JP2006023568A - Light emission device and light source device for optical communication - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は発光デバイスおよび光通信用光源装置に関する。 The present invention relates to a light emitting device and a light source device for optical communication.
光通信を始めとする種々の光情報伝達技術において、光信号を発生するため、種々の発光デバイスが必要である。例えば光通信においては、同一の光信号を複数の信号ラインに同時に振り分けて出力する場合があり、このような場合には、同一の光信号に基づき、これと等価な複数の光信号を発生させる発光デバイスが必要となる。 In various optical information transmission technologies including optical communication, various light emitting devices are required to generate optical signals. For example, in optical communication, the same optical signal may be simultaneously distributed to a plurality of signal lines and output. In such a case, a plurality of equivalent optical signals are generated based on the same optical signal. A light emitting device is required.
同一の複数光信号を空間的に近接して発生させる発光デバイスとしては、自発光のアレイ光源としてＬＥＤアレイやＬＤアレイが考えられるが、これらは「発光時の発熱」の問題があり、発光部間ピッチを狭ピッチ化することが困難である。 As a light emitting device that generates the same plurality of optical signals in close proximity to each other, an LED array or an LD array can be considered as a self-luminous array light source. It is difficult to narrow the interval pitch.
一方において、新規な光学素子として「フォトニック結晶」が注目されている。
「フォトニック結晶」は、屈折率の異なる領域を「光波長オーダーの周期」を持つ周期的構造として配列した人工結晶であり、フォトニックバンドギャップやスーパーレンズ、スーパープリズムといった特異な光学機能を実現できるとされている。中でも、２次元フォトニック結晶は、作製も容易で設計の自由度も大きいところから重要視されている。
２次元フォトニック結晶を用いた光学素子として従来、２次元フォトニック結晶導波路、波長分離器が提案されている（特許文献１）。
On the other hand, “photonic crystals” are attracting attention as new optical elements.
“Photonic crystal” is an artificial crystal in which regions with different refractive indexes are arranged as a periodic structure with “period of optical wavelength order”, and realizes unique optical functions such as photonic band gap, super lens, and super prism. It is supposed to be possible. Among them, the two-dimensional photonic crystal is regarded as important because it is easy to produce and has a high degree of design freedom.
Conventionally, a two-dimensional photonic crystal waveguide and a wavelength separator have been proposed as optical elements using a two-dimensional photonic crystal (Patent Document 1).
この発明は２次元フォトニック結晶を用いた新規な発光デバイスおよび光通信用光源装置の実現を課題とする。 An object of the present invention is to realize a novel light-emitting device and a light source device for optical communication using a two-dimensional photonic crystal.
この発明の発光デバイスは、２次元フォトニック結晶と、光源部と、導光手段とを有する（請求項１）。
「２次元フォトニック結晶」は、線状欠陥部と、２次元的な周期的構造部と、複数の点欠陥部とを平板状基板の面内方向に有する。
「線状欠陥部」は導波路として機能する部分である。
「２次元的な周期的構造部」は、線状欠陥部の両側に、線状欠陥部を長手方向に添って挟むように形成されて導波光に対してフォトニックバンドギャップを形成する。２次元的な周期的構造部における周期的構造部の周期は「光波長オーダー」即ち、１００ｎｍ〜１０００ｎｍ程度で、周期的構造部の周期によりバンドギャップ作用を受ける波長領域が定まる。
「複数の点欠陥部」の個々は、２次元的な周期的構造部内における線状欠陥部の近傍に位置する。
The light-emitting device of this invention has a two-dimensional photonic crystal, a light source part, and a light guide means (Claim 1).
The “two-dimensional photonic crystal” has a linear defect portion, a two-dimensional periodic structure portion, and a plurality of point defect portions in the in-plane direction of the flat substrate.
The “linear defect portion” is a portion that functions as a waveguide.
The “two-dimensional periodic structure portion” is formed on both sides of the linear defect portion so as to sandwich the linear defect portion along the longitudinal direction, and forms a photonic band gap with respect to the guided light. The period of the periodic structure part in the two-dimensional periodic structure part is “optical wavelength order”, that is, about 100 nm to 1000 nm, and the wavelength region subjected to the band gap action is determined by the period of the periodic structure part.
Each of the “plurality of point defect portions” is located in the vicinity of the linear defect portion in the two-dimensional periodic structure portion.
「光源部」は、２次元フォトニック結晶における線状欠陥部に導波させるべき光を放射するものである。
「導光手段」は、光源部からの光を、２次元フォトニック結晶の線状欠陥部に導光する手段である。
The “light source part” emits light to be guided to the linear defect part in the two-dimensional photonic crystal.
The “light guide means” is a means for guiding light from the light source part to the linear defect part of the two-dimensional photonic crystal.
