JP2008298912A - Optical element and resonance device - Google Patents

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一実 和田
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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical element and a resonance device having a high Q value for adjusting resonance wavelength in two ways with high precision in a wide operation range. <P>SOLUTION: This optical element is provided with a substrate, a channel type semiconductor light guide arranged on the substrate and forming a plurality of holes in one row on a surface of photonic crystal changing its dielectric constant periodically along the direction of propagation of light, polymer filled into at least one hole formed in the semiconductor light guide and having a photoelectric effect, and a pair of electrodes arranged on the substrate so that an electric power line passes through the hole in the semiconductor light guide which is filled with the polymer. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、光通信等の光伝送媒体の一部において共振する光の波長を固定させる光学素子及びそれを利用した共振装置に関する。   The present invention relates to an optical element that fixes the wavelength of light that resonates in a part of an optical transmission medium such as optical communication, and a resonance apparatus using the optical element.

光共振器（以下共振器）は、波長多重光通信方式におけるフィルターや変調器、および発光素子などの各種素子機能を実現する集積化光システムに不可欠な素子である。これまでにフォトニック結晶や微小リングにより実現され、一部実用の段階にある（例えば特許文献１を参照。）。
特開２００１−１５４０４７号公報 An optical resonator (hereinafter referred to as a resonator) is an indispensable element in an integrated optical system that realizes various element functions such as a filter, a modulator, and a light emitting element in a wavelength division multiplexing optical communication system. So far, it has been realized by a photonic crystal or a micro ring, and is partially in a practical stage (see, for example, Patent Document 1).
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-154047

フォトニック結晶を利用した共振器の場合、構成する材料の屈折率が温度で変動するため、光共振波長に温度依存性がある。共振器のＱ値が高くなればなるほど、共振できる光の波長幅が狭くなる。例えば、Ｑ値が１０６の共振器の場合、共振波長の半値幅は１．５ｐｍ程度であり、共振器の環境や温度の依存性は高い。一般に、半導体は屈折率の温度依存性が大きく、シリコンの場合、温度が１度上昇すると屈折率は１０−４程度変化する。例えば、波長１．５５μｍの光であれば共振波長は０．０６ｎｍ／Ｋの割合で変化する。この変化量は、Ｑ値が１０６の共振器であれば、温度が０．０２度変動したときに出力光の強度に３ｄＢの損失が生ずることになる。 In the case of a resonator using a photonic crystal, since the refractive index of the constituent material varies with temperature, the optical resonance wavelength has temperature dependency. The higher the Q value of the resonator, the narrower the wavelength width of light that can resonate. For example, if the Q value is 10 6 of the resonator, the half-width of the resonance wavelength is about 1.5 pm, dependent resonator environment and temperature is high. In general, the temperature dependence of the refractive index of a semiconductor is large, and in the case of silicon, the refractive index changes by about 10 −4 when the temperature rises once. For example, if the light has a wavelength of 1.55 μm, the resonance wavelength changes at a rate of 0.06 nm / K. The amount of change, if resonator Q value is 10 6, resulting in a loss of 3dB occurs in the intensity of the output light when the temperature fluctuates 0.02 degrees.

そのため、Ｑ値の高い共振器には共振波長を固定させる共振ロッキング機能が必要である。従来、シリコン屈折率を調整することで共振ロッキング機能を実現していた。シリコン屈折率を調整するためには、温度又は電流を調整する二つの手段があった。それぞれの手段を用いた共振器の共振波長を制御する性能を表１に示す。

Figure 2008298912
Therefore, a resonator having a high Q value needs a resonance locking function for fixing the resonance wavelength. Conventionally, a resonance locking function has been realized by adjusting the silicon refractive index. In order to adjust the silicon refractive index, there were two means of adjusting the temperature or current. Table 1 shows the performance of controlling the resonance wavelength of the resonator using each means.
Figure 2008298912

表１のように、温度調整手段の屈折率による共振波長の調整方向は共振波長を長くする方向だけである。また、電流調整手段の屈折率による共振波長の調整方向は共振波長を短くする方向だけである。さらに、電流調整手段の場合、共振波長の調整精度は高いが、稼動範囲が狭くキャリアが吸収されるという課題がある。一方、温度調整手段の場合、稼動範囲は広いが、共振波長の調整精度及び調整速度に課題がある。   As shown in Table 1, the adjustment direction of the resonance wavelength based on the refractive index of the temperature adjusting means is only the direction in which the resonance wavelength is increased. Further, the adjustment direction of the resonance wavelength by the refractive index of the current adjusting means is only the direction of shortening the resonance wavelength. Further, in the case of the current adjusting means, although the adjustment accuracy of the resonance wavelength is high, there is a problem that the operating range is narrow and carriers are absorbed. On the other hand, in the case of the temperature adjusting means, although the operating range is wide, there are problems in the adjustment accuracy and adjustment speed of the resonance wavelength.

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、共振波長を双方向に高精度且つ広稼動範囲で調整できるＱ値の高い光学素子及び共振装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide an optical element and a resonance apparatus having a high Q value capable of adjusting the resonance wavelength in both directions with high accuracy and in a wide operating range.

前記目的を達成するために、本発明に係る光学素子及び共振装置は、複数の穴が形成され、その穴に光電効果のあるポリマーが充填されたフォトニック結晶で構成される。   In order to achieve the above object, the optical element and the resonance device according to the present invention are formed of a photonic crystal in which a plurality of holes are formed and a polymer having a photoelectric effect is filled in the holes.

具体的には、本発明に係る光学素子は、基板と、前記基板上に配置され、光の伝搬方向に沿って周期的に誘電率が変化するフォトニック結晶の表面に一列の複数の穴を形成したチャネル型の半導体導光路と、前記半導体導光路に形成された穴の少なくとも１つに充填された光電効果のあるポリマーと、前記ポリマーが充填される前記半導体導光路の穴を電気力線が経由するように前記基板上に配置された一対の電極と、を備える。   Specifically, an optical element according to the present invention includes a substrate and a plurality of holes arranged in a row on the surface of the photonic crystal that is disposed on the substrate and whose dielectric constant changes periodically along the light propagation direction. The channel-type semiconductor light guide formed, a polymer having a photoelectric effect filled in at least one of the holes formed in the semiconductor light guide, and the holes of the semiconductor light guide filled with the polymer are lines of electric force. And a pair of electrodes arranged on the substrate so as to pass through.

また、本発明に係る光学素子は、基板と、前記基板上に配置され、光の伝搬方向に沿って周期的に誘電率が変化するフォトニック結晶を伝搬する光の伝搬経路上の前記フォトニック結晶の表面に一列の複数の穴を形成し、光の伝搬経路の両側の前記フォトニック結晶の表面に複数の穴を有するスラブ型の半導体導光路と、前記半導体導光路に形成された穴の少なくとも１つに充填された光電効果のあるポリマーと、前記ポリマーが充填される前記半導体導光路の穴を電気力線が経由するように前記半導体導光路上に形成された一対の電極と、を備える。   The optical element according to the present invention includes a substrate and the photonics on the propagation path of light propagating through the photonic crystal disposed on the substrate and having a dielectric constant that periodically changes along the light propagation direction. A slab-type semiconductor light guide having a plurality of holes formed in a row on the surface of the crystal and having a plurality of holes on the surface of the photonic crystal on both sides of the light propagation path, and a hole formed in the semiconductor light guide A photoelectric effect polymer filled in at least one and a pair of electrodes formed on the semiconductor light guide so that electric lines of force pass through holes in the semiconductor light guide filled with the polymer; Prepare.

