JP2002071982A - 光素子、光偏向素子、光合波素子及び走査装置 - Google Patents
光素子、光偏向素子、光合波素子及び走査装置Info
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- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
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- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
- G02B6/1225—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths comprising photonic band-gap structures or photonic lattices
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- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
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- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 素子の大型化やコスト高を招くことなく、入
射された光が進行する方向を大きく変えて、その光を所
望の方向に取り出すことができる光素子等を提供する。 【解決手段】 屈折率が周期的に変化するフォトニック
結晶を材料とする光素子１０であって、第１の端面１１
に一定の入射角で入射した特定の波長の光を第２の端面
１２から所望の方向へ出射させるように、第１の端面１
１と第２の端面１２の為す角度が決められている。
射された光が進行する方向を大きく変えて、その光を所
望の方向に取り出すことができる光素子等を提供する。 【解決手段】 屈折率が周期的に変化するフォトニック
結晶を材料とする光素子１０であって、第１の端面１１
に一定の入射角で入射した特定の波長の光を第２の端面
１２から所望の方向へ出射させるように、第１の端面１
１と第２の端面１２の為す角度が決められている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、入射された光を所
望の方向へ出射させる光素子や、入射角又は波長の異な
る光を異なる方向へ出射させる光偏向素子や、入射角の
異なる複数の光を同じ方向へ合波させる光合波素子に関
する。さらに、本発明は、そのような光偏向素子を用い
る走査装置に関する。
望の方向へ出射させる光素子や、入射角又は波長の異な
る光を異なる方向へ出射させる光偏向素子や、入射角の
異なる複数の光を同じ方向へ合波させる光合波素子に関
する。さらに、本発明は、そのような光偏向素子を用い
る走査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、光素子や光偏向素子として、
プリズムや回折格子や凹レンズ等の受動素子が用いられ
ている。また、近年、光偏向素子として、音響光学効果
を応用した回折格子やガルバノスキャナ等の能動素子も
用いられている。音響光学効果を応用した回折格子は、
硝子等の媒質中に疎密波（例えば、超音波）を伝播させ
て屈折率の周期的な変化を引き起こすことによって、光
を異なる方向へ出射させる。一方、ガルバノスキャナ
は、共振ヘッドでミラーを振ることによって、光を異な
る方向へ出射させる。
プリズムや回折格子や凹レンズ等の受動素子が用いられ
ている。また、近年、光偏向素子として、音響光学効果
を応用した回折格子やガルバノスキャナ等の能動素子も
用いられている。音響光学効果を応用した回折格子は、
硝子等の媒質中に疎密波（例えば、超音波）を伝播させ
て屈折率の周期的な変化を引き起こすことによって、光
を異なる方向へ出射させる。一方、ガルバノスキャナ
は、共振ヘッドでミラーを振ることによって、光を異な
る方向へ出射させる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、プリズ
ムや回折格子や凹レンズ等の受動素子は、光を出射させ
る際の偏向角が小さいため、入射角や波長の異なる光を
十分に分波するのに長い光路を必要とする。従って、入
射角や波長の異なる光を広範囲に偏向させるためには、
素子自体を大きくしたり、長い光路を稼げるように装置
全体を大きくする必要があった。一方、音響光学効果を
応用した回折格子やガルバノスキャナ等の能動素子は、
光を広範囲に偏向させることができるものの、素子自体
が高価であり、入力に対する応答が遅い。
ムや回折格子や凹レンズ等の受動素子は、光を出射させ
る際の偏向角が小さいため、入射角や波長の異なる光を
十分に分波するのに長い光路を必要とする。従って、入
射角や波長の異なる光を広範囲に偏向させるためには、
素子自体を大きくしたり、長い光路を稼げるように装置
全体を大きくする必要があった。一方、音響光学効果を
応用した回折格子やガルバノスキャナ等の能動素子は、
光を広範囲に偏向させることができるものの、素子自体
が高価であり、入力に対する応答が遅い。
【０００４】ところで、近年、第１の媒質中に屈折率の
異なる第２の媒質が光の波長程度の周期で配列された結
晶構造を有し、従来の光学結晶と異なる光学特性を示す
結晶（フォトニック結晶）の開発が進んでいる。このフ
ォトニック結晶は、周期的に変化する屈折率分布を有し
ており、入射角や波長が僅かに異なる光を屈折させる方
向を大きく変える効果（スーパープリズム効果）を示
す。尚、フォトニック結晶が示す光学特性については、
例えば、H.Kosaka等による「Superprism phenomena in
photonic crystals」（Physical Review B Vol.58,No.1
6,1998年10月15日)や日本国特許出願公開（特開）２０
００−６６００２号公報等に詳述されている。
異なる第２の媒質が光の波長程度の周期で配列された結
晶構造を有し、従来の光学結晶と異なる光学特性を示す
結晶（フォトニック結晶）の開発が進んでいる。このフ
ォトニック結晶は、周期的に変化する屈折率分布を有し
ており、入射角や波長が僅かに異なる光を屈折させる方
向を大きく変える効果（スーパープリズム効果）を示
す。尚、フォトニック結晶が示す光学特性については、
例えば、H.Kosaka等による「Superprism phenomena in
photonic crystals」（Physical Review B Vol.58,No.1
6,1998年10月15日)や日本国特許出願公開（特開）２０
００−６６００２号公報等に詳述されている。
【０００５】近年、このようなフォトニック結晶を材料
とする光学素子が提案されている。例えば、日本国特許
出願公開（特開）２０００−５６１４６号公報には、基
板の要所にフォトニクス結晶を用いることによって、基
板内で光を自己導波的に伝播させて所望の数に分波させ
る自己導波回路が開示されている。また、日本国特許出
願公開（特開）平１１−２７１５４１号公報には、２つ
のクラッドとフォトニック結晶を材料とし、２つのクラ
ッドの間にフォトニック結晶を介在させた構造で光を波
