JP4029705B2 - Photonic crystal waveguide device - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォトニック結晶を利用した導波路デバイス技術に関するものであり、特にクロストークの少ないフォトニック結晶導波路デバイスに関するものである。本発明の導波路デバイスは、光集積回路、光通信装置、光インターコネクションなどに適用可能である。
【０００２】
【従来の技術】
近年、フォトニック結晶を利用した導波路デバイスが将来の有効な光学デバイスとして盛んに研究されている。コンパクト化のためには複数の導波路を接近して設ける必要があるが、その場合、隣接した導波路間のクロストークが問題になる。隣接した導波路間のクロストークに関する公知文献としては、例えば次のようなものがある。
【０００３】
（ａ）特開平９−３２９７２０号公報は、ひとつの平板透光体中にそれぞれ独立した導波路が形成されている集積型導波路において、隣り合う導波路の中間にダミー導波路を形成することにより、導波路間のクロストークを低減させた集積型導波路を実現するという発明である。
【０００４】
（ｂ）特開平１０−４８４４０号公報は、光波長合分波器において、アレイ導波路の入射側のスラブ導波路に接する領域の各導波路のコア中心軸と入射側スラブ導波路の対称軸とでなす角が所定の関係式を満たすように形成し、アレイ導波路回折格子の隣接する導波路の間隔が広い領域では、ダミー導波路を設けることにより、低損失、低クロストーク、中心波長付近で平坦な波長損失特性を有する光波長合分波器を得るという発明である。
【０００５】
（ｃ）特開平１０−２２７９３３号公報は、アレイ導波路回折格子の両端に所定のコア幅を有する所定本数の擬似導波路を複数のチャネル導波路に添って形成することにより、クロストーク特性のよい光合分波器を得るという発明である。
【０００６】
（ｄ）特開平１０−２８２３５１号公報は、クラッド内にコア部を有し、クラッド部の外表面を金属膜で覆うことにより、クロストークの発生を防止した光導波路を得る。また、この導波路と光電子変換素子と電子回路を組み合わせて、光電子混在基板を得るという発明である。
【０００７】
（ｅ）特開平１１−２６４９１２号公報は、基板上に下部クラッド層を形成し、この上に複数の導波路コア層を形成し、この上に上部クラッド層が形成されて成る導波路において、隣接するコアの間に上部クラッド層に等しいか、それ以上の屈折率を有する第二のクラッドを設けることにより、隣接間のクロストークを抑制した光配線を実現するという発明である。
【０００８】
（ｆ）特開平１１−３５２３４４号公報は、コア層よりも低い屈折率を有するクラッド層内に、複数のコアを同一平面内に並列させた光配線において、コア間のクラッド層内に漏洩する光をコアの外側に放射させる溝を設けることにより、配線間のクロストークが小さい光配線を実現するという発明である。
【０００９】
（ｇ）特開２０００−２８８３７号公報は、個々の導波路は、高分子材料からなるコアとこれを包囲する高分子材料のクラッド層からなる。個々の導波路の光入射端および光出射端を除く部位を光吸収層で覆うことにより、光導波路間のクロストークを低減するという発明である。
【００１０】
（ｈ）特開２０００−３３８３４３号公報は、光合分波器中のアレイ導波路群の各導波路を隔てるクラッドを信号光波長帯の光を吸収する元素を含む材料で構成することにより、導波路間のクロストークを低減した光合分波器を実現するという発明である。
【００１１】
（ｉ）特開２００１−３３７２３８号公報は、狭小間隔で並んでいる導波路間において、互いに隣り合うコアを伝播する導波光の伝播定数が異なっていることにより、導波路間のクロストークを低減した導波路デバイスに関する発明である。
【００１２】
【特許文献１】
特開平９−３２９７２０号公報
【特許文献２】
特開平１０−４８４４０号公報
【特許文献３】
特開平１０−２２７９３３号公報
【特許文献４】
特開平１０−２８２３５１号公報
【特許文献５】
特開平１１−２６４９１２号公報
【特許文献６】
特開平１１−３５２３４４号公報
【特許文献７】
特開２０００−２８８３７号公報
【特許文献８】
特開２０００−３３８３４３号公報
【特許文献９】
特開２００１−３３７２３８号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
フォトニック結晶は、屈折率の異なった二つ以上の材料（一方は空気でも可）が、空間的な対称性・規則性を有して、配置された周期構造を有する材料である。フォトニック結晶は、この規則構造・周期構造を有することにより、従来の光学材料では得られなかった特性を発揮するようになる。
【００１４】
そのもっとも特徴的なものは、フォトニックバンドギャップ（PBG）の発現である。フォトニック結晶では、PBGに対応した波長の光は完全に通さないが、その他の波長は透過させることができる。完全（無欠陥）なフォトニック結晶では、PBGの波長の光は完全に通さない。図９は、フォトニック結晶の光透過スペクトルを示す図であり、PBGに対応した波長の光を通さないことを示している。
【００１５】
しかしながら、フォトニック結晶に欠陥を導入すると、欠陥位置で、PBGの波長を有する光でも、フォトニック結晶中で光が存在しえるようになる。この性質を利用して、フォトニック結晶中に線状の欠陥を導入したり、連続的に配置された点欠陥を導入することにより、光の欠陥伝播を利用した光導波路への応用が提案されている。
【００１６】
図１０は、フォトニック結晶に欠陥を導入した場合に、その欠陥に沿って光が通過することを示す図であり、同図（ａ）は、フォトニック結晶中に線状欠陥９３を導入した場合に、入射光９１が線状欠陥９３を通って出射光９２として出力され、同図（ｂ）は、フォトニック結晶中に連続的に配置された点欠陥９６を導入することにより、入射光９４が連続した点状欠陥９６を通って出射光９５として出力される状態を示している。
【００１７】
こうしたフォトニック結晶導波路では、上述したPBGの性質により、光を完全に閉じ込めることができることにより、従来材料の導波路では実現できなかった低損失の導波路や急峻に光を曲げる導波路が可能になるものと考えられている。
【００１８】
しかしながら、フォトニック結晶において、PBGの波長位置で光を完全に通さないという性質は、無限サイズの完全結晶によってのみ得られる性質であり、実際の有限サイズの結晶では、図１１に示すように、PBGの波長位置でも光を若干透過させる。
【００１９】
PBGの波長位置で、どのぐらい光を通すのか（漏れ光）は、フォトニック結晶を構成する材料間の屈折率差がどれぐらいあるのかということと、結晶系に依存しているが、PBG波長位置での漏れ光が存在するため、図１２に示すように、複数の導波路を接近させてコンパクトに集積させようとすると、隣接する導波路間でクロストークが発生してしまい、入射光１がそのままの強度で出射光１’に出力されず、また入射光２がそのままの強度で出射光２’に出力されず、出力の低下をまねく。
【００２０】
本発明の目的は、上記問題点を解消し、導波路間のクロストークを防止したフォトニック結晶導波路デバイスを提供すること、あるいは、クロストークを制御し、積極的に利用したフォトニック結晶導波路デバイスを提供することである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、次のような構成を採用した。以下、請求項毎にその構成を述べる。
【００２２】
ａ）請求項１記載の発明は、フォトニック結晶中に、線状あるいは、点状欠陥が線状に連続して形成されている導波路を有し、且つ、フォトニック結晶中の導波路は複数存在し、且つ、該複数の導波路の隣接する導波路の間に金属領域が設けられていることを特徴としている。