そして、これらを有する発光デバイスは「光源部から放射された光を導光手段により２次元フォトニック結晶に導光して線状欠陥部を導波させ、導波光を複数の点欠陥部の１以上で捕獲し、２次元フォトニック結晶の面直交方向（２次元フォトニック結晶の平板状基板の面に直交する方向）へ出力光として放射させる」ように構成されている。 The light-emitting device having these is “light emitted from the light source part is guided to the two-dimensional photonic crystal by the light guiding means to guide the linear defect part, and the guided light is guided to one of the plurality of point defect parts. Thus, the light is captured and emitted as output light in the plane orthogonal direction of the two-dimensional photonic crystal (the direction orthogonal to the plane of the flat substrate of the two-dimensional photonic crystal).
請求項１記載の発光デバイスの「２次元フォトニック結晶における２次元的な周期的構造部と複数の点欠陥部」は「空気穴」により構成することができる（請求項２）。空気穴の形状は、後述する実施例に示すように「円柱形状の空気穴」であることもできるし、４角柱形状等の「多角柱形状の空気穴」であることもできる。また、空気穴の内部に「平板状基板よりも低屈折率の材質」を充填しても良い。
The “two-dimensional periodic structure portion and a plurality of point defect portions in the two-dimensional photonic crystal” of the light emitting device according to
請求項２記載の発光デバイスでは「２次元的な周期的構造部」は微細な空気穴の「２次元的な規則正しい配列」により構成される。上記規則正しい配列は、例えば、「正方格子状」や「稠密６方格子状」等である。「点欠陥部」は、２次元的な周期的構造部における「格子点」の位置に形成され「周期的構造に対して欠陥となるもの」である。イメージとしては「単原子結晶構造における格子点に存在する不純物原子」がこれに類似する。 In the light emitting device according to the second aspect, the “two-dimensional periodic structure portion” is constituted by “two-dimensional regular arrangement” of fine air holes. The regular arrangement is, for example, “square lattice shape”, “dense hexagonal lattice shape”, or the like. The “point defect portion” is formed at the position of the “lattice point” in the two-dimensional periodic structure portion and “is a defect with respect to the periodic structure”. The image is similar to “impurity atoms present at lattice points in a monoatomic crystal structure”.
請求項１または２記載の発光デバイスにおける「２次元フォトニック結晶における複数の点欠陥部」は、実質的に同サイズであることが出来る（請求項３）。あるいはまた、２次元フォトニック結晶における複数の点欠陥部が「２種以上のサイズのもの」を含むことが出来る（請求項４）。
The “plurality of point defects in the two-dimensional photonic crystal” in the light emitting device according to
請求項１〜４の任意の１に記載の発光デバイスの光源部は「単一の光源により構成」することができる（請求項５）。請求項４記載の発光デバイスのように、点欠陥部に２種以上のサイズのものが含まれる場合には、光源部を「互いに波長の異なる複数の光源」により構成することができる（請求項６）。
The light source unit of the light-emitting device according to any one of
請求項５または６記載の発光デバイスにおける「導光手段」は、波長選択手段を有することができ（請求項７）、請求項５〜７の任意の１に記載の発光デバイスにおける導光手段は「集光レンズ」を有することができ（請求項８）、請求項５〜８の任意の１に記載の発光デバイスにおける導光手段は「導波路部材」を有することができる（請求項９）。 The “light guide means” in the light emitting device according to claim 5 or 6 can have wavelength selection means (claim 7), and the light guide means in the light emitting device according to any one of claims 5 to 7 is It can have a "condensing lens" (Claim 8), and the light guide means in the light-emitting device according to any one of Claims 5 to 8 can have a "waveguide member" (Claim 9). .
また、請求項５〜９の任意の１に記載の発光デバイスは「２次元フォトニック結晶における出力光の強度を波長にかかわらず略一定とする強度均一化手段」を有することができる（請求項１０）。
この発明の光通信用光源装置は、上記請求項１〜１０の任意の１に記載の発光デバイスを用いたものである（請求項１１）。
The light-emitting device according to any one of claims 5 to 9 can include “intensity uniformizing means for making the intensity of output light in a two-dimensional photonic crystal substantially constant regardless of wavelength”. 10).
The light source device for optical communication according to the present invention uses the light emitting device according to any one of
上記のように、この発明の発光デバイスは「光源部から放射された光を導光手段により２次元フォトニック結晶に導光して線状欠陥部を導波させ、導波光を複数の点欠陥部の１以上で捕獲して、２次元フォトニック結晶の面直交方向へ出力光として放射させる」ので出力光の放射部は点欠陥部であり「この部分（放射部）での発熱」がない。また、点欠陥部は光波長程度の間隔で配置できるので、出力光放射部間のピッチを極めて狭く設定することが可能である。 As described above, the light-emitting device according to the present invention is "light emitted from the light source part is guided to the two-dimensional photonic crystal by the light guide means and guided through the linear defect part, and the guided light is guided to a plurality of point defects. Since it is captured by one or more of the parts and radiated as output light in the direction orthogonal to the plane of the two-dimensional photonic crystal, the radiation part of the output light is a point defect part and there is no “heat generation at this part (radiation part)” . In addition, since the point defect portions can be arranged at intervals of about the light wavelength, it is possible to set the pitch between the output light emitting portions extremely narrow.