長成分毎に分波させる波長分波回路が開示されている。
とする光学素子が提案されている。例えば、日本国特許
出願公開（特開）２０００−５６１４６号公報には、基
板の要所にフォトニクス結晶を用いることによって、基
板内で光を自己導波的に伝播させて所望の数に分波させ
る自己導波回路が開示されている。また、日本国特許出
願公開（特開）平１１−２７１５４１号公報には、２つ
のクラッドとフォトニック結晶を材料とし、２つのクラ
ッドの間にフォトニック結晶を介在させた構造で光を波
長成分毎に分波させる波長分波回路が開示されている。
【０００６】しかしながら、これらの公報に開示された
技術は、光の分波が目的であって、例えば、入射角や波
長の異なる光を異なる方向に偏向させる光偏向素子とし
て利用することはできない。このように、フォトニック
結晶を材料とする光素子、光偏向素子、光合波素子につ
いては、依然として開発されていない。
技術は、光の分波が目的であって、例えば、入射角や波
長の異なる光を異なる方向に偏向させる光偏向素子とし
て利用することはできない。このように、フォトニック
結晶を材料とする光素子、光偏向素子、光合波素子につ
いては、依然として開発されていない。
【０００７】上記事情に鑑みて、本発明は、素子の大型
化やコスト高を招くことなく、特定の波長の光の進行方
向を大きく変えて、その光を所望の方向に取り出すこと
ができる光素子を提供することを第１の目的とする。ま
た、本発明は、素子の大型化やコスト高を招くことな
く、入射角又は波長の異なる光を異なる出射角で広範囲
に偏向することができる光偏向素子を提供することを第
２の目的とする。さらに、本発明は、素子の大型化やコ
スト高を招くことなく、入射角の異なる入射光を同じ方
向へ合波させることができる光合波素子を提供すること
を第３の目的とする。また、本発明は、装置の大型化や
コスト高を招くことなく、入射角又は波長の僅かな変化
による広範囲な走査を高速で行うことができる走査装置
を提供することを第４の目的とする。
化やコスト高を招くことなく、特定の波長の光の進行方
向を大きく変えて、その光を所望の方向に取り出すこと
ができる光素子を提供することを第１の目的とする。ま
た、本発明は、素子の大型化やコスト高を招くことな
く、入射角又は波長の異なる光を異なる出射角で広範囲
に偏向することができる光偏向素子を提供することを第
２の目的とする。さらに、本発明は、素子の大型化やコ
スト高を招くことなく、入射角の異なる入射光を同じ方
向へ合波させることができる光合波素子を提供すること
を第３の目的とする。また、本発明は、装置の大型化や
コスト高を招くことなく、入射角又は波長の僅かな変化
による広範囲な走査を高速で行うことができる走査装置
を提供することを第４の目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る光素子は、位置によって屈折率が周期
的に変化するフォトニック結晶を材料とする光素子であ
って、第１の端面に一定の入射角で入射した特定の波長
の光を第２の端面から所望の方向へ出射させるように、
第１及び第２の端面の為す角度が決められている。
め、本発明に係る光素子は、位置によって屈折率が周期
的に変化するフォトニック結晶を材料とする光素子であ
って、第１の端面に一定の入射角で入射した特定の波長
の光を第２の端面から所望の方向へ出射させるように、
第１及び第２の端面の為す角度が決められている。
【０００９】本発明に係る光素子においては、光が光素
子中を伝播する方向と、光が光素子から出射する方向と
が第２の端面に対して同じ側である限り、第１の端面と
第２の端面の為す角度を高い自由度で設定できる。ま
た、この光素子は、受動素子であることから、入力に対
する応答が非常に速い。従って、本発明に係る光素子に
よれば、素子自体の大型化やコスト高を招くことなく、
特定の波長の光が進行する方向を大きく変えて、その光
を所望の方向に取り出すことができる。
子中を伝播する方向と、光が光素子から出射する方向と
が第２の端面に対して同じ側である限り、第１の端面と
第２の端面の為す角度を高い自由度で設定できる。ま
た、この光素子は、受動素子であることから、入力に対
する応答が非常に速い。従って、本発明に係る光素子に
よれば、素子自体の大型化やコスト高を招くことなく、
特定の波長の光が進行する方向を大きく変えて、その光
を所望の方向に取り出すことができる。
【００１０】また、本発明の第１の観点に係る光偏向素
子は、位置によって屈折率が周期的に変化するフォトニ
ック結晶を材料とする光偏向素子であって、第１の端面
に異なる入射角で入射した同一の波長の光を第２の端面
から異なる方向へ出射させるように、第２の端面の形状
が決められている。
子は、位置によって屈折率が周期的に変化するフォトニ
ック結晶を材料とする光偏向素子であって、第１の端面
に異なる入射角で入射した同一の波長の光を第２の端面
から異なる方向へ出射させるように、第２の端面の形状
が決められている。
【００１１】さらに、本発明の第２の観点に係る光偏向
素子は、位置によって屈折率が周期的に変化するフォト
ニック結晶を材料とする光偏向素子であって、第１の端
面に同一の入射角で入射した異なる波長の光を第２の端
面から異なる方向へ出射させるように、第２の端面の形
状が決められている。
素子は、位置によって屈折率が周期的に変化するフォト
ニック結晶を材料とする光偏向素子であって、第１の端
面に同一の入射角で入射した異なる波長の光を第２の端
面から異なる方向へ出射させるように、第２の端面の形
状が決められている。
【００１２】本発明の第１及び第２の観点に係る光偏向
素子においては、入射角又は波長の異なる光を第２の端
面から異なる方向へ出射させるように、第２の端面の形
状が決められている。これらの光偏向素子は、受動素子
であることから、入力に対する応答が非常に速い。従っ
て、本発明に係る光偏向素子によれば、素子自体の大型
化やコスト高を招くことなく、入射角又は波長の異なる
入射光を異なる方向へ広範囲に偏向することができる。
素子においては、入射角又は波長の異なる光を第２の端
面から異なる方向へ出射させるように、第２の端面の形
状が決められている。これらの光偏向素子は、受動素子
であることから、入力に対する応答が非常に速い。従っ
て、本発明に係る光偏向素子によれば、素子自体の大型
化やコスト高を招くことなく、入射角又は波長の異なる
入射光を異なる方向へ広範囲に偏向することができる。
【００１３】また、本発明に係る光合波素子は、位置に
よって屈折率が周期的に変化するフォトニック結晶を材
料とする光合波素子であって、第１の端面に異なる入射
角で入射した複数の光を第２の端面において同じ方向へ
合波させるように、第１の端面の形状が決められてい
る。
よって屈折率が周期的に変化するフォトニック結晶を材
料とする光合波素子であって、第１の端面に異なる入射
角で入射した複数の光を第２の端面において同じ方向へ
合波させるように、第１の端面の形状が決められてい
る。
【００１４】本発明に係る光合波素子においては、入射
角の異なる複数の光を第２の端面において同じ方向へ合
波させるように、第１の端面の形状が決められている。
この光合波素子は、受動素子であることから、入力に対
する応答が非常に速い。従って、本発明に係る光合波素
