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JP2001091912A - Optical element and demultiplexer - Google Patents

Optical element and demultiplexer

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JP2001091912A
JP2001091912A JP27137899A JP27137899A JP2001091912A JP 2001091912 A JP2001091912 A JP 2001091912A JP 27137899 A JP27137899 A JP 27137899A JP 27137899 A JP27137899 A JP 27137899A JP 2001091912 A JP2001091912 A JP 2001091912A
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optical medium
refractive index
optical
wavelength
complex refractive
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村 厚 一 市
Toshiro Hiraoka
岡 俊 郎 平
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Toshiba Corp
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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical element which is capable of switching photonic band structure dynamically or is capable of performing the switching operation and a demultiplexer using an optical waveguide in a photonic crystal. SOLUTION: This optical element uses plural optical media whose refractive indexes are changed by an external field and certain two refractive indexes among plural optical media are made to become equal or are made to become roughly equal under the certain condition of the external field. The optical element can perform the switching operation between two largely different photonic structure dynamically only by changing the condition of the external field by setting a distribution pattern which is to be sensed by the light to desired crystal structure, the desired shape of a lattice point and a desired cycle under these two conditions.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光素子及び分波器
に関する。より詳細には、本発明は、フォトニック結晶
において光や電場などの外場を変化させることによって
フォトニックバンド構造を変化させ光スイッチング動作
を可能とした能動的な光素子および分波器に関する。
The present invention relates to an optical device and a duplexer. More specifically, the present invention relates to an active optical element and a duplexer that enable a photonic band structure to be changed by changing an external field such as light or an electric field in a photonic crystal to enable an optical switching operation.

【0002】[0002]

【従来の技術】屈折率の異なる2種類の光学媒質を光の
波長オーダーで周期的に配列した「フォトニック結晶」
と呼ばれる構造体は、半導体中の電子のエネルギーが周
期的なポテンシャルの中でバンド構造を示すように、周
期的な屈折率変化により光の波数と振動数すなわち光子
エネルギーとの関係がバンド構造を示す。
2. Description of the Related Art A "photonic crystal" in which two types of optical media having different refractive indexes are periodically arranged in the order of the wavelength of light.
In a structure called, the relationship between the wave number and frequency of light, that is, the photon energy, forms a band structure due to periodic changes in the refractive index, so that the energy of electrons in a semiconductor shows a band structure in a periodic potential. Show.

【0003】フォトニック結晶では、どの方向にも光が
伝播しない「フォトニックバンドギャップ」と呼ばれる
波長領域を出現させることが可能であったり(E.Yablon
ovitch,Phys.Rev.Lett.58(20),2059(1987))、非常に大
きな光学異方性や分散性を示すなど、光学特性に大きな
特徴がある。そこでこれらの特徴を利用して、自然放出
光の制御や、曲がり角の曲率半径が非常に小さい光導波
路、偏光素子及び分波器などが提案され、各種分野にお
ける応用の期待が高まっている。
[0003] In a photonic crystal, a wavelength region called a "photonic band gap" in which light does not propagate in any direction can appear (E. Yablon).
ovitch, Phys. Rev. Lett. 58 (20), 2059 (1987)), exhibiting very large optical anisotropy and dispersibility. Therefore, utilizing these characteristics, control of spontaneous emission light, an optical waveguide having a very small radius of curvature of a bend, a polarizing element, a duplexer, and the like have been proposed, and expectations for application in various fields are increasing.

【0004】しかし、従来は、以下に説明する3つの例
を除くと、フォトニック結晶は「受動素子」として使わ
れており、「能動素子」として利用する提案は殆どなか
った。すなわち、従来提案されているフォトニック結晶
の殆どは、空間に固定された屈折率分布によってフォト
ニック結晶の光学特性が決定されるため、たとえば、分
波器においては、ある特定の方向に分光されてくる光の
波長(振動数)は決まっており、特定の方向に取り出す
光の振動数を切り替えることはできなかった。また、導
波路に設けた分岐のどちらに光を導くかをダイナミック
に切り替えるといったこともできなかった。
However, conventionally, except for the three examples described below, photonic crystals have been used as "passive elements", and there have been few proposals to use them as "active elements". That is, most of the conventionally proposed photonic crystals determine the optical characteristics of the photonic crystal by a refractive index distribution fixed in space. For example, in a duplexer, light is split in a specific direction. The wavelength (frequency) of the incoming light is fixed, and the frequency of the light extracted in a specific direction cannot be switched. Further, it has not been possible to dynamically switch to which of the branches provided in the waveguide the light is guided.

【0005】以下に挙げる3種類の提案は、スイッチン
グ機能を持つ「能動素子」としてフォトニック結晶を利
用したものである。
[0005] The following three proposals use a photonic crystal as an "active element" having a switching function.

【0006】(1)一つは、フォトニック結晶に、その
周期性を乱しバンド構造を壊してしまうための超音波発
生器または温度調節器を取り付けたものである。これに
より、光の遅延装置として利用するフォトニック結晶の
遅延効果を発現させたり、消失させたりしようというも
のである(都鳥、 他、特開平10−83005号公
報)。
(1) One is that a photonic crystal is provided with an ultrasonic generator or a temperature controller for disturbing the periodicity and destroying the band structure. In this way, a delay effect of a photonic crystal used as a light delay device is to be developed or eliminated (Toto, et al., JP-A-10-83005).

【0007】(2)もう一つは、互いに対向して設置さ
れ表面に金属膜が形成された回折格子の間に電気光学材
料を挟み込んだ1次元のフォトニック結晶である。対向
した金属膜間に電圧を印加することで電気光学材料の屈
折率が変化し、1次元方向のバンドギャップの位置が変
わることにより、バンドの端近くの波長の光透過をON
/OFFすることができるというものである(都鳥、
他、特開平10−83005号公報)。
(2) Another one is a one-dimensional photonic crystal in which an electro-optic material is sandwiched between diffraction gratings which are arranged to face each other and have a metal film formed on the surface. By applying a voltage between the opposing metal films, the refractive index of the electro-optical material changes, and the position of the band gap in the one-dimensional direction changes, thereby turning on light transmission at a wavelength near the band edge.
/ OFF (Totori,
And JP-A-10-83005).

【0008】(3)3番目の提案は、半導体をその構成
要素として含むフォトニック結晶に制御光として円偏光
を照射し、フォトニック結晶材料内のスピンの分布を変
化させることにより、すなわち複素屈折率を変化させる
ことにより、フォトニックバンド構造を変化させ、フォ
トニック結晶を透過する光のスイッチングを行おうとす
るものである(竹内、西川、特開平10−90634号
公報)。
(3) A third proposal is to irradiate a photonic crystal containing a semiconductor as a constituent element thereof with circularly polarized light as control light, thereby changing the distribution of spins in the photonic crystal material, that is, complex refraction. By changing the ratio, the photonic band structure is changed to switch the light transmitted through the photonic crystal (Takeuchi, Nishikawa, JP-A-10-90634).

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかし、これら3つの
提案は、以下に説明する点で未だ解決すべき課題を有す
るものであった。
However, these three proposals still have problems to be solved in the points described below.

【0010】すなわち、上記(1)の提案は、フォトニ
ック結晶としての機能を発現させるか消失させるかを切
り替えているに過ぎず、フォトニック結晶としての機能
の発現のしかたを能動的に変化させるものではない。従
って、分波器の方向制御、光導波路の分岐制御などには
利用できない。
[0010] That is, the proposal of the above (1) merely switches between expressing and eliminating the function as a photonic crystal, and actively changing the manner of expressing the function as a photonic crystal. Not something. Therefore, it cannot be used for the direction control of the duplexer, the branch control of the optical waveguide, and the like.

【0011】また、上記(2)の提案は、構造上1次元
フォトニック結晶に限って適用できるものに過ぎず、2
次元や3次元の大きな分散特性や優れた導波路としての
特性に関しては、それを利用することができない。
Further, the proposal of the above (2) can be applied only to a one-dimensional photonic crystal structurally, and
Regarding large dispersion properties in three dimensions or three dimensions, and properties as an excellent waveguide, it cannot be used.

【0012】また、上記(3)の提案は、フォトニック
結晶を構成する光学媒質の複素屈折率を変化させること
によりバンド構造を変化させるものであり、フォトニッ
ク結晶の周期性や対称性を変化させることはできない。
従って、大きなバンド構造の変化を誘起することは不可
能であった。
The proposal of the above (3) is to change the band structure by changing the complex refractive index of the optical medium constituting the photonic crystal, and to change the periodicity and symmetry of the photonic crystal. I can't let that happen.
Therefore, it was impossible to induce a large band structure change.

【0013】以上のように、従来のフォトニック結晶で
は、能動的な機能を持たせた場合でも、フォトニック結
晶としての機能自体を発現させるか消失させるかという
選択的動作に限られたり、スイッチングが実現できるフ
ォトニック結晶の次元が限られたり、制御可能な範囲が
制限されたりしていた。特にいずれの場合でも、従来の
技術では、異種の光学材料の分布の仕方は変えずにその
屈折率でけを変える方法を用いており、フォトニック結
晶の結晶構造や周期性自体を切り替えることができず、
自由にダイナミックにフォトニックバンドの構造を変化
させることは不可能であった。
As described above, in the conventional photonic crystal, even if it has an active function, it is limited to a selective operation of expressing or erasing the function itself as a photonic crystal, or switching. However, the dimension of the photonic crystal that can realize the above is limited or the controllable range is limited. In any case, in particular, in the conventional technology, the method of changing the refractive index without changing the distribution method of the different kinds of optical materials is used, and it is possible to switch the crystal structure and the periodicity itself of the photonic crystal. I ca n’t,
It was impossible to freely and dynamically change the structure of the photonic band.

【0014】一方、フォトニック結晶にバンドギャップ
が生じる場合、フォトニック結晶中の周期性が乱れた部
分が1次元的に連続すると、光がその部分のみに閉じ込
められ、従来実現できなかったような急激な折れ曲がり
も可能な微細な光導波路となることが知られている(At
tila Mekis et al,Phys.Rev.Lett.77,3787(1996))。こ
のような微細な導波路に分岐を設け、光の波長に応じて
進む道筋が変わるようにできれば、導波路自体が分波器
となり、光通信や光回路における集積化、作製工程の簡
略化のために極めて有益な光機能素子となる。
On the other hand, when a band gap occurs in the photonic crystal, if a portion of the photonic crystal whose periodicity is disturbed is one-dimensionally continuous, light is confined to only that portion, and it has been impossible to realize it conventionally. It is known that it becomes a fine optical waveguide that can be sharply bent (At
tila Mekis et al, Phys. Rev. Lett. 77, 3787 (1996)). If branches can be provided in such a fine waveguide so that the course of travel can be changed according to the wavelength of light, the waveguide itself becomes a demultiplexer, and integration in optical communication and optical circuits and simplification of the manufacturing process can be simplified. Therefore, it becomes an extremely useful optical function element.

【0015】しかし、上述した従来技術では、導波路中
のいかなる波長の光にとっても、同じ部位がフォトニッ
ク結晶中の周期性の乱れた部位、すなわち導波路として
働いてしまうため、上述のようなフォトニック結晶中の
微細な導波路自体を波長に応じた分波器として利用する
ことはできなかった。
However, in the above-described conventional technology, the same portion acts as a portion of the photonic crystal having disordered periodicity, that is, a waveguide, for light of any wavelength in the waveguide. The fine waveguide itself in the photonic crystal could not be used as a splitter according to the wavelength.

【0016】以上詳述したように、従来は、屈折率が異
なる部位が存在する位置、言い換えれば空間的な屈折率
変化のパターンが空間内に固定されていたのでバンド構
造の変化の範囲に制限があった。その結果として、フォ
トニック結晶を能動的に利用すべく、バンド構造を自由
に大幅に、かつダイナミックに変化させることは不可能
であった。
As described in detail above, in the related art, since the position where a portion having a different refractive index exists, in other words, the spatial refractive index change pattern is fixed in the space, the range of the band structure change is limited. was there. As a result, it has not been possible to freely and largely change the band structure dynamically in order to actively utilize the photonic crystal.

【0017】すなわち、従来は、能動的なフォトニック
結晶を利用した光素子を実現する技術は知られていなか
った。また、従来は、フォトニック結晶中の微細な導波
路そのものを分波器として利用する技術も知られていな
かった。
That is, conventionally, a technique for realizing an optical element using an active photonic crystal has not been known. Conventionally, no technique has been known in which a fine waveguide itself in a photonic crystal is used as a duplexer.

【0018】本発明は、かかる課題の認識に基づいてな
されたものであり、その目的とするところは、フォトニ
ック結晶のバンド構造を、自由に、大幅に、ダイナミッ
クに制御することが可能な新規な光素子、特に、複素屈
折率の分布パターン、あるいは周期性そのものを変化さ
せることにより上記の制御を可能にする光素子を提供す
ることにあり、また本発明の他の目的は、フォトニック
結晶中の導波路を用いた、新規な分波器を提供すること
にある。
The present invention has been made based on the recognition of such a problem, and it is an object of the present invention to provide a novel and highly dynamic control of the band structure of a photonic crystal. Another object of the present invention is to provide an optical element which can perform the above control by changing a distribution pattern of complex refractive index or the periodicity itself. Another object of the present invention is to provide a novel duplexer using a waveguide inside.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の光素子は、請求項1に記載したように、第
1の光学媒質中に少なくとも第2の光学媒質と第3の光
学媒質とがそれぞれ入射光の波長オーダーの間隔で周期
的に配列された構造体を備え、前記構造体に印加する外
場条件を変化させることによって前記第1乃至第3すな
わち第1、第2、第3の光学媒質の屈折率の相対的な関
係を変化させ前記構造体中に形成される屈折率の空間分
布の周期性を変化可能としたことを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided an optical device comprising at least a second optical medium and a third optical medium in a first optical medium. A medium having a structure periodically arranged at intervals on the order of the wavelength of the incident light, and changing the external field conditions applied to the structure to change the first to third, that is, the first, second, and third conditions. The relative relationship between the refractive indices of the third optical medium is changed so that the periodicity of the spatial distribution of the refractive index formed in the structure can be changed.

【0020】ここで「入射光の波長オーダー」とは、変
調やスイッチングや導波などの作用を施すために光素子
に入射させる光の波長と同程度のオーダーの間隔という
意味であり、入射光の波長の数10倍以上あるいは数1
0分の1以下の如く大幅に異なる間隔ではない間隔を意
味する。
Here, "the wavelength order of the incident light" means an interval on the order of the wavelength of the light to be incident on the optical element in order to perform an operation such as modulation, switching, and waveguide. More than tens of times the wavelength of
An interval that is not a significantly different interval, such as 1/0 or less.

【0021】上記構成をより具体的に表現すると、本発
明の光素子は、3種類以上の光学媒質から構成され、各
々の光学媒質を周期的に配列した1次元あるいは2次元
あるいは3次元の構造体であって、入射させる光の振動
数に対して少なくとも2つの光学媒質の屈折率が異なる
ように光学材料および温度あるいは外場の条件を設定
し、その構造体への電場あるいは磁場あるいは圧力の印
加、あるいはこの構造体への光照射、あるいはこの構造
体に印加されていた電場、磁場、圧力の変化、あるいは
光照射の強度あるいは波長の変化、あるいはこの構造体
の温度変化により、この構造体中に入射させる光の振動
数において、屈折率がより大きく異なる光学媒質の組み
合わせが変化し、あるいは新たに屈折率が周囲と異なる
部位が周期的に出現し、すなわち、変化の後新たな周期
的構造をとったり、あるいはそれぞれの媒質により構造
体中に生じる屈折率の周期的なピークの相対的な比率が
変化することにより、入射する光がかかわる振動数領域
において新たなバンド構造が出現する構造体を有するこ
とを特徴とする。
More specifically, the optical device of the present invention is composed of three or more types of optical media, and has a one-dimensional, two-dimensional, or three-dimensional structure in which each optical medium is periodically arranged. The optical material and the temperature or external field conditions are set so that the refractive index of at least two optical media is different with respect to the frequency of the incident light, and the electric or magnetic field or pressure applied to the structure is The structure may be exposed to or applied light to the structure, or to a change in the electric field, magnetic field, or pressure applied to the structure, a change in the intensity or wavelength of light irradiation, or a change in the temperature of the structure. The combination of optical media with a larger difference in the refractive index changes at the frequency of the light incident on the inside, or a new site with a different refractive index from the surroundings appears periodically That is, the frequency region in which the incident light is affected by taking a new periodic structure after the change, or by changing the relative ratio of the periodic peak of the refractive index generated in the structure by each medium. Is characterized by having a structure in which a new band structure appears.

