[发明专利]光子晶体器件

说明书

本案是申请日为2005年4月11日、申请号为200580000325.9、发明名称为光子晶体器件的分案申请 

技术领域

本发明涉及具有可变的光子晶体结构的光子晶体器件。 

背景技术

现有具有1-3维晶格的各种光子晶体的报告。具有最单纯结构的光子晶体由交互层叠介电常数相互不同的二种电介质薄膜制成。 

现参照图28说明在非专利文献1中公开的一维光子晶体的结构。图中所示的一维光子晶体1201具有交互层叠的低介电常数层1202和高介电常数层1203。低介电常数层1202和高介电常数层1203由可透过电磁波1204的介电材料制成。 

在图28的例子中，光子晶体的单位晶格(晶格常数a)由一对低介电常数层1202和高介电常数层1203形成，通过多个单位晶格沿着Z轴方向配置，形成一维的周期结构。 

以下，说明一维光子晶体1201的动作。 

当在Z轴方向传播的电磁波1204垂直地入射在一维光子晶体1201的下表面时，利用电磁波1204的频率，不能透过一维光子晶体1201。这样，电磁波1204不能透过的频带(禁止频率带)被称为光子能带间隙(PBG)。PBG具有类似于通常的结晶内的电子能带间隙的性质，与光子晶体的结构有关。一维光子晶体是1201的PBG的频率带根据低介电常数层1202和高介电常数层1203的介电常数以及晶格常数a的大小而变化。 

出现PBG的理由如下。 

在一维光子晶体1201的低介电常数层1202和高介电常数层1203的界面上，入射的电磁波1204的一部分被反射，生成反射波。由于在一维光子晶体1201上存在多个界面，因此产生多个反射波。在电磁波 1204的波长和晶格间隔a匹配，反射波以同相位重合的情况下，各个反射波不干涉和衰减地增强。在这种情况下，当沿着电磁波1204的传播方向，存在足够多的单位晶格时，入射的电磁波1204大致完全被反射。更详细地说，当从某个界面发出的反射波和从与该界面相邻的另一个界面发出的反射波之间存在的相位差为±2π的整数倍时，从电磁波1204的各个界面发出的反射波全部增强，作为光子晶体是1201整体，生成强的反射波。 

如果配置很多个单位晶格，当光子晶体1201为无源回路时，根据能量守恒规律，由于透过波为0，因此形成PBG。 

光子晶体的特征，不但在光学领域，而且在各个方面都可应用。例如，在高频波领域中，可作为改善天线的放射特性或降低线路间的串音的结构使用。 

现在研究利用光子晶体改善在电介质基板上形成导电体图形的微波带天线的特性。在通常的微波带天线中，利用其强的E面指向性，在与电介质基板表面平行的方向上放射的电磁波的电场成分，容易与电介质基板的表面波模式结合。这样，由于容易产生对放射没有帮助的电力泄漏、在电介质基板的边缘上产生衍射波，所以天线的指向性混乱，这是一个问题。 

为了解决这个问题，将光子晶体配置在天线周围是有效的。如果使PBG与天线的动作频率一致，则由于在与电介质基板表面平行的方向上电磁波不能传播，从而可以抑制对放射没有帮助的电力泄漏。 

非专利文献：John D.Joannopoulos、Robert D.Meade and JoshuaN.Winn著，藤井寿崇、井上光辉合译“光子晶体-在型中纳入光的流动”，コロナ出版社，2000年10月23日发行第一版第一次印刷，ISBN4-339-00727-7、42页图3.1。 

发明内容

然而，在现有的光子晶体中存在晶格常数a不能动态变化的问题。即，不能使PBG的出现频率随时间变化。 

本发明是为了解决上述问题而完成的，其主要目的为提供可以容易地改变PBG的出现频率带的光子晶体器件。 

解决问题所用的方法 

本发明是一种光子晶体器件，其特征在于，具有： 

第一电介质基板，其具有在第一表面内介电常数周期地变化的第一晶格结构(a first lattice structure)； 

第二电介质基板，其具有在第二表面内介电常数周期地变化的第二晶格结构(a second lattice structure)；和 

可动部分，其通过改变所述第一晶格结构和所述第二晶格结构间的相对的配置关系，使由所述第一晶格结构和所述第二晶格结构形成的光子能带结构发生变化，