專利名稱：波導(dǎo)和包含波導(dǎo)的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用具有三維周期性折射率結(jié)構(gòu)的三維光子晶體的波導(dǎo)以及包含這種波導(dǎo)的裝置。
背景技術(shù)：
用尺寸等于或小于波長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)控制電磁波的透射和反射特性的概念已由Yablonovitch提出(Physical Review Letters，Vol.58，pp.2059，1987)。根據(jù)該文獻(xiàn)，可以通過尺寸等于或小于波長(zhǎng)的周期性排列的結(jié)構(gòu)控制電磁波的透射和反射特性。當(dāng)電磁波是可見光時(shí)，光的透射和反射特性可被控制。這種結(jié)構(gòu)被稱為光子晶體。已建議光子晶體可用于實(shí)現(xiàn)在某一波長(zhǎng)范圍中光損耗為零、反射率為100％的反光鏡。因此，參照半導(dǎo)體的能隙，將可在某個(gè)波長(zhǎng)范圍實(shí)現(xiàn)100％的反射率的概念稱為光子帶隙。
另外，當(dāng)尺寸等于或小于波長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)具有三維精細(xì)周期性結(jié)構(gòu)時(shí)，可以對(duì)從所有方向入射的光實(shí)現(xiàn)光子帶隙。以下，將其稱為“完全光子帶隙”?？梢杂猛耆庾訋秾?shí)現(xiàn)具有新功能的光學(xué)裝置。例如通過在光子晶體中形成諸如點(diǎn)缺陷或線狀缺陷的周期性缺陷，光子晶體可起諧振器或波導(dǎo)的作用。眾所周知，特別是在適當(dāng)?shù)靥峁┚€狀缺陷時(shí)，可以在光被強(qiáng)烈限制在線狀缺陷中時(shí)實(shí)現(xiàn)具有急彎的波導(dǎo)和分插波導(dǎo)(日本專利公報(bào)No.2001-74955和日本應(yīng)用物理學(xué)會(huì)第65屆會(huì)議的展開摘要，第3期，第936頁(yè))。
可實(shí)現(xiàn)完全光子帶隙的三維光子晶體的例子包含圖23A～23F中所示的結(jié)構(gòu)。圖23A表示金剛石蛋白石結(jié)構(gòu)，圖23B表示木料堆結(jié)構(gòu)，圖23C表示螺旋結(jié)構(gòu)，圖23D表示唯一的三維周期性結(jié)構(gòu)，圖23E表示三維周期性結(jié)構(gòu)的反結(jié)構(gòu)，圖23F表示金剛石木料堆結(jié)構(gòu)。
當(dāng)利用通過三維光子晶體的完全光子帶隙(PBG)制造波導(dǎo)時(shí)，一般地，對(duì)于PBG內(nèi)的某個(gè)頻率的光，存在以單模式引導(dǎo)光的頻率范圍和以多模式引導(dǎo)光的頻率范圍。在在波導(dǎo)中引導(dǎo)光的模式中，術(shù)語(yǔ)“單模式”是指對(duì)于具有某個(gè)頻率的光以具有單一波數(shù)矢量的狀態(tài)引導(dǎo)光的模式。各波導(dǎo)模式在波導(dǎo)內(nèi)具有固有的周期性電磁場(chǎng)強(qiáng)度分布。
在用于光路或發(fā)光裝置等的波導(dǎo)中，波導(dǎo)必須具有所希望的限制效果，并且，必須在所希望的頻率上以單模式引導(dǎo)光。另外，當(dāng)在波導(dǎo)中引導(dǎo)的光被供給外部時(shí)，波導(dǎo)端部的光的電磁場(chǎng)強(qiáng)度分布是在與波導(dǎo)方向垂直的截面內(nèi)具有良好的對(duì)稱性的單峰強(qiáng)度分布是重要的。波導(dǎo)端部的光的電磁場(chǎng)強(qiáng)度分布是根據(jù)與波導(dǎo)方向垂直的面內(nèi)的各波導(dǎo)模式的電磁場(chǎng)強(qiáng)度分布形成的。因此，波導(dǎo)模式具有在與波導(dǎo)方向垂直的面內(nèi)在預(yù)定區(qū)域集中的單峰電磁場(chǎng)強(qiáng)度分布是重要的。
根據(jù)日本專利公報(bào)No.2001-74955的說(shuō)明書，在圖23B中所示的木料堆結(jié)構(gòu)內(nèi)部提供線狀缺陷，以形成波導(dǎo)。柱狀結(jié)構(gòu)中的一些被去除以形成線狀缺陷。該結(jié)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)可在特定的范圍中以單模式并以具有與單峰分布接近的電磁場(chǎng)強(qiáng)度分布的模式引導(dǎo)光的波導(dǎo)。但是，在光子帶隙的頻率范圍的一部分中以多模式引導(dǎo)光，由此限制可用范圍。并且，當(dāng)構(gòu)成三維光子晶體的介質(zhì)由具有低折射率的介質(zhì)構(gòu)成時(shí)，光子帶隙的寬度較小。因此，可以以單模式使用的頻率范圍顯著減小。
日本應(yīng)用物理學(xué)會(huì)第65屆會(huì)議的展開摘要第3期第936頁(yè)說(shuō)明了在圖23B所示的木料堆結(jié)構(gòu)內(nèi)部設(shè)置線狀缺陷并在鄰近線狀缺陷的層中另外形成柱狀結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)。根據(jù)該波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，可以在相對(duì)較寬的頻率范圍上以單模式引導(dǎo)光。圖24A和圖24B分別表示與波導(dǎo)模式的波導(dǎo)方向垂直的面內(nèi)的電磁場(chǎng)強(qiáng)度分布以及與波導(dǎo)方向和層疊方向平行的面中的電磁場(chǎng)強(qiáng)度分布。在圖24A中，白色的中心部分代表更高的電磁場(chǎng)強(qiáng)度。該電磁場(chǎng)強(qiáng)度分布在應(yīng)用上是不合適的，因?yàn)樵摲植季哂须姶艌?chǎng)高度集中在添加的柱狀結(jié)構(gòu)中的雙峰電磁場(chǎng)強(qiáng)度分布。另外，電磁場(chǎng)強(qiáng)度分布在波導(dǎo)中顯著改變(圖24B)。因此，在與另一諧振器結(jié)構(gòu)或另一波導(dǎo)結(jié)構(gòu)一起配置該波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的情況下，當(dāng)各結(jié)構(gòu)的配置由于制備誤差而稍微偏移時(shí)，電磁場(chǎng)強(qiáng)度分布中的位置關(guān)系顯著改變。各結(jié)構(gòu)的電磁場(chǎng)的傳播特性取決于結(jié)構(gòu)的電磁場(chǎng)強(qiáng)度分布的位置關(guān)系。因此，當(dāng)結(jié)構(gòu)的配置稍微改變時(shí)，各個(gè)結(jié)構(gòu)之間的電磁場(chǎng)的傳播特性顯著改變，從而導(dǎo)致裝置的性能的顯著改變。因此，為了通過使用具有在日本應(yīng)用物理學(xué)會(huì)第65屆會(huì)議的展開摘要第3期第936頁(yè)中說(shuō)明的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的裝置獲得所希望的性能，必須用高精度配置各個(gè)結(jié)構(gòu)，并且，難以制造這種裝置。
并且，上述波導(dǎo)結(jié)構(gòu)不包含用于改變波導(dǎo)模式的頻率的元件。因此，這些結(jié)構(gòu)不能提供可在所希望的頻率范圍上以單模式引導(dǎo)光的波導(dǎo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供使用三維光子晶體的波導(dǎo)，在該波導(dǎo)中，光可以以作為單模式并在垂直于波導(dǎo)方向的平面內(nèi)具有單峰電磁場(chǎng)強(qiáng)度分布的模式被引導(dǎo)，并可在所希望的頻率范圍上被引導(dǎo)，并提供包含該波導(dǎo)的裝置。
根據(jù)本發(fā)明的波導(dǎo)，在包含三維光子晶體的多個(gè)線狀缺陷的波導(dǎo)中，三維光子晶體包含包含以預(yù)定的間隔設(shè)置的多個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)的第一層；包含以預(yù)定的間隔設(shè)置的多個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)的第二層，這些柱狀結(jié)構(gòu)沿與第一層中的柱狀結(jié)構(gòu)延伸的方向不同的方向延伸；包含以預(yù)定的間隔設(shè)置的多個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)的第三層，這些柱狀結(jié)構(gòu)沿與第一層中的柱狀結(jié)構(gòu)相同的方向延伸；和包含以預(yù)定的間隔設(shè)置的多個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)的第四層，這些柱狀結(jié)構(gòu)沿與第二層中的柱狀結(jié)構(gòu)相同的方向延伸，其中，第一層和第三層被層疊，使得設(shè)置在第一層中包含的柱狀結(jié)構(gòu)的位置沿與柱狀結(jié)構(gòu)的延伸方向垂直的方向相對(duì)于設(shè)置在第三層中包含的柱狀結(jié)構(gòu)的位置偏移所述預(yù)定的間隔的一半，并且，第二層和第四層被層疊，使得設(shè)置在第二層中包含的柱狀結(jié)構(gòu)的位置沿與柱狀結(jié)構(gòu)的延伸方向垂直的方向相對(duì)于設(shè)置在第四層中包含的柱狀結(jié)構(gòu)的位置偏移所述預(yù)定的間隔的一半。在根據(jù)本發(fā)明的波導(dǎo)中，多個(gè)線狀缺陷包含通過將柱狀結(jié)構(gòu)中的一些的介質(zhì)改變?yōu)榕c柱狀結(jié)構(gòu)的介質(zhì)不同的介質(zhì)形成的第一線狀缺陷、和通過移動(dòng)沿與第一線狀缺陷相同的方向延伸的柱狀結(jié)構(gòu)中的一些的位置或改變其形狀形成的第二線狀缺陷，并且，第一線狀缺陷和第二線狀缺陷被設(shè)置為沿三維光子晶體的層疊方向分開0.5倍的面外晶格周期或更遠(yuǎn)。
通過以下參照附圖對(duì)示例性實(shí)施例的說(shuō)明，本發(fā)明的其它特征將變得十分明顯。


圖1是表示木料堆結(jié)構(gòu)A的視圖。
圖2包含表示木料堆結(jié)構(gòu)A的各個(gè)層的視圖。
圖3是表示木料堆結(jié)構(gòu)A的規(guī)格化頻率的示圖。
圖4A～4D是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的相關(guān)部分的示意圖。
圖5A和圖5B是表示本發(fā)明的第一實(shí)施例的波導(dǎo)模式的視圖。
圖6是表示根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的規(guī)格化頻率的示圖。
圖7是表示根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的規(guī)格化頻率的示圖。
圖8是表示光子晶體結(jié)構(gòu)D的視圖。
圖9包含表示光子晶體結(jié)構(gòu)D的各個(gè)層的視圖。
圖10是表示光子晶體結(jié)構(gòu)D的規(guī)格化頻率的示圖。
圖11A～11D是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的相關(guān)部分的示意圖。
圖12A和圖12B是表示本發(fā)明的第二實(shí)施例的波導(dǎo)模式的視圖。
圖13是表示本發(fā)明的第二實(shí)施例的規(guī)格化頻率的示圖。
圖14A～14D是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的相關(guān)部分的示意圖。
圖15是表示本發(fā)明的第二實(shí)施例的規(guī)格化頻率的示圖。
圖16A～16D是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的相關(guān)部分的示意圖。
圖17是表示本發(fā)明的第二實(shí)施例的規(guī)格化頻率的示圖。
圖18是表示本發(fā)明的第二實(shí)施例的規(guī)格化頻率的示圖。
圖19包含根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例的相關(guān)部分的示意圖。
圖20包含根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例的相關(guān)部分的示意圖。
圖21包含根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例的相關(guān)部分的示意圖。
圖22是表示本發(fā)明的第五實(shí)施例的光譜的示圖。
圖23A～23F是表示已知的光子晶體的視圖。
圖24A是表示已知的光子晶體的電磁場(chǎng)強(qiáng)度分布的視圖。
圖24B是表示已知的光子晶體的電磁場(chǎng)強(qiáng)度分布的視圖。
圖25A～25D是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的相關(guān)部分的示意圖。