電界を変化させることでポリマーの屈折率が変化する。従って、電界の強度や方向を調整することで共振波長を双方向に、高精度且つ広稼動範囲で調整することができる。   The refractive index of the polymer changes by changing the electric field. Therefore, the resonance wavelength can be adjusted in both directions with high accuracy and in a wide operating range by adjusting the intensity and direction of the electric field.

本発明に係る光学素子の前記半導体導光路に形成された前記一列の複数の穴は偶数個であり、前記ポリマーは、前記半導体導光路に形成された前記一列の複数の穴のうち、列の中央に対して対称の位置にある穴に充填されてもよい。   The plurality of holes in the row formed in the semiconductor light guide of the optical element according to the present invention is an even number, and the polymer is a row of the plurality of holes formed in the semiconductor light guide. You may fill the hole in a symmetrical position with respect to the center.

本発明に係る光学素子の前記基板は、前記半導体導光路の光の伝搬経路の下を空間とする中空形状であることが好ましい。   It is preferable that the substrate of the optical element according to the present invention has a hollow shape having a space under the light propagation path of the semiconductor light guide.

フォトニック結晶内を伝搬する光のうち基板へ漏れるエバネッセント波の漏れ量を少なくして光の伝搬損失を小さくすることができる。   Of the light propagating in the photonic crystal, the amount of evanescent wave leaking to the substrate can be reduced to reduce the light propagation loss.

本発明に係る光学素子の前記ポリマーは液晶とすることができる。   The polymer of the optical element according to the present invention may be a liquid crystal.

本発明に係る共振装置は、前記光学素子と、前記半導体導波路内での光の共振波長をモニタし、共振波長の変動に対して共振波長が所定の値に近づくように前記一対の電極間の電圧を変化させるフィードバック回路と、を有する。   The resonance device according to the present invention monitors the resonance wavelength of the light in the optical element and the semiconductor waveguide, and between the pair of electrodes so that the resonance wavelength approaches a predetermined value with respect to fluctuation of the resonance wavelength. And a feedback circuit for changing the voltage of.

フィードバック回路により共振波長のずれ量を補正するように電界を変化させることで共振波長を固定（ロック）することができる。   The resonance wavelength can be fixed (locked) by changing the electric field so that the shift amount of the resonance wavelength is corrected by the feedback circuit.

本発明は、共振波長を双方向に高精度且つ広稼動範囲で調整できるＱ値の高い光学素子及び共振装置を提供することができる。   The present invention can provide an optical element and a resonance apparatus having a high Q value capable of adjusting the resonance wavelength in both directions with high accuracy and in a wide operating range.

添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下に説明する実施の形態は本発明の構成の例であり、本発明は、以下の実施の形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The embodiment described below is an example of the configuration of the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiment. In the present specification and drawings, the same reference numerals denote the same components.

（第一実施形態）
本実施形態の光学素子は、基板と、前記基板上に配置され、光の伝搬方向に沿って周期的に誘電率が変化するフォトニック結晶の表面に一列の複数の穴を形成したチャネル型の半導体導光路と、前記半導体導光路に形成された穴の少なくとも１つに充填された光電効果のあるポリマーと、前記ポリマーが充填される前記半導体導光路の穴を電気力線が経由するように前記基板上に配置された一対の電極と、を備える。 (First embodiment)
The optical element according to the present embodiment is a channel type in which a plurality of rows of holes are formed on the surface of a photonic crystal that is disposed on the substrate and whose dielectric constant changes periodically along the light propagation direction. A semiconductor light guide, a photoelectric effect polymer filled in at least one of the holes formed in the semiconductor light guide, and a line of electric force passing through the hole of the semiconductor light guide filled with the polymer. A pair of electrodes disposed on the substrate.

図１から図４に本実施形態の光学素子１０１から光学素子１０４の概略構成図を示す。光学素子１０１から光学素子１０４は、基板２１と、チャネル型の半導体導光路２６と、半導体導光路２６に形成された穴に充填された光電効果のあるポリマー７０と、一対の電極２３ａ及び電極２３ｂと、を備える。   1 to 4 show schematic configuration diagrams of the optical element 101 to the optical element 104 of the present embodiment. The optical element 101 to the optical element 104 include a substrate 21, a channel-type semiconductor light guide 26, a polymer 70 having a photoelectric effect filled in a hole formed in the semiconductor light guide 26, and a pair of electrodes 23a and 23b. And comprising.

基板２１は、後述するチャネル型の半導体導光路２６を支持するために設けられている。本実施形態では、基板２１としてＳｉＯ２基板が適用される。また、図１から図４に示すように、基板２１はシリコン基板３３の上に形成されていてもよい。 The substrate 21 is provided to support a channel-type semiconductor light guide 26 described later. In the present embodiment, a SiO 2 substrate is applied as the substrate 21. Further, as shown in FIGS. 1 to 4, the substrate 21 may be formed on a silicon substrate 33.

半導体導光路２６は、共振特性を有するフォトニック結晶である。フォトニック結晶は、半導体導光路２６の上面に円状の穴２４を光の伝搬方向に向かって一列に配列し、穴２４の空いた部分と他の部分とで屈折率に差を生じさせて実現できる。すなわち、半導体導光路２６は一次元のフォトニック結晶である。穴２４は、例えば、半導体導光路２６である半導体を積層した後に、ドライエッチングによりエッチングして形成することができる。穴２４の間隔Ｄは、半導体導光路２６内を伝搬する光５１の半導体導光路２６内での波長をλとしてλ／（４ｎ）（但し、ｎは自然数とする。）に設定される。フォトニック結晶の共振特性は、半導体導光路２６となる半導体の材料の屈折率に応じて変わりうるため、上記間隔Ｄは、半導体導光路２６となる半導体の材料に応じて適宜定められる。本実施例では半導体導光路２６の材料はシリコンとする。また、半導体導光路２６の幅ｗは０．４μｍ、高さｄは０．２μｍとしている。半導体導光路２６は表面に半径０．１μｍの穴を周期的（穴２４の中心の間隔Ｄが０．４２μｍ）に形成する穴列部分と穴列を形成しない部分とを持つ。穴列を形成しない部分が共振器２８となる。本実施例では共振器２８の長さを０．６３μｍとし、共振器２８の両側にそれぞれ六つの穴列を形成した。穴２４の数は設計により適宜変更することができる。   The semiconductor light guide 26 is a photonic crystal having resonance characteristics. In the photonic crystal, circular holes 24 are arranged in a row in the light propagation direction on the upper surface of the semiconductor light guide 26, and a difference in refractive index is produced between the hole 24 and other portions. realizable. That is, the semiconductor light guide 26 is a one-dimensional photonic crystal. The hole 24 can be formed, for example, by laminating a semiconductor that is the semiconductor light guide 26 and then etching by dry etching. The interval D of the holes 24 is set to λ / (4n) (where n is a natural number), where λ is the wavelength of the light 51 propagating in the semiconductor light guide 26 in the semiconductor light guide 26. Since the resonance characteristics of the photonic crystal can vary depending on the refractive index of the semiconductor material used as the semiconductor light guide 26, the distance D is appropriately determined according to the semiconductor material used as the semiconductor light guide 26. In this embodiment, the material of the semiconductor light guide 26 is silicon. Further, the width w of the semiconductor light guide 26 is 0.4 μm, and the height d is 0.2 μm. The semiconductor light guide 26 has a hole row portion in which holes having a radius of 0.1 μm are formed periodically (a distance D between the centers of the holes 24 is 0.42 μm) and a portion where no hole row is formed. The portion where the hole row is not formed becomes the resonator 28. In this embodiment, the length of the resonator 28 is 0.63 μm, and six hole arrays are formed on both sides of the resonator 28. The number of holes 24 can be appropriately changed according to the design.