以下、実施の形態を具体的な実施例に即して説明する。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to specific examples.
図１（ａ）に示す実施の形態は、光通信用光源装置として構成された発光デバイスの１例である。符号１０は「光源部」、符号２０は「導光手段の集光レンズ」としてのカップリングレンズ、符号３０は「２次元フォトニック結晶」を示す。
The embodiment illustrated in FIG. 1A is an example of a light emitting device configured as a light source device for optical communication.
この発光デバイスにおいては、光源部１０が単一の光源により構成されている。光源部１０としてはＬＤ（半導体レーザ）やＬＥＤ（発光ダイオード）等を用いることができるが、この例では半導体レーザが用いられている。後述するように、２次元フォトニック結晶３０の材質がＳｉ（屈折率：３．４８）であるので、光源部１０として発光波長が赤外領域にある半導体レーザが用いられる。
In this light emitting device, the
カップリングレンズ２０は、直径：１ｍｍ程度以下のマイクロレンズであり、光源部１０からの光束（発散性のレーザ光束）を２次元フォトニック結晶３０の入射部へ集光してカップリングさせる。カップリングレンズ２０は、光源部１０から放射される光束の断面形状である楕円形を円形に変換する「ビーム整形機能」を有することもできる。即ち、カップリングレンズ２０はシリンダレンズ等のアナモフィックレンズであることができる。
The
図１（ａ）には、カップリングレンズ２０を独立した部材として描いてあるが、カップリングレンズは、光源部１０に組み込んだり接着したりして光源部１０と一体化することもできるし、「２次元フォトニック結晶３０と一体化」させることもできる。
In FIG. 1A, the
２次元フォトニック結晶３０は、図１（ｂ）に示す如き構成となっている。即ち、２次元フォトニック結晶３０は平行平板状であって、材料として屈折率：３．４８で厚さ：０．１ｍｍ程度のＳｉ基板が用いられ、図示の如く、線状欠陥部３１と、２次元的な周期的構造部３２、３３と、複数の点欠陥部３０１、３０２、３０３を平板状基板の面内方向に有している。
The two-dimensional
先ず、２次元的な周期的構造部３２、３３を説明すると、これらは「円柱状に穿設された微細な空気穴」を２次元的に規則正しく配列して「２次元的な周期的構造」を構成したものである。個々の微細な空気穴（円柱形状）の直径は２６０ｎｍ、配列ピッチ（空気穴の中心間の距離）は４２０ｎｍである。
この例では、空気穴は２次元の「稠密６方格子（三角格子とも言う）」状である。
First, the two-dimensional
In this example, the air holes have a two-dimensional “dense hexagonal lattice (also referred to as triangular lattice)” shape.
線状欠陥部３１には空気穴が形成されていない。線状欠陥部３１は上記「微細な空気穴の配列」が配列方向に欠損した状態であり、空気穴の２次元配列格子の側から見ると「欠陥部」である。線状欠陥部３１では、このような欠陥が直線状に並んで「線状の欠陥」を構成しているので「線状欠陥部」と呼ばれる。
No air hole is formed in the
図１（ｂ）に示すように、２次元的な周期的構造部３２、３３は、線状欠陥部３１の両側に形成されている。線状欠陥部３１の幅は「２次元的な周期的構造部を構成する空気穴の配列１列分程度」である。
As shown in FIG. 1B, the two-dimensional
２次元的な周期的構造部３２、３３では「特定の波長領域の光（電磁波）に対する屈折率」が、線状欠陥部３１（この部分ではＳｉ本来の屈折率：３．４８を有している。）よりも低くなる。このため、線状欠陥部３１を伝播する上記波長領域の光は、２次元的な周期的構造部３２、３３内へ入り込まない。この性質を「フォトニックバンドギャップ」と呼ぶ。
In the two-dimensional
２次元フォトニック結晶３０は平行平板状であり、その厚さ方向の両側は空気に接し、空気の屈折率は実質的に１であるから、線状欠陥部３１はＳｉ基板の厚さ方向には低屈折率の空気により挟まれている。このため、上記特定の波長領域の光は線状欠陥部３１内に閉じ込められて線状欠陥部の長手方向へ伝播する。
即ち、線状欠陥部３１は「導波路として機能」する。
Since the two-
That is, the
点欠陥部３０１、３０２、３０３（図の繁雑さを避けるため、３個の点欠陥部を示しているが、点欠陥部は任意の個数を形成することができる。）は、２次元的な周期的構造部３２、３３を構成する「微細な円柱状の空気穴」とは異なる大きさを有している。説明中の例では、点欠陥部３０１、３０２、３０３は何れも「円柱形状の空気穴」であり、その直径は互いに同一で４６０ｎｍである。
点欠陥部は前述の如く２次元的な周期的構造部内における「線状欠陥部の近傍」に配置されるが、図１（ｂ）の例では、２次元的な周期的構造部３２、３３内において、周期的構造部を構成する微細な空位穴の配列の「線状欠陥部側から３列目」に配置されている。
As described above, the point defect portion is arranged “in the vicinity of the linear defect portion” in the two-dimensional periodic structure portion. In the example of FIG. 1B, the two-dimensional
