二维光子晶体及采用其的光设备制造技术

本发明专利技术的目的在于提供一种具有宽的完全光子带隙（ＰＢＧ）的二维光子晶体。在切片状的主体（３１）上三角点阵状周期性配置与切片面平行的方向的截面形状为正三角形的空孔（３２）。用主体（３１）的材料覆盖该空孔（３２）的上面及下面，由此使所述截面形状在与切片面垂直的方向上不一样。由此，相对于ＴＭ偏振波的ＰＢＧ变宽，与相对于ＴＥ偏振波的ＰＢＧ重合的能量的范围变宽。该重合的部分是完全ＰＢＧ。具有与完全ＰＢＧ内的能量对应的波长的光的ＴＥ偏振波、ＴＭ偏振波双方无法在光子晶体内传播。因此，如果在该光子晶体上设置波导或谐振器，则能够防止具有所述波长的光从其向光子晶体内泄漏而造成损失。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及在波长分割多路通信等领域中光分合波器等所采用的二维光子晶体。另外，本申请所采用的“光”也包括可见光以外的电磁波。
技术介绍
光通信是承担今后的宽频带通信的中心任务的通信方式。为了普及光通信，对其系统所使用的光部件类，要求更高性能化、小型化、廉价化，作为满足如此要求的下一代光通信部件的有力候选之一，有利用了光子晶体的光通信用设备。它们已经局部进入实用化阶段，偏振波分散补偿用光子晶体纤维等已经用于实用。现在，波长分割多路通信(WavelengthDivision MultiplexingWDM)所使用的光分合波器等的开发也进而向实用化发展。光子晶体是在电介质上人工形成周期结构而成的晶体。该周期结构通常通过在电介质主体内周期性配置折射率与电介质主体不同的区域(异折射率区域)而形成。通过该周期结构，在晶体中形成与光的能量相关的带结构，形成无法传播光的能量区域。如此的能量区域被称为“光子带隙”(Photonic Band GapPBG)。形成PBG的能量区域(波段)由电介质的折射率或周期结构的周期决定。此外，通过在该光子晶体中导入适当的缺陷，而在PBG中形成能级(缺陷能级)，从而只有与该缺陷能级对应的波长的光可存在于该缺陷的附近。因此，具有如此缺陷的光子晶体可用作该波长的光谐振器。进而，通过线状设置该缺陷，能够用作波导。作为所述技术的一例，在专利文献1中记载了如下的二维光子晶体在主体(切片)上周期性配置异折射率区域，并在该周期性配置上线状地设置缺陷，由此形成波导，并且与该波导邻接而形成点状缺陷。该二维光子晶体作为将在波导内传播的各种波长的光中与谐振器的谐振波长一致的波长的光向外部取出的分波器而发挥功能，并且还作为将所述光从外部向波导导入的合波器而发挥功能。包括在专利文献1中记载的二维光子晶体，在多种二维光子晶体中设计成，相对于电场与主体平行地振动的TE偏振波或磁场与主体平行地振动的TM偏振波中任一偏振波的光形成PBG。因此，在将包含两偏振波的光导入二维光子晶体的波导或谐振器时，由于一偏振波在主体内散逸，所以波导的传播效率下降。例如，在将周期结构形成为三角点阵(三角格子)，将异折射率区域形成为圆形(圆柱状)的情况下，只相对于TE偏振波形成PBG，但在如此的二维光子晶体的波导或谐振器中，几乎不产生TE偏振波的损失，与此相对，TM偏振波由于未形成PBG，所以在主体内自由传播，从而发生损失。因此，一直在研究相对于TE偏振波及TM偏振波的双方形成PBG，使该两PBG具有共用域的二维光子晶体。以下，将该共用域称为“完全光子带隙(完全PBG)”。例如，在非专利文献1中，如图1所示，记载了通过在切片状的主体11上三角点阵状周期性配置三角形(三角柱状)的空孔12，从而形成完全PBG的二维光子晶体。在该二维光子晶体中，完全PBG内的波长的光无论是TE偏振波及TM偏振波中的哪一种，都不从波导或谐振器等向主体内泄漏，不会产生波导的传播效率的下降。专利文献1特开2001-272555号公报( ～ 、 、图1、图5～图6)非专利文献1北川均等，“二维光子晶体切片的完全光子带隙”，第50次应用物理学关系联合讲演会讲演预稿集，社团法人应用物理学会，2003年3月，p.1129如果完全PBG大，则在TE偏振波及TM偏振波中的任一种都不向主体内泄漏的条件下，例如具有容易使波导的透射波段域和谐振器的谐振波长一致等、光设备的设计自由度增大的效果。但是，如上所述，至今虽深入进行了与形成完全PBG的二维光子晶体相关的研究，但是还不能说得到了充分大的完全PBG。
技术实现思路
