、図７Ｂは斜視図である。図７Ａ及び図７Ｂに示すフォトニック結晶導波路１４０は、図１に示した１次元フォトニック結晶１０１をコアとし、その屈折率周期方向と同一の方向に屈折率周期性を有する１次元フォトニック結晶であるクラッド１４１が設けられた構成である。クラッド１４１は、フォトニック結晶１０１を上下方向（Ｙ軸方向）で挟むように設けられている。クラッド１４１は、フォトニック結晶１０１の屈折率周期方向と同一の方向に、フォトニック結晶１０１を構成している物質１０５ａ及び物質１０５ｂが周期的に交互に積層されて構成されている。つまり、クラッド１４１は、フォトニック結晶１０１と同一の物質で構成され、Ｙ軸方向に屈折率周期性を有している。尚、クラッド１４１の周期（屈折率周期）ｂは、フォトニック結晶１０１の周期ａと異なっている。【００８８】  このように、フォトニック結晶導波路１４０は、１次元フォトニック結晶であって、屈折率周期方向において、屈折率周期が周期ｂの個所（クラッド１４１）と周期ａの個所（コアであるフォトニック結晶１０１）とを有し、周期ａの個所が周期ｂの個所によって挟まれた構成となっている。フォトニック結晶１０１（コア）を伝播し得る光がクラッド１４１には伝播しないようにすることは、フォトニックバンドギャッ��により可能となり、具体的には、周期ａと周期ｂとの値を調整すればよい。【００８９】  理論的には、周期ａと周期ｂとの値を調整することにより、どのような場合でも、フォトニック結晶１０１をコアとして、上下方向（Ｙ軸方向）の光の閉じ込めを実現することができる。しかし、クラッド１４１の閉じ込め作用が弱くなる場合もあり、実際のフォトニック結晶導波路１４０を設計するにあたっては、クラッド１４１の周期ｂの実用的な上限、十分な閉じ込めが可能な、周期ａと周期ｂとの値の間隔、及びコアであるフォトニック結晶１０１の周期ａの値等の様々な条件を考慮して、これらのバランスが取れた構成とする必要がある。また、周期ａと周期ｂとを等しい値にして、フォトニック結晶を構成する各物質の厚さ比率を変化させてもよい。【００９０】  また、１次元フォトニック結晶１０１であるコアを構成する物質（物質１０５ａ及び物質１０５ｂ）とは異なる物質を積層することによって１次元フォトニック結晶であるクラッド１４１を構成したフォトニック結晶導波路１４０においても、上下方向（Ｙ軸方向）の光の閉じ込めを実現することができる。また、３種類以上の物質を積層することによってコア又はクラッドを構成し、コア又はクラッドの１周期を３層以上としたフォトニック結晶導波路においても、上下方向（Ｙ軸方向）の光の閉じ込めを実現することができる。また、上記した、Ｙ軸方向の光の閉じ込めを実現するためのそれぞれの方法は、単独で用いても、あるいは複合して用いてもよい。【００９１】  以上のように、フォトニック結晶導波路１４０のＸＺ平面と平行な面は、完全な光の閉じ込めを実現することができる。さらに、フォトニック結晶導波路１４０が上記式（３）を満たすようにすれば、光は、フォトニック結晶導波路１４０内を、損失をほとんど生じさせることなく伝播することが可能となる。また、上記したように、フォトニック結晶導波路１４０は、ブリルアンゾーン境界上に存在する特定の伝播光を容易に伝播させることが可能であるため、「実効屈折率の波長による大きな変化」や「群速度異常」等の効果を大きくすることができる。【００９２】  上記式（３）を満たすフォトニック結晶導波路１４０は、ブリルアンゾーン境界上に存在する特定の伝播光を伝播させることができる。さらに、フォトニック結晶導波路１４０は、上記のように完全な光の閉じ込めを実現することができ、その大きさや形状の制限がないので、これを用いて導波路素子を作製する場合に、設計の自由度が高い。また、フォトニック結晶導波路１４０は、多層構造体であるため、作製も容易である。例えば、基板に多層膜を積層した後、導波路部分にマスク形成してエッチングを行うことにより、容易に作製することができる。また、耐久性を高めるために、この導波路部分に石英などのオーバークラッドをかけて、密封状態としてもよい。【００９３】  この１次元フォトニック結晶導波路は、一般的に薄膜の材料として用いられている材料により構成されればよい。１次元フォトニック結晶導波路の材料としては、例えば、耐久性や成膜コストの点で優れた、シリカ、シリコン、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ニオブ、フッ化マグネシウム、窒化シリコン等が適している。これら���材料は、スパッタリング、真空蒸着、イオンアシスト蒸着、プラズマＣＶＤなどの一般的な方法により、容易に薄膜とすることができる。なかでも、シリカと酸化タンタルは、どちらも、光の透過率が高い、粒界などのない均質な成膜が可能である、ガラスと同様の方法によって端面を研磨することができる、といった特徴を有している。【００９４】  また、１次元フォトニック結晶導波路が基板上に形成される場合、その基板の材料には特に制限は無く、一般的な石英やシリコンからなる基板を用いることができる。１次元フォトニック結晶導波路の作用は、材料を適切に選定することにより、通常使用される光の波長域である２００ｎｍ〜２０μｍ程度の波長範囲で発揮される。【００９５】  また、この１次元フォトニック結晶導波路は、入射側端面及び出射側端面の大きさを、例えば５μｍ×５μｍといった大きさにすることができる。従って、コリメータと対物レンズの光学系により、光ファイバと端面のモードフィールド径をマッチングさせて、結合効率を高くすることができる。【００９６】  以下においては、上記式（３）を満たすフォトニック結晶導波路１４０と同様の構成を有する１次元フォトニック結晶導波路を複数用いて構成された、種々の光学素子である導波路素子及びレーザ発生器について具体的に説明する。尚、このような導波路素子においては、光以外の電磁波を伝播させてもよい。【００９７】  尚、以下に示す導波路素子を構成する１次元フォトニック結晶導波路においては、すべて、ブリルアンゾーン境界上に存在する伝播光が伝播される。また、これらは、上記式（３）を満たすフォトニック結晶導波路１４０と同様の構成であり、コアであるフォトニック結晶１０１のＸＺ平面に平行な面（上下面）及びＹＺ平面に平行な面（側面）において、完全な光の閉じ込めがなされているものとする。【００９８】  また、１次元フォトニック結晶導波路の外部の平面波と、１次元フォトニック結晶導波路内を伝播するブリルアンゾーン境界上における伝播光とを結合させる具体的な方法ついては、上記した特許公報に開示されているので、その説明は省略する。【００９９】  ［実施の形態１］
本発明の実施の形態１における導波路素子について、図を参照しながら説明する。実施の形態１の導波路素子は、信号光が伝播する信号光用導波路の一部において、屈折率周期方向に対して垂直で、かつ、信号光の伝播方向に対して垂直な方向に制御光を共振させることにより、共振部分の屈折率を変化させて、信号光の位相にずれを生じさせる導波路素子である。尚、この導波路素子に用いられている導波路は、すべて１次元フォトニック結晶導波路である。【０１００】  図８は、本発明の実施の形態１における導波路素子の構成を示す斜視図である。また、図９は、本発明の実施の形態１における導波路素子の構成を示す平面図である。図８及び図９に示すように、実施の形態１の導波路素子１は、基板２と、基板２上に設けられた、信号光用導波路（共振フォトニック結晶導波路）３、制御光入射用導波路（共振機構）４及び制御光出射用導波路（共振機構）５とを備えている。信号光用導波路３、制御光入射用導波路４及び制御光出射用導波路５は、それぞれ、上記の１次元フォトニック結晶導波路である。１次元フォトニック結晶導波路は、上記のように、特定の高次モード光を伝播させることができ、さらに、伝播光の閉じ込めを完全なものとすることができる。【０１０１】  信号光用導波路３、制御光入射用導波路４及び制御光出射用導波路５は、それぞれ、基板２の主面に垂直な方向であるＹ軸方向を積層方向とする多層構造体であり、積層方向に屈折率周期性を有している。【０１０２】  信号光用導波路３の光軸は、Ｚ軸方向に沿っている。制御光入射用導波路４及び制御光出射用導波路５の光軸は同一であり、信号光用導波路３の光軸（Ｚ軸方向）に対して垂直で、かつ、積層方向（Ｙ軸方向）に対して垂直である。すなわち、制御光入射用導波路４及び制御光出射用導波路５の光軸は、Ｘ軸方向に沿っている。制御光入射用導波路４及び制御光出射用導波路５は、信号光用導波路３を挟んで対向配置されている。制御光入射用導波路４の出射側端面４ａと制御光出射用導波路５の入射側端面５ａとは、信号光用導波路３の側面近傍に位置している。制御光入射用導波路４の出射側端面４ａ及び制御光出射用導波路５の入射側端面５ａの近傍では、信号光用導波路３の幅（Ｘ軸方向の長さ）が他の個所に比べて広くなっている。これは、この箇所を共振器として使用するために、その共振周波数に合わせてこの箇所（共振部分）の幅が決まり、他の箇所のように幅を狭くすることができないからである。尚、共振周波数によっては、信号光用導波路３の幅は、共振部分も含めて一定である場合もあり、共振部分が他の箇所よりも狭くなる場合もあり得る。【０１０３】  信号光用導波路３、制御光入射用導波路４及び制御光出射用導波路５は、それぞれ、図７Ａ及び図７Ｂに示したフォトニック結晶導波路１４０であり、上記式（３）も満たしている。このため、屈折率周期方向であるＹ軸方向に対して垂直な面に沿った方向へのブリルアンゾーン境界上の伝播光の漏れ出しは生じない。