ポリマー７０は、高い光電効果を持ち、電界の強度で屈折率が変化する。ポリマー７０は、例えば、液晶、発色団（ｃｈｒｏｍｏｐｈｏｒｅ）、メタクリル酸メチル樹脂又は架橋ポリウレタン（ｃｒｏｓｓｌｉｎｋｅｄ ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ）である。本実施例では液晶である。また、ポリマー７０は、半導体導光路２６に形成された穴２４の少なくとも１つに充填される。   The polymer 70 has a high photoelectric effect, and its refractive index changes with the strength of the electric field. The polymer 70 is, for example, a liquid crystal, a chromophore, a methyl methacrylate resin, or a cross-linked polyurethane. In this embodiment, it is a liquid crystal. The polymer 70 is filled in at least one of the holes 24 formed in the semiconductor light guide path 26.

図１の光学素子１０１及び図４の光学素子１０４では、共振器２８に最近接の二つの穴２４にポリマー７０を入れた構造である。図２の光学素子１０２では、共振器２８から２番目の二つの穴２４にポリマー７０を入れた構造である。図３の光学素子１０３では、全ての穴２４にポリマー７０を入れた構造である。なお、図１から図３には、共振器２８に対して左右対称の位置の穴２４にポリマー７０を充填しているが、左右非対称の位置の穴２４にポリマー７０を充填してもよい。また、いずれか一つの穴２４にポリマー７０を充填してもよい。   The optical element 101 in FIG. 1 and the optical element 104 in FIG. 4 have a structure in which a polymer 70 is placed in the two holes 24 closest to the resonator 28. The optical element 102 in FIG. 2 has a structure in which a polymer 70 is placed in the second two holes 24 from the resonator 28. The optical element 103 in FIG. 3 has a structure in which the polymer 70 is put in all the holes 24. In FIGS. 1 to 3, the polymer 70 is filled in the hole 24 at a position symmetrical to the resonator 28, but the polymer 70 may be filled into the hole 24 at a position asymmetrical to the left and right. In addition, any one hole 24 may be filled with the polymer 70.

電極２３ａ及び電極２３ｂは、ポリマー７０が充填される半導体導光路２６の穴２４を電気力線が経由するように基板２１上に配置される。電極２３ａと電極２３ｂとの間に印加する電圧を変化させることでポリマー７０に印加される電界の強度を変えることができる。   The electrode 23a and the electrode 23b are arranged on the substrate 21 so that the electric lines of force pass through the hole 24 of the semiconductor light guide 26 filled with the polymer 70. The intensity of the electric field applied to the polymer 70 can be changed by changing the voltage applied between the electrode 23a and the electrode 23b.

ポリマー７０に電界を印加することで、ポリマー７０の屈折率を変化させることができる。ポリマー７０を充填する穴２４の位置とポリマー７０の屈折率を１．５から１．６へ変化させたときの共振波長の変化量について調査した。結果を図５の丸印に示す。横軸にポリマー７０を充填する穴２４の位置を示す。１は共振器２８から最も近い両側の穴にポリマー７０を充填した図１の光学素子１０１の場合である。２は共振器２８から２番目に離れた両側の穴にポリマー７０を充填した図２の光学素子１０２の場合である。３は共振器２８から３番目に離れた両側の穴にポリマー７０を充填した光学素子の場合である。縦軸は屈折率変化量（Δｎ＝０．１）における共振波長の変化量である。図５のように、共振波長の変化量はポリマー７０が充填された穴２４の位置（共振器２８からの距離）によって、指数関数的に変化する。   By applying an electric field to the polymer 70, the refractive index of the polymer 70 can be changed. The position of the hole 24 filling the polymer 70 and the amount of change in the resonance wavelength when the refractive index of the polymer 70 was changed from 1.5 to 1.6 were investigated. The results are shown by the circles in FIG. The position of the hole 24 filling the polymer 70 is shown on the horizontal axis. 1 is the case of the optical element 101 in FIG. 1 in which the holes on both sides closest to the resonator 28 are filled with the polymer 70. Reference numeral 2 denotes the case of the optical element 102 of FIG. 2 in which the holes on both sides farthest from the resonator 28 are filled with the polymer 70. Reference numeral 3 denotes an optical element in which a polymer 70 is filled in holes on both sides farthest from the resonator 28. The vertical axis represents the change amount of the resonance wavelength at the refractive index change amount (Δn = 0.1). As shown in FIG. 5, the amount of change in the resonance wavelength varies exponentially depending on the position of the hole 24 filled with the polymer 70 (distance from the resonator 28).

次に、図４の光学素子１０４についてポリマー７０の屈折率と光学素子１０４を透過した光のスペクトルとの関係をシミュレーションした結果を図６に示す。ポリマー７０の屈折率を１．５から１．６まで増加させると、共振波長は２．４ｎｍだけ増加した。図２の光学素子１０２について同様にシミュレーションした結果、共振波長は０．８５ｎｍだけ増加した。また、図３の光学素子１０３について同様にシミュレーションした結果、共振波長は４ｎｍ増加した。   Next, FIG. 6 shows the result of simulating the relationship between the refractive index of the polymer 70 and the spectrum of light transmitted through the optical element 104 for the optical element 104 in FIG. Increasing the refractive index of polymer 70 from 1.5 to 1.6 increased the resonant wavelength by 2.4 nm. As a result of a similar simulation for the optical element 102 of FIG. 2, the resonance wavelength increased by 0.85 nm. Further, as a result of a similar simulation for the optical element 103 in FIG. 3, the resonance wavelength increased by 4 nm.

ポリマー７０が充填される穴２４の位置や数で電界の変動量に対する共振波長の変動量の大きさや制御精度が変わる。従って、共振器２８からの距離が異なる穴２４を選択し、ポリマー７０を充填することで適切な性能の光学素子を設計することができる。   Depending on the position and number of the holes 24 filled with the polymer 70, the magnitude of the fluctuation amount of the resonance wavelength and the control accuracy change with respect to the fluctuation amount of the electric field. Therefore, by selecting the holes 24 having different distances from the resonator 28 and filling them with the polymer 70, an optical element having an appropriate performance can be designed.

