光変調素子及びそれを有する光変調装置
【課題】 可視光領域にて動作可能で、かつ、高速に光制御が可能で、かつ動作が容易な光変調素子を得ること。
【解決手段】 フォトニック結晶の欠陥により形成された導波路と、該導波路へキャリアを伝導するキャリア伝導領域と、該キャリア伝導領域にキャリアを注入する電極と、前記導波路へ伝導されるキャリア量を制御するための電流制御手段とを有し、前記フォトニック結晶および前記電極を構成する材料の主組成はTiO2であって、前記電流制御手段は、前記導波路へ伝導されるキャリア量に応じて前記導波路を形成する媒質の屈折率を変化させることにより前記導波路を導波する光を変調することを特徴とする光変調素子。
【解決手段】 フォトニック結晶の欠陥により形成された導波路と、該導波路へキャリアを伝導するキャリア伝導領域と、該キャリア伝導領域にキャリアを注入する電極と、前記導波路へ伝導されるキャリア量を制御するための電流制御手段とを有し、前記フォトニック結晶および前記電極を構成する材料の主組成はTiO2であって、前記電流制御手段は、前記導波路へ伝導されるキャリア量に応じて前記導波路を形成する媒質の屈折率を変化させることにより前記導波路を導波する光を変調することを特徴とする光変調素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、屈折率周期構造を有するフォトニック結晶を用いた光変調素子及びそれを有する光変調装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光の強度変調やスイッチングには、応答速度が速いことや動作効率が良いことが求められる。光通信波長帯域においてはサブマイクロ秒からナノ秒以下の応答速度が求められている。
【０００３】
これらの要求に対して、フォトニック結晶を利用した光変調素子によれば応答速度を高速化したり、動作効率を改善したりできることが提案されている。フォトニック結晶を用いることによって、微小な屈折率変化に対して光学特性を大きく変化させることができ、光を制御できるためである（特許文献１）。
【０００４】
フォトニック結晶は、波長以下の周期を持つ構造物であって、電磁波の透過・反射特性などを制御することができる（非特許文献１）。構造物の周期を光の波長程度にまで小さくすることによって、光の透過・反射特性を制御することができる。入射角度に依存することなく、ほぼ１００％の反射率を有する波長帯域は、フォトニックバンドギャップ（ＰＢＧ）と呼ばれている。
【０００５】
また、フォトニック結晶中に周期を乱す点欠陥や線欠陥を設けることで、欠陥部分に電場強度を集中させることができる。点欠陥を設けた場合には共振器として、線欠陥を設けた場合には導波路として機能させることができる。
【０００６】
フォトニックバンドギャップは、フォトニック結晶の次元、構成する材料の屈折率、材料の空間充填率、格子周期間隔、格子形状などによって変化する。つまり、これらのパラメータを制御することで、光の透過・反射特性を制御することができる。
【０００７】
フォトニック結晶の光学的な透過・反射特性を動的に制御する手段としては、フォトニック結晶を構成する材料の屈折率を変調する方法が挙げられる。材料の屈折率を変調する手段としては、強誘電体材料が有する電気光学効果を用いるものが知られている(特許文献１)。この他、熱光学効果による屈折率変化を用いるもの(非特許文献２)、液晶材料などの屈折率異方性を用いるものが知られている（非特許文献３）。量子ドットの非線形光学効果を用いるものや（非特許文献４）、光励起によるキャリア濃度変化による屈折率変化を用いるものが知られている(非特許文献５)。また、実効的な屈折率を変調させる手段としては、ＭＥＭＳにより屈折率の異なる物体を近接させてフォトニック結晶の実効的な屈折率を変調する方法が知られている(非特許文献６)。ピエゾ材料を用いてフォトニック結晶の格子配列を歪ませる方法が知られている(非特許文献７)。
【特許文献１】特開2004-317540
【非特許文献１】Physical Review Letters,Vol.58,pp.2059,1987年
【非特許文献２】Optics Express Vol.12,No.4,pp.588,2004年
【非特許文献３】光技術コンタクト Vol.39,No.11,pp.658,2001年
【非特許文献４】Optics Express Vol.12,No.26,pp.6606,2004年
【非特許文献５】Optics Express Vol.13,No.7,pp.2678,2005年
【非特許文献６】OPTRONICS No.11,pp.127,2005年
【非特許文献７】Ａpplied Physics Letters,Vol.78,No.20,pp.3015,2001年
【非特許文献８】Solid-State Electronics, Vol.47,pp.2275,2003年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１では、フォトニック結晶と同程度の微細構造上の特定部分に対して電極を配置し、特定部分のみ電圧を印加することで局所的に屈折率を変調することで光変調素子を実現する技術が開示されている。
【０００９】
特許文献１では、特定領域に一定の電界を印加することで、安定した屈折率変化が可能な光学素子を提供することを課題としている。前記課題に対して、対象波長以下の周期を持つ凹凸形状からなる微細周期構造を有する光学素子の所定の領域に電界を印加する手段を提示している。
【００１０】
この手段により、効率よく所定領域に対して電界を印加し、強誘電体材料の屈折率を変調することで、フォトニック結晶が有するＰＢＧ波長特性の制御が可能であることを開示している。しかしながら、電極材料により導電性の優れた金属電極を使用する必要があり、材料の吸収により導波損失が大きくなることが課題になる。
【００１１】
前記課題を回避するために、強誘電体導波路部分の上部に強誘電体材料よりも低い屈折率を有する保護層を設け、導波モードの電磁場分布と電極との重なりを低減し、導波損失を低減する方法が示されている。
【００１２】
強誘電体導波路部分の上部に保護層を設けることで、コアとクラッドとの屈折率差が小さくなり、導波路内部への導波モード閉じ込めが弱くなる。すなわち、導波モードの電磁場分布が広がることになる。その結果、導波モード電磁場分布の裾が電極と重なり導波損失が生じることになる。
【００１３】
これを回避するためには、保護層厚を大きくとることも考えられるが、フォトニック結晶構造の微細周期と比較して格段に厚い保護層を設ける必要があるため、局所的に電圧を印加することが困難となる。
【００１４】
従って、フォトニック結晶の特定部分のみに電圧を印加することで局所的に屈折率を変調することが困難となるか、あるいは、変調のために高い電圧を印加する必要がある。
【００１５】
一方、導波モード径よりも深い格子構造をとることで、導波モードの電磁場分布と電極との重なりを低減し、導波損失を低減する手段も考えられる。しかしながら、強誘電体基板にアスペクト比の高い構造を精密に作製する高度な技術が必要であるため現実的ではない。
【００１６】
また、強誘電体材料を用いた電界強度変調による屈折率変調は、一般に１マイクロ秒からサブマイクロ秒のオーダーで動作可能である。しかしながら、微細構造内部に強誘電体材料を充填することにより、強誘電体材料の結晶構造欠陥による結晶品質低下などの要因によって、応答速度が遅くなるなどの問題がある。
【００１７】
加えて、開示されている技術においては、２つ以上の材料を積層あるいは充填して構成されている。異種材料の組み合わせでは、異種材料間の密着性や内部応力の違いによる構造歪が問題となる。
【００１８】
特にフォトニック結晶のように微細な構造を有する素子においては、前記問題はより顕著に現れる。
【００１９】
不完全な異種材料密着や内部応力の違いによる構造歪により、強誘電体材料の結晶歪みや欠陥による電気光学効果の能率が低下すること、回路の短絡や切断が生じること、などにより所望の特性を得られなくなるという課題がある。
【００２０】
更に、複数の異種材料を精度よく作製する高度な技術を要し、また、作製工程もより複雑なものとなり得る。よって、素子の歩留まり低下が懸念される。以上のように特許文献1においては、導波損失、印加電圧、応答速度、異種材料の加工性の観点において課題を有している。
【００２１】
非特許文献２では、熱光学効果を利用して屈折率変調を行っており、材料を加熱するためのヒータとして金属を用いている。ヒータのオンオフにより材料屈折率を変調し、マッハ・ツェンダー干渉型光スイッチを実現している。
【００２２】
しかしながら、ヒータに金属を用いることは、導波損失を増大するため好ましくない。たとえ、電極が吸収損失を持たない材料であっても、フォトニック結晶導波路上にヒータを設けることによって、導波路構造がスラブの上下方向に対して屈折率分布が非対称構造となるため、導波損失が増大する。
【００２３】
その結果、スイッチ動作オンオフ時の光信号のコントラストが低下し得る。また、応答速度が１００マイクロ秒オーダーと低速であるため用途が限られる。以上のように非特許文献２では、導波損失、応答速度の観点において課題を有している。
【００２４】
非特許文献３では、液晶材料が有する屈折率異方性を利用した変調が記載されている。しかしながら、応答速度は液晶材料に依存しておりミリ秒オーダーと速度が遅いこと、高強度光に対する耐性が低いこと、高温環境下では液晶材料の変質を引き起こすこと、などの課題がある。以上のように非特許文献3では、応答速度、材料の環境安定性の観点において課題を有している。
【００２５】
非特許文献４では、ＩｎＡｓ量子ドットを用いた光スイッチが提示されている。量子ドットを含む非線形光導波路に制御光を入射することで、ピコ秒オーダーの超高速な光スイッチを実現できる。
【００２６】
しかしながら、動作波長を制御するためには、量子ドットの大きさや密度、量子ドット材料を適切に制御する必要があり高度な作製技術を要するという問題がある。また、スイッチングには外部から励起光を入射する必要があり、集積化を行う際には膨大な光源が必要となり回路面積を小さくすることが困難である。以上のように非特許文献4では、作製技術、集積化の観点において課題を有している。
【００２７】
一方、化合物半導体材料などの半導体材料による屈折率変調技術が知られている。例えば、半導体DBRレーザの発振波長を制御する技術として、回折格子部分に電流を注入することによって屈折率変化を誘起し、レーザ発振波長を変化させることが可能であり実用化されている。
【００２８】
これは、半導体材料におけるキャリア密度が変化することにより分極が変化し、その結果、屈折率変化が誘起されるものである。この物理現象は、キャリアプラズマ効果（あるいはバンドフィリング効果）として知られている。屈折率変化が誘起される速度は、キャリアの拡散速度によって決定され、ナノ秒オーダーの応答速度を実現可能である。
【００２９】
キャリアプラズマ効果を利用した光素子としては、主に化合物半導体材料やＳｉが用いられている。しかしながら、可視光領域で利用可能な素子はほとんど報告がない。これは、従来用いられていた材料は、可視光波長領域に吸収を持つ材料であったためである。
【００３０】
また、非特許文献５では、光注入によってキャリアプラズマ効果を誘起する構成を開示している。外部から励起光を入射することで強励起することによって、サブピコ秒オーダーの超高速応答が期待できる。
【００３１】
しかしながら、スイッチングに必要なエネルギーが大きいこと、複数のスイッチング素子を集積化するためにはレーザなどの励起光源の数が膨大になること、複雑な構成になり小型化が困難であること、などの課題がある。
【００３２】
以上のように、非特許文献5では、動作波長帯域、動作エネルギー、集積化の観点において課題がある。
【００３３】
非特許文献６では、ＭＥＭＳを用いた屈折率変調手段を開示している。
【００３４】
ここでは、光導波路の近傍に屈折率部材を配置し、機械的手段を用いて屈折率部材を光導波路に近接させることで、光導波路が感じる実効的な屈折率を変化させることで、光スイッチングすることが可能である。しかしながら、応答速度がマイクロ秒オーダーと低速であり用途が限られるという課題がある。
【００３５】
非特許文献7では、ピエゾを用いた格子定数制御によるフォトニック結晶自体が有する実効的な屈折率を変調することで、フォトニックバンドギャップ帯域を制御している。しかしながら、応答速度がマイクロ秒オーダーと低速であること、駆動電圧が大きいこと、などの課題がある。