尚、実施の形態１においては、各導波路の周りは空気であるため、屈折率ｎＳは１である。また、上記したように、クラッド及びコアの両方を１次元フォトニック結晶として、積層方向へのブリルアンゾーン境界上の伝播���の漏れ出しが生じないようにされている。これにより、信号光用導波路３、制御光入射用導波路４及び制御光出射用導波路５において、側面及び上下面からブリルアンゾーン境界上の伝播光が漏れることはない。【０１０４】  信号光用導波路３の側面と、制御光入射用導波路４の出射側端面４ａとの間隔は、制御光入射用導波路４中を伝播している制御光７２のエバネッセント波が、信号光用導波路３に結合し得る距離とする。また、信号光用導波路３の側面と、制御光出射用導波路５の入射側端面５ａとの間隔も、同様に、エバネッセント波が結合し得る距離とする。信号光用導波路３の側面と、制御光入射用導波路４の出射側端面４ａ及び制御光出射用導波路５の入射側端面５ａとのそれぞれの間隔を、このように設定することにより、エバネッセント波が結合する効率、すなわち、反射率を調整することができる。従って、信号光用導波路３の側面の内面が共振器として機能し、信号光用導波路３内において制御光７２がＸ軸方向に共振する。つまり、制御光入射用導波路４、制御光出射用導波路５及び信号光用導波路３により、ファブリペロー共振器が構成されている。このようにエバネッセント波が結合し得るのは、信号光用導波路３が、上記の１次元フォトニック結晶導波路であって、側面における光の閉じ込めが完全であるからである。【０１０５】  次に、実施の形態１の導波路素子１の動作について説明する。【０１０６】  信号光用導波路３に、波長λＳの信号光７１を伝播させる。この場合、信号光７１は、ブリルアンゾーン境界上の伝播モードとなるように伝播させる。【０１０７】  ここで、制御光入射用導波路４に、波長λＣの制御光７２を伝播させる。制御光７２も、ブリルアンゾーン境界上の伝播モードとなるように伝播させる。これにより、制御光入射用導波路４の出射側端面４ａからのエバネッセント波が信号光用導波路３と一部結合し、残りは反射される。また、信号光用導波路３の側面と制御光出射用導波路５の入射側端面５ａとの間にも僅かな間隔があり、そのために、エバネッセント波は一部結合し、残りは反射される。つまり、信号光用導波路３の側面と制御光出射用導波路５の入射側端面５ａとの間隔が、反射体のような働きをする。すなわち、信号光用導波路３の側面の内側により、ファブリペロー共振器が構成され、信号光用導波路３内においてＸ軸方向に共振する制御光７３が生じる。共振している制御光７３は、制御光出射用導波路５に結合する。【０１０８】  信号光用導波路３の側面と、制御光入射用導波路４の出射側端面４ａ及び制御光出射用導波路５の入射側端面５ａとのそれぞれの間隔は、具体的には、制御光の特性及び共振周波数により決定される。信号光用導波路３の側面と、制御光入射用導波路４の出射側端面４ａ及び制御光出射用導波路５の入射側端面５ａとのそれぞれの間隔を調整することにより、信号光用導波路３の側面の内側での反射率を調整することかできる。【０１０９】  制御光７２を信号光用導波路３内において共振させることにより、共振部分の電場は非常に強いものとなり、大きい非線型作用を生じさせることができる。非線型作用は、電場の２乗、３乗（あるいはそれ以上）に比例して生じる。そのため、制御光７２の共振部分のみで非線型作用が生じ、共振部分以外の箇所を伝播する信号光７１は何ら影響を受けない。非線型作用を生じさせるためには、例えば、信号光用導波路３のコアを非線型作用が生じやすい構造にすればよい。例えば、コアを構成する材料の少なくとも一部に非線型材料を用いたり、コアを構成する材料に非線型作用を有する希土類等の物質をドープしたり、コアを構成する材料に非線型作用を大きくする微粒子（量子ドットなど）を分散させたりすればよい。非線型作用を生じさせることにより、屈折率が変化するので、信号光７１の光路長が変化し、従って、位相も変化する。尚、信号光７１と制御光７２の波長は異なるので、制御光７２が信号光７１のノイズとなることはない。【０１１０】  例えば、制御光７２を共振させた状態と共振させていない状態とでは、非線型作用によって屈折率が変化するので、上記のように信号光７１の光路長が異なり、このために、位相のずれが生じる。従って、導波路素子１は、例えば、スイッチング素子として用いることができる。【０１１１】  ［実施の形態２］
本発明の実施の形態２における導波路素子について、図を参照しながら説明する。実施の形態２の導波路素子は、実施の形態１の導波路素子を含む構成の導波路素子であり、いわゆるマッハツェンダー式の光路切り換え素子である。【０１１２】  図１０は、本発明の実施の形態２における導波路素子の構成を示す斜視図である。図１０に示す導波路素子６は、図８、図９に示す実施の形態１の導波路素子を含んでいる。そこで、図１０において、図８、図９に示す部材と同様の機能を有する部材には同一の参照符号を付し、その説明は省略する。【０１１３】  図１０に示すように、実施の形態２の導波路素子６は、基板２と、基板２上に設けられた、第１信号光用導波路（共振フォトニック結晶導波路）７ａ及び第２信号光用導波路７ｂに途中で分岐された信号光用主導波路７、制御光入射用導波路４及び制御光出射用導波路５とを備えている。第１信号光用導波路７ａ及び第２信号光用導波路７ｂに途中で分岐された信号光用主導波路７、制御光入射用導波路４及び制御光出射用導波路５は、それぞれ、上記の１次元フォトニック結晶導波路である。１次元フォトニック結晶導波路は、上記のように、特定の高次モード光を伝播させることができ、さらに、伝播光の閉じ込めを完全なものとすることができる。【０１１４】  第１信号光用導波路７ａ及び第２信号光用導波路７ｂに途中で分岐された信号光用主導波路７、制御光入射用導波路４及び制御光出射用導波路５は、それぞれ、基板２の主面に垂直な方向であるＹ軸方向を積層方向とする多層構造体であり、積層方向に屈折率周期性を有している。【０１１５】  信号光用主導波路７は、途中で、第１信号光用導波路７ａ及び第２信号光用導波路７ｂに分岐してお互いに離れるが、一旦接近してから再び離れるように構成されている。【０１１６】  第１信号光用導波路７ａ及び第２信号光用導波路７ｂが分岐した後、再び接近するまでの間の第１信号光用導波路７ａの側面に出射側端面４ａが対向するように、制御光入射用導波路４が配置されている。また、同様に、第１信号光用導波路７ａ及び第２信号光用導波路７ｂが分岐した後、再び接近するまでの間の第１信号光用導波路７ａの側面に入射側端面５ａが対向するように、制御光出射用導波路５が配置されている。すなわち、制御光入射用導波路４及び制御光出射用導波路５は、第１信号光用導波路７ａを挟んで対向配置されている。ここで、第１信号光用導波路７ａは、図８、図９に示す実施の形態１の信号光用導波路３に相当している。【０１１７】  第１信号光用導波路７ａ及び第２信号光用導波路７ｂに途中で分岐された信号光用主導波路７、制御光入射用導波路４及び制御光出射用導波路５は、それぞれ、図７Ａ及び図７Ｂに示したフォトニック結晶導波路１４０であり、上記式（３）も満たしている。このため、屈折率周期方向であるＹ軸方向に対して垂直な面に沿った方向へのブリルアンゾーン境界上の伝播光の漏れ出しは生じない。尚、実施の形態２においては、各導波路の周りは空気であるため、屈折率ｎＳは１である。また、上記したように、クラッド及びコアの両方を１次元フォトニック結晶として、積層方向へのブリルアンゾーン境界上の伝播光の漏れ出しが生じないようにされている。これにより、第１信号光用導波路７ａ及び第２信号光用導波路７ｂに途中で分岐された信号光用主導波路７、制御光入射用導波路４及び制御光出射用導波路５において、側面及び上下面からブリルアンゾーン境界上の伝播光が漏れることはない。【０１１８】  次に、実施の形態２の導波路素子６の動作について説明する。【０１１９】  信号光用主導波路７に、波長λＳの信号光７１を伝播させる。この場合、信号光７１は、ブリルアンゾーン境界上の伝播モードとなるように伝播させる。信号光用主導波路７を伝播している信号光７１は、第１信号光用導波路７ａと第２信号光用導波路７ｂとに分岐して伝播する。【０１２０】  ここで、制御光入射用導波路４に、波長λＣの制御光７２を伝播させる。制御光７２も、ブリルアンゾーン境界上の伝播モードとなるように伝播させる。これにより、第１信号光用導波路７ａの側面の内面を共振部分とするファブリペロー共振器が構成され、第１信号光用導波路７ａ内において制御光７２がＸ軸方向に共振する。共振している後制御光７２は、制御光出射用導波路５に結合する。【０１２１】  実施の形態１で説明したように、第１信号光用導波路７ａにおける制御光７２の共振部分を、非線型作用が生じやすい構造としておくことにより、この共振部分のみで非線型作用が生じる。そして、このように第１信号光用導波路７ａにおいて制御光７２を共振させることにより、第１信号光用導波路７ａを伝播している信号光７１に位相のずれを生じさせることができる。【０１２２】  一方、第２信号光用導波路７ｂにおいては、信号光７１は、位相がずれることなく伝播する。【０１２３】  第１信号光用導波路７ａと第２信号光用導波路７ｂとが接近する接近箇所９において、これらの距離は、お互いの伝播光がエバネッセント波によって結合し得る距離とし、方向性結合器を形成する。このような配置であることから、制御光７２によって共振を行った場合と共振を行わない場合とで、第１信号光用導波路７ａと第２信号光用導波路７ｂのいずれから信号光７１を出力させるかを制御することができる。【０１２４】  このように、導波路素子６においては、制御光７２によって共振を行うか、行わないかにより信号光７１の分岐方向を制御することができる。【０１２５】  ［実施の形態３］