すなわち、光学素子１０１から光学素子１０４は、フォトニック結晶のバンドギャップを変化させることなく、共振器２８の共振準位をコントロールすることができる特長を持つ。そのため、光学素子１０１から光学素子１０４のいずれかを光回路のチップに集積した場合、温度がチップ面内で時間的に変動しても、温度とは独立して共振波長を制御することができる。   That is, the optical element 101 to the optical element 104 have a feature that the resonance level of the resonator 28 can be controlled without changing the band gap of the photonic crystal. Therefore, when any one of the optical elements 101 to 104 is integrated on the chip of the optical circuit, the resonance wavelength can be controlled independently of the temperature even if the temperature fluctuates with time in the chip plane. .

実験的に測定される光学素子のＱ値であるトータルＱｔｏｔａｌは共振器の内部Ｑ（Ｑｏ）と外部Ｑ（Ｑｅｘｔ）とにより数１で示される。

Figure 2008298912
The total Q total, which is the Q value of the optical element measured experimentally, is expressed by Equation 1 by the internal Q (Q o ) and external Q (Q ext ) of the resonator.
Figure 2008298912

ここで、光学素子１０１から光学素子１０４ではＱ０＞Ｑｅｘｔであることが解析されており、ＱｔｏｔａｌはＱｅｘｔの影響が大きい。穴２４にポリマー７０を充填した場合、Ｑｏへの影響は小さいがＱｅｘｔは下がる。そのため、ＱｅｘｔをＱｏより大きくすることでＱｔｏｔａｌの低下を抑える必要がある。例えば、片側の穴列における穴の数を７以上にすることでＱｅｘｔが大きくなりＱｔｏｔａｌの低下を抑制することができる。しかし、現在の製作技術では穴列における穴の数を７以上にすると光の透過が困難になることが知られている。そこで、穴列の穴の数を６以下とし、ポリマーを充填した穴の数を減らすこととした。 Here, it is analyzed that Q 0 > Q ext in the optical element 101 to the optical element 104, and Q total is greatly influenced by Q ext . When filled with polymer 70 in the hole 24, the influence of the Q o is small Q ext is lowered. Therefore, it is necessary to suppress a decrease in Q total by making Q ext larger than Q o . For example, when the number of holes in the hole array on one side is set to 7 or more, Q ext is increased, and a decrease in Q total can be suppressed. However, it is known with the current production technique that if the number of holes in the hole row is 7 or more, light transmission becomes difficult. Therefore, the number of holes in the hole row was set to 6 or less, and the number of holes filled with the polymer was reduced.

本実施例の場合、光学素子１０４のＱ値は１０００である。一方、全部の穴２４にポリマー７０を入れる光学素子１０３はポリマー７０の屈折率を１．５から１．６まで変化させると、Ｑ値は５５０に下がる。   In this embodiment, the Q value of the optical element 104 is 1000. On the other hand, when the refractive index of the polymer 70 is changed from 1.5 to 1.6 in the optical element 103 in which the polymer 70 is inserted into all the holes 24, the Q value decreases to 550.

このように、光学素子１０１、光学素子１０２及び光学素子１０４のように一部の穴２４にのみポリマー７０を入れた場合、Ｑ値の変動は少なく高Ｑ値を維持することができる。特に、共振器２８に接する穴にのみポリマー７０を封入した図１の光学素子１０１は高いＱ値を保ち、共振波長の稼動範囲を広くすることができる。従って、本実施形態の光学素子を用いることでＱ値が高く、広い温度範囲で共振波長を高精度でロックできる共振装置を提供できる。   As described above, when the polymer 70 is inserted only in a part of the holes 24 as in the optical element 101, the optical element 102, and the optical element 104, the Q value varies little and the high Q value can be maintained. In particular, the optical element 101 of FIG. 1 in which the polymer 70 is sealed only in the hole that contacts the resonator 28 can maintain a high Q value and widen the operating range of the resonance wavelength. Therefore, by using the optical element of the present embodiment, it is possible to provide a resonance apparatus that has a high Q value and can lock the resonance wavelength with high accuracy over a wide temperature range.

次に、光学素子１０４と図１の光学素子１０１との違いを説明する。図４の光学素子１０４の基板２１は、半導体導光路２６の光の伝搬経路の下を空間とする中空形状である。   Next, the difference between the optical element 104 and the optical element 101 of FIG. 1 will be described. The substrate 21 of the optical element 104 in FIG. 4 has a hollow shape having a space below the light propagation path of the semiconductor light guide 26.

光学素子１０４と図１の光学素子１０１との違いは、基板２１の一部を除去しており、半導体導光路２６の下を中空の溝７５としたエアーブリッジ構造としていることである。表２にエアーブリッジ構造の有無における光学素子のＱ値についてシミュレーションした結果を示す。本シミュレーションは、共振器２８の両側の穴列を４つとした場合で行っている。表２の結果によると、エアーブリッジ構造とすることで、Ｑ０は三倍に増加して、ＱｅｘｔとＱｔｏｔａｌも増加する。従って、エアーブリッジ構造とすることで光学素子を透過する光の漏れを防止することができる。

Figure 2008298912
A difference between the optical element 104 and the optical element 101 of FIG. 1 is that a part of the substrate 21 is removed and an air bridge structure is formed with a hollow groove 75 under the semiconductor light guide path 26. Table 2 shows the result of simulation of the Q value of the optical element with and without the air bridge structure. This simulation is performed when the number of hole arrays on both sides of the resonator 28 is four. According to the results in Table 2, with the air bridge structure, Q 0 increases three times and Q ext and Q total also increase. Therefore, the air bridge structure can prevent light leaking through the optical element.
Figure 2008298912

以上説明したように、半導体導光路２６に設けた穴２４にポリマー７０を充填し、その屈折率を外部電界によって制御することで、共振波長を双方向に高精度且つ広稼動範囲で調整できるＱ値の高い光学素子を提供することができる。そのため、本実施形態の光学素子は広い温度範囲で共振波長をロックすることができる。また、本実施形態の光学素子は１０μｍ程度の長さであり、通常の内部全反射型の導光路と同じ形状を持つため、カップリングが容易である。   As described above, the resonance wavelength can be adjusted in both directions with high accuracy and a wide operating range by filling the hole 24 provided in the semiconductor light guide 26 with the polymer 70 and controlling the refractive index by an external electric field. An optical element having a high value can be provided. Therefore, the optical element of this embodiment can lock the resonance wavelength in a wide temperature range. In addition, the optical element of the present embodiment has a length of about 10 μm and has the same shape as a normal internal total reflection type light guide, so that coupling is easy.

（第二実施形態）
本実施形態の光学素子は、基板と、前記基板上に配置され、光の伝搬方向に沿って周期的に誘電率が変化するフォトニック結晶を伝搬する光の伝搬経路上の前記フォトニック結晶の表面に一列の複数の穴を形成し、光の伝搬経路の両側の前記フォトニック結晶の表面に複数の穴を有するスラブ型の半導体導光路と、前記半導体導光路に形成された穴の少なくとも１つに充填された光電効果のあるポリマーと、前記ポリマーが充填される前記半導体導光路の穴を電気力線が経由するように前記半導体導光路上に形成された一対の電極と、を備える。 (Second embodiment)
The optical element of the present embodiment includes a substrate and the photonic crystal on the light propagation path that is disposed on the substrate and propagates through the photonic crystal whose dielectric constant changes periodically along the light propagation direction. A slab-type semiconductor light guide having a plurality of holes formed in a row on the surface and having a plurality of holes on the surface of the photonic crystal on both sides of the light propagation path, and at least one of the holes formed in the semiconductor light guide And a pair of electrodes formed on the semiconductor light guide so that electric lines of force pass through holes in the semiconductor light guide filled with the polymer.

