JP6888231B2 - Optical control device and its manufacturing method, optical integrated circuit and electromagnetic wave detection device - Google Patents
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本発明は、光制御デバイス及びその製造方法、光集積回路並びに電磁波検出装置に関する。 The present invention relates to an optical control device, a method for manufacturing the same, an optical integrated circuit, and an electromagnetic wave detection device.
２次元フォトニック結晶スロット導波路内に電気光学ポリマー層を含む光制御デバイスが知られている（非特許文献１を参照）。電気光学ポリマー層を形成することは、スロット導波路内に電気光学ポリマー材料を充填することと、電気光学ポリマー材料にポーリング電界を印加することにより、電気光学ポリマー材料を配向させることを含む。 An optical control device including an electro-optical polymer layer in a two-dimensional photonic crystal slot waveguide is known (see Non-Patent Document 1). Forming the electro-optic polymer layer involves filling the slot waveguide with the electro-optic polymer material and orienting the electro-optic polymer material by applying a polling electric field to the electro-optic polymer material.
しかしながら、非特許文献１に開示された光制御デバイスのスロット導波路は、７５ｎｍのような狭いスロット幅を有する。スロット導波路は狭いスロット幅を有するため、電気光学ポリマー材料を配向させるために電気光学ポリマー材料にポーリング電界を印加すると、スロットの両側の側壁間でリーク電流が発生して、高いポーリング電界を電気光学ポリマー材料に印加することができない。そのため、電気光学ポリマー材料は十分に配向せず、電気光学ポリマー層の二次非線形感受率を大きくすることが困難である。
However, the slot waveguide of the optical control device disclosed in Non-Patent
また、スロット導波路は狭いスロット幅を有するため、スロット幅の揺らぎが少ないスロット導波路を作製することが困難である。そのため、スロット導波路は高い光損失を有する。さらに、スロット導波路では、スロット幅が狭くかつスロット幅の揺らぎも存在するため、電気光学ポリマー材料にポーリング電界を印加すると、スロット幅が局所的に狭くなっている部分において局所的にリーク電流が発生し易い。そのため、スロット内において電気光学ポリマー材料を均一に配向させることが困難である。非特許文献１に開示された光制御デバイスを、高い歩留りで製造することは困難である。
Further, since the slot waveguide has a narrow slot width, it is difficult to fabricate a slot waveguide having little fluctuation in the slot width. Therefore, the slot waveguide has a high optical loss. Further, in the slot waveguide, the slot width is narrow and the slot width fluctuates. Therefore, when a polling electric field is applied to the electro-optical polymer material, a leak current is locally generated in the portion where the slot width is locally narrowed. It is easy to occur. Therefore, it is difficult to uniformly orient the electro-optical polymer material in the slot. It is difficult to manufacture the optical control device disclosed in
本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、大きな二次非線形感受率を有する光学樹脂層を含み、かつ、低い光損失と高い歩留りとを有する光制御デバイス及びその製造方法を提供することである。本発明の別の目的は、以上の光制御デバイスを備える光集積回路及び電磁波検出装置を提供することである。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is an optical control device including an optical resin layer having a large second-order nonlinear sensitivity, and having a low light loss and a high yield, and an optical control device thereof. To provide a manufacturing method. Another object of the present invention is to provide an optical integrated circuit and an electromagnetic wave detection device including the above optical control device.
本発明の一態様の光制御デバイスは、主面を有する基板と、導波路と、光学樹脂層と、第１の電極と、第２の電極とを備える。導波路は、主面上に形成され、かつ、１次元フォトニック結晶部を含む。光学樹脂層は、主面上に形成され、かつ、１次元フォトニック結晶部を覆っている。第１の電極及び第２の電極は、主面上に形成されている。第１の電極及び第２の電極は、１次元フォトニック結晶部が延在する第１の方向と主面の法線に平行な第３の方向とに交差する第２の方向において、光学樹脂層の少なくとも一部と１次元フォトニック結晶部とを挟むように配置されている。光学樹脂層は、第２の方向において最大の二次非線形感受率を有する。１次元フォトニック結晶部の第１の熱光学係数は、光学樹脂層の第２の熱光学係数により補償されている。 The optical control device of one aspect of the present invention includes a substrate having a main surface, a waveguide, an optical resin layer, a first electrode, and a second electrode. The waveguide is formed on the main surface and includes a one-dimensional photonic crystal part. The optical resin layer is formed on the main surface and covers the one-dimensional photonic crystal portion. The first electrode and the second electrode are formed on the main surface. The first electrode and the second electrode are optical resins in a second direction that intersects the first direction in which the one-dimensional photonic crystal portion extends and the third direction parallel to the normal of the main surface. It is arranged so as to sandwich at least a part of the layer and the one-dimensional photonic crystal portion. The optical resin layer has the maximum second-order nonlinear susceptibility in the second direction. The first thermo-optical coefficient of the one-dimensional photonic crystal portion is compensated by the second thermo-optical coefficient of the optical resin layer.
本発明の一態様の光制御デバイスは、主面を有する基板と、導波路と、光学樹脂層と、第１の電極と、第２の電極とを備える。導波路は、主面上に形成され、かつ、１次元フォトニック結晶部を含む。光学樹脂層は、主面上に形成され、かつ、１次元フォトニック結晶部を覆っている。第１の電極及び第２の電極は、主面上に形成されている。第１の電極及び第２の電極は、１次元フォトニック結晶部が延在する第１の方向と主面の法線に平行な第３の方向とに交差する第２の方向において、光学樹脂層の少なくとも一部と１次元フォトニック結晶部とを挟むように配置されている。光学樹脂層は、第２の方向において最大の二次非線形感受率を有する。１次元フォトニック結晶部は、第１の１次元フォトニック結晶部分を含む。第１の１次元フォトニック結晶部分の第１の周期構造は、第１の方向における第１の１次元フォトニック結晶部分の中心から離れるにつれて徐々に変化している。 The optical control device of one aspect of the present invention includes a substrate having a main surface, a waveguide, an optical resin layer, a first electrode, and a second electrode. The waveguide is formed on the main surface and includes a one-dimensional photonic crystal part. The optical resin layer is formed on the main surface and covers the one-dimensional photonic crystal portion. The first electrode and the second electrode are formed on the main surface. The first electrode and the second electrode are optical resins in a second direction that intersects the first direction in which the one-dimensional photonic crystal portion extends and the third direction parallel to the normal of the main surface. It is arranged so as to sandwich at least a part of the layer and the one-dimensional photonic crystal portion. The optical resin layer has the maximum second-order nonlinear susceptibility in the second direction. The one-dimensional photonic crystal portion includes a first one-dimensional photonic crystal portion. The first periodic structure of the first one-dimensional photonic crystal portion gradually changes as it moves away from the center of the first one-dimensional photonic crystal portion in the first direction.
本発明の一態様の光集積回路は、上記の光制御デバイスを備えている。本発明の一態様の電磁波検出装置は、上記の光制御デバイスを備えている。 The optical integrated circuit of one aspect of the present invention includes the above-mentioned optical control device. The electromagnetic wave detection device of one aspect of the present invention includes the above-mentioned optical control device.
本発明の一態様の光制御デバイスの製造方法は、基板の主面上に、１次元フォトニック結晶部を含む導波路を形成することと、第１の電極及び第２の電極を形成することとを備える。第１の電極及び第２の電極は、１次元フォトニック結晶部が延在する第１の方向と主面の法線に平行な第３の方向とに交差する第２の方向において１次元フォトニック結晶部を挟むように配置されている。本発明の光制御デバイスの製造方法は、光学樹脂層を形成することをさらに備える。光学樹脂層を形成することは、二次非線形感受率を有する光学樹脂材料を、インクジェット法によって、第１の電極と第２の電極との間に選択的に設けることを含む。光学樹脂層は１次元フォトニック結晶部を覆っている。本発明の光制御デバイスの製造方法は、第１の電極と第２の電極との間に電圧を印加して、光学樹脂材料を第２の方向に配向させることをさらに備える。 A method for manufacturing an optical control device according to one aspect of the present invention is to form a waveguide including a one-dimensional photonic crystal portion on a main surface of a substrate, and to form a first electrode and a second electrode. And. The first electrode and the second electrode are one-dimensional photo in the second direction intersecting the first direction in which the one-dimensional photonic crystal portion extends and the third direction parallel to the normal of the main surface. It is arranged so as to sandwich the nick crystal part. The method for manufacturing an optical control device of the present invention further comprises forming an optical resin layer. Forming the optical resin layer includes selectively providing an optical resin material having a second-order nonlinear susceptibility between the first electrode and the second electrode by an inkjet method. The optical resin layer covers the one-dimensional photonic crystal portion. The method for manufacturing an optical control device of the present invention further comprises applying a voltage between the first electrode and the second electrode to orient the optical resin material in the second direction.
本発明の一態様の光制御デバイスは、光学樹脂層の二次非線形感受率を増加させ得るような構造を有している。本発明の一態様の光制御デバイスは、光制御デバイスにおける光損失を減少させ得るとともに、光制御デバイスの歩留りを高くし得るような構造を有している。本発明の光制御デバイスによれば、大きな二次非線形感受率を有する光学樹脂層を含み、かつ、低い光損失と高い歩留りとを有する光制御デバイスが提供され得る。 The optical control device of one aspect of the present invention has a structure capable of increasing the secondary nonlinear susceptibility of the optical resin layer. The optical control device of one aspect of the present invention has a structure capable of reducing the optical loss in the optical control device and increasing the yield of the optical control device. According to the optical control device of the present invention, an optical control device including an optical resin layer having a large second-order nonlinear susceptibility and having a low optical loss and a high yield can be provided.
本発明の一態様の光集積回路は、大きな二次非線形感受率を有する光学樹脂層を含み、かつ、低い光損失と高い歩留りとを有する光制御デバイスを備えている。本発明の一態様の電磁波検出装置は、大きな二次非線形感受率を有する光学樹脂層を含み、かつ、低い光損失と高い歩留りとを有する光制御デバイスを備えている。 The optical integrated circuit of one aspect of the present invention includes an optical resin layer having a large second-order nonlinear susceptibility, and includes an optical control device having a low optical loss and a high yield. The electromagnetic wave detection device of one aspect of the present invention includes an optical resin layer having a large second-order nonlinear sensitivity, and includes an optical control device having a low light loss and a high yield.
本発明の一態様の光制御デバイスの製造方法は、光学樹脂層の二次非線形感受率を増加させ得る。本発明の一態様の光制御デバイスの製造方法は、光制御デバイスにおける光損失を減少させ得るとともに、光制御デバイスの歩留りを高くし得る。本発明の光制御デバイスの製造方法によれば、大きな二次非線形感受率を有する光学樹脂層を含み、かつ、低い光損失と高い歩留りとを有する光制御デバイスが製造され得る。 The method for manufacturing an optical control device according to one aspect of the present invention can increase the secondary nonlinear susceptibility of the optical resin layer. The method for manufacturing an optical control device according to one aspect of the present invention can reduce the optical loss in the optical control device and increase the yield of the optical control device. According to the method for manufacturing an optical control device of the present invention, an optical control device including an optical resin layer having a large second-order nonlinear sensitivity and having a low light loss and a high yield can be manufactured.
以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、同一の構成には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. The same reference number will be assigned to the same configuration, and the description will not be repeated.