【0022】また、上述した光素子の実施の形態として
は、請求項2に記載したように、前記構造体は、第1の
外場条件においては、所定波長の光に対して前記第1の
光学媒質の屈折率と前記第3の光学媒質の屈折率とが実
質的に等しく前記第1の光学媒質の屈折率と前記第2の
光学媒質の屈折率とが実質的に異なることにより、前記
第2の光学媒質の周期的な配列によって前記所定波長の
光を変調し、前記第1の外場条件とは異なる第2の外場
条件においては、前記所定波長の光に対して前記第1の
光学媒質の屈折率と前記第2の光学媒質の屈折率とが実
質的に等しく前記第1の光学媒質の屈折率と前記第3の
光学媒質の屈折率とが実質的に異なることにより、前記
第3の光学媒質の周期的な配列によって前記所定波長の
光を変調することを特徴とする。
According to an embodiment of the above-described optical element, as described in claim 2, the first structure is such that, under the first external field condition, the first structure is used for the light of a predetermined wavelength. The refractive index of the optical medium is substantially equal to the refractive index of the third optical medium, and the refractive index of the first optical medium and the refractive index of the second optical medium are substantially different. The light of the predetermined wavelength is modulated by the periodic arrangement of the second optical medium, and in a second external field condition different from the first external field condition, the first wavelength of the light of the predetermined wavelength is changed. The refractive index of the optical medium is substantially equal to the refractive index of the second optical medium, and the refractive index of the first optical medium and the refractive index of the third optical medium are substantially different. Modulating the light of the predetermined wavelength by a periodic arrangement of the third optical medium; And it features.

【0023】より具体的に表現すると、周期構造を有す
る構造体が3種類の光学媒質から構成され、それぞれの
光学媒質を第1、第2、第3の光学媒質とし、第1、第
2、第3の光学媒質の屈折率をそれぞれ第1、第2、第
3の屈折率としたとき、第1、第2、第3の光学媒質そ
れぞれの構造体中での分布が周期構造を有し、この光素
子に入射させる光の振動数における屈折率が第1と第3
の媒質でほぼ等しく第1と第2の媒質では異なり、すな
わち第1と第2の屈折率の差が第1と第3の屈折率の差
より大きくなり、構造体内で入射光が変調を受ける屈折
率の周期的構造が主に第2の媒質の周期的な分布によっ
て決まる構造体であり、その構造体への電場あるいは磁
場あるいは圧力の印加、あるいはこの構造体への光照
射、あるいはこの構造体に印加されていた電場、磁場、
圧力の変化、あるいは光照射の強度あるいは波長の変
化、あるいはこの構造体の温度変化により、前記振動数
における屈折率が第1と第2の媒質でほぼ等しく第1と
第3の媒質では異なるようになり、すなわち第1と第3
の屈折率の差が第1と第2の屈折率の差より大きくな
り、構造体内で入射光が変調を受ける屈折率の周期的構
造が主に第3の媒質の周期的な分布によって決まるよう
になり、入射する光がかかわる振動数領域において新た
なバンド構造が出現することを特徴とする。
More specifically, a structure having a periodic structure is composed of three types of optical media, and the first, second, and third optical media are used as first, second, and third optical media, respectively. Assuming that the refractive index of the third optical medium is the first, second, and third refractive indexes, respectively, the distribution of the first, second, and third optical media in the structure has a periodic structure. The refractive index at the frequency of light incident on the optical element is the first and third.
And the first medium and the second medium are substantially the same, that is, the difference between the first and second refractive indexes is larger than the difference between the first and third refractive indexes, and the incident light is modulated in the structure. The periodic structure of the refractive index is determined mainly by the periodic distribution of the second medium, and an electric field, a magnetic field, or a pressure is applied to the structure, or the structure is irradiated with light or the structure is irradiated with light. Electric and magnetic fields applied to the body,
Due to a change in pressure, a change in the intensity or wavelength of light irradiation, or a change in the temperature of the structure, the refractive indices at the above-mentioned frequencies are substantially equal in the first and second media and different in the first and third media. , Ie, the first and third
Is larger than the difference between the first and second refractive indices, and the periodic structure of the refractive index in which incident light is modulated in the structure is determined mainly by the periodic distribution of the third medium. , And a new band structure appears in the frequency region where the incident light is concerned.

【0024】また、本発明の第3の光素子は、請求項3
に記載したように、第1の光学媒質と、前記第1の光学
媒質中に周期的に配列された第2の光学媒質と、前記第
1の光学媒質中において前記第2の光学媒質により形成
されるべき周期構造のうちの連続した一部分を置換して
配列された第3の光学媒質と、を有する構造体を備えた
光素子であって、第1の外場条件においては、所定波長
の光に対して前記第2の光学媒質の複素屈折率と前記第
3の光学媒質の複素屈折率とが実質的に異なり、前記第
3の光学媒質により置換された前記一部分が前記所定波
長の光に対して導波路として機能し、前記第1の外場条
件とは異なる第2の外場条件においては、前記所定波長
の光に対して前記第2の光学媒質の複素屈折率と前記第
3の光学媒質の複素屈折率とが実質的に等しく、前記第
3の光学媒質により置換された前記一部分が前記所定波
長の光に対して導波路として機能しないことを特徴とす
る。
A third optical element according to the present invention is a third optical element.
As described in above, a first optical medium, a second optical medium periodically arranged in the first optical medium, and a second optical medium formed in the first optical medium And a third optical medium arranged by replacing a continuous part of the periodic structure to be formed. The complex refractive index of the second optical medium is substantially different from the complex refractive index of the third optical medium with respect to the light, and the portion replaced by the third optical medium is light of the predetermined wavelength. Functioning as a waveguide, and in a second external field condition different from the first external field condition, the complex refractive index of the second optical medium and the third And the complex refractive index of the optical medium is substantially equal to that of the third optical medium. Said portion which is substituted is characterized in that it does not function as a waveguide for light of said predetermined wavelength.

【0025】より具体的に表現すれば、複素屈折率の異
なる2種類以上の光学媒質から構成され、同種類の光学
媒質からなる部位が周期的に配列することを特徴とする
2次元あるいは3次元の構造体を有し、この構造体の周
期構造の乱れが構造体内に1次元的に連なって存在し、
その周期構造の乱れた部分が光導波路として働く構造体
において、3種類以上の光学媒質を用い、その光学媒質
のうちの3つをそれぞれ第1、第2、第3の光学媒質と
した場合、この光導波路に入射させる光の振動数νの近
傍における第1、第2、第3の複素屈折率をそれぞれ第
1、第2、第3の複素屈折率とした場合、第1の媒質中
に第2の媒質による2次元あるいは3次元の周期構造を
有し、第2の媒質による2次元あるいは3次元周期構造
の一部が1次元的に連なった第3の媒質で置き換えら
れ、この光素子に入射される光の振動数近傍において第
1の複素屈折率と第2の複素屈折率、第2の複素屈折率
と第3の複素屈折率がそれぞれ異なり、第3の媒質で置
き換えられた部位が入射光の光導波路として働く構造体
であって、その構造体への電場あるいは磁場あるいは圧
力の印加、あるいはこの構造体への光照射、あるいはこ
の構造体に印加されていた電場、磁場、圧力の変化、あ
るいは光照射の強度あるいは波長の変化、あるいはこの
構造体の温度変化により、振動数νの近傍における第1
と第2の複素屈折率が異なり、第2と第3の複素屈折率
がほぼ等しくなるようになり、第3の媒質で置き換えら
れた部位が入射光に対して周期構造の乱れとして働か
ず、光導波路として機能する部位が消失するため、スイ
ッチング機能を持った導波路を有することを特徴とす
る。
More specifically, a two-dimensional or three-dimensional optical system comprising two or more types of optical media having different complex refractive indices, wherein portions composed of the same type of optical medium are periodically arranged. Of the periodic structure of this structure is present one-dimensionally in the structure,
In a structure in which a portion where the periodic structure is disturbed functions as an optical waveguide, when three or more types of optical media are used, and three of the optical media are first, second, and third optical media, respectively, When the first, second, and third complex refractive indices in the vicinity of the frequency ν of light incident on the optical waveguide are set to first, second, and third complex refractive indices, respectively, the first medium This optical element has a two-dimensional or three-dimensional periodic structure of the second medium, and a part of the two-dimensional or three-dimensional periodic structure of the second medium is replaced by a one-dimensionally connected third medium. Where the first complex refractive index and the second complex refractive index, and the second complex refractive index and the third complex refractive index are different from each other in the vicinity of the frequency of light incident on the portion, and are replaced by a third medium Is a structure that functions as an optical waveguide for incident light, and the structure Applying an electric field, magnetic field, or pressure to the structure, irradiating the structure with light, or changing the electric field, magnetic field, or pressure applied to the structure, or changing the intensity or wavelength of light irradiation, or the structure The first temperature change near the frequency ν
And the second complex refractive index are different, the second and third complex refractive indices become substantially equal, and the portion replaced by the third medium does not act as disturbance of the periodic structure with respect to the incident light, Since a portion functioning as an optical waveguide disappears, a waveguide having a switching function is provided.

【0026】また、本発明の第4の光素子は、請求項4
に記載したように、第1の光学媒質と、前記第1の光学
媒質中に周期的に配列された第2の光学媒質と、前記第
1の光学媒質中において前記第2の光学媒質により形成
されるべき周期構造のうちの連続した第1の部分を置換
して配列された第3の光学媒質と、前記第1の光学媒質
中において前記第2の光学媒質により形成されるべき周
期構造のうちの連続した第2の部分を置換して配列され
た第4の光学媒質と、前記第1の光学媒質中において前
記第2の光学媒質により形成されるべき周期構造のうち
の連続した第3の部分に生じた前記第2の光学媒質の周
期性の乱れた部位と、を有し、前記第1の部分と前記第
2の部分とがそれぞれ前記第3の部分に接続されてなる
構造体を備えた光素子であって、第1の外場条件におい
ては、所定波長の光に対して前記第1の光学媒質の複素
屈折率と前記第2の光学媒質の複素屈折率と前記第3の
光学媒質の複素屈折率とが互いに実質的に異なり、前記
第2の光学媒質の複素屈折率と前記第4の光学媒質の複
素屈折率とが実質的に等しく、前記第1の部分と前記第
3の部分とが前記所定波長の光に対して導波路として機
能し、前記第1の外場条件とは異なる第2の外場条件に
おいては、前記所定波長の光に対して前記第1の光学媒
質の複素屈折率と前記第2の光学媒質の複素屈折率と前
記第4の光学媒質の複素屈折率とが互いに実質的に異な
り、前記第2の光学媒質の複素屈折率と前記第3の光学
媒質の複素屈折率とが実質的に等しく、前記第2の部分
と前記第3の部分とが前記所定波長の光に対して導波路
として機能することにより、前記第3の部分に入射した
前記所定波長の光の分岐先を前記第1の部分と前記第2
の部分のいずれかに切り替え可能としたことを特徴とす
る。
Further, the fourth optical element of the present invention is characterized in that:
As described in above, a first optical medium, a second optical medium periodically arranged in the first optical medium, and a second optical medium formed in the first optical medium A third optical medium arranged by replacing the continuous first portion of the periodic structure to be formed, and a periodic structure to be formed by the second optical medium in the first optical medium. The fourth optical medium arranged by replacing the continuous second portion of the second optical medium, and the third continuous optical structure of the periodic structure to be formed by the second optical medium in the first optical medium. A structure having a portion where the periodicity of the second optical medium is disturbed in a portion of the first optical medium, wherein the first portion and the second portion are connected to the third portion, respectively. An optical element having a predetermined wavelength under the first external field condition. In contrast, the complex refractive index of the first optical medium, the complex refractive index of the second optical medium, and the complex refractive index of the third optical medium are substantially different from each other, and the complex refractive index of the second optical medium is The complex refractive index and the complex refractive index of the fourth optical medium are substantially equal, and the first portion and the third portion function as a waveguide for light of the predetermined wavelength, and Under a second external field condition different from the first external field condition, the complex refractive index of the first optical medium, the complex refractive index of the second optical medium, and the fourth And the complex refractive index of the second optical medium is substantially equal to the complex refractive index of the second optical medium, and the complex refractive index of the third optical medium is substantially equal to the complex refractive index of the third optical medium. The third portion functions as a waveguide for the light having the predetermined wavelength, thereby providing the third portion. Wherein the predetermined wavelength of light incident on the portion of the branch target and the first portion second
It can be switched to any one of the parts.

【0027】より具体的に表現すれば、複素屈折率の異
なる2種類以上の光学媒質から構成され、同種類の光学
媒質からなる部位が周期的に配列することを特徴とする
2次元あるいは3次元の構造体を有し、この構造体の周
期構造の乱れが構造体内に1次元的に連なって存在し、
その周期構造の乱れた部分が光導波路として働く構造体
において、4種類以上の光学媒質を用い、その光学媒質
をそれぞれ第1、第2、第3、第4の光学媒質とした場
合、この光導波路に入射させる光の振動数近傍における
第1から第4までの媒質の複素屈折率をそれぞれ第1、
第2、第3、第4の複素屈折率とした場合、第1の媒質
中に第2の媒質による2次元あるいは3次元の周期構造
を有し、第2の媒質による2次元あるいは3次元周期構
造の一部が1次元的に連なった第3の媒質で置き換えら
れ第1の部位を形成し、また別の一部が1次元的に連な
った第4の媒質で置き換えられ第2の部位を形成し、さ
らに別の一部に1次元的に連なった第2の媒質の周期構
造の乱れにより第3の部位が形成され、第3の部位に、
第1の部位と第2の部位が接続され、この光素子に入射
される光の振動数近傍において第1の複素屈折率と第2
の複素屈折率、第2の複素屈折率と第3の複素屈折率が
それぞれ異なり、第2の複素屈折率と第4の複素屈折率
がほぼ等しく、第3と第1の部位が入射光の光導波路と
して働く構造体であって、その構造体への電場あるいは
磁場あるいは圧力の印加、あるいはこの構造体への光照
射、あるいはこの構造体に印加されていた電場、磁場、
圧力の変化、あるいは光照射の状態の変化、あるいはこ
の構造体の温度変化により、振動数νの近傍における第
1と第2の複素屈折率、第2と第4の複素屈折率がそれ
ぞれ異なり、第2と第3の複素屈折率がほぼ等しくなる
ようになり、第1の部位が入射光に対して周期構造の乱
れとして働かず、光導波路として機能しなくなるかわり
に、第2の部位が光導波路として機能するようになるた
め、第3の部位に入射した光の分岐先、あるいは行き先
を第1の部位と第2の部位の間で切り替えることが可能
である。
More specifically, a two-dimensional or three-dimensional optical system comprising two or more types of optical media having different complex refractive indices, wherein portions composed of the same type of optical medium are periodically arranged. Of the periodic structure of this structure is present one-dimensionally in the structure,
In a structure in which a portion where the periodic structure is disturbed functions as an optical waveguide, when four or more types of optical media are used and the first, second, third, and fourth optical media are used, respectively, The complex refractive indices of the first to fourth media in the vicinity of the frequency of light to be incident on the wave path are first and fourth, respectively.
When the second, third, and fourth complex refractive indexes are used, the first medium has a two-dimensional or three-dimensional periodic structure of the second medium, and has a two-dimensional or three-dimensional period of the second medium. A part of the structure is replaced by a one-dimensionally connected third medium to form a first part, and another part is replaced by a one-dimensionally connected fourth medium to form a second part. The third part is formed by the disorder of the periodic structure of the second medium that is formed and is connected to another part in a one-dimensional manner.
The first part and the second part are connected, and the first complex refractive index and the second complex refractive index are set near the frequency of light incident on the optical element.
, The second complex refractive index and the third complex refractive index are respectively different, the second complex refractive index is substantially equal to the fourth complex refractive index, and the third and first portions A structure that acts as an optical waveguide and applies an electric or magnetic field or pressure to the structure, or irradiates the structure with light, or an electric or magnetic field applied to the structure.
Due to a change in pressure, a change in the state of light irradiation, or a change in temperature of the structure, the first and second complex refractive indexes and the second and fourth complex refractive indexes near the frequency ν are different, The second and third complex refractive indices become substantially equal, and the first portion does not function as a disturbance of the periodic structure with respect to the incident light and does not function as an optical waveguide. Since it functions as a wave path, it is possible to switch the branching destination or the destination of the light incident on the third part between the first part and the second part.