圖26A和圖26B是表示本發(fā)明的第三實(shí)施例的波導(dǎo)模式的視圖。
圖27是表示本發(fā)明的第三實(shí)施例的規(guī)格化頻率的示圖。
圖28是表示本發(fā)明的第三實(shí)施例的規(guī)格化頻率的示圖。
圖29A～29D是根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的相關(guān)部分的示意圖。
圖30A和圖30B是表示本發(fā)明的第四實(shí)施例的波導(dǎo)模式的視圖。
圖31是表示本發(fā)明的第四實(shí)施例的規(guī)格化頻率的示圖。
圖32A～32D是根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的相關(guān)部分的示意圖。
圖33是表示本發(fā)明的第四實(shí)施例的規(guī)格化頻率的示圖。
圖34是表示本發(fā)明的第四實(shí)施例的規(guī)格化頻率的示圖。
圖35包含根據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施例的相關(guān)部分的示意圖。
圖36包含根據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施例的相關(guān)部分的示意圖。
圖37包含根據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施例的相關(guān)部分的示意圖。
圖38是表示本發(fā)明的第六實(shí)施例的光譜的示圖。
圖39A是表示具有離散結(jié)構(gòu)的光子晶體的視圖。
圖39B包含表示具有離散結(jié)構(gòu)的光子晶體的各個(gè)層的視圖。
圖40A是表示具有離散結(jié)構(gòu)的光子晶體的視圖。
圖40B包含表示具有離散結(jié)構(gòu)的光子晶體的各個(gè)層的視圖。
具體實(shí)施例方式
(第一實(shí)施例)圖1是木料堆結(jié)構(gòu)A的視圖。木料堆結(jié)構(gòu)A包含在x-y面中形成基本周期的四個(gè)層101～104。
圖2表示木料堆結(jié)構(gòu)A的各個(gè)層的x-y橫截面視圖。在第一層101和第三層103中，沿x軸方向以規(guī)則的間隔P周期性地設(shè)置沿y軸方向延伸的多個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)101a和103a。各個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)101a被設(shè)置在沿x軸方向從相應(yīng)的柱狀結(jié)構(gòu)103a的位置偏移P/2的位置上。在第二層102和第四層104中，沿y軸方向以規(guī)則的間隔P周期性地設(shè)置沿x軸方向延伸的多個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)102a和104a。各個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)102a被設(shè)置在沿y軸方向從相應(yīng)的柱狀結(jié)構(gòu)104a的位置偏移P/2的位置上。構(gòu)成柱狀結(jié)構(gòu)101a～104a的材料的折射率、柱狀結(jié)構(gòu)的形狀、設(shè)置柱狀結(jié)構(gòu)的間隔和各層的厚度等被優(yōu)化，由此在所希望的頻率范圍上獲得完全光子帶隙。
表1表示木料堆結(jié)構(gòu)A的結(jié)構(gòu)參數(shù)。這里，術(shù)語(yǔ)“面內(nèi)晶格周期”代表圖2中所示的柱狀結(jié)構(gòu)101a～104a的間隔P。術(shù)語(yǔ)“面外晶格周期”代表由多個(gè)層形成的基本周期。在木料堆結(jié)構(gòu)A中，面外晶格周期代表沿層疊方向與四個(gè)層101～104對(duì)應(yīng)的總長(zhǎng)。表1中的術(shù)語(yǔ)“折射率”代表構(gòu)成木料堆結(jié)構(gòu)的柱狀結(jié)構(gòu)101a～104a的介質(zhì)的折射率。構(gòu)成木料堆結(jié)構(gòu)的柱狀結(jié)構(gòu)以外的部分的介質(zhì)為例如空氣，且其折射率為1.0。術(shù)語(yǔ)“柱狀結(jié)構(gòu)寬度”代表沿垂直于層中的柱狀結(jié)構(gòu)延伸的方向的方向的柱狀結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度。術(shù)語(yǔ)“柱狀結(jié)構(gòu)高度”代表沿層疊方向(z軸方向)的柱狀結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度。
表1

圖3是表示通過平面波展開法計(jì)算的木料堆結(jié)構(gòu)A的光子帶隙的示圖。圖的橫坐標(biāo)代表波數(shù)矢量，即，入射到光子晶體上的電磁波的入射方向。例如，點(diǎn)K代表與x軸(或y軸)平行的波數(shù)矢量，點(diǎn)x代表在x-y面中相對(duì)于x軸(或y軸)具有45°的傾斜角的波數(shù)矢量。圖的縱坐標(biāo)代表由晶格周期規(guī)格化的規(guī)格化頻率。
在由圖3中的陰影區(qū)域表示的頻率范圍中形成不管光的入射方向如何都不能存在光的完全光子帶隙。當(dāng)在這種三維光子晶體內(nèi)提供導(dǎo)致周期無(wú)序的缺陷時(shí)，產(chǎn)生在完全光子帶隙內(nèi)具有頻率的缺陷模式。該缺陷模式的頻率和波數(shù)矢量由缺陷的形狀或介質(zhì)確定。當(dāng)提供線狀缺陷時(shí)，波數(shù)矢量的維度不限于沿線狀缺陷的延伸方向。因此，在缺陷模式中，光沿線狀缺陷的延伸方向被引導(dǎo)。
圖4A～4D是在木料堆結(jié)構(gòu)A內(nèi)提供線狀缺陷的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)B的示意圖。圖4A是波導(dǎo)結(jié)構(gòu)B的x-z橫截面視圖。圖4B～4D分別是沿截面IVB、截面IVC和截面IVD的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)B的x-y橫截面視圖。波導(dǎo)結(jié)構(gòu)B包含在圖1所示的木料堆結(jié)構(gòu)A內(nèi)沿y軸方向延伸的線狀缺陷(第一線狀缺陷)20。波導(dǎo)結(jié)構(gòu)B還包含被設(shè)置在與具有第一線狀缺陷20的層不同的層中并被設(shè)置在沿y軸方向延伸的一些柱狀結(jié)構(gòu)中的第二線狀缺陷200、201、202和203。第一線狀缺陷20是在第一層101中去除柱狀結(jié)構(gòu)中的一個(gè)的區(qū)域。第二線狀缺陷200～203是通過在第三層103中改變一些柱狀結(jié)構(gòu)的柱狀結(jié)構(gòu)寬度形成的。
表2表示波導(dǎo)結(jié)構(gòu)B的結(jié)構(gòu)參數(shù)。圖4A的x-z截面中的第一線狀缺陷20的中心被定義為坐標(biāo)的原點(diǎn)。層內(nèi)沿x軸方向的各缺陷的長(zhǎng)度被定義為缺陷寬度。沿層疊方向(z軸方向)的各缺陷的長(zhǎng)度被定義為缺陷高度。
在表2和圖4A～圖4D中，缺陷寬度由20w和200w～203w表示，并且，缺陷高度由20h和200h～203h表示。
表2

圖5A表示通過有限差分時(shí)域(FDTD)法計(jì)算的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)B的波導(dǎo)模式。圖的橫坐標(biāo)表示被晶格周期P規(guī)格化的波數(shù)矢量的波導(dǎo)方向(y軸方向)的分量的大小。圖的縱坐標(biāo)表示被晶格周期P規(guī)格化的頻率(規(guī)格化頻率)。由圖5A中的區(qū)域a表示的頻率范圍表示完全光子帶隙以外的頻率范圍。在完全光子帶隙中存在的模式表示由于缺陷而導(dǎo)致的缺陷模式。由圖5A中的區(qū)域b表示的頻率范圍表示可以以缺陷模式中的單模式引導(dǎo)光的頻率范圍。
如圖5A所示，可以以單模式引導(dǎo)光的頻率范圍在0.449～0.459的范圍中。當(dāng)通過FDTD法計(jì)算在波導(dǎo)結(jié)構(gòu)B中僅設(shè)置第一線狀缺陷20而不設(shè)置第二線狀缺陷200～203的情況下的波導(dǎo)模式時(shí)，可以以單模式引導(dǎo)光的頻率范圍在0.433～0.440的范圍中。這些結(jié)果表明，第二線狀缺陷200～203的形成可提供可在較寬的頻率范圍上以單模式引導(dǎo)光的波導(dǎo)。
圖5B表示在可以以單模式引導(dǎo)光的頻率范圍中的波導(dǎo)模式的x-z橫截面中的電磁場(chǎng)強(qiáng)度分布。由白色區(qū)域表示的部分表示具有較高的電磁場(chǎng)強(qiáng)度的區(qū)域。該結(jié)果表示，該波導(dǎo)模式具有電磁場(chǎng)強(qiáng)度高度集中在波導(dǎo)的中心附近的單峰電磁場(chǎng)強(qiáng)度分布。
圖6表示在波導(dǎo)結(jié)構(gòu)B中的第二線狀缺陷200～203的缺陷寬度200w、201w、202w和203w同時(shí)變化相同的量的情況下可以以單模式引導(dǎo)光的頻率范圍的變化。
在圖6中，橫坐標(biāo)表示缺陷寬度，縱坐標(biāo)表示規(guī)格化頻率。連接圖6中各個(gè)點(diǎn)的實(shí)線和虛線分別表示可以以單模式引導(dǎo)光的頻率范圍中的高頻和低頻。通過改變?nèi)毕輰挾?00w、201w、202w和203w，可以改變可以以單模式引導(dǎo)光的頻率范圍。因此，在波導(dǎo)結(jié)構(gòu)B中，可以通過改變第二線狀缺陷200～203的形狀，控制可以以單模式引導(dǎo)光的頻率范圍。
本實(shí)施例的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)B可控制可以以單模式引導(dǎo)光的頻率范圍，并提供在垂直于波導(dǎo)方向的平面內(nèi)具有單峰或大致呈單峰的強(qiáng)度分布的模式。以下解釋其原因。
在波導(dǎo)結(jié)構(gòu)B的波導(dǎo)模式中，當(dāng)將接近PBG的低頻側(cè)的波導(dǎo)模式的電磁場(chǎng)強(qiáng)度分布與接近高頻側(cè)的波導(dǎo)模式的電磁場(chǎng)強(qiáng)度分布相比較時(shí)，接近低頻側(cè)的模式的電磁場(chǎng)強(qiáng)度分布相對(duì)高度集中在線狀缺陷上。相反，在接近高頻側(cè)的模式中，電磁場(chǎng)強(qiáng)度分布擴(kuò)展到遠(yuǎn)離線狀缺陷的區(qū)域。特別地，電磁場(chǎng)強(qiáng)度分布相對(duì)于線狀缺陷沿層疊方向擴(kuò)展。
光的頻率和波數(shù)矢量之間的關(guān)系由空間的折射率決定。類似地，波導(dǎo)模式的頻率和波數(shù)矢量之間的關(guān)系由模式折射率決定。因此，當(dāng)波數(shù)矢量為常量時(shí)，模式折射率越低，則模式的頻率越高。另外，模式折射率由模式的電磁場(chǎng)強(qiáng)度分布被集中在具有高折射率的結(jié)構(gòu)的一部分上的比值確定。
當(dāng)沿層疊方向在遠(yuǎn)離線狀缺陷的位置上設(shè)置第二線狀缺陷并改變第二線狀缺陷的形狀時(shí)，接近被引導(dǎo)模式的高頻側(cè)的模式的折射率顯著改變。因此，模式的頻率可顯著改變。通過利用這種現(xiàn)象，第二線狀缺陷的形狀被適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)，使得接近高頻側(cè)的波導(dǎo)模式的頻率被控制為所希望的頻率。由此，可以以單模式引導(dǎo)光的頻率范圍可以被控制。
當(dāng)在第一線狀缺陷附近設(shè)置第二線狀缺陷時(shí)，波導(dǎo)模式的電磁場(chǎng)強(qiáng)度分布強(qiáng)烈受第二線狀缺陷影響。由于波導(dǎo)模式的電磁場(chǎng)強(qiáng)度分布具有容易集中在由具有高折射率的材料構(gòu)成的一部分上的特性，因此，波導(dǎo)模式的電磁場(chǎng)強(qiáng)度分布集中在第二線狀缺陷上。因此，在垂直于波導(dǎo)方向的平面中的電磁場(chǎng)強(qiáng)度分布變?yōu)殡p峰分布。
相反，在波導(dǎo)結(jié)構(gòu)B中，由于在遠(yuǎn)離第一線狀缺陷的位置上設(shè)置第二線狀缺陷，因此，第二線狀缺陷對(duì)波導(dǎo)模式的電磁場(chǎng)強(qiáng)度分布的影響不顯著。因此，在垂直于波導(dǎo)方向的平面中的電磁場(chǎng)強(qiáng)度分布是強(qiáng)度分布高度集中在第一線狀缺陷上的單峰分布。
在本實(shí)施例中，選擇包含沿與第一線狀缺陷相同的方向延伸的柱狀結(jié)構(gòu)以及被設(shè)置為最接近第一線狀缺陷的層，并且，在最接近第一線狀缺陷而設(shè)置的柱狀結(jié)構(gòu)上設(shè)置第二線狀缺陷。作為替代方案，可以在其它柱狀結(jié)構(gòu)上設(shè)置第二線狀缺陷。例如，選擇包含沿與第一線狀缺陷相同的方向延伸的柱狀結(jié)構(gòu)以及被設(shè)置為最接近第一線狀缺陷的層，并且，可以在在遠(yuǎn)離第一線狀缺陷的位置上設(shè)置的柱狀結(jié)構(gòu)上設(shè)置第二線狀缺陷。在這種情況下，可以實(shí)現(xiàn)相同的優(yōu)點(diǎn)。作為替代方案，可以在設(shè)置在沿層疊方向進(jìn)一步遠(yuǎn)離第一線狀缺陷的層中的柱狀結(jié)構(gòu)上設(shè)置第二線狀缺陷。在這種情況下，可以實(shí)現(xiàn)相同的優(yōu)點(diǎn)。