（実施の形態１）
図１から図３を参照して、実施の形態１に係る光制御デバイス１を説明する。本実施の形態の光制御デバイス１は、基板６と、１次元フォトニック結晶部１５を含む導波路１２と、光学樹脂層３０と、第１の電極２７と、第２の電極２８とを備える。本実施の形態の光制御デバイス１は、第１の下地層２３と、第２の下地層２４とをさらに備えてもよい。
(Embodiment 1)
The
基板６は、主面７を有する。基板６は、特に限定されないが、二酸化シリコン（ＳｉＯ2）層を含んでもよい。この二酸化シリコン層が主面７を有してもよい。二酸化シリコン層の厚みは、特に限定されないが、例えば、２μｍ以上であってもよく、３μｍ以上であってもよい。
The
導波路１２は、第１の方向（例えば、ｘ方向）に延在している。導波路１２は、主面７上に形成されている。導波路１２は、特に限定されないが、シリコン（Ｓｉ）導波路のような半導体導波路であってもよい。導波路１２は、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）ウエハに含まれるシリコン層（８）（図７を参照）をパターニングすることによって形成されてもよい。
The
図２を参照して、１次元フォトニック結晶部１５は、第１の方向（例えば、ｘ方向）に延在している。１次元フォトニック結晶部１５は、ギャップを空けて第１の方向に配置された複数の島状領域を含む。複数の島状領域は、第１の方向に沿って第１のピッチＰで配置されている。第１のピッチＰは、特に限定されないが、例えば、２００ｎｍ以上であってもよく、３００ｎｍ以上であってもよい。第１のピッチＰは、特に限定されないが、例えば、６００ｎｍ以下であってもよく、４５０ｎｍ以下であってもよい。複数の島状領域は、特に限定されないが、シリコン（Ｓｉ）のような半導体材料で構成されてもよい。
With reference to FIG. 2, the one-dimensional
１次元フォトニック結晶部１５は、第１の電極２７と第２の電極２８との間に印加される電圧を遮蔽しないように構成されてもよい。第１の電極２７と第２の電極２８との間の電界が、複数の島状領域によって遮蔽されることなく、光学樹脂層３０に印加され得る。特定的には、複数の島状領域は、各々、第１の電極２７と第２の電極２８とが互いに離れている第２の方向（例えば、ｙ方向）に平行な一対の辺を有する長方形の形状を有してもよい。
The one-dimensional
複数の島状領域は、それぞれ、第１の幅を有してもよい。第１の幅は、複数の島状領域の各々の第１の方向における長さとして定義される。第１の方向における１次元フォトニック結晶部１５の中心に位置する第１の島状領域の第１の幅は、Ｗ1（０）と定義される。第１の島状領域から＋ｘ方向に第１のピッチＰのｉ倍だけ離れた島状領域の第１の幅は、Ｗ1（ｉ）と定義される。第１の島状領域から＋ｘ方向に最も離れた島状領域の第１の幅は、Ｗ1（ｉmax）と定義される。第１の島状領域から−ｘ方向に第１のピッチＰのｉ倍だけ離れた島状領域の第１の幅は、Ｗ1（−ｉ）と定義される。第１の島状領域から−ｘ方向に最も離れた島状領域の第１の幅は、Ｗ1（−ｉmax）と定義される。第１の幅Ｗ1（ｉ）（ｉ＝−ｉmax、・・・、０、・・・、ｉmax）は、特に限定されないが、例えば、１００ｎｍ以上であってもよく、１５０ｎｍ以上であってもよい。第１の幅Ｗ1（ｉ）（ｉ＝−ｉmax、・・・、０、・・・、ｉmax）は、特に限定されないが、例えば、４００ｎｍ以下であってもよく、３００ｎｍ以下であってもよい。
Each of the plurality of island-shaped regions may have a first width. The first width is defined as the length of each of the plurality of island regions in the first direction. The first width of the first island-like region located at the center of the one-dimensional
１次元フォトニック結晶部１５は、第１の１次元フォトニック結晶部分（１５）を含む。本実施の形態では、１次元フォトニック結晶部１５は、第１の１次元フォトニック結晶部分（１５）のみによって構成されている。第１の１次元フォトニック結晶部分（１５）は、ギャップを空けて第１の方向に配置された複数の島状領域を含む。第１の１次元フォトニック結晶部分（１５）の第１の周期構造は、第１の方向における第１の１次元フォトニック結晶部分（１５）の中心から離れるにつれて徐々に変化している。第１の方向における複数の島状領域の各々の第１の幅Ｗ1（ｉ）及び第１の方向におけるギャップの各々の第２の幅の少なくとも１つは、第１の方向における第１の１次元フォトニック結晶部分（１５）の中心から離れるにつれて徐々に変化している。
The one-dimensional
特定的には、第１のピッチＰ内に含まれる複数の島状領域の１つの割合は、第１の方向における第１の１次元フォトニック結晶部分（１５）の中心から離れるにつれて徐々に増加してもよい。第１のピッチＰ内に含まれる複数の島状領域の１つの第１の幅Ｗ1（ｉ）は、第１の方向における第１の１次元フォトニック結晶部分（１５）の中心から離れるにつれて徐々に増加してもよい。第１のピッチＰ内に含まれる複数のギャップの１つの第２の幅は、第１の方向における第１の１次元フォトニック結晶部分（１５）の中心から離れるにつれて徐々に減少してもよい。 Specifically, the proportion of one of the plurality of island regions contained within the first pitch P gradually increases as it moves away from the center of the first one-dimensional photonic crystal portion (15) in the first direction. You may. The first width W 1 (i) of one of the plurality of island-shaped regions contained in the first pitch P increases as the distance from the center of the first one-dimensional photonic crystal portion (15) in the first direction increases. It may increase gradually. The second width of one of the plurality of gaps contained in the first pitch P may gradually decrease as it moves away from the center of the first one-dimensional photonic crystal portion (15) in the first direction. ..
さらに特定的には、複数の島状領域の１つが、第１の１次元フォトニック結晶部分（１５）の中心に位置する第１の島状領域から第１のピッチＰのＮ倍離れているとき、複数の島状領域の１つの第１の幅Ｗ1（ｉ）は、Ｎの二乗に比例して増加してもよい。すなわち、第１の幅Ｗ1（ｉ）は、下記式（Ｉ）によって与えられてもよい。 More specifically, one of the plurality of island-shaped regions is N times the first pitch P away from the first island-shaped region located at the center of the first one-dimensional photonic crystal portion (15). Then, one first width W 1 (i) of the plurality of island-shaped regions may increase in proportion to the square of N. That is, the first width W 1 (i) may be given by the following formula (I).
Ｗ1（０）は、特に限定されないが、０．２５Ｐ以上であってもよく、０．６Ｐ以下であってもよい。Ｗ1（ｉmax）及びＷ1（−ｉmax）、特に限定されないが、０．３Ｐ以上であってもよく、０．８Ｐ以下であってもよい。ｉmaxは、特に限定されないが、２以上であってもよく、５以上であってもよく、１０以上であってもよく、２０以上であってもよく、３０以上であってもよい。 W 1 (0) is not particularly limited, but may be 0.25P or more, or 0.6P or less. W 1 (i max ) and W 1 (-i max ), which are not particularly limited, may be 0.3 P or more, and may be 0.8 P or less. imax is not particularly limited, but may be 2 or more, 5 or more, 10 or more, 20 or more, or 30 or more.
本実施の形態では、１次元フォトニック結晶部１５は、１次元フォトニック結晶部１５と光学樹脂層３０とからなる１次元フォトニック結晶構造（１５，３０）のフォトニックバンドギャップ（ＰＢＧ）内に共振モードが形成されるように構成されている。この共振モードに結合する光だけが、１次元フォトニック結晶構造（１５，３０）を伝搬することができる。１次元フォトニック結晶構造（１５，３０）のフォトニックバンドギャップ（ＰＢＧ）内の共振モードに結合する光は、１次元フォトニック結晶部１５を覆う光学樹脂層３０と、強く相互作用する。１次元フォトニック結晶部１５を伝搬する光と１次元フォトニック結晶部１５を覆う光学樹脂層３０との間の相互作用が増強され得る。１次元フォトニック結晶構造（１５，３０）は、特に限定されないが、５００以上のＱ値を有してもよく、１，０００以上のＱ値を有してもよく、１０，０００以上のＱ値を有してもよく、４０，０００以上のＱ値を有してもよく、８０，０００以上のＱ値を有してもよい。
In the present embodiment, the one-dimensional
１次元フォトニック結晶部１５に含まれる複数の島状領域の各々は、第２の方向（例えば、ｙ方向）において第３の幅Ｗ3を有している。第３の幅Ｗ3は、特に限定されないが、例えば、２５０ｎｍ以上であってもよく、４５０ｎｍ以上であってもよい。第３の幅Ｗ3は、特に限定されないが、例えば、１０００ｎｍ以下であってもよく、６５０ｎｍ以下であってもよい。
Each of the plurality of island-shaped regions included in the one-dimensional
導波路１２は、その両端に、第１のテーパ導波路１７及び第２のテーパ導波路１８を含んでもよい。第１のテーパ導波路１７は、第１の層２０に覆われてもよい。第２のテーパ導波路１８は、第２の層２１に覆われてもよい。導波路１２が延在する第１の方向に垂直な断面（例えば、ｙ−ｚ面）において、第１の層２０及び第２の層２１は、導波路１２よりも大きな断面積を有している。第１のテーパ導波路１７と第１の層２０とは、第１のスポットサイズ変換器（１７，２０）を構成する。第１のスポットサイズ変換器（１７，２０）は、光ファイバ（図示せず）から出力される光を、この光ファイバよりも小さな断面積を有する導波路１２に、効率的に結合させることができる。第２のテーパ導波路１８と第２の層２１とは、第２のスポットサイズ変換器（１８，２１）を構成する。第２のスポットサイズ変換器（１８，２１）は、導波路１２から出力される光を、導波路１２よりも大きな断面積を有する光ファイバ（図示せず）に、効率的に結合させることができる。第１の層２０及び第２の層２１は、特に限定されないが、樹脂層であってもよい。
The
光学樹脂層３０は、１次元フォトニック結晶部１５を覆っている。光学樹脂層３０は、１次元フォトニック結晶部１５に含まれるギャップを満たしている。光学樹脂層３０は、第１の電極２７と第２の電極２８との間に充填されている。光学樹脂層３０は、光学樹脂材料を含む。特定的には、光学樹脂材料は、二次非線形感受率を有する。光学樹脂材料は、電気光学ポリマーであってもよく、光学樹脂層３０は、電気光学ポリマー層であってもよい。二次非線形感受率を有する光学樹脂材料は、特に限定されないが、電子ドナー基及び電子アクセプタ基のいずれかまたはその両者を含むπ共役発色団を含んでもよい。この発色団の一例は、下記式（ＩＩ）で表される。
The
式（ＩＩ）において、Ｏは酸素原子を表し、ＴＢＤＭＳは、tert-ブチルジメチルシリル基を表す。 In formula (II), O represents an oxygen atom and TBDMS represents a tert-butyldimethylsilyl group.
光学樹脂材料は、ホスト材料中に分散されていてもよい。光学樹脂材料をホスト材料中に分散させることによって、光学樹脂材料が凝集することが防止され得る。光学樹脂材料は、ホスト材料の側鎖または主鎖に結合してもよい。ホスト材料は、特に限定されないが、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）または非晶質ポリカーボネートのような透明樹脂であってもよい。 The optical resin material may be dispersed in the host material. Dispersing the optical resin material in the host material can prevent the optical resin material from aggregating. The optical resin material may be bonded to the side chain or main chain of the host material. The host material is not particularly limited, but may be a transparent resin such as polymethylmethacrylate (PMMA) or amorphous polycarbonate.
