JP4653393B2 - Light control element - Google Patents

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本発明は、光制御素子に関する。 The present invention relates to a light control element.

従来、光スイッチなどの光制御素子の構成に関しては、光の経路変換器の機構及び光の経路変換器に用いられる材料の点で様々な構成が提案されている。例えば、光が伝わる光チャネルに整合した屈折率を有する作動流体内に、その作動流体の屈折率とは異なる屈折率を有する光路変更液体を移動させることで、光チャネルの中を伝わる光の経路を変更する方法が開示されている（例えば、特開２００２−２２１６８０号公報（特許文献１）参照。）。また、永久磁石片からなる可動ミラーを、二つの電磁石の間に配置し、電磁石を作動させることで、可動ミラーを光導波路に出入りさせ、光導波路を通過する光の経路を変更する方法もまた開示されている（例えば、特開２００２−１２２７９８号公報（特許文献２）参照。）。また、基幹系の光伝送システムにおいては、Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ（ＭＥＭＳ）のようなマイクロマシン技術によって、ミクロンサイズのミラー又はシャッターを挿入して光の経路を変える方法が採用されている。これらの方法によれば、光スイッチを、簡単な装置又は素子を用いて形成することができると共に、光スイッチの消光比を大きくすることができるという利点がある。しかしながら、特開２００２−２２１６８０号公報（特許文献１）に開示される方法では、光路変更液体を移動させるために、熱式圧力発生装置を使用し、特開２００２−１２２７９８号公報（特許文献２）に開示される方法では、可動ミラーを移動させるために電磁石を使用している。このように、熱式圧力発生装置又は電磁石による機械的な物体の移動を用いているため、光スイッチのスイッチング速度を高めることは、困難である。 2. Description of the Related Art Conventionally, regarding the configuration of a light control element such as an optical switch, various configurations have been proposed in terms of the mechanism of an optical path converter and materials used for the optical path converter. For example, by moving an optical path changing liquid having a refractive index different from the refractive index of the working fluid into the working fluid having a refractive index matched to the optical channel through which the light travels, the path of light traveling through the optical channel Is disclosed (for example, see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-221680 ( Patent Document 1 ) ). In addition, there is a method in which a movable mirror made of a permanent magnet piece is disposed between two electromagnets and the electromagnet is operated to move the movable mirror into and out of the optical waveguide and change the path of light passing through the optical waveguide. (For example, refer to Japanese Patent Laid-Open No. 2002-122798 ( Patent Document 2 ) .) Further, in a basic optical transmission system, a method of changing a light path by inserting a micron-sized mirror or shutter by a micromachine technique such as Micro Electro-Mechanical System (MEMS) is adopted. According to these methods, the optical switch can be formed using a simple device or element, and there is an advantage that the extinction ratio of the optical switch can be increased. However, in the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2002-221680 ( Patent Document 1 ) , a thermal pressure generator is used to move the optical path changing liquid, and Japanese Patent Laid-Open No. 2002-122798 ( Patent Document 2). ) Uses an electromagnet to move the movable mirror. Thus, since the movement of the mechanical object by the thermal pressure generator or the electromagnet is used, it is difficult to increase the switching speed of the optical switch.

また、高速な応答を示す光制御素子として、ニオブ酸リチウムで形成された方向性結合器型の光制御素子又はマッハツェンダー型の光制御素子が、一般に製造されている。しかしながら、これらの光制御素子の素子長は、大きく、数ｃｍ程度である。よって、これらの光制御素子は、比較的大きい装置で構成してもよい基幹系又はメトロ系の光伝送システムには適用できるが、機器内のボード間における光伝送のような小型化が要求される光伝送に用いることは困難である。また、これらの光制御素子における光導波路には、ニオブ酸リチウムにチタンを拡散させて得られる、１％以下の小さい屈折率差を有する低屈折率差導波路を用いているために、シングルモードであっても導波路光の伝播領域が広くなる。このため、光制御素子に電界を印加する電極間距離が大きくなり、光制御素子を小型化すると共に光制御素子に印加する電圧を小さくすることが困難である。   In general, a directional coupler type light control element or a Mach-Zehnder type light control element formed of lithium niobate is manufactured as a light control element showing a high-speed response. However, the element length of these light control elements is large, about several cm. Therefore, these light control elements can be applied to a backbone or metro optical transmission system that may be configured with a relatively large device, but miniaturization such as optical transmission between boards in equipment is required. It is difficult to use for optical transmission. In addition, since the optical waveguide in these light control elements uses a low refractive index difference waveguide having a small refractive index difference of 1% or less obtained by diffusing titanium in lithium niobate, it is a single mode. Even so, the propagation area of the waveguide light is widened. For this reason, the distance between the electrodes for applying an electric field to the light control element is increased, and it is difficult to reduce the voltage applied to the light control element while reducing the size of the light control element.

上記の従来技術に対して、フォトニック結晶と呼ばれる、誘電率が光の波長程度で周期的に大きく変化する結晶を用いると、その誘電体周期構造によって光子の禁制帯であるフォトニックバンドギャップを形成し、また、その強い分散性によって特異な効果を示すため、光制御素子を小型化することができる。すなわち、フォトニック結晶を使用することで、例えば光経路変更機能を有する光スイッチ及び光強度変調器としての、極めて微小な光制御素子を形成することができる可能性がある。   In contrast to the above-described prior art, when a crystal called a photonic crystal whose permittivity is periodically changed largely at the wavelength of light is used, the photonic band gap, which is a forbidden band of photons, is caused by the dielectric periodic structure. The light control element can be downsized because it is formed and exhibits a unique effect due to its strong dispersibility. That is, by using a photonic crystal, for example, there is a possibility that an extremely small light control element as an optical switch and an optical intensity modulator having an optical path changing function can be formed.

フォトニック結晶を用いた光制御素子としては、スーパプリズム効果（例えば、ＰＲＬ Ｂ，ｖｏｌ．５８，ｐ．１００９６，１９９８（非特許文献１）参照。）を利用した光制御素子（例えば、特開２００２−３０３８３６号公報（特許文献３）参照。）が開示されている。このスーパプリズム効果は、フォトニック結晶の強い分散性であり、光のわずかな波長差で光の屈折角が大きく変化する現象である。図１は、特開２００２−３０３８３６号公報（特許文献３）に開示されるスーパプリズム効果を利用した光スイッチを示す。この光スイッチにおいては、光が、導波路を通じてフォトニック結晶の固有軸に対して斜めに入射すると、光は、電流注入前には、フォトニック結晶の分散性によってチャネル（ＣＨ）１の導波路へ出力されるが、電流注入によりフォトニック結晶を構成する媒質の屈折率を変化させると、光は、スーパプリズム効果によって光の偏向角が大きく変わり、チャネル（ＣＨ）２の導波路へ出力される。このような光制御素子は、フォトニック結晶を利用することで、非常に小型化することが可能である。なお、図１に示すフォトニック結晶には、線欠陥導波路は導入されていないが、上述のような光の波長に大きく依存した光の制御は、フォトニック結晶内に設けた線欠陥導波路においても実現することができる。 The light control device using the photonic crystal, super prism effect (e.g., PRL B, vol.58, p.10096,1998 (Non-Patent Document 1) reference.) Light control device using a (e.g., JP No. 2002-303836 ( see Patent Document 3 ) . The super prism effect is a strong dispersibility of the photonic crystal and is a phenomenon in which the refraction angle of light changes greatly with a slight wavelength difference of light. FIG. 1 shows an optical switch using the super prism effect disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-303836 ( Patent Document 3 ) . In this optical switch, when light is incident obliquely with respect to the natural axis of the photonic crystal through the waveguide, the light is guided to the waveguide of the channel (CH) 1 by the dispersibility of the photonic crystal before current injection. However, if the refractive index of the medium constituting the photonic crystal is changed by current injection, the light deflection angle is greatly changed by the super prism effect, and the light is output to the channel (CH) 2 waveguide. The Such a light control element can be very miniaturized by using a photonic crystal. Although the line defect waveguide is not introduced into the photonic crystal shown in FIG. 1, the control of light greatly dependent on the wavelength of light as described above is performed in the line defect waveguide provided in the photonic crystal. Can also be realized.

しかしながら、フォトニック結晶のスーパプリズム効果は、光の入射角度及び光の波長に極めて敏感であり、光の波長が、少しでも変化すると、光の偏向角が大きく変化してしまい、実際には、光の偏向角を高い精度で制御することが困難である。また、フォトニック結晶を射出する光のビームの広がりは、入射した光のビームよりも大きくなるので、フォトニック結晶で制御した光のビームの利用は、制限されてしまう。また、フォトニック結晶内に設けた線欠陥導波路においても同様に、利用するレーザの波長が、温度等で変動すると、フォトニック結晶内の線欠陥導波路に光を伝播させることができない場合もある。   However, the super prism effect of the photonic crystal is extremely sensitive to the incident angle of light and the wavelength of light. When the wavelength of light changes even slightly, the deflection angle of light changes greatly. It is difficult to control the deflection angle of light with high accuracy. Further, since the spread of the light beam emitted from the photonic crystal is larger than that of the incident light beam, the use of the light beam controlled by the photonic crystal is limited. Similarly, in the case of a line defect waveguide provided in a photonic crystal, if the wavelength of the laser to be used fluctuates due to temperature or the like, light may not be propagated to the line defect waveguide in the photonic crystal. is there.

また、ニオブ酸リチウム及びニオブ酸タンタルのような光学結晶は、他の材料と比較して大きい非線形光学定数を有し、広い波長範囲で透明性を有することため、これらの結晶は、波長変換素子、光変調素子、及び光演算素子のような導波路型又はバルク型の光制御素子に利用されている。しかしながら、これら光学結晶の非線形光学定数の絶対値は、小さいため、光の波長変換の効率を高めるためには、数ｃｍ程度の光学結晶の長さが必要になる。よって、これら光学結晶を用いて形成した光制御素子の大きさが、大きくなってしまう。また、光の波長の変動に対するこれら光学結晶の許容量も小さく、光の波長変動を抑制するためには、温度の調節が必要である。さらに、入射光の光軸に対するこれら光学結晶の位置の調整に関する許容値も小さい。よって、これら光学結晶を用いて形成した光制御素子は、非常に高価になってしまう。
特開２００２−２２１６８０号公報 特開２００２−１２２７９８号公報 特開２００２−３０３８３６号公報 ＰＲＬ Ｂ，ｖｏｌ．５８，ｐ．１００９６，１９９８ In addition, optical crystals such as lithium niobate and tantalum niobate have large nonlinear optical constants compared to other materials and are transparent in a wide wavelength range. It is used for a waveguide type or bulk type light control element such as an optical modulation element and an optical arithmetic element. However, since the absolute value of the nonlinear optical constant of these optical crystals is small, the length of the optical crystal of about several centimeters is required to increase the efficiency of light wavelength conversion. Therefore, the size of the light control element formed using these optical crystals becomes large. In addition, the allowable amount of these optical crystals with respect to fluctuations in the wavelength of light is small, and in order to suppress fluctuations in the wavelength of light, it is necessary to adjust the temperature. Furthermore, the tolerance for adjusting the position of these optical crystals with respect to the optical axis of the incident light is also small. Therefore, the light control element formed using these optical crystals becomes very expensive.
JP 2002-221680 A JP 2002-122798 A JP 2002-303836 A PRL B, vol. 58, p. 10096, 1998

本発明は、光制御素子を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a light control element.

本発明の第一の態様は、線欠陥導波路を有するフォトニック結晶及び発光素子を備えた光制御素子において、前記フォトニック結晶の少なくとも一部は、前記発光素子から発せられた光の波長を変換する非線形光学効果を有する材料で形成されると共に、前記発光素子から発せられた光の波長及び前記非線型光学効果によって変換された光の波長は、前記フォトニック結晶のフォトニックバンドギャップに含まれる前記線欠陥導波路の伝播モードの波長であると共に、前記線欠陥導波路は、前記発光素子から発せられた光の波長を共振させると共に、前記非線型光学効果によって変換された光は、前記線欠陥導波路を伝播することを特徴とする光制御素子である。
本発明の第二の態様は、線欠陥導波路を有するフォトニック結晶及び発光素子を備えた光制御素子において、前記フォトニック結晶の少なくとも一部は、前記発光素子から発せられた光の波長を変換する非線形光学効果を有する材料で形成されると共に、前記発光素子から発せられた光の波長は、前記フォトニック結晶のフォトニックバンドギャップに含まれる前記線欠陥導波路の伝播モードの波長であると共に、前記線欠陥導波路は、前記発光素子から発せられた光の波長を共振させると共に、前記非線型光学効果によって変換された光の波長は、前記フォトニック結晶のフォトニックバンドギャップに含まれる前記線欠陥導波路の伝播モードの波長に含まれない波長であると共に、前記非線型光学効果によって変換された光は、前記線欠陥導波路の方向と異なる方向へ射出されることを特徴とする光制御素子である。
本発明の第三の態様は、線欠陥導波路を有するフォトニック結晶及び発光素子を備えた光制御素子において、前記フォトニック結晶の少なくとも一部は、前記発光素子から発せられた光の波長を変換する非線形光学効果を有する材料で形成されると共に、前記発光素子から発せられた光の波長は、前記フォトニック結晶のフォトニックバンドギャップに含まれる前記線欠陥導波路の伝播モードの波長であると共に、前記線欠陥導波路は、前記発光素子から発せられた光の波長を共振させると共に、前記フォトニック結晶は、前記線欠陥導波路と異なる線欠陥導波路をさらに有し、前記非線型光学効果によって変換された光の波長は、前記フォトニック結晶のフォトニックバンドギャップに含まれる前記線欠陥導波路と異なる線欠陥導波路の伝播モードの波長であると共に、前記線欠陥導波路と異なる線欠陥導波路は、前記非線型光学効果によって変換された光の波長を共振させることを特徴とする光制御素子である。 According to a first aspect of the present invention, in the light control element including a photonic crystal having a line defect waveguide and a light emitting element, at least a part of the photonic crystal has a wavelength of light emitted from the light emitting element. The wavelength of light emitted from the light emitting element and the wavelength of light converted by the nonlinear optical effect are included in the photonic band gap of the photonic crystal. The wavelength of the propagation mode of the line-defect waveguide, the line-defect waveguide resonates the wavelength of the light emitted from the light emitting element, and the light converted by the nonlinear optical effect is An optical control element characterized by propagating through a line defect waveguide.
According to a second aspect of the present invention, in the light control element comprising a photonic crystal having a line defect waveguide and a light emitting element, at least a part of the photonic crystal has a wavelength of light emitted from the light emitting element. The wavelength of the light emitted from the light emitting element is the wavelength of the propagation mode of the line defect waveguide included in the photonic band gap of the photonic crystal and formed of a material having a nonlinear optical effect to convert. The line defect waveguide resonates the wavelength of the light emitted from the light emitting element, and the wavelength of the light converted by the nonlinear optical effect is included in the photonic band gap of the photonic crystal. The light that is not included in the propagation mode wavelength of the line defect waveguide and that is converted by the nonlinear optical effect is A light control element, characterized in that the direction of the waveguide is emitted in different directions.
According to a third aspect of the present invention, in the light control element including a photonic crystal having a line defect waveguide and a light emitting element, at least a part of the photonic crystal has a wavelength of light emitted from the light emitting element. The wavelength of the light emitted from the light emitting element is the wavelength of the propagation mode of the line defect waveguide included in the photonic band gap of the photonic crystal and formed of a material having a nonlinear optical effect to convert. In addition, the line defect waveguide resonates the wavelength of light emitted from the light emitting element, and the photonic crystal further includes a line defect waveguide different from the line defect waveguide, and the nonlinear optical The wavelength of the light converted by the effect is transmitted through a line defect waveguide different from the line defect waveguide included in the photonic band gap of the photonic crystal. With a wavelength of mode, the line defect waveguide different line-defect waveguide is an optical control element characterized by resonating the wavelength of light converted by the nonlinear optical effect.

本発明の第一の態様、本発明の第二の態様、又は本発明の第三の態様によれば、光制御素子を提供することができる。 According to the first aspect of the present invention, the second aspect of the present invention, or the third aspect of the present invention , a light control element can be provided.