【課題を解決するための手段】
【００３６】
本発明の一例としての光変調素子は、フォトニック結晶の欠陥により形成された導波路と、該導波路へキャリアを伝導するキャリア伝導領域と、該キャリア伝導領域にキャリアを注入する電極と、前記導波路へ伝導されるキャリア量を制御するための電流制御手段とを有し、前記フォトニック結晶および前記電極を構成する材料の主組成はTiO2であって、前記電流制御手段は、前記導波路へ伝導されるキャリア量に応じて前記導波路を形成する媒質の屈折率を変化させることにより前記導波路を導波する光を変調することを特徴とする。
【００３７】
本発明の一例としての光変調素子は、フォトニック結晶の欠陥により形成された導波路と、フォトニック結晶の欠陥により形成された共振器と、該共振器へキャリアを伝導するキャリア伝導領域と、該キャリア伝導領域にキャリアを注入する電極と、前記共振器へ伝導されるキャリア量を制御するための電流制御手段とを有し、前記フォトニック結晶と前記電極を構成する材料の主組成はTiO2であって、前記電流制御手段は、前記共振器へ伝導されるキャリア量に応じて前記共振器を形成する媒質の屈折率を変化させることにより前記共振器の共振モード周波数を変化させて、前記導波路から前記共振器への導波を制御することを特徴とする。
【００３８】
本発明の一例としての光変調素子は、フォトニック結晶の欠陥により形成された導波路と、該導波路の周囲に設けられた屈折率変調領域と、該屈折率変調領域へキャリアを伝導するキャリア伝導領域と、該キャリア伝導領域にキャリアを注入する電極と、前記屈折率変調領域へ伝導されるキャリア量を制御するための電流制御手段とを有し、前記フォトニック結晶および前記電極を構成する材料の主組成はTiO2であって、前記電流制御手段は、前記屈折率変調領域へ伝導されるキャリア量に応じて前記屈折率変調領域を形成する媒質の屈折率を変化させることにより前記導波路を導波する光を変調することを特徴とする光変調素子。
【発明の効果】
【００３９】
本発明は、可視光領域にて動作可能で、かつ、高速に光制御が可能で、かつ動作が容易な光変調素子の提供を目的とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
【実施例１】
【００４１】
図１は本発明の実施例１の要部概略図である。３次元のフォトニック結晶と電流制御手段を有するマッハ・ツェンダー型の光変調素子の要部概略図である。
【００４２】
本実施例の光変調素子は、入力導波路から入力された光を導波路を介して出力導波路から選択的に出力する構成である。
【００４３】
本実施例に係るフォトニック結晶は、屈折率周期構造を有し、フォトニックバンドギャップを呈している。
【００４４】
導波路はフォトニック結晶中に屈折率周期構造を乱す孤立した欠陥部により形成されている。
【００４５】
マッハ・ツェンダー型の光変調素子は、マッハ・ツェンダー型干渉計の原理を応用したものである。即ち、１つの光路（導波路）を2つの光路（導波路）に分割し、一方の光路（導波路）に対してのみ光に位相差を与えたのちに１つの光路（導波路）に合成することで光強度を変調して出力することができる構成となっている。
【００４６】
この光変調素子では、２つの光路の光路長差がないか、又は光学波長の整数倍である場合には、入射光と同じ強度の光が射出する。しかしながら、光路長差が光学波長の半波長か半波長＋波長の整数倍である場合には、位相が打ち消しあって射出光の強度がゼロになる。
【００４７】
本実施例のマッハ・ツェンダー型の光変調素子では、一方の光路（導波路）を形成する媒質である半導体の酸化チタン（TiO２）材料にキャリアを注入して屈折率を変化させることにより一方の導波路を導波する光の位相を制御している。
【００４８】
実施例１の光変調素子は、基板１０１上に３次元のフォトニック結晶１０２、１０３を設けている。更にフォトニック結晶１０２、１０３の内部に線欠陥により形成された導波路、１０４、１０５、１０６、１０７を設けている。
【００４９】
フォトニック結晶１０２、１０３は、フォトニック結晶１０２、１０３と比較して抵抗値が高い材料からなる基板１０１の上に構成されている。
【００５０】
図１では、入力導波路１０４側から光を入射し、分岐部１１から導波路１０５と導波路１０６とに分岐し、結合部１２にて結合した光は出力導波路１０７から射出するという光路を示している。
【００５１】
導波路１０５の一部分１０５ａはｎ型TiO2およびｐ型TiO2材料で構成された屈折率変調領域であり、電流制御手段１０８が接続されている。電流制御手段１０８を用いて、導波路１０５の一部分１０５ａに供給するキャリア量を制御し、屈折率変調領域１０５ａの屈折率を変調している。
【００５２】
本実施例の光変調素子は、フォトニック結晶１０２、１０３の少なくとも一部に設けられたキャリア伝導領域１０２２、１０３２と、キャリア伝導領域１０２２、１０３２にキャリアを注入するための電極１０２１、１０３１を具備している。
【００５３】
そしてキャリア伝導領域へのキャリア注入によって導波路を構成する媒質の屈折率が変化する屈折率変調領域１０５ａを具備している。更に、導波路の屈折率変調領域１０５ａに注入するキャリア量を制御するための電流制御手段１０８を具備している。
【００５４】
屈折率変調領域１０５ａは、分岐された導波路１０５の全体または一部でも良いし、分岐された導波路１０５の周囲に形成されても良い。
【００５５】
そしてフォトニック結晶１０２、１０３、導波路１０４〜１０７、キャリア伝導領域１０２２、１０３２および電極１０２１、１０３１を構成する材料の主組成はTiO２である。
【００５６】
このように本実施例では、光変調素子を構成する一部の材料としてTiO２を主組成とする材料を用いている。
【００５７】
TiO２は、導電性、半導体性を有する材料である。TiO２自体は、ｎ型半導体であるが、TiO２にＮｂなどの微量の金属をドープすることで導電性材料として機能する。また、TiO２の強還元によって組成をTiO２−xとすることで、p型の半導体として特性を有するようになる(非特許文献８)。
【００５８】
次に主組成がTiO２であることについて説明する。
【００５９】
TiO２は、化学量論比（ストイキオメトリー）として、Ti原子１個に対して、酸素原子２個の割合で構成されている。
【００６０】
TiO２にＮｂなどの微量の金属をドープすることで、Ti１−ｘNbｘO２の化学組成をとり、化学量論比として、Ti原子（１−ｘ）個、Ｎｂ原子ｘ個、酸素原子２個の割合で構成されていることを示す。
【００６１】
ここでTiO２を主組成とする材料としては、上記化学量論比におけるｘの値が、０．５未満であればよい。例えば、Ｎｂをドープした場合に主組成がTiO２であるためには、一般に、ｘの値が、０から０．２程度の範囲の化学組成であれば良い。
【００６２】
図２は、図１中の点線での断面ivでの構成の概略図である。屈折率の変調により位相差を与えるための導波路１０５の近傍(屈折率変調領域１０５ａ)は、ｎ型TiO2からなるキャリア伝導領域（フォトニック結晶）１０３２とｐ型TiO2からなるキャリア伝導領域（フォトニック結晶）１０２２とから構成されている。
【００６３】
これらのフォトニック結晶からなるキャリア伝導領域１０３２および１０２２には、キャリアを注入するための電極１０３１および１０２１が接続されている。
【００６４】
電極１０３１、１０２１には電流制御手段１０８が接続してある。電流制御手段１０８により注入するキャリア量を制御することにより、導波路１０５および導波路１０５近傍の屈折率変調領域１０５ａの屈折率を変化させることができる。
【００６５】
また、屈折率変調領域１０５ａへキャリアを効率よく注入するためには、絶縁材料で構成した電流狭窄構造（絶縁部材）１０９を導波路以外の領域に設けることも効果的である。
【００６６】
本実施例においてキャリア伝導領域１０２２、１０３２を構成する材料は、ｎ型TiO2およびｐ型TiO2である。
【００６７】
導波路の屈折率変調領域１０５ａは、ｎ型TiO2から成るキャリア伝導領域１０３２とｐ型TiO2から成るキャリア伝導領域１０２２とに狭まれている。ｎ型TiO2から成るキャリア伝導領域１０３２とｐ型TiO2から成るキャリア伝導領域１０２２とに狭まれた絶縁材料１０９は、屈折率変調領域１０５ａ以外の領域（導波路１０５以外の領域）に設けられている。
【００６８】
ｎ型TiO2から成るキャリア伝導領域１０３２とｐ型TiO2２から成るキャリア伝導領域１０２２のエネルギーバンドギャップは、屈折率変調領域１０５ａにキャリアを閉じ込める構造より成っている。
【００６９】
本実施例では、以上のように電流制御手段１０８により注入されるキャリア量を変調することにより、屈折率変調領域１０５ａの媒質の屈折率を変調させている。これにより出力導波路１０７から出力される光の出力強度を変調することができる光変調素子を得ている。
【００７０】
実施例１について、フォトニック結晶が図３に示すような２次元構造であっても良い。図３の光変調素子は基板２０１、フォトニック結晶２０２、線欠陥により形成された導波路２０３、２０４，２０５、２０６、電流制御手段２０７、導波路の屈折率変調領域２０８を有している。
【００７１】
電流制御手段２０７によって導波路の屈折率変調領域２０８へのキャリア注入量を制御することにより、屈折率変調領域２０８における媒質の屈折率が変化し、導波路２０４を導波する光の位相を変調することができる。
【００７２】
その結果、出力導波路２０６から出力される光強度が、線欠陥導波路２０４にて受けた位相変調に応じて変調されて出力される。
【００７３】
また、上記実施例において、基板２０１には、導波モード周波数において吸収を持たない材料を用いることが好適である。可視光領域での動作を例に挙げれば、石英やガラスなどの透明かつ導電性の小さい材料が好適である。基板へのキャリア流出を防ぎ、より効果的にキャリア注入することができる。基板側への放射モードを抑制するため、および、キャリア流出を抑制するために、基板を除去することによりエアブリッジ構造にしてもよい。
【００７４】
また、キャリア濃度変化を誘起し屈折率変調を与えるための屈折率変調領域の大きさには制限はなく、基板上一面に設けてもよいし一部でもよい。ただし、より効果的な配置としては、線欠陥により形成された導波路およびその近傍に屈折率変調領域を配置することが望ましい。線欠陥導波路部分への屈折率変調を効率よく行えるためである。
【００７５】
また、屈折率変調領域へ効率よくキャリアを注入するための電流狭窄構造を設けることも効果的である。
【００７６】
以上のように、入力導波路から入力された光を２つの導波路に分岐し、一方の導波路を導波する光に屈折率変調領域で位相差を与えることにより、一方の導波路と他方の導波路が合成された出力導波路から出射される光の強度を制御している。
【００７７】
このような構成により、高効率で高速な変調が可能な光変調素子を構成することができる。
【実施例２】
【００７８】
図４は本発明の実施例２として、３次元のフォトニック結晶構造と電流制御手段とを有するマッハ・ツェンダー型の光変調素子の要部概略図である。
【００７９】
図４におけるマッハ・ツェンダー型の光変調素子は、基板３０１、３次元のフォトニック結晶３０２を有している。フォトニック結晶３０２の内部に、３次元の線欠陥から成る導波路３０３、３０４、３０５、３０６、３０７，３０８と、屈折率変調領域３０９、分岐部３５、３６が設けられている。
【００８０】
ここで３０３、３０４は入力導波路、３０５、３０６は導波路、３０７、３０８は出力導波路である。３１０は電流制御手段である。
【００８１】
本実施例のマッハ・ツェンダー型光変調器の動作原理を説明する。
【００８２】
ここでは、入力導波路３０３から光を入力した場合について述べるが、入力導波路３０４から入力した場合についても動作は同様である。入力導波路３０３から光を入力すると、光は分岐部３５によって２つの導波路３０５および３０６へと分岐する。この分岐３５部は、３ｄBカップラとなっており、２つの導波路３０５および３０６へ光出力強度が１：１となるように設計されている。導波路３０５を導波した光は分岐部３６に達する。
【００８３】
一方、導波路３０６の一部である屈折率変調領域３０９においては、電流制御手段３１０によって注入されたキャリア量に応じて屈折率が変化する。
【００８４】
したがって、導波路３０６を導波した光は、屈折率の変化量に応じて位相差が付加されて分岐部３６に達する。導波路３０５と導波路３０６とを通過する光の位相差がゼロか波長の整数倍の場合には出力導波路３０７から光が出力する。
【００８５】
