JP3456166B2 - フォトニック結晶を用いた光結合素子および光結合方法 - Google Patents
フォトニック結晶を用いた光結合素子および光結合方法Info
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
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- G02B6/30—Optical coupling means for use between fibre and thin-film device
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信、特に波長
多重通信や超高速光通信等に用いられる光結合素子およ
び光結合方法に関する。
多重通信や超高速光通信等に用いられる光結合素子およ
び光結合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の技術として、図３に示した、特開
平８−２３４０６２号公報に記載の「光結合デバイスお
よび光結合方法」がある。この従来技術を以下に説明す
る。半導体基板１０２上に光の伝搬方向に形状がテーパ
状に変化しているコア１０１を形成し、このコアを取り
囲むように第１のクラッド層１０３を形成する。第１の
クラッド層の屈折率はコアよりも小さく、かつ半導体基
板１０２よりも大きい。ここで、第１のクラッド層１０
３の厚さｔ２は、少なくとも、スポットサイズの大きい
光導波路素子との光結合端面近傍において、光結合端面
のスポットサイズが、前記スポットサイズの大きい光導
波路素子のスポットサイズの大きさに合うように設計さ
れる。このような光結合デバイスおよび光結合方法によ
り、スポットサイズを変換し、異なるスポットサイズの
光導波路素子を光結合することが可能となる。
平８−２３４０６２号公報に記載の「光結合デバイスお
よび光結合方法」がある。この従来技術を以下に説明す
る。半導体基板１０２上に光の伝搬方向に形状がテーパ
状に変化しているコア１０１を形成し、このコアを取り
囲むように第１のクラッド層１０３を形成する。第１の
クラッド層の屈折率はコアよりも小さく、かつ半導体基
板１０２よりも大きい。ここで、第１のクラッド層１０
３の厚さｔ２は、少なくとも、スポットサイズの大きい
光導波路素子との光結合端面近傍において、光結合端面
のスポットサイズが、前記スポットサイズの大きい光導
波路素子のスポットサイズの大きさに合うように設計さ
れる。このような光結合デバイスおよび光結合方法によ
り、スポットサイズを変換し、異なるスポットサイズの
光導波路素子を光結合することが可能となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の光結合
デバイスおよび光結合方法には、以下のような課題があ
る。すなわち、上述の光結合デバイスおよび光結合方法
では、入射側光線のスポットサイズと出射側光線のスポ
ットサイズを桁違いに変換することは難しい。特に、出
射側光線のスポットサイズを波長程度まで小さくするに
は、上記コア１０１のテーパを極めて急にする必要があ
り、もはやテーパとは定義できない形状になることが容
易に想像される。この結果、低損失で変換することが難
しくなる。特に、図１に示すようなフォトニック結晶を
用いた導波路を想定した場合には、導波路サイズが１μ
ｍ以下と波長以下となり、このサイズまでスポットサイ
ズ変換することは上記従来技術では不可能と考えられ
る。
デバイスおよび光結合方法には、以下のような課題があ
る。すなわち、上述の光結合デバイスおよび光結合方法
では、入射側光線のスポットサイズと出射側光線のスポ
ットサイズを桁違いに変換することは難しい。特に、出
射側光線のスポットサイズを波長程度まで小さくするに
は、上記コア１０１のテーパを極めて急にする必要があ
り、もはやテーパとは定義できない形状になることが容
易に想像される。この結果、低損失で変換することが難
しくなる。特に、図１に示すようなフォトニック結晶を
用いた導波路を想定した場合には、導波路サイズが１μ
ｍ以下と波長以下となり、このサイズまでスポットサイ
ズ変換することは上記従来技術では不可能と考えられ