次に、本発明による光制御素子の実施の形態を図面と共に説明する。   Next, an embodiment of a light control element according to the present invention will be described with reference to the drawings.

まず、本発明の第一の実施形態による光制御素子を図２及び図３と共に説明する。本発明の第一の実施形態による光制御素子は、線欠陥導波路を有するフォトニック結晶及び発光素子を備え、前記線欠陥導波路は、前記発光素子から発せられた光の波長を共振させる光制御素子である。図２は、本発明の第一の実施形態による光制御素子を示す。図２に示す光制御素子は、発光素子としての端面型半導体レーザ１０及び基板２０に設けられたフォトニック結晶３０を有し、フォトニック結晶３０は、スラブ型フォトニック結晶であり、その内部に線欠陥導波路４０を有する。端面型半導体レーザ１０は、フォトニック結晶３０の基板２０と同じ基板に設けてもよく、フォトニック結晶３０の基板２０と異なる基板に設けてもよい。また、端面型半導体レーザ１０などの発光素子から射出された光をフォトニック結晶３０の線欠陥導波路４０に結合させる光結合手段を設けてもよい。一方、端面型半導体レーザ１０などの発光素子は、フォトニック結晶３０の線欠陥導波路３０の線欠陥導波路４０に埋め込んでもよい。また、端面型半導体レーザ１０のような面発光レーザの発光素子の部分をエッチングにより切り出して、発光素子の部分を線欠陥導波路に埋め込んでもよい。   First, the light control element according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The light control element according to the first embodiment of the present invention includes a photonic crystal having a line defect waveguide and a light emitting element, and the line defect waveguide resonates the wavelength of light emitted from the light emitting element. Control element. FIG. 2 shows a light control element according to the first embodiment of the present invention. The light control element shown in FIG. 2 has an end face type semiconductor laser 10 as a light emitting element and a photonic crystal 30 provided on a substrate 20, and the photonic crystal 30 is a slab type photonic crystal, It has a line defect waveguide 40. The end face type semiconductor laser 10 may be provided on the same substrate as the substrate 20 of the photonic crystal 30 or may be provided on a substrate different from the substrate 20 of the photonic crystal 30. Further, an optical coupling means for coupling light emitted from a light emitting element such as the end face type semiconductor laser 10 to the line defect waveguide 40 of the photonic crystal 30 may be provided. On the other hand, a light emitting element such as the end face type semiconductor laser 10 may be embedded in the line defect waveguide 40 of the line defect waveguide 30 of the photonic crystal 30. Alternatively, a light emitting element portion of a surface emitting laser such as the edge-type semiconductor laser 10 may be cut out by etching, and the light emitting element portion may be embedded in the line defect waveguide.

フォトニック結晶３０は、空孔又は柱のような周期構造５０を三角配列に配置させている。フォトニック結晶３０における空孔及び柱のような周期構造５０を調整することで、光子の禁制体であるフォトニックバンドギャップを形成することができる。フォトニック結晶３０の特性は、フォトニック結晶３０の基材の誘電率と空孔及び柱のような周期構造５０の誘電率との差、基材における周期構造５０の配置、光の波長と周期構造５０の大きさとの関係、隣接する周期構造の間の距離などによって決定される。よって、これらの要素のいずれかを変化させることでフォトニック結晶３０の特性を変化させることができ、所望のフォトニックバンドギャプを有するフォトニック結晶３０を提供することができる。なお、フォトニック結晶３０及び線欠陥導波路４０は、複数のフォトニックバンドギャップを形成して、レーザの波長を固定する部分と光を伝播させる部分とを分離するように設計してもよい。   The photonic crystal 30 has periodic structures 50 such as holes or pillars arranged in a triangular arrangement. By adjusting the periodic structure 50 such as holes and columns in the photonic crystal 30, a photonic band gap that is a forbidden body of photons can be formed. The characteristics of the photonic crystal 30 include the difference between the dielectric constant of the substrate of the photonic crystal 30 and the dielectric constant of the periodic structure 50 such as holes and columns, the arrangement of the periodic structure 50 on the substrate, and the wavelength and period of light. It is determined by the relationship with the size of the structure 50, the distance between adjacent periodic structures, and the like. Therefore, the characteristics of the photonic crystal 30 can be changed by changing any of these elements, and the photonic crystal 30 having a desired photonic band gap can be provided. Note that the photonic crystal 30 and the line defect waveguide 40 may be designed to form a plurality of photonic band gaps so as to separate a portion for fixing the laser wavelength and a portion for propagating light.

また、図３（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）に示すように、空孔及び柱のような周期構造５０のない部分を直線（列）状に設けることで、線欠陥導波路４０を形成することができる。図３（ａ）は、空孔又は柱のような周期構造５０の間に一列の欠陥を有するフォトニック結晶３０を示す。図３（ｂ）は、空孔又は柱のような周期構造５０の間に設けられた一列の欠陥の幅を変化させた（減少させた）フォトニック結晶３０を示す。図３（ｃ）は、空孔及び柱のような第一の周期構造５１に加えて、第一の周期構造５１と異なる第二の周期構造５２を設けたフォトニック結晶３０を示す。このように、空孔及び柱のような周期構造５０の形態を変ること、及び／又は、複数の異なる形態の空孔又は柱のような周期構造５０を設けることにより、フォトニック結晶３０の線欠陥導波路４０を形成することができる。線欠陥導波路４０が、フォトニック結晶３０における欠陥の存在しない部分によって形成されたフォトニックバンドギャップに含まれる（波長などの）伝播モードを有するように、これらの線欠陥導波路４０を形成することができる。   Further, as shown in FIGS. 3A, 3B, and 3C, a line defect waveguide 40 is provided by providing a portion without a periodic structure 50 such as a hole and a column in a straight line (row). Can be formed. FIG. 3A shows a photonic crystal 30 having a single row of defects between periodic structures 50 such as holes or pillars. FIG. 3B shows a photonic crystal 30 in which the width of a row of defects provided between periodic structures 50 such as holes or pillars is changed (reduced). FIG. 3C shows the photonic crystal 30 provided with a second periodic structure 52 different from the first periodic structure 51 in addition to the first periodic structure 51 such as holes and pillars. Thus, by changing the form of the periodic structure 50 such as holes and pillars and / or providing the periodic structure 50 such as holes or pillars of different forms, the lines of the photonic crystal 30 A defect waveguide 40 can be formed. These line defect waveguides 40 are formed such that the line defect waveguides 40 have a propagation mode (such as a wavelength) included in a photonic band gap formed by a defect-free portion in the photonic crystal 30. be able to.

このようにして形成されたフォトニック結晶３０の線欠陥導波路４０は、そのＱ値（＝光の周波数×共振器に蓄えられた場のエネルギー／共振器から散逸するパワー）が非常に高いため、端面型半導体レーザ１０からのレーザ光の波長をモードロックすることができる共振器となり得る。ここで、フォトニック結晶３０の線欠陥導波路４０における光の群速度の遅延及び光の異常分散等を利用するためには、線欠陥導波路４０を伝播する光の波長を固定することが好ましく、フォトニック結晶３０の線欠陥導波路４０は、光の波長を容易に固定することができる。すなわち、線欠陥導波路４０は、端面型半導体レーザ１０からのレーザ光の波長を、線欠陥導波路４０を伝播する光の波長に自己整合的に固定することができる。特に、端面型半導体レーザ１０のような発光素子が、フォトニック結晶３０の外部に設けられるときには、フォトニック結晶３０の線欠陥導波路４０は、発光素子の外部共振器となり、フォトニック結晶から射出される光の波長を固定することができる。よって、端面型半導体レーザ１０からのレーザ光を、フォトニック結晶３０の線欠陥導波路４０に高い効率で結合させると共に伝播させることができる。また、フォトニック結晶３０の線欠陥構造４０は、光を線欠陥構造４０の微小空間に閉じ込めるので、その光を共振させる効率を大きく向上させることができる。   The line defect waveguide 40 of the photonic crystal 30 thus formed has a very high Q value (= light frequency × field energy stored in the resonator / power dissipated from the resonator). The resonator can be mode-locked with the wavelength of the laser beam from the end-face type semiconductor laser 10. Here, in order to utilize the delay of the group velocity of light in the line defect waveguide 40 of the photonic crystal 30 and the anomalous dispersion of light, it is preferable to fix the wavelength of light propagating through the line defect waveguide 40. The line defect waveguide 40 of the photonic crystal 30 can easily fix the wavelength of light. That is, the line defect waveguide 40 can fix the wavelength of the laser light from the end face type semiconductor laser 10 in a self-aligned manner to the wavelength of the light propagating through the line defect waveguide 40. In particular, when a light emitting element such as the end facet type semiconductor laser 10 is provided outside the photonic crystal 30, the line defect waveguide 40 of the photonic crystal 30 becomes an external resonator of the light emitting element and is emitted from the photonic crystal. The wavelength of the emitted light can be fixed. Therefore, the laser light from the end face type semiconductor laser 10 can be coupled and propagated to the line defect waveguide 40 of the photonic crystal 30 with high efficiency. Further, since the line defect structure 40 of the photonic crystal 30 confines light in the minute space of the line defect structure 40, the efficiency of resonating the light can be greatly improved.

本発明の第一の実施形態による光制御素子は、フォトニック結晶３０の線欠陥導波路４０を伝播する光の波長を安定化させると共にフォトニック結晶３０の線欠陥導波路４０を伝播する光の透過率を向上させることができる。   The light control element according to the first embodiment of the present invention stabilizes the wavelength of the light propagating through the line defect waveguide 40 of the photonic crystal 30 and allows the light to propagate through the line defect waveguide 40 of the photonic crystal 30. The transmittance can be improved.

光制御素子におけるフォトニック結晶３０は、例えば、リソグラフィー及びエッチングの技術を使用して、光の波長程度の厚さを有する屈折率３の半導体薄膜に二次元の円形の空気孔を形成することで、製造することができる。この空気孔は、必ずしも円形である必要はなく、方形及び多角形の空気孔であってもよい。具体的には、このフォトニック結晶３０は、量子井戸又は歪量子井戸が形成されたＩｎＰ基板又はＧａＡｓ基板の薄膜の一部を選択エッチングにより空気に露出させることによって、形成することができる。また、フォトニック結晶３０は、屈折率１．４５のＳｉＯ２上に形成された波長程度の厚さのＳｉ薄膜であるＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を用いても形成することができる。ＳＯＩ基板は、電子回路用に開発されたため、結晶の品質及びコストの点できわめて利用価値が高い。薄膜の厚さ方向では、半導体と半導体に形成された空気孔との界面における全反射によって光が閉じ込められるが、薄膜の面に沿った方向では、半導体に形成された空気孔の周期構造に依存した二次元フォトニック結晶の特性を利用することができる。このようなスラブ型二次元フォトニック結晶３０に、光導波路を接続することで、本発明の第一の実施形態による光制御素子を形成することができる。 The photonic crystal 30 in the light control element is formed by forming a two-dimensional circular air hole in a semiconductor thin film having a refractive index of 3 having a thickness of about the wavelength of light using, for example, lithography and etching techniques. Can be manufactured. The air holes do not necessarily have to be circular, and may be square and polygonal air holes. Specifically, the photonic crystal 30 can be formed by exposing a part of a thin film of an InP substrate or a GaAs substrate on which a quantum well or a strained quantum well is formed, to air by selective etching. The photonic crystal 30 can also be formed using an SOI (Silicon On Insulator) substrate, which is a Si thin film having a thickness of about a wavelength, formed on SiO 2 having a refractive index of 1.45. Since the SOI substrate was developed for an electronic circuit, it is extremely useful in terms of crystal quality and cost. In the thickness direction of the thin film, light is confined by total reflection at the interface between the semiconductor and the air holes formed in the semiconductor, but in the direction along the surface of the thin film, it depends on the periodic structure of the air holes formed in the semiconductor. The characteristics of the two-dimensional photonic crystal can be used. By connecting an optical waveguide to such a slab type two-dimensional photonic crystal 30, the light control element according to the first embodiment of the present invention can be formed.

また、このようなフォトニック結晶３０は、ニオブ酸リチウム、ニオブ酸チタン、及びＫＴＰ（リン酸チタニルカリウム）のような無機結晶若しくはＰＺＴ及びＰＺＬＴのようなセラミックスで形成された薄膜を、低屈折率の媒質上に、又は空気を境界とするエアーブリッジ構造に形成することによっても、製造することができる。さらに、ネマチック構造若しくはスメクチック構造を有する液晶、又はアゾ色素、スチルベンゼン色素、及びダストのような有機分子若しくは有機結晶の薄膜を、低誘電体層上に形成することによってもフォトニック結晶３０を形成することができる。   In addition, such a photonic crystal 30 has a low refractive index formed from an inorganic crystal such as lithium niobate, titanium niobate, and KTP (potassium titanyl phosphate) or a thin film formed of ceramics such as PZT and PZLT. It can also be manufactured by forming an air bridge structure on the medium or air as a boundary. Further, a photonic crystal 30 is formed by forming a thin film of organic molecules or organic crystals such as liquid crystals having nematic or smectic structures, or azo dyes, still benzene dyes, and dusts on the low dielectric layer. can do.

フォトニック結晶３０は、三次元フォトニック結晶であってもよい。例えば、ストライプ状の半導体に有機材料を導入して屈折率の周期構造を形成したものを積層することで、三次元フォトニック結晶を製造することができる。   The photonic crystal 30 may be a three-dimensional photonic crystal. For example, a three-dimensional photonic crystal can be manufactured by laminating organic semiconductor materials into a stripe-shaped semiconductor to form a periodic structure having a refractive index.

次に、本発明の第二の実施形態による光制御素子を説明する。本発明の第二の実施形態による光制御素子は、線欠陥導波路を有するフォトニック結晶及び発光素子を備え、線欠陥導波路は、発光素子から発せられた光の波長を共振させ、フォトニック結晶の少なくとも一部は、電気光学効果を有する材料で形成される光制御素子である。   Next, a light control element according to the second embodiment of the present invention will be described. The light control element according to the second embodiment of the present invention includes a photonic crystal having a line defect waveguide and a light emitting element, and the line defect waveguide resonates the wavelength of light emitted from the light emitting element, and photonics. At least a part of the crystal is a light control element formed of a material having an electro-optic effect.

フォトニックバンドギャップを有するフォトニック結晶において、フォトニック結晶の基材の屈折率及び／又は空孔及び柱のような周期構造の屈折率を変化させると、フォトニック結晶のフォトニックバンドを変化させることができる。このように、フォトニック結晶の材料の屈折率を変化させると、フォトニック結晶の線欠陥導波路における光の透過率が変化する。例えば、ある一定の波長を有する光に対して、フォトニック結晶の材料の屈折率を変化させる前には、その光は、フォトニック結晶の線欠陥導波路を伝播するが、フォトニック結晶の材料の屈折率を変化させた後には、その光は、フォトニック結晶の線欠陥導波路を伝播しない。また、フォトニック結晶の材料の屈折率を変化させると、フォトニック結晶の線欠陥導波路を伝播する光の位相を変調することができ、よって、フォトニック結晶の線欠陥導波路を伝播する光の強度を変調することができる。   In a photonic crystal having a photonic band gap, changing the refractive index of the substrate of the photonic crystal and / or the refractive index of a periodic structure such as a hole and a column changes the photonic band of the photonic crystal. be able to. As described above, when the refractive index of the material of the photonic crystal is changed, the light transmittance in the line defect waveguide of the photonic crystal is changed. For example, for light having a certain wavelength, before changing the refractive index of the photonic crystal material, the light propagates through the photonic crystal line defect waveguide, but the photonic crystal material After changing the refractive index of the light, the light does not propagate through the line defect waveguide of the photonic crystal. Also, by changing the refractive index of the photonic crystal material, the phase of the light propagating through the photonic crystal line defect waveguide can be modulated, and thus the light propagating through the photonic crystal line defect waveguide. The intensity of can be modulated.