光源部１０からの光は導光手段であるカップリングレンズ２０により２次元的フォトニック結晶３０の線状欠陥部３１の端部（Ｓｉ基板の厚みをなす端部）にカップリングされ、線状欠陥部３１を導波される。
The light from the
線状欠陥部３１を導波する光は、フォトニックバンドギャップの作用で周期的構造部３２、３３内には入り込まないが、点欠陥部３０１、３０２、３０３の部分では、点欠陥部による「光の捕獲」が生じ、捕獲された光は点欠陥部をなす空気穴から２次元フォトニック結晶３０の面直交方向へ出力光として射出する。
図１（ａ）に符号Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３で示すのが、このように射出する出力光である。
The light guided through the
In FIG. 1A, reference numerals L1, L2, and L3 indicate output light emitted in this way.
点欠陥部から射出する光の波長は「点欠陥部の大きさ」により定まる。図１（ｂ）の例では、点欠陥部３０１、３０２、３０３は同一の直径：４６０ｎｍを有している。
光源部１０を構成する半導体レーザは赤外領域に発光波長領域を有し、発光波長領域が１．４〜１．８μｍの領域であるとすると、点欠陥部３０１、３０２、３０３からはピーク波長：１．７μｍの光（上記波長領域内に含まれる波長で、空気穴の直径：４６０ｎｍにより定まる）が射出する。
The wavelength of light emitted from the point defect portion is determined by “the size of the point defect portion”. In the example of FIG. 1B, the
When the semiconductor laser constituting the
従って、光源部１０の発光強度を「伝達すべき信号」により変調すれば、２次元フォトニック結晶３０に設けられた複数の点欠陥部３０１等から同一波長の複数の光信号Ｌ１等を出力することができる。これら複数の光信号を個別的な信号光伝播手段（信号ライン）により伝播させれば、同一の信号を複数の伝播手段に結合させることができる。
Therefore, if the light emission intensity of the
図１（ｃ）に示す２次元フォトニック結晶３０Ａは、図１（ｂ）に示す２次元フォトニック結晶３０における点欠陥部の大きさを互いに異ならせたものである。即ち、点欠陥部３０１Ａ、３０２Ａ、３０３Ａは「円柱状の空気穴」であるが、その直径が互いに異なっており、これら直径は点欠陥部３０１Ａで４６０ｎｍ、点欠陥部３０２Ａで４８０ｎｍ、点欠陥部３０３Ａで４４０ｎｍである。他の部分は２次元フォトニック結晶３０と同様である。
The two-
図１（ｃ）においても図の繁雑を避けるために３個の点欠陥部を描いているが、点欠陥部の数は適宜である。また、例えば、直径の異なるｎ（≧２）種の点欠陥部を形成する場合、同一の直径を持つ点欠陥部が複数存在しても良い。 In FIG. 1C, three point defect portions are drawn in order to avoid complication of the drawing, but the number of point defect portions is appropriate. For example, when n (≧ 2) types of point defect portions having different diameters are formed, a plurality of point defect portions having the same diameter may exist.
この場合、光源部１０を構成する半導体レーザの発光波長領域が１．４〜１．８μｍの領域であるとすると、点欠陥部３０１Ａ、３０２Ａ、３０３Ａからはそれぞれ、ピーク波長：１．７μｍ、１．４８μｍ、１．５８μｍの出力光が、図１（ａ）に示す出力光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３として射出することになる。即ち、光源部１０の変調により同一の光信号を互いに異なる波長で同時に得ることができる。
In this case, if the emission wavelength region of the semiconductor laser constituting the
図２は実施例３を説明するための図である。繁雑を避けるため、混同の虞がないと思われるものについては図１におけると同一の符号を用いた。
この実施例においては、光源部１０に近接して「波長選択手段」として波長選択性を持つ干渉フィルタ１１が設けられ、光源部１０が放射する波長領域内の光の、例えば「波長：λ１、λ２を含む波長領域の光」を透過させる。干渉フィルタ１１を透過した光はカップリングレンズ２０により２次元フォトニック結晶３０Ａの線状欠陥部に集光され、線状欠陥部に導波される。なお、他の波長選択手段として「プリズムや回折格子」を利用することもできる。
FIG. 2 is a diagram for explaining the third embodiment. In order to avoid complications, the same reference numerals as in FIG. 1 are used for those that are not likely to be confused.