図７から図１０に、本実施形態の光学素子２０１から光学素子２０４の概略構成図を示す。光学素子２０１から光学素子２０４は、基板２１と、スラブ型の半導体導光路２２と、半導体導光路２２に形成された穴に充填された光電効果のあるポリマー７０と、一対の電極２３ａ及び電極２３ｂと、を備える。   7 to 10 show schematic configuration diagrams of the optical element 201 to the optical element 204 of the present embodiment. The optical element 201 to the optical element 204 include a substrate 21, a slab-type semiconductor light guide 22, a polymer 70 having a photoelectric effect filled in a hole formed in the semiconductor light guide 22, and a pair of electrodes 23a and 23b. And comprising.

基板２１は、光学素子２０１から光学素子２０４をエアーブリッジ構造とするための溝７５が形成されている。   The substrate 21 is provided with a groove 75 for making the optical element 201 to the optical element 204 into an air bridge structure.

半導体導光路２２は、共振特性を有するフォトニック結晶である。フォトニック結晶は、半導体導光路２２の上面に円状の穴２４を六角形周期で配列し、穴２４の空いた部分とそうでない部分とに屈折率の差を設けることで実現できる。すなわち、半導体導光路２２は二次元のフォトニック結晶である。スラブ型半導体導光路２２内の光５２の伝搬経路においては、中心部の穴のない部分の両側に穴２４を３つづつ形成した穴列を形成する。穴列を形成しない部分が共振器２８となる。穴２４は図１の光学素子１０１で説明した方法で形成できる。穴２４の間隔Ｄは図１の光学素子１０１で説明の通りである。半導体導光路２２の材料は図１の半導体導光路２６の材料と同様である。本実施形態では、共振器２８の長さを０．６３μｍとし、穴２４は半径ｒ＝０．７８μｍでスラブ型半導体導光路２２の表面にＤ＝３．１２μｍの周期で設けられている。   The semiconductor light guide 22 is a photonic crystal having resonance characteristics. The photonic crystal can be realized by arranging circular holes 24 on the upper surface of the semiconductor light guide path 22 in a hexagonal cycle and providing a difference in refractive index between a portion where the holes 24 are open and a portion where the holes 24 are not. That is, the semiconductor light guide 22 is a two-dimensional photonic crystal. In the propagation path of the light 52 in the slab type semiconductor light guide path 22, a hole row in which three holes 24 are formed on both sides of the center-free portion is formed. The portion where the hole row is not formed becomes the resonator 28. The hole 24 can be formed by the method described in the optical element 101 of FIG. The distance D between the holes 24 is as described for the optical element 101 in FIG. The material of the semiconductor light guide 22 is the same as the material of the semiconductor light guide 26 in FIG. In this embodiment, the length of the resonator 28 is 0.63 μm, and the holes 24 are provided on the surface of the slab type semiconductor light guide 22 with a radius r = 0.78 μm and a period of D = 3.12 μm.

ポリマー７０は、半導体導光路２２に形成された光５２の伝搬経路上の穴２４の少なくとも１つに充填される。   The polymer 70 is filled in at least one of the holes 24 on the propagation path of the light 52 formed in the semiconductor light guide path 22.

図７の光学素子２０１は、光５２の伝搬経路上であり共振器２８に最近接の二つの穴２４にポリマー７０を入れた構造である。図８の光学素子２０２は、光５２の伝搬経路上であり共振器２８から２番目の二つの穴２４にポリマー７０を入れた構造である。図９の光学素子２０３は、光５２の伝搬経路と垂直方向であり共振器２８に最近接の穴２４にポリマー７０を入れる構造である。図１０の光学素子２０４は、光５２の伝搬経路上の全ての穴２４にポリマー７０を入れた構造である。なお、図７から図９には、共振器２８に対して左右対称の位置の穴２４にポリマー７０を充填しているが、左右非対称の位置の穴２４にポリマー７０を充填してもよい。また、いずれか一つの穴２４にポリマー７０を充填してもよい。   The optical element 201 in FIG. 7 has a structure in which a polymer 70 is placed in two holes 24 on the propagation path of the light 52 and closest to the resonator 28. The optical element 202 in FIG. 8 has a structure in which a polymer 70 is placed in the second two holes 24 from the resonator 28 on the propagation path of the light 52. The optical element 203 in FIG. 9 has a structure in which the polymer 70 is inserted into the hole 24 that is perpendicular to the propagation path of the light 52 and is closest to the resonator 28. The optical element 204 in FIG. 10 has a structure in which the polymer 70 is put in all the holes 24 on the propagation path of the light 52. In FIGS. 7 to 9, the polymer 70 is filled in the hole 24 at a position symmetrical to the resonator 28, but the polymer 70 may be filled into the hole 24 at a position asymmetrical to the left and right. In addition, any one hole 24 may be filled with the polymer 70.

図１から図４で説明したように、ポリマー７０が充填される穴２４の位置や数で電界の変動量に対する共振波長の変動量の大きさが変わる。そのため、光学素子２０１の目的に応じて、共振器２８からの距離が異なる穴を選択し、適切な性能を設計することができる。   As described with reference to FIGS. 1 to 4, the magnitude of the variation amount of the resonance wavelength with respect to the variation amount of the electric field varies depending on the position and number of the holes 24 filled with the polymer 70. Therefore, holes having different distances from the resonator 28 can be selected according to the purpose of the optical element 201, and appropriate performance can be designed.

電極２３ａ及び電極２３ｂは、ポリマー７０が充填される半導体導光路２２の穴２４を電気力線が経由するように半導体導光路２２上に形成される。電極２３ａ及び電極２３ｂは、図１の光学素子１０１で説明したようにポリマー７０に印加される電界の強度を変えることができる。   The electrode 23a and the electrode 23b are formed on the semiconductor light guide 22 so that electric lines of force pass through the holes 24 of the semiconductor light guide 22 filled with the polymer 70. The electrode 23a and the electrode 23b can change the strength of the electric field applied to the polymer 70 as described in the optical element 101 of FIG.

次に、ポリマー７０を充填する穴２４の位置とポリマー７０の屈折率を１．５から１．６へ変化させたときの共振波長の変化量について調査した。結果を図５の四角印に示す。１は共振器２８から最も近い両側の穴にポリマー７０を充填した図７の光学素子２０１の場合である。２は共振器２８から２番目に離れた両側の穴にポリマー７０を充填した図８の光学素子２０２の場合である。３は共振器２８から３番目に離れた両側の穴にポリマー７０を充填した光学素子の場合である。縦軸は共振波長の変化量である。実施形態１でチャネル型の半導体導波路２６で説明したようにスラブ型の半導体導波路２２においても同様の結果となった。   Next, the amount of change in the resonance wavelength when the position of the hole 24 filling the polymer 70 and the refractive index of the polymer 70 were changed from 1.5 to 1.6 was investigated. The results are shown by the square marks in FIG. Reference numeral 1 denotes the case of the optical element 201 in FIG. 7 in which the holes on both sides closest to the resonator 28 are filled with the polymer 70. Reference numeral 2 denotes the case of the optical element 202 in FIG. 8 in which the holes on both sides farthest from the resonator 28 are filled with the polymer 70. Reference numeral 3 denotes an optical element in which a polymer 70 is filled in holes on both sides farthest from the resonator 28. The vertical axis represents the change amount of the resonance wavelength. Similar results were obtained in the slab type semiconductor waveguide 22 as described in the channel type semiconductor waveguide 26 in the first embodiment.