ここで、フォトニック結晶の材料の屈折率を、電気光学効果、熱光学効果、半導体薄膜のキャリアプラズマ効果、及び光カー効果などを用いて変化させることができる。すなわち、フォトニック結晶の少なくとも一部の材料を、電気光学効果、熱光学効果、半導体薄膜のキャリアプラズマ効果、及び光カー効果などを有する材料で形成すれば、フォトニック結晶の材料の屈折率を変化させることができる。本発明の第二の実施形態による光制御素子においては、フォトニック結晶の少なくとも一部を、電気光学効果を有する材料で形成している。   Here, the refractive index of the material of the photonic crystal can be changed using an electro-optic effect, a thermo-optic effect, a carrier plasma effect of a semiconductor thin film, a light Kerr effect, and the like. That is, if at least a part of the material of the photonic crystal is formed of a material having an electro-optic effect, a thermo-optic effect, a semiconductor thin film carrier plasma effect, an optical Kerr effect, etc., the refractive index of the photonic crystal material is reduced. Can be changed. In the light control element according to the second embodiment of the present invention, at least a part of the photonic crystal is formed of a material having an electro-optic effect.

フォトニック結晶の線欠陥導波路を、電気光学効果を有する材料で形成するときには、フォトニック結晶の線欠陥導波路のような光が閉じこめられる微小空間に、微小電極を配置することになるため、微小電極の間隔を減少させることができる。その結果、屈折率変調器を有する、より小型の光制御素子を提供することができる。   When a line defect waveguide of a photonic crystal is formed of a material having an electro-optic effect, a micro electrode is disposed in a minute space in which light is confined, such as a line defect waveguide of a photonic crystal. The distance between the microelectrodes can be reduced. As a result, a more compact light control element having a refractive index modulator can be provided.

また、線欠陥導波路の周囲に配置された微小電極の間隔が小さいため、線欠陥導波路に沿った単位長さ当たりの屈折率を、より低電圧で変化させることができ、その結果、光制御素子の消費電力を低下させることができる。   In addition, since the distance between the microelectrodes arranged around the line defect waveguide is small, the refractive index per unit length along the line defect waveguide can be changed at a lower voltage. The power consumption of the control element can be reduced.

さらに、フォトニック結晶の少なくとも一部の材料が、電気光学効果を有する材料であるため、フォトニック結晶の材料の屈折率を高速に変化させることができる。これにより、光制御素子を高速で駆動させることができる。   Furthermore, since at least a part of the material of the photonic crystal is a material having an electro-optic effect, the refractive index of the material of the photonic crystal can be changed at high speed. Thereby, the light control element can be driven at high speed.

このようなフォトニック結晶の少なくとも一部を、電気光学効果を有する材料で形成した光制御素子において、フォトニック結晶の材料の屈折率を変化させた場合におけるフォトニックバンドギャップの変化について、フォトニックバンド解析に基づくシミュレーションを行った。図４は、フォトニック結晶の材料の屈折率を変化させた場合におけるフォトニックバンドギャップの変化について、フォトニックバンド解析の手法一つである平面波展開法による計算結果を示す。   Regarding the change of the photonic band gap when the refractive index of the material of the photonic crystal is changed in a light control element in which at least a part of such a photonic crystal is formed of a material having an electro-optic effect. Simulation based on band analysis was performed. FIG. 4 shows the calculation result by the plane wave expansion method, which is one of the photonic band analysis methods, for the change of the photonic band gap when the refractive index of the material of the photonic crystal is changed.

ここで、シミュレーションに用いた光制御素子のモデルのフォトニック結晶は、屈折率３．５の基材、及び基材中に三角格子に配列した円孔を有し、その円孔の内部には屈折率１．４又は１．６の媒質が埋め込まれている。実際に、このようなフォトニック結晶を、半導体の基材に設けた円孔に液晶を充填することによって形成することができる。なお、隣接する円孔間の距離ピッチａ及び円孔の半径ｒは、ｒ＝０．９０ａの関係を有する。また、線欠陥導波路の部分は、省略した。シミュレーションは、フォトニック結晶の二次元解析として行われ、基材の面内に電界が存在する電気的横波（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ）（ＴＥ）モードの光に関するフォトニックバンドを計算した。シミュレーションの結果を図４に示す。図４（ａ）は、円孔に屈折率１．４の媒質を埋め込んだフォトニック結晶のバンド図であり、図４（ｂ）は、円孔に屈折率１．６の媒質を埋め込んだフォトニック結晶のバンド図である。図４（ａ）及び図４（ｂ）において、横軸は、Γ−Ｘ−Ｊ−Γ方向における波数であり、縦軸は、光の規格化周波数である。   Here, the photonic crystal of the model of the light control element used in the simulation has a base material with a refractive index of 3.5 and circular holes arranged in a triangular lattice in the base material, and inside the circular holes. A medium having a refractive index of 1.4 or 1.6 is embedded. Actually, such a photonic crystal can be formed by filling a circular hole provided in a semiconductor substrate with liquid crystal. In addition, the distance pitch a between adjacent circular holes and the radius r of a circular hole have the relationship of r = 0.90a. Further, the line defect waveguide portion is omitted. The simulation was performed as a two-dimensional analysis of the photonic crystal, and a photonic band related to light in an electrical transverse wave (TE) mode in which an electric field exists in the plane of the substrate was calculated. The simulation results are shown in FIG. FIG. 4A is a band diagram of a photonic crystal in which a medium having a refractive index of 1.4 is embedded in a circular hole, and FIG. 4B is a photo in which a medium having a refractive index of 1.6 is embedded in the circular hole. It is a band figure of a nick crystal. 4A and 4B, the horizontal axis represents the wave number in the Γ-X-J-Γ direction, and the vertical axis represents the normalized frequency of light.

図４（ａ）及び図４（ｂ）におけるバンド図の斜線で表した部分が、フォトニックバンドギャップであり、二次元面内のあらゆる方向の波数に対して、光の伝播が禁止されている光の規格化周波数の領域である。図４（ｂ）に示す円孔に屈折率１．６の媒質を埋め込んだフォトニック結晶のフォトニックバンドギャップの規格化周波数は、図４（ａ）に示す円孔に屈折率１．４の媒質を埋め込んだフォトニック結晶のフォトニックバンドギャップの規格化周波数よりも低い周波数へシフトしている。図４（ａ）及び図４（ｂ）より、規格化周波数０．３５の光は、円孔に屈折率１．４の媒質を埋め込んだフォトニック結晶のフォトニックバンドギャップに含まれるため、フォトニック結晶（の線欠陥導波路以外の部分）を伝播しないが、円孔に屈折率１．６の媒質を埋め込んだフォトニック結晶のフォトニックバンドギャップには含まれないため、フォトニック結晶（の線欠陥導波路以外の部分）を伝播する。このように、フォトニック結晶に形成された周期構造の屈折率を変化させることによって、フォトニック結晶内の光の伝播を制御することができる。   The hatched portions of the band diagrams in FIGS. 4A and 4B are photonic band gaps, and light propagation is prohibited for wave numbers in all directions in the two-dimensional plane. This is the region of the normalized frequency of light. The normalized frequency of the photonic band gap of the photonic crystal in which a medium having a refractive index of 1.6 is embedded in the circular hole shown in FIG. 4B is the refractive index of 1.4 in the circular hole shown in FIG. The frequency shifts to a frequency lower than the normalized frequency of the photonic band gap of the photonic crystal in which the medium is embedded. 4 (a) and 4 (b), the light with a normalized frequency of 0.35 is included in the photonic band gap of a photonic crystal in which a medium having a refractive index of 1.4 is embedded in a circular hole. Although it does not propagate in the nick crystal (the part other than the line defect waveguide), it is not included in the photonic band gap of the photonic crystal in which the medium having the refractive index of 1.6 is embedded in the circular hole. Propagates other than the line defect waveguide). As described above, the propagation of light in the photonic crystal can be controlled by changing the refractive index of the periodic structure formed in the photonic crystal.

フォトニック結晶に形成された周期構造の屈折率が変化させることで、フォトニック結晶内の光の伝播、すなわち透過を制御することができることを、時間領域差分法（Ｆｉｎｉｔｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｍｅｔｈｏｄ）（ＦＤＴＤ） を用いたシミュレーションによって確認した。上述したフォトニック結晶のモデルにおいて、光の波長を１．３μｍ、円孔のピッチａを０．４４μｍ、円孔の半径ｒを０．１９８μｍ（２ｒ＝０．９ａ）に設定した。また、フォトニック結晶における周期構造を有する部分を１０層とし、このフォトニック結晶は、厚さ４μｍの極めて薄い層を有する。ここで、Γ−Ｘ方向に平面波の光を入射させた場合に、フォトニック結晶の入射側におけるパワーとフォトニック結晶の射出側における光のパワーとの比から算出した、フォトニック結晶に対する光の透過率を図５に示す。図５に示すように、波長１．３μｍの光を上述したフォトニック結晶に入射させた場合に、フォトニック結晶の周期構造の屈折率を変化させることによって、フォトニック結晶の透過率の変化は、３５ｄＢ以上になる。この結果は、フォトニック結晶に対する光の透過の制御に関して十分な消光比を与え、３０ｄＢ以上の消光比が、５０ｎｍの広い波長の範囲で得られる。十分な消光比が得られる波長の範囲が広いと、端面型半導体レーザ１０のような発光素子の発熱などに起因する発振波長の変動を高精度に制御する必要がないという利点がある。   By changing the refractive index of the periodic structure formed in the photonic crystal, it is possible to control the propagation, that is, the transmission of light in the photonic crystal, which is described in the time domain difference method (FDTD). ) Was confirmed by simulation. In the photonic crystal model described above, the wavelength of light was set to 1.3 μm, the pitch a of the circular holes was set to 0.44 μm, and the radius r of the circular holes was set to 0.198 μm (2r = 0.9a). Further, the portion having a periodic structure in the photonic crystal is composed of 10 layers, and this photonic crystal has a very thin layer having a thickness of 4 μm. Here, when plane wave light is incident in the Γ-X direction, the light of the photonic crystal calculated from the ratio between the power on the incident side of the photonic crystal and the light power on the exit side of the photonic crystal is calculated. The transmittance is shown in FIG. As shown in FIG. 5, when light having a wavelength of 1.3 μm is incident on the above-described photonic crystal, the transmittance of the photonic crystal is changed by changing the refractive index of the periodic structure of the photonic crystal. , 35 dB or more. This result gives a sufficient extinction ratio for controlling the transmission of light to the photonic crystal, and an extinction ratio of 30 dB or more is obtained in a wide wavelength range of 50 nm. If the range of wavelengths that can provide a sufficient extinction ratio is wide, there is an advantage that it is not necessary to control fluctuations in the oscillation wavelength due to heat generation of a light emitting element such as the end-face semiconductor laser 10 with high accuracy.

次に、本発明の第三の実施形態による光制御素子を図６と共に説明する。本発明の第三の実施形態による光制御素子は、線欠陥導波路を有するフォトニック結晶及び発光素子を備え、線欠陥導波路は、発光素子から発せられた光の波長を共振させ、フォトニック結晶の少なくとも一部が、発光素子から発せられた光の波長を変換する非線形光学効果を有する材料で形成された光制御素子である。図６は、本発明の第三の実施形態による光制御素子を示す。図６に示すように、発光素子としての端面型半導体レーザ１０及び基板２０に設けられたスラブ型のフォトニック結晶３０を有し、フォトニック結晶３０は、その内部に線欠陥導波路４０を有し、フォトニック結晶３０の少なくとも一部が、発光素子から発せられた光の波長を変換する非線形光学効果を有する材料で形成されている。   Next, a light control element according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The light control element according to the third embodiment of the present invention includes a photonic crystal having a line defect waveguide and a light emitting element, and the line defect waveguide resonates the wavelength of light emitted from the light emitting element, and photonics. At least a part of the crystal is a light control element formed of a material having a nonlinear optical effect that converts the wavelength of light emitted from the light emitting element. FIG. 6 shows a light control element according to a third embodiment of the present invention. As shown in FIG. 6, it has an end face type semiconductor laser 10 as a light emitting element and a slab type photonic crystal 30 provided on a substrate 20, and the photonic crystal 30 has a line defect waveguide 40 inside thereof. At least a part of the photonic crystal 30 is formed of a material having a nonlinear optical effect that converts the wavelength of light emitted from the light emitting element.

従来、非線形光学材料の非線形光学効果を効率良く利用するときには、非線形光学効果の波長依存性が高いため、非線形光学材料の温度を調節すると同時に非線形光学材料に入射する光の波長を制御すること、及びその入射角を厳密に調整することが必要であった。しかしながら、本発明の第三の実施形態による光制御素子においては、フォトニック結晶３０の少なくとも一部に非線形光学材料を用いている。フォトニック結晶３０の線欠陥導波路４０は、外部共振器として作用して、フォトニック結晶３０の線欠陥導波路４０で共振する光の波長を自己整合的に固定し、その波長の光が、フォトニック結晶３０の線欠陥導波路４０を伝播する。このため、フォトニック結晶３０の線欠陥導波路４０で共振する光の波長が、フォトニック結晶３０に含まれる非線形光学材料の非線形光学効果に最適な波長であるように、フォトニック結晶３０を設計すれば、光の波長を固定する特殊な制御なしに、発光素子から発せられた光の波長を、非線形光学効果に最適な波長に自己整合的に固定させることができる。従って、本発明の第三の実施形態による光制御素子においては、非線形光学材料の非線形光学効果を安定して効率良く利用できるようになる。   Conventionally, when the nonlinear optical effect of the nonlinear optical material is efficiently used, the wavelength dependence of the nonlinear optical material is high because the wavelength dependency of the nonlinear optical effect is high. It was necessary to strictly adjust the incident angle. However, in the light control element according to the third embodiment of the present invention, a nonlinear optical material is used for at least a part of the photonic crystal 30. The line defect waveguide 40 of the photonic crystal 30 acts as an external resonator to fix the wavelength of light resonating in the line defect waveguide 40 of the photonic crystal 30 in a self-aligned manner. It propagates through the line defect waveguide 40 of the photonic crystal 30. For this reason, the photonic crystal 30 is designed so that the wavelength of light resonating in the line defect waveguide 40 of the photonic crystal 30 is the optimum wavelength for the nonlinear optical effect of the nonlinear optical material included in the photonic crystal 30. In this case, the wavelength of light emitted from the light emitting element can be fixed in a self-aligned manner to the optimum wavelength for the nonlinear optical effect without special control for fixing the wavelength of light. Therefore, in the light control element according to the third embodiment of the present invention, the nonlinear optical effect of the nonlinear optical material can be stably and efficiently used.

また、本発明の第三の実施形態による光制御素子においては、フォトニック結晶３０の線欠陥導波路４０に入射する光を利用することにより、外部共振器としてのフォトニック結晶３０のＱ値を大きくすることができるので、高い効率及び低いしきい値でレーザ光を発振させ、高出力のレーザ光を得ることができ、非線形光学効果を高い効率で利用することができる。   Further, in the light control element according to the third embodiment of the present invention, the light incident on the line defect waveguide 40 of the photonic crystal 30 is used to obtain the Q value of the photonic crystal 30 as an external resonator. Since it can be increased, laser light can be oscillated with high efficiency and a low threshold to obtain high-power laser light, and the nonlinear optical effect can be used with high efficiency.

さらに、フォトニック結晶３０の線欠陥導波４０が非常に狭いので、フォトニック結晶３０の線欠陥導波４０を伝播する光を微小空間に閉じこめ、その光の電界密度を大きくすることができ、非線形光学効果を高めることができる。また、波長変換器を有する、より小型の光制御素子を提供することができる。   Furthermore, since the line defect waveguide 40 of the photonic crystal 30 is very narrow, the light propagating through the line defect waveguide 40 of the photonic crystal 30 can be confined in a minute space, and the electric field density of the light can be increased. The nonlinear optical effect can be enhanced. In addition, a more compact light control element having a wavelength converter can be provided.