In this embodiment, an interference filter 11 having wavelength selectivity is provided in the vicinity of the
２次元フォトニック結晶３０Ａは先に説明したように、直径：２６０ｎｍの微細な円柱状の空気穴の規則正しい周期的配列により「２次元の周期的構造部」を形成され、周期的構造部内において線状欠陥部の近傍に互いに直径の異なる複数種の空気穴として、点欠陥部３０１Ａ、３０２Ａ、３０３Ａが形成されている。
As described above, in the two-
前述したように、点欠陥部３０１Ａ、３０２Ａ、３０３Ａの直径は、点欠陥部３０１Ａで４６０ｎｍ、点欠陥部３０２Ａで４８０ｎｍ、点欠陥部３０３Ａで４４０ｎｍであり、光源部１０を構成する半導体レーザの発光波長領域が１．４〜１．８μｍの領域であるとすると、点欠陥部３０１Ａ、３０２Ａ、３０３Ａからはそれぞれ、ピーク波長：１．７μｍ、１．４８μｍ、１．５８μｍの出力光が、図１（ａ）に示す出力光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３として射出する。
As described above, the diameters of the
このとき、干渉フィルタ１１が「波長：１．６５ｎｍ以上の光をカットするもの」であると、上記３波長のうち、干渉フィルタ１１を透過する光の波長：λ１、λ２は、ピーク波長：１．４８μｍ（＝λ１）、１．５８μｍ（＝λ２）となり、図２に示す如く、２次元フォトニック結晶３０Ａの点欠陥３０２Ａ、３０３Ａから、それぞれ、ピーク波長：１．４８μｍ（＝λ１）、１．５８μｍ（＝λ２）を持った出力光Ｌ２、Ｌ３を射出させることができる。
At this time, when the interference filter 11 is “wavelength: cuts light having a wavelength of 1.65 nm or more”, among the three wavelengths, the wavelengths of light transmitted through the interference filter 11: λ1, λ2 are peak wavelengths: 1 .48 μm (= λ1) and 1.58 μm (= λ2), as shown in FIG. 2, from the
このようにして、光源部１０からの光信号と同一の信号で、波長の異なる光出力を、干渉フィルタ１１により選択した波長の出力光として、所定の点欠陥部から出力させることができる。
波長選択手段として回折格子を用い、この回折格子を変位させて、二次元フォトニック結晶の線状欠陥部にカップリングされる光の波長帯域を変化させることにより、出力光の射出する点欠陥部を切り替えること、即ち、動的なスイッチングを実現できる。
In this way, optical outputs having the same signal as the optical signal from the
Using a diffraction grating as a wavelength selection means and displacing the diffraction grating to change the wavelength band of the light coupled to the linear defect part of the two-dimensional photonic crystal, the point defect part from which the output light is emitted Switching, that is, dynamic switching can be realized.
図３は実施例４を説明する為の図である。
「光源部」は３つの光源１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃにより構成されている。これら光源１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは何れも半導体レーザであるが発光波長は互いに異なり、光源１０Ａはピーク波長：λＡ、光源１０Ｂはピーク波長：λＢ、光源１０Ｃはピーク波長：λＣのレーザ光を放射する。
FIG. 3 is a diagram for explaining the fourth embodiment.