本発明の実施の形態３における導波路素子について、図を参照しながら説明する。実施の形態３の導波路素子は、信号光が伝播する信号光用導波路の一部において、屈折率周期方向に対して垂直で、かつ、信号光の伝播方向に対して垂直な方向に制御光を共振させ、さらに、信号光もその伝播方向に共振させるように構成された導波路素子である。このような構成とすることにより、制御光の共振によって、信号光の透過又は反射を選択することが可能となる。尚、この導波路素子に用いられている導波路は、すべて１次元フォトニック結晶導波路である。【０１２６】  図１１は、本発明の実施の形態３における導波路素子の構成を示す平面図である。図１１に示す導波路素子１１は、図８、図９に示す実施の形態１の導波路素子を含んでいる。そこで、図１１において、図８、図９に示す部材と同様の機能を有する部材には同一の参照符号を付し、その説明は省略する。【０１２７】  図１１に示すように、実施の形態３の導波路素子１１は、基板２と、基板２上に設けられた、入射側信号光用導波路１２、信号共振用導波路（共振フォトニック結晶導波路）１３、出射側信号光用導波路１４、制御光入射用導波路４及び制御光出射用導波路５とを備えている。入射側信号光用導波路１２、信号共振用導波路１３、出射側信号光用導波路１４、制御光入射用導波路４及び制御光出射用導波路５は、それぞれ、上記の１次元フォトニック結晶導波路である。１次元フォトニック結晶導波路は、上記のように、特定の高次モード光を伝播させることができ、さらに、伝播光の閉じ込めを完全なものとすることができる。【０１２８】  入射側信号光用導波路１２、信号共振用導波路１３、出射側信号光用導波路１４、制御光入射用導波路４及び制御光出射用導波路５は、それぞれ、基板２の主面に垂直な方向であるＹ軸方向を積層方向とする多層構造体であり、積層方向に屈折率周期性を有している。【０１２９】  入射側信号光用導波路１２、信号共振用導波路１３及び出射側信号光用導波路１４の光軸は、ともにＺ軸方向に沿っている。入射側信号光用導波路１２及び出射側信号光用導波路１４は、信号共振用導波路１３を挟むように配置されている。また、入射側信号光用導波路１２の出射側端面１２ａ及び出射側信号光用導波路１４の入射側端面１４ａは、それぞれ信号共振用導波路１３の入射側端面１３ａ及び出射側端面１３ｂの近傍に位置している。制御光入射用導波路４及び制御光出射用導波路５は、信号共振用導波路１３を挟んで対向配置されている。制御光入射用導波路４の出射側端面４ａと制御光出射用導波路５の入射側端面５ａとは、それぞれ信号共振用導波路１３の側面１３ｃ、１３ｄの近傍に位置している。【０１３０】  入射側信号光用導波路１２、信号共振用導波路１３、出射側信号光用導波路１４、制御光入射用導波路４及び制御光出射用導波路５は、それぞれ、図７Ａ及び図７Ｂに示したフォトニック結晶導波路１４０であり、上記式（３）も満たしている。このため、屈折率周期方向であるＹ軸方向に対して垂直な面に沿った方向へのブリルアンゾーン境界上の伝播光の漏れ出しは生じない。尚、実施の形態３においては、各導波路の周りは空気であるため、屈折率ｎＳは１である。また、上記し��ように、クラッド及びコアの両方を１次元フォトニック結晶として、積層方向へのブリルアンゾーン境界上の伝播光の漏れ出しが生じないようにされている。これにより、入射側信号光用導波路１２、信号共振用導波路１３、出射側信号光用導波路１４、制御光入射用導波路４及び制御光出射用導波路５において、側面及び上下面からブリルアンゾーン境界上の伝播光が漏れることはない。【０１３１】  信号共振用導波路１３の側面１３ｃ、１３ｄと、制御光入射用導波路４の出射側端面４ａ及び制御光出射用導波路５の入射側端面５ａとの間隔は、制御光７２が信号共振用導波路１３においてＸ軸方向に共振するような距離とする。これにより、信号共振用導波路１３の側面１３ｃ、１３ｄの内面を共振部分とするファブリペロー共振器が構成されている。また、入射側信号光用導波路１２の出射側端面１２ａと信号共振用導波路１３の入射側端面１３ａとの間隔は、入射側信号光用導波路１２中を伝播している信号光７１のエバネッセント波が、信号共振用導波路１３に部分的に結合し得る距離とする。また、信号共振用導波路１３の出射側端面１３ｂと、出射側信号光用導波路１４の入射側端面１４ａとの間隔は、エバネッセント波の部分的結合により、不完全な反射面として機能し、信号光７１が信号共振用導波路１３においてＺ軸方向に共振するような距離とする。つまり、信号共振用導波路１３の入射側端面１３ａ及び出射側端面１３ｂの内面を共振部分とするファブリペロー共振器が構成されている。これにより、信号共振用導波路１３内においてＺ軸方向に共振する信号光７４が生じる。共振している信号光７４は、出射側信号光用導波路１４に結合する。【０１３２】  次に、実施の形態３の導波路素子１１の動作について説明する。【０１３３】  入射側信号光用導波路１２に、波長λＳの信号光７１を伝播させる。この場合、信号光７１は、ブリルアンゾーン境界上の伝播モードとなるように伝播させる。入射側信号光用導波路１２を伝播している信号光７１は、信号共振用導波路１３に結合されて、当該信号共振用導波路１３で共振し、出射側信号光用導波路１４に結合する。つまり、信号共振用導波路１３での共振周波数を有する信号光７１は、入射側信号光用導波路１２から信号共振用導波路１３を透過して出射側信号光用導波路１４に伝播する。しかし、入射側信号光用導波路１２に、波長λＳ以外の信号光を伝播させても、当該信号光は、信号共振用導波路１３で共振せず、信号共振用導波路１３で反射されて、入射側信号光用導波路１２に戻ってくる。【０１３４】  ここで、波長λＣの制御光７２を信号共振用導波路１３の側面１３ｃ、１３ｄ間でＸ軸方向に共振させると、非線型作用により、信号共振用導波路１３の屈折率が変化する。これにより、波長λＳの信号光７１は、信号共振用導波路１３で共振せず、信号共振用導波路１３で反射されて、入射側信号光用導波路１２に戻ってくるが、その代わりに波長λＳとは僅かに異なる他の波長の信号光は、信号共振用導波路１３を透過するようになる。【０１３５】  このように、制御光７２を伝播させるか否かで、信号共振用導波路１３を透過する信号光の波長を選択することができる。従って、導波路素子１１は、スイッチング素子として用いることができる。【０１３６】  尚、実施の形態１で説明したように、信号共振用導波路１３における制御光７２の共振部分を、非線型作用が生じやすい構造としておくのが望ましい。【０１３７】  ［実施の形態４］
本発明の実施の形態４における導波路素子について、図を参照しながら説明する。実施の形態４の導波路素子は、実施の形態３の導波路素子と同様に、信号光が伝播する信号光用導波路の一部において、屈折率周期方向に対して垂直で、かつ、信号光の伝播方向に対して垂直な方向に制御光を共振させ、さらに、信号光もその伝播方向に共振させるように構成された導波路素子である。実施の形態３の導波路素子と異なる点は、信号光及び制御光の伝播方向が同一である点である。このような構成とすることにより、制御光の共振によって、信号光の透過又は反射を選択することが可能となる。尚、この導波路素子に用いられている導波路は、すべて１次元フォトニック結晶導波路である。【０１３８】  図１２は、本発明の実施の形態４における導波路素子の構成を示す平面図である。図１２に示す導波路素子１６は、図１１に示す実施の形態３の導波路素子１１から制御光入射用導波路４及び制御光出射用導波路５を取り除いた構成である。そこで、図１２において、図１１に示す部材と同様の機能を有する部材には同一の参照符号を付し、その説明は省略する。【０１３９】  図１２に示すように、実施の形態４の導波路素子１６は、基板２と、基板２上に設けられた、入射側信号光用導波路１２、信号共振用導波路１３及び出射側信号光用導波路１４とを備えている。入射側信号光用導波路１２、信号共振用導波路１３及び出射側信号光用導波路１４は、それぞれ、上記の１次元フォトニック結晶導波路である。１次元フォトニック結晶導波路は、上記のように、特定の高次モード光を伝播させることができ、さらに、伝播光の閉じ込めを完全なものとすることができる。【０１４０】  入射側信号光用導波路１２、信号共振用導波路１３及び出射側信号光用導波路１４は、それぞれ、図７Ａ及び図７Ｂに示したフォトニック結晶導波路１４０であり、上記式（３）も満たしている。このため、屈折率周期方向であるＹ軸方向に対して垂直な面に沿った方向へのブリルアンゾーン境界上の伝播光の漏れ出しは生じない。尚、実施の形態３においては、各導波路の周りは空気であるため、屈折率ｎＳは１である。また、上記したように、クラッド及びコアの両方を１次元フォトニック結晶として、積層方向へのブリルアンゾーン境界上の伝播光の漏れ出しが生じないようにされている。これにより、入射側信号光用導波路１２、信号共振用導波路１３、出射側信号光用導波路１４において、側面及び上下面からブリルアンゾーン境界上の伝播光が漏れることはない。【０１４１】  次に、実施の形態４の導波路素子１６の動作について説明する。【０１４２】  入射側信号光用導波路１２に、波長λＳの信号光７１を伝播させる。この場合、信号光７１は、ブリルアンゾーン境界上の伝播モードとなるように伝播させる。