【0028】一方、本発明の分波器は、第1の光学媒質
と、前記第1の光学媒質中に周期的に配列された第2の
光学媒質と、前記第1の光学媒質中において前記第2の
光学媒質により形成されるべき周期構造のうちの連続し
た第1の部分を置換して配列された第3の光学媒質と、
前記第1の光学媒質中において前記第2の光学媒質によ
り形成されるべき周期構造のうちの連続した第2の部分
を置換して配列された第4の光学媒質と、前記第1の光
学媒質中において前記第2の光学媒質により形成される
べき周期構造のうちの連続した第3の部分に生じた前記
第2の光学媒質の周期性が乱れた部位と、を有し、前記
第1の部分と前記第2の部分とがそれぞれ前記第3の部
分に接続されてなる構造体を備えた分波器であって、第
1の波長の光に対しては、前記第1の光学媒質の複素屈
折率と前記第2の光学媒質の複素屈折率と前記第3の光
学媒質の複素屈折率とが互いに実質的に異なり、前記第
2の光学媒質の複素屈折率と前記第4の光学媒質の複素
屈折率とが実質的に等しく、前記第1の部分と前記第3
の部分とが前記第1の波長の光に対して導波路として機
能し、前記第1の波長とは異なる第2の波長の光に対し
ては、前記第1の光学媒質の複素屈折率と前記第2の光
学媒質の複素屈折率と前記第4の光学媒質の複素屈折率
とが互いに実質的に異なり、前記第2の光学媒質の複素
屈折率と前記第3の光学媒質の複素屈折率とが実質的に
等しく、前記第2の部分と前記第3の部分とが前記第2
の波長の光に対して導波路として機能することにより、
前記第3の部分に入射した前記第1の波長及び前記第2
の波長の光がその波長に応じてそれぞれ前記第1の部分
と前記第2の部分のいずれかに進むことを特徴とする。
On the other hand, the duplexer according to the present invention comprises a first optical medium, a second optical medium periodically arranged in the first optical medium, and the second optical medium in the first optical medium. A third optical medium which is arranged by replacing the continuous first portion of the periodic structure to be formed by the second optical medium;
A fourth optical medium arranged in the first optical medium by replacing a continuous second portion of a periodic structure to be formed by the second optical medium, and the first optical medium A portion in which periodicity of the second optical medium is generated in a continuous third portion of the periodic structure to be formed by the second optical medium; A duplexer having a structure in which a portion and the second portion are connected to the third portion, respectively, and for light of a first wavelength, the light of the first optical medium The complex refractive index, the complex refractive index of the second optical medium, and the complex refractive index of the third optical medium are substantially different from each other, and the complex refractive index of the second optical medium and the complex refractive index of the fourth optical medium are different. Are substantially equal to each other, and the first portion and the third
Functions as a waveguide for light of the first wavelength, and for light of a second wavelength different from the first wavelength, the complex refractive index of the first optical medium The complex refractive index of the second optical medium and the complex refractive index of the fourth optical medium are substantially different from each other, and the complex refractive index of the second optical medium and the complex refractive index of the third optical medium Are substantially equal, and the second part and the third part
By functioning as a waveguide for light with a wavelength of
The first wavelength incident on the third portion and the second wavelength
The light having the wavelength of (a) travels to one of the first part and the second part according to the wavelength.

【0029】より具体的に表現すると、複素屈折率の異
なる2種類以上の光学媒質から構成され、同種類の光学
媒質からなる部位が周期的に配列することを特徴とする
2次元あるいは3次元の構造体を有し、この構造体の周
期構造の乱れが構造体内に1次元的に連なって存在し、
その周期構造の乱れた部分が光導波路として働く構造体
において、4種類以上の光学媒質を用い、その光学媒質
をそれぞれ第1、第2、第3、第4の光学媒質とした場
合、この光導波路に入射させる2つの光の振動数を第1
の振動数および第2の振動数とした場合、第1の振動数
近傍における第1から第4までの媒質の複素屈折率をそ
れぞれ第1、第2、第3、第4の複素屈折率とし、第2
の振動数近傍における第1から第4までの媒質の複素屈
折率をそれぞれ第5、第6、第7、第8の複素屈折率と
した場合、第1の媒質中に第2の媒質による2次元ある
いは3次元の周期構造を有し、第2の媒質による2次元
あるいは3次元周期構造の一部が1次元的に連なった第
3の媒質で置き換えられ第1の部位を形成し、また別の
一部が1次元的に連なった第4の媒質で置き換えられ第
2の部位を形成し、さらに別の一部に1次元的に連なっ
た周期構造の乱れにより第3の部位が形成され、第3の
部位に、第1の部位と第2の部位が接続される場合、こ
の光素子に入射される光の第1の振動数近傍において第
1の複素屈折率と第2の複素屈折率、第2の複素屈折率
と第3の複素屈折率がそれぞれ異なり、第2の複素屈折
率と第4の複素屈折率がほぼ等しく、第3と第1の部位
が入射光の光導波路として働き、第2の振動数近傍で
は、第5の複素屈折率と第6の複素屈折率、第6の複素
屈折率と第8の複素屈折率がそれぞれ異なり、第6の複
素屈折率と第7の複素屈折率がほぼ等しく、第3と第2
の部位が入射光の光導波路として働くことにより、第3
の部位に入射した第1の振動数および第2の振動数の光
がその振動数に応じてそれぞれ第1の部位および第2の
部位に進み、導波路自体を分波器として機能させること
ができる。
More specifically, a two-dimensional or three-dimensional structure comprising two or more types of optical media having different complex refractive indices, wherein portions composed of the same type of optical medium are periodically arranged. Having a structure, and the disorder of the periodic structure of the structure exists one-dimensionally in the structure,
In a structure in which a portion where the periodic structure is disturbed functions as an optical waveguide, when four or more types of optical media are used and the first, second, third, and fourth optical media are used, respectively, The frequency of the two lights entering the wave path is
And the second frequency, the complex refractive indices of the first to fourth media near the first frequency are defined as first, second, third, and fourth complex refractive indices, respectively. , Second
When the complex refractive indices of the first to fourth media in the vicinity of the frequency of are respectively set to the fifth, sixth, seventh, and eighth complex refractive indices, 2 It has a one-dimensional or three-dimensional periodic structure, and a part of the two-dimensional or three-dimensional periodic structure of the second medium is replaced by a one-dimensionally connected third medium to form a first part. Is replaced by a one-dimensionally connected fourth medium to form a second part, and another part is formed by a one-dimensionally connected periodic structure disorder to form a third part, When the first portion and the second portion are connected to the third portion, the first complex refractive index and the second complex refractive index near the first frequency of light incident on the optical element. , The second complex refractive index and the third complex refractive index are different from each other, and the second complex refractive index and the fourth complex refractive index are different. The third and first portions function as optical waveguides for incident light, and have a fifth complex refractive index, a sixth complex refractive index, and a sixth complex refractive index near the second frequency. The eighth complex refractive index is different, the sixth complex refractive index is substantially equal to the seventh complex refractive index, and the third and second complex refractive indexes are different.
Works as an optical waveguide for incident light,
The light having the first frequency and the second frequency incident on the portion travels to the first portion and the second portion, respectively, according to the frequency, and the waveguide itself can function as a duplexer. it can.

【0030】本発明においては、光素子として機能する
際の被制御光すなわち入射光の振動数(波長)(入射光
が単色光でない場合はある広がりを持った振動数の領
域)における屈折率の空間分布が入射光に対するフォト
ニック結晶の応答を決定し、ほかの波長域における屈折
率の分布には左右されないことに着目している。
In the present invention, the refractive index of the controlled light, ie, the frequency (wavelength) of the incident light when functioning as an optical element (a region of the frequency having a certain spread when the incident light is not monochromatic light) is used. We note that the spatial distribution determines the response of the photonic crystal to the incident light, and is independent of the refractive index distribution in other wavelength ranges.

【0031】特に、本発明による能動的な光素子は、外
場により屈折率が変化する複数の光学媒質を利用してい
る。そのような光学材料でフォトニック結晶を作製する
際、ある外場の条件の下では、複数ある光学媒質のうち
のある2つの屈折率が等しく、あるいはほぼ等しくなる
ようにする。すると、光が感じる周期的な屈折率の分布
は、それら屈折率の等しい2つの光学媒質以外の光学媒
質の分布パターンとなる。
In particular, the active optical device according to the present invention utilizes a plurality of optical media whose refractive index changes according to an external field. When fabricating a photonic crystal from such an optical material, under certain external field conditions, the refractive indices of two of the plurality of optical media are made equal or nearly equal. Then, the periodic distribution of the refractive index sensed by the light becomes a distribution pattern of an optical medium other than the two optical media having the same refractive index.

【0032】また、別の外場条件の下では、別の2つの
光学媒質の屈折率が等しくなるようにする。この場合に
も、光素子の中の光は、その条件下で屈折率が等しくな
った光学媒質以外の光学媒質の分布パターンを感じる。
Further, under different external field conditions, the refractive indexes of the other two optical media are made equal. Also in this case, the light in the optical element feels a distribution pattern of an optical medium other than the optical medium having the same refractive index under the condition.

【0033】これら2つの条件下で光が感じる分布パタ
ーンを所望の結晶構造、格子点の形状、周期に設定する
ことによって、2つの大きく異なるフォトニックバンド
構造の間を外場条件を変えるだけでダイナミックに切り
替えることができる。
By setting the distribution pattern sensed by light under these two conditions to a desired crystal structure, lattice point shape, and period, it is only necessary to change the external field conditions between two greatly different photonic band structures. Can be switched dynamically.

【0034】本発明によるフォトニック結晶中のスイッ
チング可能な導波路は、上記の説明と同じ原理により、
外場の条件を変えることで光が感じるフォトニック結晶
中の屈折率の周期性の乱れの位置を切り替えることによ
り動作する。
A switchable waveguide in a photonic crystal according to the present invention, according to the same principles as described above,
It operates by changing the position of the disorder of the periodicity of the refractive index in the photonic crystal that is felt by changing the condition of the external field.

【0035】また本発明による分波器は、外場の条件を
変えるのではなく、入射する光の振動数(波長)に依存
して光学媒質の屈折率が変化することを利用している。
すなわち、波長によって光がフォトニック結晶中の屈折
率の周期性の乱れとして感じる位置が異なるような光学
媒質の組み合わせでフォトニック結晶および導波路を構
成して、分波器として機能させる。
Further, the duplexer according to the present invention utilizes the fact that the refractive index of the optical medium changes depending on the frequency (wavelength) of the incident light instead of changing the condition of the external field.
That is, the photonic crystal and the waveguide are configured with a combination of optical media such that the position at which light is perceived as disorder in the periodicity of the refractive index in the photonic crystal varies depending on the wavelength, and functions as a duplexer.

【0036】[0036]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
実施の形態について説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0037】屈折率が光の波長オーダーで空間的に周期
的な変化を示す媒体は「フォトニック結晶」と呼ばれ、
特異的な光学的性質を示す。それはこのような構造体に
おいて光が屈折率の周期性を感じ取りバンド構造を示す
からである。半導体中の電子のエネルギーにおけるバン
ドギャップと同様に、フォトニックバンド構造のなか
に、光の伝播を遮断する振動数領域であるフォトニック
バンドギャップを生じさせることができる。これらのフ
ォトニックバンド構造、フォトニックバンドギャップに
よって大きな波長分散性や異方性、狭い空間に集積可能
な急な折れ曲がり角度の導波路などが実現できる。
A medium whose refractive index changes spatially and periodically in the order of the wavelength of light is called a "photonic crystal".
Shows specific optical properties. This is because in such a structure, light senses the periodicity of the refractive index and exhibits a band structure. Similar to the band gap in the energy of electrons in a semiconductor, a photonic band gap, which is a frequency region that blocks light propagation, can be generated in a photonic band structure. With these photonic band structures and photonic band gaps, a large wavelength dispersion and anisotropy, a waveguide with a sharp bend angle that can be integrated in a narrow space, and the like can be realized.

【0038】このバンド構造を決めているのは、屈折率
の空間分布である。特に、入射光に対するフォトニック
結晶の応答を決める、入射光の波長域(振動数領域)に
おけるバンド構造は、入射光の波長域における屈折率分
布により決定される。
What determines this band structure is the spatial distribution of the refractive index. In particular, the band structure in the wavelength region (frequency region) of the incident light, which determines the response of the photonic crystal to the incident light, is determined by the refractive index distribution in the wavelength region of the incident light.

【0039】本発明においては、フォトニック結晶を構
成するのに少なくとも2種類の光学媒質を用いる。ま
た、それらの光学媒質は、それぞれ周期的に配列されて
いる。ここで「光学媒質」とは、真空中あるいは空気中
に構築した誘電体3次元周期構造の場合の空気、あるい
は真空空間のような空間や気体、液体などを含む概念で
ある。また、以下の説明では、外場の条件がAの場合
の、振動数νの光に対する第iの光学媒質の屈折率をn
i (ν,A)と書き表すことにする。「外場の条件」と
は、フォトニック結晶に印加する電場、磁場、圧力の条
件、あるいはフォトニック結晶に照射する光の強度、波
長、偏光方向などの条件、あるいはフォトニック結晶の
温度を意味する。
In the present invention, at least two types of optical media are used to construct a photonic crystal. The optical media are arranged periodically. Here, the “optical medium” is a concept including air in the case of a dielectric three-dimensional periodic structure constructed in a vacuum or air, or a space such as a vacuum space, a gas, a liquid, or the like. In the following description, when the external field condition is A, the refractive index of the i-th optical medium with respect to light having a frequency ν is n
i (ν, A). "External field conditions" refer to conditions of electric field, magnetic field, and pressure applied to the photonic crystal, or conditions such as the intensity, wavelength, and polarization direction of light applied to the photonic crystal, or the temperature of the photonic crystal. I do.

【0040】最初に、外場の条件A1において、フォト
ニック結晶を構成するN種類の光学媒質の屈折率がすべ
て異なる場合を考える。
First, let us consider a case where the N types of optical media constituting the photonic crystal have different refractive indices under the external field condition A 1 .

【0041】図1は、3種類の光学媒質の屈折率がすべ
て異なる場合を例示した概念図である。すなわち、同図
は、第1の光学媒質1の中に第2の光学媒質2と第3の
光学媒質3がそれぞれ周期的に配列した構造体を表す。
そして、第1乃至第3すなわち第1、第2、第3の光学
媒質の屈折率が互いに異なる。この条件は、次式により
表すことができる。 ni (ν1 ,A1 )≠nj (ν1 ,A1 )(i≠j) ここで、niは第jの光学媒質の屈折率を表す。この場
合、入射光の振動数ν1近傍におけるバンド構造は、
(N−1)種類の光学媒質の空間分布によって決まる屈
折率の周期構造と、N種類の光学媒質すべての屈折率に
よって決まる。図1は、N=3の場合に対応する。
FIG. 1 is a conceptual diagram exemplifying a case where the three types of optical media have different refractive indexes. That is, FIG. 1 shows a structure in which the second optical medium 2 and the third optical medium 3 are periodically arranged in the first optical medium 1.
The first to third optical media have different refractive indices from each other. This condition can be expressed by the following equation. n i (ν 1, A 1 ) ≠ n j (ν 1, A 1) (i ≠ j) , where, n i represents the refractive index of the optical medium of the j. In this case, the band structure near the frequency ν 1 of the incident light is
The periodic structure of the refractive index determined by the spatial distribution of the (N-1) types of optical media and the refractive index of all the N types of optical media. FIG. 1 corresponds to the case where N = 3.

【0042】次に、外場条件をA2 に変えてN種類のう
ちの2つの光学媒質の屈折率を等しくする。
Next, by changing the external field condition to A 2 , the refractive indices of two of the N types of optical media are made equal.