加えて、線欠陥導波路４０は、線欠陥導波路４０を伝播する光の群速度を遅延させる（規格化周波数の変化が小さくする）ことができるので、実効的な非線形光学定数を大きくすることができ、非線形光学効果をさらに高い効率で利用することができる。   In addition, the line defect waveguide 40 can delay the group velocity of light propagating through the line defect waveguide 40 (decrease the change in the normalized frequency), and thus increase the effective nonlinear optical constant. And the non-linear optical effect can be utilized with higher efficiency.

このように、本発明の第三の実施形態による光制御素子においては、端面型半導体レーザ１０から発せられた光の波長を、非線形光学効果により変換し、非線形光学効果により変換された波長の光を、共振器としてのフォトニック結晶３０の線欠陥導波路４０に伝播させて、エネルギー密度の高い波長変換された光を得ることができる。   As described above, in the light control element according to the third embodiment of the present invention, the wavelength of light emitted from the end facet type semiconductor laser 10 is converted by the nonlinear optical effect, and the light having the wavelength converted by the nonlinear optical effect is converted. Can be propagated to the line defect waveguide 40 of the photonic crystal 30 as a resonator, and wavelength-converted light with high energy density can be obtained.

なお、非線形光学材料の非線形光学効果は、図６に示す第二高調波発生（ＳＨＧ）、第３高調波発生、第４高調波発生、及び４光波混合効果等を含む。よって、本発明の第三の実施形態による光制御素子を、上記の非線形光学効果を用いた、光強度変調器、光路変換器、及び光位相変調器として利用することができ、光スイッチのみならず、効率の高い小型のＤＵＭＵＸ及び光ルーティング素子を実現できる。   The nonlinear optical effect of the nonlinear optical material includes the second harmonic generation (SHG), the third harmonic generation, the fourth harmonic generation, and the four-wave mixing effect shown in FIG. Therefore, the light control element according to the third embodiment of the present invention can be used as a light intensity modulator, an optical path converter, and an optical phase modulator using the above-described nonlinear optical effect. Therefore, a highly efficient small DUMUX and optical routing element can be realized.

上述した第二の実施形態及び／又は第三の実施形態における光制御素子は、例えば半導体基板及び液晶を用いて製造することができる。すなわち、ＧａＡｓ又はＳｉ基板にフォトリソグラフィー及びエッチングによって１μｍ以下の微小円孔を製作し、製作された円孔部分に液晶を注入することで、フォトニック結晶を形成することができる。ここで、ネマチック液晶に代表される液晶の多くは、電界の印加によって変化する屈折率異方性を示し、その屈折率の変化は、０．２程度である。また、スラブ型フォトニック結晶においては、フォトニック結晶の線欠陥導波路を挟む方向に光を閉じ込めることができる。このような薄膜のスラブ型フォトニック結晶は、ＳＯＩ基板を用いて形成することができる。スラブ型フォトニック結晶の線欠陥導波路の厚さは、好ましくは、１μｍ以下であり、より好ましくは、線欠陥導波路を光が単一のモードで伝搬するような厚さである。このようにして、微小円孔内の屈折率を変化させることが可能なフォトニック結晶を形成することができる。   The light control element in the second embodiment and / or the third embodiment described above can be manufactured using, for example, a semiconductor substrate and a liquid crystal. In other words, a photonic crystal can be formed by manufacturing a minute hole of 1 μm or less on a GaAs or Si substrate by photolithography and etching and injecting liquid crystal into the manufactured hole. Here, many of liquid crystals typified by nematic liquid crystals exhibit refractive index anisotropy that changes when an electric field is applied, and the change in the refractive index is about 0.2. Further, in the slab type photonic crystal, light can be confined in the direction sandwiching the line defect waveguide of the photonic crystal. Such a thin slab photonic crystal can be formed using an SOI substrate. The thickness of the line defect waveguide of the slab type photonic crystal is preferably 1 μm or less, and more preferably such that light propagates through the line defect waveguide in a single mode. In this way, a photonic crystal capable of changing the refractive index in the minute hole can be formed.

一方、ＳＯＩ基板上にＳｉの円柱を形成して、Ｓｉの円柱の周囲を液晶で埋めて、光導波路を有機材料で形成してもよい。このとき、高誘電率材料であるＳｉの円柱が、低誘電率の液晶で囲まれるが、設計値を最適化することで、フォトニック結晶に電気光学効果及び非線形光学効果を与えることができる。このようにして、屈折率の低い光導波路を形成することができるため、フォトニック結晶の線欠陥導波路に光ファイバなどの光結合手段を比較的容易に結合させることができる。   On the other hand, an Si waveguide may be formed on the SOI substrate, the periphery of the Si cylinder may be filled with liquid crystal, and the optical waveguide may be formed of an organic material. At this time, a cylinder of Si, which is a high dielectric constant material, is surrounded by a liquid crystal having a low dielectric constant. By optimizing the design value, an electro-optic effect and a nonlinear optical effect can be given to the photonic crystal. In this way, since an optical waveguide having a low refractive index can be formed, an optical coupling means such as an optical fiber can be relatively easily coupled to a line defect waveguide of a photonic crystal.

また、上述した第二の実施形態及び／又は第三の実施形態における光制御素子は、以下のように製造することもできる。ニオブ酸リチウム（ＬＮ）のＺ軸カット結晶で形成された基板の表面を、メタルマスクを介してＣＦ系ガスでドライエッチングする。このドライエッチングにより、１μｍの深さの微細孔を表面に有する基板が得られる。次に、熱酸化シリコン膜付きシリコン基板と上述の表面に微細孔を有するＬＮ基板とを張り合わせて、両方の酸化物の膜を接合させる。次に、ＬＮ基板の裏面を、機械研磨、ＣＭＰ研磨、又はイオン研磨して、ＬＮ基板の厚さを１μｍまで減少させ、微細孔を貫通させる。なお、微細孔に予めシリコン酸化物、シリコン窒化膜、又は高分子膜を充填しておくことで、研磨による微細孔の破損を減少させることができる。次に、レジストマスクを用いてシリコン酸化膜及び微細孔の充填物質をウエットエッチングにより部分的に除去して、エアギャップ・スラブ型ＬＮフォトニック結晶を製造することができる。   The light control element in the second embodiment and / or the third embodiment described above can also be manufactured as follows. The surface of the substrate formed of a Z-axis cut crystal of lithium niobate (LN) is dry-etched with a CF-based gas through a metal mask. By this dry etching, a substrate having micropores with a depth of 1 μm on the surface can be obtained. Next, the silicon substrate with the thermally oxidized silicon film and the LN substrate having fine holes on the above surface are bonded together to bond both oxide films. Next, the back surface of the LN substrate is mechanically polished, CMP-polished, or ion-polished to reduce the thickness of the LN substrate to 1 μm and penetrate the fine holes. Note that, by filling the fine holes with silicon oxide, silicon nitride film, or polymer film in advance, breakage of the fine holes due to polishing can be reduced. Next, the air gap slab type LN photonic crystal can be manufactured by partially removing the silicon oxide film and the filling material of the fine holes by wet etching using a resist mask.

なお、ＬＮ基板の微細孔又は微細孔付近の上下部分に電極を予め設けておくと、微小空間に強電界を印加することができる。また、シリコン基板上に電気駆動素子を設けて、エレクトロフォレシスによりＬＮ基板上の電極とシリコン基板上の電気駆動素子とを電気的に接続し、複合基板による電気駆動素子一体型の光制御素子を製造することもできる。ニオブ酸リチウムの代わりに、ニオブ酸チタン、ＫＴＰ、ＳＢＮ（ＳｒＢａＮｂ複合酸化物）、及びチタン酸バリウム等の無機結晶、高い屈折率の有機材料、又はＰＺＴ、ＰＺＬＴ、及びチタン酸バリウムのような無機セラミックスの基板に、ドライエッチングによって、同様に微細孔を製造してもよい。また、シリコン基板の代わりに、ＬＮ基板、ＭｇＯドープＬＮ基板、ＧａＡｓ基板、又はその他の基板を用いてもよい。   If electrodes are provided in advance in the upper and lower portions of the LN substrate or in the vicinity of the minute holes, a strong electric field can be applied to the minute space. In addition, an electric drive element is provided on the silicon substrate, and the electrode on the LN substrate and the electric drive element on the silicon substrate are electrically connected by electrophoresis, and the light control element integrated with the electric drive element by the composite substrate is provided. It can also be manufactured. Instead of lithium niobate, inorganic crystals such as titanium niobate, KTP, SBN (SrBaNb composite oxide), and barium titanate, organic materials with high refractive index, or inorganic materials such as PZT, PZLT, and barium titanate Micropores may be similarly produced on a ceramic substrate by dry etching. Further, instead of the silicon substrate, an LN substrate, an MgO-doped LN substrate, a GaAs substrate, or another substrate may be used.

さらに、これらのＬＮ基板から製造したフォトニック結晶の一部に、プロトン拡散又はチタン拡散によって導波路を形成してもよく、ダイシング又はドライエッチングによるリッジ型又は埋め込み型の導波路を設けてもよい。さらに、複数のフォトニック結晶の層を積層させて、多層のスラブ型導波路又は三次元導波路を形成してもよい。   Further, a waveguide may be formed by proton diffusion or titanium diffusion in a part of the photonic crystal manufactured from these LN substrates, and a ridge type or buried type waveguide by dicing or dry etching may be provided. . Further, a plurality of photonic crystal layers may be stacked to form a multilayer slab waveguide or a three-dimensional waveguide.

なお、ＬＮ若しくはＰＺＴの薄膜、又はフォトニック結晶の薄膜の材料は、結晶に限定されず、ゾルゲル法を用いた前駆体及びその前駆体をドライエッチングして得られるものであってもよい。また、シリコン基板上にドライエッチングにより形成した微細孔に液晶を充填してもよい。フォトニック結晶は、液晶の配向を基板に対して垂直な方向とし、横方向の電界を印加するように製造した液晶フォトニック結晶であってもよい。さらに、ＬＮ基板のような電気光学効果を有する基板に液晶を部分的に充填して、非線形光学効果に加えて電気光学効果を有するフォトニック結晶を形成してもよい。   The material of the thin film of LN or PZT or the thin film of photonic crystal is not limited to a crystal, and may be obtained by dry etching a precursor using a sol-gel method and the precursor. In addition, liquid crystal may be filled in fine holes formed by dry etching on a silicon substrate. The photonic crystal may be a liquid crystal photonic crystal manufactured so that the orientation of the liquid crystal is perpendicular to the substrate and a horizontal electric field is applied. Further, a liquid crystal may be partially filled in a substrate having an electrooptic effect such as an LN substrate to form a photonic crystal having an electrooptic effect in addition to the nonlinear optical effect.

次に、本発明の第四の実施形態による光制御素子を図７と共に説明する。本発明の第四の実施形態による光制御素子は、線欠陥導波路を有するフォトニック結晶及び発光素子を備え、線欠陥導波路は、発光素子から発せられた光の波長を共振させ、フォトニック結晶３０の少なくとも一部が、発光素子から発せられた光の波長を変換する非線形光学効果を有する材料で形成されており、発光素子から発せられた光の波長及び非線型光学効果によって変換された光の波長は、フォトニック結晶のフォトニックバンドギャップに含まれる光制御素子である。図７は、本発明の第四の実施形態による光制御素子を示す。図７に示すように、発光素子としての端面型半導体レーザ１０及び基板２０に設けられたスラブ型のフォトニック結晶３０を有し、フォトニック結晶３０は、端面型半導体レーザ１０から射出された光の波長に対して最適化された非線形光学材料で形成されている。また、フォトニック結晶３０は、第一の周期構造（空孔又は柱）５１及び第二の周期構造（空孔又は柱）５２によって形成された線欠陥導波路４０を有する。   Next, a light control element according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The light control element according to the fourth embodiment of the present invention includes a photonic crystal having a line defect waveguide and a light emitting element, and the line defect waveguide resonates the wavelength of light emitted from the light emitting element, and photonic At least a part of the crystal 30 is formed of a material having a nonlinear optical effect that converts the wavelength of light emitted from the light emitting element, and is converted by the wavelength of the light emitted from the light emitting element and the nonlinear optical effect. The wavelength of light is a light control element included in the photonic band gap of the photonic crystal. FIG. 7 shows a light control element according to a fourth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 7, an end face semiconductor laser 10 as a light emitting element and a slab type photonic crystal 30 provided on a substrate 20 are included. The photonic crystal 30 is light emitted from the end face semiconductor laser 10. It is made of a non-linear optical material optimized for a certain wavelength. The photonic crystal 30 includes a line defect waveguide 40 formed by a first periodic structure (hole or column) 51 and a second periodic structure (hole or column) 52.

本発明の第四の実施形態による光制御素子におけるフォトニック結晶３０は、複数の高次の伝播モードを含むフォトニックバンドギャップを有する。その結果、フォトニック結晶３０の線欠陥導波路４０を伝播することができる光の波長帯域を拡大することができる。このため、フォトニック結晶３０の上部からシグナル光を線欠陥導波路４０に入射することにより、光波を混合して、線欠陥導波路４０を伝播する光の波長を、１０％以内で変換させることができるが、非線形光学効果によって波長変換される前の光と、非線形光学効果によって波長変換された光とが、フォトニック結晶３０のフォトニックバンドギャップ内の伝播モードに含まれるように、フォトニック結晶３０を構成することができる。すなわち、フォトニック結晶３０の第一の周期構造（空孔又は柱）５１によって、端面型半導体レーザ１０から発せられた非線形光学効果によって波長変換される前の光を閉じ込め、フォトニック結晶３０の第二の周期構造（空孔又は柱）５２によって、非線形光学効果によって波長変換された光を閉じ込めることができる。このようにして、非線形光学効果によって波長変換された光もまた非常に高密度に得ることができる。なお、シグナル光のフォトニック結晶への入射は、フォトニック結晶の上部からの入射に限定されない。フォトニック結晶３０に形成された周期構造は、上記の第一の周期構造５１と第二の周期構造５２との組み合わせに限定されず、単純な線欠陥導波路であってもよく、複数の径の異なる空孔又は柱又はその他の周期構造であってもよい。また、フォトニック結晶３０に第一の線欠陥導波路に交差した第二の線欠陥導波路を設けて、その第二の線欠陥導波路からシグナル光を入射させてもよく、第一の線欠陥導波路に近接配置した第二の線欠陥導波路を設けて、第一の線欠陥導波路を伝播する光と第二の線欠陥導波路を伝播する光を共振させてもよい。   The photonic crystal 30 in the light control element according to the fourth embodiment of the present invention has a photonic band gap including a plurality of higher-order propagation modes. As a result, the wavelength band of light that can propagate through the line defect waveguide 40 of the photonic crystal 30 can be expanded. For this reason, signal light is incident on the line defect waveguide 40 from above the photonic crystal 30 to mix the light waves and convert the wavelength of light propagating through the line defect waveguide 40 within 10%. However, the photonic wave so that the light before being wavelength-converted by the nonlinear optical effect and the light wavelength-converted by the nonlinear optical effect are included in the propagation mode within the photonic band gap of the photonic crystal 30. Crystal 30 can be constructed. That is, the first periodic structure (hole or column) 51 of the photonic crystal 30 confines the light before being wavelength-converted by the nonlinear optical effect emitted from the end-face semiconductor laser 10, The two periodic structures (holes or pillars) 52 can confine light whose wavelength has been converted by the nonlinear optical effect. In this way, the light whose wavelength has been converted by the nonlinear optical effect can also be obtained at a very high density. The incidence of the signal light on the photonic crystal is not limited to the incidence from the top of the photonic crystal. The periodic structure formed in the photonic crystal 30 is not limited to the combination of the first periodic structure 51 and the second periodic structure 52 described above, and may be a simple line defect waveguide having a plurality of diameters. May be different holes or pillars or other periodic structures. In addition, a second line defect waveguide intersecting the first line defect waveguide may be provided in the photonic crystal 30, and signal light may be incident from the second line defect waveguide. A second line defect waveguide disposed close to the defect waveguide may be provided to resonate light propagating through the first line defect waveguide and light propagating through the second line defect waveguide.