光学樹脂層３０は、１次元フォトニック結晶部１５が延在する第１の方向と主面７の法線に平行な第３の方向（例えば、ｚ方向）とに交差する第２の方向（例えば、ｙ方向）において最大の二次非線形感受率を有する。光学樹脂材料は、第２の方向に配向されてもよい。光学樹脂材料に含まれる発色団は、第２の方向に配向されてもよい。光学樹脂層３０は、第２の方向において最大の一次電気光学定数を有する電気光学樹脂材料であってもよい。光学樹脂層３０は、第２の方向において４０ｐｍ／Ｖよりも大きな一次電気光学定数を有してもよい。例えば、式（Ｉ）で表される発色団を含む光学樹脂材料を含む光学樹脂層３０は、５０ｐｍ／Ｖよりも大きな一次電気光学定数を有する。光学樹脂層３０は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）の一次電気光学定数（３２ｐｍ／Ｖ）よりも大きな一次電気光学定数を有してもよい。二次非線形感受率を有する光学樹脂材料は、無機材料よりも、高い性能を有する光制御デバイスを実現するために適している。二次非線形感受率を有する光学樹脂層３０は、無機材料層よりも、高い性能を有する光制御デバイスを実現するために適している。
The
第１の電極２７は、主面７上に形成されている。本明細書において、第１の電極２７が主面７上に形成されていることは、第１の電極２７が主面７に直接接していることと、第１の電極２７と主面７との間に第１の下地層２３が介在していることを含む。本実施の形態では、第１の電極２７と主面７との間に第１の下地層２３が介在している。第１の下地層２３は、導電材料で構成されてもよいし、絶縁材料で構成されてもよい。絶縁材料で構成される第１の下地層２３は、１次元フォトニック結晶部１５を伝搬する光の損失をさらに低減させることができる。第１の下地層２３は、導波路１２と同じ材料で構成されてもよい。第１の下地層２３は、特に限定されないが、シリコン（Ｓｉ）のような半導体材料で構成されてもよい。第１の電極２７は、特に限定されないが、例えば、金（Ａｕ）のような導電性材料で構成されてもよい。第１の電極２７は、特に限定されないが、進行波電極であってもよい。
The
第２の電極２８は、主面７上に形成されている。本明細書において、第２の電極２８が主面７上に形成されていることは、第２の電極２８が主面７に直接接していることと、第２の電極２８と主面７との間に第２の下地層２４が介在していることを含む。本実施の形態では、第２の電極２８と主面７との間に第２の下地層２４が介在している。第２の下地層２４は、導電材料で構成されてもよいし、絶縁材料で構成されてもよい。絶縁材料で構成される第２の下地層２４は、１次元フォトニック結晶部１５を伝搬する光の損失をさらに低減させることができる。第２の下地層２４は、導波路１２と同じ材料で構成されてもよい。第２の下地層２４は、特に限定されないが、シリコン（Ｓｉ）のような半導体材料で構成されてもよい。第２の電極２８は、特に限定されないが、例えば、金（Ａｕ）のような導電性材料で構成されてもよい。第２の電極２８は、特に限定されないが、進行波電極であってもよい。
The
図１に示されるように、第１の電極２７及び第２の電極２８は、１次元フォトニック結晶部１５が延在する第１の方向（例えば、ｘ方向）に沿って、長さＬを有している。第１の電極２７及び第２の電極２８の長さＬは、特に限定されないが、１０μｍ以上であってもよく、１００μｍ以上であってもよい。第１の電極２７及び第２の電極２８の長さＬは、特に限定されないが、３ｍｍ以下であってもよく、１ｍｍ以下であってもよい。
As shown in FIG. 1, the
第１の電極２７及び第２の電極２８は、第２の方向において、光学樹脂層３０の少なくとも一部と１次元フォトニック結晶部１５とを挟むように配置されている。図３に示されるように、第２の電極２８は、第１の電極２７から、第２の方向（例えばｙ方向）に電極間隔Ｇだけ離れている。第１の電極２７と第２の電極２８との間の電極間隔Ｇは、特に限定されないが、１．０μｍ以上であってもよく、２．０μｍ以上であってもよく、３．０μｍ以上であってもよい。第１の電極２７と第２の電極２８との間の電極間隔Ｇは、非特許文献１に開示されたスロット導波路のスロット幅（７５ｎｍ）の１０倍より大きくてもよい。第１の電極２７と第２の電極２８との間の電極間隔Ｇは、特に限定されないが、１０μｍ以下であってもよく、５．０μｍ以下であってもよい。第１の下地層２３及び第２の下地層２４が導電性を有するとき、電極間隔Ｇは、第１の電極２７と第１の下地層２３とからなる第１電極部分と、第２の電極２８と第２の下地層２４とからなる第２電極部分との間の最短距離として定義され得る。
The
本実施の形態の光制御デバイス１の動作を説明する。光ファイバ（図示せず）から光制御デバイス１に、光が入力される。光は、ＴＥモードを有してもよい。第１のスポットサイズ変換器（１７，２０）は、光のサイズを小さくして、導波路１２に出力する。光は、１次元フォトニック結晶部１５を含む導波路１２に入力される。１次元フォトニック結晶部１５は、第１の１次元フォトニック結晶部分（１５）を含む。
The operation of the
第１の電極２７と第２の電極２８との間に、電圧が印加される。第１の電極２７と第２の電極２８との間に印加される電圧を変化させることによって、光学樹脂層３０の屈折率が変化する。そのため、１次元フォトニック結晶構造（１５，３０）のフォトニックバンドギャップ（ＰＢＧ）内の共振モードの周波数または波長は変化する。第１の電極２７と第２の電極２８との間に印加される電圧を変化させることによって、１次元フォトニック結晶構造（１５，３０）を透過する光の周波数または波長は変化し得る。こうして、図４に示されるように、第１の電極２７と第２の電極２８との間に印加される電圧を変化させることによって、光制御デバイス１を透過する光の周波数または波長は変化し得る。
A voltage is applied between the
例えば、光制御デバイス１は、光制御デバイス１に入射された光の強度を変調する光変調器であってもよい。光制御デバイス１に１つの波長を有する光が入射されるとき、図４に示されるように、第１の電極２７と第２の電極２８との間に印加される電圧を変化させることによって、光制御デバイス１を透過する光の強度は変化し得る。第１の電極２７と第２の電極２８との間に印加される電圧を約１０ｍＶ変化させるだけで、光制御デバイス１は、光制御デバイス１から出力される光の強度を変調することができる。本実施の形態の光制御デバイス１によれば、低い動作電圧を有する光変調器が実現され得る。
For example, the
光制御デバイス１は、光制御デバイス１を透過する光の波長を変化させる可変波長フィルタであってもよい。光制御デバイス１に波長多重光が入射されるとき、図４に示されるように、第１の電極２７と第２の電極２８との間に印加される電圧を変化させることによって、光制御デバイス１を透過する光の波長が変化し得る。１次元フォトニック結晶構造（１５，３０）は高いＱ値を有するため、光制御デバイス１は高い波長選択特性を有する。図４に示されるように、光制御デバイス１は、２０ｐｍ未満のような狭いスペクトル半値幅を有してもよい。第１の電極２７と第２の電極２８との間に印加される電圧を約１０ｍＶ変化させるだけで、光制御デバイス１は、光制御デバイス１を透過する光の波長を変化させることができる。本実施の形態の光制御デバイス１によれば、低い動作電圧を有する可変波長フィルタが実現され得る。
The
１次元フォトニック結晶部１５を含む導波路１２を伝搬した光は、第２のスポットサイズ変換器（１８，２１）に出力される。第２のスポットサイズ変換器（１８，２１）は、光のサイズを大きくして、光制御デバイス１の外部に光を出力する。こうして、第１の電極２７及び第２の電極に印加される電圧を変化させることによって、光制御デバイス１は、光制御デバイス１から出力される光の状態（光の強度または光の波長など）を変化させることができる。
The light propagating in the
本実施の形態の光制御デバイス１は、二次非線形感受率を有する光学樹脂層３０の電気光学効果を利用する電気光学デバイスである。本実施の形態の光制御デバイス１では、光は、二次非線形感受率を有する光学樹脂層３０の電気光学効果を利用して制御される。光学樹脂層３０の電気光学効果は、シリコン（Ｓｉ）層内で発生し得るキャリアプラズマ効果よりも、高い応答速度を有する。
The
１次元フォトニック結晶部１５の第１の熱光学係数は、光学樹脂層３０の第２の熱光学係数により補償されている。本明細書において、１次元フォトニック結晶部１５の第１の熱光学係数が光学樹脂層３０の第２の熱光学係数により補償されていることは、１次元フォトニック結晶部１５と光学樹脂層３０とからなる光学的能動媒質の熱光学係数が、１次元フォトニック結晶部１５の第１の熱光学係数の半分未満であることを意味する。１次元フォトニック結晶部１５と光学樹脂層３０とからなる光学的能動媒質の熱光学係数は、１次元フォトニック結晶部１５の第１の熱光学係数の四分の一未満であってもよい。１次元フォトニック結晶部１５と光学樹脂層３０とからなる光学的能動媒質の熱光学係数は、１次元フォトニック結晶部１５の第１の熱光学係数の八分の一未満であってもよい。本実施の形態の一実施例では、１次元フォトニック結晶部１５は、２．０×１０-4（／℃）の第１の熱光学係数を有してもよく、光学樹脂層３０は、−１．８×１０-4（／℃）の第２の熱光学係数を有してもよい。
The first thermo-optical coefficient of the one-dimensional
本実施の形態の光制御デバイス１は、温度無依存の光制御デバイス１である。本明細書において、温度無依存の光制御デバイス１は、光学樹脂層３０を含む光制御デバイス１の出力の温度変化が、光学樹脂層３０を含まない比較例の光制御デバイスの出力の温度変化の半分未満であることを意味する。温度無依存の光制御デバイス１の出力の温度変化は、光学樹脂層３０を含まない比較例の光制御デバイスの出力の温度変化の四分の一未満であってもよい。温度無依存の光制御デバイス１の出力の温度変化は、光学樹脂層３０を含まない比較例の光制御デバイスの出力の温度変化の八分の一未満であってもよい。図５に示されるように、本実施の形態の光制御デバイス１の透過ピーク波長の温度変化は、比較例の光制御デバイスの透過ピーク波長の温度変化の３０％未満に減少している。
The
図１から図３及び図６から図１４を参照して、本実施の形態の光制御デバイス１の製造方法を説明する。
The manufacturing method of the
図６から図９に示されるように、本実施の形態の光制御デバイス１の製造方法は、基板６の主面７上に、１次元フォトニック結晶部１５を含む導波路１２を形成することを備える。具体的には、図６及び図７に示されるように、基板６の主面７上に設けられた導波路材料層８上に、パターニングされたレジスト層３３が形成される。例えば、導波路材料層８はシリコン（Ｓｉ）層であってもよく、基板６と導波路材料層８とはＳＯＩウエハを構成してもよい。パターニングされたレジスト層３３を形成することは、導波路材料層８上にレジスト層３３を形成することと、レジスト層３３をパターニングすることとを含んでもよい。レジスト層３３をパターニングすることは、特に限定されないが、レジスト層３３をエッチングすることであってもよいし、レジスト層３３をインプリントすることであってもよい。
As shown in FIGS. 6 to 9, in the method of manufacturing the
図８及び図９に示されるように、パターニングされたレジスト層３３を用いて導波路材料層８をパターニングすることによって、１次元フォトニック結晶部１５を含む導波路１２が形成される。ドライエッチングなどによって、導波路材料層８はパターニングされてもよい。導波路材料層８をパターニングすることによって、第１の下地層２３と、第２の下地層２４とがさらに形成されてもよい。
As shown in FIGS. 8 and 9, by patterning the
本実施の形態の光制御デバイス１の製造方法では、１次元フォトニック結晶部１５は、第１の１次元フォトニック結晶部分（１５）を含んでもよい。１次元フォトニック結晶部１５を含む導波路１２を形成することは、第１の１次元フォトニック結晶部分（１５）の第１の周期構造が第１の方向における第１の１次元フォトニック結晶部分（１５）の中心から離れるにつれて徐々に変化するように、第１の１次元フォトニック結晶部分（１５）を形成することを含んでもよい。特定的には、１次元フォトニック結晶部１５を含む導波路１２を形成することは、複数の島状領域の１つが、第１の１次元フォトニック結晶部分（１５）の中心に位置する第１の島状領域から第１のピッチＰのＮ倍離れているとき、複数の島状領域の１つの第１の幅がＮの二乗に比例して増加するように、第１の１次元フォトニック結晶部分（１５）を形成することを含んでもよい。
In the method for manufacturing the
図１０及び図１１に示されるように、本実施の形態の光制御デバイス１の製造方法は、主面７上に第１の電極２７及び第２の電極２８を形成することを備える。例えば、第１の電極２７及び第２の電極２８は、金（Ａｕ）のような導電性材料を主面７上に蒸着することによって形成されてもよい。例えば、第１の電極２７及び第２の電極２８は、それぞれ金（Ａｕ）のような導電性材料を、第１の下地層２３及び第２の下地層２４上に蒸着することによって形成されてもよい。
As shown in FIGS. 10 and 11, the method of manufacturing the
第１の電極２７及び第２の電極２８は、１次元フォトニック結晶部１５が延在する第１の方向（例えば、ｘ方向）と主面７の法線に平行な第３の方向（例えば、ｚ方向）とに交差する第２の方向（例えば、ｙ方向）において１次元フォトニック結晶部１５を挟むように配置されている。第１の電極２７と第２の電極２８との間の電極間隔Ｇ（図３を参照）は、特に限定されないが、１．０μｍ以上であってもよく、２．０μｍ以上であってもよく、３．０μｍ以上であってもよい。第１の電極２７と第２の電極２８との間の電極間隔Ｇは、非特許文献１に開示されたスロット導波路のスロット幅（７５ｎｍ）の１０倍より大きくてもよい。第１の電極２７と第２の電極２８との間の電極間隔Ｇは、特に限定されないが、１０μｍ以下であってもよく、５．０μｍ以下であってもよい。