【0043】図2は、この状態を例示した概念図であ
る。例えば、屈折率を等しくする2つを、第k、第lの
光学媒質(k<l)とすると、次式により表される状態
とする。 nk (ν1 ,A2 )=nl (ν1 ,A2 ) これは、外場をA2 の状態にしたことによって、入射光
の振動数ν1 における、第kと第lの光学媒質の屈折率
が等しくなったことを意味する。ここで第kと第lの光
学媒質はお互いに接触しているとする。この状態では、
第lから第k−lの光学媒質の空間分布と、第kと第l
の光学媒質をあわせた媒質の空間分布と、第k+1から
第l−1の光学媒質の空間分布と、第l+1から第Nの
光学媒質の空間分布とそれらの屈折率によってバンド構
造か決まる。ただしN−1種類の光学媒質の空間分布が
決まれば、残り1種類の光学媒質の空間分布もきまるの
で、結局ν1 においてN−1種類の異なる屈折率を示す
N−1種類の媒質(第kと第lの光学媒質を合わせて1
種類と数える)のうちN−2種類の光学媒質の空間分布
とN−1種類の屈折率の値によってバンド構造が決ま
る。図2は、その様子をN=3の場合について表したも
のである。
FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating this state. For example, assuming that the two materials having the same refractive index are the k-th and l-th optical media (k <l), a state represented by the following equation is obtained. n k1 , A 2 ) = n l1 , A 2 ) This is because the external field is in the state of A 2 , and the k-th and l-th optics at the frequency ν 1 of the incident light are obtained. This means that the refractive indices of the media have become equal. Here, it is assumed that the k-th and l-th optical media are in contact with each other. In this state,
The spatial distribution of the l-th to (k−1) -th optical media, and the k-th and l-th
The band structure is determined by the spatial distribution of the combined optical medium, the spatial distribution of the (k + 1) th to (1-1) th optical medium, the spatial distribution of the (l + 1) to Nth optical medium, and their refractive indexes. However once the spatial distribution of N-1 type of optical medium, so determined the spatial distribution of the remaining one type of optical medium, eventually N-1 type of medium exhibiting N-1 different kinds of refractive index in [nu 1 (first k and the first optical medium are 1
The band structure is determined by the spatial distribution of the N-2 types of optical media and the refractive index values of the N-1 types. FIG. 2 shows the situation when N = 3.

【0044】次に、図3に例示したように、外場条件を
3 に変えて、第kと第lではない光学媒質の組み合わ
せである第mと第nの光学媒質(m<n)においてν1
での屈折率が等しくなるようにしたとする。すなわち nm (ν1 ,A3 )=nn (ν1 ,A3 ) となるようにする。ここで、第mと第nの光学媒質はお
互いに接触しているとする。この状態では、第lから第
m−1の光学媒質の空間分布と、第mと第nの光学媒質
をあわせた媒質の空間分布と、第m+1から第n−1ま
での光学媒質の空間分布と、第n+1から第Nの光学媒
質の空間分布とそれらの屈折率によってバンド構造が決
まる。その様子は図3に例示した通りである。
Next, as shown in FIG. 3, by changing the external field condition to A 3 , the m-th and n-th optical media (m <n) which are combinations of the k-th and the l-th optical media are not used. At ν 1
It is assumed that the refractive indices at are made equal. That is, nm1 , A 3 ) = n n1 , A 3 ). Here, it is assumed that the m-th and n-th optical media are in contact with each other. In this state, the spatial distribution of the l-th to the (m-1) -th optical medium, the spatial distribution of the medium combining the m-th and the n-th optical medium, and the spatial distribution of the (m + 1) -th to the (n-1) -th optical medium The band structure is determined by the spatial distribution of the n + 1 to N-th optical media and their refractive indexes. The situation is as illustrated in FIG.

【0045】図1〜図3に表したように、外場の条件を
1 、A2 、A3 の間で、すなわちA1 とA2 の間、A
2 とA3 の間、あるいはA1 とA3 の間で切り替えるこ
とにより、バンド構造を決める屈折率分布の空間的な配
列パターンを切り替えることが可能となる。その結果と
して、屈折率の値だけを変化させる場合よりも、入射光
に対するフォトニック結晶のバンド構造に大きな変化を
誘起することができるようになる。
As shown in FIGS. 1 to 3, the conditions of the external field are set between A 1 , A 2 and A 3 , that is, between A 1 and A 2 ,
By switching between 2 and A 3 or between A 1 and A 3 , it is possible to switch the spatial arrangement pattern of the refractive index distribution that determines the band structure. As a result, a larger change can be induced in the band structure of the photonic crystal with respect to incident light than when only the value of the refractive index is changed.

【0046】ここで、条件A2 、A3 において屈折率を
等しくした光学媒質がお互いに接していると仮定した
が、接していない場合でも、空間分布のパターンを変化
させることができる。その例を次に示す。
Here, it has been assumed that the optical media having the same refractive index are in contact with each other under the conditions A 2 and A 3. However, even when they are not in contact, the spatial distribution pattern can be changed. An example is shown below.

【0047】図4は、第1、第2、第3の光学媒質から
なるフォトニック結晶で、外場条件をA1 からA2 に切
替える場合を例示した概念図である。この場合、第1の
光学媒質1中において、第2の光学媒質2と第3の光学
媒質3がそれぞれ空間に閉める領域は周期、格子点の形
状が等しい単純立方格子であるとする。ただし、各々の
基本周期ベクトルをa、b、cで表すと、第2と第3の
光学媒質の格子点はa/2、b/2、c/2だけずれて
いる。このような光学材料を条件A1 のもとにおくと、
第2と第3の屈折率が異なるため、結晶構造は、図4
(a)に表したように、「塩化セシウム型構造」とな
る。
FIG. 4 is a conceptual diagram exemplifying a case where the external field condition is switched from A 1 to A 2 in a photonic crystal comprising the first, second and third optical media. In this case, it is assumed that, in the first optical medium 1, the regions closed by the second optical medium 2 and the third optical medium 3 in space are simple cubic lattices having the same period and the same shape of lattice points. However, when the respective basic period vectors are represented by a, b, and c, the lattice points of the second and third optical media are shifted by a / 2, b / 2, and c / 2. Placing such an optical material under the condition A 1,
Since the second and third refractive indices are different, the crystal structure is as shown in FIG.
As shown in (a), a “cesium chloride type structure” is obtained.

【0048】次に、外場条件をA2 に変えると、第2と
第3の光学媒質は入射光にとって区別がなくなるため、
図4(b)に表したように結晶構造が体心立方格子構造
となったのと同等になる。このように、条件A1 とA2
で入射光に対するフォトニック結晶の結晶構造が変化す
る。
Next, when the external field condition is changed to A 2 , the second and third optical media become indistinguishable for incident light.
As shown in FIG. 4B, the crystal structure is equivalent to a body-centered cubic lattice structure. Thus, conditions A 1 and A 2
Changes the crystal structure of the photonic crystal with respect to the incident light.

【0049】次に、図5を参照しつつ、少なくとも3種
類の光学媒質を構成要素として持つ構造体を考える。そ
の3種類の光学媒質を第1の光学媒質1、第2の光学媒
質2及び第3の光学媒質3とし、被制御光ν1 に対する
屈折率が、以下の関係を満たすものとする。 n1 (ν1 ,A1 )≠n2 (ν1 ,A1 ) n2 (ν1 ,A1 )≠n3 (ν1 ,A1 ) この第1の媒質中に第2の媒質による3次元の周期構造
を構成する。その場合、その周期構造により生成される
フォトニック結晶が、入射光振動数ν1 において広い方
向に対するバンドギャップを開くことが望ましく、特に
全方位にバンドギャップが開くダイヤモンド構造を形成
することが望ましい。
Next, a structure having at least three types of optical media as constituent elements will be considered with reference to FIG. The three optical medium as a first optical medium 1, the second optical medium 2 and the third optical medium 3, the refractive index with respect to the control light [nu 1 is assumed to satisfy the following relation. n 11 , A 1 ) ≠ n 21 , A 1 ) n 21 , A 1 ) ≠ n 31 , A 1 ) In the first medium, the second medium Construct a three-dimensional periodic structure. In that case, it is desirable that the photonic crystal generated by the periodic structure opens a band gap in a wide direction at the incident light frequency ν 1 , and it is particularly desirable to form a diamond structure in which the band gap opens in all directions.

【0050】この周期構造を構成する第2の媒質の一部
を、図5(a)に表したように、1次元的に連なる第3
の光学媒質で置き換える。すると、フォトニック結晶の
周期性が崩れたその1次元的に連なる部位に光が閉じ込
められ、その部位の連なる方向以外に光は伝播すること
ができず、結局その第3の物質で置き換えた部位が光導
波路として働く。
As shown in FIG. 5A, a part of the second medium constituting the periodic structure is converted into a one-dimensionally connected third medium.
Replace with the optical medium. Then, the light is confined in the one-dimensionally connected portion where the periodicity of the photonic crystal is broken, and the light cannot propagate in any direction other than the direction in which the portions are connected. Work as an optical waveguide.

【0051】次に外場条件をA2 に変化させる。この条
件下では、光学媒質の屈折率の関係は、次式の関係を満
たすものとする。 n1 (ν1 ,A2 )≠n2 (ν1 ,A2 ) n2 (ν1 ,A2 )=n3 (ν1 ,A2 ) この場合、第2と第3の光学媒質は、振動数ν1 の光に
とって同等となり、フォトニック結晶中の周期性の崩れ
は消失する。すなわち、図5(b)に表したように、導
波路が消失する。このようにして条件A1 とA2 を切り
替えることにより、導波路としての機能をON/OFF
することができる。
Next, the external field condition is changed to A 2 . Under this condition, the relationship between the refractive indices of the optical medium satisfies the following relationship. n 11 , A 2 ) ≠ n 21 , A 2 ) n 21 , A 2 ) = n 31 , A 2 ) In this case, the second and third optical media are Becomes equivalent for light having a frequency ν 1 , and the loss of periodicity in the photonic crystal disappears. That is, as shown in FIG. 5B, the waveguide disappears. By switching the conditions A 1 and A 2 in this manner, the function as the waveguide is turned ON / OFF.
can do.

【0052】次に、図6を参照しつつ、少なくとも4種
類の光学媒質を構成要素として持つ構造体を考える。そ
の4種類の光学媒質を第1の光学媒質1、第2の光学媒
質2、第3の光学媒質3及び第4の光学媒質4とし、条
件A1 における、被制御光ν 1 に対する屈折率をそれぞ
れn1 (ν1 ,A1 )、n2 (ν1 ,A1 )、n3 (ν
1 ,A1 )、n4 (ν1 ,A1 )とする。さらに、それ
ぞれの屈折率が次式の関係を満たすものとする。 n1 (ν1 ,A1 )≠n2 (ν1 ,A1 ) n2 (ν1 ,A1 )≠n3 (ν1 ,A1 ) n2 (ν1 ,A1 )≠n4 (ν1 ,A1 ) ここで、図6に例示したように、第1の媒質中に第2の
媒質による3次元の周期構造を構成すると仮定する。こ
の場合も、周期構造により生成されるフォトニック結晶
が入射光振動数ν1 において広い方向に対するバンドギ
ャップを開くことが望ましく、特に、全方位にバンドギ
ャップが開くダイヤモンド構造を形成することが望まし
い。この周期構造を有する第2の媒質の一部を、図6に
例示したように、1次元的に連なる第3の光学媒質で置
き換える。すると、フォトニック結晶の周期性が崩れた
その1次元的に連なる部位が、図5に関して前述した場
合と同様に、導波路となる。つまり、第3の光学媒質が
連なる方向以外に伝播しようとする光を閉じ込め、光導
波路として機能する。これを「第1の導波路」と呼ぶこ
とにする。
Next, referring to FIG.
Consider a structure having a kind of optical medium as a component. So
The four types of optical media are a first optical medium 1 and a second optical medium.
, The third optical medium 3 and the fourth optical medium 4,
Case A1 Controlled light ν at 1 The refractive index for
Re1 (Ν1 , A1 ), NTwo (Ν1 , A1 ), NThree (Ν
1 , A1 ), NFour (Ν1 , A1 ). Furthermore, it
It is assumed that each refractive index satisfies the following relationship. n1 (Ν1 , A1 ) ≠ nTwo (Ν1 , A1 ) NTwo (Ν1 , A1 ) ≠ nThree (Ν1 , A1 ) NTwo (Ν1 , A1 ) ≠ nFour (Ν1 , A1 Here, as illustrated in FIG. 6, the second medium is provided in the first medium.
It is assumed that a three-dimensional periodic structure is formed by a medium. This
Also, the photonic crystal generated by the periodic structure
Is the incident light frequency ν1 Bandgi for wide direction at
It is desirable to open the gap, especially in all directions
It is desirable to form a diamond structure in which the gap opens.
No. FIG. 6 shows a part of the second medium having the periodic structure.
As illustrated, the third optical medium that is connected in a one-dimensional manner is placed.
Change. Then, the periodicity of the photonic crystal collapsed
The one-dimensionally connected portion is the same as that described above with reference to FIG.
As in the case, it becomes a waveguide. That is, the third optical medium is
Encloses light that is going to propagate in directions other than
Functions as a wave path. This is called the “first waveguide”.
And

【0053】また、図6に例示したように、別の一部
を、やはり1次元的に連なる第4の光学媒質で置き換え
ると、その部分も導波路として機能する。これを「第2
の導波路」と呼ぶことにする。
As shown in FIG. 6, when another part is replaced by a one-dimensionally connected fourth optical medium, that part also functions as a waveguide. This is called "
Waveguide ".

【0054】さらに、図6に例示したように、別の一部
に1次元的に連なる周期性の乱れた部位を作成すると、
その部分も導波路となる。その部位を「第3の導波路」
と呼ぶことにする。これら3つの導波路を接続し分岐の
ある導波路を構成する。
Further, as shown in FIG. 6, when a portion having a periodicity that is one-dimensionally connected to another part is created,
That portion also becomes a waveguide. The part is called "third waveguide"
I will call it. These three waveguides are connected to form a branched waveguide.

【0055】図7は、このようにして形成した光素子の
動作を表す概念図である。
FIG. 7 is a conceptual diagram showing the operation of the optical device formed as described above.

【0056】まず、同図(a)に表したように、外場条
件A1 においては、第1、第2及び第3のいずれの導波
路も入射光に対し導波路として働く。従って、例えば第
3の導波路の左端から入射した光は、第1および第2の
導波路へとそれぞれ分岐する。
[0056] First, as shown in FIG. 6 (a), in the external field condition A 1, acts as a first, second and third one of the waveguides also waveguide with respect to the incident light. Therefore, for example, light incident from the left end of the third waveguide branches to the first and second waveguides, respectively.

【0057】次に、図7(b)に表した状態とする。す
なわち、屈折率が次式の関係を満たすような外場条件A
2とする。 n1 (ν1 ,A2 )≠n2 (ν1 ,A2 ) n2 (ν1 ,A2 )≠n3 (ν1 ,A2 ) n2 (ν1 ,A2 )=n4 (ν1 ,A2 ) すると、n2 (ν1 ,A2 )=n4 (ν1 ,A2 )とな
るために、第2の導波路であった部位は周期性の乱れた
部位ではなくなり、導波路として機能しなくなる。すな
わち、外場条件A2 では、第3の導波路を伝播してきた
光は第1の導波路のみへと進み、第2の導波路へは進ま
ない。
Next, assume the state shown in FIG. 7B. That is, the external field condition A such that the refractive index satisfies the following relationship:
Assume 2 . n 11 , A 2 ) ≠ n 21 , A 2 ) n 21 , A 2 ) ≠ n 31 , A 2 ) n 21 , A 2 ) = n 41 , A 2 ) Then, since n 21 , A 2 ) = n 41 , A 2 ), the part that was the second waveguide was a part where the periodicity was disturbed. And no longer functions as a waveguide. That is, in the external field condition A 2, the light that has propagated through the third waveguide passes to only the first waveguide, it does not proceed to the second waveguide.