る。
【０００４】本発明は上記課題を克服するためになされ
たもので、入射側光線のスポットサイズと出射側光線の
スポットサイズを桁違いに変換することを可能とした光
結合素子および光結合方法を提供するものである。特
に、図１に示すようなフォトニック結晶を用いた導波路
への光ファイバからの光結合を目的とする。すなわち、
光ファイバからの出射光のスポットサイズは約１０μｍ
であるのに対して、フォトニック結晶導波路の幅は１μ
ｍ以下であり、スポットサイズを１０分の１以下に変換
する必要がある。
たもので、入射側光線のスポットサイズと出射側光線の
スポットサイズを桁違いに変換することを可能とした光
結合素子および光結合方法を提供するものである。特
に、図１に示すようなフォトニック結晶を用いた導波路
への光ファイバからの光結合を目的とする。すなわち、
光ファイバからの出射光のスポットサイズは約１０μｍ
であるのに対して、フォトニック結晶導波路の幅は１μ
ｍ以下であり、スポットサイズを１０分の１以下に変換
する必要がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、スポットサイズが異なる光導波路素子どうしを結合
する光結合素子に、前記光導波路素子の利用する光の波
長と同程度の間隔で周期的な屈折率の変調構造を有する
フォトニック結晶を用いることにより、その出射端での
スポットサイズを入射端でのスポットサイズと異なるサ
イズに変換することを特徴とする光結合素子である。
は、スポットサイズが異なる光導波路素子どうしを結合
する光結合素子に、前記光導波路素子の利用する光の波
長と同程度の間隔で周期的な屈折率の変調構造を有する
フォトニック結晶を用いることにより、その出射端での
スポットサイズを入射端でのスポットサイズと異なるサ
イズに変換することを特徴とする光結合素子である。
【０００６】請求項２に記載の発明は、前記フォトニッ
ク結晶の有する分散面が、光入射方向から見て傾斜して
いるように結晶配置および光入射方向を設定することに
より、フォトニック結晶内伝播光の波数空間での広がり
幅が、入射光の波数空間での広がり幅に対して拡大する
よう設定し、この広がり幅と逆比例の関係にある実空間
でのスポットサイズを相対的に縮小させることを特徴と
する請求項１に記載の光結合素子である。
ク結晶の有する分散面が、光入射方向から見て傾斜して
いるように結晶配置および光入射方向を設定することに
より、フォトニック結晶内伝播光の波数空間での広がり
幅が、入射光の波数空間での広がり幅に対して拡大する
よう設定し、この広がり幅と逆比例の関係にある実空間
でのスポットサイズを相対的に縮小させることを特徴と
する請求項１に記載の光結合素子である。
【０００７】請求項３に記載の発明は、前記フォトニッ
ク結晶の有する分散面の曲率を、入射光の有する光錐の
曲率より大きくなるよう設定し、フォトニック結晶内の
実効屈折率を大きくし、波数空間での広がり幅と実空間
でのスポットサイズとの積を小さくし、フォトニック結
晶内伝播光の実空間でのスポットサイズを実効的に小さ
くすることを特徴とする請求項１または２に記載の光結
合素子である。
ク結晶の有する分散面の曲率を、入射光の有する光錐の
曲率より大きくなるよう設定し、フォトニック結晶内の
実効屈折率を大きくし、波数空間での広がり幅と実空間
でのスポットサイズとの積を小さくし、フォトニック結
晶内伝播光の実空間でのスポットサイズを実効的に小さ
くすることを特徴とする請求項１または２に記載の光結
合素子である。
【０００８】請求項４に記載の発明は、前記フォトニッ
ク結晶の有する分散面の曲率を、入射光の有する光錐の
曲率より小さくなるよう設定し、フォトニック結晶内伝
播光の実空間でのスポットサイズを実効的に大きくする
ことを特徴とする請求項３に記載の光結合素子である。
ク結晶の有する分散面の曲率を、入射光の有する光錐の
曲率より小さくなるよう設定し、フォトニック結晶内伝
播光の実空間でのスポットサイズを実効的に大きくする
ことを特徴とする請求項３に記載の光結合素子である。
【０００９】請求項５に記載の発明は、スポットサイズ
が異なる光導波路素子どうしを結合する光結合素子に、
前記光導波路素子の利用する光の波長と同程度の間隔で