図１１は、ポリマー７０を充填した穴２４の位置毎に、図７から図１０のようなスラブ型の半導体導光路２２を持つ光学素子の共振波長とポリマー７０の屈折率との関係を示している。横軸にポリマー７０の屈折率を示し、縦軸に光学素子の共振波長を示す。図１１において、丸印は図７の光学素子２０１の場合、菱形は図８の光学素子２０２の場合、白丸は共振器２８から３番目の穴２４にポリマー７０を入れた構造の場合、三角は図９の光学素子２０３の場合、四角は図１０の光学素子２０４の場合を示している。   FIG. 11 shows the relationship between the resonance wavelength of the optical element having the slab type semiconductor light guide 22 as shown in FIGS. 7 to 10 and the refractive index of the polymer 70 for each position of the hole 24 filled with the polymer 70. Yes. The horizontal axis indicates the refractive index of the polymer 70, and the vertical axis indicates the resonance wavelength of the optical element. In FIG. 11, the circle indicates the optical element 201 of FIG. 7, the rhombus indicates the optical element 202 of FIG. 8, the white circle indicates the structure in which the polymer 70 is inserted into the third hole 24 from the resonator 28, and the triangle indicates In the case of the optical element 203 in FIG. 9, the square indicates the case of the optical element 204 in FIG.

ポリマー７０を充填した穴２４の位置に関わらず、共振波長はポリマー７０の屈折率の増加に対してほぼ線形に増加する。図７の光学素子２０１及び図９の光学素子２０３の場合、ポリマー７０の屈折率を１．５から１．６に変化させると共振波長は５ｎｍ程度のシフトする。図８の光学素子２０２の場合、ポリマー７０の屈折率を１．５から１．６に変化させると共振波長は１．１ｎｍシフトする。この結果より、ポリマー７０の屈折率の変化が同じであっても、光５２の伝搬経路上の穴２４の全てにポリマー７０を充填することで共振波長は最も大きく変動する。また、図５よりホールの数が少なければ、共振波長範囲は一次元の構造より二次元の構造の方が広い。   Regardless of the position of the hole 24 filled with the polymer 70, the resonant wavelength increases approximately linearly with increasing refractive index of the polymer 70. In the case of the optical element 201 in FIG. 7 and the optical element 203 in FIG. 9, when the refractive index of the polymer 70 is changed from 1.5 to 1.6, the resonance wavelength is shifted by about 5 nm. In the case of the optical element 202 of FIG. 8, when the refractive index of the polymer 70 is changed from 1.5 to 1.6, the resonance wavelength is shifted by 1.1 nm. From this result, even when the change in the refractive index of the polymer 70 is the same, the resonance wavelength varies most greatly by filling the polymer 70 in all the holes 24 on the propagation path of the light 52. If the number of holes is smaller than in FIG. 5, the resonance wavelength range is wider in the two-dimensional structure than in the one-dimensional structure.

次に、図１２に共振器２８の両側の非対称な位置の穴２４にポリマー７０を充填した場合の共振波長の変動を示す。横軸にポリマー７０の屈折率を示し、縦軸に光学素子の共振波長を示す。図１２において、四角は図７の光学素子２０１の場合、丸印は図８の光学素子２０２の場合、白丸は共振器２８の両側で非対称な位置の穴２４にポリマー７０を充填した場合を示している。光５２の入力側においては、共振器２８に最近接の穴２４にポリマー７０を充填し、光５２の出力側においては、共振器２８から２番目の穴２４にポリマー７０を充填している。図１２のように、共振器２８の両側の非対称な位置の穴２４にポリマー７０を充填した場合であっても共振波長を変動させることができる。   Next, FIG. 12 shows fluctuations in the resonance wavelength when the polymer 70 is filled in the holes 24 at asymmetric positions on both sides of the resonator 28. The horizontal axis indicates the refractive index of the polymer 70, and the vertical axis indicates the resonance wavelength of the optical element. In FIG. 12, the square indicates the case of the optical element 201 of FIG. 7, the circle indicates the case of the optical element 202 of FIG. 8, and the white circle indicates the case where the polymer 70 is filled in the holes 24 at asymmetric positions on both sides of the resonator 28. ing. On the input side of the light 52, the polymer 70 is filled in the hole 24 closest to the resonator 28, and on the output side of the light 52, the polymer 70 is filled in the second hole 24 from the resonator 28. As shown in FIG. 12, the resonance wavelength can be varied even when the polymer 70 is filled in the holes 24 at the asymmetric positions on both sides of the resonator 28.

図７の光学素子２０１についてポリマー７０の屈折率と光学素子２０１を透過した光のスペクトルとの関係をシミュレーションした結果を図１３に示す。ポリマー７０の屈折率を１．５から１．５１まで増加させると、共振波長は０．５１ｎｍだけ増加した。スラブ型の半導体導光路の光学素子では、ポリマー７０の屈折率を０．１変化させることで、８０度の温度範囲に対応できる。これは実施形態１で説明したチャネル型の半導体導光路の光学素子に比べて約二倍の温度範囲である。従って、実施形態１で説明したチャネル型の半導体導光路の光学素子と同様に、スラブ型の半導体導光路の光学素子を光回路のチップに集積した場合、温度がチップ面内で時間的に変動しても、温度とは独立して共振波長を制御することができる。   FIG. 13 shows the result of simulating the relationship between the refractive index of the polymer 70 and the spectrum of the light transmitted through the optical element 201 for the optical element 201 in FIG. Increasing the refractive index of polymer 70 from 1.5 to 1.51 increased the resonant wavelength by 0.51 nm. In the optical element of the slab type semiconductor light guide, the temperature range of 80 degrees can be handled by changing the refractive index of the polymer 70 by 0.1. This is a temperature range approximately twice that of the optical element of the channel type semiconductor light guide described in the first embodiment. Therefore, similarly to the optical element of the channel type semiconductor light guide described in the first embodiment, when the optical element of the slab type semiconductor light guide is integrated on the chip of the optical circuit, the temperature fluctuates with time in the chip surface. Even so, the resonance wavelength can be controlled independently of the temperature.