子によれば、素子自体の大型化やコスト高を招くことな
く、入射角の大きく異なる入射光を合波させて同一の方
向へ出射させることができる。また、これらの光合波素
子は、複数の光を合波させてより高い強度の光を生成し
たり、波長多重通信の波長混合器として用いることがで
きる。
角の異なる複数の光を第２の端面において同じ方向へ合
波させるように、第１の端面の形状が決められている。
この光合波素子は、受動素子であることから、入力に対
する応答が非常に速い。従って、本発明に係る光合波素
子によれば、素子自体の大型化やコスト高を招くことな
く、入射角の大きく異なる入射光を合波させて同一の方
向へ出射させることができる。また、これらの光合波素
子は、複数の光を合波させてより高い強度の光を生成し
たり、波長多重通信の波長混合器として用いることがで
きる。
【００１５】さらに、本発明の第１の観点に係る走査装
置は、本発明の第１の観点に係る光偏向素子と、波長が
一定の光を光偏向素子に向けて出力する光源と、光偏向
素子を振動させることによって、光偏向素子によって偏
向された光を対象物に走査させる共振ヘッドとを具備す
る。
置は、本発明の第１の観点に係る光偏向素子と、波長が
一定の光を光偏向素子に向けて出力する光源と、光偏向
素子を振動させることによって、光偏向素子によって偏
向された光を対象物に走査させる共振ヘッドとを具備す
る。
【００１６】また、本発明の第２の観点に係る走査装置
は、本発明の第２の観点に係る光偏向素子と、光偏向素
子に向けて出力する光の波長を変えることによって、光
偏向素子によって偏向された光を対象物に走査させる光
源とを具備する。
は、本発明の第２の観点に係る光偏向素子と、光偏向素
子に向けて出力する光の波長を変えることによって、光
偏向素子によって偏向された光を対象物に走査させる光
源とを具備する。
【００１７】本発明に係る走査装置を用いることによっ
て、装置全体の大型化を伴うことなく、入射角又は波長
の変化による広範囲な走査を高速で行うことができる。
て、装置全体の大型化を伴うことなく、入射角又は波長
の変化による広範囲な走査を高速で行うことができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら、
本発明の実施形態について説明する。尚、以下に用いら
れる諸数値は、説明を簡単にするための値であって、本
発明の範囲内において様々な値に変更することが可能で
ある。
本発明の実施形態について説明する。尚、以下に用いら
れる諸数値は、説明を簡単にするための値であって、本
発明の範囲内において様々な値に変更することが可能で
ある。
【００１９】図１は、本発明の一実施形態に係る光素子
の形状を示す平面図である。尚、本実施形態において
は、光素子の入射法線と、光が光素子から出射する方向
との為す角度を出射角と称している。光素子１０は、入
射された光を所望の方向へ出射させるのに用いられる受
動素子であり、図２のフォトニック結晶を材料としてい
る。
の形状を示す平面図である。尚、本実施形態において
は、光素子の入射法線と、光が光素子から出射する方向
との為す角度を出射角と称している。光素子１０は、入
射された光を所望の方向へ出射させるのに用いられる受
動素子であり、図２のフォトニック結晶を材料としてい
る。
【００２０】図２のフォトニック結晶は、多数の円孔２
０がシリコン（Ｓｉ）基板２１に２次元三角格子配列に
よって周期的に形成され、これらの円孔２０には空気が
満たされており、屈折率が周期的に変化する構造を形成
する。ここで、シリコン基板の実効屈折率を３．０６５
とし、例えば、対象となる光の真空中の波長が１．５５
μｍであり、円孔の半径ｒを０．３８７μｍ、円孔のピ
ッチａを０．９３μｍとする。
０がシリコン（Ｓｉ）基板２１に２次元三角格子配列に
よって周期的に形成され、これらの円孔２０には空気が
満たされており、屈折率が周期的に変化する構造を形成
する。ここで、シリコン基板の実効屈折率を３．０６５
とし、例えば、対象となる光の真空中の波長が１．５５
μｍであり、円孔の半径ｒを０．３８７μｍ、円孔のピ
ッチａを０．９３μｍとする。
【００２１】図２のフォトニック結晶は、例えば、シリ
コン基板上の円孔を形成しない部分にレジストを形成し
た後、垂直性の良いドライエッチングをシリコン基板に
施して作成される。
コン基板上の円孔を形成しない部分にレジストを形成し
た後、垂直性の良いドライエッチングをシリコン基板に
施して作成される。
【００２２】尚、円孔２０に空気と異なる媒質（例え
ば、硝子や誘電体やポリマー）を充填しても良く、円孔
２０に充填された媒質の屈折率がシリコンより大きくて
も良い。また、フォトニック結晶における媒質の配列
は、図２のような２次元三角格子配列に限らず、２次元
正方格子配列等の他の２次元的な周期配列や３次元的な
周期配列であっても良い。以下の各実施形態においても
同様である。
ば、硝子や誘電体やポリマー）を充填しても良く、円孔
２０に充填された媒質の屈折率がシリコンより大きくて
も良い。また、フォトニック結晶における媒質の配列
は、図２のような２次元三角格子配列に限らず、２次元
正方格子配列等の他の２次元的な周期配列や３次元的な
周期配列であっても良い。以下の各実施形態においても
同様である。
【００２３】フォトニック結晶中を伝播する光は、同結
晶の周期構造による多重散乱の影響を受けることから、
その伝播特性は、半導体における電子のバンド図に類似
したフォトニックバンド図によって説明される。例え
ば、光が図２のフォトニック結晶中を紙面に平行に伝播
し、その偏波面も紙面に平行である場合には、図３に示
すようなフォトニックバンド図が得られる。このような
フォトニックバンド図は、逆格子空間における波数ベク
トルと規格化周波数（Ω＝ωａ／（２πｃ） 但し、ω
は光の角周波数、ｃは真空中の光速）の関係を与える。
尚、図３においては、還元ゾーン形式によるフォトニッ
クバンド図が示されている。また、図３の横軸に付した
各記号「Γ」や「Ｍ」や「Ｋ」は、図４に示すような第
１ブリルアンゾーン（the first Brillouin zone）にお
ける特定の波数ベクトルを表している。
晶の周期構造による多重散乱の影響を受けることから、
その伝播特性は、半導体における電子のバンド図に類似
したフォトニックバンド図によって説明される。例え
ば、光が図２のフォトニック結晶中を紙面に平行に伝播
し、その偏波面も紙面に平行である場合には、図３に示
すようなフォトニックバンド図が得られる。このような
フォトニックバンド図は、逆格子空間における波数ベク
トルと規格化周波数（Ω＝ωａ／（２πｃ） 但し、ω
は光の角周波数、ｃは真空中の光速）の関係を与える。
尚、図３においては、還元ゾーン形式によるフォトニッ
クバンド図が示されている。また、図３の横軸に付した
各記号「Γ」や「Ｍ」や「Ｋ」は、図４に示すような第
１ブリルアンゾーン（the first Brillouin zone）にお
ける特定の波数ベクトルを表している。
【００２４】以下、対象となる光の波長を１．５５μｍ
（規格化周波数Ω＝０．６）とする場合を例に挙げて、
第１の端面１１と第２の端面１２の為す角度φを決める
方法について説明する。図５は、図１における第１の端
面１１に入射する光の波数ベクトルに基づいて、光素子
１０中を伝播する光の波数ベクトルと、その伝播方向を