このように、本発明の第四の実施形態による光制御素子によれば、非線型光学効果によって波長変換される前の光の波長及び非線型光学効果によって波長変換された後の光の波長を含む、異なる複数の波長の伝播モードが、フォトニック結晶３０のフォトニックバンドギャップに含まれるので、非線型光学効果によって波長変換された光を、線欠陥導波路に沿って効率良く伝播させることができる。すなわち、発光素子から発せられた光の波長を効率良く変換することができると同時に、波長変換された光の進行方向を線欠陥導波路に沿った方向に制御することができる。   As described above, according to the light control element of the fourth embodiment of the present invention, the wavelength of the light before wavelength conversion by the nonlinear optical effect and the wavelength of the light after wavelength conversion by the nonlinear optical effect are set. Including the propagation modes of a plurality of different wavelengths included in the photonic band gap of the photonic crystal 30, the light wavelength-converted by the nonlinear optical effect can be efficiently propagated along the line defect waveguide. it can. That is, the wavelength of light emitted from the light emitting element can be efficiently converted, and at the same time, the traveling direction of the wavelength-converted light can be controlled in the direction along the line defect waveguide.

次に、本発明の第五の実施形態による光制御素子を説明する。本発明の第五の実施形態による光制御素子は、線欠陥導波路を有するフォトニック結晶及び発光素子を備え、線欠陥導波路は、発光素子から発せられた光の波長を共振させ、フォトニック結晶の少なくとも一部が、発光素子から発せられた光の波長を変換する非線形光学効果を有する材料で形成されており、フォトニックバンドギャップは、複数のフォトニックバンドギャップを有し、非線形光学効果によって変換された後の光の波長が含まれるフォトニックバンドギャップと非線形光学効果によって変換される前の光の波長が含まれるフォトニックバンドギャップとは異なる、光制御素子である。   Next, a light control element according to a fifth embodiment of the present invention will be described. The light control element according to the fifth embodiment of the present invention includes a photonic crystal having a line defect waveguide and a light emitting element, and the line defect waveguide resonates the wavelength of light emitted from the light emitting element, and photonic At least a part of the crystal is formed of a material having a nonlinear optical effect that converts the wavelength of light emitted from the light emitting element, and the photonic band gap has a plurality of photonic band gaps, and the nonlinear optical effect The light control element is different from the photonic band gap including the wavelength of the light after being converted by the non-linear optical effect and the photonic band gap including the wavelength of the light before being converted by the nonlinear optical effect.

具体的には、発光素子としての端面型半導体レーザ及び基板に設けられたスラブ型のフォトニック結晶を有し、フォトニック結晶は、端面型半導体レーザから射出された光の波長に対して最適化された非線形光学材料で形成されている。また、フォトニック結晶は、第一の周期構造（空孔又は柱）及び第二の周期構造（空孔又は柱）によって形成された線欠陥導波路を有する。これにより、フォトニック結晶は、複数のフォトニックバンドギャップを有し、非線形光学効果によって変換された後の光の波長が含まれるフォトニックバンドギャップと非線形光学効果によって変換される前の光の波長が含まれるフォトニックバンドギャップとは異なっている。すなわち、非線形光学効果によって変換された後の光の波長が含まれるフォトニックバンドギャップと非線形光学効果によって変換される前の光の波長を含む、複数の異なる波長の伝播モードが、それぞれ、異なるフォトニックバンドギャップに属すると共に、同一の線欠陥導波路を形成する。これらのフォトニックバンドギャップが、それぞれ、少なくとも一つの伝播モードを含むように、フォトニック結晶を構成し、これらの複数の伝播モードを用いて、複数の波長の光を、同一の線欠陥導波路を介して伝播させることができる。   Specifically, it has an end face type semiconductor laser as a light emitting element and a slab type photonic crystal provided on the substrate, and the photonic crystal is optimized for the wavelength of light emitted from the end face type semiconductor laser. Formed of a nonlinear optical material. The photonic crystal has a line defect waveguide formed by a first periodic structure (hole or column) and a second periodic structure (hole or column). As a result, the photonic crystal has a plurality of photonic band gaps, and includes the photonic band gap including the wavelength of light after being converted by the nonlinear optical effect and the wavelength of light before being converted by the nonlinear optical effect. It is different from the photonic band gap that contains. That is, the propagation modes of a plurality of different wavelengths including the photonic band gap including the wavelength of the light after being converted by the nonlinear optical effect and the wavelength of the light before being converted by the nonlinear optical effect are different from each other. It belongs to the nick band gap and forms the same line defect waveguide. The photonic crystal is configured so that each of these photonic band gaps includes at least one propagation mode, and using these plurality of propagation modes, light of a plurality of wavelengths is transmitted to the same line defect waveguide. Can be propagated through.

例えば、発光素子から発せられた光の波長を、ＳＨＧにより二分の一の波長に変換した場合には、元の波長、及び二分の一の波長を両方とも同一のフォトニックバンドギャップ内に包含する、広いフォトニックバンドギャップを得るように、フォトニック結晶を構成することは、非常に困難である。しかしながら、本発明の第五の実施形態による光制御素子においては、非常に異なる二つの波長の光を、同一の線欠陥導波路構造に同時に伝播することができる。このように、発明の第五の実施形態による光制御素子によれば、発光素子から発せられた光の波長と非線型光学効果によって波長変換された光の波長とが大きく異なる場合でも、非線型光学効果によって波長変換された光を、線欠陥導波路に沿った方向に効率良く伝播させることが可能な光制御素子を低コストで簡単に提供することができる。   For example, when the wavelength of light emitted from a light emitting element is converted to a half wavelength by SHG, both the original wavelength and the half wavelength are included in the same photonic band gap. It is very difficult to construct a photonic crystal so as to obtain a wide photonic band gap. However, in the light control element according to the fifth embodiment of the present invention, light of two very different wavelengths can be simultaneously propagated to the same line defect waveguide structure. Thus, according to the light control element according to the fifth embodiment of the present invention, even when the wavelength of light emitted from the light emitting element and the wavelength of light wavelength-converted by the nonlinear optical effect are greatly different, It is possible to easily provide a light control element capable of efficiently propagating light converted in wavelength by the optical effect in a direction along the line defect waveguide at low cost.

次に、本発明の第六の実施形態による光制御素子を説明する。本発明の第六の実施形態による光制御素子は、線欠陥導波路を有するフォトニック結晶及び発光素子を備え、線欠陥導波路は、発光素子から発せられた光の波長を共振させ、フォトニック結晶の少なくとも一部が、発光素子から発せられた光の波長を変換する非線形光学効果を有する材料で形成されており、非線型光学効果によって変換された光は、線欠陥導波路の方向と異なる方向へ射出される光制御素子である。   Next, a light control element according to a sixth embodiment of the present invention will be described. A light control element according to a sixth embodiment of the present invention includes a photonic crystal having a line defect waveguide and a light emitting element, and the line defect waveguide resonates the wavelength of light emitted from the light emitting element, and At least a part of the crystal is formed of a material having a nonlinear optical effect that converts the wavelength of light emitted from the light emitting element, and the light converted by the nonlinear optical effect is different from the direction of the line defect waveguide. The light control element is emitted in the direction.

図８は、本発明の第六の実施形態による光制御素子を示す。図８に示すように、本発明の第六の実施形態による光制御素子は、発光素子としての端面型半導体レーザ１０及び基板２０に設けられたスラブ型のフォトニック結晶３０を有し、フォトニック結晶３０は、その内部に線欠陥導波路４０を有し、端面型半導体レーザ１０から射出された光の波長に対して最適化された非線形光学材料で形成され、非線型光学効果によって変換された光が、線欠陥導波路４０の方向と異なる方向へ射出されるように形成されている。   FIG. 8 shows a light control element according to a sixth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 8, the light control element according to the sixth embodiment of the present invention has an end face type semiconductor laser 10 as a light emitting element and a slab type photonic crystal 30 provided on a substrate 20. The crystal 30 has a line defect waveguide 40 inside thereof, is formed of a nonlinear optical material optimized for the wavelength of light emitted from the end facet type semiconductor laser 10, and is converted by a nonlinear optical effect. Light is emitted so as to be emitted in a direction different from the direction of the line defect waveguide 40.

図８に示す光制御装置においては、端面型半導体レーザ１０から射出された光は、フォトニック結晶３０の線欠陥導波路４０に閉じ込められるが、高調波発生のような非線型光学効果によって波長変換された光は、フォトニック結晶３０の線欠陥導波路４０に閉じ込められない。この波長変換された光は、指向性を有し、フォトニック結晶３０の線欠陥導波路４０以外の部分を伝播する。このように、波長変換された光の透過率は、フォトニック結晶３０の特定方向で高くなっている。つまり、フォトニック結晶３０は、波長変換された光の光軸が特定方向に方向付けられるように、最適化されている。   In the light control device shown in FIG. 8, the light emitted from the end facet type semiconductor laser 10 is confined in the line defect waveguide 40 of the photonic crystal 30, but wavelength conversion is performed by a nonlinear optical effect such as harmonic generation. The emitted light is not confined in the line defect waveguide 40 of the photonic crystal 30. This wavelength-converted light has directivity and propagates through the portion other than the line defect waveguide 40 of the photonic crystal 30. As described above, the transmittance of the wavelength-converted light is high in the specific direction of the photonic crystal 30. That is, the photonic crystal 30 is optimized so that the optical axis of the wavelength-converted light is directed in a specific direction.

よって、本発明による第六の実施形態の光制御素子によれば、非線型光学効果によって波長変換された光を、線欠陥導波路の方向と異なる方向に効率良く伝播させることができる。また、本発明による第六の実施形態の光制御素子においては、波長変換した光の進行方向を効率良く制御することができ、光制御素子の製造方法をより簡単にして、製造コストを下げることができる。   Therefore, according to the light control element of the sixth embodiment of the present invention, the light whose wavelength is converted by the nonlinear optical effect can be efficiently propagated in a direction different from the direction of the line defect waveguide. Further, in the light control element of the sixth embodiment according to the present invention, the traveling direction of the wavelength-converted light can be controlled efficiently, the manufacturing method of the light control element is simplified, and the manufacturing cost is reduced. Can do.

次に、本発明の第七の実施形態による光制御素子を説明する。本発明の第七の実施形態による光制御素子は、線欠陥導波路を有するフォトニック結晶及び発光素子を備え、線欠陥導波路は、発光素子から発せられた光の波長を共振させ、フォトニック結晶は、線欠陥導波路と異なる線欠陥導波路をさらに有し、フォトニック結晶の少なくとも一部は、発光素子から発せられた光の波長を変換する非線形光学効果を有する材料で形成され、線欠陥導波路と異なる線欠陥導波路は、非線型光学効果によって変換された光の波長を共振させる光制御素子である。図９は、本発明による光制御素子の第七の実施形態を示す。   Next, a light control element according to a seventh embodiment of the present invention will be described. A light control element according to a seventh embodiment of the present invention includes a photonic crystal having a line defect waveguide and a light emitting element. The line defect waveguide resonates the wavelength of light emitted from the light emitting element, and The crystal further includes a line defect waveguide different from the line defect waveguide, and at least a part of the photonic crystal is formed of a material having a nonlinear optical effect that converts a wavelength of light emitted from the light emitting element, A line defect waveguide different from the defect waveguide is a light control element that resonates the wavelength of light converted by the nonlinear optical effect. FIG. 9 shows a seventh embodiment of the light control element according to the invention.

図９に示すように、発光素子としての端面型半導体レーザ１０及び基板２０に設けられたスラブ型のフォトニック結晶３０を有し、フォトニック結晶３０は、端面型半導体レーザ１０から射出された光の波長に対して最適化された非線形光学材料で形成され、その基材に第一の周期構造５１及び第二の周期構造５２を有し、第一の線欠陥導波路４１及び第二の線欠陥導波路４２を有している。このようなフォトニック結晶３０においては、第一の線欠陥導波路４１は、端面型半導体レーザ１０から射出された光を伝播させ、第二の線欠陥導波路４２は、非線形光学材料の非線形光学効果によって変換された光を伝播させる。これにより、端面型半導体レーザ１０から射出された光と、非線形光学材料の非線形光学効果によって変換された光とを、それぞれ、第一の線欠陥導波路４１及び第二の線欠陥導波路４２に高密度に閉じ込めて、高い効率でそれらの光を結合させるか、又は分離することができる。好ましくは、フォトニック結晶３０が、二つの線欠陥導波路４１、４２を有する場合には、これら二つの線欠陥導波路４１、４２は、平行である。さらに、フォトニック結晶３０に一つ以上の線欠陥導波路及び／又は点欠陥導波路を追加して、線欠陥導波路４１、４２と共振させることによって、平行シフト位置を変動させてもよい。なお、第二の線欠陥導波路４２の代わりに、点欠陥導波路を設けて、非線形光学効果によって変換された光を、点欠陥導波路へ強制的に共振させて、この点欠陥導波路から波長変換された光を取り出すこともできる。   As shown in FIG. 9, an end face type semiconductor laser 10 as a light emitting element and a slab type photonic crystal 30 provided on the substrate 20 are included. The photonic crystal 30 is light emitted from the end face type semiconductor laser 10. The first periodic structure 51 and the second periodic structure 52 are formed on the base material, and the first line defect waveguide 41 and the second line are formed on the base material. A defect waveguide 42 is provided. In such a photonic crystal 30, the first line defect waveguide 41 propagates light emitted from the end-face type semiconductor laser 10, and the second line defect waveguide 42 is a nonlinear optical material of a nonlinear optical material. The light converted by the effect is propagated. Thereby, the light emitted from the end face type semiconductor laser 10 and the light converted by the nonlinear optical effect of the nonlinear optical material are respectively transmitted to the first line defect waveguide 41 and the second line defect waveguide 42. They can be confined in high density to combine or separate their light with high efficiency. Preferably, when the photonic crystal 30 has two line defect waveguides 41 and 42, the two line defect waveguides 41 and 42 are parallel to each other. Furthermore, the parallel shift position may be changed by adding one or more line defect waveguides and / or point defect waveguides to the photonic crystal 30 to resonate with the line defect waveguides 41 and 42. In addition, instead of the second line defect waveguide 42, a point defect waveguide is provided, and the light converted by the nonlinear optical effect is forcibly resonated into the point defect waveguide. The wavelength-converted light can also be extracted.

このような光制御素子は、異なる複数の線欠陥導波路を伝播する光の複数の伝播モードを用いているので、発光素子から発せられた光及び非線形光学効果によって波長変換された光を効率良く制御することができ、発光素子から発せられた光の波長と非線型光学効果によって波長変換された光の波長のクロストークを低減させることができ、光制御素子を低コストで簡単に製造することができる。   Since such a light control element uses a plurality of propagation modes of light propagating through a plurality of different line defect waveguides, the light emitted from the light emitting element and the light whose wavelength is converted by the nonlinear optical effect can be efficiently used. The crosstalk between the wavelength of the light emitted from the light emitting element and the wavelength of the light converted by the nonlinear optical effect can be reduced, and the light control element can be easily manufactured at low cost. Can do.

次に、本発明の第八の実施形態による光制御素子を説明する。本発明の第八の実施形態による光制御素子は、線欠陥導波路を有するフォトニック結晶及び発光素子を備え、線欠陥導波路は、発光素子から発せられた光の波長を共振させ、フォトニック結晶は、線欠陥導波路と異なる線欠陥導波路をさらに有し、フォトニック結晶の少なくとも一部は、発光素子から発せられた光の波長を変換する非線形光学効果を有する材料で形成され、フォトニック結晶は、発光素子から発せられた光の位相と非線型光学効果によって変換された光の位相とを整合させる擬似位相整合構造を有する光制御素子である。   Next, a light control element according to an eighth embodiment of the present invention will be described. The light control element according to the eighth embodiment of the present invention includes a photonic crystal having a line defect waveguide and a light emitting element, and the line defect waveguide resonates the wavelength of light emitted from the light emitting element, and photonic The crystal further includes a line defect waveguide different from the line defect waveguide, and at least a part of the photonic crystal is formed of a material having a nonlinear optical effect that converts a wavelength of light emitted from the light emitting element, A nick crystal is a light control element having a pseudo phase matching structure that matches the phase of light emitted from a light emitting element with the phase of light converted by a nonlinear optical effect.