一方、導波路３０５と導波路３０６とを通過する光の位相差が半波長か半波長＋波長の整数倍の場合には出力導波路３０８から光が出力する。
【００８６】
尚、本実施例の光変調素子は図３に示したのと同様な２次元のフォトニック結晶であってもよい。
【００８７】
本実施例では以上のように、導波路３０５、３０６を通過する光の位相を制御することにより、光が出力する出力導波路を切り替えることができる光変調素子を実現している。
【実施例３】
【００８８】
図５は本発明の実施例３の光変調装置の要部概略図である。
【００８９】
実施例３においては、光源４１と可視光の波長帯域で動作する光変調素子と、光結合部４２とを有している。
【００９０】
図５において光源部４１は２つの光源４１１、４１２を有している。光結合部４２は光源部分４１と光変調素子４３を結合している。光源部４１に設けられた光源４１１、４１２から出射する光の使用波長は、TiO２がもつバンドギャップ（３５０ｎｍ近傍）よりも長波長側である。
【００９１】
３５０ｎｍ以上であれば光吸収は無視できるため、波長３５０ｎｍ以上の可視光波長領域（波長として３５０ｎｍから７５０ｎｍの領域）であれば制限はない。
【００９２】
光結合部４２は光源４１１、４１２からの光を効率よく導波路４３３，４３４に結合するための領域である。
【００９３】
光変調素子４３は、基板４３１、フォトニック結晶４３２、導波路４３３、４３４、４３５、４３６、４３７、４３８、導波路の屈折率変調領域４３９、分岐部４４、４５を具備している。更に電流制御手段４６を有する。動作原理は、実施例２とほぼ同様である。
【００９４】
本実施例において光源部分４１の一部あるいは前記光結合部に具備されている少なくとも一部がフォトニック結晶で構成されている。
【００９５】
光源４１１からの光に対して、電流制御手段４６により屈折率変調領域４３９における屈折率を変調することにより光の位相差を制御している。出力導波路４３７または４３８へ光出力ポートを切り替えている。これは光源４１２からの光に対しても同様である。
【００９６】
本実施例では以上のように、可視光波長帯域において高速で動作する光変調装置を構成している。
【実施例４】
【００９７】
本発明に係る３次元のフォトニック結晶及びその中に線欠陥で形成された導波路を設けたフォトニック結晶の具体的な構成について説明する。
【００９８】
図６は、３次元フォトニックバンドギャップを有する３次元フォトニック結晶Ａの要部概略図である。３次元フォトニック結晶Ａは、ｘｙ平面を含む層５０１〜５１２の１２層を基本周期としてＺ方向に積層して構成されている。
【００９９】
図７は図６の各層５０１〜５１２のｘｙ断面の一部の概略図である。第１の層５０１および第７の層５０７は、ｘ軸方向に延びる複数の柱状構造５０１ａおよび５０７ａが等間隔Ｐでｙ方向に配置されている。柱状構造５０１aと５０７ａはそれぞれ第１の媒質より成り、ｘ軸方向にＰ／２ずれた位置に配置されている。
【０１００】
また、第４の層５０４および第１０の層５１０は、ｙ軸方向に延びる複数の柱状構造５０４ａおよび５１０ａが等間隔Ｐでｘ方向に配置されている。柱状構造５０４ａと５１０ａはそれぞれ第１の媒質より成り、ｙ軸方向にＰ／２ずれた位置に配置されている。
【０１０１】
第２、第３の層５０２、５０３は第１、第４の層５０１、５０４に挟まれた付加層である。
【０１０２】
第５、第６の層５０５、５０６は第４、第７の層５０４、５０７に挟まれた付加層である。
【０１０３】
第８、第９の層５０８、５０９は第７、第１０の層５０７、５１０に挟まれた付加層である。
【０１０４】
第１１、第１２の層５１１、５１２は第１０層５１１と、第１（次の基本周期に相当する第１の層）の層に挟まれた付加層である。
【０１０５】
第２の層５０２および第３の層５０３には、第１の層５０１中の柱状構造５０１ａおよび第４の層５０４中の柱状構造５０４ａの交点に相当する位置に、第１の媒質より成る離散構造５０２ａおよび５０３ａが配置されている。離散構造５０２ａ，５０３ａは、各々ｘｙ平面内において互いに接しないように離散的に配置されている。
【０１０６】
なお、離散構造５０２ａと５０３ａはｘｙ面内における９０度の回転により相互に重なる対称性を有している。柱状構造を含む層（第１、第４、第７、第１０の層）の間にある第５の層５０５、第６の層５０６、第８の層５０８、第９の層５０９、第１１の層５１１、第１２の層５１２の構成は第２の層５０２、第３の層５０３と同様である。
【０１０７】
即ち、隣接する層中の柱状構造の交点に相当する位置に、ｘｙ平面内において離散的に配置された離散構造５０５ａ、５０６ａ、５０８ａ、５０９ａ、５１１ａ、５１２ａが配置されている。
【０１０８】
各層中の柱状構造および離散構造は互いに接している。柱状構造及び離散構造の材料の屈折率、柱状構造および離散構造の形状や間隔、各層の厚さなどを最適化することにより、所望の周波数帯域（波長帯域）に広い完全フォトニックバンドギャップを得ている。
【０１０９】
３次元フォトニック結晶構造Ａの詳細な構造パラメータを表１に示す。
【０１１０】
以下、面内格子周期とは図７に示した柱状構造の間隔Ｐをいう。
【０１１１】
また面外格子周期とは複数層からなる基本周期をいい、例えば３次元フォトニック結晶構造Ａにおいては第１の層５０１〜第１２の層５１２の１２層分の積層方向の長さをいう。
【０１１２】
また、表中の屈折率は、３次元フォトニック結晶Ａの柱状構造および離散構造を構成する第１の媒質の屈折率を表わしている。３次元フォトニック結晶Ａの柱状構造および離散構造以外の部分の第２の媒質は空気であって屈折率は１.０である。
【０１１３】
柱状構造幅とは、柱状構造のｘ方向又はｙ方向の幅である。柱状構造高さとは柱状構造の積層方向の長さである。
【０１１４】
また、離散構造幅とは、図７に示す各離散構造の層内における長さを指し、表１および図７中に、Ｄｗ１、Ｄｗ２と記した。
【０１１５】
さらに、離散構造高さとは、各離散構造の積層方向（ｚ方向）の長さを指し、表１中にＤｈと記した。
【０１１６】
【表１】
【０１１７】
図８は３次元フォトニック結晶ＡのフォトニックバンドギャップをＰＷＥ法（平面波展開法）にて計算した結果を示すグラフである。
【０１１８】
図８の縦軸は規格化周波数、横軸は波数ベクトルを表している。網掛けで示された周波数帯域において、光の入射方向によらず光が存在できない完全フォトニックバンドギャップが形成されている。
【０１１９】
また、３次元フォトニック結晶Ａの内部に線状の欠陥部を設けると、完全フォトニックバンドギャップ内の周波数を有する導波モードを生成する。
【０１２０】
図９は、本実施例にかかる、３次元フォトニック結晶Ａの内部に線状欠陥部を設けた導波路Ｂの概略図である。
【０１２１】
図９の導波路Ｂは、図６に示す３次元フォトニック結晶Ａの内部にｙ軸方向に延びる第１の線状欠陥部５０を含んでいる。更に第１の線状欠陥部５０を含む層とは異なる層に位置し、ｙ軸方向に延びる柱状構造の一部を変形させることによって形成した第２の線状欠陥部５００を含む構造である。
【０１２２】
第１の線状欠陥部５０の欠陥部幅５０ｗは、０．６０Ｐの幅を有し、第１の線状欠陥部５０と同じ層に含まれる柱状構造を形成する媒質と同じ屈折率を有する媒質で形成された領域である。
【０１２３】
図９（ａ）は導波路構造Ｂのｘｚ断面である。図９（ｂ）、（ｃ）は導波路Ｂのｘｙ断面である。本実施例では、一例として、ｙ軸方向に延び、欠陥部幅５０ｗが０．６０Ｐの第１の線状欠陥部５０と、ｙ軸方向に延び、柱状構造の欠陥部幅５００ｗの幅を０．００Ｐとした第２の線状欠陥部５００を含む構造について示した。導波路Ｂの詳細な構造パラメータを表２に示す。
【０１２４】
ここで、欠陥部幅とは、各欠陥部の層内におけるｘ軸方向の長さを指し、表２および図９（ｂ）、（ｃ）中では５０ｗ、５００ｗと記した。また、欠陥部高さとは、各欠陥部の積層方向（ｚ方向）の長さを指し、表２および図９（ａ）中に５０ｈ、５００ｈと記した。また、欠陥部屈折率とは、各欠陥部を構成する媒質の屈折率を指し、表２中に５０ｎと記した。
【０１２５】
なお、実施例４で使用する座標の原点は図９（ａ）のｘｚ断面において、第１の線状欠陥部５０の中心とする。
【０１２６】
【表２】
【０１２７】
図１０は、導波路ＢについてＦＤＴＤ法を用いて、導波モードを計算した結果を示すグラフである。図１０のグラフの縦軸は規格化周波数、横軸は波数ベクトルを示している。
【０１２８】
また、細線で示した周波数帯域は、完全フォトニックバンドギャップ以外の周波数帯域を示している。図１０に示すように、単一モードで導波可能な周波数帯域は、０．４７２から０．４９７の範囲で存在している。
【０１２９】
ところで、図１０のグラフを見ると、０．４６６−０．４７２の周波数帯域には、導波モードが存在していないことがわかる。これは、この周波数帯域のエネルギーを有する光波は導波路構造Ｂ中に存在できないことを意味している。これをモードギャップと呼ぶことにする。
【０１３０】
導波路構造Ｂが有するモードギャップとキャリアプラズマ効果による屈折率変化を組み合わせることによって、高速なスイッチングが可能となる。
【０１３１】
原理を説明する。モードギャップを制御するためには、フォトニック結晶の屈折率を変調させることが有効である。特に、線欠陥で形成された導波路近傍の屈折率を変調させることにより、より効果的にモードギャップを制御することができる。モードギャップを制御するためには、導波路近傍においてｎ型およびｐ型TiO２を接した配置を取り、両端に設けた電極から電流を注入することでキャリア濃度変化を誘起することで屈折率を変調することができる。このことにより、フォトニック結晶の実効的な屈折率（実効屈折率）が変化し、モードギャップ波長を制御することが可能である。
【０１３２】
図１１を用いて説明する。縦軸は規格化周波数、横軸は波数ベクトル、グラフ中の太実線は屈折率変化前の導波モード、点線は屈折率変化後の導波モード、横軸に水平な実線は規格化周波数ωの位置をあらわしている。TiO２内部のキャリア濃度が増加し屈折率が低くなることによって、フォトニック結晶の実効屈折率は低くなる。これにより、導波モードは高周波数側（短波長側）へシフトする。屈折率変調前には、導波モード周波数ωと導波モード周波数ωｇとが一致しており、フォトニック結晶導波路に周波数ωの光は導波する。屈折率変調後には、導波モードが高周波数側へシフトするため、周波数ωに対応する導波モード周波数存在しない。よって、周波数ωの光は導波できなくなる。この現象を用いることで、光の導波を制御することができる。
【０１３３】
素子構造の一例を図１２（ａ）、（ｂ）に示す。基板６０１上に、フォトニック結晶６０２および６０３とフォトニック結晶Ａ内部に線欠陥導波路として配置された導波路６０４を設けた。フォトニック結晶６０２および６０３の一部の領域に、ｐ型TiO2材料で構成したフォトニック結晶６０５とｎ型TiO2材料で構成したフォトニック結晶６０６を設ける。フォトニック結晶６０５と６０６との間には、キャリア注入のための電流制御手段６０７が備えられている。電流制御手段６０７にてキャリア注入量を制御することにより、導波路６０４の屈折率が変調され、導波路６０４を導波する導波モード周波数が高周波数側へシフトする。この動作原理により光の導波状態を制御することができる。
【０１３４】
図１２における電極を図１２（ｂ）に示す。基板６０１上にバッファ層６０３１、電極６０３２、ｎ型TiO2層６０３３、TiO２層６０３５、ｐ型TiO2層６０２１、電極６０２２、電極６０３２、６０７２にはそれぞれ電線６０７１および６０７２が付いている。
【０１３５】
基板６０１とフォトニック結晶との間に設けたバッファ層６０３１は、電極層６０３２の結晶性を向上するための層であり、ＭｇＯなどを用いることができる。電極６０３２および６０２２は、不純物としてNbをドープしたTiO２を用いるとよい。
【０１３６】
ＮｂドープTiO２薄膜においては、抵抗率が２ｘ１０＾−４Ωｃｍ程度の透明導電性を有しており、電極材料として好ましい。
【０１３７】
ｎ型TiO２層６０３３においては、３次元フォトニック結晶を構成している。波路６０４は、ｎ型TiO２６０３３とｐ型TiO２６０２１との境界面に設けてもよい。又、導波路構造を含む近傍領域のTiO２層６０３５をTiO２やｎ型TiO２層６０３３とはドープ量が異なるｎ型TiO２を用いてヘテロ構造などのキャリア閉じ込め構造としてもよい。
【０１３８】
また、キャリアを導波路近傍に効率よく集中させるための電流狭窄構造として絶縁部６０３４を設けるとより効果的である。
【０１３９】