入射側信号光用導波路１２を伝播している信号光７１は、信号共振用導波路１３に結合されて、当該信号共振用導波路１３で共振し、出射側信号光用導波路１４に結合する。つまり、信号共振用導波路１３での共振周波数を有する信号光７１は、入射側信号光用導波路１２から信号共振用導波路１３を透過して出射側信号光用導波路１４に伝播する。【０１４３】  ここで、波長λＣの制御光７２を入射側信号光��導波路１２に伝播させ、信号共振用導波路１３に結合させて、信号共振用導波路１３の側面１３ｃ、１３ｄ間でＸ軸方向に共振させると、非線型作用により、信号共振用導波路１３の屈折率が変化する。これにより、波長λＳの信号光７１は、信号共振用導波路１３で共振せず、信号共振用導波路１３で反射されて、入射側信号光用導波路１２に戻ってくる。尚、実施の形態４においては、入射側信号光用導波路１２及び出射側信号光用導波路１４を、共振用導波路１３に共振を生じさせるための共振機構として用いている。【０１４４】  このように、制御光７２を伝播させるか否かで、信号共振用導波路１３を透過する信号光の波長を選択することができる。従って、導波路素子１６は、スイッチング素子として用いることができる。【０１４５】  尚、実施の形態１で説明したように、信号共振用導波路１３における制御光７２の共振部分を、非線型作用が生じやすい構造としておくのが望ましい。【０１４６】  また、図１２においては、信号共振用導波路１３の形状を直方体としているが、信号共振用導波路１３の形状は直方体に限定されるものではない。実際には、信号共振用導波路１３は、所望の共振特性が得られるように最適化された形状であるのが望ましい。【０１４７】  ［実施の形態５］
本発明の実施の形態５における導波路素子について、図を参照しながら説明する。実施の形態５の導波路素子は、信号光が伝播する信号光用導波路の一部において、屈折率周期方向に制御光を共振させることにより、共振部分の屈折率を変化させて、信号光の位相にずれを生じさせるように構成された導波路素子である。尚、この導波路素子に用いている導波路は、すべて１次元フォトニック結晶導波路である。【０１４８】  図１３は、本発明の実施の形態５における導波路素子の構成を示す斜視図である。尚、図１３において、実施の形態１の図８、図９に示す部材と同様の機能を有する部材には同一の参照符号を付し、その説明は省略する。【０１４９】  図１３に示すように、実施の形態５の導波路素子１７は、基板２と、基板２上に設けられた信号光用導波路３と、制御光入射用光ファイバ（共振機構）１８と、制御光入射用レンズ１９（共振機構）とを備えている。光入射部である制御光入射用光ファイバ１８及び制御光入射用レンズ１９は、信号光用導波路３の上面に向かって制御光７２を照射できるように、信号光用導波路３の上方に配置されている。信号光用導波路３は、上記の１次元フォトニック結晶導波路である。１次元フォトニック結晶導波路は、上記のように、特定の高次モード光を伝播させることができ、さらに、伝播光の閉じ込めを完全なものとすることができる。【０１５０】  信号光用導波路３は、基板２の主面に垂直な方向であるＹ軸方向を積層方向とする多層構造体であり、積層方向に屈折率周期性を有している。【０１５１】  信号光用導波路３の光軸は、Ｚ軸方向に沿っている。制御光入射用光ファイバ１８及び制御光入射用レンズ１９の光軸は、ともに信号光用導波路３の積層方向（Ｙ軸方向）に沿っている。【０１５２】  信号光用導波路３は、図７Ａ及び図７Ｂに示したフォトニック結晶導波路１４０であり、上記式（３）も満たしている。このため、屈折率周期方向であるＹ軸方向に対して垂直な面に沿った方向へのブリルアンゾーン境界上の伝播光の漏れ出しは生じない。尚、実施の形態５においては、信号光用導波路３の周りは空気であるため、屈折率ｎＳは１である。また、上記したように、クラッド及びコアの両方を１次元フォトニック結晶として、積層方向へのブリルアンゾーン境界上の伝播光の漏れ出しが生じないようにされている。これにより、信号光用導波路３において、側面及び上下面からブリルアンゾーン境界上の伝播光が漏れることはない。【０１５３】  信号光用導波路３の上面と制御光入射用レンズ１９との間隔は、制御光入射用光ファイバ１８中を伝播し、制御光入射用レンズ１９によって集光されて信号光用導波路３の上面に照射される制御光７２が、信号光用導波路３に集光スポットを形成する距離とする。これにより、信号光用導波路３の上下面のクラッドが反射体として機能し、制御光７２がＹ軸方向に共振するファブリペロー共振器が構成されている。【０１５４】  次に、実施の形態５の導波路素子１７の動作について説明する。【０１５５】  信号光用導波路３に、波長λＳの信号光７１を伝播させる。この場合、信号光７１は、ブリルアンゾーン境界上の伝播モードとなるように伝播させる。【０１５６】  ここで、制御光入射用光ファ���バ１８に、波長λＣの制御光７２を伝播させる。制御光入射用光ファイバ１８からの制御光７２は、制御光入射用レンズ１９によって集光されて、信号光用導波路３と結合する。信号光用導波路３の上下面は、上記のように光の閉じ込めがなされていることから、信号光用導波路３の上下面の内側は反射体のような働きをする。従って、信号光用導波路３の上下面の内側により、ファブリペロー共振器が構成され、信号光用導波路３内においてＹ軸方向に共振する制御光７３が生じる。【０１５７】  制御光７２を信号光用導波路３内において共振させることにより、共振部分の電場は非常に強いものとなる。実施の形態１で説明したように、信号光用導波路３における制御光７２の共振部分を、非線型作用が生じやすい構造としておくことにより、この共振部分のみで非線型作用が生じる。非線型作用を生じさせることにより、屈折率等が変化するので、信号光７１の光路長が変化し、従って、例えば、位相等の信号光７１の特性も変化する。【０１５８】  例えば、制御光７２を共振させた状態と共振させていない状態とでは、上記のように信号光７１の光路長が異なるために、位相のずれが生じる。従って、導波路素子１７は、例えば、スイッチング素子として用いることができる。【０１５９】  また、反射体として用いるため、コアの上下面に１次元フォトニック結晶であるクラッドが形成されているのが望ましい。【０１６０】  ［実施の形態６］
本発明の実施の形態６における導波路素子について、図を参照しながら説明する。実施の形態６の導波路素子は、実施の形態５の導波路素子を含む構成の導波路素子であり、いわゆるマッハツェンダー式の光路切り換え素子である。【０１６１】  図１４は、本発明の実施の形態６における導波路素子の構成を示す斜視図である。図１４に示す導波路素子２１は、図１３に示す実施の形態５の導波路素子を含んでいる。そこで、図１４において、図１３に示す部材と同様の機能を有する部材には同一の参照符号を付し、その説明は省略する。また、実施の形態６の導波路素子２１における信号光７１が伝播する導波路である信号光用主導波路７は、図１０に示す実施の形態２の導波路素子６において信号光７１が伝播する信号光用主導波路７と同様の構成である。そこで、図１４において、図１０に示す部材と同様の機能を有する部材には同一の参照符号を付し、その説明は省略する。【０１６２】  図１４に示すように、実施の形態６の導波路素子２１は、基板２と、基板２上に設けられた、第１信号光用導波路７ａ及び第２信号光用導波路７ｂに途中で分岐された信号光用主導波路７と、制御光入射用光ファイバ１８及び制御光入射用レンズ１９とを備えている。光入射部である制御光入射用光ファイバ１８及び制御光入射用レンズ１９は、第１信号光用導波路７ａの上面に向かって制御光７２を照射できるように、第１信号光用導波路７ａの上方に配置されている。【０１６３】  次に、実施の形態６の導波路素子２１の動作について説明する。【０１６４】  信号光用主導波路７に、波長λＳの信号光７１を伝播させる。この場合、信号光７１は、ブリルアンゾーン境界上の伝播モードとなるように伝播させる。信号光用主導波路７を伝播している信号光７１は、第１信号光用導波路７ａと第２信号光用導波路７ｂとに分岐して伝播する。【０１６５】  ここで、制御光入射用光ファイバ１８に、波長λＣの制御光７２を伝播させる。制御光入射用光ファイバ１８からの制御光７２は、制御光入射用レンズ１９によって集光されて、第１信号光用導波路７ａと結合する。これにより、第１信号光用導波路７ａの上下面の内面を共振部分とするファブリペロー共振器が構成され、第１信号光用導波路７ａ内において制御光７２がＹ軸方向に共振する。【０１６６】  実施の形態１で説明したように、第１信号光用導波路７ａにおける制御光７２の共振部分を、非線型作用が生じやすい構造としておくことにより、この共振部分のみで非線型作用が生じる。そして、このように第１信号用導波路７ａにおいて制御光７２を共振させることにより、第１信号光用導波路７ａを伝播している信号光７１に位相のずれを生じさせることができる。【０１６７】  一方、第２信号光用導波路７ｂにおいては、信号光７１は、位相がずれることなく伝播する。【０１６８】  第１信号光用導波路７ａと第２信号光用導波路７ｂとが接近する接近箇所９において、これらの距離は、お互いの伝播光がエバネッセント波によって結合し得る距離とし、方向性結合器を形成する。このような配置であることから、制御光７２によって共振を行った場合と共振を行わない場合とで、第１信号光用導波路７ａと第２信号光用導波路７ｂのいずれから信号光７１���出力させるかを制御することができる。【０１６９】  このように、導波路素子２１においては、制御光７２によって共振を行うか、行わないかにより信号光７１の分岐方向を制御することができる。【０１７０】  ［実施の形態７］