図１０（ａ）は、本発明による光制御素子の第八の実施形態を示す。図１０（ａ）に示すように、発光素子としての端面型半導体レーザ１０及び基板２０に設けられたスラブ型のフォトニック結晶３０を有し、フォトニック結晶３０は、端面型半導体レーザ１０から射出された光の波長に対して最適化された非線形光学材料で形成され、フォトニック結晶３０は、発光素子としての端面型半導体レーザ１０から発せられた光の位相と非線型光学効果によって変換された光の位相とを整合させる擬似位相整合構造６０を有する。この擬似位相整合構造６０は、図１０（ｂ）に示すように強電解のパルス印加によって微細な結晶軸の分極反転処理を施す（矢印は、擬似位相整合構造６０を構成する結晶軸の分極を表す。）ことによって得られた導波路であり、フォトニック結晶３０の線欠陥導波路４０又はそれに隣接する部分に設けられている。擬似位相整合構造６０によれば、発光素子としての端面型半導体レーザ１０から発せられた光の波長と非線形光学効果により変換された光の波長との位相屈折率分散による光の位相の不整合を解消することがきる。よって、非線形光学効果による光の波長を、より高い効率で、短い距離で変換することができる。このような擬似位相整合構造６０としては、分極反転構造であってもよく、分極構造が周期的に存在しない擬似分極反転構造であってもよい。また、線欠陥導波路４０を伝播する光の波長以下の長さに対応する周期の反結合分極反転構造であっても同様に非線形効果を高めることができる。より具体的には、ＬＮ基板、ＬＴ基板、又はＫＴＰ基板に対して分極反転処理を施して得られた擬似位相整合構造６０を設けて、この擬似位相整合構造６０と、屈折率変調部分及び／又は非線形光学効果と組み合わせることもできる。また、線欠陥導波路４０により、光の群速度を低下させて、実効的な非線形光学定数を大きくすることができる。   FIG. 10A shows an eighth embodiment of the light control element according to the present invention. As shown in FIG. 10A, an end face type semiconductor laser 10 as a light emitting element and a slab type photonic crystal 30 provided on the substrate 20 are included. The photonic crystal 30 is emitted from the end face type semiconductor laser 10. The photonic crystal 30 is formed of a nonlinear optical material optimized for the wavelength of the emitted light, and is converted by the phase of the light emitted from the end-face type semiconductor laser 10 as the light emitting element and the nonlinear optical effect. A quasi-phase matching structure 60 that matches the phase of light is provided. As shown in FIG. 10B, the quasi-phase matching structure 60 is subjected to a polarization reversal process of fine crystal axes by applying a strong electrolysis pulse (the arrow indicates the polarization of the crystal axes constituting the quasi-phase matching structure 60). And is provided in the line defect waveguide 40 of the photonic crystal 30 or a portion adjacent thereto. According to the quasi phase matching structure 60, the phase mismatch of the light due to the phase refractive index dispersion between the wavelength of the light emitted from the end face type semiconductor laser 10 as the light emitting element and the wavelength of the light converted by the nonlinear optical effect is achieved. It can be solved. Therefore, the wavelength of light due to the nonlinear optical effect can be converted with higher efficiency at a short distance. Such a quasi-phase matching structure 60 may be a domain-inverted structure or a quasi-domain-inverted structure in which no polarization structure periodically exists. Further, even in the case of an anti-coupling polarization inversion structure having a period corresponding to a length equal to or shorter than the wavelength of light propagating through the line defect waveguide 40, the nonlinear effect can be similarly enhanced. More specifically, a quasi-phase matching structure 60 obtained by subjecting an LN substrate, an LT substrate, or a KTP substrate to polarization inversion processing is provided, and this quasi-phase matching structure 60 is combined with a refractive index modulation portion and / or Alternatively, it can be combined with a nonlinear optical effect. In addition, the line defect waveguide 40 can reduce the group velocity of light and increase the effective nonlinear optical constant.

擬似位相整合構造６０によれば、非線形光学効果による特定のＳＨＧ光、４光波混合光、又は元の入力光のみを、微小領域において選択的に反射又は透過させ、光の経路を変更することができる。擬似位相整合構造６０は、反結合擬似位相整合を利用するものであってもよい。また、フォトニック結晶３０の構造を調整して非線形励起構造にすることによって、擬似位相整合構造６０を必要とせず、端面型半導体レーザ１０から発せられた光の位相速度と非線形光学効果により変換された光の位相速度を一致又は変化させてもよい。また、フォトニック結晶３０の構造は、線欠陥導波路４０を伝播する光に位相速度の変化を与える擬似位相整合構造にしてもよい。   According to the quasi phase matching structure 60, it is possible to selectively reflect or transmit only specific SHG light, four-wave mixed light, or original input light by a nonlinear optical effect in a minute region, and change the light path. it can. The quasi phase matching structure 60 may use anti-coupling quasi phase matching. Further, by adjusting the structure of the photonic crystal 30 to obtain a nonlinear excitation structure, the quasi phase matching structure 60 is not required, and the light is emitted from the edge-type semiconductor laser 10 and converted by the nonlinear optical effect. The phase velocities of the reflected light may be matched or changed. The structure of the photonic crystal 30 may be a quasi-phase matching structure that changes the phase velocity of light propagating through the line defect waveguide 40.

また、上述したように、フォトニック結晶３０の空孔若しくは柱構造又は基板に垂直に形成された構造によって提供される空隙を有する構造によって、電極間の電圧印加部分又はイオン拡散による分極反転処理部分が分離されるので、微細なピッチの擬似位相整合構造６０を設けることができる。さらに、フォトニック結晶３０の空孔若しくは柱構造又は基板に垂直に形成された構造に溝を設け、空孔及び柱などの構造に設けた電極に電圧を印加することで、互いに分離されたこれらの構造を得ることもできる。   Further, as described above, a voltage application portion between electrodes or a polarization inversion processing portion by ion diffusion is provided by a structure provided with a void or a column structure of the photonic crystal 30 or a structure formed perpendicular to the substrate. Therefore, the quasi phase matching structure 60 with a fine pitch can be provided. Further, these are separated from each other by providing a groove in a hole or column structure of the photonic crystal 30 or a structure formed perpendicular to the substrate and applying a voltage to electrodes provided in the structure such as the hole and column. The structure of can also be obtained.

このように、本発明の第八の実施形態による光制御素子は、発光素子から発せられた光の波長を、非線型光学効果によって、線欠陥導波路におけるより短い間隔で効率良く変換することが可能な光制御素子を提供することができる。また、フォトニック結晶の線欠陥導波路に擬似位相整合構造を設けているので、線欠陥導波路を伝播する光の位相整合が可能となり、利用波長制限を広げることができる。   As described above, the light control element according to the eighth embodiment of the present invention can efficiently convert the wavelength of the light emitted from the light emitting element at a shorter interval in the line defect waveguide by the nonlinear optical effect. Possible light control elements can be provided. In addition, since the quasi phase matching structure is provided in the line defect waveguide of the photonic crystal, phase matching of light propagating through the line defect waveguide becomes possible, and the use wavelength limitation can be widened.

次に、本発明の第九の実施形態による光制御素子を説明する。本発明の第九の実施形態による光制御素子は、線欠陥導波路を有するフォトニック結晶及び発光素子を備え、線欠陥導波路は、発光素子から発せられた光の波長を共振させ、フォトニック結晶は、線欠陥導波路と異なる線欠陥導波路をさらに有し、フォトニック結晶の少なくとも一部は、発光素子から発せられた光の波長を変換する非線形光学効果を有する材料で形成され、発光素子から発せられた光の位相速度は、非線型光学効果によって変換された光の位相速度と一致する光制御素子である。   Next, a light control element according to a ninth embodiment of the present invention will be described. The light control element according to the ninth embodiment of the present invention includes a photonic crystal having a line defect waveguide and a light emitting element, and the line defect waveguide resonates a wavelength of light emitted from the light emitting element, and The crystal further has a line defect waveguide different from the line defect waveguide, and at least a part of the photonic crystal is formed of a material having a nonlinear optical effect that converts a wavelength of light emitted from the light emitting element, and emits light. The phase velocity of the light emitted from the element is a light control element that matches the phase velocity of the light converted by the nonlinear optical effect.

図１１（ａ）は、本発明の第九の実施形態による光制御素子を示す。図１１（ａ）に示すように、発光素子としての端面型半導体レーザ１０及び基板２０に設けられたスラブ型のフォトニック結晶３０を有し、フォトニック結晶３０は、端面型半導体レーザ１０から射出された光の波長に対して最適化された非線形光学材料で形成され、フォトニック結晶３０は、発光素子としての端面型半導体レーザ１０から発せられた光の位相速度と、非線型光学効果によって変換された光の位相速度とが一致するように構成されている。このため、光制御素子は、フォトニック結晶３０の線欠陥導波路４０に擬似位相整合構造６０を用いないで、非常に高い効率で非線形効果を生じさせることができる。例えば、図１１（ｂ）に示すように、発光素子としての端面型半導体レーザ１０から発せられた光の位相速度と、第二高調波発生による光の位相速度との一致を示し、発光素子からの光の波の節と第二高調波の節との一致を示す。なお、フォトニック結晶３０の微細構造を調整することにより、フォトニック結晶３０の線欠陥導波路４０を伝播する光を制御することが可能である。すなわち、フォトニック結晶３０の微細構造を有する材料の波長に対する分散を選択することによって、又は、異なる分散を有する複数の材料を組み合わせることによって、その特定の波長に対して色消処理をして、光の位相速度を一致させることができる。   FIG. 11A shows a light control element according to the ninth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 11A, an end face semiconductor laser 10 as a light emitting element and a slab type photonic crystal 30 provided on a substrate 20 are included. The photonic crystal 30 is emitted from the end face semiconductor laser 10. The photonic crystal 30 is formed of a nonlinear optical material optimized for the wavelength of the emitted light. The photonic crystal 30 is converted by the phase velocity of the light emitted from the end-face type semiconductor laser 10 as a light emitting element and the nonlinear optical effect. The phase velocity of the emitted light is configured to match. Therefore, the light control element can generate a nonlinear effect with very high efficiency without using the quasi phase matching structure 60 in the line defect waveguide 40 of the photonic crystal 30. For example, as shown in FIG. 11 (b), the coincidence between the phase velocity of the light emitted from the end face type semiconductor laser 10 as the light emitting device and the phase velocity of the light by the second harmonic generation is shown. The coincidence between the light wave section and the second harmonic section is shown. It is possible to control the light propagating through the line defect waveguide 40 of the photonic crystal 30 by adjusting the fine structure of the photonic crystal 30. That is, by selecting the dispersion with respect to the wavelength of the material having the fine structure of the photonic crystal 30, or by combining a plurality of materials having different dispersions, the achromatic treatment is performed on the specific wavelength, The phase velocity of light can be matched.

このように、本発明の第九の実施形態による光制御素子は、フォトニック結晶の構成及び材料を調整することによって、二つ以上の異なる波長の光の位相速度を一致させることができるので、発光素子から発せられた光の波長を、非線型光学効果によって、線欠陥導波路におけるより短い間隔で効率良く変換することが可能である。また、フォトニック結晶に分極周期構造を形成する工程が不要であるので、より小型で、より低コストな光制御素子を容易に製造することができる。   Thus, the light control element according to the ninth embodiment of the present invention can match the phase velocities of two or more different wavelengths of light by adjusting the configuration and material of the photonic crystal, The wavelength of the light emitted from the light emitting element can be efficiently converted at a shorter interval in the line defect waveguide by the nonlinear optical effect. Further, since the step of forming the polarization periodic structure in the photonic crystal is not required, a light control element that is smaller in size and lower in cost can be easily manufactured.

次に、本発明の第十の実施形態による光制御素子を説明する。本発明の第十の実施形態による光制御素子は、上記第一の実施形態から上記第九の実施形態までの光制御素子であり、ただし、上記発光素子は、複数の発光素子であり、上記線欠陥導波路は、これら複数の発光素子に対応して設けられた複数の線欠陥導波路である。   Next explained is a light control element according to the tenth embodiment of the invention. The light control element according to the tenth embodiment of the present invention is the light control element from the first embodiment to the ninth embodiment, provided that the light emitting element is a plurality of light emitting elements, The line defect waveguide is a plurality of line defect waveguides provided corresponding to the plurality of light emitting elements.

図１２（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第十の実施形態による光制御素子を示す。図１２（ａ）に示す光制御素子は、図６に示した光制御素子に、複数の発光素子としての端面型半導体レーザ１０を設け、それぞれの端面型半導体レーザ１０に対応した線欠陥導波路４０が、フォトニック結晶３０にアレイ状に配列された光制御素子である。また、図１２（ｂ）に示す光制御素子は、図８に示した光制御素子に、複数の発光素子としての端面型半導体レーザ１０を設け、それぞれの端面型半導体レーザ１０に対応した線欠陥導波路４０がフォトニック結晶３０にアレイ状に配列された光制御素子である。なお、図１２（ｂ）に示す光制御素子においては、端面型半導体レーザ１０から発せられた光を集光レンズ１５によって対応する線欠陥導波路４０に入射させる。すなわち、図１２（ａ）及び（ｂ）に示す光制御素子において、発光素子としての端面型半導体レーザ１０から発する光が、フォトニック結晶３０に設けられたそれぞれの線欠陥導波路４０に光結合される。また、複数の発光素子の少なくとも一つが、他の発光素子と異なる波長の光を射出してもよい。この場合には、他の光の波長と異なる波長の光が入射する線欠陥導波路４０が、その異なる波長の光（又は非線型光学効果によって変換された光）を伝播するように、フォトニック結晶３０の周期構造が形成される。   FIGS. 12A and 12B show a light control element according to the tenth embodiment of the present invention. The light control element shown in FIG. 12A is provided with an end face type semiconductor laser 10 as a plurality of light emitting elements in the light control element shown in FIG. 6, and a line defect waveguide corresponding to each end face type semiconductor laser 10. Reference numeral 40 denotes light control elements arranged in an array on the photonic crystal 30. Further, the light control element shown in FIG. 12B is provided with end facet semiconductor lasers 10 as a plurality of light emitting elements in the light control element shown in FIG. 8, and line defects corresponding to the end facet semiconductor lasers 10 are provided. A waveguide 40 is a light control element arranged in an array on the photonic crystal 30. In the light control element shown in FIG. 12B, the light emitted from the end face type semiconductor laser 10 is made incident on the corresponding line defect waveguide 40 by the condenser lens 15. That is, in the light control element shown in FIGS. 12A and 12B, the light emitted from the end face type semiconductor laser 10 as the light emitting element is optically coupled to each line defect waveguide 40 provided in the photonic crystal 30. Is done. Further, at least one of the plurality of light emitting elements may emit light having a wavelength different from that of the other light emitting elements. In this case, the photonic so that the line defect waveguide 40 into which light having a wavelength different from the wavelength of the other light is incident propagates light having the different wavelength (or light converted by the nonlinear optical effect). A periodic structure of the crystal 30 is formed.

ここで、複数の発光素子３０は、互いに隣接して配置され、複数の線欠陥導波路４０もまた互いに隣接して配置される。また、フォトニック結晶３０の個々の線欠陥導波路４０は、光を閉じ込めることができるため、線欠陥導波路４０の間のピッチを、従来の導波路よりも小さくすることができる。よって、図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に示す光制御素子においてフォトニック結晶の材料の一部が非線型光学効果を有する材料である場合に、非線型光学効果によって変換された光を、空間的に非常に小さい断面積から高い出力で射出させることができる。逆に、高出力の非線型光学効果によって変換された光を得ることができるので、個々の線欠陥導波路４０から出力される光を低減できる。その結果、フォトニック結晶３０の光学損傷を低下させ、光制御素子の信頼性を向上させることもできる。また、これら複数の線欠陥導波路４０を互いに共振させて、シングルモードの光が伝播する一つの幅広い線欠陥導波路として、幅広いビーム光を射出することもできる。   Here, the plurality of light emitting elements 30 are disposed adjacent to each other, and the plurality of line defect waveguides 40 are also disposed adjacent to each other. Moreover, since the individual line defect waveguides 40 of the photonic crystal 30 can confine light, the pitch between the line defect waveguides 40 can be made smaller than that of the conventional waveguide. Therefore, in the light control element shown in FIGS. 12A and 12B, when a part of the material of the photonic crystal is a material having a nonlinear optical effect, the light converted by the nonlinear optical effect is converted. It is possible to inject with high output from a spatially very small cross-sectional area. Conversely, since light converted by the high-power nonlinear optical effect can be obtained, the light output from the individual line defect waveguides 40 can be reduced. As a result, optical damage of the photonic crystal 30 can be reduced, and the reliability of the light control element can be improved. Further, a wide range of beam light can be emitted as one wide line defect waveguide through which a plurality of line defect waveguides 40 resonate with each other and single mode light propagates.