さらに、ｐ型TiO２層６０２１に接するようにして電極６０２２および電線６０７２を設けることで、電流注入型光導波路を構成することができる。
【０１４０】
図１２中の点線部分の断面iiiでの断面図を図１３に示す。図１３には、線欠陥導波路近傍の構造のみを拡大した図を示す。
【０１４１】
この実施例では、導波路を構成する線欠陥部５０を境界として、基板側をn型TiO２、その反対側をｐ型TiO２として３次元フォトニック結晶を構成している。前記構造に対して電流を注入することによりTiO２中のキャリア濃度変化が生じ、キャリアプラズマシフトによる屈折率変化が生じる。この結果、導波モード周波数がシフトしモードギャップを利用した導波制御が可能となる。
【０１４２】
本実施例においては、キャリア濃度変化を誘起し屈折率変調を与えるための領域には制限はないが、より効果的な配置としては、線欠陥により形成された導波路およびその周囲（近傍）に屈折率変調領域を配置することが望ましい。
【０１４３】
基板には、導波モード周波数において吸収を持たない材料を用いることが好適で、更に、透明かつ導電性の小さい材料が好適である。
【０１４４】
また、フォトニック結晶についても、図１４に示すような２次元構造をとってもよい。基板７０１上に２次元フォトニック結晶７０３および７０４と線欠陥導波路７０２とを具えている。ｐ型TiO２材料からなるフォトニック結晶７０５とｎ型TiO２材料からなるフォトニック結晶７０６、および、電流制御部７０７にてキャリア注入量を制御することができる。
【０１４５】
基板７０１側への放射モードを抑制するためとキャリア流出を抑制するために、基板を除去することによりエアブリッジ構造にしてもよい。
【０１４６】
上記のような２次元フォトニック結晶をTiO２で構成することにより、基板７０１と導波路７０２との屈折率差を大きくできること、導波路７０２と空気との屈折率差による光閉じ込め効果を大きくできること、などの利点がある。
【０１４７】
以上のような構成により、高効率で高速変調可能なフォトニック結晶光変調器を構成している。
【実施例５】
【０１４８】
図１５は本発明の実施例５の光変調器の要部概略図である。
【０１４９】
図１５において８０１は基板である。８０２、８０３は３次元のフォトニック結晶であり、フォトニック結晶８０２ａ、８０３ａ、フォトニック結晶の線欠陥で形成された導波路８０４を有している。
【０１５０】
更に点欠陥から成る共振器８０５、導波路の屈折率変調領域８０６、電流制御手段８０７とを有している。
【０１５１】
図１６は、図１５中の断面ｖにおける要部断面図である。共振器８０５は、ｎ型TiO２材料で構成されたフォトニック結晶８０２とｐ型TiO２材料で構成されたフォトニック結晶８０３とで狭まれている。
【０１５２】
８０２１、８０３１は屈折率変調領域８０６に電流を注入するための電極である。８０８は絶縁部材であり、キャリア注入効率を向上させるために設けられている。電極８０２１、８０３１は、透明かつ導電性が高いという観点から、ニオブをドープしたTiO２材料を用いている。
【０１５３】
実施例５においては、３次元フォトニック結晶として実施例４で記載したフォトニック結晶Ａを、導波路として実施例４で記載したフォトニック結晶Ｂを採用しているが、これに制限することはない。また、フォトニック結晶Ｃの構造を図１７ａ）およびｂ）に示す。又、点欠陥で形成された共振器８０５の寸法を表３に示す。
【０１５４】
【表３】
【０１５５】
本実施例ではフォトニック結晶８０２ａ、８０３ａの内部には、点欠陥からなる共振器８０５を有する。そして屈折率変調領域８０６は、共振器８０５を含んでいる。
【０１５６】
共振器８０５が有する共振モード周波数は、規格化周波数で表すと、０．４６０と０．４７９の２つであるが、いずれの周波数においても、導波路Ｂが有する導波モードにて単一モード領域に存在している。
【０１５７】
ここで、導波路を導波する導波モード周波数をω１とする。共振器は、周波数ω２に共振周波数を持っている。このとき、導波路を導波する光は、共振器とは共振しないため点欠陥内部に光エネルギーがトラップされることはない。よって、光は導波路を導波する。
【０１５８】
次に、電流制御手段８０７により点欠陥より成る共振器８０５へ注入するキャリア量を変化させると、媒質の屈折率変化を誘起する。この結果、図１８に示すように共振周波数が高周波数側へシフトし周波数ω１の共振周波数を持つようになる。すると、導波路を導波する光は共振器との共振条件を満たすため、光エネルギーは共振器内にトラップされ、光は導波路を導波しない。
【０１５９】
このように本実施例では、光変調素子を用いて、入力導波路から入力された光が出力導波路から出力するのを制御している。
【０１６０】
本実施例では、３次元フォトニック結晶を用いた場合について述べたが、もちろん２次元フォトニック結晶を用いても差し支えない。
【０１６１】
本実施例では以上のように、導波周波数をフィルタリング可能で高速変調可能な光変調素子を実現している。
【０１６２】
以上のように各実施例の光変調素子では、それを構成する材料としてTiO２（酸化チタン）を主組成とする材料を用いている。
【０１６３】
TiO２は、導電性、半導体性を有する材料である。TiO２自体は、ｎ型半導体であるが、TiO２にＮｂなどの微量の金属をドープすることで導電性材料として機能する。また、TiO２の強還元によって組成をTiO２−ｘとすることで、ｐ型の半導体特性を有する。
【０１６４】
本実施例ではｎ型TiO２とｐ型TiO２を接合することで、電流注入によるキャリア密度変化を誘起し、すなわち、キャリアプラズマ効果による屈折率変化を利用して高速な光変調を実現している。
【０１６５】
屈折率変化が誘起される速度は、キャリアの拡散速度によって決定され、ナノ秒オーダーの応答速度を実現可能である。
【０１６６】
キャリア密度変化に対する屈折率変化は、物質によって異なるが、キャリア密度変化が１０１８ｃｍ３に対して、０．２％程度の屈折率変化が得られることが知られている。
【０１６７】
絶縁体材料により電流狭窄構造を設けることで、注入したキャリアを効率よく集中させることができる。また、キャリアの閉じ込め効果をより効果的にするための構造として、単一へテロ構造や二重ヘテロ構造を用いている。
【０１６８】
加えて、光変調素子の材料としては、屈折率が高いことが望まれている。
【０１６９】
特にフォトニックバンドギャップ効果を有効に使用する場合には、材料の屈折率が２以上であることが望ましい。
【０１７０】
そこで、可視光領域で透明、かつ、高屈折率材料である材料として、TiO２を用いている。
【０１７１】
TiO２は光通信波長帯での材料損失も低いこと、光ファイバーとの屈折率整合性に優れていること等の特長がある。更にスパッタ法、蒸着法、パルスレーザ堆積法、ゾルゲル法などの既存技術で安定した成膜ができること、熱による環境変化に強いこと、等の特長がある。
【０１７２】
また、作製プロセスの面から鑑みると、TiO２を主組成とする材料を用い、素子を構成する材料の主組成を1種類とすることで、異種材料の充填や積層などの工程を排除できる。このことにより、異種材料密着の不完全性や内部応力の差異により生じる歪を回避し、安定動作する素子を提供している。
【０１７３】
本実施例では以上の構成により、可視光領域にて動作可能で、かつ、高速に光制御可能である光変調素子を達成している。
【図面の簡単な説明】
【０１７４】
【図１】実施例１の光変調素子の概略図
【図２】実施例１の光変調素子の概略図
【図３】実施例１の光変調素子の概略図
【図４】実施例２の光変調素子の概略図
【図５】実施例３の光変調装置の概略図
【図６】実施例４の３次元フォトニック結晶の概略図
【図７】図６の３次元フォトニック結晶の断面図
【図８】３次元フォトニック結晶のフォトニックバンドの説明図
【図９】実施例４の導波路の概略図
【図１０】導波路の導波モードの説明図
【図１１】モードギャップの説明図
【図１２】実施例４の光変調素子の概略図
【図１３】実施例４の光変調素子の概略図
【図１４】実施例４の光変調素子の概略図
【図１５】実施例５の光変調素子の概略図
【図１６】実施例５の光変調素子の概略図
【図１７】実施例５の３次元フォトニック結晶共振器の説明図
【図１８】図１７の共振周波数制御の説明図
【符号の説明】
【０１７５】
１０１、２０１、３０１、４３１‥‥基板
１０２、１０３、２０２、３０２‥‥フォトニック結晶
１０４〜１０７、２０３〜２０６、３０３〜３０８、４３３〜４３８‥‥導波路
１０８、２０７、３１０、４６‥‥電流制御手段
１１‥‥分岐部
１２‥‥結合部
１０５、２０８、３０９‥‥屈折率変調領域
１０２２、１０３２‥‥キャリア伝導領域
１０９‥‥絶縁部材
１０２１、１０３１‥‥電極
４１‥‥光源部
４２‥‥光結合部
４３‥‥光変調素子
４１１、４１２‥‥光源
Ａ‥‥３次元フォトニック結晶
５０１〜５１２‥‥層
５０１ａ、５０７ａ、５０４ａ、５１０ａ‥‥柱状構造
５０２ａ、５０３ａ、５０５ａ、５０６ａ、５０８ａ、５０９ａ、５１１ａ、５１２ａ‥‥離散構造
Ｂ‥‥導波路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、屈折率周期構造を有するフォトニック結晶を用いた光変調素子及びそれを有する光変調装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光の強度変調やスイッチングには、応答速度が速いことや動作効率が良いことが求められる。光通信波長帯域においてはサブマイクロ秒からナノ秒以下の応答速度が求められている。
【０００３】
これらの要求に対して、フォトニック結晶を利用した光変調素子によれば応答速度を高速化したり、動作効率を改善したりできることが提案されている。フォトニック結晶を用いることによって、微小な屈折率変化に対して光学特性を大きく変化させることができ、光を制御できるためである（特許文献１）。
【０００４】
フォトニック結晶は、波長以下の周期を持つ構造物であって、電磁波の透過・反射特性などを制御することができる（非特許文献１）。構造物の周期を光の波長程度にまで小さくすることによって、光の透過・反射特性を制御することができる。入射角度に依存することなく、ほぼ１００％の反射率を有する波長帯域は、フォトニックバンドギャップ（ＰＢＧ）と呼ばれている。
【０００５】
また、フォトニック結晶中に周期を乱す点欠陥や線欠陥を設けることで、欠陥部分に電場強度を集中させることができる。点欠陥を設けた場合には共振器として、線欠陥を設けた場合には導波路として機能させることができる。
【０００６】
フォトニックバンドギャップは、フォトニック結晶の次元、構成する材料の屈折率、材料の空間充填率、格子周期間隔、格子形状などによって変化する。つまり、これらのパラメータを制御することで、光の透過・反射特性を制御することができる。
【０００７】
フォトニック結晶の光学的な透過・反射特性を動的に制御する手段としては、フォトニック結晶を構成する材料の屈折率を変調する方法が挙げられる。材料の屈折率を変調する手段としては、強誘電体材料が有する電気光学効果を用いるものが知られている(特許文献１)。この他、熱光学効果による屈折率変化を用いるもの(非特許文献２)、液晶材料などの屈折率異方性を用いるものが知られている（非特許文献３）。量子ドットの非線形光学効果を用いるものや（非特許文献４）、光励起によるキャリア濃度変化による屈折率変化を用いるものが知られている(非特許文献５)。また、実効的な屈折率を変調させる手段としては、ＭＥＭＳにより屈折率の異なる物体を近接させてフォトニック結晶の実効的な屈折率を変調する方法が知られている(非特許文献６)。ピエゾ材料を用いてフォトニック結晶の格子配列を歪ませる方法が知られている(非特許文献７)。
【特許文献１】特開2004-317540
【非特許文献１】Physical Review Letters,Vol.58,pp.2059,1987年
【非特許文献２】Optics Express Vol.12,No.4,pp.588,2004年
【非特許文献３】光技術コンタクト Vol.39,No.11,pp.658,2001年
【非特許文献４】Optics Express Vol.12,No.26,pp.6606,2004年
【非特許文献５】Optics Express Vol.13,No.7,pp.2678,2005年
【非特許文献６】OPTRONICS No.11,pp.127,2005年
【非特許文献７】Ａpplied Physics Letters,Vol.78,No.20,pp.3015,2001年