周期的な屈折率の変調構造を有するフォトニック結晶を
用いることにより、その出射端でのスポットサイズを入
射端でのスポットサイズと異なるサイズに変換すること
を特徴とする光結合方法である。
が異なる光導波路素子どうしを結合する光結合素子に、
前記光導波路素子の利用する光の波長と同程度の間隔で
周期的な屈折率の変調構造を有するフォトニック結晶を
用いることにより、その出射端でのスポットサイズを入
射端でのスポットサイズと異なるサイズに変換すること
を特徴とする光結合方法である。
【００１０】本発明で用いるフォトニック結晶は、その
分散面（波数空間での等エネルギー面）が光入射方向か
ら見て傾斜しているように結晶配置および光入射方向が
設定されるか、あるいは分散面の曲率が入射光の有する
光錐の曲率より大きくなるように設定される。
分散面（波数空間での等エネルギー面）が光入射方向か
ら見て傾斜しているように結晶配置および光入射方向が
設定されるか、あるいは分散面の曲率が入射光の有する
光錐の曲率より大きくなるように設定される。
【００１１】
【発明の実施の形態】まず、本発明の原理を説明する。
前述の課題は，フォトニック結晶（以下ＰＣと呼ぶ）を
用い、以下のような原理を利用することによって解決さ
れる。まず、最も単純なスポットサイズ変換を考えてみ
る。スポットサイズ変換は、原理的には、図４に示すよ
うな一枚のレンズを用いて行える。この場合、レンズの
開口直径をＤ、レンズから集光スポットまでをＳとする
と、集光点での直径Ｗ（光強度が１／ｅ2となる距離Ｓ
でのビームウエストＷ）は以下の式で与えられる。 Ｗ＝４λ／π・Ｓ／Ｄ （１） ここでλは媒質内での波長である。
前述の課題は，フォトニック結晶（以下ＰＣと呼ぶ）を
用い、以下のような原理を利用することによって解決さ
れる。まず、最も単純なスポットサイズ変換を考えてみ
る。スポットサイズ変換は、原理的には、図４に示すよ
うな一枚のレンズを用いて行える。この場合、レンズの
開口直径をＤ、レンズから集光スポットまでをＳとする
と、集光点での直径Ｗ（光強度が１／ｅ2となる距離Ｓ
でのビームウエストＷ）は以下の式で与えられる。 Ｗ＝４λ／π・Ｓ／Ｄ （１） ここでλは媒質内での波長である。
【００１２】ビームウエストＷをλ／２とするには、Ｓ
／Ｄ（Ｆ値）を０．３９とする必要があり、通常のレン
ズでは困難である。特にこのときの焦点深度ＤＯＦは、 ＤＯＦ＝８λ／π・［Ｓ／Ｄ］2 （２） より０．３９λとなり、１．５５μｍ帯の場合、０．６
μｍしかないことが分かる。レンズコスト、アライメン
ト、サイズなどの問題が容易に想像される。
／Ｄ（Ｆ値）を０．３９とする必要があり、通常のレン
ズでは困難である。特にこのときの焦点深度ＤＯＦは、 ＤＯＦ＝８λ／π・［Ｓ／Ｄ］2 （２） より０．３９λとなり、１．５５μｍ帯の場合、０．６
μｍしかないことが分かる。レンズコスト、アライメン
ト、サイズなどの問題が容易に想像される。
【００１３】次に、上述した通常の回折光学の限界を不
確定性関係の形で考え直してみる。式（１）を以下のよ
うに書き直してみる。 Ｗ・［２πｎ／λ0・Ｄ／Ｓ］＝８ （３） ここでλ0は真空中の波長、ｎは媒質の屈折率である。
左辺のＷは実空間上の広がりを、［ ］内は波数空間上
の（横方向の）広がりを表している。これらをΔｒ、Δ
ｋと表せば、 Δｒ・Δｋ＞２π （４） という不確定性関係におけるほぼ極小値となっているこ
とがわかる。つまり、上述の最も単純なスポットサイズ
変換では、Δｋを意図的に拡大することによって、代わ
りにΔｒを縮小するスクイズド状態を生み出していると
解釈できる。
確定性関係の形で考え直してみる。式（１）を以下のよ
うに書き直してみる。 Ｗ・［２πｎ／λ0・Ｄ／Ｓ］＝８ （３） ここでλ0は真空中の波長、ｎは媒質の屈折率である。
左辺のＷは実空間上の広がりを、［ ］内は波数空間上
の（横方向の）広がりを表している。これらをΔｒ、Δ
ｋと表せば、 Δｒ・Δｋ＞２π （４） という不確定性関係におけるほぼ極小値となっているこ
とがわかる。つまり、上述の最も単純なスポットサイズ
変換では、Δｋを意図的に拡大することによって、代わ
りにΔｒを縮小するスクイズド状態を生み出していると
解釈できる。