このように、本発明の第十の実施形態による光制御素子によれば、光を空間的により小さい面積から効率良く射出し、複数の線欠陥導波路の光学損傷を低下させて、光制御素子の信頼性を向上させることができる。   As described above, according to the light control element according to the tenth embodiment of the present invention, light is efficiently emitted from a spatially smaller area, optical damage of the plurality of line defect waveguides is reduced, and the light control element Reliability can be improved.

以上、本発明の実施の形態（例）を具体的に説明してきたが、本発明は、これらの実施の形態（例）に限定されるものではなく、これら本発明の実施の形態（例）を、本発明の主旨及び範囲を逸脱することなく、変更又は変形することができる。
例えば、図２乃至図１３に示す光制御素子は、それぞれのフォトニック結晶が発光素子の外部共振器として使用される場合に限定されず、内部共振器又は外部共振器を有する発光素子からの発せられる光を、電気光学効果を有する材料又は非線形光学効果を有する材料を含むフォトニック結晶に入射させる場合にも用いることができる。 Although the embodiments (examples) of the present invention have been specifically described above, the present invention is not limited to these embodiments (examples), and these embodiments (examples) of the present invention. Can be changed or modified without departing from the spirit and scope of the present invention.
For example, the light control elements shown in FIG. 2 to FIG. 13 are not limited to the case where each photonic crystal is used as an external resonator of a light emitting element, and emit light from a light emitting element having an internal resonator or an external resonator. It can also be used when incident light is incident on a photonic crystal containing a material having an electro-optic effect or a material having a nonlinear optical effect.

［付記］
付記（１）：線欠陥導波路を有するフォトニック結晶及び発光素子を備えた光制御素子において、前記線欠陥導波路は、前記発光素子から発せられた光の波長を共振させることを特徴とする光制御素子。
付記（２）：前記フォトニック結晶の少なくとも一部は、電気光学効果を有する材料で形成されることを特徴とする付記（１）に記載の光制御素子。
付記（３）：前記フォトニック結晶の少なくとも一部は、前記光の波長を変換する非線形光学効果を有する材料で形成されることを特徴とする付記（１）又は（２）に記載の光制御素子。
付記（４）：前記光の波長及び前記非線型光学効果によって変換された光の波長は、前記フォトニック結晶のフォトニックバンドギャップに含まれ、前記非線型光学効果によって変換された光は、前記線欠陥導波路を伝播することを特徴とする付記（３）に記載の光制御素子。
付記（５）：前記フォトニックバンドギャップは、複数のフォトニックバンドギャップを有し、前記変換された光の波長が含まれるフォトニックバンドギャップと前記光の波長が含まれるフォトニックバンドギャップとは、異なることを特徴とする付記（４）に記載の光制御素子。
付記（６）：前記非線型光学効果によって変換された光は、前記線欠陥導波路の方向と異なる方向へ射出されることを特徴とする付記（３）乃至（５）のいずれか一つに記載の光制御素子。
付記（７）：前記フォトニック結晶は、前記線欠陥導波路と異なる線欠陥導波路をさらに有し、前記線欠陥導波路と異なる線欠陥導波路は、前記非線型光学効果によって変換された光の波長を共振させることを特徴とする付記（３）又は（６）に記載の光制御素子。
付記（８）：前記フォトニック結晶は、前記光の位相と前記非線型光学効果によって変換された光の位相とを整合させる擬似位相整合構造を有することを特徴とする付記（３）乃至（７）のいずれか一つに記載の光制御素子。
付記（９）：前記光の位相速度は、前記非線型光学効果によって変換された光の位相速度と一致することを特徴とする付記（３）乃至（７）のいずれか一つに記載の光制御素子。
付記（１０）：前記発光素子は、複数の発光素子であり、前記線欠陥導波路は、前記複数の発光素子に対応して設けられた複数の線欠陥導波路であることを特徴とする付記（１）乃至（９）のいずれか一つに記載の光制御素子。
本発明の実施形態の少なくとも一つは、線欠陥導波路を有するフォトニック結晶及び発光素子を備えた光制御素子に関する。
本発明の実施形態の少なくとも一つは、フォトニック結晶の線欠陥導波路を伝播する光の波長を安定化させると共にフォトニック結晶の線欠陥導波路を伝播する光の透過率を向上させる光制御素子を提供することを目的とする。
付記（１）に記載の発明は、線欠陥導波路を有するフォトニック結晶及び発光素子を備えた光制御素子において、前記線欠陥導波路は、前記発光素子から発せられた光の波長を共振させることを特徴とする。
付記（１）に記載の発明によれば、前記線欠陥導波路は、前記発光素子から発せられた光の波長を共振させるので、フォトニック結晶の線欠陥導波路を伝播する光の波長を安定化させると共にフォトニック結晶の線欠陥導波路を伝播する光の透過率を向上させる光制御素子を提供することができる。
付記（２）に記載の発明は、付記（１）に記載の光制御素子において、前記フォトニック結晶の少なくとも一部は、電気光学効果を有する材料で形成されることを特徴とする。
付記（２）に記載の発明によれば、前記フォトニック結晶の少なくとも一部は、電気光学効果を有する材料で形成されるので、屈折率変調器を有する、より小型の光制御素子を提供することができる。
付記（３）に記載の発明は、付記（１）又は（２）に記載の光制御素子において、前記フォトニック結晶の少なくとも一部は、前記光の波長を変換する非線形光学効果を有する材料で形成されることを特徴とする。
付記（３）に記載の発明によれば、前記フォトニック結晶の少なくとも一部は、前記光の波長を変換する非線形光学効果を有する材料で形成されるので、波長変換器を有する、より小型の光制御素子を提供することができる。
付記（４）に記載の発明は、付記（３）に記載の光制御素子において、前記光の波長及び前記非線型光学効果によって変換された光の波長は、前記フォトニック結晶のフォトニックバンドギャップに含まれることを特徴とする。
付記（４）に記載の発明によれば、前記光の波長及び前記非線型光学効果によって変換された光の波長は、前記フォトニック結晶のフォトニックバンドギャップに含まれるので、非線型光学効果によって波長変換された光を、線欠陥導波路に沿って効率良く伝播させることが可能な光制御素子を提供することができる。
付記（５）に記載の発明は、付記（４）に記載の光制御素子において、前記フォトニックバンドギャップは、複数のフォトニックバンドギャップを有し、前記変換された光の波長が含まれるフォトニックバンドギャップと前記光の波長が含まれるフォトニックバンドギャップとは、異なることを特徴とする。
付記（５）に記載の発明によれば、前記フォトニックバンドギャップは、複数のフォトニックバンドギャップを有し、前記変換された光の波長が含まれるフォトニックバンドギャップと前記光の波長が含まれるフォトニックバンドギャップとは、異なるので、発光素子から発せられた光の波長と非線型光学効果によって波長変換された光の波長とが大きく異なる場合でも、非線型光学効果によって波長変換された光を、線欠陥導波路に沿って効率良く伝播させることが可能な光制御素子を低コストで簡単に提供することができる。
付記（６）に記載の発明は、付記（３）乃至（５）のいずれか一つに記載の光制御素子において、前記非線型光学効果によって変換された光は、前記線欠陥導波路の方向と異なる方向へ射出されることを特徴とする。
付記（６）に記載の発明によれば、前記非線型光学効果によって変換された光は、前記線欠陥導波路の方向と異なる方向へ射出されるので、非線型光学効果によって波長変換された光を、線欠陥導波路の方向と異なる方向に効率良く伝播させることが可能な光制御素子を提供することができる。
付記（７）に記載の発明は、付記（３）又は（６）に記載の光制御素子において、前記フォトニック結晶は、前記線欠陥導波路と異なる線欠陥導波路をさらに有し、前記線欠陥導波路と異なる線欠陥導波路は、前記非線型光学効果によって変換された光の波長を共振させることを特徴とする。
付記（７）に記載の発明によれば、前記フォトニック結晶は、前記線欠陥導波路と異なる線欠陥導波路をさらに有し、前記線欠陥導波路と異なる線欠陥導波路は、前記非線型光学効果によって変換された光の波長を共振させるので、発光素子から発せられた光の波長と非線型光学効果によって波長変換された光の波長のクロストークを低減させることが可能な光制御素子を低コストで簡単に提供することができる。
付記（８）に記載の発明は、付記（３）乃至（７）のいずれか一つに記載の光制御素子において、前記フォトニック結晶は、前記光の位相と前記非線型光学効果によって変換された光の位相とを整合させる擬似位相整合構造を有することを特徴とする。
付記（８）に記載の発明によれば、前記フォトニック結晶は、前記光の位相と前記非線型光学効果によって変換された光の位相とを整合させる擬似位相整合構造を有するので、発光素子から発せられた光の波長を、非線型光学効果によって、線欠陥導波路におけるより短い間隔で効率良く変換することが可能な光制御素子を提供することができる。
付記（９）に記載の発明は、付記（３）乃至（７）のいずれか一つに記載の光制御素子において、前記光の位相速度は、前記非線型光学効果によって変換された光の位相速度と一致することを特徴とする。
付記（９）に記載の発明によれば、前記光の位相速度は、前記非線型光学効果によって変換された光の位相速度と一致するので、発光素子から発せられた光の波長を、非線型光学効果によって、線欠陥導波路におけるより短い間隔で効率良く変換することが可能であり、より小型で、より低コストな光制御素子を提供することができる。
付記（１０）に記載の発明は、付記（１）乃至（９）のいずれか一つに記載の光制御素子において、前記発光素子は、複数の発光素子であり、前記線欠陥導波路は、前記複数の発光素子に対応して設けられた複数の線欠陥導波路であることを特徴とする。
付記（１０）に記載の発明によれば、前記発光素子は、複数の発光素子であり、前記線欠陥導波路は、前記複数の発光素子に対応して設けられた複数の線欠陥導波路であるので、空間的により小さい面積で光を効率良く射出し、複数の線欠陥導波路の光学損傷を低下させて、光制御素子の信頼性を向上させることができる。
本発明の実施形態の少なくとも一つによれば、フォトニック結晶の線欠陥導波路を伝播する光の波長を安定化させると共にフォトニック結晶の線欠陥導波路を伝播する光の透過率を向上させる光制御素子を提供することができる。
本発明の実施形態の少なくとも一つは、フォトニック結晶の線欠陥導波路を伝播する光の波長を安定化させると共にフォトニック結晶の線欠陥導波路を伝播する光の透過率を向上させる光制御素子に適用することができる。 [Appendix]
Supplementary Note (1): In a light control element including a photonic crystal having a line defect waveguide and a light emitting element, the line defect waveguide resonates a wavelength of light emitted from the light emitting element. Light control element.
Appendix (2): The light control element according to Appendix (1), wherein at least a part of the photonic crystal is formed of a material having an electro-optic effect.
Additional remark (3): The light control according to additional remark (1) or (2), wherein at least a part of the photonic crystal is formed of a material having a nonlinear optical effect for converting the wavelength of the light. element.
Appendix (4): The wavelength of the light and the wavelength of the light converted by the nonlinear optical effect are included in the photonic band gap of the photonic crystal, and the light converted by the nonlinear optical effect is The light control element according to appendix (3), which propagates through a line defect waveguide.
Appendix (5): The photonic band gap has a plurality of photonic band gaps, and a photonic band gap including the wavelength of the converted light and a photonic band gap including the wavelength of the light The light control element according to appendix (4), which is different.
Supplementary Note (6): In any one of Supplementary Notes (3) to (5), the light converted by the nonlinear optical effect is emitted in a direction different from the direction of the line defect waveguide. The light control element as described.
Appendix (7): The photonic crystal further includes a line defect waveguide different from the line defect waveguide, and the line defect waveguide different from the line defect waveguide is light converted by the nonlinear optical effect. The light control element according to appendix (3) or (6), wherein the wavelength of the light control element is made to resonate.
Appendix (8): The photonic crystal has a quasi phase matching structure that matches the phase of the light and the phase of the light converted by the nonlinear optical effect. The light control element according to any one of the above.
Additional remark (9): The light according to any one of additional remarks (3) to (7), wherein a phase velocity of the light coincides with a phase velocity of the light converted by the nonlinear optical effect. Control element.
Appendix (10): The light emitting element is a plurality of light emitting elements, and the line defect waveguide is a plurality of line defect waveguides provided corresponding to the plurality of light emitting elements. The light control element according to any one of (1) to (9).
At least one of the embodiments of the present invention relates to a light control element including a photonic crystal having a line defect waveguide and a light emitting element.
At least one of the embodiments of the present invention is an optical control that stabilizes the wavelength of light propagating through a line defect waveguide of a photonic crystal and improves the transmittance of light propagating through the line defect waveguide of a photonic crystal An object is to provide an element.
The invention according to appendix (1) is a light control element including a photonic crystal having a line defect waveguide and a light emitting element, wherein the line defect waveguide resonates a wavelength of light emitted from the light emitting element. It is characterized by that.
According to the invention of appendix (1), since the line defect waveguide resonates the wavelength of light emitted from the light emitting element, the wavelength of light propagating through the line defect waveguide of the photonic crystal is stabilized. It is possible to provide a light control element that improves the transmittance of light propagating through a line defect waveguide of a photonic crystal.
The invention according to appendix (2) is characterized in that, in the light control element according to appendix (1), at least a part of the photonic crystal is formed of a material having an electro-optic effect.
According to the invention of appendix (2), since at least a part of the photonic crystal is formed of a material having an electro-optic effect, a smaller light control element having a refractive index modulator is provided. be able to.
The invention according to appendix (3) is the light control element according to appendix (1) or (2), wherein at least a part of the photonic crystal is made of a material having a nonlinear optical effect for converting the wavelength of the light. It is formed.
According to the invention described in appendix (3), at least a part of the photonic crystal is formed of a material having a nonlinear optical effect that converts the wavelength of the light. A light control element can be provided.
The invention described in appendix (4) is the light control element according to appendix (3), wherein the wavelength of the light and the wavelength of the light converted by the nonlinear optical effect are the photonic band gap of the photonic crystal. It is contained in.
According to the invention of appendix (4), the wavelength of the light and the wavelength of the light converted by the nonlinear optical effect are included in the photonic band gap of the photonic crystal. A light control element capable of efficiently propagating wavelength-converted light along a line defect waveguide can be provided.
The invention according to appendix (5) is the light control element according to appendix (4), wherein the photonic band gap has a plurality of photonic band gaps and includes a wavelength of the converted light. The nick band gap is different from the photonic band gap including the wavelength of the light.
According to the invention of appendix (5), the photonic band gap includes a plurality of photonic band gaps, and includes the photonic band gap including the wavelength of the converted light and the wavelength of the light. Therefore, even if the wavelength of the light emitted from the light emitting element and the wavelength of the wavelength converted by the nonlinear optical effect are greatly different, the wavelength converted light by the nonlinear optical effect is different. Can be easily provided at a low cost, capable of efficiently propagating light along the line defect waveguide.
The invention according to appendix (6) is the light control element according to any one of appendices (3) to (5), wherein the light converted by the nonlinear optical effect is in the direction of the line defect waveguide. It is characterized by being injected in a different direction.
According to the invention of appendix (6), the light converted by the non-linear optical effect is emitted in a direction different from the direction of the linear defect waveguide, so that the light subjected to wavelength conversion by the non-linear optical effect Can be efficiently propagated in a direction different from the direction of the line defect waveguide.
The invention according to appendix (7) is the light control element according to appendix (3) or (6), wherein the photonic crystal further includes a line defect waveguide different from the line defect waveguide, The line defect waveguide different from the defect waveguide resonates the wavelength of the light converted by the nonlinear optical effect.
According to the invention of appendix (7), the photonic crystal further includes a line defect waveguide different from the line defect waveguide, and the line defect waveguide different from the line defect waveguide is the non-linear type. Since the wavelength of the light converted by the optical effect is resonated, a light control element capable of reducing the crosstalk between the wavelength of the light emitted from the light emitting element and the wavelength of the light converted by the nonlinear optical effect is provided. It can be easily provided at low cost.
The invention according to appendix (8) is the light control element according to any one of appendices (3) to (7), wherein the photonic crystal is converted by the phase of the light and the nonlinear optical effect. It has a quasi phase matching structure that matches the phase of the light.
According to the invention of appendix (8), the photonic crystal has a quasi-phase matching structure that matches the phase of the light and the phase of the light converted by the nonlinear optical effect. It is possible to provide a light control element capable of efficiently converting the wavelength of emitted light by a nonlinear optical effect at a shorter interval in a line defect waveguide.
The invention according to appendix (9) is the light control element according to any one of appendices (3) to (7), wherein the phase velocity of the light is the phase of the light converted by the nonlinear optical effect. It matches the speed.
According to the invention described in appendix (9), since the phase velocity of the light matches the phase velocity of the light converted by the nonlinear optical effect, the wavelength of the light emitted from the light emitting element is determined to be nonlinear. By the optical effect, it is possible to efficiently convert at a shorter interval in the line defect waveguide, and it is possible to provide a light control element that is smaller in size and lower in cost.
The invention according to appendix (10) is the light control element according to any one of appendices (1) to (9), wherein the light emitting element is a plurality of light emitting elements, and the line defect waveguide is: A plurality of line defect waveguides provided corresponding to the plurality of light emitting elements.
According to the invention of appendix (10), the light emitting element is a plurality of light emitting elements, and the line defect waveguide is a plurality of line defect waveguides provided corresponding to the plurality of light emitting elements. Therefore, light can be efficiently emitted in a spatially smaller area, optical damage of a plurality of line defect waveguides can be reduced, and the reliability of the light control element can be improved.
According to at least one embodiment of the present invention, the wavelength of light propagating through a photonic crystal line defect waveguide is stabilized and the transmittance of light propagating through the photonic crystal line defect waveguide is improved. A light control element can be provided.
At least one of the embodiments of the present invention is an optical control that stabilizes the wavelength of light propagating through a line defect waveguide of a photonic crystal and improves the transmittance of light propagating through the line defect waveguide of a photonic crystal It can be applied to an element.