如果沿層疊方向的第一線狀缺陷和第二線狀缺陷之間的距離在0.5～1.5倍的面外晶格周期的范圍內(nèi)，那么是有效的。其原因如下。當(dāng)在比0.5倍的面外晶格周期近的位置上設(shè)置第二線狀缺陷時(shí)，難以獲得在垂直于波導(dǎo)方向的平面內(nèi)的電磁場(chǎng)強(qiáng)度分布是單峰分布的波導(dǎo)模式。當(dāng)在比1.5倍的面外晶格周期遠(yuǎn)的位置上設(shè)置第二線狀缺陷時(shí)，波導(dǎo)模式的電磁場(chǎng)較弱，并且第二線狀缺陷不會(huì)顯著影響波導(dǎo)模式。
具有第二線狀缺陷的柱狀結(jié)構(gòu)的數(shù)量不限于本實(shí)施例中給出的數(shù)量。當(dāng)設(shè)置多個(gè)線狀缺陷時(shí)，線狀缺陷的形狀可相互不同?？梢酝ㄟ^控制第二線狀缺陷的位置、數(shù)量和形狀，更精確地控制波導(dǎo)模式的頻率。
下面，將說(shuō)明不管構(gòu)成光子晶體的柱狀結(jié)構(gòu)的介質(zhì)的折射率如何都可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)的事實(shí)。將對(duì)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)C進(jìn)行說(shuō)明，該波導(dǎo)結(jié)構(gòu)C由具有折射率為3.6的柱狀結(jié)構(gòu)的三維光子晶體構(gòu)成并具有與波導(dǎo)結(jié)構(gòu)B相同的結(jié)構(gòu)。表3表示波導(dǎo)結(jié)構(gòu)C的結(jié)構(gòu)參數(shù)。
表3

圖7表示在波導(dǎo)結(jié)構(gòu)C中的缺陷寬度200w、201w、202w和203w同時(shí)變化相同的量的情況下可以以單模式引導(dǎo)光的頻率范圍的變化。在圖7中，橫坐標(biāo)表示缺陷寬度，縱坐標(biāo)表示規(guī)格化頻率。連接圖7中各個(gè)點(diǎn)的實(shí)線和虛線分別表示可以以單模式引導(dǎo)光的頻率范圍中的高頻和低頻。通過FDTD方法計(jì)算波導(dǎo)模式。通過改變?nèi)毕輰挾?00w、201w、202w和203w，可以以單模式引導(dǎo)光的區(qū)域改變。因此，不管構(gòu)成三維光子晶體結(jié)構(gòu)的介質(zhì)的折射率如何，都可以通過控制第二線狀缺陷的形狀，控制可以以單模式引導(dǎo)光的頻率范圍。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施例，關(guān)于通過給木料堆結(jié)構(gòu)提供波導(dǎo)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)可以以作為單模式并在所希望的頻率范圍上具有所希望的強(qiáng)度分布的模式引導(dǎo)光的波導(dǎo)。
如公知的結(jié)構(gòu)中那樣，使用具有高折射率比的至少兩種類型的介質(zhì)作為用三維光子晶體構(gòu)成上述波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的介質(zhì)是重要的。基于晶體中的折射率分布獲得光子帶隙。因此，提供更大的折射率比的介質(zhì)的組合可提供更寬的光子帶隙。為了獲得具有有效寬度的光子帶隙，折射率比可以為2或更大。可以使用諸如Si、GaAs、InP、Ge、TiO2、GaN、Ta2O5或Nb2O5的具有高折射率的材料作為柱狀結(jié)構(gòu)的介質(zhì)。并且，可以使用在使用的波長(zhǎng)范圍中沒有吸收的透明材料。使用諸如例如SiO2的介電物質(zhì)、例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的有機(jī)聚合材料、空氣或水的具有低折射率的介質(zhì)作為構(gòu)成柱狀結(jié)構(gòu)的介質(zhì)以外的介質(zhì)。構(gòu)成通過去除柱狀結(jié)構(gòu)中的一些形成的第一線狀缺陷的介質(zhì)不限于空氣，并且可由上述具有低折射率的介質(zhì)構(gòu)成。
例如，關(guān)于第一線狀缺陷，缺陷的形狀與柱狀結(jié)構(gòu)的形狀相同或不同，并且，折射率可以變化。關(guān)于第二線狀缺陷，柱狀結(jié)構(gòu)的形狀相同，另外，第二線狀缺陷的位置可以變化。作為替代方案，柱狀結(jié)構(gòu)的形狀可以變化，另外，缺陷的位置可以變化。作為替代方案，柱狀結(jié)構(gòu)的材料的折射率可以變化。這些實(shí)施例可以被組合。
可以使用公知的制造方法(諸如重復(fù)使用電子束光刻結(jié)構(gòu)構(gòu)圖并層疊的方法、晶片熔接法或納米壓印(nanoimprint)法)以制造波導(dǎo)。
(第二實(shí)施例)圖8是光子帶隙比木料堆結(jié)構(gòu)的寬的三維光子晶體結(jié)構(gòu)D的示意圖。
三維光子晶體結(jié)構(gòu)D包含在x-y面中形成基本周期的十二個(gè)層301～312。圖9表示各層的x-y橫截面的一部分。在第一層301和第層層307中，沿x軸方向以規(guī)則的間隔P設(shè)置沿y軸方向延伸的多個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)301a和307a。各個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)301a被設(shè)置在沿x軸方向從相應(yīng)的柱狀結(jié)構(gòu)307a的位置偏移P/2的位置上。在第四層304和第十層310中，沿y軸方向以規(guī)則的間隔P設(shè)置沿x軸方向延伸的多個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)304a和310a。各個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)304a被設(shè)置在沿y軸方向從相應(yīng)的柱狀結(jié)構(gòu)310a的位置偏移P/2的位置上。
在第二層302和第三層303中，離散結(jié)構(gòu)302a和303a被排列在與第一層301的柱狀結(jié)構(gòu)301a和第四層304的柱狀結(jié)構(gòu)304a的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的位置上。離散結(jié)構(gòu)302a和303a被離散地排列，以在x-y平面中不相互接觸。離散結(jié)構(gòu)302a和303a具有對(duì)稱性，使得離散結(jié)構(gòu)具有相同形狀，并當(dāng)在x-y平面中旋轉(zhuǎn)90度時(shí)相互重疊。類似地，被設(shè)置在包含柱狀結(jié)構(gòu)的各個(gè)層之間的第五層305、第六層306、第八層308、第九層309、第十一層311和第十二層312也包含離散結(jié)構(gòu)。具體地，在與相鄰的層的柱狀結(jié)構(gòu)的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的位置上、在x-y平面中離散地排列離散結(jié)構(gòu)305a、306a、308a、309a、311a和312a。
通過優(yōu)化柱狀結(jié)構(gòu)和離散結(jié)構(gòu)的材料的折射率、柱狀結(jié)構(gòu)或離散結(jié)構(gòu)的形狀、設(shè)置柱狀結(jié)構(gòu)或離散結(jié)構(gòu)的間隔以及各層的厚度等，可以在所希望的頻率范圍(波長(zhǎng)范圍)上獲得較寬的完全光子帶隙。第二、第三、第五、第六、第八、第九、第十一和第十二層是包含離散結(jié)構(gòu)的層。
表4表示在第二實(shí)施例中使用的三維光子晶體結(jié)構(gòu)D的結(jié)構(gòu)參數(shù)。
術(shù)語(yǔ)“面內(nèi)晶格周期”代表圖9中所示的柱狀結(jié)構(gòu)的間隔P。術(shù)語(yǔ)“面外晶格周期”代表由多個(gè)層形成的基本周期。在三維光子晶體結(jié)構(gòu)D中，面外晶格周期代表沿層疊方向與十二個(gè)層301～312對(duì)應(yīng)的總長(zhǎng)。表4中的術(shù)語(yǔ)“折射率”代表構(gòu)成三維光子晶體結(jié)構(gòu)D的柱狀結(jié)構(gòu)和離散結(jié)構(gòu)的介質(zhì)的折射率。構(gòu)成三維光子晶體結(jié)構(gòu)D的柱狀結(jié)構(gòu)和離散結(jié)構(gòu)以外的部分的介質(zhì)為空氣，且其折射率為1.0。術(shù)語(yǔ)“離散結(jié)構(gòu)寬度”代表沿面內(nèi)方向的圖9所示的各離散結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度。離散結(jié)構(gòu)寬度在表4和圖9中由Dw1和Dw2表示。術(shù)語(yǔ)“離散結(jié)構(gòu)高度”代表沿層疊方向(z軸方向)的離散結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度。離散結(jié)構(gòu)高度在表4和圖8中由Dh表示。
表4

圖10是表示通過平面波展開法計(jì)算的三維光子晶體結(jié)構(gòu)D的光子帶隙的示圖。
圖10的縱坐標(biāo)與橫坐標(biāo)與第一實(shí)施例的圖3相同。在由陰影區(qū)域表示的頻率范圍中形成不管光的入射方向如何都不能存在光的完全光子帶隙。當(dāng)在三維光子晶體結(jié)構(gòu)D內(nèi)提供線狀缺陷時(shí)，可產(chǎn)生在完全光子帶隙內(nèi)具有頻率的波導(dǎo)模式。
圖11A～11D是在三維光子晶體結(jié)構(gòu)D內(nèi)提供線狀缺陷的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)E的示意圖。波導(dǎo)結(jié)構(gòu)E包含在三維光子晶體結(jié)構(gòu)D內(nèi)沿y軸方向延伸的第一線狀缺陷40。波導(dǎo)結(jié)構(gòu)E還包含被設(shè)置在與具有第一線狀缺陷40的層不同的層中并通過修改沿y軸方向延伸的一些柱狀結(jié)構(gòu)制備的第二線狀缺陷400、401、402和403。
第一線狀缺陷40是第一層的柱狀結(jié)構(gòu)中的一個(gè)以及設(shè)置在第一層上面的兩個(gè)相鄰的層和設(shè)置在第一層下面的兩個(gè)相鄰的層的離散結(jié)構(gòu)的一些被去除的區(qū)域。
該結(jié)構(gòu)與下面將說(shuō)明的圖14中所示的第一線狀缺陷50和圖16中所示的第一線狀缺陷60相同。
圖11A表示波導(dǎo)結(jié)構(gòu)E的x-z橫截面。圖11B～11D分別是沿截面XIB、截面XIC和截面XID的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)E的x-y橫截面視圖。
表5表示波導(dǎo)結(jié)構(gòu)E的結(jié)構(gòu)參數(shù)。波導(dǎo)結(jié)構(gòu)E包含沿y軸方向延伸的柱狀結(jié)構(gòu)的寬度是0.20P的第二線狀缺陷400、401、402和403。第一線狀缺陷40的高度40h是第一層301的高度和設(shè)置在第一層301上的兩個(gè)相鄰的層和設(shè)置在第一層301下面的兩個(gè)相鄰的層的高度的總和。第一線狀缺陷寬度40w對(duì)應(yīng)于第三層303的離散結(jié)構(gòu)寬度Dw1。術(shù)語(yǔ)“缺陷寬度”表示層中的沿x軸方向的各缺陷的長(zhǎng)度。缺陷寬度在表5和圖11B～11D中由40w和400w～403w表示。術(shù)語(yǔ)“缺陷高度”表示沿層疊方向(z軸方向)的各缺陷的長(zhǎng)度。缺陷高度在表5和圖11A中由40h和400h～403h表示。設(shè)置在圖11A的x-z截面中的第一線狀缺陷40的中心被定義為坐標(biāo)的原點(diǎn)。
表5

圖12表示通過FDTD法計(jì)算的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)E的波導(dǎo)模式。圖的橫坐標(biāo)表示被晶格周期P規(guī)格化的波數(shù)矢量的波導(dǎo)方向(y軸方向)的分量的大小。圖的縱坐標(biāo)表示被晶格周期P規(guī)格化的頻率(規(guī)格化頻率)。由圖12A中的區(qū)域a表示的頻率范圍表示完全光子帶隙以外的頻率范圍。在圖12A中，由區(qū)域b表示的頻率范圍表示可以以缺陷模式中的單模式引導(dǎo)光的頻率范圍?？梢砸詥文Ｊ揭龑?dǎo)光的頻率范圍在0.462～0.478的范圍中。當(dāng)通過FDTD法計(jì)算在波導(dǎo)結(jié)構(gòu)E中僅設(shè)置第一線狀缺陷40而不設(shè)置第二線狀缺陷400～403的情況下的波導(dǎo)模式時(shí)，可以以單模式引導(dǎo)光的頻率范圍在0.452～0.466的范圍中。這些結(jié)果表明，第二線狀缺陷400～403的形成可提供可在較寬的頻率范圍上以單模式引導(dǎo)光的波導(dǎo)。