【００２３】
ｂ）請求項２記載の発明は、フォトニック結晶中に、線状あるいは、点状欠陥が線状に連続して形成されている導波路を有し、且つ、フォトニック結晶中の導波路は複数存在し、且つ、複数の導波路の隣接する導波路の間に、外場により絶縁体金属転移を起こす絶縁体金属転移領域が設けたことを特徴としている。
【００２４】
ｃ）請求項３記載の発明は、請求項２に記載するフォトニック結晶導波路デバイスおいて、絶縁体金属転移領域を絶縁体金属転移させる外場が熱であることを特徴としている。
【００２５】
ｄ）請求項４記載の発明は、請求項３に記載するフォトニック結晶導波路デバイスおいて、絶縁体金属転移領域に隣接した加熱機構を具備することを特徴としている。
【００２６】
ｅ）請求項５記載の発明は、請求項２に記載するフォトニック結晶導波路デバイスおいて、絶縁体金属転移領域を絶縁体金属転移させる外場が磁場であることを、請求項６記載の発明は、絶縁体金属転移領域を絶縁体金属転移させる外場が電場であることを特徴としている。
【００２７】
ｆ）請求項７記載のはつめいは、請求項６に記載するフォトニック結晶導波路デバイスおいて、絶縁体金属転移領域に隣接した電荷注入発生機構を具備することを特徴としている。
【００２８】
ｇ）請求項８記載の発明は、請求項２に記載するフォトニック結晶導波路デバイスおいて、絶縁体金属転移領域を絶縁体金属転移させる外場が光であることを特徴としている。
【００２９】
ｈ）請求項９記載の発明は、請求項１から８のいずれか１項に記載のフォトニック結晶導波路デバイスおいて、隣接する導波路間に設けられている金属領域あるいは絶縁体金属転移領域の表面を折り返し面として、金属あるいは絶縁体金属転移材料の表面に接しているフォトニック結晶の周期構造を折り返す操作をしたときに、折り返し操作により得られる像の周期構造と実際のフォトニック結晶の周期構造とを重ね合わせてつくられる周期構造に、欠陥が生じないように金属領域あるいは絶縁体金属転移材料の表面を位置させることを特徴としている。
【００３０】
【発明の実施の形態】
本発明に係るフォトニック結晶導波路デバイスの基本構成を、図１を用いて説明する。
【００３１】
同図において、１０はフォトニック結晶、１１〜１３は導波路、１４はクロストーク防止領域を示している。
【００３２】
同図に示すように、本発明のフォトニック結晶導波路デバイスは、フォトニック結晶１０中に、欠陥を利用した導波路（１１〜１３）が複数形成されており、隣接する導波路の間にクロストークを防止するためのクロストーク防止領域１４が設けられている。このクロストーク防止領域１４は、金属であるか外場により金属的性質を有することができる材料を使用する。このクロストーク防止領域１４の存在により、隣接する導波路間のクロストークが防止でき、複数の導波路が近接してコンパクトに集積された導波路デバイスを実現することが可能となる。
【００３３】
また、クロストーク防止領域１４に、外場により金属的性質を有することができる材料を用いれば、クロストーク防止領域１４が金属的性質を有している際には、隣接している導波路間のクロストークはないが、外場によりクロストーク防止領域１４の性質を絶縁体にすることにより、隣接する導波路間でクロストークを発生させるように制御することができる。
【００３４】
これにより、外場の制御によって、ひとつの光を分岐したり、させなかったり、あるいは、二つの光を独立に導光したり、干渉させて取り出したり、といった導波路スイッチングデバイスが実現できる。
【００３５】
次に、請求項９に関わる構成について説明を行う。
請求項９は、フォトニック結晶の周期構造とクロストーク防止領域の表面の位置関係について述べたものである。
【００３６】
上述したように、有限のフォトニック結晶では、PBGの波長位置でも、漏れ光が存在する。この漏れ光は、結晶サイズが大きくなればなるほど小さくなるので、隣接する導波路間の距離を充分にとればクロストークを発生しなくなるが、実用上、複数の導波路はなるべく小さな空間に集積したいという要求がある。請求項９は、複数の導波路をなるべくコンパクトに集積しながら、所定の光だけを低損失で導光するというフォトニック結晶の利点を両立させるための条件である。
【００３７】
図２はクロストーク防止領域１４の表面付近の拡大図である。
同図において、２１はフォトニック結晶の周期構造、２２はクロストーク防止領域、２３は実際の周期構造、２４は折り返し操作により得られた鏡像であり、同図（ａ）はフォトニック結晶周期構造とクロストーク防止領域の実際の配置図を示し、同図（ｂ）は実際の周期構造と折り返し操作により得られた鏡像を示している。
【００３８】
以下、図２を用いて請求項９の条件を説明する。
実際のクロストーク防止領域２２とフォトニック結晶の周期構造２１は、図２（ａ）に示すがごとき配置となっている。クロストーク防止領域２２の表面を折り返し面として、フォトニック結晶の周期構造を折り返した鏡像は、図２（ｂ）のようなる。図２（ｂ）の場合には、フォトニック結晶の周期構造２３と鏡像を合わせて作られる周期構造には欠陥が生じていない。
【００３９】
請求項９に述べるこの条件に従えば、クロストーク防止領域の表面で、フォトニック結晶の周期構造の鏡像射影をとったときに、射影像と実際の周期構造とで構成される仮想の周期構造に欠陥がないため、実際のフォトニック結晶の周期構造の厚みよりも２倍の厚みの効果が得られる。こうして、フォトニック結晶導波路の利点とコンパクト性を両立させることが可能となる。
【００４０】
これに対して、請求項９の条件に従わないフォトニック結晶の周期構造とクロストーク防止領域の表面の位置関係とは、図３に示すような状態である。
【００４１】
同図において、３１はフォトニック結晶の周期構造、３２はクロストーク防止領域、３３は実際の周期構造、３４は折り返し操作により得られた鏡像であり、同図（ａ）はフォトニック結晶周期構造とクロストーク防止領域の実際の配置図を示し、同図（ｂ）は実際の周期構造と折り返し操作により得られた鏡像を示している。請求項９の条件に従わない場合は、同図（ｂ）に示すように、見かけ上結晶欠陥３５を生じることとなる。
【００４２】
以下、図面を用いて、本発明の実施例を詳細に説明する。
（実施例１）
本実施例は、請求項１および請求項９記載の発明に係る実施例である。
本実施例において、フォトニック結晶として、シリカ粒子のオパール結晶の粒子間にシリコンナノ粒子を充填して固めた後、シリカ粒子をエッチング除去したものを使用する。このフォトニック結晶に、フォトリソ・エッチングの手法により、導波路とクロストーク防止材を充填するための溝を形成し、クロストーク防止材用の溝にアルミを充填してクロストーク防止領域を形成する。
【００４３】
図４は、このようにして得られたフォトニック結晶導波路デバイスを示す図である。本実施例では、フォトニック結晶の周期構造とクロストーク防止領域の表面は、請求項９の条件にしたがっている。
【００４４】
同図において、４１〜４３は導波路、４４はアルミ領域（クロストーク防止領域）、４５はシリコン、４６はエアーを示している。
【００４５】
本実施例に示すフォトニック結晶導波路デバイスは、導波路間クロストークを防止して、フォトニック結晶導波路の利点とコンパクト性を両立させたものとなっている。
【００４６】
（実施例２）
本実施例は、請求項２、請求項３、請求項４、および請求項９記載の発明に係る実施例である。
【００４７】
本実施例において、フォトニック結晶として、SrTiO3 単結晶基板上に形成したシリカ粒子のオパール結晶の粒子間にシリコンナノ粒子を充填して固めた後、シリカ粒子をエッチング除去したものを使用する。このフォトニック結晶に、フォトリソ・エッチングの手法により、導波路とクロストーク防止材を充填するための溝を形成する。