作図する方法を説明するための図である。図５において
は、空気中における等周波数分散面Σ1と、フォトニッ
ク結晶中における等周波数分散面Σ2が示されている。
尚、図５においては、ｋx軸を第１の端面１１の接線方
向に一致させ、ｋy軸を第１の端面１１の法線方向に一
致させている。以下の図６においても同様である。
（規格化周波数Ω＝０．６）とする場合を例に挙げて、
第１の端面１１と第２の端面１２の為す角度φを決める
方法について説明する。図５は、図１における第１の端
面１１に入射する光の波数ベクトルに基づいて、光素子
１０中を伝播する光の波数ベクトルと、その伝播方向を
作図する方法を説明するための図である。図５において
は、空気中における等周波数分散面Σ1と、フォトニッ
ク結晶中における等周波数分散面Σ2が示されている。
尚、図５においては、ｋx軸を第１の端面１１の接線方
向に一致させ、ｋy軸を第１の端面１１の法線方向に一
致させている。以下の図６においても同様である。
【００２５】図５において、点Γを始点、等周波数分散
面Σ1上の点Ｐ1を終点とするベクトルｋ1は、点Ｐ1の座
標を成分とする波数ベクトルを与える。また、等周波数
分散面Σ1の点Ｐ1における外向き法線ベクトルＶ1は、
波数ベクトルｋ1の光が空気中を伝播する方向を与え
る。同様に、点Γを始点、等周波数分散面Σ2上の点Ｐ2
を終点とするベクトルｋ2は、点Ｐ2の座標を成分とする
波数ベクトルを与える。また、等周波数分散面Σ2の点
Ｐ2における法線ベクトルＶ2は、波数ベクトルｋ2の光
が図２のフォトニック結晶中を伝播する方向を与える。
尚、Ｖ2の向きは、∂ω／∂ｋの符号が正になる方向に
採る。
面Σ1上の点Ｐ1を終点とするベクトルｋ1は、点Ｐ1の座
標を成分とする波数ベクトルを与える。また、等周波数
分散面Σ1の点Ｐ1における外向き法線ベクトルＶ1は、
波数ベクトルｋ1の光が空気中を伝播する方向を与え
る。同様に、点Γを始点、等周波数分散面Σ2上の点Ｐ2
を終点とするベクトルｋ2は、点Ｐ2の座標を成分とする
波数ベクトルを与える。また、等周波数分散面Σ2の点
Ｐ2における法線ベクトルＶ2は、波数ベクトルｋ2の光
が図２のフォトニック結晶中を伝播する方向を与える。
尚、Ｖ2の向きは、∂ω／∂ｋの符号が正になる方向に
採る。
【００２６】異なる２つの媒質の境界面において、波数
ベクトルの同面に対する接線成分が保存される。従っ
て、図５において、波数ベクトルのｋx成分が保存され
る。波数ベクトルｋ1のｋx成分は、ｋx軸と、点Ｐ1から
ｋx軸に下ろした垂線（スネル線）Ｓ1との交点のｋx座
標に等しい。従って、点Γを始点、等周波数分散面Σ2
とスネル線Ｓ1の交点Ｐ2を終点とするベクトルｋ2は、
図２のフォトニック結晶中を伝播する光の波数ベクトル
を与える。そして、等周波数分散面Σ2の点Ｐ2における
法線ベクトルＶ2とｋy軸の為す角度θ2は、入射角θ1で
第１の端面１１に入射する光の屈折角を与える。この波
数ベクトルｋ2の光は、図２のフォトニック結晶中にお
いて、θ2の方向へ伝播する。
ベクトルの同面に対する接線成分が保存される。従っ
て、図５において、波数ベクトルのｋx成分が保存され
る。波数ベクトルｋ1のｋx成分は、ｋx軸と、点Ｐ1から
ｋx軸に下ろした垂線（スネル線）Ｓ1との交点のｋx座
標に等しい。従って、点Γを始点、等周波数分散面Σ2
とスネル線Ｓ1の交点Ｐ2を終点とするベクトルｋ2は、
図２のフォトニック結晶中を伝播する光の波数ベクトル
を与える。そして、等周波数分散面Σ2の点Ｐ2における
法線ベクトルＶ2とｋy軸の為す角度θ2は、入射角θ1で
第１の端面１１に入射する光の屈折角を与える。この波
数ベクトルｋ2の光は、図２のフォトニック結晶中にお
いて、θ2の方向へ伝播する。
【００２７】図６は、図１における第１の端面１１と第
２の端面１２の為す角度φを作図する方法を説明するた
めの図である。光素子１０中を伝播する光が第２の端面
１２から出射角θ4で出射する場合には、点Γを始点、
等周波数分散面Σ1上の点Ｐ3を終点とするベクトルｋ3
が、第２の端面１２から出射角θ4で出射する光の波数
ベクトルを与える。そして、等周波数分散面Σ1上の点
Ｐ3における法線ベクトルＶ3が、第２の端面１２から出
射した光が空気中を伝播する方向を与える。
２の端面１２の為す角度φを作図する方法を説明するた
めの図である。光素子１０中を伝播する光が第２の端面
１２から出射角θ4で出射する場合には、点Γを始点、
等周波数分散面Σ1上の点Ｐ3を終点とするベクトルｋ3
が、第２の端面１２から出射角θ4で出射する光の波数
ベクトルを与える。そして、等周波数分散面Σ1上の点
Ｐ3における法線ベクトルＶ3が、第２の端面１２から出
射した光が空気中を伝播する方向を与える。
【００２８】波数ベクトルの第２の端面１２に対しても
波数の接線成分が保存される。このため、波数ベクトル
ｋ2の終点Ｐ2と波数ベクトルｋ3の終点Ｐ3の２点を通る
破線Ｓ2が、第２の端面１２に垂直なスネル線を与え
る。従って、点Γを通り、スネル線Ｓ2に垂直となる直
線Ξが第２の端面１２の接線方向を示し、直線Ξがｋx
軸と為す角度が、第１の端面１１と第２の端面１２の為
す角度φを与える。
波数の接線成分が保存される。このため、波数ベクトル
ｋ2の終点Ｐ2と波数ベクトルｋ3の終点Ｐ3の２点を通る
破線Ｓ2が、第２の端面１２に垂直なスネル線を与え
る。従って、点Γを通り、スネル線Ｓ2に垂直となる直
線Ξが第２の端面１２の接線方向を示し、直線Ξがｋx
軸と為す角度が、第１の端面１１と第２の端面１２の為
す角度φを与える。
【００２９】第１の端面１１と第２の端面１２の為す角
度φは、光が光素子１０中を伝播する方向と、その光が
光素子１０から出射する方向が第２の端面１２に対して
同じ側となる限り、高い自由度で設定できる。従って、
本実施形態によれば、素子自体の大型化やコスト高を招
くことなく、特定の波長の光の進行方向を広範囲に大き
く変えて、その光を所望の方向に取り出すことができ
る。
度φは、光が光素子１０中を伝播する方向と、その光が
光素子１０から出射する方向が第２の端面１２に対して
同じ側となる限り、高い自由度で設定できる。従って、
本実施形態によれば、素子自体の大型化やコスト高を招
くことなく、特定の波長の光の進行方向を広範囲に大き
く変えて、その光を所望の方向に取り出すことができ
る。
【００３０】図７は、本発明の第１の実施形態に係る光
偏向素子の形状を示す平面図である。尚、本実施形態に
おいては、光偏向素子の入射法線と、光が光偏向素子か
ら出射する方向との為す角度を出射角と称している。以
下の光偏向素子に関する実施形態においても同様であ
る。
偏向素子の形状を示す平面図である。尚、本実施形態に
おいては、光偏向素子の入射法線と、光が光偏向素子か
ら出射する方向との為す角度を出射角と称している。以
下の光偏向素子に関する実施形態においても同様であ
る。
【００３１】光偏向素子３０は、入射角の異なる光を異
なる方向へ出射させる受動素子であり、図２のようなフ
ォトニック結晶を材料としている。以下、対象となる光
の波長を１．５５μｍ、その光の入射角の範囲を−４．
３゜〜−６．９゜とする場合を例に挙げて、第２の端面
３２の形状を決める方法について説明する。
なる方向へ出射させる受動素子であり、図２のようなフ
ォトニック結晶を材料としている。以下、対象となる光