圖12B表示在可以在波導(dǎo)結(jié)構(gòu)E中以單模式引導(dǎo)光的頻率范圍中的波導(dǎo)模式的x-z橫截面中的電磁場(chǎng)強(qiáng)度分布。由白色區(qū)域表示的部分表示具有較高的電磁場(chǎng)強(qiáng)度的區(qū)域。該結(jié)果表示，該波導(dǎo)模式具有電磁場(chǎng)強(qiáng)度高度集中在波導(dǎo)的中心附近的單峰電磁場(chǎng)強(qiáng)度分布。
圖13表示在波導(dǎo)結(jié)構(gòu)E中的第二線狀缺陷400～403的缺陷寬度400w、401w、402w和403w同時(shí)變化相同的量的情況下可以以單模式引導(dǎo)光的頻率范圍的變化。在圖13中，橫坐標(biāo)表示缺陷寬度，縱坐標(biāo)表示規(guī)格化頻率。連接圖13中的各個(gè)點(diǎn)的實(shí)線和虛線分別表示可以以單模式引導(dǎo)光的頻率范圍中的高頻和低頻。通過改變?nèi)毕輰挾?00w、401w、402w和403w，可以改變可以以單模式引導(dǎo)光的頻率范圍。因此，在波導(dǎo)結(jié)構(gòu)E中，可以通過改變?cè)谠O(shè)置在與具有第一線狀缺陷40的層不同的層中的一些柱狀結(jié)構(gòu)中提供的第二線狀缺陷400～403的形狀，控制可以以單模式引導(dǎo)光的頻率范圍。
本實(shí)施例的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)E可控制可以以單模式引導(dǎo)光的頻率范圍，并在垂直于波導(dǎo)方向的平面內(nèi)提供大致呈單峰的強(qiáng)度分布。其原因與第一實(shí)施例中相同。
在本實(shí)施例中，選擇包含沿與第一線狀缺陷相同的方向延伸的柱狀結(jié)構(gòu)以及被設(shè)置為最接近第一線狀缺陷的層，并且，在最接近第一線狀缺陷而設(shè)置的柱狀結(jié)構(gòu)上設(shè)置第二線狀缺陷。作為替代方案，可以在其它柱狀結(jié)構(gòu)上設(shè)置第二線狀缺陷。例如，選擇包含沿與第一線狀缺陷相同的方向延伸的柱狀結(jié)構(gòu)以及被設(shè)置為最接近第一線狀缺陷的層，并且，可以在在更遠(yuǎn)離第一線狀缺陷的位置上設(shè)置的柱狀結(jié)構(gòu)上設(shè)置第二線狀缺陷。在這種情況下，可以實(shí)現(xiàn)相同的優(yōu)點(diǎn)。作為替代方案，可以在設(shè)置在沿層疊方向進(jìn)一步遠(yuǎn)離第一線狀缺陷的層中的柱狀結(jié)構(gòu)上設(shè)置第二線狀缺陷。在這種情況下，可以實(shí)現(xiàn)相同的優(yōu)點(diǎn)。如果沿層疊方向的第一線狀缺陷和第二線狀缺陷之間的距離在0.5～1.5倍的面外晶格周期的范圍內(nèi)，那么是有效的。其原因如下。在比0.5倍的面外晶格周期近的位置上，難以獲得垂直于波導(dǎo)方向的平面內(nèi)的電磁場(chǎng)強(qiáng)度分布是單峰分布的波導(dǎo)模式。在比1.5倍的面外晶格周期遠(yuǎn)的位置上，波導(dǎo)模式的電磁場(chǎng)較弱。因此，即使當(dāng)設(shè)置第二線狀缺陷時(shí)，第二線狀缺陷也不顯著影響波導(dǎo)模式。
第二線狀缺陷的數(shù)量不限于本實(shí)施例中給出的數(shù)量。當(dāng)設(shè)置多個(gè)線狀缺陷時(shí)，線狀缺陷的形狀可相互不同。
下面，將說(shuō)明包含三維光子晶體結(jié)構(gòu)D的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)F的實(shí)施例。在該波導(dǎo)結(jié)構(gòu)F中，取代或除了沿與第一線狀缺陷相同的方向的柱狀結(jié)構(gòu)，在離散結(jié)構(gòu)的一些上設(shè)置第二線狀缺陷。
在圖14中所示的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)F中，在三維光子晶體結(jié)構(gòu)D內(nèi)設(shè)置沿y軸方向延伸的第一線狀缺陷50，并且，改變?cè)O(shè)置在與具有第一線狀缺陷50的層不同的層中的離散結(jié)構(gòu)中的一些的形狀。第一線狀缺陷50的區(qū)域充滿空氣。
圖14A表示波導(dǎo)結(jié)構(gòu)F的x-z橫截面視圖。圖14B～14D是x-y橫截面視圖。在本實(shí)施例中，在圖14C和14D中所示的各層(與圖9中所示的第五層305和第九層309對(duì)應(yīng))中，最接近第一線狀缺陷50而設(shè)置的離散結(jié)構(gòu)的x軸方向的寬度改變。圖14C和14D表示包含通過改變沿x軸方向的寬度形成的第二線狀缺陷500、501、502和503的結(jié)構(gòu)。
表6表示波導(dǎo)結(jié)構(gòu)F的結(jié)構(gòu)參數(shù)。第一線狀缺陷50的高度50h是第一層301的高度和設(shè)置在第一層301上的兩個(gè)相鄰的層和設(shè)置在第一層301下面的兩個(gè)相鄰的層的高度的總和。第二線狀缺陷的高度與離散結(jié)構(gòu)的高度對(duì)應(yīng)。術(shù)語(yǔ)“缺陷寬度”表示層中的沿x-y平面方向的各缺陷的長(zhǎng)度。在表6和圖14B～14D中，沿x軸方向的長(zhǎng)度由50w和500w1～503w1表示，沿y軸方向的長(zhǎng)度由500w2～503w2表示。在表6中的缺陷寬度(500w1、501w1、502w1和503w1)的列中，術(shù)語(yǔ)“0.00P”意思是不存在線狀缺陷的情況。術(shù)語(yǔ)“缺陷高度”表示沿層疊方向(z軸方向)的各缺陷的長(zhǎng)度。缺陷高度在表6和圖14A中由50h和500h～503h表示。通過FDTD法計(jì)算波導(dǎo)模式。
表6

圖15表示在波導(dǎo)結(jié)構(gòu)F的缺陷寬度500w1、501w1、502w1和503w1同時(shí)變化相同的量的情況下可以以單模式引導(dǎo)光的頻率范圍的變化。在圖15中，橫坐標(biāo)表示缺陷寬度，縱坐標(biāo)表示規(guī)格化頻率。
連接圖15中各個(gè)點(diǎn)的實(shí)線和虛線分別表示可以以單模式引導(dǎo)光的頻率范圍中的高頻和低頻。通過改變?nèi)毕輰挾?00w1、501w1、502w1和503w1，可以以單模式引導(dǎo)光的頻率范圍改變。
圖16A～16D表示波導(dǎo)結(jié)構(gòu)G。在波導(dǎo)結(jié)構(gòu)G中，在三維光子晶體結(jié)構(gòu)D內(nèi)設(shè)置沿y軸方向延伸的第一線狀缺陷60和第二線狀缺陷600、601、602和603。通過在圖16C和圖16D中所示的層中改變最接近第一線狀缺陷60設(shè)置的離散結(jié)構(gòu)的y軸方向的寬度，形成第二線狀缺陷600、601、602和603。表7表示波導(dǎo)結(jié)構(gòu)G的結(jié)構(gòu)參數(shù)。在表7和圖16B～16D中，沿x軸方向的長(zhǎng)度由60w和600w1～603w1表示，沿y軸方向的長(zhǎng)度由600w2～603w2表示。在表7中的缺陷寬度(600w2、601w2、602w2和603w2)的列中，術(shù)語(yǔ)“0.00P”意思是不存在線狀缺陷的情況。術(shù)語(yǔ)“缺陷高度”表示沿層疊方向的各缺陷的長(zhǎng)度。缺陷高度在表7和圖16A中由60h和600h～603h表示。通過FDTD法計(jì)算波導(dǎo)模式。
表7

圖17表示在波導(dǎo)結(jié)構(gòu)G的缺陷寬度600w1、601w1、602w1和603w1同時(shí)變化相同的量的情況下可以以單模式引導(dǎo)光的頻率范圍的變化。在圖17中，橫坐標(biāo)表示缺陷寬度，縱坐標(biāo)表示規(guī)格化頻率。連接圖17中各個(gè)點(diǎn)的實(shí)線和虛線分別表示可以以單模式引導(dǎo)光的頻率范圍中的高頻和低頻。通過改變?nèi)毕輰挾?00w2、601w2、602w2和603w2，可以以單模式引導(dǎo)光的頻率范圍改變。
如上所述，關(guān)于通過改變離散結(jié)構(gòu)的形狀形成的第二線狀缺陷，可以通過改變第二線狀缺陷的形狀，控制可以以單模式引導(dǎo)光的頻率范圍。
在本實(shí)施例中，在設(shè)置在與具有第一線狀缺陷的層不同的層中并被設(shè)置為最接近第一線狀缺陷的離散結(jié)構(gòu)中設(shè)置第二線狀缺陷。作為替代方案，可以在其它的離散結(jié)構(gòu)中設(shè)置第二線狀缺陷。
例如，可以在設(shè)置在與具有第一線狀缺陷的層不同的層中并被設(shè)置在更遠(yuǎn)離第一線狀缺陷的位置上的離散結(jié)構(gòu)或被設(shè)置在沿層疊方向更遠(yuǎn)離第一線狀缺陷的層中的離散結(jié)構(gòu)中設(shè)置第二線狀缺陷。作為替代方案，可以在鄰近沿y軸方向延伸的柱狀結(jié)構(gòu)的離散結(jié)構(gòu)中設(shè)置第二線狀缺陷。在這些情況下可以實(shí)現(xiàn)相同的優(yōu)點(diǎn)。如果沿層疊方向的第一線狀缺陷和第二線狀缺陷之間的距離在0.5～1.5倍的面外晶格周期的范圍內(nèi)，那么是有效的。
其原因如下。在比0.5倍的面外晶格周期近的位置上，難以獲得垂直于波導(dǎo)方向的平面內(nèi)的電磁場(chǎng)強(qiáng)度分布是單峰分布的波導(dǎo)模式。另一方面，當(dāng)在比1.5倍的面外晶格周期遠(yuǎn)的位置上設(shè)置第二線狀缺陷時(shí)，第二線狀缺陷不會(huì)顯著影響波導(dǎo)模式。
并且，可以同時(shí)在柱狀結(jié)構(gòu)和離散結(jié)構(gòu)中設(shè)置第二線狀缺陷。第二線狀缺陷的數(shù)量不限于本實(shí)施例中給出的數(shù)量。當(dāng)設(shè)置多個(gè)線狀缺陷時(shí)，缺陷的形狀可相互不同。
以下將說(shuō)明構(gòu)成光子晶體的介質(zhì)的折射率不限于上述實(shí)施例給出的折射率的事實(shí)。在由折射率為3.6的介質(zhì)構(gòu)成的光子晶體中，制備結(jié)構(gòu)與圖11中所示的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)E相同的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)H。表8表示波導(dǎo)結(jié)構(gòu)H的結(jié)構(gòu)參數(shù)。通過FDTD法計(jì)算波導(dǎo)模式。
表8

圖18表示在缺陷寬度400w、401w、402w和403w同時(shí)變化相同的量的情況下可以以單模式引導(dǎo)光的頻率范圍的變化。在圖18中，橫坐標(biāo)表示缺陷寬度，縱坐標(biāo)表示規(guī)格化頻率。連接圖18中的各個(gè)點(diǎn)的實(shí)線和虛線分別表示可以以單模式引導(dǎo)光的頻率范圍中的高頻和低頻。通過改變?nèi)毕輰挾?00w、401w、402w和403w，改變可以以單模式引導(dǎo)光的頻率范圍。該結(jié)果表明，不管構(gòu)成三維光子晶體結(jié)構(gòu)的介質(zhì)的折射率如何，都可以通過控制設(shè)置在與具有第一線狀缺陷的層不同的層中的第二線狀缺陷的形狀，控制可以以單模式引導(dǎo)光的范圍。
如上所述，本實(shí)施例說(shuō)明了通過在三維光子晶體結(jié)構(gòu)D中形成缺陷制備的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本實(shí)施例中說(shuō)明的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)可以以作為單模式并在所希望的頻率范圍上具有所希望的強(qiáng)度分布的模式引導(dǎo)光的波導(dǎo)。
可用三維光子晶體構(gòu)成上述波導(dǎo)的介質(zhì)和用于制造三維光子晶體的方法與第一實(shí)施例給出的相同。因此，這里省略進(jìn)一步的說(shuō)明。
作為柱狀結(jié)構(gòu)中的一些或離散結(jié)構(gòu)中的一些被修改的第二線狀缺陷的實(shí)施例，可以改變其位置或折射率而不是形狀。作為替代方案，除了改變形狀外，還可以改變位置或折射率。
本實(shí)施例說(shuō)明了各個(gè)附加層包含具有離散結(jié)構(gòu)的兩個(gè)層的三維光子晶體，但三維光子晶體不限于此。例如，三維光子晶體可具有各附加層包含具有離散結(jié)構(gòu)的一個(gè)層或三個(gè)或更多個(gè)層的結(jié)構(gòu)。作為替代方案，三維光子晶體可具有在柱狀結(jié)構(gòu)的一側(cè)設(shè)置離散結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。在這些情況下，也可以通過在上述位置上形成線狀缺陷實(shí)現(xiàn)相同的優(yōu)點(diǎn)。以下將說(shuō)明具有離散結(jié)構(gòu)的層的數(shù)量是一個(gè)和三個(gè)的情況。