【００４８】
このときにクロストーク防止材を充填するための溝は、SrTiO3単結晶基板面まで達している。このクロストーク防止材用の溝に、熱により絶縁体金属転移を発生させる材料を充填してクロストーク制御領域を形成する。
【００４９】
本実施例では、絶縁体金属転移材として、Pr0.6Ca0.4Mn1.05O3を用いた。Pr0.6Ca0.4Mn1.05O3 の上に、酸化シリコンの絶縁層と Pt によるヒーター配線を設けてフォトニック結晶導波路デバイスを形成した。
【００５０】
図５は、このようにして得られたフォトニック結晶導波路デバイスを示す図である。同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は断面図を示している。
同図において、５１〜５２は導波路、５３はクロストーク制御領域、５４はシリコン、５５はエアー、５６はSrTiO3単結晶基板、５７はフォトニック結晶領域、５８は酸化絶縁層、５９はＰｔ（ヒーター配線）を示している。
【００５１】
本実施例では、フォトニック結晶の周期構造とクロストーク防止領域の表面は、請求項９の条件にしたがっている。
【００５２】
本実施例に示すフォトニック結晶導波路デバイスは、ヒーターのオン・オフにより、隣接する導波路間でのクロストークのオン・オフを可能にし、フォトニック結晶導波路の利点とコンパクト性を両立させたものとなっている。
【００５３】
本実施例では、絶縁体金属転移材として、Pr0.6Ca0.4Mn1.05O3 を用いたが、熱により絶縁体金属転移を発生させる材料であれば、何でも良い。このような材料として、一般的には、Pr1-xCaxMn1+yO3（ｘ＝0.3〜0.5、ｙ＝0.0〜0.1）、Pr1-xCaxMn1+yO3（Sr ドープ）、La1-xCaxMn1+yO3（ｘ＝0.6〜0.7、ｙ＝0.0〜0.1）、(V1-xCrx) 2O3（ｘ〜0.51）、La1-xSrxMn1+yO3（ｘ＝0.2〜0.4、ｙ＝0.01〜0.1）などを用いることができる。
【００５４】
（実施例３）
本実施例は、請求項２、請求項５、および請求項９記載の発明に係る実施例である。
【００５５】
本実施例において、フォトニック結晶として、LaAlO3単結晶基板上に形成したシリカ粒子のオパール結晶の粒子間にシリコンナノ粒子を充填して固めた後、シリカ粒子をエッチング除去したものを使用する。
【００５６】
このフォトニック結晶に、フォトリソ・エッチングの手法により、導波路とクロストーク防止材を充填するための溝を形成する。このときにクロストーク防止材を充填するための溝は、LaAlO3単結晶基板面まで達している。このクロストーク防止材用の溝に、磁場により絶縁体金属転移を発生させる材料を充填してクロストーク制御領域を形成する。
【００５７】
本実施例では、絶縁体金属転移材として、Pr0.5Sr0.5MnO3を用いた。Pr0.5Sr0.5MnO3の上に、酸化シリコンの保護層を設けてフォトニック結晶導波路デバイスを形成した。
【００５８】
図６は、このようにして得られたフォトニック結晶導波路デバイスである。同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は断面図を示している。
同図において、６１〜６２は導波路、６３はクロストーク制御領域（Pr0.5Sr0.5MnO3）、６４はシリコン、６５はエアー、６６はLaAlO3単結晶基板、６７はフォトニック結晶領域、６８は酸化シリコン（保護層）を示している。
【００５９】
本実施例では、フォトニック結晶の周期構造とクロストーク防止領域の表面は、請求項９の条件にしたがっている。
【００６０】
本実施例に示すフォトニック結晶導波路デバイスは、磁気記録などで用いている磁場の書き込み機構を用いることにより、隣接する導波路間でのクロストークのオン・オフを可能にし、フォトニック結晶導波路の利点とコンパクト性を両立させたものとなっている。
【００６１】
本実施例では、絶縁体金属転移材として、Pr0.5Sr0.5MnO3 を用いたが、磁場により絶縁体金属転移を発生させる材料であれば、何でも良い。このような材料として、一般的には、Nd0.5Sr0.5MnO3、Pr1-x CaxMnO3（0.3≦ｘ≦0.7）、Nd1-x CaxMnO3（0.3≦ｘ≦0.7）、Sm1-xCaxMnO3（0.15≦ｘ≦0.85）などを用いることができる。
【００６２】
（実施例４）
本実施例は、請求項２、請求項６、請求項７および請求項９記載の発明に係る実施例である。
【００６３】
本実施例において、フォトニック結晶として、Si 基板表面にITO が形成された基板上に、形成したシリカ粒子のオパール結晶の粒子間にシリコンナノ粒子を充填して固めた後、シリカ粒子をエッチング除去したものを使用する。ITO は、共通電極となる。このフォトニック結晶に、フォトリソ・エッチングの手法により、導波路とクロストーク防止材を充填するための溝を形成する。
【００６４】
このときにクロストーク防止材を充填するための溝は、ITO まで達している。このクロストーク防止材用の溝に、電場により絶縁体金属転移を発生させる材料を充填してクロストーク制御領域を形成する。
【００６５】
本実施例では、絶縁体金属転移材として、Ca0.6Y0.4TiO3を用いた。Ca0.6Y0.4TiO3の上に、酸化シリコンのバリア層とアルミによる個別電極を設けてフォトニック結晶導波路デバイスを形成した。
【００６６】
図７は、このようにして得られたフォトニック結晶導波路デバイスを示す図である。同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は断面図を示している。
同図において、７１〜７２は導波路、７３はクロストーク制御領域（Ca0.6Y0.4TiO3）、７６はSi基板、７７はフォトニック結晶領域、７８は酸化シリコン（バリア層）、７９はAl（個別電極）を示している。
【００６７】
本実施例では、フォトニック結晶の周期構造とクロストーク防止領域の表面は、請求項９の条件にしたがっている。
【００６８】
本実施例に示すフォトニック結晶導波路デバイスは、電極への電圧印加のオン・オフにより、隣接する導波路間でのクロストークのオン・オフを可能にし、フォトニック結晶導波路の利点とコンパクト性を両立させたものとなっている。
本実施例では、絶縁体金属転移材として、Ca0.6Y0.4TiO3を用いたが、電荷注入により絶縁体金属転移を発生させる材料であれば、何でも良い。
【００６９】
このような材料として、一般的には、Ca1-xYxTiO3、Sr1-xLaxVO3、Sr1-xLaxMnO3、Ba1-xLaxMnO3、Sr1-xLaxCoO3、Sr1-xLaxRuO3、Ba1-xLaxRuO3、SrTi1-xNbxO3、アモルファスシリコン（ヒ素、リン、あるいは、アンチモンがドープ）、アモルファスゲルマニウム（ヒ素、リン、あるいは、アンチモンがドープ）、アモルファス硫化カドミウム（ヒ素、リン、あるいは、アンチモンがドープ）、アモルファスガリウムヒ素（ヒ素、リン、あるいは、アンチモンがドープ）などを用いることができる。
【００７０】
（実施例５）
本実施例は、請求項２、請求項８、および請求項９記載の発明に係る実施例である。
【００７１】
本実施例において、フォトニック結晶として、SrTiO3 単結晶基板上に形成したシリカ粒子のオパール結晶の粒子間にシリコンナノ粒子を充填して固めた後、シリカ粒子をエッチング除去したものを使用する。このフォトニック結晶に、フォトリソ・エッチングの手法により、導波路とクロストーク防止材を充填するための溝を形成する。このときにクロストーク防止材を充填するための溝は、SrTiO3 単結晶基板面まで達している。このクロストーク防止材用の溝に、光により絶縁体金属転移を発生させる材料を充填してクロストーク制御領域を形成する。