【0058】次に、図7(c)に表した状態とする。す
なわち、屈折率が次式の関係を満たすように外場条件A
3 に変える。 n1 (ν1 ,A3 )≠n2 (ν1 ,A3 ) n2 (ν1 ,A3 )=n3 (ν1 ,A3 ) n2 (ν1 ,A3 )≠n4 (ν1 ,A3 ) すると、今度はn2 (ν1 ,A3 )=n3 (ν1 ,A
3 )となるために、第1の導波路であった部位が導波路
として機能しなくなる。すなわち条件A3 では第3の導
波路を伝播してきた光は第2の導波路のみへと進み、第
1の導波路へは進まない。
Next, assume the state shown in FIG. That is, the external field condition A is set so that the refractive index satisfies the following relationship:
Change to 3 . n 11 , A 3 ) ≠ n 21 , A 3 ) n 21 , A 3 ) = n 31 , A 3 ) n 21 , A 3 ) ≠ n 41 , A 3 ) Then, n 21 , A 3 ) = n 31 , A 3 )
3 ), the portion that was the first waveguide no longer functions as a waveguide. That light in propagating the third waveguide condition A 3 proceeds to only the second waveguide, does not proceed to the first waveguide.

【0059】以上説明したようにして、条件をA1 、A
2 、A3 と切り替えることにより、光導波路中を進む光
の分岐のしかたを切り替えることができる。
As described above, the conditions are A 1 , A
By switching between A 2 and A 3 , it is possible to switch the way of branching light traveling in the optical waveguide.

【0060】次に、図8を参照しつつ、入射光の波長に
よって導波路中に設けた分岐の進みかたが異なる分波器
の動作原理を説明する。
Next, with reference to FIG. 8, a description will be given of the operating principle of the duplexer provided in the waveguide in which the way of branching differs depending on the wavelength of the incident light.

【0061】図6に例示した導波路同様、少なくとも4
種類の光学媒質を構成要素として持つ構造体を想定し、
その4種類の光学媒質を、第1、第2、第3及び第4の
光学媒質とする。また、これらの光学媒質の、外場条件
1における、入射光振動数ν1およびν2に対する屈折
率をそれぞれ、n1 (ν1 ,A1 )、n2 (ν1 ,A
1 )、n3 (ν1 ,A1 )、n4 (ν1 ,A1 )およ
び、n1 (ν2 ,A1 )、n2 (ν2 ,A1 )、n3
(ν2 ,A1 )、n4 (ν2 ,A1 )とする。
As in the waveguide illustrated in FIG.
Assuming a structure having various types of optical media as components,
The four types of optical media are referred to as first, second, third, and fourth optical media.
An optical medium. In addition, the external field conditions of these optical media
A1At the incident light frequency ν1And νTwoRefraction for
Rate n1 (Ν1 , A1 ), NTwo (Ν1 , A
1 ), NThree (Ν1 , A1 ), NFour (Ν1 , A1 ) And
And n1 (ΝTwo , A1 ), NTwo (ΝTwo , A1 ), NThree 
Two , A1 ), NFour (ΝTwo , A1 ).

【0062】そして、これらの屈折率が次式の関係を満
たすものとする。 n1 (ν1 ,A1 )≠n2 (ν1 ,A1 ) n2 (ν1 ,A1 )≠n3 (ν1 ,A1 ) n2 (ν1 ,A1 )=n4 (ν1 ,A1 ) n1 (ν2 ,A1 )≠n2 (ν2 ,A1 ) n2 (ν2 ,A1 )=n3 (ν2 ,A1 ) n2 (ν2 ,A1 )≠n4 (ν2 ,A1 ) 図8(a)及び(b)は、これらの光学媒質によって形
成された分岐のある導波路を有する光素子を表す概念図
である。すなわち、まず第1の媒質中に第2の媒質によ
る3次元の周期構造を構成する。この場合も、周期構造
により生成されるフォトニック結晶が入射光振動数
ν1、ν2において広い方向に対するバンドギャップを開
くことが望ましく、特に全方位にバンドギャップが開く
ダイヤモンド構造を形成することが望ましい。
It is assumed that these refractive indices satisfy the following relationship. n 11 , A 1 ) ≠ n 21 , A 1 ) n 21 , A 1 ) ≠ n 31 , A 1 ) n 21 , A 1 ) = n 41 , A 1 ) n 12 , A 1 ) ≠ n 22 , A 1 ) n 22 , A 1 ) = n 32 , A 1 ) n 22 , A 1 ) ≠ n 42 , A 1 ) FIGS. 8A and 8B are conceptual diagrams showing an optical element having a branched waveguide formed by these optical media. That is, first, a three-dimensional periodic structure is formed by the second medium in the first medium. Also in this case, it is desirable that the photonic crystal generated by the periodic structure opens a band gap in a wide direction at incident light frequencies ν 1 and ν 2 , and in particular, to form a diamond structure in which the band gap opens in all directions. desirable.

【0063】この周期構造を有する第2の媒質の一部
を、図8(a)に例示したように、1次元的に連なる第
3の光学媒質で置き換える。するとn2 (ν1 ,A1
≠n3(ν1 ,A1 )であることから、振動数ν1 の光
にとっては、その部位がフォトニック結晶の周期性が崩
れた部位となり、第3の光学媒質が連なる方向以外に伝
播しようとする振動数ν1 の光を閉じ込め、光導波路と
して機能する。しかし振動数ν2 の光に対しては、n2
(ν2 ,A1 )=n3 (ν2 ,A1 )であることから、
周期性が乱れた部位にはならず、導波路としては機能し
ない。この部位を「第1の導波路」と呼ぶことにする。
A part of the second medium having the periodic structure is replaced by a one-dimensionally connected third optical medium as illustrated in FIG. 8A. Then, n 21 , A 1 )
Since ≠ n 31 , A 1 ), for light having the frequency ν 1 , that part becomes a part where the periodicity of the photonic crystal is broken and propagates in a direction other than the direction in which the third optical medium continues. The light having the frequency ν 1 to be confined functions as an optical waveguide. However, for light of frequency ν 2 , n 2
Since (ν 2 , A 1 ) = n 32 , A 1 ),
It does not become a part where periodicity is disturbed, and does not function as a waveguide. This portion will be referred to as a “first waveguide”.

【0064】また、別の一部を、図8(a)に例示した
ように、やはり1次元的に連なる第4の光学媒質で置き
換えると、その部位はn2 (ν1 ,A1 )=n4 (ν
1 ,A 1 )であることから、振動数ν1 の光にとっては
周期性の乱れた部位にはならず、導波路として機能しな
い。しかし振動数ν2 の光に対しては、n2 (ν2 ,A
1 )≠n4 (ν2 ,A1 )であることから、周期性の乱
れた部位となり導波路として機能する。この部位を「第
2の導波路」と呼ぶことにする。
Another part is illustrated in FIG.
As in the fourth optical medium, which is also one-dimensionally connected.
In other words, the site is nTwo (Ν1 , A1 ) = NFour (Ν
1 , A 1 ), The frequency ν1 For the light of
It does not become a part where periodicity is disturbed and does not function as a waveguide.
No. But the frequency νTwo For light of nTwo (ΝTwo , A
1 ) ≠ nFour (ΝTwo , A1 ), The periodicity
And functions as a waveguide. This part is
Two waveguides ".

【0065】さらに別の部位に、図8(a)に例示した
ように、1次元的に連なった、振動数ν1 の光およびν
2 の光に対する周期性の乱れを形成し、「第3の導波
路」とする。この第3の導波路に、第1と第2の導波路
を接続する。
As shown in FIG. 8 (a), the light having the frequency ν 1 and the light ν
The disorder of the periodicity with respect to the second light is formed, which is referred to as a “third waveguide”. The first and second waveguides are connected to the third waveguide.

【0066】図8(b)に表したように、この導波路の
第3の導波路からなる部分の左端から振動数ν1 の光と
ν2 の光を入射すると、振動数ν1 の光は、分岐におい
て、導波路1からなる部分には進むが、導波路2からな
る部分には進まない。逆に、振動数ν2 の光は、導波路
1からなる部分には進まないが、導波路2からなる部分
に進む。このようにして、第3の導波路を伝播してきた
ν1とν2 の光を振動数(波長)によって分岐すること
が可能となる。
As shown in FIG. 8B, when light of frequency ν 1 and light of frequency ν 2 are incident from the left end of the third waveguide portion of this waveguide, light of frequency ν 1 is emitted. Goes to the portion consisting of the waveguide 1 in the branch, but does not go to the portion consisting of the waveguide 2. Conversely, the light having the frequency ν 2 does not travel to the portion consisting of the waveguide 1, but travels to the portion consisting of the waveguide 2. In this way, it becomes possible to split the light of ν 1 and ν 2 propagating through the third waveguide according to the frequency (wavelength).

【0067】以上図5乃至図8に関して前述した導波路
を有する光素子の説明においては、3次元的なフォトニ
ック結晶中に設けた1次元的な導波路について説明し
た。しかし、本発明は、3次元のフォトニック結晶に限
定されるものではない。すなわち、2次元的な周期構造
を持つフォトニック結晶中の1次元的な周期構造の乱れ
を利用した導波路においても全く同様に適用できる。
In the description of the optical device having a waveguide described above with reference to FIGS. 5 to 8, a one-dimensional waveguide provided in a three-dimensional photonic crystal has been described. However, the present invention is not limited to a three-dimensional photonic crystal. That is, the present invention can be applied to a waveguide using a disorder of a one-dimensional periodic structure in a photonic crystal having a two-dimensional periodic structure.

【0068】また、図1乃至図8に関して前述したフォ
トニックバンド構造の能動的な切り替え、あるいは導波
路におけるスイッチングは、外場による屈折率の単なる
変化を利用するのではなく、物質による屈折率の外場依
存性の違いを利用して、外場の印加によりフォトニック
結晶あるいはそれを用いた光素子を構成する複数の光学
材料のうち、2つの光学材料に関しては、屈折率の値を
ある波長において等しくする、あるいは近づけることが
可能であることを利用したものである。
In addition, the active switching of the photonic band structure or the switching in the waveguide described above with reference to FIGS. 1 to 8 does not use a mere change in the refractive index due to an external field, but uses the refractive index of a substance. By utilizing the difference of the external field, by applying an external field, the refractive index of two optical materials among a plurality of optical materials constituting a photonic crystal or an optical element using the same is changed to a certain wavelength. The fact that it is possible to make them equal or close to each other is used.

【0069】図9は、3種類の光学媒質について屈折率
の外場に対する依存性を例示したグラフ図である。外場
としては、電場、磁場、光、圧力、温度などが利用でき
る。これらの外場の主な種類と、それを加えた場合に屈
折率変化が誘起され本発明のフォトニックバンド構造の
切り替えに利用できる主な機構を、以下に列挙する。
FIG. 9 is a graph illustrating the dependence of the refractive index on the external field for three types of optical media. As the external field, an electric field, a magnetic field, light, pressure, temperature and the like can be used. The main types of these external fields and the main mechanisms that can be used to switch the photonic band structure of the present invention when a change in the refractive index is induced by adding them are listed below.

【0070】電場に関しては、シュタルクシフト、
フランツ・ケルディッシュ効果、ボッケルス効果、
カー効果、配向変化による屈折率変化(特に偏光に対
して効果的)などを利用することができる。
Regarding the electric field, Stark shift,
Franz Keldysh effect, Bockels effect,
A Kerr effect, a change in refractive index due to a change in orientation (particularly effective for polarized light), and the like can be used.

【0071】磁場に関しては、磁場による準位分裂に
伴う共鳴エネルギーのシフトに起因する屈折率変化、
Cotton-Mouton効果などを利用することができる。
Regarding the magnetic field, a change in the refractive index caused by a shift in resonance energy accompanying level splitting by the magnetic field;
The Cotton-Mouton effect can be used.

【0072】光に関しては、オプティカルシュタルク
効果、光励起によるポピュレーション移動に伴う屈折
率変化(吸収飽和)、光照射による量子干渉に起因す
る屈折率変化(Electromagnetically Induced Transp
arency)、光異性化による屈折率変化、光照射によ
る構造変化による屈折率変化、光イオン化による屈折
率変化などを利用することができる。
Regarding light, the optical Stark effect, the change in the refractive index due to the movement of the population due to light excitation (absorption saturation), and the change in the refractive index due to quantum interference due to light irradiation (Electromagnetically Induced Transp.
arity), a refractive index change due to photoisomerization, a refractive index change due to a structural change due to light irradiation, a refractive index change due to photoionization, and the like can be used.

【0073】圧力に関しては、ピエゾ反射効果(piez
oreflectance effect)を利用することができる。
Regarding the pressure, the piezo-reflection effect (piez
oreflectance effect).

【0074】温度に関しては、温度変化による電子構
造のバンドシフトに伴う屈折率変化、温度変化による
異性化に伴う屈折率変化、温度変化による構造変化に
伴う屈折率変化を利用することができる。
As for the temperature, it is possible to use a refractive index change due to a band shift of an electronic structure due to a temperature change, a refractive index change due to isomerization due to a temperature change, and a refractive index change due to a structural change due to a temperature change.

【0075】さらに、上記した外場のいずれか2つ以上
組み合わせても、効果的に屈折率変化の誘起が可能であ
る。また、本発明では、上記の説明と全く同じ機構によ
り、被制御光としてある特定の偏光を利用しその偏光に
対する屈折率変化が誘起される物質でフォトニック結晶
を構成すれば、その特定の偏光に対してフォトニックバ
ンド構造のダイナミックな切り替え、導波路のスイッチ
ング、分波が可能である。
Further, even if any two or more of the above-mentioned external fields are combined, a change in the refractive index can be effectively induced. Further, in the present invention, by using exactly the same mechanism as described above, if a photonic crystal is made of a substance that uses a specific polarized light as the controlled light and induces a change in the refractive index with respect to the polarized light, the specific polarized light can be obtained. In contrast, dynamic switching of the photonic band structure, switching of the waveguide, and demultiplexing are possible.

【0076】[0076]

【実施例】以下に図面を参照しながら本発明の実施例を
説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0077】(実施例1)本発明の一実施例としての光
素子を作成するために、まず、フォトニック結晶の骨組
みとなるシリカ(SiO2)の多孔体を用意した。この
多孔体のサイズは1mm×1mm×1mm、空孔率は9
0%以上、平均空孔径は30nmで、空気に近い1.0
15〜1.055の屈折率を示す。
Example 1 In order to fabricate an optical device as one example of the present invention, first, a porous material of silica (SiO 2 ) serving as a framework of a photonic crystal was prepared. The size of this porous body is 1 mm × 1 mm × 1 mm, and the porosity is 9
0% or more, the average pore diameter is 30 nm, and 1.0
Indicates a refractive index of 15 to 1.055.

【0078】このシリカ多孔体をルテニウム錯体のエタ
ノール溶液に浸し、ルテニウム錯体を含浸させた。
This porous silica was immersed in an ethanol solution of a ruthenium complex to impregnate the ruthenium complex.

【0079】図10は、ルテニウム錯体の構造式を表
す。エタノール溶液には約1時間浸し、その間加熱、還
流を行い、シリカ多孔体の内壁にルテニウム錯体を吸着
させた。その後、シリカ多孔体をエタノールで洗浄し、
未吸着のルテニウム錯体を洗い出した。
FIG. 10 shows the structural formula of the ruthenium complex. It was immersed in an ethanol solution for about 1 hour, during which heating and refluxing were performed to adsorb the ruthenium complex on the inner wall of the porous silica. Then, the silica porous body is washed with ethanol,
Unadsorbed ruthenium complex was washed out.

【0080】次に、QスイッチYAGレーザの第4高調
波(波長266nm)のレーザ光を、レンズでスポット
径約300nmに集光し、上記の処理をほどこしたシリ
カ多孔体に照射した。その際、ミラーをピエゾ素子利用
の駆動系で操作し、シリカ多孔体の内部に焦点を結ぶよ
うにし、さらにその焦点の位置を順次変えながら焦点で
3次元のパターニングを行った。焦点では、強度の高い
紫外光によりルテニウム錯体が分解した。パターニング
にあたっては、ルテニウム錯体が分解されないで残る部
分が、格子定数700nmの面心立方格子を形成するよ
うにした。
Next, a laser beam of the fourth harmonic (wavelength: 266 nm) of the Q-switched YAG laser was condensed by a lens to a spot diameter of about 300 nm, and was irradiated on the porous silica thus treated. At that time, the mirror was operated by a driving system using a piezo element to focus on the inside of the porous silica material, and three-dimensional patterning was performed at the focal point while sequentially changing the position of the focal point. At the focus, the ruthenium complex was decomposed by intense ultraviolet light. In patterning, the remaining portion of the ruthenium complex without being decomposed forms a face-centered cubic lattice with a lattice constant of 700 nm.