圖39A是具有離散結(jié)構(gòu)的層的數(shù)量是一個(gè)的三維周期性結(jié)構(gòu)的相關(guān)部分的示意圖。三維周期性結(jié)構(gòu)2100包含在x-y平面中形成基本周期的八個(gè)層2101～2108。
圖39B包含各層2101～2108的x-y橫截面視圖。
在第一層2101和第五層2105中，分別沿x軸方向以規(guī)則的間隔(間距)P設(shè)置由第一介質(zhì)(具有第一折射率)構(gòu)成并沿y軸方向延伸的多個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)2101a和2105a。各個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)2101a被設(shè)置在沿x軸方向從相應(yīng)的柱狀結(jié)構(gòu)2105a的位置偏移P/2的位置上。在第三層2103和第七層2107中，分別以規(guī)則的間隔(間距)P沿y軸方向設(shè)置由第一介質(zhì)構(gòu)成并沿x軸方向延伸的多個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)2103a和2107a。各個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)2103a被設(shè)置在沿y軸方向從相應(yīng)的柱狀結(jié)構(gòu)2107a的位置偏移P/2的位置上。
在第二層2102中，離散結(jié)構(gòu)被排列在與第一層2101的柱狀結(jié)構(gòu)2101a和第三層2103的柱狀結(jié)構(gòu)2103a的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的位置上。由第一介質(zhì)構(gòu)成的離散結(jié)構(gòu)2102a被離散地排列，以不在x-y平面中相互接觸。類似地，在被設(shè)置在包含柱狀結(jié)構(gòu)的層之間的第四層2104、第六層2106和第八層2108中，離散結(jié)構(gòu)被排列在與相鄰的層的柱狀結(jié)構(gòu)的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的位置上。例如，排列由第一介質(zhì)構(gòu)成并具有與在x-y平面中離散地排列的離散結(jié)構(gòu)2102a相同的形狀的離散結(jié)構(gòu)2104a、2106a和2108a。
層的柱狀結(jié)構(gòu)2101a、2103a、2105a和2107a以及離散結(jié)構(gòu)2102a、2104a、2106a和2108a相互接觸。層的柱狀結(jié)構(gòu)以外的部分1a和離散結(jié)構(gòu)以外的部分1a充滿第二介質(zhì)(具有較低的折射率)圖40A是具有離散結(jié)構(gòu)的層的數(shù)量是三個(gè)的三維周期性結(jié)構(gòu)的相關(guān)部分的示意圖。三維周期性結(jié)構(gòu)2300包含在x-y平面中形成基本周期的16個(gè)層2301～2316。
圖40B包含各層2301～2316的x-y橫截面視圖。
在第一層2301和第九層2309中，分別以規(guī)則的間隔P沿x軸方向設(shè)置由第一介質(zhì)構(gòu)成并沿y軸方向延伸的多個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)2301a和2309a。各個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)2301a被設(shè)置在沿x軸方向從相應(yīng)的柱狀結(jié)構(gòu)2309a的位置偏移P/2的位置上。在第五層2305和第13層2313中，分別以規(guī)則的間隔P沿y軸方向設(shè)置由第一介質(zhì)構(gòu)成并沿x軸方向延伸的多個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)2305a和2313a。各個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)2305a被設(shè)置在沿y軸方向從相應(yīng)的柱狀結(jié)構(gòu)2313a的位置偏移P/2的位置上。
在第二層2302、第三層2303和第四層2304中，離散結(jié)構(gòu)被排列在與第一層2301的柱狀結(jié)構(gòu)2301a和第五層2305的柱狀結(jié)構(gòu)2305a的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的位置上。例如，由第一介質(zhì)構(gòu)成的離散結(jié)構(gòu)2302a、2303a和2304a被離散地排列，以在x-y平面中不相互接觸。
離散結(jié)構(gòu)2302a和2304a具有對(duì)稱性，使得離散結(jié)構(gòu)具有相同的形狀，并當(dāng)在x-y平面中旋轉(zhuǎn)90度時(shí)相互重疊。類似地，被設(shè)置在包含柱狀結(jié)構(gòu)的各個(gè)層之間的第六層2306、第七層2307、第八層2308、第十層2310、第十一層2311和第十二層2312、第十四層2314、第15層2315和第16層2316也包含離散結(jié)構(gòu)。具體地，在與相鄰的層的柱狀結(jié)構(gòu)的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的位置上、在x-y平面中離散地排列由第一介質(zhì)構(gòu)成的離散結(jié)構(gòu)2306a、2307a、2308a、2310a、2311a、2312a、2314a、2315a和2316a。
各層的柱狀結(jié)構(gòu)和離散結(jié)構(gòu)相互接觸。各層的柱狀結(jié)構(gòu)和離散結(jié)構(gòu)以外的部分充滿第二介質(zhì)。通過優(yōu)化第一介質(zhì)和第二介質(zhì)的折射率、柱狀結(jié)構(gòu)或離散結(jié)構(gòu)的形狀、設(shè)置柱狀結(jié)構(gòu)或離散結(jié)構(gòu)的間隔以及各層的厚度等，可以在所希望的十分寬的頻率范圍(波長(zhǎng)范圍)上獲得完全光子帶隙。
如圖39A所示的結(jié)構(gòu)中那樣，柱狀結(jié)構(gòu)和離散結(jié)構(gòu)的形狀、柱狀結(jié)構(gòu)的延伸方向、設(shè)置柱狀結(jié)構(gòu)或離散結(jié)構(gòu)的間隔以及使用的介質(zhì)的折射率不限于上述結(jié)構(gòu)的那些。
設(shè)置在具有柱狀結(jié)構(gòu)的各個(gè)層之間的附加層的三種類型的離散結(jié)構(gòu)可在x-y平面中具有不同的面積。例如，附加層可包含面積沿z軸方向依次變化的三種類型的離散結(jié)構(gòu)的層。
為了獲得較寬的完全光子帶隙，具有離散結(jié)構(gòu)的層的數(shù)量可以為四個(gè)或更多。但是，在這種情況下，由于制造過程變得復(fù)雜，因此，可根據(jù)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的預(yù)期目的選擇具有離散結(jié)構(gòu)的層的數(shù)量。
如上所述，具有離散結(jié)構(gòu)的層被離散地排列在具有周期性地設(shè)置的柱狀結(jié)構(gòu)的各個(gè)層之間，由此獲得與公知的結(jié)構(gòu)相比更寬的完全光子帶隙。
(第三實(shí)施例)
圖25A～25D是在木料堆結(jié)構(gòu)A內(nèi)設(shè)置線狀缺陷的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)I的示意圖。波導(dǎo)結(jié)構(gòu)I包含在木料堆結(jié)構(gòu)A內(nèi)沿y軸方向延伸的第一線狀缺陷120和第二線狀缺陷1200、1201、1202和1203。
第一線狀缺陷120是在第一層101中去除柱狀結(jié)構(gòu)中的一個(gè)的區(qū)域。第二線狀缺陷1200、1201、1202和1203被設(shè)置在與具有第一線狀缺陷120的層不同的層中，并且是通過偏移在層中沿y軸方向延伸的柱狀結(jié)構(gòu)中的一些的位置形成的。
圖25A是波導(dǎo)結(jié)構(gòu)I的x-z橫截面視圖。圖25B～25D是波導(dǎo)結(jié)構(gòu)I的x-y橫截面視圖。在本實(shí)施例中，如圖25C和25D所示，將對(duì)包含通過沿x軸方向?qū)⒀貀軸方向延伸的柱狀結(jié)構(gòu)中的一些偏移0.10P形成的第二線狀缺陷1200、1201、1202和1203的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。
表9表示波導(dǎo)結(jié)構(gòu)I的結(jié)構(gòu)參數(shù)。x-z截面中的第一線狀缺陷120的中心被定義為坐標(biāo)的原點(diǎn)。層內(nèi)沿x軸方向的第一線狀缺陷120的長(zhǎng)度被定義為缺陷寬度。沿層疊方向的第一線狀缺陷120的長(zhǎng)度被定義為缺陷高度。
并且，在具有第二線狀缺陷的各個(gè)層中，范圍為從位移前的柱狀結(jié)構(gòu)的中心坐標(biāo)到位移后的柱狀結(jié)構(gòu)的中心坐標(biāo)的長(zhǎng)度被定義為位移量。關(guān)于方向的符號(hào)，沿x軸方向接近原點(diǎn)的方向被定義為正方向，而沿x軸方向遠(yuǎn)離原點(diǎn)的方向被定義為負(fù)方向。在表9和圖25A和25B中，缺陷寬度由120w表示，缺陷高度由120h表示，位移量由1200Δx、1201Δx、1202Δx和1203Δx表示。
表9

圖26A表示通過FDTD法計(jì)算的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)I的波導(dǎo)模式。在圖26A中，圖的橫坐標(biāo)表示被晶格周期P規(guī)格化的波數(shù)矢量的波導(dǎo)方向(y軸方向)的分量的大小。圖的縱坐標(biāo)表示被晶格周期P規(guī)格化的頻率(規(guī)格化頻率)。由圖26A中的區(qū)域a表示的頻率范圍表示完全光子帶隙以外的頻率范圍。在完全光子帶隙中存在的模式表示由于缺陷而導(dǎo)致的缺陷模式。由圖26A中的區(qū)域b表示的頻率范圍表示可以以缺陷模式中的單模式引導(dǎo)光的頻率范圍。如圖26A所示，可以以單模式引導(dǎo)光的頻率范圍在0.434～0.449的范圍中。當(dāng)通過FDTD法計(jì)算在波導(dǎo)結(jié)構(gòu)I中僅設(shè)置第一線狀缺陷120而不設(shè)置第二線狀缺陷1200～1203的情況下的波導(dǎo)模式時(shí)，可以以單模式引導(dǎo)光的頻率范圍在0.433～0.440的范圍中。這些結(jié)果表明，第二線狀缺陷1200～1203的形成可提供可在較寬的頻率范圍上以單模式引導(dǎo)光的波導(dǎo)。
圖26B表示在可以在波導(dǎo)結(jié)構(gòu)I中以單模式引導(dǎo)光的頻率范圍中的波導(dǎo)模式的x-z橫截面中的電磁場(chǎng)強(qiáng)度分布。由白色區(qū)域表示的部分表示具有較高的電磁場(chǎng)強(qiáng)度的區(qū)域。該結(jié)果表示，該波導(dǎo)模式具有電磁場(chǎng)強(qiáng)度高度集中在波導(dǎo)的中心附近的單峰電磁場(chǎng)強(qiáng)度分布。
圖27表示在波導(dǎo)結(jié)構(gòu)I中的第二線狀缺陷的位移量1200Δx、1201Δx、1202Δx和1203Δx同時(shí)變化相同的量的情況下可以以單模式引導(dǎo)光的頻率范圍的變化。橫坐標(biāo)表示位移量，縱坐標(biāo)表示規(guī)格化頻率。連接圖27中各個(gè)點(diǎn)的實(shí)線和虛線分別表示可以以單模式引導(dǎo)光的頻率范圍中的高頻和低頻。通過改變沿正方向或負(fù)方向的位移量1200Δx、1201Δx、1202Δx和1203Δx，改變可以以單模式引導(dǎo)光的頻率范圍。因此，在波導(dǎo)結(jié)構(gòu)I中，可以通過改變第二線狀缺陷的位移量，控制可以以單模式引導(dǎo)光的頻率范圍。
在本實(shí)施例中，選擇包含沿與第一線狀缺陷相同的方向延伸的柱狀結(jié)構(gòu)以及被設(shè)置為最接近第一線狀缺陷的層，并且，在最接近第一線狀缺陷而設(shè)置的柱狀結(jié)構(gòu)上設(shè)置第二線狀缺陷。作為替代方案，可以在其它柱狀結(jié)構(gòu)上設(shè)置線狀缺陷。例如，選擇包含沿與第一線狀缺陷相同的方向延伸的柱狀結(jié)構(gòu)以及被設(shè)置為最接近第一線狀缺陷的層，并且，可以在在遠(yuǎn)離第一線狀缺陷的位置上設(shè)置的柱狀結(jié)構(gòu)上設(shè)置第二線狀缺陷。在這種情況下，可以實(shí)現(xiàn)相同的優(yōu)點(diǎn)。作為替代方案，可以在設(shè)置在沿層疊方向進(jìn)一步遠(yuǎn)離第一線狀缺陷的層中的柱狀結(jié)構(gòu)上設(shè)置第二線狀缺陷。在這種情況下，可以實(shí)現(xiàn)相同的優(yōu)點(diǎn)。如果沿層疊方向的第一線狀缺陷和第二線狀缺陷之間的距離在0.5～1.5倍的面外晶格周期的范圍內(nèi)，那么是有效的。其原因如下。在比0.5倍的面外晶格周期近的位置上，難以獲得垂直于波導(dǎo)方向的平面內(nèi)的電磁場(chǎng)強(qiáng)度分布是單峰分布的波導(dǎo)模式。在比1.5倍的面外晶格周期遠(yuǎn)的位置上，波導(dǎo)模式的電磁場(chǎng)較弱。因此，即使當(dāng)設(shè)置第二線狀缺陷時(shí)，第二線狀缺陷不會(huì)顯著影響波導(dǎo)模式。