の波長を１．５５μｍ、その光の入射角の範囲を−４．
３゜〜−６．９゜とする場合を例に挙げて、第２の端面
３２の形状を決める方法について説明する。
【００３２】図８は、第１の端面３１における光の分波
特性を示す図である。尚、図８においては、ｋx軸を第
１の端面３１の接線方向に一致させ、ｋy軸を第１の端
面３１の法線方向に一致させている。図８において、ベ
クトルｋ11は、第１の端面３１に入射角θ11で入射する
光の波数ベクトルを表し、ベクトルｋ12は、第１の端面
３１に入射角θ12（＞θ11）で入射する光の波数ベクト
ルを表している。図５と同様にして、波数ベクトルｋ 11
の光が光偏向素子３０中を伝播する方向に一致するベク
トルＶ11が与えられ、波数ベクトルｋ12の光が光偏向素
子３０中を伝播する方向に一致するベクトルＶ 12によっ
て与えられる。
特性を示す図である。尚、図８においては、ｋx軸を第
１の端面３１の接線方向に一致させ、ｋy軸を第１の端
面３１の法線方向に一致させている。図８において、ベ
クトルｋ11は、第１の端面３１に入射角θ11で入射する
光の波数ベクトルを表し、ベクトルｋ12は、第１の端面
３１に入射角θ12（＞θ11）で入射する光の波数ベクト
ルを表している。図５と同様にして、波数ベクトルｋ 11
の光が光偏向素子３０中を伝播する方向に一致するベク
トルＶ11が与えられ、波数ベクトルｋ12の光が光偏向素
子３０中を伝播する方向に一致するベクトルＶ 12によっ
て与えられる。
【００３３】図８に示すように、等周波数分散面Σ2の
凹部においては、入射角の僅かな変化によってその法線
方向が大きく変化し、光の伝播方向が大きく変化する。
従って、図７に示すように、第１の端面３１に対する入
射角の僅かな変化によって、光偏向素子３０中の光の伝
播方向を大きく変えられる。具体的には、第１の端面３
１において、入射角θI＝−４．３゜の入射光が最大の
屈折角θP＝５７゜で屈折し、入射角θI＝−６．９゜の
入射光が最小の屈折角θP＝２１゜で屈折する。これら
の光は、コリメートされながら光偏向素子３０中を伝播
し、第２の端面３２の異なる位置に達する。
凹部においては、入射角の僅かな変化によってその法線
方向が大きく変化し、光の伝播方向が大きく変化する。
従って、図７に示すように、第１の端面３１に対する入
射角の僅かな変化によって、光偏向素子３０中の光の伝
播方向を大きく変えられる。具体的には、第１の端面３
１において、入射角θI＝−４．３゜の入射光が最大の
屈折角θP＝５７゜で屈折し、入射角θI＝−６．９゜の
入射光が最小の屈折角θP＝２１゜で屈折する。これら
の光は、コリメートされながら光偏向素子３０中を伝播
し、第２の端面３２の異なる位置に達する。
【００３４】本実施形態においては、光偏向素子３０中
の各伝播光を第２の端面３２から異なる方向へ出射させ
るように、第１の端面３１の接線方向と、第２の端面３
２の、各伝播光の到達位置における接線方向との為す角
度が決められている。具体的には、第１の端面３１の接
線方向と、屈折角θP＝５７゜の伝播光の到達位置にお
ける第２の端面３２の接線方向との為す角度φOを最大
値５９゜とし、第１の端面３１の接線方向と、屈折角θ
P＝２１゜の伝播光の到達位置における第２の端面３２
の接線方向との為す角度φOを最小値−６５゜としてい
る。このようにして第２の端面３２の形状を決めること
によって、５．０゜〜８．０゜の範囲の入射角で第１の
端面３１に入射した光は、第２の端面３２から＋７０．
３゜〜−８３．３゜という広範囲の出射角で異なる方向
へ偏向される。従って、本実施形態によれば、素子自体
の大型化やコスト高を伴うことなく、入射角の異なる入
射光を異なる方向へ広範囲に偏向することができる。
の各伝播光を第２の端面３２から異なる方向へ出射させ
るように、第１の端面３１の接線方向と、第２の端面３
２の、各伝播光の到達位置における接線方向との為す角
度が決められている。具体的には、第１の端面３１の接
線方向と、屈折角θP＝５７゜の伝播光の到達位置にお
ける第２の端面３２の接線方向との為す角度φOを最大
値５９゜とし、第１の端面３１の接線方向と、屈折角θ
P＝２１゜の伝播光の到達位置における第２の端面３２
の接線方向との為す角度φOを最小値−６５゜としてい
る。このようにして第２の端面３２の形状を決めること
によって、５．０゜〜８．０゜の範囲の入射角で第１の
端面３１に入射した光は、第２の端面３２から＋７０．
３゜〜−８３．３゜という広範囲の出射角で異なる方向
へ偏向される。従って、本実施形態によれば、素子自体
の大型化やコスト高を伴うことなく、入射角の異なる入
射光を異なる方向へ広範囲に偏向することができる。
【００３５】尚、図９に示すように、光偏向素子３０
と、共振ヘッド８１と、単色レーザ発振器８２と、共振
ヘッド８１の駆動用のモータ８３と、モータ８３の動作
を制御するモータ制御部８４等とを組み合わせることに
よって、対象物に光を走査させる走査装置（例えば、ス
キャナ）８０を構成することができる。この場合には、
装置全体の大型化を伴うことなく、一定の波長の光を出
力する単色レーザ発振器８２に対し、僅かな角度変化に
よる広範囲な走査を高速で行うことができる。
と、共振ヘッド８１と、単色レーザ発振器８２と、共振
ヘッド８１の駆動用のモータ８３と、モータ８３の動作
を制御するモータ制御部８４等とを組み合わせることに
よって、対象物に光を走査させる走査装置（例えば、ス
キャナ）８０を構成することができる。この場合には、
装置全体の大型化を伴うことなく、一定の波長の光を出
力する単色レーザ発振器８２に対し、僅かな角度変化に
よる広範囲な走査を高速で行うことができる。
【００３６】図１０は、本発明の第２の実施形態に係る
光偏向素子の形状を示す平面図である。光偏向素子４０
は、波長の異なる光を異なる方向へ出射させるための受
動素子であって、図２のフォトニック結晶を材料として
いる。
光偏向素子の形状を示す平面図である。光偏向素子４０
は、波長の異なる光を異なる方向へ出射させるための受
動素子であって、図２のフォトニック結晶を材料として
いる。
【００３７】以下、対象となる光の波長の範囲を１．３
９μｍ〜１．４１μｍ、その光の入射角を−６．０゜と
する場合を例に挙げて、第２の端面４２の形状を決める
方法について説明する。このような光の波長の範囲は、
規格化周波数Ωの範囲が０．６６〜０．６６９であるこ
とに相当する。図１１は、第１の端面４１における光の
分波特性を示す図であって、フォトニクス結晶中におけ
る、規格化周波数Ωの範囲が０．６５７〜０．６６９の
等周波数分散面が、１．８％の周波数間隔で描かれてい
る。尚、図１１においては、ｋ x軸を第１の端面４１の
接線方向に一致させ、ｋy軸を第１の端面４１の法線方
向に一致させている。
９μｍ〜１．４１μｍ、その光の入射角を−６．０゜と
する場合を例に挙げて、第２の端面４２の形状を決める
方法について説明する。このような光の波長の範囲は、
規格化周波数Ωの範囲が０．６６〜０．６６９であるこ
とに相当する。図１１は、第１の端面４１における光の
分波特性を示す図であって、フォトニクス結晶中におけ
る、規格化周波数Ωの範囲が０．６５７〜０．６６９の
等周波数分散面が、１．８％の周波数間隔で描かれてい
る。尚、図１１においては、ｋ x軸を第１の端面４１の