【0081】図11は、シリカ多孔体中のルテニウム錯
体の分布を表す概念図である。同図に表したように、ル
テニウム錯体が面心立方格子を形成するように形成す
る。また、図11に表したように、面心立方格子の各格
子点における強い紫外線が照射されていない部位が、長
径約350nm、短径約300nmのラグビーボール型
になるようにした。さらに、その長径の軸が、最近接格
子点の方向に向くようにした。このようにすることで、
面心立方格子を形成するラグビーボール状の部位のみ
に、分解されないルテニウム錯体が残った。シリカ多孔
体の内部にあるルテニウム錯体の分解生成物を取り除く
ために、エタノールおよびメタノールを用い洗浄を行っ
た。
FIG. 11 is a conceptual diagram showing the distribution of a ruthenium complex in a porous silica material. As shown in the figure, the ruthenium complex is formed so as to form a face-centered cubic lattice. In addition, as shown in FIG. 11, the portion of each lattice point of the face-centered cubic lattice that was not irradiated with strong ultraviolet rays was a rugby ball type having a major axis of about 350 nm and a minor axis of about 300 nm. Further, the axis of the major axis is directed to the direction of the closest lattice point. By doing this,
The undecomposed ruthenium complex remained only in the rugby ball-shaped portion forming the face-centered cubic lattice. In order to remove the decomposition products of the ruthenium complex inside the porous silica, washing was performed using ethanol and methanol.

【0082】次に、このシリカ多孔体をエポキシ樹脂で
あるセロキサイド2021(商標名:ダイセル化学社
製)に光酸発生剤である4−モルホリノ−2,5ジブチ
ロキシベンゼンジアゾニウホウフッカ塩を1%加えた液
体に浸し、この液体を含浸させた。
Next, this silica porous material was mixed with 4-epoxymorphino-2,5-dibutyroxybenzenediazoniuoufukka salt as a photoacid generator in Celoxide 2021 (trade name, manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd.) as an epoxy resin. % Of the liquid and impregnated with the liquid.

【0083】その後、エキシマーレーザ励起の色素レー
ザにより波長407nmのレーザ光を発生させ、波長2
66nmの光によるパターニングを行ったのと同様の装
置を用いて、エポキシ樹脂を含浸させたシリカ多孔体の
内部に焦点を結ばせ、その位置を順次変え、格子定数
1.4μmの面心立方格子を形成する位置に、波長40
7nmの強い光が照射されるようにした。また、それぞ
れの格子点では、波長407nmの強い光が照射される
部位が、長径約450nm、短径約400nmのラグビ
ーボール型になるようにし、またその長径の軸が、最近
接格子点の方向に向くようにした。
Thereafter, a laser beam having a wavelength of 407 nm is generated by a dye laser excited by an excimer laser,
Using a device similar to that used for patterning with light of 66 nm, the inside of the porous silica impregnated with epoxy resin was focused, and its position was sequentially changed to obtain a face-centered cubic lattice having a lattice constant of 1.4 μm. At the position where the wavelength 40 is formed.
Irradiation with intense light of 7 nm was performed. At each lattice point, the part to be irradiated with strong light having a wavelength of 407 nm is formed as a rugby ball type having a major axis of about 450 nm and a minor axis of about 400 nm, and the axis of the major axis is oriented in the direction of the nearest lattice point. I turned to.

【0084】この波長407nmの光によるパターニン
グにあたっては、シリカ多孔体に形成したマーカーでの
位置合わせにより、波長266nmの光で形成したパタ
ーンと中心が重ならない位置にパターン形成を行った。
さらにこのシリカ多孔体を60度に保ったまま5時間加
熱した。そうすることで、格子定数1.4μmの面心立
方格子を形成するラグビーボール状の部位のみに、エポ
キシ樹脂の硬化した部位が形成された。その後、アセト
ンおよびメタノールでシリカ多孔体を洗浄し、未硬化樹
脂および酸発生剤の除去を行った。
In patterning with light having a wavelength of 407 nm, a pattern was formed at a position where the center did not overlap with the pattern formed with light having a wavelength of 266 nm by alignment with a marker formed on a porous silica material.
Further, the porous silica was heated at 60 ° C. for 5 hours. By doing so, a cured portion of the epoxy resin was formed only in a rugby ball-shaped portion forming a face-centered cubic lattice having a lattice constant of 1.4 μm. Thereafter, the porous silica was washed with acetone and methanol to remove the uncured resin and the acid generator.

【0085】次に、10重量%の色素(ラムダフィジッ
ク社製、IR26)を含むメチルメタクリレート中に上
記の処理を行ったシリカ多孔体を浸し、メチルメタクリ
レートを含浸させた。その後、シリカ多孔体全体にエキ
シマー励起の色素レーザからの波長500nmのレーザ
光を照射したところ、シリカ多孔体中のルテニウム錯体
が付着した部位に染み込んだメチルメタクリレートのみ
が、ルテニウム錯体の触媒作用により重合した。光重合
後、アセトンによりシリカ多孔体を洗浄し、重合してい
ないメチルメタクリレートを除去した。その結果、格子
定数700nmの面心立方格子を形成する部位にラグビ
ーボール型のポリメチルメタクリレートが形成された。
Next, the porous silica thus treated was immersed in methyl methacrylate containing 10% by weight of a dye (manufactured by Lambda Physics Co., Ltd., IR26), and impregnated with methyl methacrylate. Thereafter, when the entire porous silica was irradiated with a laser beam having a wavelength of 500 nm from an excimer-excited dye laser, only methyl methacrylate that permeated the ruthenium complex in the porous silica was polymerized by the catalytic action of the ruthenium complex. did. After photopolymerization, the porous silica was washed with acetone to remove unpolymerized methyl methacrylate. As a result, rugby ball-type polymethyl methacrylate was formed at a portion where a face-centered cubic lattice having a lattice constant of 700 nm was formed.

【0086】次に、シリカ多孔体の中の、エポキシ樹脂
およびポリメチルメタリレートで占められていない部位
に、再びエタノール溶液によりルテニウム錯体を吸着さ
せ、未吸着分を洗浄により除去し、さらに2重量%の色
素(ラムダフィジック社製、IR26)を含むメチルメ
タクリレートを含浸させた。その後、波長500nmの
レーザ光照射により、メチルメタクリレートを重合させ
た。
Next, the ruthenium complex was again adsorbed to the portion of the porous silica which was not occupied by the epoxy resin and polymethyl methacrylate with an ethanol solution, and the unadsorbed portion was removed by washing, and further 2 wt. % Of the dye (Lambda Physic, IR26) containing methyl methacrylate. Thereafter, methyl methacrylate was polymerized by irradiation with a laser beam having a wavelength of 500 nm.

【0087】図12は、このようにして作成したフォト
ニック結晶の構造を表す概念図である。同図に表したよ
うに、本実施例のフォトニック結晶は、マトリクスとし
て色素を2重量%含有するポリメチルメタクリレートを
有し、このマトリックス中に、ラグビーボール状の色素
10重量%を含有したポリメチルメタリレートからなる
格子定数700nmの面心立方格子と、エポキシ樹脂か
らなる格子定数1.4μmの面心立方格子とが形成され
ている。
FIG. 12 is a conceptual diagram showing the structure of the photonic crystal thus created. As shown in the figure, the photonic crystal of this example has a polymethyl methacrylate containing 2% by weight of a dye as a matrix, and the matrix contains 10% by weight of a rugby ball-shaped dye. A face-centered cubic lattice with a lattice constant of 700 nm made of methyl methacrylate and a face-centered cubic lattice with a lattice constant of 1.4 μm made of an epoxy resin are formed.

【0088】このフォトニック結晶について波長100
0nm付近の赤外反射スペクトルを測定したところ、ち
ょうど1000nm付近に大きな反射ピークが現れた。
これは、1000nm付近の波長領域では、2重量%色
素を分散させたポリメチルメタクリレートと、エポキシ
樹脂の屈折率の差より、10重量%の色素を分散させた
ポリメチルメタクリレートと2重量%色素を分散させた
ポリメチルメタクリレートの屈折率の差の方が大きく、
主に、格子定数700nmの面心立方型に並んだ10重
量%の色素を分散させたポリメチルメタクリレートの空
間パターンによってフォトニックバンドが形成されたた
めである。これにより反射率の特に高い領域が、100
0nm付近に現れたものと考えられる。
This photonic crystal has a wavelength of 100
When the infrared reflection spectrum at around 0 nm was measured, a large reflection peak appeared just at around 1000 nm.
This is because, in the wavelength region around 1000 nm, polymethyl methacrylate in which 2% by weight of a dye is dispersed, and polymethyl methacrylate in which 10% by weight of a dye is dispersed and 2% by weight of a dye are determined from the difference in the refractive index of the epoxy resin. The difference in the refractive index of the dispersed polymethyl methacrylate is larger,
This is mainly because a photonic band was formed by a spatial pattern of polymethyl methacrylate in which 10% by weight of dyes were dispersed in a face-centered cubic pattern having a lattice constant of 700 nm. As a result, a region having a particularly high reflectance is 100
It is considered that it appeared near 0 nm.

【0089】一方、このフォトニック結晶に、波長11
00nmの赤外光を照射しながら、1000nm付近の
反射スペクトルを再び測定した。
On the other hand, this photonic crystal has a wavelength of 11
While irradiating with 00 nm infrared light, the reflection spectrum at around 1000 nm was measured again.

【0090】図13は、波長1100nmの赤外光の照
射・非照射状態での1000nm付近の反射スペクトル
表すグラフ図である。同図からわかるように、波長11
00nmの赤外光を照射した状態においては、1000
nm付近にあった大きな反射ピークが消失した。これ
は、波長1100nmの光照射により色素を分散させた
部位に吸収飽和が起こり、10重量%の色素を分散させ
たポリメチルメタクリレートと2重量%色素を分散させ
たポリメチルメタクリレートの屈折率の差が小さくなっ
たためと考えられる。
FIG. 13 is a graph showing a reflection spectrum around 1000 nm in the irradiation / non-irradiation state of infrared light having a wavelength of 1100 nm. As can be seen from FIG.
In the state irradiated with the infrared light of 00 nm, 1000
The large reflection peak near nm disappeared. This is due to the fact that absorption saturation occurs at the site where the dye is dispersed by light irradiation at a wavelength of 1100 nm, and the difference in refractive index between polymethyl methacrylate in which 10% by weight of the dye is dispersed and polymethyl methacrylate in which 2% by weight of the dye is dispersed. This is probably due to the smaller size.

【0091】さらに、この条件では、1000nm付近
の波長領域では2重量%色素を分散させたポリメチルメ
タクリレートとエポキシ樹脂の屈折率の差が、10重量
%の色素を分散させたポリメチルメタクリレートと2重
量%色素を分散させたポリメチルメタクリレートの屈折
率の差よりも大きくなっているため、格子定数1.4μ
mの面心立方を形成するエポキシ樹脂の分布パターンに
よってフォトニックバンドが形成されていると考えられ
る。実際、近赤外領域では2000nm付近に反射ピー
クが観測され、これはエポキシ樹脂の分布パターンによ
るフォトニックバンドに起因すると考えられる。
Further, under this condition, in the wavelength region around 1000 nm, the difference between the refractive index of polymethyl methacrylate in which 2% by weight of the dye is dispersed and the refractive index of the epoxy resin are 2% in comparison with the case of polymethyl methacrylate in which 10% by weight of the dye is dispersed. Since the difference in refractive index between polymethyl methacrylate in which a weight% dye is dispersed is larger than that of polymethyl methacrylate, the lattice constant is 1.4 μm.
It is considered that the photonic band is formed by the distribution pattern of the epoxy resin forming the face-centered cubic of m. Actually, in the near infrared region, a reflection peak is observed at around 2000 nm, which is considered to be due to a photonic band due to the distribution pattern of the epoxy resin.

【0092】以上詳述したように、3種類の光学媒質に
よってフォトニック結晶を構成することで、光照射によ
りある波長に対しフォトニックバンドを構成する部位の
空間パターンを切り替え、光学応答を大きく変化させる
ことができた。
As described in detail above, by forming a photonic crystal using three types of optical media, the spatial pattern of the portion forming the photonic band is switched with respect to a certain wavelength by light irradiation, and the optical response is greatly changed. I was able to.

【0093】(実施例2)実施例1で用いたものと同じ
規格、サイズのシリカ多孔体を、エポキシ樹脂であるセ
ロキサイド2021(商標名:ダイセル化学社製)に光
酸発生剤である4−モルホリノ−2,5ジブチロキシベ
ンゼンジアゾニウムホウフッカ塩を1%加えた液体に浸
し、この液体を含浸させた。その後、エキシマーレーザ
励起の色素レーザにより波長407nmのレーザ光を発
生させ、実施例1でパターニングの際に用いたのと同様
の装置を用いて、エポキシ樹脂を含浸させたシリカ多孔
体の内部に焦点を結ばせ、その位置を順次変え、格子定
数1.4μmの面心立方格子を形成する位置に、波長4
07nmの強い光が照射されるようにした。またそれぞ
れの格子点では、波長407nmの強い光が照射される
部位が、長径450nm、短径400nmのラグビーボ
ール型になるようにし、またその長径の軸が、最近接格
子点の方向に向くようにした。シリカ多孔体中に10層
以上の格子点を形成した後、このシリカ多孔体を60度
に保ったまま5時間加熱した。その後、アセトンおよび
メタノールでシリカ多孔体を洗浄し、未硬化樹脂および
酸発生剤の除去を行った。
(Example 2) A silica porous material having the same standard and size as that used in Example 1 was applied to celoxide 2021 (trade name, manufactured by Daicel Chemical Co., Ltd.) as an epoxy resin and 4- It was immersed in a liquid containing 1% of morpholino-2,5 dibutyroxybenzenediazonium boufukka salt and impregnated with the liquid. Thereafter, a laser beam having a wavelength of 407 nm was generated by a dye laser excited by an excimer laser, and focused inside the porous silica impregnated with epoxy resin using the same apparatus as that used in the patterning in Example 1. And the positions are sequentially changed, and a wavelength 4 is set at a position where a face-centered cubic lattice having a lattice constant of 1.4 μm is formed.
Intense light of 07 nm was applied. At each lattice point, the part to be irradiated with strong light having a wavelength of 407 nm is formed as a rugby ball type having a major axis of 450 nm and a minor axis of 400 nm, and the axis of the major axis is directed to the direction of the nearest lattice point. I made it. After forming 10 or more lattice points in the porous silica material, the porous silica material was heated at 60 ° C. for 5 hours. Thereafter, the porous silica was washed with acetone and methanol to remove the uncured resin and the acid generator.

【0094】次に、10重量%の色素(ラムダフィジッ
ク社製、IR26)と1重量%の4−モルホリノー2,
5ジブチロキシベンゼンジアゾニウムホウフッカ塩を含
む、エポキシ樹脂セロキサイド2021(ダイセル化学
社製)に上記の処置を行ったシリカ多孔体を浸し、色素
を含んだエポキシ樹脂を含浸させた。その後、シリカ多
孔体に形成したマーカーによる精密な位置合わせによ
り、再び試料を波長407nmのレーザ光によるパター
ニングの装置にセットし、先に形成した面心立方格子の
最上層の上に、最上層と整合の取れる形で、1次元的に
連なった一列の格子点に相当する位置に、順次光を照射
し、それぞれの格子点では、波長407nmの光が照射
される部位が、長径450nm、短径400nmのラグ
ビーボール型になるようにし、またその長径の軸が、下
層の面心立方格子を形成している格子点の長軸の向きと
一致するようにした。
Next, 10% by weight of a dye (manufactured by Lambda Physics Co., IR26) and 1% by weight of 4-morpholino 2,
The porous silica thus treated was immersed in an epoxy resin celloxide 2021 (manufactured by Daicel Chemical Co., Ltd.) containing 5 dibutyroxybenzenediazonium boufukka salt, and impregnated with an epoxy resin containing a dye. After that, the sample was set again on the patterning apparatus using a laser beam having a wavelength of 407 nm by precise alignment using the marker formed on the porous silica material, and the uppermost layer was formed on the uppermost layer of the previously formed face-centered cubic lattice. In a coordinated manner, light is sequentially radiated to positions corresponding to one-dimensionally connected one-line lattice points, and at each lattice point, a portion irradiated with light having a wavelength of 407 nm has a major axis of 450 nm and a minor axis of 450 nm. It was made to be a rugby ball type of 400 nm, and the axis of its major axis was made to coincide with the direction of the major axis of the lattice point forming the lower face-centered cubic lattice.