【非特許文献８】Solid-State Electronics, Vol.47,pp.2275,2003年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１では、フォトニック結晶と同程度の微細構造上の特定部分に対して電極を配置し、特定部分のみ電圧を印加することで局所的に屈折率を変調することで光変調素子を実現する技術が開示されている。
【０００９】
特許文献１では、特定領域に一定の電界を印加することで、安定した屈折率変化が可能な光学素子を提供することを課題としている。前記課題に対して、対象波長以下の周期を持つ凹凸形状からなる微細周期構造を有する光学素子の所定の領域に電界を印加する手段を提示している。
【００１０】
この手段により、効率よく所定領域に対して電界を印加し、強誘電体材料の屈折率を変調することで、フォトニック結晶が有するＰＢＧ波長特性の制御が可能であることを開示している。しかしながら、電極材料により導電性の優れた金属電極を使用する必要があり、材料の吸収により導波損失が大きくなることが課題になる。
【００１１】
前記課題を回避するために、強誘電体導波路部分の上部に強誘電体材料よりも低い屈折率を有する保護層を設け、導波モードの電磁場分布と電極との重なりを低減し、導波損失を低減する方法が示されている。
【００１２】
強誘電体導波路部分の上部に保護層を設けることで、コアとクラッドとの屈折率差が小さくなり、導波路内部への導波モード閉じ込めが弱くなる。すなわち、導波モードの電磁場分布が広がることになる。その結果、導波モード電磁場分布の裾が電極と重なり導波損失が生じることになる。
【００１３】
これを回避するためには、保護層厚を大きくとることも考えられるが、フォトニック結晶構造の微細周期と比較して格段に厚い保護層を設ける必要があるため、局所的に電圧を印加することが困難となる。
【００１４】
従って、フォトニック結晶の特定部分のみに電圧を印加することで局所的に屈折率を変調することが困難となるか、あるいは、変調のために高い電圧を印加する必要がある。
【００１５】
一方、導波モード径よりも深い格子構造をとることで、導波モードの電磁場分布と電極との重なりを低減し、導波損失を低減する手段も考えられる。しかしながら、強誘電体基板にアスペクト比の高い構造を精密に作製する高度な技術が必要であるため現実的ではない。
【００１６】
また、強誘電体材料を用いた電界強度変調による屈折率変調は、一般に１マイクロ秒からサブマイクロ秒のオーダーで動作可能である。しかしながら、微細構造内部に強誘電体材料を充填することにより、強誘電体材料の結晶構造欠陥による結晶品質低下などの要因によって、応答速度が遅くなるなどの問題がある。
【００１７】
加えて、開示されている技術においては、２つ以上の材料を積層あるいは充填して構成されている。異種材料の組み合わせでは、異種材料間の密着性や内部応力の違いによる構造歪が問題となる。
【００１８】
特にフォトニック結晶のように微細な構造を有する素子においては、前記問題はより顕著に現れる。
【００１９】
不完全な異種材料密着や内部応力の違いによる構造歪により、強誘電体材料の結晶歪みや欠陥による電気光学効果の能率が低下すること、回路の短絡や切断が生じること、などにより所望の特性を得られなくなるという課題がある。
【００２０】
更に、複数の異種材料を精度よく作製する高度な技術を要し、また、作製工程もより複雑なものとなり得る。よって、素子の歩留まり低下が懸念される。以上のように特許文献1においては、導波損失、印加電圧、応答速度、異種材料の加工性の観点において課題を有している。
【００２１】
非特許文献２では、熱光学効果を利用して屈折率変調を行っており、材料を加熱するためのヒータとして金属を用いている。ヒータのオンオフにより材料屈折率を変調し、マッハ・ツェンダー干渉型光スイッチを実現している。
【００２２】
しかしながら、ヒータに金属を用いることは、導波損失を増大するため好ましくない。たとえ、電極が吸収損失を持たない材料であっても、フォトニック結晶導波路上にヒータを設けることによって、導波路構造がスラブの上下方向に対して屈折率分布が非対称構造となるため、導波損失が増大する。
【００２３】
その結果、スイッチ動作オンオフ時の光信号のコントラストが低下し得る。また、応答速度が１００マイクロ秒オーダーと低速であるため用途が限られる。以上のように非特許文献２では、導波損失、応答速度の観点において課題を有している。
【００２４】
非特許文献３では、液晶材料が有する屈折率異方性を利用した変調が記載されている。しかしながら、応答速度は液晶材料に依存しておりミリ秒オーダーと速度が遅いこと、高強度光に対する耐性が低いこと、高温環境下では液晶材料の変質を引き起こすこと、などの課題がある。以上のように非特許文献3では、応答速度、材料の環境安定性の観点において課題を有している。
【００２５】
非特許文献４では、ＩｎＡｓ量子ドットを用いた光スイッチが提示されている。量子ドットを含む非線形光導波路に制御光を入射することで、ピコ秒オーダーの超高速な光スイッチを実現できる。
【００２６】
しかしながら、動作波長を制御するためには、量子ドットの大きさや密度、量子ドット材料を適切に制御する必要があり高度な作製技術を要するという問題がある。また、スイッチングには外部から励起光を入射する必要があり、集積化を行う際には膨大な光源が必要となり回路面積を小さくすることが困難である。以上のように非特許文献4では、作製技術、集積化の観点において課題を有している。
【００２７】
一方、化合物半導体材料などの半導体材料による屈折率変調技術が知られている。例えば、半導体DBRレーザの発振波長を制御する技術として、回折格子部分に電流を注入することによって屈折率変化を誘起し、レーザ発振波長を変化させることが可能であり実用化されている。
【００２８】
これは、半導体材料におけるキャリア密度が変化することにより分極が変化し、その結果、屈折率変化が誘起されるものである。この物理現象は、キャリアプラズマ効果（あるいはバンドフィリング効果）として知られている。屈折率変化が誘起される速度は、キャリアの拡散速度によって決定され、ナノ秒オーダーの応答速度を実現可能である。
【００２９】
キャリアプラズマ効果を利用した光素子としては、主に化合物半導体材料やＳｉが用いられている。しかしながら、可視光領域で利用可能な素子はほとんど報告がない。これは、従来用いられていた材料は、可視光波長領域に吸収を持つ材料であったためである。
【００３０】
また、非特許文献５では、光注入によってキャリアプラズマ効果を誘起する構成を開示している。外部から励起光を入射することで強励起することによって、サブピコ秒オーダーの超高速応答が期待できる。
【００３１】
しかしながら、スイッチングに必要なエネルギーが大きいこと、複数のスイッチング素子を集積化するためにはレーザなどの励起光源の数が膨大になること、複雑な構成になり小型化が困難であること、などの課題がある。
【００３２】
以上のように、非特許文献5では、動作波長帯域、動作エネルギー、集積化の観点において課題がある。
【００３３】
非特許文献６では、ＭＥＭＳを用いた屈折率変調手段を開示している。
【００３４】
ここでは、光導波路の近傍に屈折率部材を配置し、機械的手段を用いて屈折率部材を光導波路に近接させることで、光導波路が感じる実効的な屈折率を変化させることで、光スイッチングすることが可能である。しかしながら、応答速度がマイクロ秒オーダーと低速であり用途が限られるという課題がある。
【００３５】
非特許文献7では、ピエゾを用いた格子定数制御によるフォトニック結晶自体が有する実効的な屈折率を変調することで、フォトニックバンドギャップ帯域を制御している。しかしながら、応答速度がマイクロ秒オーダーと低速であること、駆動電圧が大きいこと、などの課題がある。
【課題を解決するための手段】
【００３６】
本発明の一例としての光変調素子は、フォトニック結晶の欠陥により形成された導波路と、該導波路へキャリアを伝導するキャリア伝導領域と、該キャリア伝導領域にキャリアを注入する電極と、前記導波路へ伝導されるキャリア量を制御するための電流制御手段とを有し、前記フォトニック結晶および前記電極を構成する材料の主組成はTiO2であって、前記電流制御手段は、前記導波路へ伝導されるキャリア量に応じて前記導波路を形成する媒質の屈折率を変化させることにより前記導波路を導波する光を変調することを特徴とする。
【００３７】
本発明の一例としての光変調素子は、フォトニック結晶の欠陥により形成された導波路と、フォトニック結晶の欠陥により形成された共振器と、該共振器へキャリアを伝導するキャリア伝導領域と、該キャリア伝導領域にキャリアを注入する電極と、前記共振器へ伝導されるキャリア量を制御するための電流制御手段とを有し、前記フォトニック結晶と前記電極を構成する材料の主組成はTiO2であって、前記電流制御手段は、前記共振器へ伝導されるキャリア量に応じて前記共振器を形成する媒質の屈折率を変化させることにより前記共振器の共振モード周波数を変化させて、前記導波路から前記共振器への導波を制御することを特徴とする。
【００３８】
本発明の一例としての光変調素子は、フォトニック結晶の欠陥により形成された導波路と、該導波路の周囲に設けられた屈折率変調領域と、該屈折率変調領域へキャリアを伝導するキャリア伝導領域と、該キャリア伝導領域にキャリアを注入する電極と、前記屈折率変調領域へ伝導されるキャリア量を制御するための電流制御手段とを有し、前記フォトニック結晶および前記電極を構成する材料の主組成はTiO2であって、前記電流制御手段は、前記屈折率変調領域へ伝導されるキャリア量に応じて前記屈折率変調領域を形成する媒質の屈折率を変化させることにより前記導波路を導波する光を変調することを特徴とする光変調素子。
【発明の効果】
【００３９】
本発明は、可視光領域にて動作可能で、かつ、高速に光制御が可能で、かつ動作が容易な光変調素子の提供を目的とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
【実施例１】
【００４１】
図１は本発明の実施例１の要部概略図である。３次元のフォトニック結晶と電流制御手段を有するマッハ・ツェンダー型の光変調素子の要部概略図である。
【００４２】
本実施例の光変調素子は、入力導波路から入力された光を導波路を介して出力導波路から選択的に出力する構成である。
【００４３】
本実施例に係るフォトニック結晶は、屈折率周期構造を有し、フォトニックバンドギャップを呈している。
【００４４】
導波路はフォトニック結晶中に屈折率周期構造を乱す孤立した欠陥部により形成されている。
【００４５】
マッハ・ツェンダー型の光変調素子は、マッハ・ツェンダー型干渉計の原理を応用したものである。即ち、１つの光路（導波路）を2つの光路（導波路）に分割し、一方の光路（導波路）に対してのみ光に位相差を与えたのちに１つの光路（導波路）に合成することで光強度を変調して出力することができる構成となっている。
【００４６】
この光変調素子では、２つの光路の光路長差がないか、又は光学波長の整数倍である場合には、入射光と同じ強度の光が射出する。しかしながら、光路長差が光学波長の半波長か半波長＋波長の整数倍である場合には、位相が打ち消しあって射出光の強度がゼロになる。
【００４７】
本実施例のマッハ・ツェンダー型の光変調素子では、一方の光路（導波路）を形成する媒質である半導体の酸化チタン（TiO２）材料にキャリアを注入して屈折率を変化させることにより一方の導波路を導波する光の位相を制御している。
【００４８】
実施例１の光変調素子は、基板１０１上に３次元のフォトニック結晶１０２、１０３を設けている。更にフォトニック結晶１０２、１０３の内部に線欠陥により形成された導波路、１０４、１０５、１０６、１０７を設けている。
【００４９】
フォトニック結晶１０２、１０３は、フォトニック結晶１０２、１０３と比較して抵抗値が高い材料からなる基板１０１の上に構成されている。
【００５０】
図１では、入力導波路１０４側から光を入射し、分岐部１１から導波路１０５と導波路１０６とに分岐し、結合部１２にて結合した光は出力導波路１０７から射出するという光路を示している。
【００５１】
導波路１０５の一部分１０５ａはｎ型TiO2およびｐ型TiO2材料で構成された屈折率変調領域であり、電流制御手段１０８が接続されている。電流制御手段１０８を用いて、導波路１０５の一部分１０５ａに供給するキャリア量を制御し、屈折率変調領域１０５ａの屈折率を変調している。
【００５２】
本実施例の光変調素子は、フォトニック結晶１０２、１０３の少なくとも一部に設けられたキャリア伝導領域１０２２、１０３２と、キャリア伝導領域１０２２、１０３２にキャリアを注入するための電極１０２１、１０３１を具備している。