また、図１３に示すように図７の光学素子２０１では２５０００の高いＱ値が得られた。スラブ型の半導体導光路２２の場合、Ｑｏ（＝４００００）でＱｅｘｔ（＝５００００）であるため、穴２４へのポリマー７０の充填によるＱｔｏｔａｌの低下はチャネル型の半導体導光路２６の光学素子より小さい。また、スラブ型の半導体導光路２２の光学素子の場合、チャネル型の半導体導光路２６の光学素子に比べてＱｏが大きくＱｅｘｔが小さい傾向がある。そのため、数式１の関係により、ポリマー７０を穴２４に充填してＱｅｘｔが変化してもＱｔｏｔａｌへの影響は小さい。 Further, as shown in FIG. 13, the optical element 201 of FIG. 7 has a high Q value of 25000. In the case of the slab type semiconductor light guide 22, Q o (= 40000) is Q ext (= 50000). Therefore, the Q total is decreased due to the filling of the polymer 70 into the hole 24. Smaller than the element. In the case of the optical element of the slab type semiconductor light guide 22, Q o tends to be large and Q ext is small compared to the optical element of the channel type semiconductor light guide 26. Therefore, according to the relationship of Equation 1, even if the polymer 70 is filled in the hole 24 and Q ext changes, the influence on Q total is small.

図７の光学素子２０１の場合、ポリマーの屈折率を１．５から１．６に変化させても、Ｑｔｏｔａｌは２４０００から２２０００に変化するだけで、高いＱ値を維持できる。 In the case of the optical element 201 of FIG. 7, even if the refractive index of the polymer is changed from 1.5 to 1.6, a high Q value can be maintained by only changing Q total from 24000 to 22000.

このように、光学素子２０１から光学素子２０４のように、スラブ型の半導体導光路２２の穴２４にポリマー７０を充填することで、Ｑ値の変動は少なく高Ｑ値を維持することができる。また、ポリマー７０を充填した穴２４の位置により共振波長の調整精度を変えることができる。従って、本実施形態の光学素子を用いることでＱ値が高く、広い温度範囲で共振波長を高精度でロックできる共振装置を提供できる。   As described above, by filling the hole 70 of the slab type semiconductor light guide 22 with the polymer 70 as in the optical element 201 to the optical element 204, the fluctuation of the Q value is small and the high Q value can be maintained. Further, the adjustment accuracy of the resonance wavelength can be changed depending on the position of the hole 24 filled with the polymer 70. Therefore, by using the optical element of the present embodiment, it is possible to provide a resonance apparatus that has a high Q value and can lock the resonance wavelength with high accuracy over a wide temperature range.

（第三実施形態）
本実施形態の共振装置は、第一実施形態又は第二実施形態で説明した光学素子と、前記半導体導波路内での光の共振波長をモニタし、共振波長の変動に対して共振波長が所定の値に近づくように前記一対の電極間の電圧を変化させるフィードバック回路と、を有する。 (Third embodiment)
The resonance apparatus of this embodiment monitors the resonance wavelength of light in the optical element described in the first embodiment or the second embodiment and the semiconductor waveguide, and the resonance wavelength is predetermined with respect to the fluctuation of the resonance wavelength. And a feedback circuit that changes the voltage between the pair of electrodes so as to approach the value of.

図１４に、本実施形態の共振装置３０１の概略構成図を示す。共振装置３０１は、光学素子１０１と、フィードバック回路３５１と、を有する。   In FIG. 14, the schematic block diagram of the resonance apparatus 301 of this embodiment is shown. The resonance device 301 includes the optical element 101 and a feedback circuit 351.

フィードバック回路３５１は、半導体導波路２６内での光の共振波長をモニタする受光器９１と、共振波長の変動に対して共振波長が所定の値に近づくように電極２３ａと電極２３ｂとの間の電圧を変化させる信号を出力する電圧制御器９２と、電極２３ａと電極２３ｂとの間に電圧を印加する電圧源９３を含む。   The feedback circuit 351 includes a light receiver 91 that monitors the resonant wavelength of light in the semiconductor waveguide 26, and an electrode 23a and an electrode 23b between the electrode 23a and the electrode 23b so that the resonant wavelength approaches a predetermined value with respect to fluctuations in the resonant wavelength. A voltage controller 92 that outputs a signal for changing the voltage, and a voltage source 93 that applies a voltage between the electrode 23a and the electrode 23b are included.

光学素子１０１の出力端に光の一部を分岐する分離器９５を接続する。出力光の波長が共振装置３０１の温度変化により変化すると、光学素子１０１から出力される光５３の強度も変化する。光学素子１０１から出力された光５３は分離器９５で一部が分岐される。受光器９１は分岐された光を検出して光電流又は光起電力として出力する。電気制御回路９２は、受光器９１の出力の変動を基に電圧源９３に信号を出力する。この信号を受けた電圧源９３が電極２３ａと電極２３ｂとの間の印加電圧を変化させ、ポリマー７０の屈折率を変化させることで光学素子１０１の共振波長を一定に保つことができる。   A separator 95 that branches a part of the light is connected to the output end of the optical element 101. When the wavelength of the output light changes due to the temperature change of the resonance device 301, the intensity of the light 53 output from the optical element 101 also changes. A portion of the light 53 output from the optical element 101 is branched by a separator 95. The light receiver 91 detects the branched light and outputs it as a photocurrent or a photovoltaic power. The electric control circuit 92 outputs a signal to the voltage source 93 based on the fluctuation of the output of the light receiver 91. Receiving this signal, the voltage source 93 changes the applied voltage between the electrodes 23a and 23b and changes the refractive index of the polymer 70, so that the resonance wavelength of the optical element 101 can be kept constant.

具体的には、光学素子１０１から出力される光５３の強度が変化した場合、電圧制御器９２は、まず、電圧源９３に印加電圧を微小変動させて、共振波長が長波長側又は短波長側のどちらに変動したかを判断する。その後、電圧制御器９２は、光５３の強度を元に戻すような波長方向に共振波長が変動するように印加電圧を変化させる。フィードバック回路３５１により共振装置３０１は出力する光を所定の共振波長へロックさせることができる。   Specifically, when the intensity of the light 53 output from the optical element 101 changes, the voltage controller 92 first causes the voltage source 93 to slightly change the applied voltage so that the resonance wavelength is longer or shorter. Judge which side has changed. Thereafter, the voltage controller 92 changes the applied voltage so that the resonance wavelength fluctuates in a wavelength direction that restores the intensity of the light 53. The feedback circuit 351 allows the resonance device 301 to lock the output light to a predetermined resonance wavelength.

共振装置３０１の性能と従来の温度又は電流で共振波長を調整する共振装置の性能の比較を表３にまとめて示す。

Figure 2008298912
Table 3 summarizes the comparison between the performance of the resonance device 301 and the performance of the conventional resonance device that adjusts the resonance wavelength with temperature or current.
Figure 2008298912

表３に示すように、共振装置３０１は、高いＱ値であり、共振波長を双方向に高精度且つ広稼動範囲で調整できる。なお、共振装置３０１に含まれる光学素子は光学素子１０１に限らず、光学素子１０２から光学素子１０４及び光学素子２０１から光学素子２０４を含むことができる。   As shown in Table 3, the resonance device 301 has a high Q value, and can adjust the resonance wavelength in both directions with high accuracy and a wide operating range. The optical element included in the resonance device 301 is not limited to the optical element 101, and can include the optical element 102 to the optical element 104 and the optical element 201 to the optical element 204.