【００７２】
本実施例では、絶縁体金属転移材として、Pr0.7Ca０ . ３MnＯ3を用いた。Pr0.7Ca０ . ３MnＯ3の上に、酸化シリコンの保護層を設けてフォトニック結晶導波路デバイスを形成した。
【００７３】
図８はこのようにして得られたフォトニック結晶導波路デバイスを示す図である。同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は断面図を示している。
同図において、８１〜８２は導波路、８３はクロストーク制御領域（Ca0.6Y0.4TiO3）、８４はシリコン、８５はエアー、８６はSrTiO3 単結晶基板、８７はフォトニック結晶領域、８８は酸化シリコン（保護層）を示している。
【００７４】
本実施例では、フォトニック結晶の周期構造とクロストーク防止領域の表面は、請求項９の条件にしたがっている。
【００７５】
本実施例に示すフォトニック結晶導波路デバイスは、制御光により、隣接する導波路間でのクロストークのオン・オフを可能にし、フォトニック結晶導波路の利点とコンパクト性を両立させたものとなっている。
【００７６】
本実施例では、絶縁体金属転移材として、Pr0.7Ca０ . ３MnＯ3を用いたが、光により絶縁体金属転移を発生させる材料であれば、何でも良い。このような材料として、一般的には、La1-xCaxMnO3、La1-xSrxMnO3、La1-xBaxMnO3、Nd1-xSrxMnO3、Sr2MoFeO6などを用いることができる。
【００７７】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明の導波路デバイスは、クロストークを防止したり、あるいはくロストーク量を制御することができ、光集積回路、光通信装置、光インターコネクションなどに適用した場合に有効である。
【００７８】
【発明の効果】
以下、本発明の効果を各請求項毎に記す。
請求項１に記載するフォトニック結晶導波路デバイスは、フォトニック結晶導波路間のクロストークを防止し、コンパクトなフォトニック結晶導波路デバイスを可能にする。
【００７９】
請求項２に記載するフォトニック結晶導波路デバイスは、外場の制御により、絶縁体金属転移領域の物性を絶縁体と金属の間で転移を生じさせ、フォトニック結晶導波路間の結合を開閉させることにより、コンパクトなフォトニック結晶導波路スイッチング・デバイスを可能にする。
【００８０】
請求項３に記載するフォトニック結晶導波路デバイスは、熱により、絶縁体金属転移領域の物性を絶縁体と金属の間で転移を生じさせ、フォトニック結晶導波路間の結合を開閉させることにより、コンパクトなフォトニック結晶導波路スイッチング・デバイスを可能にする。
【００８１】
請求項４に記載するフォトニック結晶導波路デバイスは、熱により、絶縁体金属転移領域の物性を絶縁体と金属の間で転移を生じさせ、フォトニック結晶導波路間の結合を開閉させることにより、コンパクトなフォトニック結晶導波路スイッチング・デバイスを可能にする。
【００８２】
請求項５に記載するフォトニック結晶導波路デバイスは、磁場の制御により、絶縁体金属転移領域の物性を絶縁体と金属の間で転移を生じさせ、フォトニック結晶導波路間の結合を開閉させることにより、コンパクトなフォトニック結晶導波路スイッチング・デバイスを可能にする。
【００８３】
請求項６に記載するフォトニック結晶導波路デバイスは、電場の制御により、絶縁体金属転移領域の物性を絶縁体と金属の間で転移を生じさせ、フォトニック結晶導波路間の結合を開閉させることにより、コンパクトなフォトニック結晶導波路スイッチング・デバイスを可能にする。
【００８４】
請求項７に記載するフォトニック結晶導波路デバイスは、電場の制御により、絶縁体金属転移領域の物性を絶縁体と金属の間で転移を生じさせ、フォトニック結晶導波路間の結合を開閉させることにより、コンパクトなフォトニック結晶導波路スイッチング・デバイスを可能にする。
【００８５】
請求項８に記載するフォトニック結晶導波路デバイスは、光の制御により、絶縁体金属転移領域の物性を絶縁体と金属の間で転移を生じさせ、フォトニック結晶導波路間の結合を開閉させることにより、コンパクトなフォトニック結晶導波路スイッチング・デバイスを可能にする。
【００８６】
請求項９に記載するフォトニック結晶導波路デバイスは、フォトニック結晶導波路間のクロストークを防止し、コンパクトなフォトニック結晶導波路デバイスを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るフォトニック結晶導波路デバイスの基本構成を説明するための図である。
【図２】請求項９に述べる条件を説明するための図である
【図３】請求項９に述べる条件に従わない場合の例を示す図である。
【図４】実施例１を説明するための図である。
【図５】実施例２を説明するための図である。
【図６】実施例３を説明するための図である。
【図７】実施例４を説明するための図である。
【図８】実施例５を説明するための図である。
【図９】フォトニック結晶の光透過スペクトルを示す図である。
【図１０】フォトニック結晶光導波路を示す図である。
【図１１】実際のフォトニック結晶の光透過スペクトルを示す図である。
【図１２】集積させたフォトニック結晶導波路（クロストークの発生）を示す図である。
【符号の説明】
１０：フォトニック結晶、
１１〜１３：導波路、
１４：クロストーク防止領域、
２１：フォトニック結晶の周期構造、
２２：クロストーク防止領域、
２３：実際の周期構造、
２４：折り返し操作により得られた鏡像、
３１：フォトニック結晶の周期構造、
３２：クロストーク防止領域、
３３：実際の周期構造、
３４：折り返し操作により得られた鏡像、
４１〜４３：導波路、
４４：アルミ領域（クロストーク防止領域）、
４５：シリコン、
４６：エアー、
５１〜５２：導波路、
５３：クロストーク制御領域、
５４：シリコン、
５５：エアー、
５６：SrTiO3単結晶基板、
５７：フォトニック結晶領域、
５８：酸化絶縁層、
５９：Ｐｔ（ヒーター配線）、
６１〜６２：導波路、
６３：クロストーク制御領域（Pr0.5Sr0.5MnO3）、
６４：シリコン、
６５：エアー、
６６：LaAlO3単結晶基板、
６７：フォトニック結晶領域、
６８：酸化シリコン（保護層）、
７１〜７２：導波路、
７３：クロストーク制御領域（Ca0.6Y0.4TiO3）、
７６：Si基板、
７７：フォトニック結晶領域、
７８：酸化シリコン（バリア層）、
７９：Al（個別電極）、
８１〜８２：導波路、
８３：クロストーク制御領域（Ca0.6Y0.4TiO3）、
８４：シリコン、
８５：エアー、
８６：SrTiO3単結晶基板、
８７：フォトニック結晶領域、
８８：酸化シリコン（保護層）、
９１，９４：入射光、
９２，９５：出射光、
９３：線状欠陥、
９６：点状欠陥。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a waveguide device technology using a photonic crystal, and particularly to a photonic crystal waveguide device with little crosstalk. The waveguide device of the present invention is applicable to an optical integrated circuit, an optical communication device, an optical interconnection, and the like.