接線方向に一致させ、ｋy軸を第１の端面４１の法線方
向に一致させている。
【００３８】図１１に示すように、光偏向素子４０が示
す等周波数分散面の形状は規格化周波数Ωに応じて変化
する。このため、第１の端面４１に一定の入射角で入射
する光の波長（規格化周波数）を変えると、光偏向素子
４０中の光の伝播方向が大きく変化する。例えば、規格
化周波数Ωが０．６６９から０．６５７に変わると、光
偏向素子４０中の光の伝播方向を与えるベクトルはＶ21
からＶ22に変わる。従って、図１０に示すように、例え
ば、第１の端面４１において、規格化周波数Ω＝０．６
６９の光が最大の屈折角θP＝６９゜で屈折し、規格化
周波数Ω＝０．６５７の光が第１の端面４１において最
小の屈折角θP＝−５０゜で屈折する。これらの光は、
コリメートされながら光偏向素子４０中を伝播し、第２
の端面４２の異なる位置に達する。
す等周波数分散面の形状は規格化周波数Ωに応じて変化
する。このため、第１の端面４１に一定の入射角で入射
する光の波長（規格化周波数）を変えると、光偏向素子
４０中の光の伝播方向が大きく変化する。例えば、規格
化周波数Ωが０．６６９から０．６５７に変わると、光
偏向素子４０中の光の伝播方向を与えるベクトルはＶ21
からＶ22に変わる。従って、図１０に示すように、例え
ば、第１の端面４１において、規格化周波数Ω＝０．６
６９の光が最大の屈折角θP＝６９゜で屈折し、規格化
周波数Ω＝０．６５７の光が第１の端面４１において最
小の屈折角θP＝−５０゜で屈折する。これらの光は、
コリメートされながら光偏向素子４０中を伝播し、第２
の端面４２の異なる位置に達する。
【００３９】本実施形態においては、光偏向素子４０中
の各伝播光を第２の端面４２から異なる方向へ出射させ
るように、第１の端面４１の接線方向と、第２の端面４
２の、各伝播光の到達位置における接線方向との為す角
度が決められている。具体的には、第１の端面４１の接
線方向と、屈折角θP＝６９゜の伝播光の到達位置にお
ける第２の端面４２の接線方向との為す角度φOを最大
値５３゜とし、第１の端面４１の接線方向と、屈折角θ
P＝−５０゜の伝播光の到達位置における第２の端面４
２の接線方向との為す角度φOを最小値−６９゜として
いる。このようにして第２の端面４２の形状を決めるこ
とによって、０．６５７〜０．６６９の範囲の規格化周
波数Ωで第１の端面４１に入射した光は、第２の端面４
２から＋５９．３゜〜−８９．４゜という広範囲の出射
角で異なる方向へ偏向される。従って、本実施形態によ
れば、素子自体の大型化やコスト高を伴うことなく、波
長の異なる入射光を異なる方向へ広範囲に偏向すること
ができる。
の各伝播光を第２の端面４２から異なる方向へ出射させ
るように、第１の端面４１の接線方向と、第２の端面４
２の、各伝播光の到達位置における接線方向との為す角
度が決められている。具体的には、第１の端面４１の接
線方向と、屈折角θP＝６９゜の伝播光の到達位置にお
ける第２の端面４２の接線方向との為す角度φOを最大
値５３゜とし、第１の端面４１の接線方向と、屈折角θ
P＝−５０゜の伝播光の到達位置における第２の端面４
２の接線方向との為す角度φOを最小値−６９゜として
いる。このようにして第２の端面４２の形状を決めるこ
とによって、０．６５７〜０．６６９の範囲の規格化周
波数Ωで第１の端面４１に入射した光は、第２の端面４
２から＋５９．３゜〜−８９．４゜という広範囲の出射
角で異なる方向へ偏向される。従って、本実施形態によ
れば、素子自体の大型化やコスト高を伴うことなく、波
長の異なる入射光を異なる方向へ広範囲に偏向すること
ができる。
【００４０】尚、図１２に示すように、光偏向素子４０
と、波長可変レーザ発振器９１と、波長可変レーザ９１
の動作を制御するレーザ制御部９２等とを組み合わせる
ことによって、対象物に光を走査させる走査装置（例え
ば、スキャナ）９０を構成することができる。この場合
には、装置全体の大型化を伴うことなく、僅かな波長変
化による広範囲な走査を高速で行うことができる。
と、波長可変レーザ発振器９１と、波長可変レーザ９１
の動作を制御するレーザ制御部９２等とを組み合わせる
ことによって、対象物に光を走査させる走査装置（例え
ば、スキャナ）９０を構成することができる。この場合
には、装置全体の大型化を伴うことなく、僅かな波長変
化による広範囲な走査を高速で行うことができる。
【００４１】これまでの説明においては、フォトニック
結晶だけを材料とする光偏向素子について述べてきた
が、２つの通常の光学媒質の間にフォトニック結晶を介
在させても良い。この場合には、図８や図１１に示した
等周波数分散面Σ1の半径を、その半径に光学媒質の屈
折率を乗じた値に変えれば良い。この場合には、特に、
図１３や図１４に示すように、通常の光学媒質（例え
ば、シリコン基板）の一部分だけをフォトニック結晶と
した材料によって、光偏向素子を構成することができ
る。
結晶だけを材料とする光偏向素子について述べてきた
が、２つの通常の光学媒質の間にフォトニック結晶を介
在させても良い。この場合には、図８や図１１に示した
等周波数分散面Σ1の半径を、その半径に光学媒質の屈
折率を乗じた値に変えれば良い。この場合には、特に、
図１３や図１４に示すように、通常の光学媒質（例え
ば、シリコン基板）の一部分だけをフォトニック結晶と
した材料によって、光偏向素子を構成することができ
る。
【００４２】光偏向素子５０においては、通常媒質５１
とフォトニック結晶５３の第１の境界面５４に異なる入
射角で入射した同じ波長の光を、通常媒質５２とフォト
ニック結晶５３の第２の境界面５５から異なる方向へ出
射させるように、図６と同様の作図に基づいて、第２の
境界面５５の形状が決められている。一方、光偏向素子
６０においては、通常媒質６１とフォトニック結晶６３
の第１の境界面６４に同じ入射角で入射した異なる波長
の光を、通常媒質６２とフォトニック結晶６３の第２の
境界面６５から異なる方向へ出射させるように、図６と
同様の作図に基づいて、第２の境界面６５の形状が決め
られている。
とフォトニック結晶５３の第１の境界面５４に異なる入
射角で入射した同じ波長の光を、通常媒質５２とフォト
ニック結晶５３の第２の境界面５５から異なる方向へ出
射させるように、図６と同様の作図に基づいて、第２の
境界面５５の形状が決められている。一方、光偏向素子
６０においては、通常媒質６１とフォトニック結晶６３
の第１の境界面６４に同じ入射角で入射した異なる波長
の光を、通常媒質６２とフォトニック結晶６３の第２の
境界面６５から異なる方向へ出射させるように、図６と
同様の作図に基づいて、第２の境界面６５の形状が決め
られている。
【００４３】これらの場合には、通常の光学媒質の一部
分をフォトニック結晶構造にパターン化するだけで良
く、光偏向素子３０や光偏向素子４０のような端面加工
を必要としないので、光偏向素子の作成工程を簡単にで
きる。尚、第２の境界面５５、６５の形状の決定には、
空気と通常媒質５１、５２との境界面や空気と通常媒質
６１、６２との境界面における屈折率も考慮することが
好ましい。この場合には、出射端における光の屈折角を
小さくすることができ、空気と通常媒質の境界面におけ
る反射損失を低減できる。
分をフォトニック結晶構造にパターン化するだけで良
く、光偏向素子３０や光偏向素子４０のような端面加工