The
図１２及び図１３に示されるように、本実施の形態の光制御デバイス１の製造方法は、光学樹脂層３０を形成することを備える。光学樹脂層３０を形成することは、インクジェット法によって、二次非線形感受率を有する光学樹脂材料を、第１の電極２７と第２の電極２８との間に選択的に設けることを含んでもよい。光学樹脂材料は、溶媒中に分散されてもよい。光学樹脂材料を含む液体３５は、インクジェット法によって、ノズル３４から、第１の電極２７と第２の電極２８との間に選択的に滴下されてもよい。光学樹脂層３０は１次元フォトニック結晶部１５を覆っている。光学樹脂層３０は、１次元フォトニック結晶部１５に含まれるギャップを満たしている。光学樹脂層３０を形成することは、光学樹脂材料が分散された溶媒を蒸発させることを含んでもよい。具体的には、第１の電極２７と第２の電極２８との間に滴下された光学樹脂材料を含む液体３５を、ヒータ３７を用いて熱処理することによって、溶媒を蒸発させてもよい。
As shown in FIGS. 12 and 13, the method for manufacturing the
図１４に示されるように、本実施の形態の光制御デバイス１の製造方法は、第１の電極２７と第２の電極２８との間にポーリング電圧を印加して、光学樹脂材料を第２の方向に配向させることを備える。具体的には、最初に、ヒータ３９を用いて、光学樹脂層３０は加熱される。例えば、光学樹脂層３０が、光学樹脂材料と、光学樹脂材料が分散されるホスト材料とを含むとき、光学樹脂層３０は、（Ｔg−６０）℃以上の温度を有するように、加熱されてもよい。Ｔgは、ホスト材料のガラス転移温度を表す。特定的には、光学樹脂層３０は、（Ｔg−４０）℃以上の温度を有するように、加熱されてもよい。さらに特定的には、光学樹脂層３０は、（Ｔg−２０）℃以上の温度を有するように、加熱されてもよい。次に、光学樹脂層３０を加熱したまま、第１の電極２７と第２の電極２８とを電源３８に接続して、第１の電極２７と第２の電極２８との間にポーリング電圧が印加される。最後に、第１の電極２７と第２の電極２８との間にポーリング電圧が印加されたまま、ヒータ３９による光学樹脂層３０の加熱を停止して、光学樹脂層３０の温度を室温に下げる。こうして、光学樹脂材料は第２の方向に配向されて、第２の方向（例えば、ｙ方向）において最大の二次非線形感受率を有する光学樹脂層３０が得られる。
As shown in FIG. 14, in the method of manufacturing the
本実施の形態の光制御デバイス１の製造方法は、第１の層２０と第２の層２１とを形成することを備えてもよい。第１の層２０と第２の層２１とは、光学樹脂材料を第２の方向に配向させた後に形成されてもよい。第１の層２０と第２の層２１とは、インクジェット法を用いて光学樹脂材料を含む液体３５を滴下する際に、インクジェット法を用いて形成されてもよい。こうして、本実施の形態の光制御デバイス１が得られる。
The method for manufacturing the
図１５を参照して、本実施の形態の光制御デバイス１は、主面７上に駆動回路部４０をさらに備えてもよい。駆動回路部４０は光制御デバイス１を制御するように構成されている。駆動回路部４０は、光制御デバイス１を動作させるための電気信号を生成する。駆動回路部４０は、例えば、シリコン（Ｓｉ）ベースのＬＳＩであってもよい。本実施の形態の光制御デバイス１は、第１の電気配線４１をさらに備えてもよい。光制御デバイス１は、第１の電気配線４１を介して、駆動回路部４０に接続されてもよい。複数の光制御デバイス１が、主面７上に、アレイ状に配置されてもよい。実施の形態３から実施の形態５の光制御デバイス１ｂ，１ｃ，１ｆのいずれかが、主面７上に駆動回路部４０をさらに備えてもよい。
With reference to FIG. 15, the
図１５を参照して、実施の形態１に係る光集積回路２を説明する。本実施の形態の光集積回路２は、光制御デバイス１と、主面７上に形成されている発光部４２とを備える。本実施の形態の光集積回路２は、第１の光配線４３と、第２の電気配線４４と、合波器４５と、第２の光配線４６とをさらに備えてもよい。
The optical
発光部４２は、光制御デバイス１に光学的に結合されている。特定的には、発光部４２は、第１の光配線４３を介して、光制御デバイス１に光学的に結合されてもよい。駆動回路部４０は、発光部４２を制御するように構成されてもよい。駆動回路部４０は、発光部４２を動作させるための電気信号を生成する。発光部４２は、第２の電気配線４４を介して、駆動回路部４０に接続されてもよい。発光部４２は、特に限定されないが、半導体レーザであってもよい。複数の発光部４２が、主面７上に、アレイ状に配置されてもよい。発光部４２は、駆動回路部４０から出力された電気信号に基づいて、光を出力する。
The
発光部４２から出力された光は、第１の光配線４３を通って、光制御デバイス１に入力される。光制御デバイス１は、光の状態（光の強度または光の波長など）を制御する。光集積回路２は、合波器４５と、第２の光配線４６とをさらに備えてもよい。光制御デバイス１から出力された光は、合波器４５及び第２の光配線４６を通って、第１の光ファイバ４７に出力される。
The light output from the
本実施の形態の光集積回路２は、第３の光配線５２と、分波器５３と、第４の光配線５４と、受光部５５と、第３の電気配線５６と、受信回路部５７とをさらに備えてもよい。第２の光ファイバ５１から出力された光は、第３の光配線５２、分波器５３及び第４の光配線５４を通って、受光部５５に入力される。受光部５５は、特に限定されないが、フォトダイオードであってもよい。複数の受光部５５が、主面７上に、アレイ状に配置されてもよい。受光部５５は、受光部５５に入力された光信号を電気信号に変換する。受光部５５で生成された電気信号は、第３の電気配線５６を通って、受信回路部５７に出力される。受信回路部５７は、受光部５５で生成された電気信号を処理する。受信回路部５７は、例えば、シリコン（Ｓｉ）ベースのＬＳＩであってもよい。
The optical
駆動回路部４０及び受信回路部５７の動作時に、駆動回路部４０及び受信回路部５７は発熱する。本実施の形態の光制御デバイス１は温度無依存の光制御デバイス１である。そのため、光制御デバイス１が駆動回路部４０及び受信回路部５７とともに基板６の主面７上に配置されても、駆動回路部４０及び受信回路部５７から放散される熱によって、光制御デバイス１の特性が変化することが抑制され得る。本実施の形態の光集積回路２は、本実施の形態の光制御デバイス１に代えて、実施の形態３から実施の形態５の光制御デバイス１ｂ，１ｃ，１ｆのいずれかを備えてもよい。
When the
本実施の形態の光制御デバイス１並びにそれらの製造方法の効果を説明する。
本実施の形態の光制御デバイス１は、主面７を有する基板６と、導波路１２と、光学樹脂層３０と、第１の電極２７と、第２の電極２８とを備える。導波路１２は、主面７上に形成され、かつ、１次元フォトニック結晶部１５を含む。光学樹脂層３０は、主面７上に形成され、かつ、１次元フォトニック結晶部１５を覆っている。第１の電極２７及び第２の電極２８は、主面７上に形成されている。第１の電極２７及び第２の電極２８は、１次元フォトニック結晶部１５が延在する第１の方向と主面７の法線に平行な第３の方向とに交差する第２の方向において、光学樹脂層３０の少なくとも一部と１次元フォトニック結晶部１５とを挟むように配置されている。光学樹脂層３０は、第２の方向において最大の二次非線形感受率を有する。１次元フォトニック結晶部１５の第１の熱光学係数は、光学樹脂層３０の第２の熱光学係数により補償されている。
The effects of the
The
本実施の形態の光制御デバイス１では、第１の電極２７と第２の電極２８との間の電極間隔Ｇが拡がっても、光は１次元フォトニック結晶部１５及びその近傍に閉じ込められる。第１の電極２７と第２の電極２８との間の電極間隔Ｇが拡がっても、１次元フォトニック結晶部１５を伝搬する光と１次元フォトニック結晶部１５を覆う光学樹脂層３０との間の相互作用が減少することが防がれ得る。本実施の形態の光制御デバイス１では、第１の電極２７と第２の電極２８との間の電極間隔Ｇを拡げることができる。
In the
そのため、ポーリング電界が第１の電極２７と第２の電極２８との間でリークすることが防止され得る。第１の電極２７と第２の電極２８との間にポーリング電界を印加することによって、光学樹脂材料を十分に配向させることができ、光学樹脂層３０の二次非線形感受率を大きくすることができる。特定的には、光学樹脂層３０の二次非線形感受率は、光学樹脂材料からなるバルクの二次非線形感受率付近まで最大化され得る。本実施の形態の光制御デバイス１は、大きな二次非線形感受率を有する光学樹脂層を含む。
Therefore, it is possible to prevent the polling electric field from leaking between the
本実施の形態の光制御デバイス１では、第１の電極２７と第２の電極２８との間の電極間隔Ｇを拡げることができ、かつ、光は１次元フォトニック結晶部１５を伝搬する。そのため、光制御デバイス１における光損失が減少され得る。本実施の形態の光制御デバイス１は、低い光損失を有する。
In the
本実施の形態の光制御デバイス１では、第１の電極２７と第２の電極２８との間の電極間隔Ｇを拡げることができるため、電極間隔Ｇの揺らぎが抑制され得る。ポーリング電圧は電気光学ポリマー材料に一様に印加されるため、電気光学ポリマー材料は均一に配向され得る。本実施の形態の光制御デバイス１は、光制御デバイス１の歩留りを高くし得る構造を有する。本実施の形態の光制御デバイス１によれば、大きな二次非線形感受率を有する光学樹脂層を含み、かつ、低い光損失と高い歩留りとを有する光制御デバイス１が提供され得る。
In the
本実施の形態の光制御デバイス１では、１次元フォトニック結晶部１５を伝搬する光と二次非線形感受率を有する光学樹脂層３０との間の相互作用が増強され得る。第一に、本実施の形態の光制御デバイス１では、第１の電極２７と第２の電極２８との間の電極間隔Ｇが拡がっても、１次元フォトニック結晶部１５を伝搬する光は、１次元フォトニック結晶部１５及びその近傍に閉じ込められる。第１の電極２７と第２の電極２８との間の電極間隔Ｇが拡がっても、１次元フォトニック結晶部１５を伝搬する光と１次元フォトニック結晶部１５を覆う光学樹脂層３０との間の相互作用が減少することが防がれ得る。さらに、光学樹脂層３０の二次非線形感受率を大きくすることができる。第二に、本実施の形態の光制御デバイス１では、１次元フォトニック結晶構造（１５，３０）のフォトニックバンドギャップ（ＰＢＧ）内に形成された共振モードに結合する光だけが、１次元フォトニック結晶部１５を伝搬することができる。そのため、１次元フォトニック結晶部１５を伝搬する光と二次非線形感受率を有する光学樹脂層３０との間の相互作用が増強され得る。
In the
第三に、本実施の形態の光制御デバイス１では、二次非線形感受率を有する光学樹脂層３０は、１次元フォトニック結晶部１５を覆っている。光学樹脂層３０をパターニングすることなく、１次元フォトニック結晶部１５が形成され得る。光学樹脂層３０をパターニングすることによって、光学樹脂材料が劣化して、光学樹脂層３０の二次非線形感受率が減少することが防止され得る。第四に、本実施の形態の光制御デバイス１では、二次非線形感受率を有する層として、光学樹脂層３０が採用されている。樹脂は、無機材料よりも、大きな二次非線形感受率を得られやすい。そのため、１次元フォトニック結晶部１５を伝搬する光と二次非線形感受率を有する光学樹脂層３０との間の相互作用が増強され得る。
Third, in the
以上のように、本実施の形態の光制御デバイス１では、１次元フォトニック結晶部１５を伝搬する光と二次非線形感受率を有する光学樹脂層３０との間の相互作用が増強され得る。そのため、光制御デバイス１のサイズが減少しても、光制御デバイス１は、光制御デバイス１に入力される光の状態（光の強度または光の波長など）を十分に制御することができる。本実施の形態の光制御デバイス１によれば、光制御デバイス１のサイズが減少され得る。
As described above, in the
本実施の形態の光制御デバイス１は、二次非線形感受率を有する光学樹脂層３０を備える。本実施の形態の光制御デバイス１によれば、光は、例えば１００ＧＨｚを超えるような高速で制御され得る。
The
本実施の形態の光制御デバイス１では、１次元フォトニック結晶部１５の第１の熱光学係数は、光学樹脂層３０の第２の熱光学係数により補償されている。本実施の形態の光制御デバイス１によれば、光制御デバイス１の温度が変化しても、光制御デバイス１の特性が変化することが抑制され得る。
In the
本実施の形態の光制御デバイス１は、主面７上に駆動回路部４０をさらに備えてもよい。駆動回路部４０は光制御デバイス１を制御するように構成されている。駆動回路部４０の動作時に、駆動回路部４０は発熱する。本実施の形態の光制御デバイス１は温度無依存の光制御デバイス１である。そのため、光制御デバイス１が駆動回路部４０とともに基板６の主面７上に配置されても、駆動回路部４０から放散される熱によって、光制御デバイス１の特性が変化することが抑制され得る。
The
本実施の形態の光制御デバイス１は、主面７を有する基板６と、導波路１２と、光学樹脂層３０と、第１の電極２７と、第２の電極２８とを備える。導波路１２は、主面７上に形成され、かつ、１次元フォトニック結晶部１５を含む。光学樹脂層３０は、主面７上に形成され、かつ、１次元フォトニック結晶部１５を覆っている。第１の電極２７及び第２の電極２８は、主面７上に形成されている。第１の電極２７及び第２の電極２８は、１次元フォトニック結晶部１５が延在する第１の方向と主面７の法線に平行な第３の方向とに交差する第２の方向において、光学樹脂層３０の少なくとも一部と１次元フォトニック結晶部１５とを挟むように配置されている。光学樹脂層３０は、第２の方向において最大の二次非線形感受率を有する。１次元フォトニック結晶部１５は、第１の１次元フォトニック結晶部分（１５）を含む。第１の１次元フォトニック結晶部分（１５）の第１の周期構造は、第１の方向における第１の１次元フォトニック結晶部分（１５）の中心から離れるにつれて徐々に変化している。