具有第二線狀缺陷的柱狀結(jié)構(gòu)的數(shù)量不限于本實(shí)施例中給出的數(shù)量。當(dāng)設(shè)置多個(gè)線狀缺陷時(shí)，線狀缺陷的位移量和位移方向可相互不同?？梢酝ㄟ^控制第二線狀缺陷的數(shù)量和位置，更精確地控制波導(dǎo)模式的頻率。
并且，將說(shuō)明不管構(gòu)成光子晶體的柱狀結(jié)構(gòu)的介質(zhì)的折射率如何都可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)的事實(shí)。將對(duì)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)J進(jìn)行說(shuō)明，該波導(dǎo)結(jié)構(gòu)J由具有由折射率為3.6的介質(zhì)構(gòu)成的柱狀結(jié)構(gòu)的三維光子晶體構(gòu)成并具有與波導(dǎo)結(jié)構(gòu)I(圖25A～25D)相同的結(jié)構(gòu)。表10表示波導(dǎo)結(jié)構(gòu)J的結(jié)構(gòu)參數(shù)。
表10

圖28表示在波導(dǎo)結(jié)構(gòu)J中的位移量1200Δx、1201Δx、1202Δx和1203Δx同時(shí)變化相同的量的情況下可以以單模式引導(dǎo)光的頻率范圍的變化。
在圖28中，橫坐標(biāo)表示位移量，縱坐標(biāo)表示規(guī)格化頻率。連接圖28中各個(gè)點(diǎn)的實(shí)線和虛線分別表示可以以單模式引導(dǎo)光的頻率范圍中的高頻和低頻。通過FDTD法計(jì)算波導(dǎo)模式。如圖28所示，通過改變沿正方向或負(fù)方向的位移量1200Δx、1201Δx、1202Δx和1203Δx，可以以單模式引導(dǎo)光的頻率范圍改變。因此，不管構(gòu)成三維光子晶體結(jié)構(gòu)的介質(zhì)的折射率如何，都可以通過改變第二線狀缺陷的位移量控制可以以單模式引導(dǎo)光的頻率范圍。
(第四實(shí)施例)圖29A～29D是表示在三維光子晶體結(jié)構(gòu)D內(nèi)設(shè)置線狀缺陷的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)K的示意圖。波導(dǎo)結(jié)構(gòu)K包含在三維光子晶體結(jié)構(gòu)D內(nèi)沿y軸方向延伸的第一線狀缺陷140和第二線狀缺陷1400、1401、1402和1403。
第二線狀缺陷1400、1401、1402和1403被設(shè)置在與具有第一線狀缺陷140的層不同的層中，并且是通過偏移在層中沿y軸方向延伸的柱狀結(jié)構(gòu)中的一些的位置形成的。
本實(shí)施例說(shuō)明包含通過沿x軸方向?qū)⒀貀軸方向延伸的柱狀結(jié)構(gòu)中的一些偏移0.10P形成的第二線狀缺陷1400、1401、1402和1403的結(jié)構(gòu)。表11表示波導(dǎo)結(jié)構(gòu)K的結(jié)構(gòu)參數(shù)。第一線狀缺陷140的高度140h是第一層301的高度和設(shè)置在第一層301上的兩個(gè)相鄰的層和設(shè)置在第一層301下面的兩個(gè)相鄰的層的高度的總和。第一線狀缺陷140的寬度140w對(duì)應(yīng)于第三層303的離散結(jié)構(gòu)寬度Dw1。x-z截面中的第一線狀缺陷140的中心被定義為坐標(biāo)的原點(diǎn)。層內(nèi)沿x軸方向的第一線狀缺陷的長(zhǎng)度被定義為缺陷寬度。沿層疊方向的第一線狀缺陷的長(zhǎng)度被定義為缺陷高度。在具有第二線狀缺陷的各個(gè)層中，范圍為從位移前的柱狀結(jié)構(gòu)的中心坐標(biāo)到位移后的柱狀結(jié)構(gòu)的中心坐標(biāo)的長(zhǎng)度被定義為位移量。關(guān)于方向的符號(hào)，沿x軸方向接近原點(diǎn)的方向被定義為正方向，而沿x軸方向遠(yuǎn)離原點(diǎn)的方向被定義為負(fù)方向。在表11和圖29A和29B中，缺陷寬度由140w表示，缺陷高度由140h表示，位移量由1400Δx、1401Δx、1402Δx和1403Δx表示。
表11

圖30A是表示通過FDTD法計(jì)算的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)K的波導(dǎo)模式的示圖。圖的橫坐標(biāo)表示被晶格周期P規(guī)格化的波數(shù)矢量的波導(dǎo)方向(y軸方向)的分量的大小。圖的縱坐標(biāo)表示被晶格周期P規(guī)格化的頻率(規(guī)格化頻率)。由圖30A中的區(qū)域a表示的頻率范圍表示完全光子帶隙以外的頻率范圍。由圖30A中的區(qū)域b表示的頻率范圍表示可以以波導(dǎo)模式中的單模式引導(dǎo)光的頻率范圍?？梢砸詥文Ｊ揭龑?dǎo)光的頻率范圍在0.454～0.471的范圍中。當(dāng)通過FDTD法計(jì)算在波導(dǎo)結(jié)構(gòu)K中僅設(shè)置第一線狀缺陷140而不設(shè)置第二線狀缺陷1400～1403的情況下的波導(dǎo)模式時(shí)，可以以單模式引導(dǎo)光的頻率范圍在0.452～0.466的范圍中。這些結(jié)果表明，第二線狀缺陷1400～1403的形成可提供可在較寬的頻率范圍上以單模式引導(dǎo)光的波導(dǎo)。
圖30B表示在可以在波導(dǎo)結(jié)構(gòu)K中以單模式引導(dǎo)光的頻率范圍中的波導(dǎo)模式的x-z橫截面中的電磁場(chǎng)強(qiáng)度分布。由白色區(qū)域表示的部分表示具有較高的電磁場(chǎng)強(qiáng)度的區(qū)域。該結(jié)果表示，該波導(dǎo)模式具有電磁場(chǎng)強(qiáng)度高度集中在波導(dǎo)的中心附近的單峰電磁場(chǎng)強(qiáng)度分布。
圖31表示在波導(dǎo)結(jié)構(gòu)K中的第二線狀缺陷的位移量1400Δx、1401Δx、1402Δx和1403Δx同時(shí)變化相同的量的情況下可以以單模式引導(dǎo)光的頻率范圍的變化。在圖31中，橫坐標(biāo)表示位移量，縱坐標(biāo)表示規(guī)格化頻率。連接圖31中各個(gè)點(diǎn)的實(shí)線和虛線分別表示可以以單模式引導(dǎo)光的頻率范圍中的高頻和低頻。通過改變沿正方向或負(fù)方向的位移量1400Δx、1401Δx、1402Δx和1403Δx，改變可以以單模式引導(dǎo)光的頻率范圍。因此，在波導(dǎo)結(jié)構(gòu)K中，可以通過改變第二線狀缺陷的位移量，控制可以以單模式引導(dǎo)光的頻率范圍。
本實(shí)施例的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)K可控制可以以單模式引導(dǎo)光的頻率范圍，并在與波導(dǎo)方向垂直的平面中提供大致為單峰的強(qiáng)度分布。其原因與第三實(shí)施例中相同。
在本實(shí)施例中，選擇包含沿與第一線狀缺陷相同的方向延伸的柱狀結(jié)構(gòu)以及被設(shè)置為最接近第一線狀缺陷的層，并且，在最接近第一線狀缺陷而設(shè)置的柱狀結(jié)構(gòu)上設(shè)置第二線狀缺陷。作為替代方案，可以在其它柱狀結(jié)構(gòu)上設(shè)置線狀缺陷。例如，選擇包含沿與第一線狀缺陷相同的方向延伸的柱狀結(jié)構(gòu)以及被設(shè)置為最接近第一線狀缺陷的層，并且，可以在在遠(yuǎn)離第一線狀缺陷的位置上設(shè)置的柱狀結(jié)構(gòu)上設(shè)置第二線狀缺陷。在這種情況下，可以實(shí)現(xiàn)相同的優(yōu)點(diǎn)。作為替代方案，可以在設(shè)置在沿層疊方向進(jìn)一步遠(yuǎn)離第一線狀缺陷的層中的柱狀結(jié)構(gòu)上設(shè)置第二線狀缺陷。在這種情況下，可以實(shí)現(xiàn)相同的優(yōu)點(diǎn)。
如果沿層疊方向的第一線狀缺陷和第二線狀缺陷之間的距離在0.5～1.5倍的面外晶格周期的范圍內(nèi)，那么是有效的。其原因如下。在比0.5倍的面外晶格周期近的位置上，難以獲得垂直于波導(dǎo)方向的平面內(nèi)的電磁場(chǎng)強(qiáng)度分布是單峰分布的波導(dǎo)模式。在比1.5倍的面外晶格周期遠(yuǎn)的位置上，波導(dǎo)模式的電磁場(chǎng)較弱。因此，即使當(dāng)設(shè)置第二線狀缺陷時(shí)，第二線狀缺陷不會(huì)顯著影響波導(dǎo)模式。第二線狀缺陷的數(shù)量不限于本實(shí)施例中給出的數(shù)量。當(dāng)設(shè)置多個(gè)線狀缺陷時(shí)，線狀缺陷的位移量和位移方向可相互不同?？梢酝ㄟ^控制第二線狀缺陷的數(shù)量、位置和位移量，控制波導(dǎo)模式的頻率。
下面，將對(duì)包含不僅在沿與第一線狀缺陷相同的方向延伸的柱狀結(jié)構(gòu)上而且在離散結(jié)構(gòu)上設(shè)置第二線狀缺陷的三維光子晶體結(jié)構(gòu)D的實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。將說(shuō)明該結(jié)構(gòu)可控制可以以單模式引導(dǎo)光的頻率范圍的事實(shí)。波導(dǎo)結(jié)構(gòu)L包含在三維光子晶體結(jié)構(gòu)D內(nèi)沿y軸方向延伸的第一線狀缺陷150和第二線狀缺陷1500、1501、1502和1503。填充第一線狀缺陷150的區(qū)域是空氣。第二線狀缺陷1500、1501、1502和1503是通過沿面內(nèi)方向偏移設(shè)置在與具有第一線狀缺陷150的層不同的層中的一些離散結(jié)構(gòu)的位置形成的。圖32C和圖32D表示包含通過沿x軸方向偏移最接近第一線狀缺陷150設(shè)置的離散結(jié)構(gòu)形成的第二線狀缺陷1500、1501、1502和1503的結(jié)構(gòu)。表12表示波導(dǎo)結(jié)構(gòu)L的結(jié)構(gòu)參數(shù)。第一線狀缺陷150的高度150h是第一層301的高度和設(shè)置在第一層301上的兩個(gè)相鄰的層和設(shè)置在第一層301下面的兩個(gè)相鄰的層的高度的總和。在具有第二線狀缺陷的各個(gè)層中，范圍為從位移前的離散結(jié)構(gòu)的中心坐標(biāo)到位移后的離散結(jié)構(gòu)的中心坐標(biāo)的長(zhǎng)度被定義為位移量。關(guān)于方向的符號(hào)，沿x軸方向接近原點(diǎn)的方向被定義為正方向，而沿x軸方向遠(yuǎn)離原點(diǎn)的方向被定義為負(fù)方向。在表12和圖32A和32B中，第一線狀缺陷150的缺陷寬度由150w表示，第一線狀缺陷150的缺陷高度由150h表示，位移量由1500Δx、1501Δx、1502Δx和1503Δx表示。如上面的實(shí)施例那樣通過FDTD法計(jì)算波導(dǎo)模式。
表12

圖33表示在波導(dǎo)結(jié)構(gòu)L中的位移量1500Δx、1501Δx、1502Δx和1503Δx同時(shí)變化相同的量的情況下可以以單模式引導(dǎo)光的頻率范圍的變化。在圖33中，橫坐標(biāo)表示位移量，縱坐標(biāo)表示規(guī)格化頻率。連接圖33中各個(gè)點(diǎn)的實(shí)線和虛線分別表示可以以單模式引導(dǎo)光的頻率范圍中的高頻和低頻。如圖33所示，通過改變沿正方向或負(fù)方向的位移量1500Δx、1501Δx、1502Δx和1503Δx，可以以單模式引導(dǎo)光的頻率范圍改變。
如上所述，在設(shè)置在與具有第一線狀缺陷的層不同的層中的離散結(jié)構(gòu)中的一些上設(shè)置第二線狀缺陷，并且，第二線狀缺陷的位置沿與第一線狀缺陷的延伸方向垂直的方向偏移。由此，可以控制可以以單模式引導(dǎo)光的頻率范圍。
在本實(shí)施例中，在被設(shè)置在與具有第一線狀缺陷的層不同的層中以及最接近第一線狀缺陷而設(shè)置的離散結(jié)構(gòu)上設(shè)置第二線狀缺陷。作為替代方案，可以在其它的離散結(jié)構(gòu)上設(shè)置第二線狀缺陷。
例如，可以在設(shè)置在與具有第一線狀缺陷的層不同的層中并被設(shè)置在更遠(yuǎn)離第一線狀缺陷的位置上的離散結(jié)構(gòu)或被設(shè)置在沿層疊方向更遠(yuǎn)離第一線狀缺陷的層中的離散結(jié)構(gòu)中設(shè)置第二線狀缺陷。作為替代方案，可以在鄰近沿y軸方向延伸的柱狀結(jié)構(gòu)的離散結(jié)構(gòu)中設(shè)置第二線狀缺陷。在這些情況下，可以實(shí)現(xiàn)相同的優(yōu)點(diǎn)。如果沿層疊方向的第一線狀缺陷和第二線狀缺陷之間的距離在0.5～1.5倍的面外晶格周期的范圍內(nèi)，那么是有效的。并且，可以同時(shí)在柱狀結(jié)構(gòu)和離散結(jié)構(gòu)中設(shè)置第二線狀缺陷。第二線狀缺陷的數(shù)量不限于本實(shí)施例中給出的數(shù)量。當(dāng)設(shè)置多個(gè)線狀缺陷時(shí)，缺陷的位移量和位移方向可相互不同。本實(shí)施例中的第一線狀缺陷是通過去除包含在鄰近柱狀結(jié)構(gòu)的附加層中的柱狀結(jié)構(gòu)和離散結(jié)構(gòu)形成的。作為替代方案，可以通過去除柱狀結(jié)構(gòu)或柱狀結(jié)構(gòu)中的一些或離散結(jié)構(gòu)中的一些，形成第一線狀缺陷。