本発明を光制御素子に利用することができる可能性がある。There is a possibility that the present invention can be used for a light control element.

図１は、従来のフォトニック結晶のスーパプリズム効果を利用した光スイッチを示す図である。 FIG. 1 is a diagram illustrating an optical switch using a super prism effect of a conventional photonic crystal. 図２は、本発明の第一の実施形態による光制御素子を説明する図である。 FIG. 2 is a diagram for explaining the light control element according to the first embodiment of the present invention. 図３は、本発明の光制御素子に使用される様々なフォトニック結晶を示す図であり、図３（ａ）は、空孔又は柱の間に一列の欠陥を有するフォトニック結晶を示し、図３（ｂ）は、空孔又は柱の間に設けられた一列の欠陥の幅を変化させたフォトニック結晶を示し、図３（ｃ）は、第一の周期構造と第二の周期構造を設けたフォトニック結晶を示す。 FIG. 3 is a diagram showing various photonic crystals used in the light control element of the present invention, and FIG. 3 (a) shows a photonic crystal having a row of defects between vacancies or columns, FIG. 3B shows a photonic crystal in which the width of a row of defects provided between holes or pillars is changed, and FIG. 3C shows a first periodic structure and a second periodic structure. A photonic crystal provided with is shown. 図４は、フォトニック結晶の材料の屈折率に応じたフォトニックバンドギャップの変化を説明する図であり、図４（ａ）は、基材に屈折率１．４の円形媒質が設けられたフォトニック結晶のバンド図であり、図４（ｂ）は、基材に屈折率１．６の円形媒質が設けられたフォトニック結晶のバンド図である。 Figure 4 is a diagram illustrating a change in photonic band gap corresponding to the refractive index of the material of the photonic crystal, Fig. 4 (a), a circular medium having a refractive index of 1.4 is provided on a substrate FIG. 4B is a band diagram of a photonic crystal in which a circular medium having a refractive index of 1.6 is provided on a base material. 図５は、フォトニック結晶の材料の屈折率に応じたフォトニック結晶に対する光の透過率の変化を説明する図である。 FIG. 5 is a diagram for explaining a change in light transmittance with respect to the photonic crystal according to the refractive index of the material of the photonic crystal. 図６は、本発明の第三の実施形態による光制御素子を説明する図である。 FIG. 6 is a diagram illustrating a light control element according to the third embodiment of the present invention. 図７は、本発明の第四の実施形態による光制御素子を説明する図である。 FIG. 7 is a diagram illustrating a light control element according to the fourth embodiment of the present invention. 図８は、本発明の第六の実施形態による光制御素子を説明する図である。 FIG. 8 is a diagram for explaining a light control element according to the sixth embodiment of the present invention. 図９は、本発明の第七の実施形態による光制御素子を説明する図である。 FIG. 9 is a diagram illustrating a light control element according to the seventh embodiment of the present invention. 図１０は、本発明の第八の実施形態による光制御素子を説明する図であり、図１０（ａ）は、光制御素子の概略の構造を説明する図であり、図１０（ｂ）は、光制御素子に使用される擬似位相整合構造を示す図である。 FIG. 10 is a diagram illustrating a light control element according to an eighth embodiment of the present invention. FIG. 10A is a diagram illustrating a schematic structure of the light control element, and FIG. It is a figure which shows the quasi phase matching structure used for a light control element. 図１１は、本発明の第九の実施形態による光制御素子を説明する図であり、図１１（ａ）は、光制御素子の概略の構造を説明する図であり、図１１（ｂ）は、非線型光学効果による波長変換前後における光の位相速度の一致を説明する図である。 Figure 11 is a diagram for explaining a ninth optical control device according to the embodiment of the present invention, FIG. 11 (a) is a diagram illustrating a schematic structure of the light control element, FIG. 11 (b) It is a figure explaining the coincidence of the phase velocity of the light before and after wavelength conversion by a nonlinear optical effect. 図１２は、本発明の第十の実施形態による光制御素子を説明する図であり、図１２（ａ）は、図６に示す光制御素子の変形例であり、図１２（ｂ）は、図８に示す光制御素子の変形例である。 FIG. 12 is a diagram for explaining a light control element according to the tenth embodiment of the present invention . FIG. 12 (a) is a modification of the light control element shown in FIG. 6, and FIG. It is a modification of the light control element shown in FIG.

１０ 端面型半導体レーザ
１５ 集光レンズ
２０ 基板
３０ スラブ型フォトニック結晶
４０、４１、４２ 線欠陥導波路
５０、５１、５２ 空孔又は柱
６０ 擬似位相整合構造 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 End face type semiconductor laser 15 Condensing lens 20 Substrate 30 Slab type photonic crystal 40, 41, 42 Line defect waveguide 50, 51, 52 Hole or column 60 Quasi phase matching structure

Claims (5)

線欠陥導波路を有するフォトニック結晶及び発光素子を備えた光制御素子において、
前記フォトニック結晶の少なくとも一部は、前記発光素子から発せられた光の波長を変換する非線形光学効果を有する材料で形成されると共に、
前記発光素子から発せられた光の波長及び前記非線型光学効果によって変換された光の波長は、前記フォトニック結晶のフォトニックバンドギャップに含まれる前記線欠陥導波路の伝播モードの波長であると共に、
前記線欠陥導波路は、前記発光素子から発せられた光の波長を共振させると共に、
前記非線型光学効果によって変換された光は、前記線欠陥導波路を伝播することを特徴とする光制御素子。 In a light control element comprising a photonic crystal having a line defect waveguide and a light emitting element,
At least a part of the photonic crystal is formed of a material having a nonlinear optical effect that converts the wavelength of light emitted from the light emitting element , and
The wavelength of the light emitted from the light emitting element and the wavelength of the light converted by the nonlinear optical effect are the wavelengths of the propagation modes of the line defect waveguide included in the photonic band gap of the photonic crystal. ,
The line defect waveguide resonates the wavelength of light emitted from the light emitting element,
The light control element, wherein the light converted by the non-linear optical effect propagates through the line defect waveguide. 前記フォトニックバンドギャップは、複数のフォトニックバンドギャップを有し、
前記非線型光学効果によって変換された光の波長が含まれるフォトニックバンドギャップと前記発光素子から発せられた光の波長が含まれるフォトニックバンドギャップとは、異なることを特徴とする請求項１に記載の光制御素子。 The photonic band gap has a plurality of photonic band gaps,
The photonic band gap including the wavelength of the light converted by the nonlinear optical effect is different from the photonic band gap including the wavelength of the light emitted from the light emitting element. The light control element as described. 線欠陥導波路を有するフォトニック結晶及び発光素子を備えた光制御素子において、
前記フォトニック結晶の少なくとも一部は、前記発光素子から発せられた光の波長を変換する非線形光学効果を有する材料で形成されると共に、
前記発光素子から発せられた光の波長は、前記フォトニック結晶のフォトニックバンドギャップに含まれる前記線欠陥導波路の伝播モードの波長であると共に、
前記線欠陥導波路は、前記発光素子から発せられた光の波長を共振させると共に、
前記非線型光学効果によって変換された光の波長は、前記フォトニック結晶のフォトニックバンドギャップに含まれる前記線欠陥導波路の伝播モードの波長に含まれない波長であると共に、
前記非線型光学効果によって変換された光は、前記線欠陥導波路の方向と異なる方向へ射出されることを特徴とする光制御素子。 In a light control element comprising a photonic crystal having a line defect waveguide and a light emitting element,
At least a part of the photonic crystal is formed of a material having a nonlinear optical effect that converts the wavelength of light emitted from the light emitting element , and
The wavelength of the light emitted from the light emitting element is the wavelength of the propagation mode of the line defect waveguide included in the photonic band gap of the photonic crystal, and
The line defect waveguide resonates the wavelength of light emitted from the light emitting element,
The wavelength of the light converted by the nonlinear optical effect is a wavelength not included in the propagation mode wavelength of the line defect waveguide included in the photonic band gap of the photonic crystal, and
The light control element, wherein the light converted by the non-linear optical effect is emitted in a direction different from the direction of the line defect waveguide. 線欠陥導波路を有するフォトニック結晶及び発光素子を備えた光制御素子において、
前記フォトニック結晶の少なくとも一部は、前記発光素子から発せられた光の波長を変換する非線形光学効果を有する材料で形成されると共に、
前記発光素子から発せられた光の波長は、前記フォトニック結晶のフォトニックバンドギャップに含まれる前記線欠陥導波路の伝播モードの波長であると共に、
前記線欠陥導波路は、前記発光素子から発せられた光の波長を共振させると共に、
前記フォトニック結晶は、前記線欠陥導波路と異なる線欠陥導波路をさらに有し、
前記非線型光学効果によって変換された光の波長は、前記フォトニック結晶のフォトニックバンドギャップに含まれる前記線欠陥導波路と異なる線欠陥導波路の伝播モードの波長であると共に、
前記線欠陥導波路と異なる線欠陥導波路は、前記非線型光学効果によって変換された光の波長を共振させることを特徴とする光制御素子。 In a light control element comprising a photonic crystal having a line defect waveguide and a light emitting element,
At least a part of the photonic crystal is formed of a material having a nonlinear optical effect that converts the wavelength of light emitted from the light emitting element , and
The wavelength of the light emitted from the light emitting element is the wavelength of the propagation mode of the line defect waveguide included in the photonic band gap of the photonic crystal, and
The line defect waveguide resonates the wavelength of light emitted from the light emitting element,
The photonic crystal further has a line defect waveguide different from the line defect waveguide,
The wavelength of the light converted by the nonlinear optical effect is a wavelength of a propagation mode of a line defect waveguide different from the line defect waveguide included in the photonic band gap of the photonic crystal, and
The light control element, wherein the line defect waveguide different from the line defect waveguide resonates the wavelength of the light converted by the nonlinear optical effect. 前記発光素子は、複数の発光素子であり、
前記線欠陥導波路は、前記複数の発光素子に対応して設けられた複数の線欠陥導波路であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光制御素子。 The light emitting element is a plurality of light emitting elements,
5. The light control element according to claim 1, wherein the line defect waveguide is a plurality of line defect waveguides provided corresponding to the plurality of light emitting elements. 6.
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7570849B2 (en) * 2005-06-21 2009-08-04 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Integrated circuit device having optically coupled layers
JP2007101842A (en) * 2005-10-04 2007-04-19 Fujitsu Ltd Optical element having photonic crystal structure
WO2007097228A1 (en) * 2006-02-23 2007-08-30 Nippon Sheet Glass Company, Limited Waveguide optical element
JP4785194B2 (en) 2006-08-25 2011-10-05 日本碍子株式会社 Method for manufacturing slab type two-dimensional photonic crystal structure
US7373059B2 (en) * 2006-09-22 2008-05-13 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Compact, single chip-based, entangled polarization-state photon sources and methods for generating photons in entangled polarization states
JP4971045B2 (en) * 2007-06-15 2012-07-11 株式会社リコー Light control element
JPWO2009107427A1 (en) 2008-02-28 2011-06-30 日本電気株式会社 Optical waveguide
US11079541B2 (en) 2016-01-22 2021-08-03 National University Corporation Yokohama National University Optical deflection device and LIDAR apparatus
CN112099247A (en) * 2020-09-15 2020-12-18 浙江工贸职业技术学院 Light-operated dual-wavelength terahertz wave narrow-band filter based on azobenzene-doped liquid crystal material and filtering method thereof
WO2023157549A1 (en) * 2022-02-17 2023-08-24 日本碍子株式会社 Wavelength conversion element and wavelength conversion system
CN114879306B (en) * 2022-05-07 2023-03-24 上海交通大学 High-quality factor lithium niobate photonic crystal microcavity based on bicolor quasiperiodic potential field

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11330619A (en) * 1998-05-18 1999-11-30 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Optical device
JP2000250083A (en) * 1999-03-03 2000-09-14 Fuji Photo Film Co Ltd Light wavelength conversion module and image recording method
JP2001091912A (en) * 1999-09-24 2001-04-06 Toshiba Corp Optical element and demultiplexer
JP2001296442A (en) * 2000-04-11 2001-10-26 Canon Inc Method for manufacturing structure with refractive index period having photonic structure, and optical functional element using it
JP2003227953A (en) * 2002-02-06 2003-08-15 Matsushita Electric Ind Co Ltd Photonic crystal condensing element, photonic crystal condensing light source and optical disk unit
JP2004119671A (en) * 2002-09-26 2004-04-15 Mitsubishi Electric Corp Optical active device

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11330619A (en) * 1998-05-18 1999-11-30 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Optical device
JP2000250083A (en) * 1999-03-03 2000-09-14 Fuji Photo Film Co Ltd Light wavelength conversion module and image recording method
JP2001091912A (en) * 1999-09-24 2001-04-06 Toshiba Corp Optical element and demultiplexer
JP2001296442A (en) * 2000-04-11 2001-10-26 Canon Inc Method for manufacturing structure with refractive index period having photonic structure, and optical functional element using it
JP2003227953A (en) * 2002-02-06 2003-08-15 Matsushita Electric Ind Co Ltd Photonic crystal condensing element, photonic crystal condensing light source and optical disk unit
JP2004119671A (en) * 2002-09-26 2004-04-15 Mitsubishi Electric Corp Optical active device

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