The
本実施の形態の光制御デバイス１では、このような第１の周期構造を有する１次元フォトニック結晶構造（１５，３０）のフォトニックバンドギャップ（ＰＢＧ）内に形成された共振モードに結合する光だけが、第１の１次元フォトニック結晶部分（１５）を伝搬することができる。そのため、第１の１次元フォトニック結晶部分（１５）を伝搬する光と第１の１次元フォトニック結晶部分（１５）を覆う光学樹脂層３０との間の相互作用が増強され得る。光制御デバイス１のサイズが減少しても、光制御デバイス１は、光制御デバイス１に入力される光の状態（光の強度または光の波長など）を十分に制御することができる。本実施の形態の光制御デバイス１によれば、光制御デバイス１のサイズが減少され得る。
In the
本実施の形態の光制御デバイス１では、第１の１次元フォトニック結晶部分（１５）の第１の周期構造は、第１の方向における第１の１次元フォトニック結晶部分（１５）の中心から離れるにつれて徐々に変化している。このような第１の周期構造を有する１次元フォトニック結晶構造（１５，３０）は高いＱ値を有し、そのため、光制御デバイス１は、狭いスペクトル半値幅を有する。本実施の形態の光制御デバイス１によれば、光制御デバイス１の動作電圧が低減され得る。また、本実施の形態の光制御デバイス１によれば、光制御デバイス１の波長選択特性が向上され得る。
In the
本実施の形態の光制御デバイス１では、第１の１次元フォトニック結晶部分（１５）は、ギャップを空けて第１の方向に配置された複数の島状領域を含む。複数の島状領域は、それぞれ、第１の方向において第１の幅を有する。複数の島状領域は、第１の方向に沿って第１のピッチＰで形成されている。複数の島状領域の１つが、第１の１次元フォトニック結晶部分（１５）の中心に位置する第１の島状領域から第１のピッチＰのＮ倍離れているとき、複数の島状領域の１つの第１の幅Ｗ1（ｉ）は、Ｎの二乗に比例して増加する。
In the
このような第１の周期構造を有する１次元フォトニック結晶構造（１５，３０）のフォトニックバンドギャップ（ＰＢＧ）内に形成された共振モードに結合する光だけが、第１の１次元フォトニック結晶部分（１５）を伝搬することができる。そのため、第１の１次元フォトニック結晶部分（１５）を伝搬する光と第１の１次元フォトニック結晶部分（１５）を覆う光学樹脂層３０との間の相互作用が増強され得る。本実施の形態の光制御デバイス１によれば、光制御デバイス１のサイズが減少され得る。さらに、このような第１の周期構造を有する１次元フォトニック結晶構造（１５，３０）は高いＱ値を有し、そのため、光制御デバイス１は、狭いスペクトル半値幅を有する。本実施の形態の光制御デバイス１によれば、光制御デバイス１の動作電圧が低減され得る。また、本実施の形態の光制御デバイス１によれば、光制御デバイス１の波長選択特性が向上され得る。
Only the light coupled to the resonance mode formed in the photonic band gap (PBG) of the one-dimensional photonic crystal structure (15, 30) having such a first periodic structure is the first one-dimensional photonic. It can propagate through the crystal portion (15). Therefore, the interaction between the light propagating in the first one-dimensional photonic crystal portion (15) and the
本実施の形態の光制御デバイス１の製造方法は、基板６の主面７上に、１次元フォトニック結晶部１５を含む導波路１２を形成することと、主面７上に、第１の電極２７及び第２の電極２８を形成することとを備える。第１の電極２７及び第２の電極２８は、１次元フォトニック結晶部１５が延在する第１の方向と主面７の法線に平行な第３の方向とに交差する第２の方向において１次元フォトニック結晶部１５を挟むように配置されている。本実施の形態の光制御デバイス１の製造方法は、光学樹脂層３０を形成することをさらに備える。光学樹脂層３０を形成することは、インクジェット法によって、二次非線形感受率を有する光学樹脂材料を、第１の電極２７と第２の電極２８との間に選択的に設けることを含んでもよい。光学樹脂層３０は１次元フォトニック結晶部１５を覆っている。本実施の形態の光制御デバイス１の製造方法は、第１の電極２７と第２の電極２８との間にポーリング電圧を印加して、光学樹脂材料を第２の方向に配向させることをさらに備える。
The method for manufacturing the
本実施の形態の光制御デバイス１の製造方法により製造された光制御デバイス１では、第１の電極２７と第２の電極２８との間の電極間隔Ｇが拡がっても、１次元フォトニック結晶部１５を伝搬する光は、１次元フォトニック結晶部１５及びその近傍に閉じ込められる。第１の電極２７と第２の電極２８との間の電極間隔Ｇが拡がっても、１次元フォトニック結晶部１５を伝搬する光と１次元フォトニック結晶部１５を覆う光学樹脂層３０との間の相互作用が減少することが防がれ得る。本実施の形態の光制御デバイス１の製造方法では、第１の電極２７と第２の電極２８との間の電極間隔Ｇを拡げることができる。
In the
そのため、ポーリング電界が第１の電極２７と第２の電極２８との間でリークすることが防止され得る。第１の電極２７と第２の電極２８との間にポーリング電界を印加することによって、光学樹脂材料を十分に配向させることができ、光学樹脂層３０の二次非線形感受率を大きくすることができる。特定的には、光学樹脂層３０の二次非線形感受率は、光学樹脂材料からなるバルクの二次非線形感受率付近まで最大化され得る。本実施の形態の光制御デバイス１の製造方法によれば、大きな二次非線形感受率を有する光学樹脂層を形成することができる。
Therefore, it is possible to prevent the polling electric field from leaking between the
本実施の形態の光制御デバイス１の製造方法により製造された光制御デバイス１では、第１の電極２７と第２の電極２８との間の電極間隔Ｇを拡げることができ、かつ、光は１次元フォトニック結晶部１５を伝搬する。そのため、光制御デバイス１における光損失が減少され得る。本実施の形態の光制御デバイス１の製造方法によれば、低い光損失を有する光制御デバイス１が製造され得る。
In the
本実施の形態の光制御デバイス１の製造方法により製造された光制御デバイス１では、第１の電極２７と第２の電極２８との間の電極間隔Ｇを拡げることができるため、電極間隔Ｇの揺らぎが抑制され得る。ポーリング電圧は電気光学ポリマー材料に一様に印加されるため、電気光学ポリマー材料は均一に配向され得る。本実施の形態の光制御デバイス１の製造方法は、光制御デバイス１の歩留りを高くし得る。本実施の形態の光制御デバイス１の製造方法によれば、大きな二次非線形感受率を有する光学樹脂層を含み、かつ、低い光損失と高い歩留りとを有する光制御デバイス１が製造され得る。
In the
本実施の形態の光制御デバイス１の製造方法は、光制御デバイス１における、１次元フォトニック結晶部１５を伝搬する光と二次非線形感受率を有する光学樹脂層３０との間の相互作用を増強することができる。第一に、本実施の形態の光制御デバイス１の製造方法によって製造された光制御デバイス１では、第１の電極２７と第２の電極２８との間の電極間隔Ｇが拡がっても、１次元フォトニック結晶部１５を伝搬する光は１次元フォトニック結晶部１５及びその近傍に閉じ込められる。第１の電極２７と第２の電極２８との間の電極間隔Ｇが拡がっても、光と１次元フォトニック結晶部１５を覆う光学樹脂層３０との間の相互作用が減少することが防がれ得る。さらに、光学樹脂層３０の二次非線形感受率を大きくすることができる。第二に、本実施の形態の光制御デバイス１の製造方法によって製造された光制御デバイス１では、１次元フォトニック結晶構造（１５，３０）のフォトニックバンドギャップ（ＰＢＧ）内に形成された共振モードに結合する光だけが、１次元フォトニック結晶部１５を伝搬することができる。そのため、１次元フォトニック結晶部１５を伝搬する光と二次非線形感受率を有する光学樹脂層３０との間の相互作用が増強され得る。
In the method for manufacturing the
第三に、本実施の形態の光制御デバイス１の製造方法によって製造された光制御デバイス１では、二次非線形感受率を有する光学樹脂層３０は、１次元フォトニック結晶部１５を覆っている。光学樹脂層３０をパターニングすることなく、１次元フォトニック結晶部１５が形成され得る。光学樹脂層３０をパターニングすることによって、光学樹脂材料が劣化して、光学樹脂層３０の二次非線形感受率が減少することが防止され得る。そのため、１次元フォトニック結晶部１５を伝搬する光と二次非線形感受率を有する光学樹脂層３０との間の相互作用が減少することが防止され得る。第四に、本実施の形態の光制御デバイス１の製造方法によって製造された光制御デバイス１では、二次非線形感受率を有する層として、光学樹脂層３０が採用されている。樹脂は、無機材料よりも、大きな二次非線形感受率を得られやすい。そのため、１次元フォトニック結晶部１５を伝搬する光と二次非線形感受率を有する光学樹脂層３０との間の相互作用が増強され得る。
Third, in the
以上のように、本実施の形態の光制御デバイス１の製造方法によれば、１次元フォトニック結晶部１５を伝搬する光と二次非線形感受率を有する光学樹脂層３０との間の相互作用が増強され得る光制御デバイス１が製造され得る。そのため、光制御デバイス１のサイズが減少しても、光制御デバイス１は、光制御デバイス１に入力される光の状態（光の強度または光の波長など）を十分に制御することができる。本実施の形態の光制御デバイス１の製造方法によれば、光制御デバイス１のサイズが減少され得る。
As described above, according to the manufacturing method of the
本実施の形態の光制御デバイス１の製造方法では、光学樹脂層３０を形成することは、インクジェット法によって、二次非線形感受率を有する光学樹脂材料を、第１の電極２７と第２の電極２８との間に選択的に設けることを含んでもよい。本実施の形態の光制御デバイス１の製造方法によれば、光学樹脂材料の使用量が大幅に低減され得て、光制御デバイス１の製造コストが減少され得る。
In the method for manufacturing the
本実施の形態の光制御デバイス１の製造方法は、二次非線形感受率を有する光学樹脂層３０を形成することを備える。本実施の形態の光制御デバイス１の製造方法によれば、例えば１００ＧＨｚを超えるような高速で光を制御し得る光制御デバイス１が製造され得る。
The method for manufacturing the
本実施の形態の光制御デバイス１の製造方法では、１次元フォトニック結晶部１５の第１の熱光学係数は、光学樹脂層３０の第２の熱光学係数により補償されている。本実施の形態の光制御デバイス１の製造方法によれば、温度無依存の光制御デバイス１が製造され得る。
In the method for manufacturing the
本実施の形態の光制御デバイス１の製造方法では、１次元フォトニック結晶部１５は、第１の１次元フォトニック結晶部分（１５）を含む。１次元フォトニック結晶部１５を含む導波路１２を形成することは、第１の１次元フォトニック結晶部分（１５）の第１の周期構造が第１の方向における第１の１次元フォトニック結晶部分（１５）の中心から離れるにつれて徐々に変化するように第１の１次元フォトニック結晶部分（１５）を形成することを含んでもよい。このような第１の周期構造を有する１次元フォトニック結晶構造（１５，３０）のフォトニックバンドギャップ（ＰＢＧ）内に形成された共振モードに結合する光だけが、第１の１次元フォトニック結晶部分（１５）を伝搬することができる。そのため、第１の１次元フォトニック結晶部分（１５）を伝搬する光と第１の１次元フォトニック結晶部分（１５）を覆う光学樹脂層３０との間の相互作用が増強され得る。本実施の形態の光制御デバイス１の製造方法によれば、光制御デバイス１のサイズが減少され得る。
In the method for manufacturing the
さらに、このような第１の周期構造を有する１次元フォトニック結晶構造（１５，３０）は高いＱ値を有し、そのため、光制御デバイス１は、狭いスペクトル半値幅を有する。本実施の形態の光制御デバイス１の製造方法によれば、動作電圧が低減され得る光制御デバイス１が製造され得る。また、本実施の形態の光制御デバイス１の製造方法によれば、波長選択特性が向上され得る光制御デバイス１が製造され得る。
Further, the one-dimensional photonic crystal structure (15, 30) having such a first periodic structure has a high Q value, so that the
本実施の形態の光集積回路２の効果を説明する。本実施の形態の光集積回路２は、本実施の形態の光制御デバイス１と、主面７上に形成されている発光部４２とを備える。発光部４２は、光制御デバイス１に光学的に結合されている。本実施の形態の光集積回路２によれば、大きな二次非線形感受率を有する光学樹脂層を含み、かつ、低い光損失と高い歩留りとを有する光制御デバイス１を備える光集積回路２が提供され得る。また、本実施の形態の光制御デバイス１では、１次元フォトニック結晶部１５を伝搬する光と二次非線形感受率を有する光学樹脂層３０との間の相互作用が増強され得る。本実施の形態の光集積回路２によれば、光制御デバイス１のサイズが減少され得て、光集積回路２のサイズも減少され得る。