The “light source unit” includes three
「導光手段」は、３つのカップリングレンズ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃと、導波路部材２１とを有している。導波路部材２１は入力側が３個の導波路２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃであり、これらが出力側で導波路２１Ｄにまとめられた合波導波路である。
The “light guide unit” includes three
このような導波路部材２１は例えば「基板中に選択的な熱拡散、イオン交換、イオン注入、あるいは光・電子ビーム照射により高屈折率の導波層を形成した埋め込み型デバイスや、基板表面をパターニングしてエッチングするリッジ型デバイスなど」として構成できる。図に示した合波導波路以外にも回折格子を利用する合波も可能である。カップリングレンズ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃは「マイクロレンズアレイ」等として実現でき、アナモフィックなものであることができる。
Such a
２次元フォトニック結晶３０Ａは図１（ｃ）に示したものと同様のものである。
即ち、２次元の周期的構造部に「直径の異なる３種の空気孔」による点欠陥部３０１Ａ、３０２Ａ、３０３Ａが形成されている。点欠陥部３０１Ａ、３０２Ａ、３０３Ａの直径は前述の通り、それぞれ４６０ｎｍ、４８０ｎｍ、４４０ｎｍであり、これらの点欠陥部から出射する光のピーク波長はそれぞれ略１．７μｍ、１．４８μｍ、１．５８μｍである。これに合わせて、光源１０Ａの放射する光のピーク波長：λＡは１．７μｍ、光源１０Ｂの放射する光のピーク波長：λＢは１．４８μｍ、光源１０Ｃの放射する光のピーク波長：λＣは１．５８ｎｍに選択されている。
The two-
That is,
図３に示すように、光源１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃからの放射された光はカップリングレンズ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃの作用で、導波路部材２１の導波路２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃにカップリングされ、これら導波路を導波して導波路２１Ｄに合波される。導波路２１Ｄは２次元フォトニック結晶３０Ａの線状欠陥部に接続されており、合波された「波長の異なる３種の光」は線状欠陥部を導波し、光源１０Ａからの波長：１．７μｍの光は点欠陥部３０１Ａから出力光として射出し、光源１０Ｂからの波長：１．４８μｍの光は点欠陥部３０２Ａから出力光として射出し、光源１０Ｃからの波長：１．５８μｍの光は点欠陥部３０３Ａから出力光として射出する。
As shown in FIG. 3, light emitted from the
このように、実施例４の光デバイスでは、光源部を構成する複数の光源からの波長の異なる光信号を、２次元フォトニック結晶の直径の異なる点欠陥部にそれぞれ対応させて出力させることができる。点欠陥部の直径の種類を４種以上に増やせば、光源部を構成する「波長の異なる光源」の種類も４種以上とすることができることは言うまでもない。 As described above, in the optical device according to the fourth embodiment, the optical signals having different wavelengths from the plurality of light sources constituting the light source unit can be output in correspondence with the point defect portions having different diameters of the two-dimensional photonic crystal. it can. Needless to say, if the number of types of the diameter of the point defect portion is increased to four or more, the number of “light sources having different wavelengths” constituting the light source portion can be increased to four or more.
図４は、実施例５の特徴部分のみを説明図的に示している。
図において、符号３０Ｂは２次元フォトニック結晶、符号４０はフィルタを夫々示す。
FIG. 4 illustrates only the characteristic portions of the fifth embodiment.
In the figure,
２次元フォトニック結晶３０Ｂは直径の異なる５種の点欠陥部３０Ｂ１〜３０Ｂ５を有し、これらからピーク波長：ＬＡ、ＬＢ、ＬＣ、ＬＤ、ＬＥの出力光を射出できるようになっている。２次元フォトニック結晶への信号光のカップリングは、図１〜図３に即して説明した方法を適宜利用できる。
The two-
フィルタ４０は、各点欠陥部３０Ｂ１、３０Ｂ２、３０Ｂ３、３０Ｂ４、３０Ｂ５の部分に対応する位置の透過率がそれぞれ透過率：Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５に設定されている。フィルタの具体的形態はＮＤフィルタ（濃度フィルタ）等である。各点欠陥部とこれに対応する透過率部分とが位置的に正確に合致するように、フィルタ４０はアライメントマークを利用して２次元フォトニック結晶と位置合わせして設置する。固定は接着剤等で行う。
In the
光源部の光源（例えば半導体レーザ）の光は、その分光分布により波長に対する強度が一定ではない。そのため、実施例２〜４のように「直径の異なる点欠陥部から射出する出力光」の光強度は均一にならないのが一般的である。 The intensity of the light from the light source (for example, a semiconductor laser) in the light source unit is not constant due to the spectral distribution. Therefore, as in Examples 2 to 4, the light intensity of “output light emitted from point defect portions having different diameters” is generally not uniform.
フィルタ４０は、上記透過率：Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５が「各点欠陥部から射出する出力光」の光強度に応じて「光強度の大きい出力光に対する透過率を低く、光強度の小さい出力光に対する透過率を高く」するようにそれぞれ設定され、出力光の光強度が波長に拘わらず略同じとなるようにする。このようにして、２次元フォトニック結晶の点欠陥部から射出する出力光の光強度を、フィルタ４０を介することにより、出力光の波長に拘わらず略一定にすることができる。
The
上に説明した実施例において、２次元フォトニック結晶３０や３０Ａにおける点欠陥部３０１〜３０３、３０１Ａ〜３０３Ａは２次元的な周期的構造部内において線状欠陥部側から数えて「微細な空気穴列の３列目」に配置されているが、点欠陥部の配置条件は「２次元的な周期的構造部内における線状欠陥部の近傍」にあることである。
この場合における「線状欠陥部の近傍」は、簡単な理論的考察によれば、上記微細な空気穴列の位置として、線状欠陥部側から数えて２列目〜７列目の範囲が可能であると考えられ、２列〜４列の範囲では実際に可能であることをシミュレーションにより確認した。
In the embodiment described above, the
In this case, “the vicinity of the linear defect portion” has a range of the second to seventh rows counted from the linear defect portion side as the position of the fine air hole row according to a simple theoretical consideration. It was considered possible, and it was confirmed by simulation that it was actually possible in the range of 2 to 4 columns.