を必要としないので、光偏向素子の作成工程を簡単にで
きる。尚、第２の境界面５５、６５の形状の決定には、
空気と通常媒質５１、５２との境界面や空気と通常媒質
６１、６２との境界面における屈折率も考慮することが
好ましい。この場合には、出射端における光の屈折角を
小さくすることができ、空気と通常媒質の境界面におけ
る反射損失を低減できる。
【００４４】図１５は、本発明の一実施形態に係る光合
波素子の形状を示す平面図である。これまでの説明にお
ける光偏向素子においては、図２のフォトニック結晶が
与える等周波数分散面の対称性によって、出射側から入
射側へと光路を逆に辿ることができる。光合波素子７０
は、図２のフォトニクス結晶のこのような特性を応用し
た受動素子であって、入射角の異なる複数の光を同一の
方向に合波して出射させるのに用いられる。
波素子の形状を示す平面図である。これまでの説明にお
ける光偏向素子においては、図２のフォトニック結晶が
与える等周波数分散面の対称性によって、出射側から入
射側へと光路を逆に辿ることができる。光合波素子７０
は、図２のフォトニクス結晶のこのような特性を応用し
た受動素子であって、入射角の異なる複数の光を同一の
方向に合波して出射させるのに用いられる。
【００４５】光合波素子７０における第１の端面７１の
形状は、図６と同様の作図に基づいて決められる。即
ち、第１の端面７１に異なる位置で入射した各入射光Ｌ
1〜Ｌ1 1を第２の端面７２において出力光Ｌに合波され
るように、第１の端面７１の各入射位置における接線方
向と、第２の端面７２の接線方向の為す角度が決められ
ている。
形状は、図６と同様の作図に基づいて決められる。即
ち、第１の端面７１に異なる位置で入射した各入射光Ｌ
1〜Ｌ1 1を第２の端面７２において出力光Ｌに合波され
るように、第１の端面７１の各入射位置における接線方
向と、第２の端面７２の接線方向の為す角度が決められ
ている。
【００４６】従って、本実施形態によれば、素子自体の
大型化やコスト高を招くことなく、入射角の異なる同じ
波長の複数の光（例えば、単色レーザ光）を高速で同じ
方向へ合波させることができ、より高い強度の光を生成
できる。
大型化やコスト高を招くことなく、入射角の異なる同じ
波長の複数の光（例えば、単色レーザ光）を高速で同じ
方向へ合波させることができ、より高い強度の光を生成
できる。
【００４７】尚、本実施形態においては、入射角の異な
る同じ波長の複数の光を合波させる場合について述べた
が、第１の端面に異なる位置で入射した異なる波長の各
入射光を第２の端面において同じ方向へ合波させるよう
に、第１の端面の各入射位置における接線方向と、第２
の端面の接線方向の為す角度を決めることもできる。こ
の場合にも、素子自体の大型化やコスト高を招くことな
く、波長の異なる複数の光を高速で同じ方向へ合波させ
ることができる。また、このような光合波素子は、例え
ば、波長多重通信の波長混合器として用いることもでき
る。
る同じ波長の複数の光を合波させる場合について述べた
が、第１の端面に異なる位置で入射した異なる波長の各
入射光を第２の端面において同じ方向へ合波させるよう
に、第１の端面の各入射位置における接線方向と、第２
の端面の接線方向の為す角度を決めることもできる。こ
の場合にも、素子自体の大型化やコスト高を招くことな
く、波長の異なる複数の光を高速で同じ方向へ合波させ
ることができる。また、このような光合波素子は、例え
ば、波長多重通信の波長混合器として用いることもでき
る。
【００４８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
素子の大型化やコスト高を招くことなく、特定の波長の
光の進行方向を大きく変えて、その光を所望の方向に取
り出すことができる光素子を提供できる。また、本発明
によれば、素子の大型化やコスト高を招くことなく、入
射角又は波長の異なる光を異なる出射角で広範囲に偏向
することができる光偏向素子を提供できる。さらに、本
発明によれば、素子の大型化やコスト高を招くことな
く、入射角の異なる入射光を同じ方向へ合波させること
ができる光合波素子を提供できる。また、本発明によれ
ば、装置の大型化やコスト高を招くことなく、入射角又
は波長の僅かな変化による広範囲な走査を高速で行うこ
とができる走査装置を提供できる。
素子の大型化やコスト高を招くことなく、特定の波長の
光の進行方向を大きく変えて、その光を所望の方向に取
り出すことができる光素子を提供できる。また、本発明
によれば、素子の大型化やコスト高を招くことなく、入
射角又は波長の異なる光を異なる出射角で広範囲に偏向
することができる光偏向素子を提供できる。さらに、本
発明によれば、素子の大型化やコスト高を招くことな
く、入射角の異なる入射光を同じ方向へ合波させること
ができる光合波素子を提供できる。また、本発明によれ
ば、装置の大型化やコスト高を招くことなく、入射角又
は波長の僅かな変化による広範囲な走査を高速で行うこ
とができる走査装置を提供できる。
【図１】本発明の一実施形態に係る光素子の形状を示す
平面図である。
平面図である。
【図２】図１の光素子の材料として用いられるフォトニ
ック結晶の一例を示す図である。
ック結晶の一例を示す図である。
【図３】図２のフォトニック結晶中を光が紙面に平行に
伝播し、その偏波面も紙面に平行である場合におけるフ
ォトニックバンド図である。
伝播し、その偏波面も紙面に平行である場合におけるフ
ォトニックバンド図である。
【図４】図２のフォトニクス結晶の第１ブリルアンゾー
ンを特定の規格化周波数で輪切りにした図である。
ンを特定の規格化周波数で輪切りにした図である。
【図５】図１に示す第１の端面に入射する光の波数ベク
トルに基づいて、同結晶中を伝播する光の波数ベクトル
と、その伝播方向を作図する方法を説明するための図で
ある。
トルに基づいて、同結晶中を伝播する光の波数ベクトル
と、その伝播方向を作図する方法を説明するための図で
ある。
【図６】図１に示す第１の端面と第２の端面の為す角度
φを作図する方法を説明するための図である。
φを作図する方法を説明するための図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る光偏向素子の形
状を示す平面図である。
状を示す平面図である。
【図８】図７に示した第１の端面における光の分波特性
を説明するための図である。
を説明するための図である。
【図９】図７の光偏向素子を用いた走査装置の概略構成
を示す図である。
を示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る光偏向素子の
形状を示す平面図である。
形状を示す平面図である。
【図１１】図９に示した第１の端面における光の分波特
性を説明するための図である。
性を説明するための図である。
【図１２】図９の光偏向素子を用いた走査装置の概略構
成を示す図である。
成を示す図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態に係る光偏向素子の
形状を示す平面図である。
形状を示す平面図である。
【図１４】本発明の第４の実施形態に係る光偏向素子の
形状を示す平面図である。
形状を示す平面図である。
【図１５】本発明の一実施形態に係る光合波素子の形状
を示す平面図である。