The effect of the optical
（実施の形態２）
図１６を参照して、実施の形態２に係る光集積回路２ｂを説明する。本実施の形態の光集積回路２ｂは、実施の形態１の光集積回路２と同様の構成を備え、同様の効果を奏するが、主に以下の点で異なる。
(Embodiment 2)
The optical integrated circuit 2b according to the second embodiment will be described with reference to FIG. The optical integrated circuit 2b of the present embodiment has the same configuration as the optical
本実施の形態の光集積回路２ｂは、実施の形態１の光制御デバイス１と、主面７上に形成されている発光部６０とを備える。発光部６０は、光制御デバイス１に光学的に結合されている。導波路１２は、発光部６０に覆われてもよい。特定的には、第１のテーパ導波路１７は、発光部６０に覆われてもよい。発光部６０は、例えば、レーザ色素または有機エレクトロルミネッセンス材料を含んでもよい。本実施の形態の光集積回路２ｂは、実施の形態１の光制御デバイス１に代えて、実施の形態３から実施の形態５の光制御デバイス１ｂ，１ｃ，１ｆのいずれかを備えてもよい。
The optical integrated circuit 2b of the present embodiment includes the
本実施の形態の光集積回路２ｂの製造方法を説明する。本実施の形態の光集積回路２ｂの製造方法は、実施の形態１の光制御デバイス１の製造方法と同様の工程を備えるが、主に以下の点で異なる。
A method of manufacturing the optical integrated circuit 2b of the present embodiment will be described. The manufacturing method of the optical integrated circuit 2b of the present embodiment includes the same steps as the manufacturing method of the
図１７に示されるように、本実施の形態の光集積回路２ｂの製造方法は、発光部６０を形成することを備える。発光部６０を形成することは、インクジェット法によって、発光部６０を構成する材料を、主面７上の一部に選択的に設けることを含む。発光部６０を構成する材料は、溶媒中に分散されてもよい。発光部６０を構成する材料を含む液体は、インクジェット法によって、ノズル６４から、主面７上の一部に選択的に滴下されてもよい。発光部６０を形成することは、発光部６０を構成する材料が分散された溶媒を蒸発させることを含んでもよい。具体的には、主面７上の一部に滴下された発光部６０を構成する材料を含む液体を、ヒータ３７（図１２を参照）を用いて熱処理することによって、溶媒を蒸発させてもよい。インクジェット法によって、光学樹脂層３０を形成している間に、発光部６０がインクジェット法によって形成されてもよい。本実施の形態の光集積回路２ｂの製造方法によれば、発光部６０を構成する材料の使用量が大幅に低減され得て、光集積回路２ｂの製造コストが減少され得る。
As shown in FIG. 17, the method of manufacturing the optical integrated circuit 2b of the present embodiment includes forming a
（実施の形態３）
図１８から図２０を参照して、実施の形態３に係る光制御デバイス１ｂを説明する。本実施の形態の光制御デバイス１ｂは、実施の形態１の光制御デバイス１と同様の構成を備えているが、以下の点で主に異なる。
(Embodiment 3)
The
本実施の形態の光制御デバイス１ｂは、光位相変調器である。第１の電極２７及び第２の電極２８に印加される電圧を変化させることによって、光制御デバイス１ｂから出力される光の位相が変調され得る。
The
導波路１２は、１次元フォトニック結晶部１５ｂを含む。１次元フォトニック結晶部１５ｂは、第１の１次元フォトニック結晶部分（１５ｂ）を含む。本実施の形態の１次元フォトニック結晶部１５ｂ及び第１の１次元フォトニック結晶部分（１５ｂ）は、それぞれ、実施の形態１の１次元フォトニック結晶部１５及び第１の１次元フォトニック結晶部分（１５）と、複数の島状領域の配置パターンが異なる。本実施の形態では、複数の島状領域は、互いに等しい第１の幅を有してもよい。Ｗ1（ｉ）（ｉ＝−ｉmax、・・・−１、１、・・・、ｉmax）は、Ｗ1（０）に等しい。複数のギャップは、互いに等しい第２の幅を有してもよい。
The
１次元フォトニック結晶部１５ｂは、１次元フォトニック結晶構造（１５ｂ，３０）を伝搬する光の群速度ｖgを低下させるように構成されている。１次元フォトニック結晶構造（１５ｂ，３０）を伝搬する光の群速度ｖgは、１次元フォトニック結晶構造（１５ｂ，３０）の分散曲線ω（ｋ）の傾き、すなわち、∂ω（ｋ）／∂ｋによって与えられる。ω及びｋは、それぞれ、１次元フォトニック結晶構造（１５ｂ，３０）を伝搬する光の周波数及び波数を表す。言い換えると、１次元フォトニック結晶部１５ｂは、１次元フォトニック結晶構造（１５ｂ，３０）の群屈折率ｎgが大きくなるように構成されている。特定的には、１次元フォトニック結晶構造（１５ｂ，３０）は、５以上の群屈折率ｎgを有してもよい。１次元フォトニック結晶構造（１５ｂ，３０）は、１０以上の群屈折率ｎgを有してもよい。１次元フォトニック結晶構造（１５ｂ，３０）は、２０以上の群屈折率ｎgを有してもよい。
One-dimensional
光は、１次元フォトニック結晶構造（１５ｂ，３０）をゆっくり伝搬する。１次元フォトニック結晶構造（１５ｂ，３０）を伝搬する光は、１次元フォトニック結晶構造（１５ｂ，３０）を、いわゆるスローライトとして伝搬する。１次元フォトニック結晶構造（１５ｂ，３０）をスローライトとして伝搬する光は、１次元フォトニック結晶部１５ｂを覆う光学樹脂層３０と、強く相互作用する。１次元フォトニック結晶部１５ｂを伝搬する光と１次元フォトニック結晶部１５ｂを覆う光学樹脂層３０との間の相互作用が増強され得る。
Light slowly propagates through the one-dimensional photonic crystal structure (15b, 30). The light propagating the one-dimensional photonic crystal structure (15b, 30) propagates the one-dimensional photonic crystal structure (15b, 30) as a so-called slow light. The light propagating with the one-dimensional photonic crystal structure (15b, 30) as a slow light strongly interacts with the
本実施の形態の光制御デバイス１ｂの動作を説明する。図示しない光ファイから光制御デバイス１ｂに、光が入力される。光制御デバイス１ｂに入力される光は、ＴＥモードを有してもよい。第１のスポットサイズ変換器（１７，２０）は、光のサイズを小さくして、光を、１次元フォトニック結晶部１５ｂを含む導波路１２に出力する。
The operation of the
第１の電極２７と第２の電極２８との間に、電圧が印加される。第１の電極２７と第２の電極２８との間に印加される電圧を変化させることによって、光学樹脂層３０の屈折率が変化する。そのため、１次元フォトニック結晶部１５ｂを伝搬する光の位相も変化する。第１の電極２７と、第２の電極２８と、１次元フォトニック結晶部１５ｂと光学樹脂層３０とからなる光学的能動媒質とを含む光制御部は、位相制御部として機能し得る。
A voltage is applied between the
導波路１２を伝搬した光は、第２のスポットサイズ変換器（１８，２１）に出力される。第２のスポットサイズ変換器（１８，２１）は、光のサイズを大きくして、光制御デバイス１ｂの外部に光を出力する。
The light propagating in the
本実施の形態の変形例の光制御デバイスは、本実施の形態の第１の電極２７と、第２の電極２８と、１次元フォトニック結晶部１５ｂと光学樹脂層３０とからなる光学的能動媒質とを含む位相制御部を含む、光変調器、光スイッチ及び可変波長フィルタのいずれかであってもよい。光変調器、光スイッチ及び可変波長フィルタのいずれかでは、導波路１２は、特に限定されないが、対称マッハツェンダ導波路として構成されてもよいし、非対称マッハツェンダ導波路として構成されてもよい。
The optical control device of the modified example of the present embodiment is optically active composed of the
本実施の形態及びその変形例の光制御デバイス１ｂでは、導波路１２を伝搬した光は、第１の電極２７と、第２の電極２８と、１次元フォトニック結晶部１５ｂと光学樹脂層３０とからなる光学的能動媒質とを含む位相制御部において、位相の変化を受ける。そのため、第１の電極２７と第２の電極２８との間の電圧を変化させることによって、本実施の形態及びその変形例の光制御デバイス１ｂは、本実施の形態及びその変形例の光制御デバイス１ｂから出力される光の状態（光の強度、光の位相または光の波長など）を変化させることができる。
In the
本実施の形態の光制御デバイス１ｂの製造方法は、実施の形態１の光制御デバイス１の製造方法と同様の工程を備えるが、１次元フォトニック結晶部１５ｂに含まれる複数の島状領域の配置パターンが異なる。
The method for manufacturing the
本実施の形態及びその変形例の光制御デバイス１ｂ及びその製造方法は、実施の形態１の光制御デバイス１及びその製造方法と同様の効果を奏するが、以下の点で主に異なる。
The
本実施の形態及びその変形例の光制御デバイス１ｂでは、光制御デバイス１ｂに入射された光は、１次元フォトニック結晶部１５ｂを伝搬する。１次元フォトニック結晶部１５ｂを伝搬する光は、１次元フォトニック結晶構造（１５ｂ，３０）を、いわゆるスローライトとして伝搬する。そのため、１次元フォトニック結晶部１５ｂを伝搬する光と二次非線形感受率を有する光学樹脂層３０との間の相互作用が増強され得る。本実施の形態及びその変形例の光制御デバイス１ｂによれば、光制御デバイス１ｂのサイズが減少され得る。
In the
本実施の形態及びその変形例の光制御デバイス１ｂの製造方法により製造された光制御デバイス１ｂでは、光制御デバイス１ｂに入射された光は、１次元フォトニック結晶部１５ｂを伝搬する。１次元フォトニック結晶部１５ｂを伝搬する光は、１次元フォトニック結晶構造（１５ｂ，３０）を、いわゆるスローライトとして伝搬する。そのため、１次元フォトニック結晶部１５ｂを伝搬する光と二次非線形感受率を有する光学樹脂層３０との間の相互作用が増強され得る。本実施の形態及びその変形例の光制御デバイス１ｂの製造方法によれば、光制御デバイス１ｂのサイズが減少され得る。
In the
（実施の形態４）
図１９から図２１を参照して、実施の形態４に係る光制御デバイス１ｃを説明する。本実施の形態の光制御デバイス１ｃは、実施の形態２の光制御デバイス１ｂと同様の構成を備えるが、以下の点で主に異なる。本実施の形態の光制御デバイス１ｃは、第二高調波発生（ＳＨＧ）デバイス、和周波発生デバイス、差周波発生デバイスまたは光パラメトリック発振（ＯＰＯ）デバイスのような二次非線形光学デバイスである。第１の電極２７と第２の電極２８との間の電圧を変化させることによって、光制御デバイス１ｃから出力される光の波長が変化され得る。
(Embodiment 4)
The
（実施の形態５）
図２２から図２４を参照して、実施の形態４に係る光制御デバイス１ｆを説明する。本実施の形態の光制御デバイス１ｆは、実施の形態１の光制御デバイス１と同様の構成を備えるが、主に以下の点で異なる。
(Embodiment 5)
The
本実施の形態の光制御デバイス１ｆでは、１次元フォトニック結晶部１５ｆは、第１の１次元フォトニック結晶部分７７と、第２の１次元フォトニック結晶部分７８とを含む。本実施の形態の第１の１次元フォトニック結晶部分７７は、実施の形態１の第１の１次元フォトニック結晶部分（１５）と同様の構成を有している。
In the
第２の１次元フォトニック結晶部分７８は、第１の１次元フォトニック結晶部分７７の両端の１つ以上に設けられてもよい。第２の１次元フォトニック結晶部分７８は、第１の１次元フォトニック結晶部分７７に連続して設けられてもよい。第２の１次元フォトニック結晶部分７８の第２の周期構造は、一定の周期構造である。第２の１次元フォトニック結晶部分７８は、ギャップを空けて第１の方向に配置された複数の島状領域を含む。複数の島状領域は、第１の方向に沿って第２のピッチで配置される。第２のピッチは、一定のピッチである。
The second one-dimensional
第２の１次元フォトニック結晶部分７８に含まれる複数の島状領域は、互いに等しい第４の幅を有している。第４の幅は、第２の１次元フォトニック結晶部分７８に含まれる複数の島状領域の各々の第１の方向における長さとして定義される。第２の１次元フォトニック結晶部分７８における複数のギャップは、互いに等しい第５の幅を有している。第５の幅は、第２の１次元フォトニック結晶部分７８に含まれるにおける複数のギャップの各々の第１の方向における長さとして定義される。第２の１次元フォトニック結晶部分７８に含まれる複数の島状領域の各々は、第２の方向（例えば、ｙ方向）において第６の幅を有する。