本発明の光学素子及び光共振装置は、光通信に用いられる光伝送媒体やバイオセンサ等の一部に適用することができる。   The optical element and the optical resonance apparatus of the present invention can be applied to a part of an optical transmission medium or a biosensor used for optical communication.

本発明に係る光学素子の概略図である。1 is a schematic view of an optical element according to the present invention. 本発明に係る光学素子の概略図である。1 is a schematic view of an optical element according to the present invention. 本発明に係る光学素子の概略図である。1 is a schematic view of an optical element according to the present invention. 本発明に係る光学素子の概略図である。1 is a schematic view of an optical element according to the present invention. １次元と２次元の共振器から一番目、二番目、三番目にポリマーを入れ、屈折率を１．５から１．６に変化させた時の共振波長の変化量を示した図である。It is the figure which showed the variation | change_quantity of the resonant wavelength when putting a polymer into the 1st, 2nd, and 3rd from a 1-dimensional and 2-dimensional resonator, and changing a refractive index from 1.5 to 1.6. 一次元のフォトニックス結晶を利用する構造の共振波長のところのトランスミッションスペクトルをシミュレーションした結果である。It is the result of having simulated the transmission spectrum in the resonance wavelength of the structure using a one-dimensional photonic crystal. 本発明に係る光学素子の概略図である。1 is a schematic view of an optical element according to the present invention. 本発明に係る光学素子の概略図である。1 is a schematic view of an optical element according to the present invention. 本発明に係る光学素子の概略図である。1 is a schematic view of an optical element according to the present invention. 本発明に係る光学素子の概略図である。1 is a schematic view of an optical element according to the present invention. 二次元のフォトニック結晶を持つ光学素子の共振波長とポリマーの屈折率との関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between the resonant wavelength of the optical element which has a two-dimensional photonic crystal, and the refractive index of a polymer. 二次元のフォトニック結晶を持つ光学素子の共振波長とポリマーの屈折率との関係を示した図である。共振器に対して光の入力側と出力側とでポリマーを充填する穴の位置が非対称な構造な場合の共振波長とポリマーの屈折率との関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between the resonant wavelength of the optical element which has a two-dimensional photonic crystal, and the refractive index of a polymer. It is the figure which showed the relationship between the resonant wavelength and the refractive index of a polymer in the case of the structure where the position of the hole filled with a polymer is asymmetric on the light input side and output side with respect to the resonator. 二次元のフォトニックス結晶を持つ光学素子についてトランスミッションスペクトルをシミュレーションした結果である。It is the result of having simulated the transmission spectrum about the optical element which has a two-dimensional photonic crystal. 本発明に係る共振装置の概略図である。It is the schematic of the resonance apparatus which concerns on this invention.

符号の説明Explanation of symbols

図面において使用されている符号は、以下の通りである。
１０１〜１０４、２０１〜２０４：光学素子、３０１：共振装置、２１：基板、２２：スラブ型の半導体導光路、２３ａ，２３ｂ：電極、２４：穴、２６：チャネル型の半導体導光路、２８：共振器、３３：シリコン基板、５１，５２，５３：光、７０：ポリマー、７５：溝、９１：受光器、９２：電圧制御器、９３：電圧源、９５：分離器、３５１：フィードバック回路
The symbols used in the drawings are as follows.
101-104, 201-204: Optical element, 301: Resonant device, 21: Substrate, 22: Slab type semiconductor light guide, 23a, 23b: Electrode, 24: Hole, 26: Channel type semiconductor light guide, 28: Resonator, 33: silicon substrate, 51, 52, 53: light, 70: polymer, 75: groove, 91: light receiver, 92: voltage controller, 93: voltage source, 95: separator, 351: feedback circuit

Claims (6)

基板と、
前記基板上に配置され、光の伝搬方向に沿って周期的に誘電率が変化するフォトニック結晶の表面に一列の複数の穴を形成したチャネル型の半導体導光路と、
前記半導体導光路に形成された穴の少なくとも１つに充填された光電効果のあるポリマーと、
前記ポリマーが充填される前記半導体導光路の穴を電気力線が経由するように前記基板上に配置された一対の電極と、
を備える光学素子。 A substrate,
A channel-type semiconductor light guide disposed on the substrate and having a plurality of holes in a row formed on the surface of the photonic crystal whose dielectric constant periodically changes along the light propagation direction;
A photoelectrically effective polymer filled in at least one of the holes formed in the semiconductor light guide;
A pair of electrodes arranged on the substrate so that electric lines of force pass through holes in the semiconductor light guide filled with the polymer;
An optical element comprising: 基板と、
前記基板上に配置され、光の伝搬方向に沿って周期的に誘電率が変化するフォトニック結晶を伝搬する光の伝搬経路上の前記フォトニック結晶の表面に一列の複数の穴を形成し、光の伝搬経路の両側の前記フォトニック結晶の表面に複数の穴を有するスラブ型の半導体導光路と、
前記半導体導光路に形成された穴の少なくとも１つに充填された光電効果のあるポリマーと、
前記ポリマーが充填される前記半導体導光路の穴を電気力線が経由するように前記半導体導光路上に形成された一対の電極と、
を備える光学素子。 A substrate,
A plurality of holes in a row are formed on the surface of the photonic crystal on the light propagation path, which is disposed on the substrate and propagates through the photonic crystal whose dielectric constant changes periodically along the light propagation direction; A slab-type semiconductor light guide having a plurality of holes on the surface of the photonic crystal on both sides of the light propagation path;
A photoelectrically effective polymer filled in at least one of the holes formed in the semiconductor light guide;
A pair of electrodes formed on the semiconductor light guide so that electric lines of force pass through holes in the semiconductor light guide filled with the polymer;
An optical element comprising: 請求項１又は２に記載の光学素子において、前記半導体導光路に形成された前記一列の複数の穴は偶数個であり、前記ポリマーは、前記半導体導光路に形成された前記一列の複数の穴のうち、列の中央に対して対称の位置にある穴に充填されることを特徴とする光学素子。   3. The optical element according to claim 1, wherein the row of the plurality of holes formed in the semiconductor light guide is an even number, and the polymer is formed of the row of holes formed in the semiconductor light guide. 4. Of these, the optical element is filled in a hole located symmetrically with respect to the center of the row. 請求項１から３に記載のいずれかの光学素子において、前記基板は、前記半導体導光路の光の伝搬経路の下を空間とする中空形状であることを特徴とする光学素子。   4. The optical element according to claim 1, wherein the substrate has a hollow shape having a space below a light propagation path of the semiconductor light guide. 5. 請求項１から４に記載のいずれかの光学素子において、前記ポリマーは液晶であることを特徴とする光学素子。   5. The optical element according to claim 1, wherein the polymer is a liquid crystal. 請求項１から５に記載のいずれかの光学素子と、前記半導体導波路内での光の共振波長をモニタし、共振波長の変動に対して共振波長が所定の値に近づくように前記一対の電極間の電圧を変化させるフィードバック回路と、を有する共振装置。   The optical element according to any one of claims 1 to 5 and a resonance wavelength of light in the semiconductor waveguide are monitored, and the pair of the pair is arranged so that the resonance wavelength approaches a predetermined value with respect to a change in the resonance wavelength. And a feedback circuit that changes a voltage between the electrodes.
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