并且，不管構(gòu)成光子晶體的介質(zhì)的折射率如何，都可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。通過使用由折射率為3.6的介質(zhì)構(gòu)成的光子晶體，形成具有與圖29A～29D中所示的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)K相同的結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)M。將對(duì)在這種情況下可控制可以以單模式引導(dǎo)光的頻率范圍的事實(shí)進(jìn)行說(shuō)明。表13表示波導(dǎo)結(jié)構(gòu)M的結(jié)構(gòu)參數(shù)。通過FDTD法計(jì)算波導(dǎo)模式。
表13

圖34表示在位移量1400Δx、1401Δx、1402Δx和1403Δx同時(shí)變化相同的量的情況下可以以單模式引導(dǎo)光的頻率范圍的變化。在圖34中，橫坐標(biāo)表示位移量，縱坐標(biāo)表示規(guī)格化頻率。連接圖34中各個(gè)點(diǎn)的實(shí)線和虛線分別表示可以以單模式引導(dǎo)光的頻率范圍中的高頻和低頻。其間的頻率范圍表示可以以單模式引導(dǎo)光的頻率范圍。通過改變位移量1400Δx、1401Δx、1402Δx和1403Δx，可以以單模式引導(dǎo)光的頻率范圍改變。因此，不管構(gòu)成三維光子晶體結(jié)構(gòu)的介質(zhì)的折射率如何，都可以通過改變?cè)O(shè)置在與具有第一線狀缺陷的層不同的層中的第二線狀缺陷的位移量，控制可以以單模式引導(dǎo)光的頻率范圍。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)可以以作為單模式并在所希望的頻率上具有所希望的強(qiáng)度分布的模式引導(dǎo)光的波導(dǎo)。
使用三維光子晶體構(gòu)成上述波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的介質(zhì)和用于制造三維光子晶體的方法與第三實(shí)施例相同。本實(shí)施例說(shuō)明了各附加層包含具有離散結(jié)構(gòu)的兩個(gè)層的三維光子晶體，但三維光子晶體不限于此。例如，三維光子晶體可具有各附加層包含具有離散結(jié)構(gòu)的一個(gè)層或三個(gè)層的結(jié)構(gòu)。作為替代方案，三維光子晶體可具有在柱狀結(jié)構(gòu)的一側(cè)設(shè)置離散結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。在這些情況下，也可以通過在上述位置形成線狀缺陷，實(shí)現(xiàn)相同的優(yōu)點(diǎn)。
(第五實(shí)施例)現(xiàn)在將說(shuō)明包含本發(fā)明的波導(dǎo)的裝置的實(shí)施例。
首先，說(shuō)明發(fā)光裝置。在三維光子晶體中設(shè)置點(diǎn)缺陷和線狀缺陷。通過優(yōu)化點(diǎn)缺陷的形狀和介質(zhì)，可以制造在光子帶隙中的所希望的頻率上具有諧振模式的諧振器。
在諧振器內(nèi)設(shè)置發(fā)射光譜包含諧振波長(zhǎng)的發(fā)光介質(zhì)，并通過電磁波或電流等從外部向發(fā)光介質(zhì)供給能量。由此，可以實(shí)現(xiàn)具有非常高的效率的諸如激光器和LED的發(fā)光裝置。當(dāng)通過線狀缺陷形成的波導(dǎo)被設(shè)置在點(diǎn)缺陷諧振器的附近并且波導(dǎo)在包含于諧振器的諧振模式中的頻率上具有波導(dǎo)模式時(shí)，在諧振器內(nèi)產(chǎn)生的光與波導(dǎo)模式耦合，并被提取到諧振器外部。被提取的光作為波導(dǎo)模式在波導(dǎo)內(nèi)傳播，并在波導(dǎo)端部與在三維光子晶體外部的自由空間中傳播的模式耦合。由此，可以在三維光子晶體外部引導(dǎo)光。
圖19包含發(fā)光裝置700的示意圖，該發(fā)光裝置700包含本發(fā)明的波導(dǎo)和具有通過載流子注入發(fā)光的活性部分的點(diǎn)缺陷。發(fā)光裝置700包含通過在三維光子晶體結(jié)構(gòu)中設(shè)置點(diǎn)缺陷701形成的諧振器701a、p型電極702、p型載流子傳導(dǎo)路徑703、n型電極704和n型載流子傳導(dǎo)路徑705。
諧振器701a包含通過載流子注入發(fā)光的活性部分。通過p型電極702和p型載流子傳導(dǎo)路徑703向諧振器701a供給空穴，并通過n型電極704和n型載流子傳導(dǎo)路徑705向諧振器701a供給電子。空穴和電子在諧振器701a內(nèi)耦合，由此導(dǎo)致發(fā)光和激光振蕩。
設(shè)置波導(dǎo)706，以將光引導(dǎo)到諧振器701a外部。波導(dǎo)706是通過設(shè)置第一線狀缺陷707和第二線狀缺陷708和709形成的。第一線狀缺陷707是通過去除三維光子晶體的柱狀結(jié)構(gòu)中的一些形成的。在與具有第一線狀缺陷707的層不同的層中設(shè)置第二線狀缺陷708和709。第二線狀缺陷708和709的形狀的優(yōu)化可提供在包含于諧振器701a的諧振模式中的頻率上具有可以以單模式引導(dǎo)光的波導(dǎo)模式。當(dāng)波導(dǎo)706關(guān)于諧振器701a的位置被設(shè)置在適當(dāng)位置上時(shí)，諧振器701a的諧振模式被有效轉(zhuǎn)換成波導(dǎo)模式，并且，可以從波導(dǎo)端部將光引導(dǎo)到三維光子晶體外部。使用這種波導(dǎo)結(jié)構(gòu)可控制波導(dǎo)模式，使得諧振模式的頻率與以波導(dǎo)的單模式引導(dǎo)光的頻率范圍對(duì)應(yīng)。
并且，波導(dǎo)706具有電磁場(chǎng)強(qiáng)度在垂直于波導(dǎo)方向的平面內(nèi)高度集中在波導(dǎo)的中心的波導(dǎo)模式。因此，可以從波導(dǎo)端部獲得電磁場(chǎng)強(qiáng)度分布沒有非對(duì)稱畸變的光。
如上所述，使用根據(jù)上述實(shí)施例中的一個(gè)的波導(dǎo)和點(diǎn)缺陷諧振器，可以實(shí)現(xiàn)具有較高的性能的發(fā)光裝置。
下面，圖20表示發(fā)光裝置800的例子，該發(fā)光裝置800包含在包含本發(fā)明的線狀缺陷的波導(dǎo)的線狀缺陷中設(shè)置活性介質(zhì)的波導(dǎo)和激勵(lì)活性介質(zhì)的激勵(lì)裝置。
波導(dǎo)806被設(shè)置在三維光子晶體中。在圖20中，波導(dǎo)806包含通過去除柱狀結(jié)構(gòu)中的一些形成的第一線狀缺陷807。波導(dǎo)806包含通過改變?cè)O(shè)置在與具有第一線狀缺陷807的層不同的層中的一些柱狀結(jié)構(gòu)的形狀形成、并沿與第一線狀缺陷807相同的方向延伸的第二線狀缺陷808和809。在該結(jié)構(gòu)中，三維光子晶體810和811被設(shè)置在波導(dǎo)外部，使得波導(dǎo)的兩端均為高反射面。并且，通過載流子注入發(fā)光的活性部分801被設(shè)置在第一線狀缺陷807內(nèi)。發(fā)光裝置800包含p型電極802、p型載流子傳導(dǎo)路徑803、n型電極804和n型載流子傳導(dǎo)路徑805。通過p型電極802和p型載流子傳導(dǎo)路徑803向活性部分801供給空穴，并通過n型電極804和n型載流子傳導(dǎo)路徑805向活性部分801供給電子?？昭ê碗娮釉诨钚圆糠?01內(nèi)耦合，由此導(dǎo)致發(fā)光。發(fā)射的光在第一線狀缺陷807中被引導(dǎo)，并在波導(dǎo)的端面上被反射。由此，發(fā)射的光在第一線狀缺陷807中以往復(fù)的方式傳播。在這種情況下，沿波導(dǎo)方向的波導(dǎo)806的長(zhǎng)度及其結(jié)構(gòu)參數(shù)被適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)，使得對(duì)于從活性部分801發(fā)射的光的波導(dǎo)模式滿足諧振條件。在這種情況下，發(fā)射的光在第一線狀缺陷807中諧振并且激光振蕩被執(zhí)行。
本實(shí)施例的波導(dǎo)具有電磁場(chǎng)強(qiáng)度在垂直于波導(dǎo)方向的平面中高度集中在波導(dǎo)的中心的波導(dǎo)模式。因此，可以從波導(dǎo)端部獲得電磁場(chǎng)強(qiáng)度分布沒有非對(duì)稱畸變的光。
并且，可以通過改變第二線狀缺陷808和809的形狀，控制波導(dǎo)模式。因此，對(duì)于具有任意波長(zhǎng)的光滿足諧振條件以執(zhí)行激光振蕩。
如上所述，可以使用包含具有設(shè)置在根據(jù)本實(shí)施例的波導(dǎo)的線狀缺陷中的活性介質(zhì)的波導(dǎo)和激勵(lì)活性介質(zhì)的激勵(lì)裝置的發(fā)光裝置，用于實(shí)現(xiàn)具有高性能的激光裝置。
圖21表示通過組合本發(fā)明的線狀缺陷波導(dǎo)和點(diǎn)缺陷諧振器制造的光分路電路900的例子。波導(dǎo)被設(shè)置在三維光子晶體中。圖21中的波導(dǎo)包含通過去除柱狀結(jié)構(gòu)中的一些形成的第一線狀缺陷901和通過改變?cè)O(shè)置在與具有第一線狀缺陷901的層不同的層中的一些柱狀結(jié)構(gòu)的形狀形成、并沿與第一線狀缺陷901相同的方向延伸的第二線狀缺陷902和903。并且，由點(diǎn)缺陷構(gòu)成的諧振器結(jié)構(gòu)904～907被設(shè)置在波導(dǎo)的附近。當(dāng)要分路的波長(zhǎng)的數(shù)量是n時(shí)，可以通過形成n個(gè)諧振器，實(shí)現(xiàn)所希望的光分路。諧振器結(jié)構(gòu)904～907被設(shè)計(jì)為使得諧振器結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)在相互不同的諧振波長(zhǎng)下工作。波導(dǎo)結(jié)構(gòu)被設(shè)計(jì)為使得在包含執(zhí)行光分路的波長(zhǎng)的波長(zhǎng)范圍中以單模式引導(dǎo)光。通過改變第二線狀缺陷的位置、數(shù)量和形狀的組合，可以控制波導(dǎo)模式，使得在包含諧振波長(zhǎng)的范圍中以單模式引導(dǎo)光。
包含各個(gè)點(diǎn)缺陷諧振器的諧振波長(zhǎng)址、λ2、λ3、...、λn的光束被引向這種波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，該光束的光譜示于圖22中。在這種情況下，具有與各諧振波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)分量的光束可被吸收到各諧振器中。另一方面，也可以從諧振器到波導(dǎo)執(zhí)行多路傳輸。這種光學(xué)裝置對(duì)于在光通信帶中使用的光分插裝置特別有用。
如上所述，使用包含根據(jù)本實(shí)施例的線狀缺陷波導(dǎo)和點(diǎn)缺陷諧振器的波長(zhǎng)濾波器可實(shí)現(xiàn)具有高性能的光分插裝置。
(第六實(shí)施例)圖35包含發(fā)光裝置1600的示意圖，該發(fā)光裝置1600包含本發(fā)明的波導(dǎo)和具有通過載流子注入發(fā)光的活性部分的點(diǎn)缺陷。發(fā)光裝置1600包含通過在三維光子晶體結(jié)構(gòu)中設(shè)置點(diǎn)缺陷1601形成的諧振器、p型電極1602、p型載流子傳導(dǎo)路徑1603、n型電極1604和n型載流子傳導(dǎo)路徑1605。通過載流子注入發(fā)光的活性部分被設(shè)置在諧振器內(nèi)。通過p型電極1602和p型載流子傳導(dǎo)路徑1603向諧振器供給空穴，并通過n型電極1604和n型載流子傳導(dǎo)路徑1605向諧振器供給電子。空穴和電子在諧振器內(nèi)耦合，由此導(dǎo)致發(fā)光和激光振蕩。根據(jù)本發(fā)明的波導(dǎo)1606被設(shè)置為將光引導(dǎo)到諧振器外部。波導(dǎo)1606是通過設(shè)置第一線狀缺陷1607和第二線狀缺陷1608和1609形成的。第一線狀缺陷1607是通過去除三維光子晶體的柱狀結(jié)構(gòu)中的一些形成的。在與具有第一線狀缺陷1607的層不同的層中設(shè)置第二線狀缺陷1608和1609。通過移動(dòng)第二線狀缺陷1608和1609的位置以優(yōu)化位移量，可以獲得具有可在包含于諧振器的諧振模式中的頻率上以單模式引導(dǎo)光的波導(dǎo)模式的波導(dǎo)。當(dāng)相對(duì)于諧振器的位置將波導(dǎo)設(shè)置在適當(dāng)?shù)奈恢蒙蠒r(shí)，諧振器的諧振模式被有效轉(zhuǎn)換為波導(dǎo)模式，并且光可從波導(dǎo)端部被引導(dǎo)到三維光子晶體外部。由此，使用根據(jù)本發(fā)明的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)可控制波導(dǎo)模式，使得諧振模式的頻率與可以以波導(dǎo)的單模式引導(dǎo)光的頻率對(duì)應(yīng)。并且，本發(fā)明的波導(dǎo)具有電磁場(chǎng)強(qiáng)度在垂直于波導(dǎo)方向的平面中被高度集中在波導(dǎo)的中心的波導(dǎo)模式。因此，可以從波導(dǎo)端部獲得電磁場(chǎng)強(qiáng)度分布沒有非對(duì)稱畸變的光。如上所述，使用根據(jù)本發(fā)明的波導(dǎo)和點(diǎn)缺陷諧振器，可以實(shí)現(xiàn)具有高性能的激光裝置。