本発明の実施の形態７における導波路素子について、図を参照しながら説明する。実施の形態７の導波路素子は、実施の形態６の導波路素子と同様に、光路切り換え素子である。尚、この導波路素子に用いている導波路は、すべて１次元フォトニック結晶導波路である。【０１７１】  図１５は、本発明の実施の形態７における導波路素子の構成を示す斜視図である。図１５に示す導波路素子２２は、図１４に示す実施の形態６の導波路素子２１に、さらに、信号光用主導波路７ｃが追加され、制御光入射用光ファイバ１８及び制御光入射用レンズ１９の代わりに、レーザ素子（共振機構）２４が複数配列されたＶＣＳＥＬ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  ｃａｖｉｔｙ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｌａｓｅｒｓ（面発光型半導体レーザ））２３が追加された構成である。そこで、図１５において、図１４に示す部材と同様の機能を有する部材には同一の参照符号を付し、その説明は省略する。【０１７２】  図１５に示すように、実施の形態７の導波路素子２２は、基板２と、基板２上に設けられた信号光用主導波路７、７ｃと、ＶＣＳＥＬ２３とを備えている。信号光用主導波路（共振フォトニック結晶導波路）７ｃは、信号光用主導波路７と略同様の構成であり、第１信号光用導波路７ｄ及び第２信号光用導波路７ｅに途中で分岐されている。ＶＣＳＥＬ２３は、信号光用主導波路７、７ｃの上方に配置されている。ＶＣＳＥＬ２３は、板状部２５を備えており、当該板状部２５の基板２側の面には複数のレーザ素子２４が配列されている。これらのレーザ素子２４から出射される光が制御光である。レーザ素子２４からの制御光は、板状部２５に対して垂直方向に出射される。尚、ＶＣＳＥＬ２３は、任意のレーザ素子２４から選択的に制御光を出射することができる。【０１７３】  また、信号光用主導波路７ｃにおいても、信号光用主導波路７の接近箇所９と同様の、第１信号用導波路７ｄと第２信号用導波路７ｅとが、お互いを伝播する伝播光のエバネッセント波の影響を受けるような間隔である接近箇所（方向性結合器）９ｃが設けられている。【０１７４】  このような構成とすることにより、信号光用主導波路７及び信号光用主導波路７ｃの上面の任意の箇所に制御光を照射することができる。つまり、信号光用主導波路７及び信号光用主導波路７ｃの任意の箇所において、制御光を共振させることができる。このため、信号光用主導波路７及び信号光用主導波路７ｃにそれぞれ入射された信号光７１及び信号光７１ｃの位相を所望の位置でずらすことができる。従って、導波路素子２２を用いれば、任意のレーザ素子２４から制御光を出射することにより、信号光用主導波路７及び信号光用主導波路７ｃにそれぞれ伝播させている信号光７１及び信号光７１ｃの光路を切り換えることができる。【０１７５】  上記のように、導波路素子２２においては、信号光７１及び信号光７１ｃの導波路回路が集積化され、制御光の光源がアレイ状となっている。従って、照射パターンを選ぶことにより、さらに複雑な、信号光７１、７１ｃの光路変換処理を行うことができる。尚、ＶＣＳＥＬ２３の代わりに、光ファイバをアレイ状に並べたものを用いてもよい。【０１７６】  尚、信号光用主導波路７及び信号光用主導波路���ｃだけでなく、さらに複雑な導波路を用いて構成してもよい。そして、その場合でも、上記の１次元フォトニック結晶導波路を用いればよい。【０１７７】  ［実施の形態８］
本発明の実施の形態８における導波路素子について、図を参照しながら説明する。図１６Ａ及び図１６Ｂは、本発明の実施の形態８における導波路素子の構成、及び光路を示す平面図である。図１６Ａは信号光が真中の出射用導波路から出射されている状態を示しており、図１６Ｂは信号光が端の出射用導波路から出射されている状態を示している。【０１７８】  図１６Ａ及び図１６Ｂに示すように、実施の形態８の導波路素子２６は、基板２と、基板２上に設けられたＳ字型導波路（共振フォトニック結晶導波路）２７と、ＶＣＳＥＬ２３とを備えている。ＶＣＳＥＬ２３は、Ｓ字型導波路２７のスラブ形状の個所の一部の上方に配置されており、基板２側の面には複数のレーザ素子２４（図１５参照）が配列されている。尚、Ｓ字型導波路２７は、上記の１次元フォトニック結晶導波路である。１次元フォトニック結晶導波路は、上記のように、特定の高次モード光を伝播させることができ、さらに、伝播光の閉じ込めを完全なものとすることができる。【０１７９】  Ｓ字型導波路２７は、基板２の主面に垂直な方向であるＹ軸方向を積層方向とする多層構造体であり、積層方向に屈折率周期性を有している。【０１８０】  また、Ｓ字型導波路２７は、入射用導波路２８と、それよりも幅の広い、すなわち、積層方向（Ｙ軸方向）に対して垂直な面に平行な方向に広がっているスラブ導波路（スラブ状部分）３０と、３本の出射用導波路２９とを備えている。入射用導波路２８は、スラブ導波路３０に接続されている。スラブ導波路３０は、図１６Ａ及び図１６Ｂに示すように、Ｓ字状に成形されている。また、３本の出射用導波路２９も、スラブ導波路３０に接続されている。そして、３本の出射用導波路２９は、平行に並べて配置されている。【０１８１】  入射用導波路２８、スラブ導波路３０及び出射用導波路２９を備えたＳ字型導波路２７は、それぞれ、図７Ａ及び図７Ｂに示したフォトニック結晶導波路１４０であり、上記式（３）も満たしている。このため、屈折率周期方向であるＹ軸方向に対して垂直な面に沿った方向へのブリルアンゾーン境界上の伝播光の漏れ出しは生じない。尚、実施の形態８においては、Ｓ字型導波路２７の周りは空気であるため、屈折率ｎＳは１である。また、上記したように、クラッド及びコアの両方を１次元フォトニック結晶として、積層方向へのブリルアンゾーン境界上の伝播光の漏れ出しが生じないようにされている。これにより、Ｓ字型導波路２７において、側面及び上下面からブリルアンゾーン境界上の伝播光が漏れることはない。【０１８２】  次に、実施の形態８の導波路素子２６の動作について説明する。【０１８３】  入射用導波路２８に入射光７６を伝播させる。この場合、入射光７６は、ブリルアンゾーン境界上の伝播モードとなるように伝播させる。入射光７６は、入射用導波路２８からスラブ導波路３０に入射される。スラブ導波路３０は、上記のように、側面での光の閉じ込めが完全なものとなっている。従って、伝播光７１ａは、スラブ導波路３０の内側の側面３０ａで凹面反射して幅の広い光束となる。さらに、伝播光７１ａは、スラブ導波路３０の内側の側面３０ｂでの凹面反射によって集光されて、３本の出射用導波路２９のいずれかに入射され、当該出射用導波路２９から出射光７８として出射される。【０１８４】  ここで、ＶＣＳＥＬ２３の任意のレーザ素子２４から制御光を出射することにより、スラブ導波路３０の一部で制御光のＹ軸方向の共振が生じる。そして、非線型作用により、スラブ導波路３０の共振部分の屈折率が変化し、伝播光７１ａの進路が変化する。尚、実施の形態１で説明したように、スラブ導波路３０における制御光の共振部分を、非線型作用が生じやすい構造としておくことにより、この共振部分のみで非線型作用が生じる。【０１８５】  まず、制御光を出射していない状態で、伝播光７１ａの進路が、図１６Ａに示すような状態にあったとする。つまり、真中に配置された出射用導波路２９から伝播光７１ａが出射されているとする。次に、ＶＣＳＥＬ２３の任意のレーザ素子２４から制御光を出射することにより、スラブ導波路３０の広がり方向における屈折率分布を発生させ、波面の進行方向を曲げて、例えば、図１６Ｂに示すような状態とすることができる。つまり、端に配置された出射用導波路２９から伝播光７１ａが出射されるように、伝播光７１ａの進路を変換することができる。このように、制御光を出射するレーザ素子２４を選択することにより、伝播光７１ａが出射される出射用導波路２９を選択することができる。また、いずれの出射用導波路２９からも伝播光７１ａが出射されないようにすることも可能である。尚、出射用導波路２９の数や制御光を出射するレーザ素子２４の数は、何ら制限されるものではない。【０１８６】  また、導波路素子２６のＳ字型導波路２７における制御光の共振方向はＹ軸方向であるため、Ｓ字型導波路２７のコアにおいては、屈折率周期方向であるＹ軸方向に対して垂直な面に沿った方向への光の閉じ込めがなされていなければならない。従って、コアの上下方向（Ｙ軸方向）に１次元フォトニック結晶であるクラッドが形成されているのが望ましい。【０１８７】  ［実施の形態９］