【００５３】
そしてキャリア伝導領域へのキャリア注入によって導波路を構成する媒質の屈折率が変化する屈折率変調領域１０５ａを具備している。更に、導波路の屈折率変調領域１０５ａに注入するキャリア量を制御するための電流制御手段１０８を具備している。
【００５４】
屈折率変調領域１０５ａは、分岐された導波路１０５の全体または一部でも良いし、分岐された導波路１０５の周囲に形成されても良い。
【００５５】
そしてフォトニック結晶１０２、１０３、導波路１０４〜１０７、キャリア伝導領域１０２２、１０３２および電極１０２１、１０３１を構成する材料の主組成はTiO２である。
【００５６】
このように本実施例では、光変調素子を構成する一部の材料としてTiO２を主組成とする材料を用いている。
【００５７】
TiO２は、導電性、半導体性を有する材料である。TiO２自体は、ｎ型半導体であるが、TiO２にＮｂなどの微量の金属をドープすることで導電性材料として機能する。また、TiO２の強還元によって組成をTiO２−xとすることで、p型の半導体として特性を有するようになる(非特許文献８)。
【００５８】
次に主組成がTiO２であることについて説明する。
【００５９】
TiO２は、化学量論比（ストイキオメトリー）として、Ti原子１個に対して、酸素原子２個の割合で構成されている。
【００６０】
TiO２にＮｂなどの微量の金属をドープすることで、Ti１−ｘNbｘO２の化学組成をとり、化学量論比として、Ti原子（１−ｘ）個、Ｎｂ原子ｘ個、酸素原子２個の割合で構成されていることを示す。
【００６１】
ここでTiO２を主組成とする材料としては、上記化学量論比におけるｘの値が、０．５未満であればよい。例えば、Ｎｂをドープした場合に主組成がTiO２であるためには、一般に、ｘの値が、０から０．２程度の範囲の化学組成であれば良い。
【００６２】
図２は、図１中の点線での断面ivでの構成の概略図である。屈折率の変調により位相差を与えるための導波路１０５の近傍(屈折率変調領域１０５ａ)は、ｎ型TiO2からなるキャリア伝導領域（フォトニック結晶）１０３２とｐ型TiO2からなるキャリア伝導領域（フォトニック結晶）１０２２とから構成されている。
【００６３】
これらのフォトニック結晶からなるキャリア伝導領域１０３２および１０２２には、キャリアを注入するための電極１０３１および１０２１が接続されている。
【００６４】
電極１０３１、１０２１には電流制御手段１０８が接続してある。電流制御手段１０８により注入するキャリア量を制御することにより、導波路１０５および導波路１０５近傍の屈折率変調領域１０５ａの屈折率を変化させることができる。
【００６５】
また、屈折率変調領域１０５ａへキャリアを効率よく注入するためには、絶縁材料で構成した電流狭窄構造（絶縁部材）１０９を導波路以外の領域に設けることも効果的である。
【００６６】
本実施例においてキャリア伝導領域１０２２、１０３２を構成する材料は、ｎ型TiO2およびｐ型TiO2である。
【００６７】
導波路の屈折率変調領域１０５ａは、ｎ型TiO2から成るキャリア伝導領域１０３２とｐ型TiO2から成るキャリア伝導領域１０２２とに狭まれている。ｎ型TiO2から成るキャリア伝導領域１０３２とｐ型TiO2から成るキャリア伝導領域１０２２とに狭まれた絶縁材料１０９は、屈折率変調領域１０５ａ以外の領域（導波路１０５以外の領域）に設けられている。
【００６８】
ｎ型TiO2から成るキャリア伝導領域１０３２とｐ型TiO2２から成るキャリア伝導領域１０２２のエネルギーバンドギャップは、屈折率変調領域１０５ａにキャリアを閉じ込める構造より成っている。
【００６９】
本実施例では、以上のように電流制御手段１０８により注入されるキャリア量を変調することにより、屈折率変調領域１０５ａの媒質の屈折率を変調させている。これにより出力導波路１０７から出力される光の出力強度を変調することができる光変調素子を得ている。
【００７０】
実施例１について、フォトニック結晶が図３に示すような２次元構造であっても良い。図３の光変調素子は基板２０１、フォトニック結晶２０２、線欠陥により形成された導波路２０３、２０４，２０５、２０６、電流制御手段２０７、導波路の屈折率変調領域２０８を有している。
【００７１】
電流制御手段２０７によって導波路の屈折率変調領域２０８へのキャリア注入量を制御することにより、屈折率変調領域２０８における媒質の屈折率が変化し、導波路２０４を導波する光の位相を変調することができる。
【００７２】
その結果、出力導波路２０６から出力される光強度が、線欠陥導波路２０４にて受けた位相変調に応じて変調されて出力される。
【００７３】
また、上記実施例において、基板２０１には、導波モード周波数において吸収を持たない材料を用いることが好適である。可視光領域での動作を例に挙げれば、石英やガラスなどの透明かつ導電性の小さい材料が好適である。基板へのキャリア流出を防ぎ、より効果的にキャリア注入することができる。基板側への放射モードを抑制するため、および、キャリア流出を抑制するために、基板を除去することによりエアブリッジ構造にしてもよい。
【００７４】
また、キャリア濃度変化を誘起し屈折率変調を与えるための屈折率変調領域の大きさには制限はなく、基板上一面に設けてもよいし一部でもよい。ただし、より効果的な配置としては、線欠陥により形成された導波路およびその近傍に屈折率変調領域を配置することが望ましい。線欠陥導波路部分への屈折率変調を効率よく行えるためである。
【００７５】
また、屈折率変調領域へ効率よくキャリアを注入するための電流狭窄構造を設けることも効果的である。
【００７６】
以上のように、入力導波路から入力された光を２つの導波路に分岐し、一方の導波路を導波する光に屈折率変調領域で位相差を与えることにより、一方の導波路と他方の導波路が合成された出力導波路から出射される光の強度を制御している。
【００７７】
このような構成により、高効率で高速な変調が可能な光変調素子を構成することができる。
【実施例２】
【００７８】
図４は本発明の実施例２として、３次元のフォトニック結晶構造と電流制御手段とを有するマッハ・ツェンダー型の光変調素子の要部概略図である。
【００７９】
図４におけるマッハ・ツェンダー型の光変調素子は、基板３０１、３次元のフォトニック結晶３０２を有している。フォトニック結晶３０２の内部に、３次元の線欠陥から成る導波路３０３、３０４、３０５、３０６、３０７，３０８と、屈折率変調領域３０９、分岐部３５、３６が設けられている。
【００８０】
ここで３０３、３０４は入力導波路、３０５、３０６は導波路、３０７、３０８は出力導波路である。３１０は電流制御手段である。
【００８１】
本実施例のマッハ・ツェンダー型光変調器の動作原理を説明する。
【００８２】
ここでは、入力導波路３０３から光を入力した場合について述べるが、入力導波路３０４から入力した場合についても動作は同様である。入力導波路３０３から光を入力すると、光は分岐部３５によって２つの導波路３０５および３０６へと分岐する。この分岐３５部は、３ｄBカップラとなっており、２つの導波路３０５および３０６へ光出力強度が１：１となるように設計されている。導波路３０５を導波した光は分岐部３６に達する。
【００８３】
一方、導波路３０６の一部である屈折率変調領域３０９においては、電流制御手段３１０によって注入されたキャリア量に応じて屈折率が変化する。
【００８４】
したがって、導波路３０６を導波した光は、屈折率の変化量に応じて位相差が付加されて分岐部３６に達する。導波路３０５と導波路３０６とを通過する光の位相差がゼロか波長の整数倍の場合には出力導波路３０７から光が出力する。
【００８５】
一方、導波路３０５と導波路３０６とを通過する光の位相差が半波長か半波長＋波長の整数倍の場合には出力導波路３０８から光が出力する。
【００８６】
尚、本実施例の光変調素子は図３に示したのと同様な２次元のフォトニック結晶であってもよい。
【００８７】
本実施例では以上のように、導波路３０５、３０６を通過する光の位相を制御することにより、光が出力する出力導波路を切り替えることができる光変調素子を実現している。
【実施例３】
【００８８】
図５は本発明の実施例３の光変調装置の要部概略図である。
【００８９】
実施例３においては、光源４１と可視光の波長帯域で動作する光変調素子と、光結合部４２とを有している。
【００９０】
図５において光源部４１は２つの光源４１１、４１２を有している。光結合部４２は光源部分４１と光変調素子４３を結合している。光源部４１に設けられた光源４１１、４１２から出射する光の使用波長は、TiO２がもつバンドギャップ（３５０ｎｍ近傍）よりも長波長側である。
【００９１】
３５０ｎｍ以上であれば光吸収は無視できるため、波長３５０ｎｍ以上の可視光波長領域（波長として３５０ｎｍから７５０ｎｍの領域）であれば制限はない。
【００９２】
光結合部４２は光源４１１、４１２からの光を効率よく導波路４３３，４３４に結合するための領域である。
【００９３】
光変調素子４３は、基板４３１、フォトニック結晶４３２、導波路４３３、４３４、４３５、４３６、４３７、４３８、導波路の屈折率変調領域４３９、分岐部４４、４５を具備している。更に電流制御手段４６を有する。動作原理は、実施例２とほぼ同様である。
【００９４】
本実施例において光源部分４１の一部あるいは前記光結合部に具備されている少なくとも一部がフォトニック結晶で構成されている。
【００９５】
光源４１１からの光に対して、電流制御手段４６により屈折率変調領域４３９における屈折率を変調することにより光の位相差を制御している。出力導波路４３７または４３８へ光出力ポートを切り替えている。これは光源４１２からの光に対しても同様である。
【００９６】
本実施例では以上のように、可視光波長帯域において高速で動作する光変調装置を構成している。
【実施例４】
【００９７】
本発明に係る３次元のフォトニック結晶及びその中に線欠陥で形成された導波路を設けたフォトニック結晶の具体的な構成について説明する。
【００９８】
図６は、３次元フォトニックバンドギャップを有する３次元フォトニック結晶Ａの要部概略図である。３次元フォトニック結晶Ａは、ｘｙ平面を含む層５０１〜５１２の１２層を基本周期としてＺ方向に積層して構成されている。
【００９９】
図７は図６の各層５０１〜５１２のｘｙ断面の一部の概略図である。第１の層５０１および第７の層５０７は、ｘ軸方向に延びる複数の柱状構造５０１ａおよび５０７ａが等間隔Ｐでｙ方向に配置されている。柱状構造５０１aと５０７ａはそれぞれ第１の媒質より成り、ｘ軸方向にＰ／２ずれた位置に配置されている。
【０１００】
また、第４の層５０４および第１０の層５１０は、ｙ軸方向に延びる複数の柱状構造５０４ａおよび５１０ａが等間隔Ｐでｘ方向に配置されている。柱状構造５０４ａと５１０ａはそれぞれ第１の媒質より成り、ｙ軸方向にＰ／２ずれた位置に配置されている。
【０１０１】
第２、第３の層５０２、５０３は第１、第４の層５０１、５０４に挟まれた付加層である。
【０１０２】
第５、第６の層５０５、５０６は第４、第７の層５０４、５０７に挟まれた付加層である。
【０１０３】
第８、第９の層５０８、５０９は第７、第１０の層５０７、５１０に挟まれた付加層である。
【０１０４】
第１１、第１２の層５１１、５１２は第１０層５１１と、第１（次の基本周期に相当する第１の層）の層に挟まれた付加層である。
【０１０５】
第２の層５０２および第３の層５０３には、第１の層５０１中の柱状構造５０１ａおよび第４の層５０４中の柱状構造５０４ａの交点に相当する位置に、第１の媒質より成る離散構造５０２ａおよび５０３ａが配置されている。離散構造５０２ａ，５０３ａは、各々ｘｙ平面内において互いに接しないように離散的に配置されている。
【０１０６】
なお、離散構造５０２ａと５０３ａはｘｙ面内における９０度の回転により相互に重なる対称性を有している。柱状構造を含む層（第１、第４、第７、第１０の層）の間にある第５の層５０５、第６の層５０６、第８の層５０８、第９の層５０９、第１１の層５１１、第１２の層５１２の構成は第２の層５０２、第３の層５０３と同様である。
【０１０７】
即ち、隣接する層中の柱状構造の交点に相当する位置に、ｘｙ平面内において離散的に配置された離散構造５０５ａ、５０６ａ、５０８ａ、５０９ａ、５１１ａ、５１２ａが配置されている。
【０１０８】
各層中の柱状構造および離散構造は互いに接している。柱状構造及び離散構造の材料の屈折率、柱状構造および離散構造の形状や間隔、各層の厚さなどを最適化することにより、所望の周波数帯域（波長帯域）に広い完全フォトニックバンドギャップを得ている。