[0002]
[Prior art]
In recent years, waveguide devices using photonic crystals have been actively studied as future effective optical devices. For compactness, it is necessary to provide a plurality of waveguides close to each other, but in that case, crosstalk between adjacent waveguides becomes a problem. For example, the following is a known document related to crosstalk between adjacent waveguides.
[0003]
(A) Japanese Patent Laid-Open No. 9-329720 discloses that a dummy waveguide is formed in the middle of adjacent waveguides in an integrated waveguide in which independent waveguides are formed in one flat plate transparent body. Thus, an integrated waveguide with reduced crosstalk between the waveguides is realized.
[0004]
(B) In Japanese Patent Laid-Open No. 10-48440, in the optical wavelength multiplexer / demultiplexer, the core central axis of each waveguide in the region in contact with the incident side slab waveguide of the arrayed waveguide and the symmetry axis of the incident side slab waveguide In a region where the adjacent waveguides of the arrayed waveguide diffraction grating are wide, a dummy waveguide is provided to provide low loss, low crosstalk, and center wavelength. The invention provides an optical wavelength multiplexer / demultiplexer having a flat wavelength loss characteristic in the vicinity.
[0005]
(C) Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-227933 discloses that a predetermined number of pseudo-waveguides having a predetermined core width are formed at both ends of an arrayed waveguide diffraction grating along a plurality of channel waveguides. It is an invention to obtain a good optical multiplexer / demultiplexer.
[0006]
(D) Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-282351 obtains an optical waveguide having a core part in a clad and covering the outer surface of the clad part with a metal film, thereby preventing the occurrence of crosstalk. Further, the invention is an invention in which an optoelectronic mixed substrate is obtained by combining the waveguide, the photoelectric conversion element, and the electronic circuit.
[0007]
(E) JP-A-11-264912 discloses a waveguide in which a lower clad layer is formed on a substrate, a plurality of waveguide core layers are formed thereon, and an upper clad layer is formed thereon. By providing a second clad having a refractive index equal to or higher than that of the upper clad layer between adjacent cores, an optical wiring that suppresses crosstalk between adjacent cores is realized.
[0008]
(F) Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-352344 discloses that in an optical wiring in which a plurality of cores are arranged in parallel in the same plane in a cladding layer having a refractive index lower than that of the core layer, leakage occurs in the cladding layer between the cores. By providing a groove for radiating light to the outside of the core, the invention realizes an optical wiring with a small crosstalk between the wirings.
[0009]
(G) According to Japanese Patent Laid-Open No. 2000-28837, each waveguide includes a core made of a polymer material and a clad layer of the polymer material surrounding the core. This is an invention in which the crosstalk between the optical waveguides is reduced by covering the portions other than the light incident end and the light emitting end of each waveguide with a light absorption layer.
[0010]
(H) In Japanese Patent Laid-Open No. 2000-338343, the cladding that separates the waveguides of the arrayed waveguide group in the optical multiplexer / demultiplexer is made of a material containing an element that absorbs light in the signal light wavelength band. This invention realizes an optical multiplexer / demultiplexer with reduced crosstalk between waveguides.
[0011]
(I) Japanese Patent Laid-Open No. 2001-337238 reduces crosstalk between waveguides because the propagation constants of guided light propagating through mutually adjacent cores are different between waveguides arranged at narrow intervals. This invention relates to a waveguide device.
[0012]
[Patent Document 1]
JP-A-9-329720
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-48440
[Patent Document 3]
JP-A-10-227933
[Patent Document 4]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-282351
[Patent Document 5]
JP-A-11-264912
[Patent Document 6]
JP-A-11-352344
[Patent Document 7]
JP 2000-28837 A
[Patent Document 8]
JP 2000-338343 A
[Patent Document 9]
JP 2001-337238 A
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
A photonic crystal is a material having a periodic structure in which two or more materials having different refractive indexes (one may be air) have spatial symmetry and regularity. Since the photonic crystal has this regular structure / periodic structure, the photonic crystal exhibits characteristics that cannot be obtained by conventional optical materials.
[0014]
The most characteristic one is the expression of photonic band gap (PBG). In the photonic crystal, light having a wavelength corresponding to PBG does not pass completely, but other wavelengths can be transmitted. In perfect (defect-free) photonic crystals, light of PBG wavelength does not pass completely. FIG. 9 is a diagram showing a light transmission spectrum of the photonic crystal and shows that light having a wavelength corresponding to PBG is not passed.
[0015]
However, when a defect is introduced into the photonic crystal, even light having a PBG wavelength can exist in the photonic crystal at the defect position. Utilizing this property, the application to optical waveguides utilizing the propagation of optical defects has been proposed by introducing linear defects in photonic crystals or by introducing point defects arranged continuously. ing.
[0016]
FIG. 10 is a diagram showing that light passes along a defect when a defect is introduced into the photonic crystal. FIG. 10A shows a linear defect 93 introduced into the photonic crystal. In this case, the
[0017]
In such a photonic crystal waveguide, light can be completely confined due to the above-mentioned properties of PBG, so that a low-loss waveguide or a waveguide that sharply bends light that cannot be realized with conventional waveguides is possible. It is thought to become.
[0018]
However, in the photonic crystal, the property that light does not pass completely at the wavelength position of the PBG is a property that can be obtained only by an infinite sized perfect crystal. In an actual finite size crystal, as shown in FIG. Some light is transmitted even at the wavelength position of PBG.
[0019]
How much light is transmitted at the PBG wavelength position (leakage light) depends on the difference in refractive index between the materials composing the photonic crystal and the crystal system, but the PBG wavelength. Since leakage light exists at a position, as shown in FIG. 12, when a plurality of waveguides are brought close to each other and compactly integrated, crosstalk occurs between adjacent waveguides, and incident light 1 Is not output to the outgoing light 1 ′ with the same intensity, and the incident light 2 is not output to the outgoing light 2 ′ with the same intensity, resulting in a decrease in output.
[0020]
An object of the present invention is to provide a photonic crystal waveguide device that solves the above-described problems and prevents crosstalk between waveguides, or that controls and actively utilizes photonic crystal waveguides. It is to provide a waveguide device.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
The present invention employs the following configuration in order to achieve the above object. The configuration will be described below for each claim.