本発明の実施の形態９における導波路素子について、図を参照しながら説明する。実施の形態９の導波路素子は、光増幅素子である。実施の形態９に係る導波路素子は、図８及び図９に示す実施の形態１、図１１に示す実施の形態３、図１２に示す実施の形態４、図１３に示す実施の形態５、並びに図１６Ａ及び図１６Ｂに示す実施の形態８における導波路素子と略同一の構成であるため、図８、図９、図１１、図１２、図１３並びに図１６Ａ及び図１６Ｂを参照しながら説明する。【０１８８】  実施の形態１、３、４、５及び８においては、共振部分の非線型作用を大きくするために、例えば、コアを構成する材料の少なくとも一部に非線型材料を用いる等している。しかし、実施の形態９においては、共振部分に非線型作用ではなく増幅作用を生じさせるために、コアを構成する材料に増幅作用を有する物質がドープされる。ここで、増幅作用を有する物質としては、例えば、エルビウム、ツリウム等がある。また、制御光としては、強力なポンプ光が用いられる。これにより、導波路素子１、１１、１６、１７及び２６は、増幅素子として機能する。尚、導波路素子２６は、出射用導波路２９が３本である構成としているが、実施の形態９においては１本でよい。【０１８９】  導波路素子１、１７及び導波路素子１１、１６において、信号光７１を伝播させている状態で、強力なポンプ光である制御光７２を共振させると、共振部分の電場は非常に強いものとなる。共振部分に増幅作用を有する物質がドープされていることから、信号光７１は増幅され、信号光用導波路３及び出射側信号光用導波路１４に伝播される。【０１９０】  また、導波路素子２６において、伝播光７１ａを伝播させている状態で、強力なポンプ光である制御光を共振させると、共振部分の電場は非常に強いものとなる。共振部分に増幅作用を有する物質がドープされていることから、伝播光７１ａは増幅され、出射用導波路２９に伝播される。導波路素子２６においては、ＶＣＳＥＬ２３を用いてポンプ光である制御光が出射されるので、広い範囲にポンプ光を照射できる。そのため、ポンプ光の総エネルギー量を大きくすることができるので、増幅率も大きくすることができる。そして、この場合には、実施の形態８のように屈折率分布を発生させて波面の進行方向を曲げる必要はない。【０１９１】  以上のように、実施の形態９の導波路素子は、増幅素子として機能し、構成が簡単であるために容易に作製することができる。【０１９２】  ［実施の形態１０］
本発明の実施の形態１０におけるレーザ発生器について、図を参照しながら説明する。図１７は、本発明の実施の形態１０におけるレーザ発生器の構成を示す斜視図である。図１７に示すレーザ発生器３２は、図１１に示す実施の形態３の導波路素子１１において、入射側信号光用導波路１２が取り除かれ、出射側信号光用導波路１４に、Ｚ軸方向に対して垂直となるような切込みを周期的に形成することによって構成されたＤＦＢ部３３が設けられた構成である。そこで、図１７において、図１１に示す部材と同様の機能を有する部材には同一の参照符号を付し、その説明は省略する。【０１９３】  ＤＦＢ部３３は、具体的には、ＤＦＢ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ（分布帰還型））共振器において特定波長を選択的に反射する反射層であり、出射側信号光用導波路１４の光軸方向（Ｚ軸方向）にも屈折率周期性を有する構成である。つまり、複数の１次元フォトニック結晶導波路がそれぞれ周期的に配置された構成である。尚、ＤＦＢ部３３の切込みの数が多すぎると、光が伝播しないので、切込みの数は、最適な数となるように調整される。【０１９４】  実施の形態３の導波路素子１１においては、信号共振用導波路１３に非線型作用が生じるように、例えば、信号共振用導波路１３のコアを構成する材料として非線型材料を用いていた。しかし、実施の形態１０のレーザ発生器３２において、信号共振用導波路１３は励起フォトニック結晶導波路として用い、制御光入射用導波路４及び制御光出射用導波路５は励起機構として用いられる。信号共振用導波路１３のコアは、レーザ媒質を用いて構成すればよい。レーザ媒質としては、例えば、ＮｄをドープしたＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット結晶）、ガラス、ルビー、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＡｌＡｓ−Ｐ、ＩｎＡｓ等を用いればよい。また、コアに量子ドットや色素を含ませてレーザ媒質としてもよい。【０１９５】  励起光である制御光７２のエバネッセント波を、制御光入射用導波路４よって信号共振用導波路１３に結合させ、信号共振用導波路１３において制御光７２をＸ軸方向に共振させる。これにより、信号共振用導波路１３が励起され、入射側端面１３ａ及び出射側端面１３ｂ間でレーザ光がＺ軸方向に共振（発振）する。信号共振用導波路１３の入射側端面１３ａ及び出射側端面１３ｂのうち、反射率の低い、ＤＦＢ部３３側の出射側端面１３ｂからレーザ光が出射され、出射側信号光用導波路１４からレーザ光７５が外部に出射される。尚、レーザ発生器３２は、ＤＦＢ部３３が設けられているために波長選択性を有する。【０１９６】  ［実施の形態１１］
本発明の実施の形態１１におけるレーザ発生器について、図を参照しながら説明する。図１８は、本発明の実施の形態１１におけるレーザ発生器の構成を示す斜視図である。図１８に示すレーザ発生器３６は、図１７に示す実施の形態１０のレーザ発生器３２において、制御光入射用導波路４及び制御光出射用導波路５が取り除かれ、その代わりに、光入射部であり励起機構である制御光入射用光ファイバ１８及び制御光入射用レンズ１９が設けられた構成である。制御光入射用光ファイバ１８及び制御光入射用レンズ１９は、図１３に示す制御光入射用光ファイバ１８及び制御光入射用レンズ１９と同様の機能を有するので、同一の参照符号を付している。それ以外の構成は、図１７に示す実施の形態１０のレーザ発生器３２と略同一の構成であるので、図１７に示す部材と同様の機能を有する部材には同一の参照符号を付し、その説明は省略する。【０１９７】  制御光入射用光ファイバ１８からの励起光である制御光７２は、制御光入射用レンズ１９によって集光されて、信号共振用導波路１３の上面に結合する。そして、信号共振用導波路１３において制御光７２がＹ軸方向に共振する。これにより、信号共振用導波路１３が励起され、入射側端面１３ａ及び出射側端面１３ｂ間でレーザ光がＺ軸方向に共振（発振）する。信号共振用導波路１３の入射側端面１３ａ及び出射側端面１３ｂのうち、反射率の低い、ＤＦＢ部３３側の出射側端面１３ｂからレーザ光が出射され、出射側信号光用導波路１４からレーザ光７５が外部に出射される。尚、レーザ発生器３６は、ＤＦＢ部３３が設けられているために波長選択性を有する。【０１９８】  ［実施の形態１２］
本発明の実施の形態１２におけるレーザ発生器について、図を参照しながら説明する。図１９は、本発明の実施の形態１２におけるレーザ発生器の構成を示す斜視図である。図１９に示すレーザ発生器３７は、図１７に示す実施の形態１０のレーザ発生器３２において、制御光入射用導波路４及び制御光出射用導波路５が取り除かれ、その代わりに、基板２上及び信号共振用導波路１３上にそれぞれ電極３８及び電極３９が設けられ、電極３８及び電極３９間に電圧を印加する電圧源４０が追加された構成である。そこで、図１９において、図１７に示す部材と同様の機能を有する部材には同一の参照符号を付し、その説明は省略する。実施の形態１２においては、電極３８、電極３９及び電圧源４０が励起機構として機能する。【０１９９】  レーザ発生器３７においては、基板２上に電極３８が設けられている。具体的には、基板２と、信号共振用導波路１３、ＤＦＢ部３３及び出射側信号光用導波路１４との間に電極３８が形成されている。また、信号共振用導波路１３上には電極３９が形成されている。これら電極３８及び電極３９間には、電圧源４０が接続されており、電極３９及び電極３８間に電圧を印加することが可能となっている。【０２００】  電圧源４０を用いて、電極３８及び電極３９間に電圧を印加することにより、信号共振用導波路１３が励起され、入射側端面１３ａ及び出射側端面１３ｂ間でレーザ光がＺ軸方向に共振（発振）する。信号共振用導波路１３の入射側端面１３ａ及び出射側端面１３ｂのうち、反射率の低い、ＤＦＢ部３３側の出射側端面１３ｂからレーザ光が出射され、出射側信号光用導波路１４からレーザ光７５が外部に出射される。尚、レーザ発生器３７は、ＤＦＢ部３３が設けられているために波長選択性を有する。【０２０１】  ［実施の形態１３］
本発明の実施の形態１３におけるレーザ発生器について、図を参照しながら説明する。図２０は、本発明の実施の形態１３におけるレーザ発生器の構成を示す斜視図である。図２０に示すレーザ発生器４１は、図１２に示す実施の形態４の導波路素子１６と略同様の構成である。そこで、図２０において、図１２に示す部材と同様の機能を有する部材には同一の参照符号を付し、その説明は省略する。【０２０２】  実施の形態４の導波路素子１６においては、信号共振用導波路１３に非線型作用が生じるように、例えば、信号共振用導波路１３のコアを構成する材料として非線型材料を用いていた。しかし、実施の形態１３のレーザ発生器４１において、信号共振用導波路１３は励起フォトニック結晶導波路として用いられる。従って、例えば、実施の形態１０で説明したように、信号共振用導波路１３のコアは、レーザ媒質を用いて構成すればよい。実施の形態１３においては、入射側信号光用導波路１２及び出射側信号光用導波路１４が励起機構として機能する。【０２０３】  励起光である制御光７２のエバネッセント波を、入射側信号光用導波路１２よって信号共振用導波路１３に結合させ、信号共振用導波路１３において制御光７２をＺ軸方向に共振させる。これにより、信号共振用導波路１３が励起され、信号共振用導波路１３の上面及び下面間でレーザ光がＹ軸方向に共振（発振）する。ここで、信号共振用導波路１３の上面のクラッドによる光の閉じ込めを、信号共振用導波路１３の下面のクラッドによる光の閉じ込めよりも弱くしておくことにより、レーザ光が信号共振用導波路１３の上面から出射される。【０２０４】  ［実施の形態１４］