【０１０９】
３次元フォトニック結晶構造Ａの詳細な構造パラメータを表１に示す。
【０１１０】
以下、面内格子周期とは図７に示した柱状構造の間隔Ｐをいう。
【０１１１】
また面外格子周期とは複数層からなる基本周期をいい、例えば３次元フォトニック結晶構造Ａにおいては第１の層５０１〜第１２の層５１２の１２層分の積層方向の長さをいう。
【０１１２】
また、表中の屈折率は、３次元フォトニック結晶Ａの柱状構造および離散構造を構成する第１の媒質の屈折率を表わしている。３次元フォトニック結晶Ａの柱状構造および離散構造以外の部分の第２の媒質は空気であって屈折率は１.０である。
【０１１３】
柱状構造幅とは、柱状構造のｘ方向又はｙ方向の幅である。柱状構造高さとは柱状構造の積層方向の長さである。
【０１１４】
また、離散構造幅とは、図７に示す各離散構造の層内における長さを指し、表１および図７中に、Ｄｗ１、Ｄｗ２と記した。
【０１１５】
さらに、離散構造高さとは、各離散構造の積層方向（ｚ方向）の長さを指し、表１中にＤｈと記した。
【０１１６】
【表１】
【０１１７】
図８は３次元フォトニック結晶ＡのフォトニックバンドギャップをＰＷＥ法（平面波展開法）にて計算した結果を示すグラフである。
【０１１８】
図８の縦軸は規格化周波数、横軸は波数ベクトルを表している。網掛けで示された周波数帯域において、光の入射方向によらず光が存在できない完全フォトニックバンドギャップが形成されている。
【０１１９】
また、３次元フォトニック結晶Ａの内部に線状の欠陥部を設けると、完全フォトニックバンドギャップ内の周波数を有する導波モードを生成する。
【０１２０】
図９は、本実施例にかかる、３次元フォトニック結晶Ａの内部に線状欠陥部を設けた導波路Ｂの概略図である。
【０１２１】
図９の導波路Ｂは、図６に示す３次元フォトニック結晶Ａの内部にｙ軸方向に延びる第１の線状欠陥部５０を含んでいる。更に第１の線状欠陥部５０を含む層とは異なる層に位置し、ｙ軸方向に延びる柱状構造の一部を変形させることによって形成した第２の線状欠陥部５００を含む構造である。
【０１２２】
第１の線状欠陥部５０の欠陥部幅５０ｗは、０．６０Ｐの幅を有し、第１の線状欠陥部５０と同じ層に含まれる柱状構造を形成する媒質と同じ屈折率を有する媒質で形成された領域である。
【０１２３】
図９（ａ）は導波路構造Ｂのｘｚ断面である。図９（ｂ）、（ｃ）は導波路Ｂのｘｙ断面である。本実施例では、一例として、ｙ軸方向に延び、欠陥部幅５０ｗが０．６０Ｐの第１の線状欠陥部５０と、ｙ軸方向に延び、柱状構造の欠陥部幅５００ｗの幅を０．００Ｐとした第２の線状欠陥部５００を含む構造について示した。導波路Ｂの詳細な構造パラメータを表２に示す。
【０１２４】
ここで、欠陥部幅とは、各欠陥部の層内におけるｘ軸方向の長さを指し、表２および図９（ｂ）、（ｃ）中では５０ｗ、５００ｗと記した。また、欠陥部高さとは、各欠陥部の積層方向（ｚ方向）の長さを指し、表２および図９（ａ）中に５０ｈ、５００ｈと記した。また、欠陥部屈折率とは、各欠陥部を構成する媒質の屈折率を指し、表２中に５０ｎと記した。
【０１２５】
なお、実施例４で使用する座標の原点は図９（ａ）のｘｚ断面において、第１の線状欠陥部５０の中心とする。
【０１２６】
【表２】
【０１２７】
図１０は、導波路ＢについてＦＤＴＤ法を用いて、導波モードを計算した結果を示すグラフである。図１０のグラフの縦軸は規格化周波数、横軸は波数ベクトルを示している。
【０１２８】
また、細線で示した周波数帯域は、完全フォトニックバンドギャップ以外の周波数帯域を示している。図１０に示すように、単一モードで導波可能な周波数帯域は、０．４７２から０．４９７の範囲で存在している。
【０１２９】
ところで、図１０のグラフを見ると、０．４６６−０．４７２の周波数帯域には、導波モードが存在していないことがわかる。これは、この周波数帯域のエネルギーを有する光波は導波路構造Ｂ中に存在できないことを意味している。これをモードギャップと呼ぶことにする。
【０１３０】
導波路構造Ｂが有するモードギャップとキャリアプラズマ効果による屈折率変化を組み合わせることによって、高速なスイッチングが可能となる。
【０１３１】
原理を説明する。モードギャップを制御するためには、フォトニック結晶の屈折率を変調させることが有効である。特に、線欠陥で形成された導波路近傍の屈折率を変調させることにより、より効果的にモードギャップを制御することができる。モードギャップを制御するためには、導波路近傍においてｎ型およびｐ型TiO２を接した配置を取り、両端に設けた電極から電流を注入することでキャリア濃度変化を誘起することで屈折率を変調することができる。このことにより、フォトニック結晶の実効的な屈折率（実効屈折率）が変化し、モードギャップ波長を制御することが可能である。
【０１３２】
図１１を用いて説明する。縦軸は規格化周波数、横軸は波数ベクトル、グラフ中の太実線は屈折率変化前の導波モード、点線は屈折率変化後の導波モード、横軸に水平な実線は規格化周波数ωの位置をあらわしている。TiO２内部のキャリア濃度が増加し屈折率が低くなることによって、フォトニック結晶の実効屈折率は低くなる。これにより、導波モードは高周波数側（短波長側）へシフトする。屈折率変調前には、導波モード周波数ωと導波モード周波数ωｇとが一致しており、フォトニック結晶導波路に周波数ωの光は導波する。屈折率変調後には、導波モードが高周波数側へシフトするため、周波数ωに対応する導波モード周波数存在しない。よって、周波数ωの光は導波できなくなる。この現象を用いることで、光の導波を制御することができる。
【０１３３】
素子構造の一例を図１２（ａ）、（ｂ）に示す。基板６０１上に、フォトニック結晶６０２および６０３とフォトニック結晶Ａ内部に線欠陥導波路として配置された導波路６０４を設けた。フォトニック結晶６０２および６０３の一部の領域に、ｐ型TiO2材料で構成したフォトニック結晶６０５とｎ型TiO2材料で構成したフォトニック結晶６０６を設ける。フォトニック結晶６０５と６０６との間には、キャリア注入のための電流制御手段６０７が備えられている。電流制御手段６０７にてキャリア注入量を制御することにより、導波路６０４の屈折率が変調され、導波路６０４を導波する導波モード周波数が高周波数側へシフトする。この動作原理により光の導波状態を制御することができる。
【０１３４】
図１２における電極を図１２（ｂ）に示す。基板６０１上にバッファ層６０３１、電極６０３２、ｎ型TiO2層６０３３、TiO２層６０３５、ｐ型TiO2層６０２１、電極６０２２、電極６０３２、６０７２にはそれぞれ電線６０７１および６０７２が付いている。
【０１３５】
基板６０１とフォトニック結晶との間に設けたバッファ層６０３１は、電極層６０３２の結晶性を向上するための層であり、ＭｇＯなどを用いることができる。電極６０３２および６０２２は、不純物としてNbをドープしたTiO２を用いるとよい。
【０１３６】
ＮｂドープTiO２薄膜においては、抵抗率が２ｘ１０＾−４Ωｃｍ程度の透明導電性を有しており、電極材料として好ましい。
【０１３７】
ｎ型TiO２層６０３３においては、３次元フォトニック結晶を構成している。波路６０４は、ｎ型TiO２６０３３とｐ型TiO２６０２１との境界面に設けてもよい。又、導波路構造を含む近傍領域のTiO２層６０３５をTiO２やｎ型TiO２層６０３３とはドープ量が異なるｎ型TiO２を用いてヘテロ構造などのキャリア閉じ込め構造としてもよい。
【０１３８】
また、キャリアを導波路近傍に効率よく集中させるための電流狭窄構造として絶縁部６０３４を設けるとより効果的である。
【０１３９】
さらに、ｐ型TiO２層６０２１に接するようにして電極６０２２および電線６０７２を設けることで、電流注入型光導波路を構成することができる。
【０１４０】
図１２中の点線部分の断面iiiでの断面図を図１３に示す。図１３には、線欠陥導波路近傍の構造のみを拡大した図を示す。
【０１４１】
この実施例では、導波路を構成する線欠陥部５０を境界として、基板側をn型TiO２、その反対側をｐ型TiO２として３次元フォトニック結晶を構成している。前記構造に対して電流を注入することによりTiO２中のキャリア濃度変化が生じ、キャリアプラズマシフトによる屈折率変化が生じる。この結果、導波モード周波数がシフトしモードギャップを利用した導波制御が可能となる。
【０１４２】
本実施例においては、キャリア濃度変化を誘起し屈折率変調を与えるための領域には制限はないが、より効果的な配置としては、線欠陥により形成された導波路およびその周囲（近傍）に屈折率変調領域を配置することが望ましい。
【０１４３】
基板には、導波モード周波数において吸収を持たない材料を用いることが好適で、更に、透明かつ導電性の小さい材料が好適である。
【０１４４】
また、フォトニック結晶についても、図１４に示すような２次元構造をとってもよい。基板７０１上に２次元フォトニック結晶７０３および７０４と線欠陥導波路７０２とを具えている。ｐ型TiO２材料からなるフォトニック結晶７０５とｎ型TiO２材料からなるフォトニック結晶７０６、および、電流制御部７０７にてキャリア注入量を制御することができる。
【０１４５】
基板７０１側への放射モードを抑制するためとキャリア流出を抑制するために、基板を除去することによりエアブリッジ構造にしてもよい。
【０１４６】
上記のような２次元フォトニック結晶をTiO２で構成することにより、基板７０１と導波路７０２との屈折率差を大きくできること、導波路７０２と空気との屈折率差による光閉じ込め効果を大きくできること、などの利点がある。
【０１４７】
以上のような構成により、高効率で高速変調可能なフォトニック結晶光変調器を構成している。
【実施例５】
【０１４８】
図１５は本発明の実施例５の光変調器の要部概略図である。
【０１４９】
図１５において８０１は基板である。８０２、８０３は３次元のフォトニック結晶であり、フォトニック結晶８０２ａ、８０３ａ、フォトニック結晶の線欠陥で形成された導波路８０４を有している。
【０１５０】
更に点欠陥から成る共振器８０５、導波路の屈折率変調領域８０６、電流制御手段８０７とを有している。
【０１５１】
図１６は、図１５中の断面ｖにおける要部断面図である。共振器８０５は、ｎ型TiO２材料で構成されたフォトニック結晶８０２とｐ型TiO２材料で構成されたフォトニック結晶８０３とで狭まれている。
【０１５２】
８０２１、８０３１は屈折率変調領域８０６に電流を注入するための電極である。８０８は絶縁部材であり、キャリア注入効率を向上させるために設けられている。電極８０２１、８０３１は、透明かつ導電性が高いという観点から、ニオブをドープしたTiO２材料を用いている。
【０１５３】
実施例５においては、３次元フォトニック結晶として実施例４で記載したフォトニック結晶Ａを、導波路として実施例４で記載したフォトニック結晶Ｂを採用しているが、これに制限することはない。また、フォトニック結晶Ｃの構造を図１７ａ）およびｂ）に示す。又、点欠陥で形成された共振器８０５の寸法を表３に示す。
【０１５４】
【表３】
【０１５５】
本実施例ではフォトニック結晶８０２ａ、８０３ａの内部には、点欠陥からなる共振器８０５を有する。そして屈折率変調領域８０６は、共振器８０５を含んでいる。
【０１５６】
共振器８０５が有する共振モード周波数は、規格化周波数で表すと、０．４６０と０．４７９の２つであるが、いずれの周波数においても、導波路Ｂが有する導波モードにて単一モード領域に存在している。
【０１５７】
ここで、導波路を導波する導波モード周波数をω１とする。共振器は、周波数ω２に共振周波数を持っている。このとき、導波路を導波する光は、共振器とは共振しないため点欠陥内部に光エネルギーがトラップされることはない。よって、光は導波路を導波する。
【０１５８】
次に、電流制御手段８０７により点欠陥より成る共振器８０５へ注入するキャリア量を変化させると、媒質の屈折率変化を誘起する。この結果、図１８に示すように共振周波数が高周波数側へシフトし周波数ω１の共振周波数を持つようになる。すると、導波路を導波する光は共振器との共振条件を満たすため、光エネルギーは共振器内にトラップされ、光は導波路を導波しない。
【０１５９】
このように本実施例では、光変調素子を用いて、入力導波路から入力された光が出力導波路から出力するのを制御している。
【０１６０】
本実施例では、３次元フォトニック結晶を用いた場合について述べたが、もちろん２次元フォトニック結晶を用いても差し支えない。
【０１６１】