【0095】図14は、このようにして得られた構造を
表す概念図である。
FIG. 14 is a conceptual diagram showing the structure obtained in this way.

【0096】この色素を含む格子点形成を1列分行った
後、またこのシリカ多孔体を60度に保ったまま5時間
加熱した。その後、アセトンおよびメタノールでシリカ
多孔体を洗浄し、未硬化樹脂および酸発生剤の除去を行
った。
After one row of lattice points containing the dye were formed, the porous silica was heated at 60 ° C. for 5 hours. Thereafter, the porous silica was washed with acetone and methanol to remove the uncured resin and the acid generator.

【0097】次に、1重量%の4−モルホリノ−2,5
ジブチロキシベンゼンジアゾニウムホウフッカ塩を含
む、エポキシ樹脂セロキサイド2021(ダイセル化学
社製)に上記の処置を行ったシリカ多孔体を浸し、エポ
キシ樹脂を含浸させた。
Next, 1% by weight of 4-morpholino-2,5
The porous silica subjected to the above treatment was immersed in an epoxy resin celloxide 2021 (manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd.) containing dibutyroxybenzenediazonium boufukka salt to impregnate the epoxy resin.

【0098】その後、シリカ多孔体に形成したマーカー
による精密な位置合わせにより、再び試料を波長407
nmのレーザ光によるパターニングの装置にセットし、
先に形成した面心立方格子とその上の一列の色素を含ん
だエポキシ樹脂と整合の取れる形で、その上にさらに面
心立方格子を形成する格子点を、レーザ光を焦点を移動
させつつ照射することによって10層以上形成した。そ
の際、それぞれの格子点では、強い407nmの光が照
射される部位が、長径450nm、短径400nmのラ
グビーボール型になるようにし、またその長径の軸が、
下層の面心立方格子を形成している格子点の長軸の向き
と一致するようにした。
Thereafter, the sample was again adjusted to a wavelength of 407 by precise positioning using a marker formed on the porous silica material.
set in the patterning device by laser light of nm,
The lattice point that forms the face-centered cubic lattice on top of the previously formed face-centered cubic lattice and the epoxy resin containing a row of dyes on top By irradiation, 10 or more layers were formed. At that time, at each lattice point, the part irradiated with strong 407 nm light is made to be a rugby ball type with a long diameter of 450 nm and a short diameter of 400 nm, and the axis of the long diameter is
The direction of the major axis of the lattice point forming the lower face-centered cubic lattice was made to coincide.

【0099】その後、またこのシリカ多孔体を60度に
保ったまま5時間加熱し、次にアセトンおよびメタノー
ルでシリカ多孔体を洗浄し、未硬化樹脂および酸発生剤
の除去を行った。
Thereafter, the porous silica was heated for 5 hours while maintaining the porous silica at 60 ° C. Then, the porous silica was washed with acetone and methanol to remove the uncured resin and the acid generator.

【0100】図15は、このようにして得られたフォト
ニック結晶中の導波路機能について行った評価方法を表
す概念図である。
FIG. 15 is a conceptual diagram showing an evaluation method performed on the waveguide function in the photonic crystal thus obtained.

【0101】まず、同図(a)に表したように、フォト
ニック結晶中の1次元的に連なった色素を含むエポキシ
樹脂の端が露出するようにシリカ多孔体を削り、両端に
光ファイバーを接続した。このファイバーに波長100
0nmのレーザ光を入射したところ、フォトニック結晶
を挟んだ反対側のファイバーから、入射光強度の90%
の強度の光が出力しているのが観測された。すなわち、
1次元的に連なった色素を含むエポキシ樹脂の部分が、
フォトニック結晶中の周期性の乱れた部位となり、光導
波路として機能していることが確認できた。
First, as shown in FIG. 10A, a porous silica material is cut so that the end of an epoxy resin containing a one-dimensionally linked dye in a photonic crystal is exposed, and optical fibers are connected to both ends. did. This fiber has a wavelength of 100
When the laser light of 0 nm is incident, 90% of the incident light intensity is transmitted from the fiber on the opposite side across the photonic crystal.
It was observed that light with an intensity of was output. That is,
The part of epoxy resin containing one-dimensionally linked dye is
It became a part where periodicity was disturbed in the photonic crystal, and it was confirmed that it functioned as an optical waveguide.

【0102】次に、図15(b)に表したように、フォ
トニック結晶に波長1100nmのレーザ光を照射し、
その強度を変えていったところ、ある強度で出力光強度
がゼロになった。これは光照射により色素を含むエポキ
シ樹脂でできた格子点の屈折率が変化し、色素を含まな
い格子点との屈折率差がなくなったため、色素を含むエ
ポキシ樹脂の1次元的な連なりが導波路として機能しな
くなったためと考えられる。
Next, as shown in FIG. 15B, the photonic crystal was irradiated with a laser beam having a wavelength of 1100 nm,
When the intensity was changed, the output light intensity became zero at a certain intensity. This is because the refractive index of lattice points made of epoxy resin containing pigment changes due to light irradiation, and the difference in refractive index from lattice points containing no pigment disappears, leading to a one-dimensional connection of epoxy resin containing pigment. It is considered that it did not function as a wave path.

【0103】以上詳述したように、本実施例によれば、
1100nmの光照射によってスイッチング機能を示す
光導波路を作成することができた。
As described in detail above, according to this embodiment,
An optical waveguide exhibiting a switching function was produced by irradiating light of 1100 nm.

【0104】(実施例3)実施例2で用いたのと同じ規
格、サイズのシリカ多孔体を用い、また同様のパターニ
ング方法で、フォトニック結晶中に光導波路が形成され
た光素子を作製した。
(Example 3) An optical element having an optical waveguide formed in a photonic crystal was manufactured using a porous silica material having the same standard and size as used in Example 2, and by the same patterning method. .

【0105】図16は、本実施例において製作したフォ
トニック結晶の構造を表す概念図である。本実施例にお
いては、周期性の乱れた部位として、1100nm近傍
に吸収ピークを持つ色素(ラムダフィジク社製、IR2
6)を10重量%含んだエポキシ樹脂により形成された
格子点からなる導波路部(「導波路A」とする)のみで
なく、850nm近傍に吸収ピークを持つ色素(ラムダ
フィジク社製、IR132)を含むエポキシ樹脂による
導波路(「導波路B」とする)、および格子点のあるべ
き個所にエポキシ樹脂による格子点を形成しないことに
よる格子欠陥を1次元的に連ねたことにより形成した導
波路(「導波路C」とする)の、3種類の導波路を作製
した。これら導波路は、フォトニック結晶中において、
図16に示すように接続した。
FIG. 16 is a conceptual diagram showing the structure of the photonic crystal manufactured in this embodiment. In this example, as a site having disordered periodicity, a dye having an absorption peak near 1100 nm (IR2 manufactured by Lambda Physics, Inc.)
In addition to a waveguide part consisting of lattice points formed of an epoxy resin containing 10% by weight (hereinafter referred to as “waveguide A”), a dye having an absorption peak near 850 nm (IR132, manufactured by Lambda Physics Co., Ltd.) A waveguide formed by containing epoxy resin (hereinafter, referred to as “waveguide B”) and a lattice defect caused by not forming a lattice point of epoxy resin at a place where a lattice point should be formed in a one-dimensional manner ( (Referred to as “waveguide C”). These waveguides, in a photonic crystal,
The connections were made as shown in FIG.

【0106】この3種類の導波路のうち、導波路Cによ
り形成された導波路の左端から光ファイバーで導いた波
長1000nmのレーザ光を入射した。ただし、フォト
ニック結晶全体に波長850nmのレーザ光を照射し
た。導波路Aと導波路Bの端からの出力光を測定したと
ころ、入射レーザ光の80%以上は導波路Aから出力さ
れていることがわかった。これは、以下の機構によると
考えられる。
Of these three types of waveguides, a laser beam having a wavelength of 1000 nm guided by an optical fiber was incident from the left end of the waveguide formed by waveguide C. However, the entire photonic crystal was irradiated with a laser beam having a wavelength of 850 nm. When the output light from the ends of the waveguides A and B was measured, it was found that 80% or more of the incident laser light was output from the waveguide A. This is considered to be due to the following mechanism.

【0107】すなわち、この条件下では、入射した10
00nmの光の波長は、導波路Aに関しては吸収ピーク
波長1100nmの高エネルギー側に位置し、エポキシ
樹脂単独の屈折率より低い屈折率を示すスペクトル領域
にある。一方、導波路Bに関しては、吸収ピーク波長8
50nmの低エネルギー側の屈折率が高くなるスペクト
ル領域にある。しかし、導波路Bは850nmのレーザ
光により強く励起されており、吸収飽和に伴い、屈折率
がエポキシ樹脂単独の場合に近い値に変わっているため
に、入射光が屈折率の周期性の乱れとは感じにくい。こ
のため、実際に導波路として働くのは、入射光が屈折率
の周期性の乱れとして感じる導波路Aだけになる。
That is, under these conditions, the incident 10
The wavelength of the light of 00 nm is located on the high energy side of the absorption peak wavelength of 1100 nm with respect to the waveguide A, and is in a spectral region showing a refractive index lower than that of the epoxy resin alone. On the other hand, for the waveguide B, the absorption peak wavelength 8
It is in the spectral region where the refractive index on the low energy side of 50 nm increases. However, the waveguide B is strongly excited by the 850 nm laser light, and the refractive index has changed to a value close to that of the epoxy resin alone due to the absorption saturation. It is hard to feel. For this reason, only the waveguide A that actually acts as a waveguide is the incident light that is perceived as disorder in the periodicity of the refractive index.

【0108】次に、フォトニック結晶全体に波長850
nmのレーザ光のかわりに波長1100nmのレーザ光
を照射した。この条件で導波路Aと導波路Bの端からの
波長1000nmのレーザ出力光を測定したところ、入
射レーザ光の80%以上は導波路Bから出力されている
ことがわかった。これは、以下の機構によると考えられ
る。
Next, the wavelength 850 is applied to the entire photonic crystal.
Irradiation with laser light having a wavelength of 1100 nm was performed instead of laser light of nm. When laser output light having a wavelength of 1000 nm from the ends of the waveguides A and B was measured under these conditions, it was found that 80% or more of the incident laser light was output from the waveguide B. This is considered to be due to the following mechanism.

【0109】すなわち、この条件下では、入射した10
00nmの光の波長は、導波路Bに関しては吸収ピーク
波長850nmの低エネルギー側に位置し、エポキシ樹
脂単独の屈折率より高い屈折率を示すスペクトル領域に
あるのに対し、導波路Aに関しては、吸収ピーク波長1
100nmの高エネルギー側の屈折率が低くなるスペク
トル領域にある。しかし、導波路Aは波長1100nm
のレーザ光により強く励起されており、吸収飽和に伴
い、屈折率がエポキシ樹脂単独の場合に近い値に変わっ
ているために、入射光が屈折率の周期性の乱れとしては
感じにくい。そのため、実際に導波路として働くのは、
入射光が屈折率の周期性の乱れとして感じる導波路Bだ
けになる。
That is, under this condition, the incident 10
The wavelength of the light of 00 nm is located on the low energy side of the absorption peak wavelength of 850 nm for the waveguide B and is in a spectral region showing a higher refractive index than the refractive index of the epoxy resin alone, whereas for the waveguide A, Absorption peak wavelength 1
It is in the spectral region where the refractive index on the high energy side of 100 nm is low. However, the waveguide A has a wavelength of 1100 nm.
Is strongly excited by the laser light, and the refractive index is changed to a value close to that of the epoxy resin alone due to the absorption saturation, so that the incident light is hardly perceived as disorder in the periodicity of the refractive index. Therefore, what actually works as a waveguide is
Only the waveguide B which the incident light feels as disorder of the periodicity of the refractive index is obtained.

【0110】以上詳述したように、本実施例によれば、
光素子に照射する光の波長を変えることにより、導波路
中を進む光の分岐のしかたを切り替えることができた。
As described in detail above, according to this embodiment,
By changing the wavelength of the light irradiating the optical element, it was possible to switch the branching of the light traveling in the waveguide.

【0111】(実施例4)実施例3で用いたのと同じ規
格、サイズのシリカ多孔体を用い、また同様のパターニ
ング方法で、フォトニック結晶中に光導波路が形成され
た光素子を作製した。
Example 4 An optical device having an optical waveguide formed in a photonic crystal was manufactured using a porous silica material having the same standard and size as that used in Example 3, and by the same patterning method. .

【0112】ただし本実施例では、周期性の乱れた部位
として、600nm近傍に吸収ピークを持つ色素(ラム
ダフィジク社製、Cresyl Violet)を10重量%含んだ
エポキシ樹脂により形成された格子点からなる導波路
(「導波路A」とする)と、450nm近傍に吸収ピー
クを持つ色素(ラムダフィジク社製、Coumarin 334)
を含むエポキシ樹脂による導波路(「導波路B」とす
る)、および格子点のあるべき個所にエポキシ樹脂によ
る格子点を形成しないことによる格子欠陥を1次元的に
連ねたことにより形成した導波路(「導波路C」とす
る)の、3種類の導波路を作製した。これら導波路は、
フォトニック結晶中で実施例3の場合と同様の配置で接
続した。
However, in this embodiment, as a portion having a disorder in periodicity, a lattice point formed of an epoxy resin containing 10% by weight of a dye having an absorption peak near 600 nm (Cresyl Violet, manufactured by Lambda Physics) is used. Waveguide (referred to as "Waveguide A") and a dye having an absorption peak near 450 nm (Coumarin 334, manufactured by Lambda Physics)
(Hereinafter referred to as "waveguide B"), and a waveguide formed by one-dimensionally connecting lattice defects due to the absence of epoxy resin lattice points where the lattice points should be. (Referred to as “waveguide C”), three types of waveguides were produced. These waveguides are
Connections were made in the photonic crystal in the same arrangement as in Example 3.

【0113】この3種類の導波路のうち、導波路Cによ
り形成された導波路部に光ファイバーで導いた波長70
0nm、及び500nmの2波長からなるレーザ光を入
射し、導波路Bおよび導波路Cからの出力光を測定した
ところ、700nmの入射光の80%以上が導波路Aか
ら、波長500nmの入射光の80%以上が導波路Bか
ら出力した。
Of the three types of waveguides, the wavelength 70 guided by the optical fiber to the waveguide portion formed by the waveguide C.
When laser light having two wavelengths of 0 nm and 500 nm was incident and the output light from the waveguides B and C was measured, 80% or more of the incident light at 700 nm was incident from the waveguide A at 500 nm. 80% or more output from the waveguide B.

【0114】これは、波長700nmの光にとっては、
導波路部の色素を含んだエポキシ樹脂がその他の部分の
エポキシ樹脂と異なり高い屈折率を示すのが導波路Aで
あり、波長500nmの光にとっては、導波路部の色素
を含んだエポキシ樹脂がその他の部分のエポキシ樹脂と
異なり高い屈折率を示すのが導波路Bであることによ
る。
This is because for light having a wavelength of 700 nm,
It is the waveguide A that the epoxy resin containing the dye of the waveguide portion has a high refractive index unlike the other portions of the epoxy resin, and for the light having a wavelength of 500 nm, the epoxy resin containing the dye of the waveguide portion has a high refractive index. The waveguide B has a high refractive index unlike the other portions of the epoxy resin.

【0115】以上説明したように、本実施例によれば、
波長に応じて分岐の方向が変わり分波器として機能する
光素子が得られた。
As described above, according to the present embodiment,
The branching direction was changed according to the wavelength, and an optical element functioning as a demultiplexer was obtained.