【００１４】ところで、式（４）の屈折率ｎを右辺に移
し、 Δｒ・Δｋ0＞２π／ｎ （５） と書き直せば（ｋ0は真空中の波数）、ｎを大きくする
ほどΔｒとΔｋ0の積を実質的に小さくできることがわ
かる。先のスクイズ効果に対して揺らぎの積自体を全体
的に縮小するので、シュリンク効果と呼べる。
し、 Δｒ・Δｋ0＞２π／ｎ （５） と書き直せば（ｋ0は真空中の波数）、ｎを大きくする
ほどΔｒとΔｋ0の積を実質的に小さくできることがわ
かる。先のスクイズ効果に対して揺らぎの積自体を全体
的に縮小するので、シュリンク効果と呼べる。
【００１５】次に、上記概念を踏まえ、フォトニック結
晶を用いたスポットサイズ変換を考えてみる。以下、上
述のスクイズ効果とシュリンク効果を順に説明する。
晶を用いたスポットサイズ変換を考えてみる。以下、上
述のスクイズ効果とシュリンク効果を順に説明する。
【００１６】最初に、Δｋをできるだけ大きくし、Δｒ
を抑えるスクイズ法を考える。図５のような波数空間を
考える。横軸は入射面に対して平行な波数成分を、縦軸
は垂直な波数成分を表している。図中の直線は通常屈折
率楕円体と呼ばれる分散関係の一部で、分散面とここで
は呼ぶ。横方向の波数広がりΔｋiを持つ入射光はこの
分散面によって媒質内での波数広がりΔｋpに変換され
る。この図より分かるように、分散面が入射面より傾い
ているほどΔｋp／Δｋi比は大きく取れ、逆にΔｒpは
Δｒiより小さくできる。
を抑えるスクイズ法を考える。図５のような波数空間を
考える。横軸は入射面に対して平行な波数成分を、縦軸
は垂直な波数成分を表している。図中の直線は通常屈折
率楕円体と呼ばれる分散関係の一部で、分散面とここで
は呼ぶ。横方向の波数広がりΔｋiを持つ入射光はこの
分散面によって媒質内での波数広がりΔｋpに変換され
る。この図より分かるように、分散面が入射面より傾い
ているほどΔｋp／Δｋi比は大きく取れ、逆にΔｒpは
Δｒiより小さくできる。
【００１７】通常の結晶ではこの分散面（屈折率楕円
体）は、図６のように円形をしており、しかもｎ＞１
（吸収のない波長において）のため真空中の分散面より
も必ず大きく、図のようにΔｋp／Δｋi比はあまり大き
く取れないという事情がある。
体）は、図６のように円形をしており、しかもｎ＞１
（吸収のない波長において）のため真空中の分散面より
も必ず大きく、図のようにΔｋp／Δｋi比はあまり大き
く取れないという事情がある。
【００１８】フォトニック結晶では、この分散面の形状
を自由に制御することができる。例えば、図７のような
星状の分散面を考えると、図の斜線の領域では分散面が
鋭く傾斜しており、Δｋp／Δｋi比はかなり大きいこと
が分かる。
を自由に制御することができる。例えば、図７のような
星状の分散面を考えると、図の斜線の領域では分散面が
鋭く傾斜しており、Δｋp／Δｋi比はかなり大きいこと
が分かる。
【００１９】次にシュリンク効果を考える。つまり、実
効的なｎを極めて大きく取ることにより、同じΔｋでも
実効的にΔｒを縮小する方法を考える。フォトニック結
晶中では、屈折率は正確には定義できないため、以下の
ように考える。通常の（等方性）結晶では、屈折率に比
例して分散面（屈折率楕円体）の円の半径が大きくな
る。ＰＣではこれが円形ではないため、注目領域の曲率
半径で実効屈折率を定義することにする。つまり、直線
に近いほど実効的にｎが大きくなり、ΔｒとΔｋの積を
小さくすることが可能である。図７の分散面は、斜線部
において、およそこの条件を満たしており、Δｋとｎの
２つの相乗効果が期待できる。
効的なｎを極めて大きく取ることにより、同じΔｋでも
実効的にΔｒを縮小する方法を考える。フォトニック結
晶中では、屈折率は正確には定義できないため、以下の
ように考える。通常の（等方性）結晶では、屈折率に比
例して分散面（屈折率楕円体）の円の半径が大きくな
る。ＰＣではこれが円形ではないため、注目領域の曲率
半径で実効屈折率を定義することにする。つまり、直線
に近いほど実効的にｎが大きくなり、ΔｒとΔｋの積を
小さくすることが可能である。図７の分散面は、斜線部
において、およそこの条件を満たしており、Δｋとｎの
２つの相乗効果が期待できる。
【００２０】幸いなことに、上記のｎ〜∞の条件は、う