The plurality of island-shaped regions contained in the second one-dimensional
第２の１次元フォトニック結晶部分７８における第２の周期構造は、第２の１次元フォトニック結晶部分７８が隣り合う第１の１次元フォトニック結晶部分７７の端部における周期構造と同じであってもよい。具体的には、第４の幅は、Ｗ1（ｉmax）に等しくてもよく、Ｗ1（−ｉmax）に等しくてもよい。第２のピッチは、第１のピッチＰに等しくてもよい。第６の幅は、第３の幅Ｗ3に等しくてもよい。
The second periodic structure in the second one-dimensional
本実施の形態の光制御デバイス１ｆの製造方法は、実施の形態１の光制御デバイス１の製造方法と同様の工程を備えるが、第１の１次元フォトニック結晶部分７７を形成する際に、第２の１次元フォトニック結晶部分７８をも形成する点で異なる。
The method for manufacturing the
本実施の形態の光制御デバイス１ｆは、実施の形態１の光制御デバイス１と同様の効果を奏するが、以下の点で主に異なる。
The
本実施の形態の光制御デバイス１ｆでは、１次元フォトニック結晶部（１５ｆ）と光学樹脂層３０とからなる１次元フォトニック結晶構造（１５ｆ，３０）のフォトニックバンドギャップ（ＰＢＧ）内に形成された共振モードに結合する光だけが、１次元フォトニック結晶構造（１５ｆ，３０）を伝搬することができる。そのため、１次元フォトニック結晶部１５ｆを伝搬する光と二次非線形感受率を有する光学樹脂層３０との間の相互作用が増強され得る。
In the
本実施の形態の光制御デバイス１ｆでは、１次元フォトニック結晶部１５ｆは、第２の１次元フォトニック結晶部分７８を含む。第２の１次元フォトニック結晶部分７８の第２の周期構造は、一定の周期構造である。そのため、本実施の形態の光制御デバイス１ｆは、さらに高いＱ値を有し、さらに狭いスペクトル半値幅を有する。本実施の形態の光制御デバイス１ｆによれば、光制御デバイス１ｆの動作電圧が低減され得る。また、本実施の形態の光制御デバイス１ｆによれば、光制御デバイス１ｆの波長選択特性が向上され得る。
In the
（実施の形態６）
図２、図３及び図２５を参照して、実施の形態６に係る電磁波検出装置３を説明する。本実施の形態の電磁波検出装置３は、実施の形態１の光制御デバイス１と同様の構成を備えるが、主に以下の点で異なる。
(Embodiment 6)
The electromagnetic
本実施の形態の電磁波検出装置３は、光制御デバイス１と、第１の電極２７に接続される第１のアンテナ７０とを備える。本実施の形態の電磁波検出装置３は、第２の電極２８に接続される第２のアンテナ７１を備えてもよい。本実施の形態の電磁波検出装置３は、光検出器７５を備えてもよい。第２の電極２８は、特に限定されないが、接地されてもよい。
The electromagnetic
第１のアンテナ７０は、基板６の主面７上に配置されてもよい。特定的には、第１のアンテナ７０は、第１の下地層２３上に配置されてもよい。第１のアンテナ７０は、テラヘルツ波またはミリ波のような電磁波を受信する。電磁波は第１の電極２７に入力されて、光学樹脂層３０の屈折率を変化させる。そのため、第１のアンテナ７０に受信された電磁波は、光制御デバイス１から出射させる光の状態（光の強度または光の波長など）を変化させ得る。この光の状態の変化を光検出器７５を用いて検出することによって、第１のアンテナ７０に受信された電磁波は検出され得る。第１のアンテナ７０は、特に限定されないが、例えば、金（Ａｕ）のような導電性材料で構成される導電層であってもよい。
The
第２のアンテナ７１は、基板６の主面７上に配置されてもよい。特定的には、第２のアンテナ７１は、第２の下地層２４上に配置されてもよい。第２のアンテナ７１は、テラヘルツ波またはミリ波のような電磁波を受信する。電磁波は第２の電極２８に入力されて、光学樹脂層３０の屈折率を変化させる。そのため、第２のアンテナ７１に受信された電磁波は、光制御デバイス１から出射させる光の状態（光の強度または光の波長など）を変化させ得る。この光の状態の変化を光検出器７５を用いて検出することによって、第２のアンテナ７１に受信された電磁波は検出され得る。第２のアンテナ７１は、特に限定されないが、例えば、金（Ａｕ）のような導電性材料で構成される導電層であってもよい。
The
光検出器７５は、基板６の主面７上に配置されてもよい。特定的には、光検出器７５は、導波路１２上に配置されてもよい。さらに特定的には、光検出器７５は、第２のテーパ導波路１８上に配置されてもよい。光検出器７５は、導波路１２を伝搬する光を検出する。特定的には、光検出器７５は、導波路１２を覆ってもよい。さらに特定的には、光検出器７５は、第２のテーパ導波路１８を覆ってもよい。
The
本実施の形態の電磁波検出装置３の製造方法は、実施の形態１の光制御デバイス１の製造方法と同様であるが、主に以下の点で異なる。
The manufacturing method of the electromagnetic
本実施の形態の電磁波検出装置３の製造方法は、第１の電極２７に接続される第１のアンテナ７０を形成することを備える。第１のアンテナ７０は、例えば、金（Ａｕ）のような導電性材料を主面７上に蒸着することによって形成されてもよい。特定的には、第１のアンテナ７０は、例えば、金（Ａｕ）のような導電性材料を第１の下地層２３上に蒸着することによって形成されてもよい。本実施の形態の電磁波検出装置３の製造方法は、第２の電極２８に接続される第２のアンテナ７１を形成することを備えてもよい。第２のアンテナ７１は、例えば、金（Ａｕ）のような導電性材料を主面７上に蒸着することによって形成されてもよい。特定的には、第２のアンテナ７１は、例えば、金（Ａｕ）のような導電性材料を第２の下地層２４上に蒸着することによって形成されてもよい。
The method of manufacturing the electromagnetic
本実施の形態の電磁波検出装置３の製造方法は、主面７上に光検出器７５を形成することを備えてもよい。光検出器７５は、例えば、光検出器７５に含まれる材料を主面７上に蒸着することによって形成されてもよい。特定的には、光検出器７５は、例えば、光検出器７５に含まれる材料を導波路１２上に蒸着することによって形成されてもよい。さらに特定的には、光検出器７５は、例えば、光検出器７５に含まれる材料を第２のテーパ導波路１８上に蒸着することによって形成されてもよい。
The method for manufacturing the electromagnetic
図２３、図２４及び図２６を参照して、本実施の形態の変形例の電磁波検出装置３ｂは、実施の形態１の光制御デバイス１に代えて、実施の形態５の光制御デバイス１ｆのいずれかを備えてもよい。本実施の形態のさらに別の変形例の電磁波検出装置は、実施の形態１の光制御デバイス１に代えて、実施の形態３及び実施の形態４の光制御デバイス１ｂ，１ｃのいずれかを備えてもよい。
With reference to FIGS. 23, 24 and 26, the electromagnetic
本実施の形態及びその変形例の電磁波検出装置３，３ｂの効果を説明する。本実施の形態及びその変形例の電磁波検出装置３，３ｂは、光制御デバイス１，１ｂ，１ｃ，１ｆと、第１の電極２７に接続される第１のアンテナ７０とを備える。本実施の形態の電磁波検出装置３によれば、大きな二次非線形感受率を有する光学樹脂層を含み、かつ、低い光損失と高い歩留りとを有する光制御デバイス１，１ｂ，１ｃ，１ｆを備える電磁波検出装置３，３ｂが提供され得る。また、本実施の形態の光制御デバイス１，１ｂ，１ｃ，１ｆでは、１次元フォトニック結晶部１５，１５ｂ，１５ｆを伝搬する光と二次非線形感受率を有する光学樹脂層３０との間の相互作用が増強され得る。本実施の形態の電磁波検出装置３，３ｂによれば、光制御デバイス１，１ｂ，１ｃ，１ｆのサイズが減少され得て、電磁波検出装置３，３ｂのサイズも減少され得る。本実施の形態の電磁波検出装置３，３ｂによれば、微弱な電磁波が精度よく検出され得る。
The effects of the electromagnetic
本実施の形態の電磁波検出装置３，３ｂは、二次非線形感受率を有する光学樹脂層３０を備える。本実施の形態の電磁波検出装置３，３ｂは高い応答速度を有し、テラヘルツ波またはミリ波のような電磁波を精度よく検出することができる。
The electromagnetic
本実施の形態及びその変形例の電磁波検出装置３，３ｂは、光制御デバイス１，１ｆと、第１の電極２７に接続される第１のアンテナ７０とを備える。本実施の形態及びその変形例の電磁波検出装置３，３ｂにおいて、１次元フォトニック結晶構造（１５，１５ｆ，３０）のフォトニックバンドギャップ（ＰＢＧ）内に形成された共振モードに結合する光だけが、第１の１次元フォトニック結晶部分（１５，７７）を伝搬することができる。実施の形態１の光制御デバイス１に代えて、実施の形態３及び実施の形態４の光制御デバイス１ｂ，１ｃのいずれかを備える本実施の形態の変形例の電磁波検出装置では、１次元フォトニック結晶部１５ｂを伝搬する光は、１次元フォトニック結晶構造（１５ｂ，３０）をスローライトとして伝搬する。そのため、１次元フォトニック結晶部１５，１５ｂ，１５ｆを伝搬する光と二次非線形感受率を有する光学樹脂層３０との間の相互作用が増強され得る。本実施の形態及びその変形例の電磁波検出装置３，３ｂによれば、光制御デバイス１，１ｂ，１ｃ，１ｆのサイズが減少され得て、本実施の形態及びその変形例の電磁波検出装置３，３ｂのサイズも減少され得る。
The electromagnetic
本実施の形態及びその変形例の電磁波検出装置３，３ｂでは、第１の１次元フォトニック結晶部分（１５，７７）の第１の周期構造は、第１の方向における第１の１次元フォトニック結晶部分（１５，７７）の中心から離れるにつれて徐々に変化している。１次元フォトニック結晶構造（１５，１５ｆ，３０）は高いＱ値を有し、そのため、電磁波検出装置３，３ｂは、狭いスペクトル半値幅を有する。本実施の形態及びその変形例の電磁波検出装置３，３ｂによれば、微弱な電磁波が精度よく検出され得る。
In the electromagnetic
今回開示された実施の形態１から実施の形態６及びそれらの変形例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。矛盾のない限り、今回開示された実施の形態１から実施の形態６及びそれらの変形例の少なくとも２つを組み合わせてもよい。本発明の範囲は、上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることを意図される。 It should be considered that the first to sixth embodiments disclosed this time and their variations are exemplary in all respects and not restrictive. As long as there is no contradiction, at least two of the first to sixth embodiments disclosed this time and variations thereof may be combined. The scope of the present invention is shown by the scope of claims rather than the above description, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.
１，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｆ 光制御デバイス、２，２ｂ 光集積回路、３，３ｂ 電磁波検出装置、６ 基板、７ 主面、８ 導波路材料層、１２ 導波路、１５，１５ｂ，１５ｆ １次元フォトニック結晶部、１７ 第１のテーパ導波路、１８ 第２のテーパ導波路、２０ 第１の層、２１ 第２の層、２３ 第１の下地層、２４ 第２の下地層、２７ 第１の電極、２８ 第２の電極、３０ 光学樹脂層、３３ レジスト層、３４，６４ ノズル、３５ 液体、３７，３９ ヒータ、３８ 電源、４０ 駆動回路部、４１ 第１の電気配線、４２，６０ 発光部、４３ 第１の光配線、４４ 第２の電気配線、４５ 合波器、４６ 第２の光配線、４７ 第１の光ファイバ、５１ 第２の光ファイバ、５２ 第３の光配線、５３ 分波器、５４ 第４の光配線、５５ 受光部、５６ 第３の電気配線、５７ 受信回路部、７０ 第１のアンテナ、７１ 第２のアンテナ、７５ 光検出器、７７ 第１の１次元フォトニック結晶部分、７８ 第２の１次元フォトニック結晶部分。 1,1b, 1c, 1d, 1f optical control device, 2,2b optical integrated circuit, 3,3b electromagnetic wave detector, 6 substrate, 7 main surface, 8 waveguide material layer, 12 waveguide, 15, 15b, 15f 1 Dimensional photonic crystal part, 17 1st tapered waveguide, 18 2nd tapered waveguide, 20 1st layer, 21 2nd layer, 23 1st base layer, 24 2nd base layer, 27th 1 electrode, 28 2nd electrode, 30 optical fiber layer, 33 resist layer, 34,64 nozzles, 35 liquid, 37,39 heater, 38 power supply, 40 drive circuit section, 41 first electrical wiring, 42,60 Light emitting unit, 43 first optical wiring, 44 second electrical wiring, 45 combiner, 46 second optical wiring, 47 first optical fiber, 51 second optical fiber, 52 third optical wiring, 53 Demultiplexer, 54 4th optical wiring, 55 light receiving part, 56 3rd electrical wiring, 57 receiving circuit part, 70 1st antenna, 71 2nd antenna, 75 optical detector, 77 1st 1 Dimensional photonic crystal part, 78 Second one-dimensional photonic crystal part.