実施例１の発光デバイスは「導波路として機能する線状欠陥部３１と、この線状欠陥部の両側に形成されて導波光に対してフォトニックバンドギャップを形成する２次元的な周期的構造部３２、３３と、この周期的構造部における線状欠陥部の近傍に位置する複数の点欠陥部３０１、３０２、３０３とを有する平板状の２次元フォトニック結晶３０と、この２次元フォトニック結晶３０における線状欠陥部３１に導波させるべき光を放射する光源部１０と、この光源部１０からの光を線状欠陥部３１に導光する導光手段２０とを有し、光源部１０から放射された光を導光手段２０により２次元フォトニック結晶３０に導光して線状欠陥部３１を導波させ、複数の点欠陥部３０１、３０２、３０３の１以上から、２次元フォトニック結晶３０の面直交方向へ出力光として放射させるように構成された発光デバイス（請求項１）」である。
The light-emitting device of Example 1 is “a
また、２次元フォトニック結晶３０の２次元的な周期的構造部３２、３３と複数の欠陥部３０１、３０２、３０３が空気穴により構成され（請求項２）、２次元フォトニック結晶３０における複数の点欠陥部３０１、３０２、３０３が実質的に同サイズである（請求項３）。
Further, the two-dimensional
実施例２〜実施例５の発光デバイスでは、２次元フォトニック結晶３０Ａにおける複数の点欠陥部３０１Ａ、３０２Ａ、３０３Ａ等に２種以上のサイズのものが含まれる（請求項４）。また、実施例１、２の光デバイスでは、光源部１０が「単一の光源」により構成され（請求項５）、実施例３の発光デバイスでは、光源部が、互いに波長の異なる複数の光源１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃにより構成されている（請求項６）。
In the light emitting devices of Examples 2 to 5, the plurality of
実施例３の発光デバイスは、導光手段が波長選択手段１１を有する（請求項７）。
また、実施例１〜５の発光デバイスでは、導光手段が集光レンズ２０、２０Ａ等を有し（請求項８）、実施例４の発光デバイスでは、導光手段が導波路部材２１を有する（請求項９）。実施例５の発光デバイスは、２次元フォトニック結晶３０Ｂにおける出力光の強度を波長にかかわらず略一定とする強度均一化手段４０を有する（請求項１０）。
In the light emitting device of the third embodiment, the light guide unit includes the wavelength selection unit 11 (Claim 7).
Further, in the light emitting devices of Examples 1 to 5, the light guide means includes the
また、実施例１〜５の発光デバイスは何れも、光通信用光源装置として構成されている（請求項１１）。 In addition, each of the light emitting devices of Examples 1 to 5 is configured as a light source device for optical communication (claim 11).
上に説明した実施例１〜５では、２次元フォトニック結晶をＳｉ基板により構成したが、これに限らず、他の材質の基板、例えばガラス基板等で構成することもできる。また、各実施例に示した２次元フォトニック結晶の２次元的な周期的構造部を「微細な空気穴の稠密６方格子状（三角格子状）」としたが、これに限らず正方格子状としても良い。 In the first to fifth embodiments described above, the two-dimensional photonic crystal is configured by the Si substrate. However, the present invention is not limited thereto, and may be configured by a substrate of another material, for example, a glass substrate. In addition, although the two-dimensional periodic structure portion of the two-dimensional photonic crystal shown in each embodiment is a “dense hexagonal lattice shape (triangular lattice shape) of fine air holes”, the present invention is not limited to this, but a square lattice. It is good also as a shape.
２次元フォトニック結晶３０、３０Ａ、３０Ｂ等は、Ｓｉ基板に形成したレジスト層に２次元的な周期的構造と点欠陥部のパターンをパターニングし、ドライエッチングでＳｉ基板に円柱状の円孔を形成して作製することができる。
The two-dimensional
なお、点欠陥部をなす空気穴の内周面にテーパをつけ、穴径が平行平板の厚み方向へ変化するようにしたり、穴径が上記厚み方向へ段差を以って単調に変化するようにすると、出力光の放射する向きを「穴径が大きくなる側」に設定することができる。 In addition, the inner peripheral surface of the air hole forming the point defect is tapered so that the hole diameter changes in the thickness direction of the parallel plate, or the hole diameter changes monotonously with a step in the thickness direction. Then, the direction in which the output light is emitted can be set to “the side where the hole diameter is increased”.