本発明の実施の形態１４における導波路素子について、図を参照しながら説明する。実施の形態１４の導波路素子は、共振素子である。図２１は、本発明の実施の形態１４における導波路素子の構成を示す斜視図である。【０２０５】  図２１に示すように、実施の形態１４の導波路素子４２は、基板２と、基板２上に設けられた、入射側導波路（入射側フォトニック結晶導波路）４３、共振部（共振フォトニック結晶導波路）４５及び出射側導波路（出射側フォトニック結晶導波路）４４とを備えている。入射側導波路４３、共振部４５及び出射側導波路４４は、それぞれ、上記の１次元フォトニック結晶導波路である。１次元フォトニック結晶導波路は、上記のように、特定の高次モード光を伝播させることができ、さらに、伝播光の閉じ込めを完全なものとすることができる。【０２０６】  入射側導波路４３、共振部４５及び出射側導波路４４は、それぞれ、基板２の主面に垂直な方向であるＹ軸方向を積層方向とする多層構造体であり、積層方向に屈折率周期性を有している。【０２０７】  入射側導波路４３及び出射側導波路４４は、線状である。入射側導波路４３及び出射側導波路４４は、それぞれ、図７Ａ及び図７Ｂに示したフォトニック結晶導波路１４０であり、上記式（３）も満たしている。このため、屈折率周期方向であるＹ軸方向に対して垂直な面に沿った方向へのブリルアンゾーン境界上の伝播光の漏れ出しは生じない。尚、実施の形態１４においては、各導波路の周りは空気であるため、屈折率ｎＳは１である。また、上記したように、クラッド及びコアの両方を１次元フォトニック結晶として、積層方向へのブリルアンゾーン境界上の伝播光の漏れ出しが生じないようにされている。これにより、入射側導波路４３及び出射側導波路４４において、側面及び上下面からブリルアンゾーン境界上の伝播光が漏れることはない。【０２０８】  共振部４５は、円柱状である。共振部４５は、複数の円板状の層がＹ軸方向に積層された構造を有しており、その円の中心軸方向が屈折率周期方向である。また、円柱の外周面である側面、及び円形である上下面においては、完全な光の閉じ込めがなされている。【０２０９】  このような構成の円柱状の１次元フォトニック結晶である共振部４５は、その側面からエバネッセント波が結合することにより、共振器として機能する。つまり、所定の周波数の光のみが共振部４５と結合し、共振部４５の内部で共振する。従って、導波路素子４２において、入射側導波路４３と共振部４５との間隔と、共振部４５と出射側導波路４４との間隔とを適正な距離に設定することにより、導波路素子４２を共振素子として機能させることができる。【０２１０】  次に、実施の形態１４の導波路素子４２の動作について説明する。【０２１１】  まず、共振部４５を、例えば、波長λ１の光のみが共振するように設計しておく。例えば、その寸法や形状等を変化させることにより、所望の共振周波数を有する共振部４５を作製する。【０２１２】  そして、入射側導波路４３に、波長λ１の光を含む、異なる周波数の複数の入射光７６を伝播させる。この場合、入射光７６は、ブリルアンゾーン境界上の伝播モードとなるように伝播させる。これにより、波長λ１の光のみが共振��４５内で共振して、出射側導波路４４に結合され、選択光７７として出射側導波路４４から出射される。選択光７７以外の出射光７８は、入射側導波路４３の出射側端面から出射される。つまり、導波路素子４２においては、波長λ１の光のみが入射側導波路４３から出射側導波路４４に透過され、それ以外の光は、共振部４５で結合せずに、入射側導波路４３から出射される。【０２１３】  １次元フォトニック結晶構造の円柱状の共振部の数は増やしてもよい。具体的には、図２２に示す構造の導波路素子としてもよい。図２２は、本発明の実施の形態１４における共振部を二段にした導波路素子の構成を示す斜視図である。図２２に示すように、導波路素子４２ａは、共振部４５及び共振部（共振フォトニック結晶導波路）４５ａの２つの共振部を備えている。それ以外の構成は、図２１に示す導波路素子４２と同様の構成であるので、図２１に示す部材と同様の機能を有する部材には同一の参照符号を付し、その説明は省略する。【０２１４】  共振部４５ａは、共振部４５と略同一の構成である。このように、共振部を二段とすることにより、透過させる周波数域の光の強度を均一にすることができるので、いわゆる「フラットトップ特性」を実現することができる。【０２１５】  また、それぞれ異なる共振周波数を有する複数の共振部を用いて、波長分離素子を構成することもできる。具体的には、図２３に示す構成とすればよい。図２３は、本発明の実施の形態１４における、分波素子である導波路素子の構成を示す斜視図である。尚、図２３において、図２１に示す部材と同様の機能を有する部材には同一の参照符号を付し、その説明は省略する。【０２１６】  図２３に示すように、導波路素子４２ｂは、それぞれ異なる共振周波数を有する３つの共振部（共振フォトニック結晶導波路）４５ｂ、４５ｃ、４５ｄを備えている。また、導波路素子４２ｂは、それぞれの共振部４５ｂ、４５ｃ、４５ｄに対応する出射側導波路（出射側フォトニック結晶導波路）４４ｂ、４４ｃ、４４ｄを備えている。導波路素子４２ｂは、基板２上に入射側導波路４３、共振部４５ｂ、４５ｃ、４５ｄ及び出射側導波路４４ｂ、４４ｃ、４４ｄが配置された構成である。【０２１７】  共振部４５ｂ、４５ｃ、４５ｄは、上記の共振部４５と同様に、１次元フォトニック結晶導波路である。また、共振部４５ｂ、４５ｃ、４５ｄは、それぞれ異なる波長の光を共振し、例えば、共振部４５ｂは波長λ２の光で、共振部４５ｃは波長λ３の光で、共振部４５ｄは波長λ４の光でそれぞれ共振するように設計されている。【０２１８】  共振部４５ｂ、４５ｃ、４５ｄは、それぞれ入射側導波路４３と結合し得るように配置され、出射側導波路４４ｂ、４４ｃ、４４ｄは、それぞれが共振部４５ｂ、４５ｃ、４５ｄと結合し得るように配置される。【０２１９】  入射側導波路４３に、波長λ２の光、波長λ３の光、波長λ４の光を含む、異なる周波数の複数の複数の入射光７６を伝播させる。この場合、入射光７６は、ブリルアンゾーン境界上の伝播モードとなるように伝播させる。これにより、波長λ２の光は共振部４５ｂ内で、波長λ３の光は共振部４５ｃ内で、波長λ４の光は共振部４５ｄ内でそれぞれ共振し、それぞれ出射側導波路４���ｂ、４４ｃ、４４ｄに結合され、選択光７７として出射側導波路４４ｂ、４４ｃ、４４ｄから出射される。また、選択光７７以外の出射光７８は、入射側導波路４３の出射側端面から出射される。このように、導波路素子４２ｂを用いれば、複数の光から所望の波長の光を選択的に取り出すことができる。【０２２０】  ［実施の形態１５］
本発明の実施の形態１５における導波路素子について、図を参照しながら説明する。実施の形態１５の導波路素子は、共振素子である。図２４は、本発明の実施の形態１５における導波路素子の構成を示す斜視図である。実施の形態１５の導波路素子４７は、共振部の形状が異なる以外は、図２１に示す実施の形態１３の導波路素子４２と略同様の構成である。そこで、図２４において、図２１に示す部材と同様の機能を有する部材には同一の参照符号を付し、その説明は省略する。【０２２１】  図２４に示すように、導波路素子４７の共振部（共振フォトニック結晶導波路）４８は、リング状である。共振部４８は、基板２の主面に垂直な方向であるＹ軸方向を積層方向とする多層構造、具体的には、複数のリング状の層がＹ軸方向に積層された構造を有しており、そのリングの中心軸方向が屈折率周期方向である。また、共振部４８は、上記式（３）を満たしている。このため、屈折率周期方向であるＹ軸方向に対して垂直な面に沿った方向へのブリルアンゾーン境界上の伝播光の漏れ出しは生じない。尚、実施の形態１５においては、各導波路の周りは空気であるため、屈折率ｎＳは１である。共振部４８は、コアの上下面にクラッドが配置された構成であり、クラッド及びコアの両方を１次元フォトニック結晶として、積層方向へのブリルアンゾーン境界上の伝播光の漏れ出しが生じないようにされている。これにより、共振部４８において、側面及び上下面からブリルアンゾーン境界上の伝播光が漏れることはない。【０２２２】  このような構成のリング状の１次元フォトニック結晶である共振部４８は、その側面からエバネッセント波が結合することにより、共振器として機能する。つまり、所定の周波数の光のみが共振部４８と結合し、共振部４８の内部で共振する。従って、導波路素子４７において、入射側導波路４３と共振部４８との間隔と、共振部４８と出射側導波路４４との間隔とを適正な距離に設定することにより、導波路素子４７を共振素子として機能させることができる。【０２２３】  次に、実施の形態１５の導波路素子４７の動作について説明する。【０２２４】  まず、共振部４８を、例えば、波長λ１の光のみが共振するように設計しておく。例えば、その寸法や形状等を変化させることにより、所望の共振周波数を有する共振部４８を作製する。【０２２５】  そして、入射側導波路４３に、波長λ１の光を含む、異なる周波数の複数の入射光７６を伝播させる。この場合、入射光７６は、ブリルアンゾーン境界上の伝播モードとなるように伝播させる。これにより、波長λ１の光のみが共振部４８内で共振して、出射側導波路４４に結合され、選択光７７として出射側導波路４４から出射される。選択光７７以外の出射光７８は、入射側導波路４３の出射側端面から出射される。つまり、導波路素子４７においては、波長λ１の光のみが入射側導波路４３から出射側導波路４４に透過され、それ以外の光は、共振部４８で結合せずに、入射側導波路４３から出射される。【０２２６】  このようにリング状の共振部４８を用いた場合には、共振長を長くすることができる。そして、これにより、自由スペクトル領域（ＦＳＲ）が狭くなるので、一定間隔の複数の周波数を共振させることができ���。また、伝播に要する時間の遅延を用いることにより、導波路素子４７を光バッファメモリや多連パルス発生素子として機能させることもできる。【０２２７】  以上、共振素子について説明したが、共振素子の共振部（共振器）の形状は、円柱状やリング状に限定されるものではなく、例えば、直方体状であってもよい。共振素子の共振部（共振器）の形状は、共振周波数に応じて自由に設計することができる。【０２２８】  ［実施の形態１６］