[0022]
a) The invention according to claim 1 has a waveguide in which linear or point-like defects are continuously formed in a line in the photonic crystal, and the waveguide in the photonic crystal is There are a plurality of metal regions, and a metal region is provided between the adjacent waveguides of the plurality of waveguides.
[0023]
b) The invention according to claim 2 has a waveguide in which linear or point-like defects are continuously formed in the photonic crystal, and the waveguide in the photonic crystal is A feature of the present invention is that an insulating metal transition region in which an insulating metal transition is caused by an external field is provided between a plurality of adjacent waveguides.
[0024]
c) The invention according to claim 3 is the photonic crystal waveguide device according to claim 2, wherein the external field for causing the insulator-metal transition region to undergo the insulator-metal transition is heat.
[0025]
d) The invention according to claim 4 is the photonic crystal waveguide device according to claim 3, characterized in that it comprises a heating mechanism adjacent to the insulator-metal transition region.
[0026]
e) The invention according to claim 5 is the photonic crystal waveguide device according to claim 2, wherein the external field for causing the insulator-metal transition region to undergo the insulator-metal transition is a magnetic field. The invention is characterized in that the external field for causing the insulator-metal transition region to undergo the insulator-metal transition is an electric field.
[0027]
f) A seventh aspect of the present invention is the photonic crystal waveguide device according to the sixth aspect, characterized in that a charge injection generating mechanism adjacent to the insulator-metal transition region is provided.
[0028]
g) The invention described in claim 8 is characterized in that, in the photonic crystal waveguide device according to claim 2, the external field for causing the insulator-metal transition region to undergo the insulator-metal transition is light.
[0029]
h) The invention according to claim 9 is the photonic crystal waveguide device according to any one of claims 1 to 8, wherein the metal region or the insulator metal transition region provided between the adjacent waveguides When the operation of folding the periodic structure of the photonic crystal in contact with the surface of the metal or insulator metal transition material with the surface of the film as the folding surface, the periodic structure of the image obtained by the folding operation and the actual photonic crystal A feature is that the surface of a metal region or an insulating metal transition material is positioned so as not to cause defects in a periodic structure formed by superimposing the periodic structure.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The basic configuration of the photonic crystal waveguide device according to the present invention will be described with reference to FIG.
[0031]
In the figure, 10 is a photonic crystal, 11 to 13 are waveguides, and 14 is a crosstalk prevention region.
[0032]
As shown in the figure, in the photonic crystal waveguide device of the present invention, a plurality of waveguides (11 to 13) using defects are formed in a
[0033]
Further, if a material capable of having a metallic property due to an external field is used for the crosstalk preventing region 14, when the crosstalk preventing region 14 has a metallic property, it is between the adjacent waveguides. However, the crosstalk can be controlled to be generated between adjacent waveguides by making the property of the crosstalk prevention region 14 an insulator by an external field.
[0034]
Thus, a waveguide switching device can be realized in which one light is branched or not, or two lights are independently guided or interfered and taken out by controlling the external field.
[0035]
Next, a configuration related to claim 9 will be described.
The ninth aspect describes the positional relationship between the periodic structure of the photonic crystal and the surface of the crosstalk prevention region.
[0036]
As described above, in the finite photonic crystal, there is leakage light even at the wavelength position of the PBG. This leakage light becomes smaller as the crystal size becomes larger, so if the distance between adjacent waveguides is sufficient, crosstalk will not occur. However, in practice, a plurality of waveguides should be integrated in as small a space as possible. There is a request. The ninth aspect is a condition for achieving both of the advantages of the photonic crystal that guides only predetermined light with low loss while integrating a plurality of waveguides as compactly as possible.
[0037]
FIG. 2 is an enlarged view of the vicinity of the surface of the crosstalk prevention region 14.
In the figure, 21 is a periodic structure of a photonic crystal, 22 is a crosstalk prevention region, 23 is an actual periodic structure, 24 is a mirror image obtained by a folding operation, and FIG. FIG. 2B shows an actual layout of the crosstalk prevention region, and FIG. 2B shows an actual periodic structure and a mirror image obtained by the folding operation.
[0038]
Hereinafter, the condition of claim 9 will be described with reference to FIG.
The actual crosstalk prevention region 22 and the periodic structure 21 of the photonic crystal are arranged as shown in FIG. A mirror image in which the periodic structure of the photonic crystal is folded using the surface of the crosstalk preventing region 22 as a folded surface is as shown in FIG. In the case of FIG. 2B, no defect is generated in the periodic structure formed by combining the periodic structure 23 of the photonic crystal with the mirror image.
[0039]
According to this condition described in claim 9, when a mirror image projection of the periodic structure of the photonic crystal is taken on the surface of the crosstalk prevention region, a virtual periodic structure composed of the projected image and the actual periodic structure Since there is no defect, an effect twice as thick as the actual periodic structure of the photonic crystal can be obtained. Thus, it is possible to achieve both the advantages and compactness of the photonic crystal waveguide.
[0040]
On the other hand, the periodic structure of the photonic crystal that does not comply with the conditions of claim 9 and the positional relationship between the surfaces of the crosstalk prevention regions are as shown in FIG.
[0041]
In the figure, 31 is a periodic structure of a photonic crystal, 32 is a crosstalk prevention region, 33 is an actual periodic structure, 34 is a mirror image obtained by a folding operation, and FIG. FIG. 2B shows an actual layout of the crosstalk prevention region, and FIG. 2B shows an actual periodic structure and a mirror image obtained by the folding operation. If the condition of claim 9 is not complied with, crystal defects 35 appear apparently as shown in FIG.
[0042]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
Example 1
The present embodiment is an embodiment according to the first and ninth aspects of the present invention.
In this embodiment, a photonic crystal is used in which silica nanoparticles are filled between silicon opal crystal particles and hardened, and then the silica particles are removed by etching. A groove for filling the waveguide and the crosstalk preventing material is formed in this photonic crystal by a photolithographic etching technique, and the crosstalk preventing material is filled with aluminum to form a crosstalk preventing region. .
[0043]
FIG. 4 is a diagram showing the photonic crystal waveguide device thus obtained. In this embodiment, the periodic structure of the photonic crystal and the surface of the crosstalk prevention region comply with the conditions of claim 9.
[0044]
In the figure, reference numerals 41 to 43 denote waveguides, 44 denotes an aluminum region (crosstalk prevention region), 45 denotes silicon, and 46 denotes air.
[0045]
The photonic crystal waveguide device shown in the present embodiment prevents crosstalk between waveguides, and achieves both the advantages and compactness of the photonic crystal waveguide.
[0046]
(Example 2)
The present embodiment is an embodiment according to the invention described in claim 2, claim 3, claim 4, and claim 9.
[0047]
In this example, as the photonic crystal, SrTiOThree After the silicon nanoparticles are filled between the opal crystal particles of the silica particles formed on the single crystal substrate and hardened, the silica particles are removed by etching. A groove for filling the waveguide and the crosstalk preventing material is formed in the photonic crystal by a photolithographic etching technique.
[0048]
At this time, the groove for filling the crosstalk prevention material is SrTiOThreeIt reaches the surface of the single crystal substrate. The crosstalk control region is formed by filling the groove for the crosstalk prevention material with a material that generates an insulator-metal transition by heat.