また、２次元的な周期構造部や点欠陥部を形成する空気孔は、必ずしも平行平板を貫通していなくても良く、導波路として平行平板厚み方向に光を閉じ込め得る程度、即ち数μｍ程度の深さでも良い。 Further, the air holes forming the two-dimensional periodic structure part and the point defect part do not necessarily have to penetrate the parallel plate, and can confine light in the thickness direction of the parallel plate as a waveguide, that is, about several μm. The depth of may be fine.
１０ 光源部
２０ カップリングレンズ（導光手段である集光レンズ）
３０ ２次元フォトニックデバイス
３１ 線状欠陥部
３２、３３ ２次元的な周期的構造部
３０１、３０２、３０３ 点欠陥部
10
30 Two-
Claims (11)
この２次元フォトニック結晶における上記線状欠陥部に導波させるべき光を放射する光源部と、
この光源部からの光を上記線状欠陥部に導光する導光手段とを有し、
上記光源部から放射された光を上記導光手段により２次元フォトニック結晶に導光して上記線状欠陥部を導波させ、導波光を上記複数の点欠陥部の１以上で捕獲して、上記２次元フォトニック結晶の面直交方向へ出力光として放射させるように構成されたことを特徴とする発光デバイス。 A linear defect portion functioning as a waveguide, a two-dimensional periodic structure portion formed on both sides of the linear defect portion to form a photonic band gap with respect to the guided light, and the periodic structure portion A two-dimensional photonic crystal having a plurality of point defects located in the vicinity of the linear defect in the in-plane direction of the flat substrate;
A light source that emits light to be guided to the linear defect in the two-dimensional photonic crystal;
A light guide means for guiding light from the light source part to the linear defect part,
The light emitted from the light source part is guided to the two-dimensional photonic crystal by the light guiding means to guide the linear defect part, and the guided light is captured by one or more of the plurality of point defect parts. A light-emitting device configured to emit light as output light in a direction perpendicular to the plane of the two-dimensional photonic crystal.
２次元フォトニック結晶の２次元的な周期的構造部と複数の点欠陥部とが空気穴により構成されていることを特徴とする発光デバイス。 The light-emitting device according to claim 1.
A light-emitting device, wherein a two-dimensional periodic structure portion of a two-dimensional photonic crystal and a plurality of point defect portions are constituted by air holes.
２次元フォトニック結晶における複数の点欠陥部が実質的に同サイズであることを特徴とする発光デバイス。 The light-emitting device according to claim 1 or 2,
A light emitting device characterized in that a plurality of point defect portions in a two-dimensional photonic crystal have substantially the same size.
２次元フォトニック結晶における複数の点欠陥部に２種以上のサイズのものが含まれることを特徴とする発光デバイス。 The light-emitting device according to claim 1 or 2,
A light emitting device characterized in that a plurality of point defect portions in a two-dimensional photonic crystal include those of two or more sizes.
光源部が単一の光源により構成されていることを特徴とする発光デバイス。 The light-emitting device according to any one of claims 1 to 4,
A light-emitting device, wherein the light source unit is configured by a single light source.
光源部が、互いに波長の異なる複数の光源により構成されていることを特徴とする発光デバイス。 The light-emitting device according to claim 4.
A light-emitting device, wherein the light source unit includes a plurality of light sources having different wavelengths.
導光手段が波長選択手段を有することを特徴とする発光デバイス。 The light-emitting device according to claim 5 or 6,
A light-emitting device, wherein the light guide means has wavelength selection means.
導光手段が集光レンズを有することを特徴とする発光デバイス。 The light-emitting device according to any one of claims 5 to 8,
A light-emitting device, wherein the light guide means has a condensing lens.
導光手段が導波路部材を有することを特徴とする発光デバイス。 The light-emitting device according to any one of claims 5 to 8,
A light-emitting device, wherein the light guide means includes a waveguide member.
２次元フォトニック結晶における出力光の強度を波長にかかわらず略一定とする強度均一化手段を有することを特徴とする発光デバイス。 The light-emitting device according to any one of claims 5 to 9,
A light emitting device comprising intensity uniformizing means for making the intensity of output light in a two-dimensional photonic crystal substantially constant regardless of wavelength.
A light source device for optical communication using the light emitting device according to any one of claims 1 to 10.
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| JP2004202008A JP2006023568A (en) | 2004-07-08 | 2004-07-08 | Light emission device and light source device for optical communication |
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|---|---|---|---|---|
| CN104076438A (en) * | 2013-03-27 | 2014-10-01 | 上海联影医疗科技有限公司 | Microwave photonic crystal and preparation method thereof |
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2004
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| CN104076438B (en) * | 2013-03-27 | 2018-10-09 | 上海联影医疗科技有限公司 | A kind of microwave photon and preparation method thereof |
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