本专利技术所要解决的课题在于，提供一种具有比以往的二维光子晶体大的完全PBG的二维光子晶体及采用该二维光子晶体的光设备。为了解决所述问题，本专利技术提供一种二维光子晶体，其通过在切片状的主体上周期性配置折射率与该主体不同的相同形状的区域而成，其特征在于，配置所述异折射率区域的阵点的排列满足6mm的对称性，所述异折射率区域的由与主体平行的面形成的截面形状满足3m的对称性，且该截面形状在与主体垂直的方向上不一样。所述异折射率区域的由与所述主体垂直的面形成的截面的缘形状可由朝向该异折射率区域的垂直中心线呈凸状、凹状、“コ”字状、或倾斜线状或者它们的组合的形状构成。此外，所述异折射率区域的上面或下面中的一方或双方可被闭塞。所述主体的上面或下面中的一方或双方可与折射率跟主体不同的包层部件相接。在此种情况下，包层部件可采用由折射率比空气高、且折射率比主体的材料低的材料构成的部件。例如，主体采用由Si构成的部件，所述包层部件采用由SiO2构成的部件。优选，所述异折射率区域由空孔构成。本专利技术的光波导设备通过在所述本专利技术的二维光子晶体上线状设置异折射率区域的缺陷而成。此外，本专利技术的光谐振器设备通过在所述本专利技术的二维光子晶体上点状设置异折射率区域的缺陷而成。本专利技术的光分合波器具备所述本专利技术的二维光子晶体；通过在该二维光子晶体上线状设置异折射率区域的缺陷而成的至少1根光波导；通过在该光波导的附近点状设置异折射率区域的缺陷而成的至少1个光谐振器。本专利技术的二维光子晶体的制造方法是通过在切片状的主体上周期性配置空孔而成的二维光子晶体的制造方法，其特征在于，具有在所述主体上形成空孔的空孔形成工序；在与所述空孔相接的所述主体的上面或下面中的一方或双方上粘接具有与该主体相同的折射率的板状的部件的工序。还有，在本申请中为了便于说明，采用二维光子晶体的主体或异折射率区域的“上面”、及“下面”的表达，但这并不限定二维光子晶体的朝向，只不过是简单地表示1个方向。附图说明图1是表示在切片状的主体上周期性设置有三角柱状的空孔的以往的二维光子晶体的一例的立体图。图2是用于说明本专利技术的异折射率区域的形状的图。图3是表示本专利技术的异折射率区域的形状的例子的图。图4是表示用于说明异折射率区域的形状的截面的立体图。图5是表示本专利技术的二维光子晶体的一实施例的立体图(a)、俯视图(b)及截面图(c)。图6是表示本专利技术的二维光子晶体的制造方法的一实施例的截面图。图7是表示本专利技术的二维光子晶体的另一实施例的俯视图。图8是表示比较例的二维光子晶体的完全PBG的计算结果的图。图9是表示本实施例的二维光子晶体的完全PBG的计算结果的图。图10是表示本实施例的二维光子晶体的完全PBG的计算结果的图。图11是表示本实施例的二维光子晶体的完全PBG的计算结果的图。图中11、21、31、81-主体，12、32、54a、54b、54c、56、82-空孔，22-主体21的平行方向的截面，23、55-异折射率区域，24-由截面22切断的异折射率区域23的截面，25-与主体21垂直的面，26-由面25切断时的异折射率区域23的缘，40-SOI衬底，41、46-SiO2衬底，42、47-Si薄膜，43-抗蚀剂，48-二维光子晶体，51-阵点，83-包层部件。具体实施例方式本专利技术的二维光子晶体的特征在于异折射率区域的形状及其周期性的配置，但是就在切片状的主体上周期性配置折射率与其不同的区域(异折射率区域)这一点而言，与例如在专利文献1中记载的以往的二维光子晶体相同。异折射率区域可通过埋入折射率与主体不同的任何部件来形成，但也可通过在主体上设置空孔来形成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二维光子晶体，其通过在切片状的主体上周期性配置折射率与该主体不同的相同形状的区域而成，其特征在于，配置所述异折射率区域的阵点的排列满足６ｍｍ的对称性，所述异折射率区域的由与主体平行的面形成的截面形状满足３ｍ的对称性，且该 截面形状在与主体垂直的方向上不一样。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：野田进，浅野卓，北川均，高山清市，
申请(专利权)人：国立大学法人京都大学，阿尔卑斯电气株式会社，TDK株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]