本発明の実施の形態１６における導波路素子について、図を参照しながら説明する。実施の形態１６の導波路素子は、マルチモードカプラである。図２５は、本発明の実施の形態１６における導波路素子の構成を示す斜視図である。【０２２９】  図２５に示すように、実施の形態１６の導波路素子５１は、基板２と、基板２上に設けられた分岐用導波路（共振フォトニック結晶導波路）５２とを備えている。分岐用導波路５２は、上記の１次元フォトニック結晶導波路である。１次元フォトニック結晶導波路は、上記のように、特定の高次モード光を伝播させることができ、さらに、伝播光の閉じ込めを完全なものとすることができる。【０２３０】  分岐用導波路５２は、基板２の主面に垂直な方向であるＹ軸方向を積層方向とする多層構造体であり、積層方向に屈折率周期性を有している。【０２３１】  分岐用導波路５２は、入射側導波路（入射側フォトニック結晶導波路）５３と、入射側導波路５３に比べて幅（Ｘ軸方向の長さ）が広いスラブ導波路（スラブ状フォトニック結晶導波路）５４と、複数の出射側導波路（出射側フォトニック結晶導波路）５５とにより構成されている。スラブ導波路５４は、入射側導波路５３及び出射側導波路５５とそれぞれ接続されており、スラブ導波路５４において、入射側導波路５３が接続された面と対向する面に出射側導波路５５が接続されている。【０２３２】  分岐用導波路５２は、図７Ａ及び図７Ｂに示したフォトニック結晶導波路１４０であり、上記式（３）も満たしている。このため、屈折率周期方向であるＹ軸方向に対して垂直な面に沿った方向へのブリルアンゾーン境界上の伝播光の漏れ出しは生じない。尚、実施の形態１６においては、各導波路の周りは空気であるため、屈折率ｎＳは１である。また、上記したように、クラッド及びコアの両方を１次元フォトニック結晶として、積層方向へのブリルアンゾーン境界上の伝播光の漏れ出しが生じないようにされている。これにより、分岐用導波路５２において、側面及び上下面からブリルアンゾーン境界上の伝播光が漏れることはない。【０２３３】  次に、実施の形態１６の導波路素子５１の動作について説明する。【０２３４】  入射側導波路５３に、入射光７５を伝播させる。この場合、入射光７５は、ブリルアンゾーン境界上の伝播モードとなるように伝播させる。入射側導波路５３からスラブ導波路５４に入射された入射光７５は、スラブ導波路５４を伝播することにより、マルチモードカプラの作用によって４つに分岐され、それぞれ４つの出射側導波路５５から出射光７８として出射される。【０２３５】  ［実施の形態１７］
本発明の実施の形態１７における導波路素子について、図を参照しながら説明する。実施の形態１７の導波路素子は、波長分離素子である。図２６は、本発明の実施の形態１７における導波路素子の構成を示す斜視図である。【０２３６】  図２６に示すように、実施の形態１７の導波路素子５６は、基板２と、基板２上に設けられた波長分離導波路（共振フォトニック結晶導波路）５７とを備えている。波長分離導波路５７は、上記の１次元フォトニック結晶導波路である。１次元フォトニック結晶導波路は、上記のように、特定の高次モード光を伝播させることができ、さらに、伝播光の閉じ込めを完全なものとすることができる。【０２３７】  波長分離導波路５７は、基板２の主面に垂直な方向であるＹ軸方向を積層方向とする多層構造体であり、積層方向に屈折率周期性を有している。【０２３８】  波長分離導波路５７は、入射側導波路（入射側フォトニック結晶導波路）５８と、入射側導波路５８に比べて幅（Ｘ軸方向の長さ）が広いスラブ導波路（スラブ状フォトニック結晶導波路）５９と、複数の出射側導波路（出射側フォトニック結晶導波路）６０とにより構成されている。スラブ導波路５９は、入射側導波路５８及び出射側導波路６０とそれぞれ接続されており、スラブ導波路５９において、入射側導波路５８が接続された面と対向する面に出射側導波路６０が接続されている。【０２３９】  波長分離導波路５７は、図７Ａ及び図７Ｂに示したフォトニック結晶導波路１４０であり、上記式（３）も満たしている。このため、屈折率周期方向であるＹ軸方向に対して垂直な面に沿った方向へのブリルアンゾーン境界上の伝播光の漏れ出しは生じない。尚、実施の形態１７においては、各導波路の周りは空気であるため、屈折率ｎＳは１である。また、上記したように、クラッド及びコアの両方を１次元フォトニック結晶として、積層方向へのブリルアンゾーン境界上の伝播光の漏れ出しが生じないようにされている。これにより、波長分離導波路５７において、側面及び上下面からブリルアンゾーン境界上の伝播光が漏れることはない。【０２４０】  出射側導波路６０を２つ設け、スラブ導波路５９の寸法を適宜設計することにより、入射側導波路５８から入射された、異なる波長を有する複数の光のうち、所望とする波長の光のみを出射側導波路６０のそれぞれから選択光７７として取り出すことができる。すなわち、導波路素子５６を波長分離素子として機能させることができる。【０２４１】  次に、実施の形態１７の導波路素子５６の動作について説明する。【０２４２】  入射側導波路５８に、入射光７５を伝播させる。この場合、入射光７５は、ブリルアンゾーン境界上の伝播モードとなるように伝播させる。入射側導波路５８からスラブ導波路５９に入射された入射光７５は、スラブ導波路５９を伝播することにより、波長ごとに分離され、それぞれ２つの出射側導波路６０から選択光７７として出射される。【０２４３】  上記のように、本発明の実施の形態における導波路素子及びレーザ発生器は、完全な光の閉じ込めを行うことのできる１次元フォトニック結晶導波路を用いて構成されている。そのため、設計の自由度が高く、形状や大きさに制約はない。また、共振器として用いる場合��あっても、共振周波数、モード数、共振方向等を、制約なく所望の値及び方向とすることができる。これにより、集積化が可能で、より高機能な導波路素子及びレーザ発生器を実現することができる。また、１次元フォトニック結晶導波路は、一方向にのみ屈折率周期性を有する多層構造体であるため、容易に作製することができる。また、光を共振させるための１次元フォトニック結晶導波路、及びレーザ光を励起させるための１次元フォトニック結晶導波路は、屈折率周期性を有しない方向には、形状に関する制約がないため、設計の自由度が高い。【０２４４】  尚、実施の形態１〜１７のいずれかの導波路素子あるいはレーザ発生器において、基板２上に設けられる１次元フォトニック結晶導波路は、すべて同じ構成とするのが望ましい。すなわち、屈折率周期、伝播光の真空中における波長、屈折率周期方向に平行な側面に接する均質媒体の屈折率等は同一とするのが望ましい。これにより、基板上に多層構造体を形成し、エッチング処理等を施すことにより、各１次元フォトニック結晶導波路を容易に作製することができる。【０２４５】  また、実施の形態１〜１７においては、基板２上に設けられた１次元フォトニック結晶導波路の側面及び上面が空気に接している場合を例に挙げて説明したが、空気の代わりに、石英や樹脂材料等を用いてもよい。【０２４６】  また、それぞれの１次元フォトニック結晶導波路において、屈折率周期、伝播光の真空中における波長、屈折率周期方向に平行な側面に接する均質媒体の屈折率等を同一としなくとも、上記実施の形態の導波路素子及びレーザ発生器を実現することはできる。
【産業上の利用可能性】
【０２４７】  本発明の導波路素子及びレーザ発生器は、スイッチング素子、光増幅素子、共振素子、波長分離素子、分波素子等の様々な光学素子として用いることができる。
【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５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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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１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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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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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【国際調査報告】
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