【0116】[0116]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
外場を変化させることにより、フォトニック結晶あるい
はその中に設けた光導波路部の屈折率に関して、入射さ
せる被制御光の振動数において屈折率がより大きく異な
る光学媒質の組み合わせが変化し、あるいは新たに屈折
率が周囲と異なる部位が周期的に出現し、すなわち変化
の後新たな周期構造をとったり、あるいはそれぞれの媒
質によりフォトニック結晶中に生じる屈折率の周期的な
比率が変化することにより、被制御光に対する、フォト
ニック結晶あるいは導波路の応答を能動的に切り替える
ことが可能である。また、被制御光の波長によって屈折
率の周期構造となる部位を異なった場所に作製すること
により、分岐において、波長によってその先進む導波路
が異なる分波器を構成することが可能である。
As described above, according to the present invention,
By changing the external field, with respect to the refractive index of the photonic crystal or the optical waveguide provided therein, the combination of optical media whose refractive index differs more greatly at the frequency of the controlled light to be incident is changed, or a new one is obtained. The site where the refractive index differs from the surroundings appears periodically, that is, a new periodic structure is taken after the change, or the periodic ratio of the refractive index generated in the photonic crystal by each medium changes, It is possible to actively switch the response of the photonic crystal or the waveguide to the controlled light. In addition, by forming a portion having a periodic structure of the refractive index in different places depending on the wavelength of the controlled light, it is possible to configure a branching filter in which the waveguide that advances further differs depending on the wavelength in the branch.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】フォトニック結晶中の屈折率分布の様子を示す
概念図。
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a state of a refractive index distribution in a photonic crystal.

【図2】フォトニック結晶中の屈折率分布の様子を示す
概念図。
FIG. 2 is a conceptual diagram showing a state of a refractive index distribution in a photonic crystal.

【図3】フォトニック結晶中の屈折率分布の様子を示す
概念図。
FIG. 3 is a conceptual diagram showing a state of a refractive index distribution in a photonic crystal.

【図4】外場条件により塩化セシウム型構造と体心立方
構造が切り替わる様子を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing a state in which a cesium chloride type structure and a body-centered cubic structure are switched depending on external field conditions.

【図5】光導波路のスイッチングの様子を示す概念図。FIG. 5 is a conceptual diagram showing a state of switching of the optical waveguide.

【図6】条件により分岐の仕方を切り替えられる光導波
路の屈折率分布を表す模式図。
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a refractive index distribution of an optical waveguide whose branching method can be switched according to conditions.

【図7】条件により光導波路中での光の伝播の方向が切
り替わる様子を示した図。
FIG. 7 is a diagram showing a state in which the direction of light propagation in the optical waveguide is switched according to conditions.

【図8】フォトニック結晶中の光導波路による分波器の
屈折率分布を表す模式図。
FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a refractive index distribution of a duplexer formed by an optical waveguide in a photonic crystal.

【図9】複数の光学媒質の屈折率が外場に依存する様子
を示す概念図。
FIG. 9 is a conceptual diagram showing how the refractive indices of a plurality of optical media depend on an external field.

【図10】本発明の一実施例に用いる光重合反応の触媒
であるルテニウム錯体の化学構造を表す図。
FIG. 10 is a diagram showing a chemical structure of a ruthenium complex which is a catalyst for a photopolymerization reaction used in one example of the present invention.

【図11】本発明のフォトニック結晶の一実施例を作製
する途中での、ルテニウム錯体のシリカ多孔体中の分布
を表す図。手前の層から一層ずつわかりやすいように影
の付け方を変えて示してある。
FIG. 11 is a view showing the distribution of a ruthenium complex in a porous silica material during the production of an example of the photonic crystal of the present invention. The shadows are shown in different ways to make it easier to understand from the layer in front.

【図12】本発明のフォトニック結晶の一実施例におけ
る構造を示す図。ただし一層目のみが示されている。
FIG. 12 is a diagram showing a structure in one embodiment of the photonic crystal of the present invention. However, only the first layer is shown.

【図13】図12のフォトニック結晶の反射スペクト
ル。
FIG. 13 is a reflection spectrum of the photonic crystal of FIG.

【図14】本発明のフォトニック結晶中の光導波路の一
実施例を作製する途中での、色素を含んだエポキシ樹脂
の配置を表す図。
FIG. 14 is a diagram showing an arrangement of an epoxy resin containing a dye during the production of an embodiment of the optical waveguide in the photonic crystal of the present invention.

【図15】本発明のフォトニック結晶中の光導波路の一
実施例におけるスイッチング動作を説明する図。
FIG. 15 is a diagram illustrating a switching operation in one embodiment of the optical waveguide in the photonic crystal of the present invention.

【図16】本発明のフォトニック結晶中の光導波路の一
実施例における導波路接続の様子を説明する図。
FIG. 16 is a view for explaining a state of waveguide connection in one embodiment of the optical waveguide in the photonic crystal of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 第1の光学媒質 2 第2の光学媒質 3 第3の光学媒質 4 第4の光学媒質 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st optical medium 2 2nd optical medium 3 3rd optical medium 4 4th optical medium

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G02B 6/12 H Fターム(参考) 2H047 KA00 LA18 NA01 NA02 NA06 NA08 QA01 QA04 RA08 2H079 AA02 AA03 AA06 AA07 AA08 AA12 BA01 CA05 CA07 DA01 DA05 DA07 EA11 2K002 AB04 BA01 BA06 BA11 BA13 CA01 CA15 DA01 EA13 HA03 HA08 HA09 HA11 HA16 HA28 HA30 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI theme coat ゛ (reference) G02B 6/12 HF term (reference) 2H047 KA00 LA18 NA01 NA02 NA06 NA08 QA01 QA04 RA08 2H079 AA02 AA03 AA06 AA07 AA08 AA12 BA01 CA05 CA07 DA01 DA05 DA07 EA11 2K002 AB04 BA01 BA06 BA11 BA13 CA01 CA15 DA01 EA13 HA03 HA08 HA09 HA11 HA16 HA28 HA30

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】第1の光学媒質中に少なくとも第2の光学
媒質と第3の光学媒質とがそれぞれ入射光の波長オーダ
ーの間隔で周期的に配列された構造体を備え、 前記構造体に印加する外場条件を変化させることによっ
て前記第1乃至第3の光学媒質の屈折率の相対的な関係
を変化させ前記構造体中に形成される屈折率の空間分布
の周期性を変化可能としたことを特徴とする光素子。
1. A structure in which at least a second optical medium and a third optical medium are periodically arranged in a first optical medium at intervals on the order of the wavelength of incident light. By changing the applied external field condition, the relative relationship between the refractive indexes of the first to third optical media can be changed, and the periodicity of the spatial distribution of the refractive index formed in the structure can be changed. An optical element characterized in that:
【請求項2】前記構造体は、 第1の外場条件においては、所定波長の前記入射光に対
して前記第1の光学媒質の屈折率と前記第2の光学媒質
の屈折率との差が前記第1の光学媒質の屈折率と前記第
3の光学媒質の屈折率との差よりも大きいことにより、
前記第2の光学媒質の周期的な配列によって前記所定波
長の入射光を変調し、 前記第1の外場条件とは異なる第2の外場条件において
は、前記所定波長の入射光に対して前記第1の光学媒質
の屈折率と前記第3の光学媒質の屈折率との差が前記第
1の光学媒質の屈折率と前記第2の光学媒質の屈折率と
の差よりも大きいことにより、前記第3の光学媒質の周
期的な配列によって前記所定波長の入射光を変調するこ
とを特徴とする請求項1記載の光素子。
2. The structure according to claim 1, wherein, under a first external field condition, a difference between a refractive index of said first optical medium and a refractive index of said second optical medium with respect to said incident light having a predetermined wavelength. Is larger than the difference between the refractive index of the first optical medium and the refractive index of the third optical medium,
The incident light of the predetermined wavelength is modulated by the periodic arrangement of the second optical medium. Under a second external field condition different from the first external field condition, the incident light of the predetermined wavelength is The difference between the refractive index of the first optical medium and the refractive index of the third optical medium is larger than the difference between the refractive index of the first optical medium and the refractive index of the second optical medium. 2. The optical element according to claim 1, wherein the incident light having the predetermined wavelength is modulated by a periodic arrangement of the third optical medium.
【請求項3】第1の光学媒質と、前記第1の光学媒質中
に周期的に配列された第2の光学媒質と、前記第1の光
学媒質中において前記第2の光学媒質により形成される
べき周期構造のうちの連続した一部分を置換して配列さ
れた第3の光学媒質と、を有する構造体を備えた光素子
であって、 第1の外場条件においては、所定波長の入射光に対して
前記第2の光学媒質の複素屈折率と前記第3の光学媒質
の複素屈折率とが実質的に異なり、前記第3の光学媒質
により置換された前記一部分が前記所定波長の入射光に
対して導波路として機能し、 前記第1の外場条件とは異なる第2の外場条件において
は、前記所定波長の入射光に対して前記第2の光学媒質
の複素屈折率と前記第3の光学媒質の複素屈折率とが実
質的に等しく、前記第3の光学媒質により置換された前
記一部分が前記所定波長の入射光に対して導波路として
機能しないことを特徴とする光素子。
3. A first optical medium, a second optical medium periodically arranged in the first optical medium, and a second optical medium formed in the first optical medium. And a third optical medium that is arranged by replacing a continuous part of a periodic structure to be formed. The complex refractive index of the second optical medium and the complex refractive index of the third optical medium are substantially different with respect to light, and the part replaced by the third optical medium is incident at the predetermined wavelength. It functions as a waveguide for light, and in a second external field condition different from the first external field condition, the complex refractive index of the second optical medium and the complex refractive index of the second wavelength The third optical medium has substantially the same complex refractive index as the third optical medium; Optical device in which the portion which is substituted by quality characterized in that it does not function as a waveguide to incident light of said predetermined wavelength.
【請求項4】第1の光学媒質と、 前記第1の光学媒質中に周期的に配列された第2の光学
媒質と、 前記第1の光学媒質中において前記第2の光学媒質によ
り形成されるべき周期構造のうちの連続した第1の部分
を置換して配列された第3の光学媒質と、 前記第1の光学媒質中において前記第2の光学媒質によ
り形成されるべき周期構造のうちの連続した第2の部分
を置換して配列された第4の光学媒質と、 前記第1の光学媒質中において前記第2の光学媒質によ
り形成されるべき周期構造のうちの連続した第3の部分
に生じた、前記第2の光学媒質による周期性が乱れた部
位と、 を有し、 前記第1の部分と前記第2の部分とがそれぞれ前記第3
の部分に接続されてなる構造体を備えた光素子であっ
て、 第1の外場条件においては、所定波長の入射光に対して
前記第1の光学媒質の複素屈折率と前記第2の光学媒質
の複素屈折率と前記第3の光学媒質の複素屈折率とが互
いに実質的に異なり、前記第2の光学媒質の複素屈折率
と前記第4の光学媒質の複素屈折率とが実質的に等し
く、前記第1の部分と前記第3の部分とが前記所定波長
の入射光に対して導波路として機能し、 前記第1の外場条件とは異なる第2の外場条件において
は、前記所定波長の入射光に対して前記第1の光学媒質
の複素屈折率と前記第2の光学媒質の複素屈折率と前記
第4の光学媒質の複素屈折率とが互いに実質的に異な
り、前記第2の光学媒質の複素屈折率と前記第3の光学
媒質の複素屈折率とが実質的に等しく、前記第2の部分
と前記第3の部分とが前記所定波長の入射光に対して導
波路として機能することにより、前記第3の部分に入射
した前記所定波長の入射光の分岐先を前記第1の部分と
前記第2の部分のいずれかに切り替え可能としたことを
特徴とする光素子。
4. A first optical medium, a second optical medium periodically arranged in the first optical medium, and a second optical medium formed in the first optical medium. A third optical medium arranged by replacing a continuous first portion of the periodic structure to be formed, and a third optical medium to be formed by the second optical medium in the first optical medium A fourth optical medium arranged by replacing the continuous second portion of the first optical medium, and a third continuous optical structure of the periodic structure to be formed by the second optical medium in the first optical medium. And a portion generated in the portion, the periodicity of which is disturbed by the second optical medium, and wherein the first portion and the second portion are each the third portion.
An optical element having a structure connected to a portion of the first optical medium, wherein, under a first external field condition, the complex refractive index of the first optical medium and the second refractive index The complex refractive index of the optical medium and the complex refractive index of the third optical medium are substantially different from each other, and the complex refractive index of the second optical medium and the complex refractive index of the fourth optical medium are substantially different. And the first portion and the third portion function as waveguides for the incident light having the predetermined wavelength. In a second external field condition different from the first external field condition, The complex refractive index of the first optical medium, the complex refractive index of the second optical medium, and the complex refractive index of the fourth optical medium are substantially different from each other with respect to the incident light having the predetermined wavelength, The complex refractive index of the second optical medium is substantially equal to the complex refractive index of the third optical medium. In addition, the second portion and the third portion function as waveguides for the incident light having the predetermined wavelength, so that the branch destination of the incident light having the predetermined wavelength incident on the third portion is determined. An optical element characterized in that it can be switched to one of the first part and the second part.
【請求項5】第1の光学媒質と、 前記第1の光学媒質中に周期的に配列された第2の光学
媒質と、 前記第1の光学媒質中において前記第2の光学媒質によ
り形成されるべき周期構造のうちの連続した第1の部分
を置換して配列された第3の光学媒質と、 前記第1の光学媒質中において前記第2の光学媒質によ
り形成されるべき周期構造のうちの連続した第2の部分
を置換して配列された第4の光学媒質と、 前記第1の光学媒質中において前記第2の光学媒質によ
り形成されるべき周期構造のうちの連続した第3の部分
に生じた、前記第2の光学媒質による周期性が乱れた部
位と、 を有し、 前記第1の部分と前記第2の部分とがそれぞれ前記第3
の部分に接続されてなる構造体を備えた分波器であっ
て、 第1の波長の入射光に対しては、前記第1の光学媒質の
複素屈折率と前記第2の光学媒質の複素屈折率と前記第
3の光学媒質の複素屈折率とが互いに実質的に異なり、
前記第2の光学媒質の複素屈折率と前記第4の光学媒質
の複素屈折率とが実質的に等しく、前記第1の部分と前
記第3の部分とが前記第1の波長の入射光に対して導波
路として機能し、 前記第1の波長とは異なる第2の波長の入射光に対して
は、前記第1の光学媒質の複素屈折率と前記第2の光学
媒質の複素屈折率と前記第4の光学媒質の複素屈折率と
が互いに実質的に異なり、前記第2の光学媒質の複素屈
折率と前記第3の光学媒質の複素屈折率とが実質的に等
しく、前記第2の部分と前記第3の部分とが前記第2の
波長の入射光に対して導波路として機能することによ
り、前記第3の部分に入射した前記第1の波長及び前記
第2の波長の入射光がその波長に応じてそれぞれ前記第
1の部分と前記第2の部分のいずれかに進むことを特徴
とする分波器。
5. A first optical medium, a second optical medium periodically arranged in the first optical medium, and a second optical medium formed in the first optical medium. A third optical medium arranged by replacing a continuous first portion of the periodic structure to be formed, and a third optical medium to be formed by the second optical medium in the first optical medium A fourth optical medium arranged by replacing the continuous second portion of the first optical medium, and a third continuous optical structure of the periodic structure to be formed by the second optical medium in the first optical medium. And a portion generated in the portion, the periodicity of which is disturbed by the second optical medium, and wherein the first portion and the second portion are each the third portion.
A splitter having a structure connected to a portion of the first optical medium, wherein, for incident light of a first wavelength, the complex refractive index of the first optical medium and the complex refractive index of the second optical medium A refractive index and a complex refractive index of the third optical medium are substantially different from each other;
The complex refractive index of the second optical medium is substantially equal to the complex refractive index of the fourth optical medium, and the first portion and the third portion are incident on the incident light of the first wavelength. For the incident light of a second wavelength different from the first wavelength, the complex refractive index of the first optical medium and the complex refractive index of the second optical medium The complex refractive index of the fourth optical medium is substantially different from the complex refractive index of the second optical medium, and the complex refractive index of the third optical medium is substantially equal to the complex refractive index of the third optical medium. The portion and the third portion function as waveguides for the incident light of the second wavelength, so that the incident light of the first wavelength and the second wavelength incident on the third portion Proceeds to one of the first portion and the second portion, respectively, according to the wavelength. Splitter.
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