まく条件を合わせれば、回折限界よりはるかに細いコリ
メート光が生成できることになる。通常の結晶を用いた
場合に比べ、焦点深度が（理想的には）無限であり、並
進自由度があるため、アライメントコストが大幅に低減
できる。
まく条件を合わせれば、回折限界よりはるかに細いコリ
メート光が生成できることになる。通常の結晶を用いた
場合に比べ、焦点深度が（理想的には）無限であり、並
進自由度があるため、アライメントコストが大幅に低減
できる。
【００２１】次に、本発明の一実施形態を図面を参照し
て具体的かつ詳細に説明する。本実施形態は、本発明の
請求項１から４に係わる光結合素子の実施形態の一例で
あって、図１は本実施形態の光結合素子の構造を示す模
式図である。
て具体的かつ詳細に説明する。本実施形態は、本発明の
請求項１から４に係わる光結合素子の実施形態の一例で
あって、図１は本実施形態の光結合素子の構造を示す模
式図である。
【００２２】上記の原理の説明で参照した図７に示す、
星形をした媒質中の分散面７２は、実際のＰＣで得るこ
とができる。図２にそのＰＣの立体構造を示す。厚さ２
μｍのＳｉ（シリコン）２１が、上下２枚のＳｉＯ２
（酸化シリコン）２２および２３に挟まれている。Ｓｉ
２１には直径０．６μｍの円筒状の穴が０．７μｍのピ
ッチで三角格子状に開けられている。
星形をした媒質中の分散面７２は、実際のＰＣで得るこ
とができる。図２にそのＰＣの立体構造を示す。厚さ２
μｍのＳｉ（シリコン）２１が、上下２枚のＳｉＯ２
（酸化シリコン）２２および２３に挟まれている。Ｓｉ
２１には直径０．６μｍの円筒状の穴が０．７μｍのピ
ッチで三角格子状に開けられている。
【００２３】このＰＣを図１のようにＰＣ導波路１２に
対して配置する。その構造を以下に説明する。図２の構
造を持つＰＣを、図１の光結合用ＰＣ１１に示したよう
に斜めに加工し、光ファイバ１３とＰＣ導波路１２の中
間に配置する。光結合用ＰＣ１１の傾斜角は、ＰＣ導波
路１２に対して７０°となるようにする。光ファイバ１
３から出る出射光は、光結合用ＰＣ１１の入射面の法線
方向に対して７°となるようにする。また、光結合用Ｐ
Ｃ１１の入射端面は図２の光入射面２４とし、光出射面
２５をこれに対して７０°の角をなすよう光学研磨す
る。光ファイバからの出射光は波長が１．５５μｍであ
ると想定する。
対して配置する。その構造を以下に説明する。図２の構
造を持つＰＣを、図１の光結合用ＰＣ１１に示したよう
に斜めに加工し、光ファイバ１３とＰＣ導波路１２の中
間に配置する。光結合用ＰＣ１１の傾斜角は、ＰＣ導波
路１２に対して７０°となるようにする。光ファイバ１
３から出る出射光は、光結合用ＰＣ１１の入射面の法線
方向に対して７°となるようにする。また、光結合用Ｐ
Ｃ１１の入射端面は図２の光入射面２４とし、光出射面
２５をこれに対して７０°の角をなすよう光学研磨す
る。光ファイバからの出射光は波長が１．５５μｍであ
ると想定する。
【００２４】実際にスポットサイズの変換を試みた実験
の結果を図８及び図９に示す。入射光８２のモード幅
（Ａ）約４０μｍに対し、ＰＣ８１内の伝播光８３のモ
ード幅（Ｂ）約４μｍが得られており、スポットサイズ
変換率として１／１０が得られている。本実験では評価
上の都合により入射光８２のモード幅（Ａ）として約４
０μｍを用いたが、図１に示したようにコア径１０μｍ
の光ファイバ１３からの出射光を先球加工により５μｍ
程度まで絞って光結合用ＰＣ１１に入射すれば、光結合
用ＰＣ１１で１／１０に絞ることにより０．５μｍのス
ポットサイズが得られ、ＰＣ導波路１２に効率良く光結
合することができる。
の結果を図８及び図９に示す。入射光８２のモード幅
（Ａ）約４０μｍに対し、ＰＣ８１内の伝播光８３のモ
ード幅（Ｂ）約４μｍが得られており、スポットサイズ
変換率として１／１０が得られている。本実験では評価
上の都合により入射光８２のモード幅（Ａ）として約４
０μｍを用いたが、図１に示したようにコア径１０μｍ
の光ファイバ１３からの出射光を先球加工により５μｍ
程度まで絞って光結合用ＰＣ１１に入射すれば、光結合
用ＰＣ１１で１／１０に絞ることにより０．５μｍのス
ポットサイズが得られ、ＰＣ導波路１２に効率良く光結
合することができる。
【００２５】