本実施例では以上のように、導波周波数をフィルタリング可能で高速変調可能な光変調素子を実現している。
【０１６２】
以上のように各実施例の光変調素子では、それを構成する材料としてTiO２（酸化チタン）を主組成とする材料を用いている。
【０１６３】
TiO２は、導電性、半導体性を有する材料である。TiO２自体は、ｎ型半導体であるが、TiO２にＮｂなどの微量の金属をドープすることで導電性材料として機能する。また、TiO２の強還元によって組成をTiO２−ｘとすることで、ｐ型の半導体特性を有する。
【０１６４】
本実施例ではｎ型TiO２とｐ型TiO２を接合することで、電流注入によるキャリア密度変化を誘起し、すなわち、キャリアプラズマ効果による屈折率変化を利用して高速な光変調を実現している。
【０１６５】
屈折率変化が誘起される速度は、キャリアの拡散速度によって決定され、ナノ秒オーダーの応答速度を実現可能である。
【０１６６】
キャリア密度変化に対する屈折率変化は、物質によって異なるが、キャリア密度変化が１０１８ｃｍ３に対して、０．２％程度の屈折率変化が得られることが知られている。
【０１６７】
絶縁体材料により電流狭窄構造を設けることで、注入したキャリアを効率よく集中させることができる。また、キャリアの閉じ込め効果をより効果的にするための構造として、単一へテロ構造や二重ヘテロ構造を用いている。
【０１６８】
加えて、光変調素子の材料としては、屈折率が高いことが望まれている。
【０１６９】
特にフォトニックバンドギャップ効果を有効に使用する場合には、材料の屈折率が２以上であることが望ましい。
【０１７０】
そこで、可視光領域で透明、かつ、高屈折率材料である材料として、TiO２を用いている。
【０１７１】
TiO２は光通信波長帯での材料損失も低いこと、光ファイバーとの屈折率整合性に優れていること等の特長がある。更にスパッタ法、蒸着法、パルスレーザ堆積法、ゾルゲル法などの既存技術で安定した成膜ができること、熱による環境変化に強いこと、等の特長がある。
【０１７２】
また、作製プロセスの面から鑑みると、TiO２を主組成とする材料を用い、素子を構成する材料の主組成を1種類とすることで、異種材料の充填や積層などの工程を排除できる。このことにより、異種材料密着の不完全性や内部応力の差異により生じる歪を回避し、安定動作する素子を提供している。
【０１７３】
本実施例では以上の構成により、可視光領域にて動作可能で、かつ、高速に光制御可能である光変調素子を達成している。
【図面の簡単な説明】
【０１７４】
【図１】実施例１の光変調素子の概略図
【図２】実施例１の光変調素子の概略図
【図３】実施例１の光変調素子の概略図
【図４】実施例２の光変調素子の概略図
【図５】実施例３の光変調装置の概略図
【図６】実施例４の３次元フォトニック結晶の概略図
【図７】図６の３次元フォトニック結晶の断面図
【図８】３次元フォトニック結晶のフォトニックバンドの説明図
【図９】実施例４の導波路の概略図
【図１０】導波路の導波モードの説明図
【図１１】モードギャップの説明図
【図１２】実施例４の光変調素子の概略図
【図１３】実施例４の光変調素子の概略図
【図１４】実施例４の光変調素子の概略図
【図１５】実施例５の光変調素子の概略図
【図１６】実施例５の光変調素子の概略図
【図１７】実施例５の３次元フォトニック結晶共振器の説明図
【図１８】図１７の共振周波数制御の説明図
【符号の説明】
【０１７５】
１０１、２０１、３０１、４３１‥‥基板
１０２、１０３、２０２、３０２‥‥フォトニック結晶
１０４〜１０７、２０３〜２０６、３０３〜３０８、４３３〜４３８‥‥導波路
１０８、２０７、３１０、４６‥‥電流制御手段
１１‥‥分岐部
１２‥‥結合部
１０５、２０８、３０９‥‥屈折率変調領域
１０２２、１０３２‥‥キャリア伝導領域
１０９‥‥絶縁部材
１０２１、１０３１‥‥電極
４１‥‥光源部
４２‥‥光結合部
４３‥‥光変調素子
４１１、４１２‥‥光源
Ａ‥‥３次元フォトニック結晶
５０１〜５１２‥‥層
５０１ａ、５０７ａ、５０４ａ、５１０ａ‥‥柱状構造
５０２ａ、５０３ａ、５０５ａ、５０６ａ、５０８ａ、５０９ａ、５１１ａ、５１２ａ‥‥離散構造
Ｂ‥‥導波路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトニック結晶の欠陥により形成された導波路と、該導波路へキャリアを伝導するキャリア伝導領域と、該キャリア伝導領域にキャリアを注入する電極と、前記導波路へ伝導されるキャリア量を制御するための電流制御手段とを有し、前記フォトニック結晶および前記電極を構成する材料の主組成はTiO2であって、前記電流制御手段は、前記導波路へ伝導されるキャリア量に応じて前記導波路を形成する媒質の屈折率を変化させることにより前記導波路を導波する光を変調することを特徴とする光変調素子。
【請求項２】
前記キャリア伝導領域はｎ型TiO2とｐ型TiO2で前記導波路を挟むように構成されており、前記ｎ型TiO2とｐ型TiO2で挟まれた領域のうち前記導波路以外の領域には絶縁部材が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光変調素子。
【請求項３】
前記電極はNbがドープされたTiO2で構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光変調素子。
【請求項４】
前記フォトニック結晶は、該フォトニック結晶よりも抵抗値が高い材料で構成された基板上に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光変調素子。
【請求項５】
前記導波路は１つの導波路から２つの導波路に分岐されたのち１つの導波路へ合成されており、分岐された一方の導波路を形成する媒質の屈折率を変化させることにより該一方の導波路を導波する光が変調されることを特徴とする請求項１乃至４に記載の光変調素子。
【請求項６】
２つの導波路のうち一方の導波路を形成する媒質の屈折率を変化させて該一方の導波路を導波する光が変調されることにより、前記２つの導波路を導波する光が分岐される分岐部を介して、前記２つの導波路のいずれかの導波路へ選択的に光が導波されることを特徴とする請求項１乃至４に記載の光変調素子。
【請求項７】
フォトニック結晶の欠陥により形成された導波路と、フォトニック結晶の欠陥により形成された共振器と、該共振器へキャリアを伝導するキャリア伝導領域と、該キャリア伝導領域にキャリアを注入する電極と、前記共振器へ伝導されるキャリア量を制御するための電流制御手段とを有し、前記フォトニック結晶と前記電極を構成する材料の主組成はTiO2であって、前記電流制御手段は、前記共振器へ伝導されるキャリア量に応じて前記共振器を形成する媒質の屈折率を変化させることにより前記共振器の共振モード周波数を変化させて、前記導波路から前記共振器への導波を制御することを特徴とする光変調素子。
【請求項８】
フォトニック結晶の欠陥により形成された導波路と、該導波路の周囲に設けられた屈折率変調領域と、該屈折率変調領域へキャリアを伝導するキャリア伝導領域と、該キャリア伝導領域にキャリアを注入する電極と、前記屈折率変調領域へ伝導されるキャリア量を制御するための電流制御手段とを有し、前記フォトニック結晶および前記電極を構成する材料の主組成はTiO2であって、前記電流制御手段は、前記屈折率変調領域へ伝導されるキャリア量に応じて前記屈折率変調領域を形成する媒質の屈折率を変化させることにより前記導波路を導波する光を変調することを特徴とする光変調素子。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項の光変調素子と、光源部と、前記光変調素子と前記光源を結合する光結合部を有することを特徴とする光変調装置。
【請求項１０】
前記光源部あるいは前記光結合部の少なくとも一部はフォトニック結晶で構成されていることを特徴とする請求項９に記載の光変調装置。
【請求項１】
フォトニック結晶の欠陥により形成された導波路と、該導波路へキャリアを伝導するキャリア伝導領域と、該キャリア伝導領域にキャリアを注入する電極と、前記導波路へ伝導されるキャリア量を制御するための電流制御手段とを有し、前記フォトニック結晶および前記電極を構成する材料の主組成はTiO2であって、前記電流制御手段は、前記導波路へ伝導されるキャリア量に応じて前記導波路を形成する媒質の屈折率を変化させることにより前記導波路を導波する光を変調することを特徴とする光変調素子。
【請求項２】
前記キャリア伝導領域はｎ型TiO2とｐ型TiO2で前記導波路を挟むように構成されており、前記ｎ型TiO2とｐ型TiO2で挟まれた領域のうち前記導波路以外の領域には絶縁部材が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光変調素子。
【請求項３】
前記電極はNbがドープされたTiO2で構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光変調素子。
【請求項４】
前記フォトニック結晶は、該フォトニック結晶よりも抵抗値が高い材料で構成された基板上に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光変調素子。
【請求項５】
前記導波路は１つの導波路から２つの導波路に分岐されたのち１つの導波路へ合成されており、分岐された一方の導波路を形成する媒質の屈折率を変化させることにより該一方の導波路を導波する光が変調されることを特徴とする請求項１乃至４に記載の光変調素子。
【請求項６】
２つの導波路のうち一方の導波路を形成する媒質の屈折率を変化させて該一方の導波路を導波する光が変調されることにより、前記２つの導波路を導波する光が分岐される分岐部を介して、前記２つの導波路のいずれかの導波路へ選択的に光が導波されることを特徴とする請求項１乃至４に記載の光変調素子。
【請求項７】
フォトニック結晶の欠陥により形成された導波路と、フォトニック結晶の欠陥により形成された共振器と、該共振器へキャリアを伝導するキャリア伝導領域と、該キャリア伝導領域にキャリアを注入する電極と、前記共振器へ伝導されるキャリア量を制御するための電流制御手段とを有し、前記フォトニック結晶と前記電極を構成する材料の主組成はTiO2であって、前記電流制御手段は、前記共振器へ伝導されるキャリア量に応じて前記共振器を形成する媒質の屈折率を変化させることにより前記共振器の共振モード周波数を変化させて、前記導波路から前記共振器への導波を制御することを特徴とする光変調素子。
【請求項８】
フォトニック結晶の欠陥により形成された導波路と、該導波路の周囲に設けられた屈折率変調領域と、該屈折率変調領域へキャリアを伝導するキャリア伝導領域と、該キャリア伝導領域にキャリアを注入する電極と、前記屈折率変調領域へ伝導されるキャリア量を制御するための電流制御手段とを有し、前記フォトニック結晶および前記電極を構成する材料の主組成はTiO2であって、前記電流制御手段は、前記屈折率変調領域へ伝導されるキャリア量に応じて前記屈折率変調領域を形成する媒質の屈折率を変化させることにより前記導波路を導波する光を変調することを特徴とする光変調素子。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項の光変調素子と、光源部と、前記光変調素子と前記光源を結合する光結合部を有することを特徴とする光変調装置。
【請求項１０】
前記光源部あるいは前記光結合部の少なくとも一部はフォトニック結晶で構成されていることを特徴とする請求項９に記載の光変調装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１２】
【公開番号】特開２００９−２５５３７（Ｐ２００９−２５５３７Ａ）
【公開日】平成２１年２月５日（２００９．２．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１８８２７８（Ｐ２００７−１８８２７８）
【出願日】平成１９年７月１９日（２００７．７．１９）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年２月５日（２００９．２．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月１９日（２００７．７．１９）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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