Claims (7)
前記主面上に形成され、かつ、１次元フォトニック結晶部を含む導波路と、
前記主面上に形成され、かつ、前記１次元フォトニック結晶部を覆う光学樹脂層と、
前記主面上に形成されている第１の電極と、
前記主面上に形成されている第２の電極とを備え、
前記第１の電極及び前記第２の電極は、前記１次元フォトニック結晶部が延在する第１の方向と前記主面の法線に平行な第３の方向とに交差する第２の方向において、前記光学樹脂層の少なくとも一部と前記１次元フォトニック結晶部とを挟むように配置されており、
前記１次元フォトニック結晶部は、第１の１次元フォトニック結晶部分を含み、前記第１の１次元フォトニック結晶部分の第１の周期構造は、前記第１の方向における前記第１の１次元フォトニック結晶部分の中心から離れるにつれて徐々に変化しており、
前記１次元フォトニック結晶部は、前記１次元フォトニック結晶部と前記光学樹脂層とからなる１次元フォトニック結晶構造のフォトニックバンドギャップ内に共振モードが形成されるように構成されており、
前記１次元フォトニック結晶構造のＱ値は５００以上であり、
前記光学樹脂層は、前記第２の方向において最大の二次非線形感受率を有し、
前記１次元フォトニック結晶部の第１の熱光学係数は、前記光学樹脂層の第２の熱光学係数により補償されている、光制御デバイス。 A substrate with a main surface and
A waveguide formed on the main surface and including a one-dimensional photonic crystal portion,
An optical resin layer formed on the main surface and covering the one-dimensional photonic crystal portion, and
The first electrode formed on the main surface and
A second electrode formed on the main surface is provided.
The first electrode and the second electrode have a second direction that intersects a first direction in which the one-dimensional photonic crystal portion extends and a third direction parallel to the normal of the main surface. Is arranged so as to sandwich at least a part of the optical resin layer and the one-dimensional photonic crystal portion.
The one-dimensional photonic crystal portion includes a first one-dimensional photonic crystal portion, and the first periodic structure of the first one-dimensional photonic crystal portion is the first one in the first direction. It gradually changes as it moves away from the center of the one-dimensional photonic crystal part.
The one-dimensional photonic crystal portion is configured such that a resonance mode is formed in a photonic band gap of a one-dimensional photonic crystal structure composed of the one-dimensional photonic crystal portion and the optical resin layer.
The Q value of the one-dimensional photonic crystal structure is 500 or more.
The optical resin layer has the maximum quadratic nonlinear susceptibility in the second direction.
An optical control device in which the first thermo-optical coefficient of the one-dimensional photonic crystal portion is compensated by the second thermo-optical coefficient of the optical resin layer.
前記駆動回路部は前記光制御デバイスを制御するように構成されている、請求項１に記載の光制御デバイス。 A drive circuit unit is further provided on the main surface.
The optical control device according to claim 1, wherein the drive circuit unit is configured to control the optical control device.
前記主面上に形成されている発光部とを備え、
前記発光部は、前記光制御デバイスに光学的に結合されている、光集積回路。 The optical control device according to claim 1 or 2.
It is provided with a light emitting portion formed on the main surface.
The light emitting unit is an optical integrated circuit that is optically coupled to the optical control device.
前記複数の島状領域は、それぞれ、前記第１の方向において第１の幅を有し、
前記複数の島状領域は、前記第１の方向に沿って第１のピッチで形成されており、
前記複数の島状領域の１つが、前記第１の１次元フォトニック結晶部分の前記中心に位置する第１の島状領域から前記第１のピッチのＮ倍離れているとき、前記複数の島状領域の前記１つの前記第１の幅は、前記Ｎの二乗に比例して増加する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光制御デバイス。 The first one-dimensional photonic crystal portion includes a plurality of island-like regions arranged in the first direction with a gap.
Each of the plurality of island-shaped regions has a first width in the first direction.
The plurality of island-shaped regions are formed at a first pitch along the first direction.
When one of the plurality of island-shaped regions is separated from the first island-shaped region located at the center of the first one-dimensional photonic crystal portion by N times the first pitch, the plurality of islands are formed. The optical control device according to any one of claims 1 to 3, wherein the first width of the one of the shape regions increases in proportion to the square of N.
前記第２の１次元フォトニック結晶部分の第２の周期構造は、一定の周期構造である、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の光制御デバイス。 The one-dimensional photonic crystal portion includes a second one-dimensional photonic crystal portion.
It said second periodic structure of the second one-dimensional photonic crystal portion is constant of the periodic structure, the light control device according to any one of claims 1 to 4.
前記第１の電極に接続される第１のアンテナとを備える、電磁波検出装置。 The optical control device according to any one of claims 1 to 5.
An electromagnetic wave detection device including a first antenna connected to the first electrode.
前記基板の前記主面上に、前記１次元フォトニック結晶部を含む前記導波路を形成することと、
前記主面上に、前記第１の電極及び前記第２の電極を形成することと、
前記光学樹脂層を形成することとを備え、前記光学樹脂層を形成することは、インクジェット法によって、二次非線形感受率を有する光学樹脂材料を含む液体を、前記第１の電極と前記第２の電極との間に選択的に設けることを含み、前記光学樹脂層はパターニングされておらず、さらに、
前記第１の電極と前記第２の電極との間にポーリング電圧を印加して、前記光学樹脂材料を前記第２の方向に配向させることを備える、光制御デバイスの製造方法。 The method for manufacturing the optical control device according to any one of claims 1 to 5, wherein the manufacturing method for the optical control device is the method.
And that on the main surface of the substrate to form the waveguide including the one-dimensional photonic crystal portion,
And that on the primary surface to form said first electrode and said second electrode,
Wherein a forming an optical resin layer, wherein forming the optical resin layer, by an ink jet method, a liquid containing an optical resin material having a second order nonlinear susceptibility, wherein the first electrode and the second The optical resin layer is not patterned and further comprises being selectively provided between the electrodes.
A method for manufacturing an optical control device, comprising applying a polling voltage between the first electrode and the second electrode to orient the optical resin material in the second direction.
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