[0049]
In this example, as the insulator metal transition material, Pr0.6Ca0.4Mn1.05OThreeWas used. Pr0.6Ca0.4Mn1.05OThree A photonic crystal waveguide device was formed by providing an insulating layer of silicon oxide and a heater wiring made of Pt.
[0050]
FIG. 5 is a diagram showing a photonic crystal waveguide device obtained in this manner. FIG. 4A is a plan view, and FIG. 4B is a cross-sectional view.
In the figure, 51 to 52 are waveguides, 53 is a crosstalk control region, 54 is silicon, 55 is air, and 56 is SrTiO.ThreeA single crystal substrate, 57 is a photonic crystal region, 58 is an oxide insulating layer, and 59 is Pt (heater wiring).
[0051]
In this embodiment, the periodic structure of the photonic crystal and the surface of the crosstalk prevention region comply with the conditions of claim 9.
[0052]
The photonic crystal waveguide device shown in this embodiment enables on / off of crosstalk between adjacent waveguides by turning on / off the heater, and achieves both advantages and compactness of the photonic crystal waveguide. It has become.
[0053]
In this example, as the insulator metal transition material, Pr0.6Ca0.4Mn1.05OThree However, any material can be used as long as it is a material that generates an insulator-metal transition by heat. As such a material, in general, Pr1-xCaxMn1 + yOThree(X = 0.3-0.5, y = 0.0-0.1), Pr1-xCaxMn1 + yOThree(Sr dope), La1-xCaxMn1 + yOThree(X = 0.6-0.7, y = 0.0-0.1), (V1-xCrx)2OThree(X ~ 0.51), La1-xSrxMn1 + yOThree(X = 0.2 to 0.4, y = 0.01 to 0.1) or the like can be used.
[0054]
(Example 3)
This embodiment is an embodiment according to the second, fifth and ninth aspects of the invention.
[0055]
In this example, as the photonic crystal, LaAlOThreeAfter the silicon nanoparticles are filled between the opal crystal particles of the silica particles formed on the single crystal substrate and hardened, the silica particles are removed by etching.
[0056]
A groove for filling the waveguide and the crosstalk preventing material is formed in the photonic crystal by a photolithographic etching technique. At this time, the groove for filling the crosstalk prevention material is LaAlOThreeIt reaches the surface of the single crystal substrate. The crosstalk control region is formed by filling the groove for the crosstalk prevention material with a material that generates an insulator-metal transition by a magnetic field.
[0057]
In this example, as the insulator metal transition material, Pr0.5Sr0.5MnOThreeWas used. Pr0.5Sr0.5MnOThreeA photonic crystal waveguide device was formed by providing a protective layer made of silicon oxide.
[0058]
FIG. 6 shows the photonic crystal waveguide device thus obtained. FIG. 4A is a plan view, and FIG. 4B is a cross-sectional view.
In the figure, reference numerals 61 to 62 denote waveguides, and 63 denotes a crosstalk control region (Pr).0.5Sr0.5MnOThree), 64 is silicon, 65 is air, 66 is LaAlOThreeA single crystal substrate, 67 is a photonic crystal region, and 68 is silicon oxide (protective layer).
[0059]
In this embodiment, the periodic structure of the photonic crystal and the surface of the crosstalk prevention region comply with the conditions of claim 9.
[0060]
The photonic crystal waveguide device shown in this embodiment enables the on / off of crosstalk between adjacent waveguides by using a magnetic field writing mechanism used in magnetic recording, etc. It is a combination of the advantages of a waveguide and compactness.
[0061]
In this example, as the insulator metal transition material, Pr0.5Sr0.5MnOThree However, any material can be used as long as it is a material that generates an insulator-metal transition by a magnetic field. Such materials are generally Nd0.5Sr0.5MnOThree, Pr1-x CaxMnOThree(0.3 ≦ x ≦ 0.7), Nd1-x CaxMnOThree(0.3 ≦ x ≦ 0.7), Sm1-xCaxMnOThree(0.15 ≦ x ≦ 0.85) or the like can be used.
[0062]
Example 4
This embodiment is an embodiment according to the inventions of claims 2, 6, 7 and 9.
[0063]
In this example, as a photonic crystal, silicon nanoparticles were filled between the opal crystal particles of the formed silica particles on a substrate having ITO formed on the surface of the Si substrate and solidified, and then the silica particles were removed by etching. Use what you did. ITO serves as a common electrode. A groove for filling the waveguide and the crosstalk preventing material is formed in the photonic crystal by a photolithographic etching technique.
[0064]
At this time, the groove for filling the crosstalk prevention material reaches ITO. The crosstalk control region is formed by filling the groove for the crosstalk prevention material with a material that generates an insulator-metal transition by an electric field.
[0065]
In this example, as an insulator metal transition material, Ca0.6Y0.4TiOThreeWas used. Ca0.6Y0.4TiOThreeA photonic crystal waveguide device was formed by providing a silicon oxide barrier layer and individual electrodes made of aluminum.
[0066]
FIG. 7 is a diagram showing the photonic crystal waveguide device thus obtained. FIG. 4A is a plan view, and FIG. 4B is a cross-sectional view.
In the figure, reference numerals 71 to 72 denote waveguides, and 73 denotes a crosstalk control region (Ca0.6Y0.4TiOThree), 76 is a Si substrate, 77 is a photonic crystal region, 78 is silicon oxide (barrier layer), and 79 is Al (individual electrode).
[0067]
In this embodiment, the periodic structure of the photonic crystal and the surface of the crosstalk prevention region comply with the conditions of claim 9.
[0068]
The photonic crystal waveguide device shown in the present embodiment enables on / off of crosstalk between adjacent waveguides by turning on / off the voltage application to the electrodes, and the advantages and compactness of the photonic crystal waveguide It has become a balance of sex.
In this example, as an insulator metal transition material, Ca0.6Y0.4TiOThreeHowever, any material may be used as long as it is a material that generates an insulator-metal transition by charge injection.
[0069]
As such a material, in general, Ca1-xYxTiOThree, Sr1-xLaxVOThree, Sr1-xLaxMnOThree, Ba1-xLaxMnOThree, Sr1-xLaxCoOThree, Sr1-xLaxRuOThree, Ba1-xLaxRuOThree, SrTi1-xNbxOThree, Amorphous silicon (doped with arsenic, phosphorus or antimony), amorphous germanium (doped with arsenic, phosphorus or antimony), amorphous cadmium sulfide (doped with arsenic, phosphorus or antimony), amorphous gallium arsenide (arsenic, Phosphorus or antimony dope) can be used.
[0070]
(Example 5)
The present embodiment is an embodiment according to the inventions of claims 2, 8, and 9.
[0071]
In this example, as the photonic crystal, SrTiOThree After the silicon nanoparticles are filled between the opal crystal particles of the silica particles formed on the single crystal substrate and hardened, the silica particles are removed by etching. A groove for filling the waveguide and the crosstalk preventing material is formed in the photonic crystal by a photolithographic etching technique. At this time, the groove for filling the crosstalk prevention material is SrTiOThree It reaches the surface of the single crystal substrate. The crosstalk control region is formed by filling the groove for the crosstalk prevention material with a material that generates an insulator-metal transition by light.
