波导和包含波导的装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及波导和包含波导的装置。在包含三维光子晶体的多个线状缺陷的波导中，多个线状缺陷包含通过将柱状结构中的一些的介质改变为与柱状结构的介质不同的介质形成的第一线状缺陷、和通过移动沿与第一线状缺陷相同的方向延伸的柱状结构中的一些的位置或改变其形状形成的第二线状缺陷，并且，第一线状缺陷和第二线状缺陷被设置为沿三维光子晶体的层叠方向分开０．５倍的面外晶格周期或更远。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及使用具有三维周期性折射率结构的三维光子晶体的波导以及包含这种波导的装置。
技术介绍
用尺寸等于或小于波长的结构控制电磁波的透射和反射特性的概念已由Yablonovitch提出(Physical Review Letters，Vol.58，pp.2059，1987)。根据该文献，可以通过尺寸等于或小于波长的周期性排列的结构控制电磁波的透射和反射特性。当电磁波是可见光时，光的透射和反射特性可被控制。这种结构被称为光子晶体。已建议光子晶体可用于实现在某一波长范围中光损耗为零、反射率为100％的反光镜。因此，参照半导体的能隙，将可在某个波长范围实现100％的反射率的概念称为光子带隙。另外，当尺寸等于或小于波长的结构具有三维精细周期性结构时，可以对从所有方向入射的光实现光子带隙。以下，将其称为“完全光子带隙”。可以用完全光子带隙实现具有新功能的光学装置。例如通过在光子晶体中形成诸如点缺陷或线状缺陷的周期性缺陷，光子晶体可起谐振器或波导的作用。众所周知，特别是在适当地提供线状缺陷时，可以在光被强烈限制在线状缺陷中时实现具有急弯的波导和分插波导(日本专利公报No.2001-74955和日本应用物理学会第65届会议的展开摘要，第3期，第936页)。可实现完全光子带隙的三维光子晶体的例子包含图23A～23F中所示的结构。图23A表示金刚石蛋白石结构，图23B表示木料堆结构，图23C表示螺旋结构，图23D表示唯一的三维周期性结构，图23E表示三维周期性结构的反结构，图23F表示金刚石木料堆结构。当利用通过三维光子晶体的完全光子带隙(PBG)制造波导时，一般地，对于PBG内的某个频率的光，存在以单模式引导光的频率范围和以多模式引导光的频率范围。在在波导中引导光的模式中，术语“单模式”是指对于具有某个频率的光以具有单一波数矢量的状态引导光的模式。各波导模式在波导内具有固有的周期性电磁场强度分布。在用于光路或发光装置等的波导中，波导必须具有所希望的限制效果，并且，必须在所希望的频率上以单模式引导光。另外，当在波导中引导的光被供给外部时，波导端部的光的电磁场强度分布是在与波导方向垂直的截面内具有良好的对称性的单峰强度分布是重要的。波导端部的光的电磁场强度分布是根据与波导方向垂直的面内的各波导模式的电磁场强度分布形成的。因此，波导模式具有在与波导方向垂直的面内在预定区域集中的单峰电磁场强度分布是重要的。根据日本专利公报No.2001-74955的说明书，在图23B中所示的木料堆结构内部提供线状缺陷，以形成波导。柱状结构中的一些被去除以形成线状缺陷。该结构能实现可在特定的范围中以单模式并以具有与单峰分布接近的电磁场强度分布的模式引导光的波导。但是，在光子带隙的频率范围的一部分中以多模式引导光，由此限制可用范围。并且，当构成三维光子晶体的介质由具有低折射率的介质构成时，光子带隙的宽度较小。因此，可以以单模式使用的频率范围显著减小。日本应用物理学会第65届会议的展开摘要第3期第936页说明了在图23B所示的木料堆结构内部设置线状缺陷并在邻近线状缺陷的层中另外形成柱状结构的波导。根据该波导结构，可以在相对较宽的频率范围上以单模式引导光。图24A和图24B分别表示与波导模式的波导方向垂直的面内的电磁场强度分布以及与波导方向和层叠方向平行的面中的电磁场强度分布。在图24A中，白色的中心部分代表更高的电磁场强度。该电磁场强度分布在应用上是不合适的，因为该分布具有电磁场高度集中在添加的柱状结构中的双峰电磁场强度分布。另外，电磁场强度分布在波导中显著改变(图24B)。因此，在与另一谐振器结构或另一波导结构一起配置该波导结构的情况下，当各结构的配置由于制备误差而稍微偏移时，电磁场强度分布中的位置关系显著改变。各结构的电磁场的传播特性取决于结构的电磁场强度分布的位置关系。因此，当结构的配置稍微改变时，各个结构之间的电磁场的传播特性显著改变，从而导致装置的性能的显著改变。因此，为了通过使用具有在日本应用物理学会第65届会议的展开摘要第3期第936页中说明的波导结构的装置获得所希望的性能，必须用高精度配置各个结构，并且，难以制造这种装置。并且，上述波导结构不包含用于改变波导模式的频率的元件。因此，这些结构不能提供可在所希望的频率范围上以单模式引导光的波导。