【発明の効果】本発明によれば、波長程度の導波路幅を
持つ光導波路素子にも効率良く光結合することができ
る。
持つ光導波路素子にも効率良く光結合することができ
る。
【図１】 本発明の一実施形態のフォトニック結晶を用
いた光結合素子の構成を示す模式図である。
いた光結合素子の構成を示す模式図である。
【図２】 本発明の一実施形態のフォトニック結晶を用
いた光結合素子の光結合用フォトニック結晶の構造を示
す模式図である。
いた光結合素子の光結合用フォトニック結晶の構造を示
す模式図である。
【図３】 従来例の光結合デバイスの構成を示す模試図
である。
である。
【図４】 本発明の原理を説明するための図である。
【図５】 本発明の原理を説明するための図である。
【図６】 本発明の原理を説明するための図である。
【図７】 本発明の原理を説明するための図である。
【図８】 本発明の実施形態で使用した光結合素子のス
ポットサイズ変換効果を説明するための図である。
ポットサイズ変換効果を説明するための図である。
【図９】 本発明の実施形態で使用した光結合素子のス
ポットサイズ変換効果を説明するための図である。
ポットサイズ変換効果を説明するための図である。
11 光結合用フォトニック結晶
12 フォトニック結晶導波路
13 光ファイバ
21 導波層
22 クラッド層
23 クラッド層
24 光入射面
101 コア
102 半導体基板
103 クラッド層
107 出射光
108 入射光
41 入射側スポット
42 レンズ
43 出射側スポット
51 分散面
61 真空中の分散面
62 媒質中の分散面
71 真空中の分散面
72 媒質中の分散面
81 フォトニック結晶
82 入射光
83 伝播光
91 入射光
92 伝播光
フロントページの続き
(56)参考文献 特表 平８−505707（ＪＰ，Ａ)
小坂 英男 外６名，フォトニック結
晶の異方性分散応用，第46回 応用物理
学関係連合講演会 講演予稿集，日本,
（社）応用物理学会，1999年 ３月28
日，第３分冊，1968
Ｈｉｄｅｏ Ｋｏｓａｋａ ｅｔ ａ
ｌ．，Ｓｅｌｆ−Ｃｏｌｌｉｍａｔｉｎ
ｇ Ｐｈｅｎｏｍｅｎａ ｉｎ ｐｈｏ
ｔｏｎｉｃ ｃｒｙｓｔａｌｓ，Ａｐｐ
ｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅ
ｒｓ，米国，1999年 ３月 １日，Ｖｏ
ｌ．74，Ｎｏ．９，Ｐ1212−1214
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G02B 6/30
Claims (3)
- 【請求項１】スポットサイズが異なる光導波路素子どう
しを結合する光結合素子に、前記光導波路素子の利用す
る光の波長と同程度の間隔で周期的な屈折率の変調構造
を有するフォトニック結晶を用いることにより、その出
射端でのスポットサイズを入射端でのスポットサイズと
異なるサイズに変換する光結合素子であって、 前記フォトニック結晶の有する分散面が、光入射方向か
ら見て傾斜しているように結晶配置および光入射方向を
設定することにより、フォトニック結晶内伝播光の波数
空間での広がり幅が、入射光の波数空間での広がり幅に
対して拡大するよう設定し、この広がり幅と逆比例の関
係にある実空間でのスポットサイズを相対的に縮小させ
ることを特徴とする光結合素子。 - 【請求項２】前記フォトニック結晶の有する分散面の曲
率を、入射光の有する光錐の曲率より大きくなるよう設
定し、フォトニック結晶内の実効屈折率を大きくし、波
数空間での広がり幅と実空間でのスポットサイズとの積
を小さくし、フォトニック結晶内伝播光の実空間でのス
ポットサイズを実効的に小さくすることを特徴とする請
求項１に記載の光結合素子。 - 【請求項３】前記フォトニック結晶の有する分散面の曲
率を、入射光の有する光錐の曲率より小さくなるよう設
定し、フォトニック結晶内伝播光の実空間でのスポット
サイズを実効的に大きくすることを特徴とする請求項２
に記載の光結合素子。
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-
2000
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