[0072]
In this example, as the insulator metal transition material, Pr0.7Ca0 . 3MnOThreeWas used. Pr0.7Ca0 . 3MnOThreeA photonic crystal waveguide device was formed by providing a protective layer made of silicon oxide.
[0073]
FIG. 8 is a diagram showing the photonic crystal waveguide device thus obtained. FIG. 4A is a plan view, and FIG. 4B is a cross-sectional view.
In the figure, reference numerals 81 to 82 denote waveguides, and 83 denotes a crosstalk control region (Ca0.6Y0.4TiOThree), 84 is silicon, 85 is air, 86 is SrTiOThree A single crystal substrate, 87 is a photonic crystal region, and 88 is silicon oxide (protective layer).
[0074]
In this embodiment, the periodic structure of the photonic crystal and the surface of the crosstalk prevention region comply with the conditions of claim 9.
[0075]
The photonic crystal waveguide device shown in the present embodiment enables on / off of crosstalk between adjacent waveguides by control light, and achieves both advantages and compactness of the photonic crystal waveguide. It has become.
[0076]
In this example, as the insulator metal transition material, Pr0.7Ca0 . 3MnOThreeHowever, any material may be used as long as it is a material that generates an insulator-metal transition by light. As such a material, in general, La1-xCaxMnOThree, La1-xSrxMnOThree, La1-xBaxMnOThree, Nd1-xSrxMnOThree, Sr2MoFeO6Etc. can be used.
[0077]
As described above, the embodiments of the present invention have been described. However, the waveguide device of the present invention can prevent crosstalk or control the amount of loss talk. It is effective when applied to.
[0078]
【The invention's effect】
The effects of the present invention will be described below for each claim.
The photonic crystal waveguide device according to claim 1 prevents crosstalk between photonic crystal waveguides, and enables a compact photonic crystal waveguide device.
[0079]
The photonic crystal waveguide device according to claim 2, wherein the physical property of the insulator-metal transition region is transferred between the insulator and the metal by controlling the external field, and the coupling between the photonic crystal waveguides is opened and closed. This enables a compact photonic crystal waveguide switching device.
[0080]
The photonic crystal waveguide device according to claim 3 causes the physical properties of the insulator-metal transition region to transition between the insulator and the metal by heat and opens and closes the coupling between the photonic crystal waveguides. Enables a compact photonic crystal waveguide switching device.
[0081]
The photonic crystal waveguide device according to claim 4 causes the physical properties of the insulator-metal transition region to transition between the insulator and the metal by heat, and opens and closes the coupling between the photonic crystal waveguides. Enables a compact photonic crystal waveguide switching device.
[0082]
The photonic crystal waveguide device according to claim 5 causes the physical property of the insulator-metal transition region to transition between the insulator and the metal by controlling the magnetic field, thereby opening and closing the coupling between the photonic crystal waveguides. This enables a compact photonic crystal waveguide switching device.
[0083]
The photonic crystal waveguide device according to claim 6 causes the physical properties of the insulator-metal transition region to transition between the insulator and the metal by controlling the electric field, thereby opening and closing the coupling between the photonic crystal waveguides. This enables a compact photonic crystal waveguide switching device.
[0084]
The photonic crystal waveguide device according to claim 7 causes the physical property of the insulator-metal transition region to transition between the insulator and the metal by controlling the electric field, thereby opening and closing the coupling between the photonic crystal waveguides. This enables a compact photonic crystal waveguide switching device.
[0085]
The photonic crystal waveguide device according to claim 8 causes the physical properties of the insulator-metal transition region to transition between the insulator and the metal by controlling light to open and close the coupling between the photonic crystal waveguides. This enables a compact photonic crystal waveguide switching device.
[0086]
The photonic crystal waveguide device according to claim 9 prevents crosstalk between the photonic crystal waveguides and enables a compact photonic crystal waveguide device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining a basic configuration of a photonic crystal waveguide device according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining conditions described in claim 9;
FIG. 3 is a diagram showing an example in the case where the conditions described in claim 9 are not obeyed.
4 is a diagram for explaining Example 1. FIG.
FIG. 5 is a diagram for explaining Example 2;
6 is a diagram for explaining a third embodiment; FIG.
7 is a diagram for explaining Example 4; FIG.
FIG. 8 is a diagram for explaining a fifth embodiment;
FIG. 9 is a diagram showing a light transmission spectrum of a photonic crystal.
FIG. 10 is a diagram showing a photonic crystal optical waveguide.
FIG. 11 is a diagram showing a light transmission spectrum of an actual photonic crystal.
FIG. 12 is a diagram showing integrated photonic crystal waveguides (occurrence of crosstalk).
[Explanation of symbols]
10: Photonic crystal,
11-13: Waveguide,
14: Crosstalk prevention area,
21: periodic structure of photonic crystal,
22: Crosstalk prevention area,
23: Actual periodic structure,
24: Mirror image obtained by folding operation,
31: periodic structure of photonic crystal,
32: Crosstalk prevention area,
33: Actual periodic structure,
34: Mirror image obtained by folding operation,
41-43: waveguide,
44: Aluminum region (crosstalk prevention region),
45: Silicon,
46: Air,
51-52: waveguide,
53: Crosstalk control area,
54: Silicon,
55: Air,
56: SrTiOThreeSingle crystal substrate,
57: Photonic crystal region,
58: oxide insulating layer,
59: Pt (heater wiring),
61-62: waveguide,
63: Crosstalk control area (Pr0.5Sr0.5MnOThree),
64: Silicon,
65: Air,
66: LaAlOThreeSingle crystal substrate,
67: Photonic crystal region,
68: Silicon oxide (protective layer),
71-72: waveguide,
73: Crosstalk control area (Ca0.6Y0.4TiOThree),
76: Si substrate,
77: Photonic crystal region,
78: Silicon oxide (barrier layer),
79: Al (individual electrode),
81-82: waveguide,
83: Crosstalk control area (Ca0.6Y0.4TiOThree),
84: Silicon,
85: Air,
86: SrTiOThreeSingle crystal substrate,
87: Photonic crystal region,
88: Silicon oxide (protective layer),
91, 94: incident light,
92, 95: outgoing light,
93: linear defect,
96: Point defect.
Claims (9)
前記隣接する導波路間に設けられている金属領域あるいは絶縁体金属転移領域の表面を折り返し面として、前記金属あるいは前記絶縁体金属転移材料の表面に接しているフォトニック結晶の周期構造を折り返す操作をしたときに、折り返し操作により得られる像の周期構造と実際のフォトニック結晶の周期構造とを重ね合わせてつくられる周期構造に、欠陥が生じないように金属領域あるいは絶縁体金属転移材料の表面を位置させることを特徴とするフォトニック結晶導波路デバイス。The photonic crystal waveguide device according to any one of claims 1 to 8,
An operation of folding the periodic structure of the photonic crystal in contact with the surface of the metal or the insulator-metal transition material, with the surface of the metal region or insulator-metal transition region provided between the adjacent waveguides as a folding surface. The surface of the metal region or insulator metal transition material so that defects do not occur in the periodic structure formed by superimposing the periodic structure of the image obtained by the folding operation and the periodic structure of the actual photonic crystal. A photonic crystal waveguide device, characterized in that:
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