技术实现思路
本专利技术提供使用三维光子晶体的波导，在该波导中，光可以以作为单模式并在垂直于波导方向的平面内具有单峰电磁场强度分布的模式被引导，并可在所希望的频率范围上被引导，并提供包含该波导的装置。根据本专利技术的波导，在包含三维光子晶体的多个线状缺陷的波导中，三维光子晶体包含包含以预定的间隔设置的多个柱状结构的第一层；包含以预定的间隔设置的多个柱状结构的第二层，这些柱状结构沿与第一层中的柱状结构延伸的方向不同的方向延伸；包含以预定的间隔设置的多个柱状结构的第三层，这些柱状结构沿与第一层中的柱状结构相同的方向延伸；和包含以预定的间隔设置的多个柱状结构的第四层，这些柱状结构沿与第二层中的柱状结构相同的方向延伸，其中，第一层和第三层被层叠，使得设置在第一层中包含的柱状结构的位置沿与柱状结构的延伸方向垂直的方向相对于设置在第三层中包含的柱状结构的位置偏移所述预定的间隔的一半，并且，第二层和第四层被层叠，使得设置在第二层中包含的柱状结构的位置沿与柱状结构的延伸方向垂直的方向相对于设置在第四层中包含的柱状结构的位置偏移所述预定的间隔的一半。在根据本专利技术的波导中，多个线状缺陷包含通过将柱状结构中的一些的介质改变为与柱状结构的介质不同的介质形成的第一线状缺陷、和通过移动沿与第一线状缺陷相同的方向延伸的柱状结构中的一些的位置或改变其形状形成的第二线状缺陷，并且，第一线状缺陷和第二线状缺陷被设置为沿三维光子晶体的层叠方向分开0.5倍的面外晶格周期或更远。通过以下参照附图对示例性实施例的说明，本专利技术的其它特征将变得十分明显。附图说明图1是表示木料堆结构A的视图。图2包含表示木料堆结构A的各个层的视图。图3是表示木料堆结构A的规格化频率的示图。图4A～4D是根据本专利技术的第一实施例的相关部分的示意图。图5A和图5B是表示本专利技术的第一实施例的波导模式的视图。图6是表示根据本专利技术的第一实施例的规格化频率的示图。图7是表示根据本专利技术的第一实施例的规格化频率的示图。图8是表示光子晶体结构D的视图。图9包含表示光子晶体结构D的各个层的视图。图10是表示光子晶体结构D的规格化频率的示图。图11A～11D是根据本专利技术的第二实施例的相关部分的示意图。图12A和图12B是表示本专利技术的第二实施例的波导模式的视图。图13是表示本专利技术的第二实施例的规格化频率的示图。图14A～14D是根据本专利技术的第二实施例的相关部分的示意图。图15是表示本专利技术的第二实施例的规格化频率的示图。图16A～16D是根据本专利技术的第二实施例的相关部分的示意图。图17是表示本专利技术的第二实施例的规格化频率的示图。图18是表示本专利技术的第二实施例的规格化频率的示图。图19包含根据本专利技术的第五实施例的相关部分的示意图。图20包含根据本专利技术的第五实施例的相关部分的示意图。图21包含根据本专利技术的第五实施例的相关部分的示意图。图22是表示本专利技术的第五实施例的光谱的示图。图23本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种波导，包含三维光子晶体的多个线状缺陷，其中，三维光子晶体包含：包含以预定的间隔设置的多个柱状结构的第一层；包含以预定的间隔设置的多个柱状结构的第二层，这些柱状结构沿与第一层中的柱状结构延伸的方向不同的方向延伸；包含以预定的间隔设置的多个柱状结构的第三层，这些柱状结构沿与第一层中的柱状结构相同的方向延伸；和包含以预定的间隔设置的多个柱状结构的第四层，这些柱状结构沿与第二层中的柱状结构相同的方向延伸，其中，第一层和第三层被层叠，使得设置在第一层中包含的柱状结构的位置沿与柱状结构的延伸方向垂直的方向相对于设置在第三层中包含的柱状结构的位置偏移所述预定的间隔的一半，并且，第二层和第四层被层叠，使得设置在第二层中包含的柱状结构的位置沿与柱状结构的延伸方向垂直的方向相对于设置在第四层中包含的柱状结构的位置偏移所述预定的间隔的一半，所述多个线状缺陷包含通过将柱状结构中的一些的介质改变为与柱状结构的介质不同的介质形成的第一线状缺陷、和通过移动沿与第一线状缺陷相同的方向延伸的柱状结构中的一些的位置或改变其形状形成的第二线状缺陷，并且，第一线状缺 陷和第二线状缺陷被设置为沿三维光子晶体的层叠方向分开０．５倍的面外晶格周期或更远。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：池本圣雄，高木章成，星光，野林和哉，沼田爱彦，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]