を示す平面図である。
１０ 光素子 １１、３１、４１、７１ 第１の端面 １２、３２、４２、７２ 第２の端面 ２０ 円孔 ２１ シリコン基板 ３０、４０、５０、６０ 光偏向素子 ５１、５２、６１、６２ 通常媒質 ５３、６３ フォトニック結晶 ５４、６４ 第１の境界面 ５５、６５ 第２の境界面 ７０ 光合波素子 ８０、９０ 走査装置 ８１ 共振ヘッド ８２ 単色レーザ発振器 ９１ 波長可変レーザ発振器
Claims (17)
- 【請求項１】 位置によって屈折率が周期的に変化する
フォトニック結晶を材料とする光素子であって、 第１の端面に一定の入射角で入射した特定の波長の光を
第２の端面から所望の方向へ出射させるように、第１及
び第２の端面の為す角度が決められていることを特徴と
する光素子。 - 【請求項２】 第１及び第２の通常媒質の間に、位置に
よって屈折率が周期的に変化するフォトニック結晶を介
在させることによって構成される光素子であって、 第１の境界面に一定の入射角で入射した特定の波長の光
を第２の境界面から所望の方向へ出射させるように、第
１及び第２の境界面の為す角度が決められていることを
特徴とする光素子。 - 【請求項３】 前記通常媒質の材料が、前記フォトニッ
ク結晶を構成するいずれかの材料と同じである請求項２
記載の光素子。 - 【請求項４】 前記フォトニック結晶は、シリコン基板
に複数の円孔を周期的配列によって形成させた光学結晶
である請求項１〜３のいずれか１項記載の光素子。 - 【請求項５】 位置によって屈折率が周期的に変化する
フォトニック結晶を材料とする光偏向素子であって、 第１の端面に異なる入射角で入射した同一の波長の光を
第２の端面から異なる方向へ出射させるように、第２の
端面の形状が決められていることを特徴とする光偏向素
子。 - 【請求項６】 位置によって屈折率が周期的に変化する
フォトニック結晶を材料とする光偏向素子であって、 第１の端面に同一の入射角で入射した異なる波長の光を
第２の端面から異なる方向へ出射させるように、第２の
端面の形状が決められていることを特徴とする光偏向素
子。 - 【請求項７】 第１及び第２の通常媒質の間に、位置に
よって屈折率が周期的に変化するフォトニック結晶を介
在させることによって構成される光偏向素子であって、 第１の境界面に異なる入射角で入射した同一の波長の光
を第２の境界面から異なる方向へ出射させるように、第
２の境界面の形状が決められていることを特徴とする光
偏向素子。 - 【請求項８】 第１及び第２の通常媒質の間に、位置に
よって屈折率が周期的に変化するフォトニック結晶を介
在させることによって構成される光偏向素子であって、 第１の境界面に同一の入射角で入射した異なる波長の光
を第２の境界面から異なる方向へ出射させるように、第
２の境界面の形状が決められていることを特徴とする光
偏向素子。 - 【請求項９】 前記通常媒質の材料が、前記フォトニッ
ク結晶を構成するいずれかの材料と同じである請求項７
又は８記載の光偏向素子。 - 【請求項１０】 前記第１の端面又は前記第１の境界面
において、入射光の伝播方向が入射角又は波長に応じて
分離され、前記第２の端面又は前記第２の境界面におい
て、分離された各々の光が異なる方向へ出射されること
を特徴とする請求項５〜９のいずれか１項記載の光偏向
素子。 - 【請求項１１】 前記フォトニック結晶は、シリコン基
板に複数の円孔を周期的配列によって形成させた光学結
晶である請求項５〜１０のいずれか１項記載の光偏向素
子。 - 【請求項１２】 位置によって屈折率が周期的に変化す
るフォトニック結晶を材料とする光合波素子であって、 第１の端面に異なる入射角で入射した複数の光を第２の
端面において同じ方向へ合波させるように、第１の端面
の形状が決められていることを特徴とする光合波素子。 - 【請求項１３】 第１及び第２の通常媒質の間に、位置
によって屈折率が周期的に変化するフォトニック結晶を
介在させることによって構成される光合波素子であっ
て、 第１の境界面に異なる入射角で入射した複数の光を第２
の境界面において同じ方向へ合波させるように、第１の
境界面の形状が決められていることを特徴とする光合波
素子。 - 【請求項１４】 前記通常媒質の材料が、前記フォトニ
ック結晶を構成するいずれかの材料と同じである請求項
１３記載の光合波素子。 - 【請求項１５】 前記フォトニック結晶は、シリコン基
板に複数の円孔を周期的配列によって形成させた光学結
晶である請求項１２〜１４のいずれか１項記載の光合波
素子。 - 【請求項１６】 請求項５又は７記載の光偏向素子と、 波長が一定の光を前記光偏向素子に向けて出力する光源
と、 前記光偏向素子を振動させることによって、前記光偏向
素子によって偏向された光を対象物に走査させる共振ヘ
ッドと、を具備することを特徴とする走査装置。 - 【請求項１７】 請求項６又は８記載の光偏向素子と、 前記光偏向素子に向けて出力する光の波長を変えること
によって、前記光偏向素子によって偏向された光を対象
物に走査させる光源と、を具備することを特徴とする走
査装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000265434A JP2002071982A (ja) | 2000-09-01 | 2000-09-01 | 光素子、光偏向素子、光合波素子及び走査装置 |
| US09/941,617 US6674954B2 (en) | 2000-09-01 | 2001-08-30 | Optical element, optical deflection element, optical multiplexing element, and scanning apparatus |
| US10/680,111 US6992806B2 (en) | 2000-09-01 | 2003-10-08 | Optical element, optical deflection element, optical multiplexing element, and scanning apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000265434A JP2002071982A (ja) | 2000-09-01 | 2000-09-01 | 光素子、光偏向素子、光合波素子及び走査装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
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ID=18752702
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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-
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-
2003
- 2003-10-08 US US10/680,111 patent/US6992806B2/en not_active Expired - Fee Related
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