[发明专利]具有空气桥结构的二维光子晶体及其制造方法

说明书

本案是基于申请日为2004年8月27日、申请号为200480024943.2、发明名称为“具有空气桥结构的二维光子晶体及其制造方法”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及波分复用通信等领域中复分接器等所使用的二维光子晶体。特别涉及一种具有在一部分设有空间的包覆层上，设置有二维光子晶体的薄板的结构的二维光子晶体及其制造方法。在本申请中，将这种结构称作“空气桥结构”，将空间称为“空气桥空间”。

背景技术

(1)关于光子晶体

近年来，作为具有周期折射率分布的光学功能材料的光子晶体已被注目。光子晶体具有如下特征，即通过其周期折射率分布相对光和电磁波的能量形成带结构，从而形成不能传播光和电磁波的能量区域(光子带隙)。另外，在本申请中所使用的“光”中，也包括光以外的电磁波。

通过在光子晶体中导入适当的缺陷，可在光子带隙中形成能级(缺陷能级)。由此，在与光子带隙中的能量对应的波长(频率)范围中，仅与缺陷能级的能量相对应的波长的光能够在该缺陷位置存在。可以通过将该缺陷设为线状而形成导波路径，通过设为点状而形成光共振器。在该点状缺陷中，共振的光的波长(共振波长)依存于其形状和折射率。

正在研究通过使用该共振器和导波路径来制作各种光器件。例如，通过将该共振器配置在导波路径附近，形成既作为分波器而发挥功能，又作为合波器而发挥功能的复分接器，所述分波器用于将在导波路径内传播的各种波长的光中，波长与共振器的共振波长一致的光，通过共振器从导波路径向外部导出；所述合波器将具有共振器共振波长的光通过共振器从外部导入到导波路径。这种复分接器，例如在光通信领域中能够被用于波分复用方式通信，所述波分复用方式通信为在一根光纤上传播多个波长的光，并在不同波长的光上载置分别的信号。

在光子晶体中存在一维晶体、二维晶体、三维晶体，其中二维光子晶体具有制造比较容易的优点。作为其一个例子，在专利文献1中记载有：在高折射率的板材(薄板)上具有周期性排列比该材料折射率低的物质的二维光子晶体，并以线状使该周期性排列缺陷的导波路径；和将该周期性排列打乱的点状缺陷与导波路径邻接而设置的二维光子晶体以及复分接器。另外，如上所述，在本申请中将形成于二维光子晶体内的导波路径称为“晶体内导波路径”。

专利文献1：特开2001-272555号公报(〔0019〕～〔0032〕、图1)。

一般，为了能够增大射率的差并实现制造上的简单化，在二维光子晶体中，将周期性配置于高折射率薄板内的低折射率区域设为空气(即，空孔)。

在专利文献1记载的二维光子晶体中，薄板在上下均与空气接触。如前所述，由于薄板和空气之间的折射率之差较大，因而，在晶体内导波路径内传播的光其大部分会通过全反射而被封闭在薄板内部，从而能够得到较高的传播效率。

(2)二维光子晶体的基板和共振器(点状缺陷)的关系

如专利文献1所公开那样，通常由于要求薄板厚度相当薄(在实施例中约为0.25μm)，因此厚度方向的强度较低。特别是通过在薄板上设置多个空孔而形成的二维光子晶体中，厚度方向的强度会进一步降低。若厚度方向的强度低，则会产生制造上成品率变差等问题。

作为提高二维光子晶体强度的结构，可以考虑在基板(薄板)上载置晶体的二维光子晶体(以下，称作“带基板光子晶体”)。此时，相对晶体的上面与空气接触，晶体的下面与基板接触。

但是，当在这种带基板光子晶体上设置点状缺陷的时候，与在薄板的上下均为空气的二维光子晶体(以下，称“无基板光子晶体”)上设置有点状缺陷的情况相比，作为点状缺陷的共振器的特性会降低。图1表示对于除了基板的有无之外，在具有相同形状的无基板光子晶体(a)和带基板光子晶体(b)上分别设置相同的点状缺陷的情况下，共振器的共振波长频谱的实验值。(b)的频谱的半幅值宽度比(a)的宽。因此，带基板光子晶体与无基板光子晶体的情况相比，其共振器的波长分辨率低。另外，作为表示共振器性能的值即Q值，在(a)中是Q＝3000，而在(b)中小至Q＝250。带基板光子晶体从共振器损失的光的能量较大。

(3)基板和细线导波路径的关系