下面，圖36表示發(fā)光裝置1700的例子，該發(fā)光裝置1700包含在根據(jù)本發(fā)明的線狀缺陷波導(dǎo)的線狀缺陷中設(shè)置活性介質(zhì)的波導(dǎo)和激勵(lì)活性介質(zhì)的激勵(lì)裝置。
根據(jù)本發(fā)明的波導(dǎo)1706被設(shè)置在三維光子晶體中。在圖36中，波導(dǎo)1706包含通過去除柱狀結(jié)構(gòu)中的一些形成的第一線狀缺陷1707。波導(dǎo)1706包含通過移動(dòng)設(shè)置在與具有第一線狀缺陷1707的層不同的層中的一些柱狀結(jié)構(gòu)的位置形成、并沿與第一線狀缺陷1707相同的方向延伸的第二線狀缺陷1708和1709。在該結(jié)構(gòu)中，三維光子晶體1710和1711被設(shè)置在波導(dǎo)外部，使得波導(dǎo)的兩端均為高反射面。
并且，通過載流子注入發(fā)光的活性部分1701被設(shè)置在第一線狀缺陷1707內(nèi)。發(fā)光裝置1700包含p型電極1702、p型載流子傳導(dǎo)路徑1703、n型電極1704和n型載流子傳導(dǎo)路徑1705。通過p型電極1702和p型載流子傳導(dǎo)路徑1703向活性部分1701供給空穴，并通過n型電極1704和n型載流子傳導(dǎo)路徑1705向活性部分1701供給電子?？昭ê碗娮釉诨钚圆糠?701內(nèi)耦合，由此導(dǎo)致發(fā)光。發(fā)射的光在第一線狀缺陷1707中被引導(dǎo)，并在波導(dǎo)的端面上被反射。由此，發(fā)射的光在第一線狀缺陷1707中以往復(fù)的方式傳播。在這種情況下，沿波導(dǎo)方向的波導(dǎo)1706的長(zhǎng)度及其結(jié)構(gòu)參數(shù)被適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)，使得對(duì)于從活性部分1701發(fā)射的光的波導(dǎo)模式滿足諧振條件。在這種情況下，發(fā)射的光在第一線狀缺陷1707中諧振并且激光振蕩被執(zhí)行。本實(shí)施例的波導(dǎo)具有電磁場(chǎng)強(qiáng)度在垂直于波導(dǎo)方向的平面中高度集中在波導(dǎo)的中心的波導(dǎo)模式。因此，可以從波導(dǎo)端部獲得電磁場(chǎng)強(qiáng)度分布沒有非對(duì)稱畸變的光。
并且，可以通過改變第二線狀缺陷1708和1709的位移量，控制波導(dǎo)模式的波長(zhǎng)。因此，對(duì)于具有任意波長(zhǎng)的光滿足諧振條件以執(zhí)行激光振蕩。如上所述，可以使用包含具有設(shè)置在根據(jù)本實(shí)施例的波導(dǎo)的線狀缺陷中的活性介質(zhì)的波導(dǎo)和激勵(lì)活性介質(zhì)的激勵(lì)裝置的發(fā)光裝置，用于實(shí)現(xiàn)具有高性能的激光裝置。
可以使用各種介質(zhì)作為在根據(jù)希望的諧振波長(zhǎng)的上述實(shí)施例中說(shuō)明的發(fā)光介質(zhì)?？墒褂玫陌l(fā)光介質(zhì)的例子包含化合物半導(dǎo)體、無(wú)機(jī)發(fā)光材料、有機(jī)發(fā)光材料、聚合物發(fā)光材料、量子點(diǎn)和納米晶體。激勵(lì)方法的例子包含使用外部光源的光激勵(lì)和通過電流注入進(jìn)行的激勵(lì)。當(dāng)執(zhí)行通過電流注入進(jìn)行的激勵(lì)時(shí)，發(fā)光介質(zhì)可被夾在由諸如Al或Cr的金屬或諸如氧化銦錫(ITO)的透明導(dǎo)電材料構(gòu)成的電極之間以執(zhí)行發(fā)光。并且，可以為多個(gè)諧振器結(jié)構(gòu)制備獨(dú)立工作的電極，由此單獨(dú)地控制從各諧振器發(fā)射的光。
這些裝置可被適當(dāng)?shù)赜米饔糜陲@示器的光源、用于光通信的光源、用于THz的光源、和用于DVD或下一代藍(lán)光記錄介質(zhì)等的光拾取的光源。
圖37表示通過組合本發(fā)明的線狀缺陷波導(dǎo)和點(diǎn)缺陷諧振器制造的光分路電路1800的例子。本發(fā)明的波導(dǎo)被設(shè)置在三維光子晶體中。圖37中的波導(dǎo)包含通過去除柱狀結(jié)構(gòu)中的一些形成的第一線狀缺陷1801和通過移動(dòng)設(shè)置在與具有第一線狀缺陷1801的層不同的層中的一些柱狀結(jié)構(gòu)的位置形成、并沿與第一線狀缺陷1801相同的方向延伸的第二線狀缺陷1802和1803。并且，點(diǎn)缺陷諧振器結(jié)構(gòu)1804～1807被設(shè)置在波導(dǎo)的附近。當(dāng)要分路的波長(zhǎng)的類型的數(shù)量是n時(shí)，可以通過形成n個(gè)諧振器，實(shí)現(xiàn)所希望的光分路。諧振器結(jié)構(gòu)1804～1807被設(shè)計(jì)為使得諧振器結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)在相互不同的諧振波長(zhǎng)下工作。波導(dǎo)結(jié)構(gòu)被設(shè)計(jì)為使得在包含執(zhí)行光分路的波長(zhǎng)的波長(zhǎng)范圍中以單模式引導(dǎo)光。通過改變第二線狀缺陷的位置、數(shù)量和位移量的組合，可以控制波導(dǎo)模式，使得在包含諧振波長(zhǎng)的范圍中以單模式引導(dǎo)光。
包含各個(gè)點(diǎn)缺陷諧振器的諧振波長(zhǎng)λ1、λ2、λ3、...、λn的光束被引向這種波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，該光束的光譜示于圖38中。在這種情況下，具有與各諧振波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)分量的光束可被吸收到各諧振器中。另一方面，也可以從諧振器到波導(dǎo)執(zhí)行多路傳輸。這種光學(xué)裝置對(duì)于在光通信帶中使用的光分插裝置特別有用。
如上所述，使用包含根據(jù)本實(shí)施例的線狀缺陷波導(dǎo)和點(diǎn)缺陷諧振器的波長(zhǎng)濾波器可實(shí)現(xiàn)具有高性能的光分插裝置。
雖然已參照示例性實(shí)施例說(shuō)明了本發(fā)明，但應(yīng)理解，本發(fā)明不限于公開的示例性實(shí)施例。應(yīng)給予以下的權(quán)利要求的范圍最寬的解釋，以包含所有的變型、等同結(jié)構(gòu)和功能。
權(quán)利要求
1.一種波導(dǎo)，包含三維光子晶體的多個(gè)線狀缺陷，其中，三維光子晶體包含包含以預(yù)定的間隔設(shè)置的多個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)的第一層；包含以預(yù)定的間隔設(shè)置的多個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)的第二層，這些柱狀結(jié)構(gòu)沿與第一層中的柱狀結(jié)構(gòu)延伸的方向不同的方向延伸；包含以預(yù)定的間隔設(shè)置的多個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)的第三層，這些柱狀結(jié)構(gòu)沿與第一層中的柱狀結(jié)構(gòu)相同的方向延伸；和包含以預(yù)定的間隔設(shè)置的多個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)的第四層，這些柱狀結(jié)構(gòu)沿與第二層中的柱狀結(jié)構(gòu)相同的方向延伸，其中，第一層和第三層被層疊，使得設(shè)置在第一層中包含的柱狀結(jié)構(gòu)的位置沿與柱狀結(jié)構(gòu)的延伸方向垂直的方向相對(duì)于設(shè)置在第三層中包含的柱狀結(jié)構(gòu)的位置偏移所述預(yù)定的間隔的一半，并且，第二層和第四層被層疊，使得設(shè)置在第二層中包含的柱狀結(jié)構(gòu)的位置沿與柱狀結(jié)構(gòu)的延伸方向垂直的方向相對(duì)于設(shè)置在第四層中包含的柱狀結(jié)構(gòu)的位置偏移所述預(yù)定的間隔的一半，所述多個(gè)線狀缺陷包含通過將柱狀結(jié)構(gòu)中的一些的介質(zhì)改變?yōu)榕c柱狀結(jié)構(gòu)的介質(zhì)不同的介質(zhì)形成的第一線狀缺陷、和通過移動(dòng)沿與第一線狀缺陷相同的方向延伸的柱狀結(jié)構(gòu)中的一些的位置或改變其形狀形成的第二線狀缺陷，并且，第一線狀缺陷和第二線狀缺陷被設(shè)置為沿三維光子晶體的層疊方向分開0.5倍的面外晶格周期或更遠(yuǎn)。
2.一種波導(dǎo)，包含三維光子晶體的多個(gè)線狀缺陷，其中，三維光子晶體包含包含以預(yù)定的間隔設(shè)置的多個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)的第一層；包含以預(yù)定的間隔設(shè)置的多個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)的第二層，這些柱狀結(jié)構(gòu)沿與第一層中的柱狀結(jié)構(gòu)延伸的方向不同的方向延伸；包含以預(yù)定的間隔設(shè)置的多個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)的第三層，這些柱狀結(jié)構(gòu)沿與第一層中的柱狀結(jié)構(gòu)相同的方向延伸；包含以預(yù)定的間隔設(shè)置的多個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)的第四層，這些柱狀結(jié)構(gòu)沿與第二層中的柱狀結(jié)構(gòu)相同的方向延伸；和附加層，每個(gè)附加層包含至少一個(gè)包含離散地設(shè)置在與上述四個(gè)層中的每一個(gè)平行的面中的離散結(jié)構(gòu)的層，其中，第一層到第四層被依次層疊，使得附加層中的一個(gè)被設(shè)置在上述四個(gè)層中的每一對(duì)相鄰的層中的各個(gè)層之間，第一層和第三層被層疊，使得設(shè)置在第一層中包含的柱狀結(jié)構(gòu)的位置沿與柱狀結(jié)構(gòu)的延伸方向垂直的方向相對(duì)于設(shè)置在第三層中包含的柱狀結(jié)構(gòu)的位置偏移所述預(yù)定的間隔的一半，并且，第二層和第四層被層疊，使得設(shè)置在第二層中包含的柱狀結(jié)構(gòu)的位置沿與柱狀結(jié)構(gòu)的延伸方向垂直的方向相對(duì)于設(shè)置在第四層中包含的柱狀結(jié)構(gòu)的位置偏移所述預(yù)定的間隔的一半，包含于附加層中的離散結(jié)構(gòu)被設(shè)置在與柱狀結(jié)構(gòu)的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的位置上，所述多個(gè)線狀缺陷包含通過將柱狀結(jié)構(gòu)中的一些的介質(zhì)或柱狀結(jié)構(gòu)中的一些和包含于鄰近柱狀結(jié)構(gòu)的附加層中的離散結(jié)構(gòu)中的一些的介質(zhì)改變?yōu)榕c柱狀結(jié)構(gòu)和離散結(jié)構(gòu)的介質(zhì)不同的介質(zhì)形成的第一線狀缺陷、和通過移動(dòng)沿與第一線狀缺陷相同的方向延伸的柱狀結(jié)構(gòu)中的一些的位置或改變其形狀形成的第二線狀缺陷，并且，第一線狀缺陷和第二線狀缺陷被設(shè)置為沿三維光子晶體的層疊方向分開0.5倍的面外晶格周期或更遠(yuǎn)。
3.一種波導(dǎo)，包含三維光子晶體的多個(gè)線狀缺陷，其中，三維光子晶體包含包含以預(yù)定的間隔設(shè)置的多個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)的第一層；包含以預(yù)定的間隔設(shè)置的多個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)的第二層，這些柱狀結(jié)構(gòu)沿與第一層中的柱狀結(jié)構(gòu)延伸的方向不同的方向延伸；包含以預(yù)定的間隔設(shè)置的多個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)的第三層，這些柱狀結(jié)構(gòu)沿與第一層中的柱狀結(jié)構(gòu)相同的方向延伸；包含以預(yù)定的間隔設(shè)置的多個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)的第四層，這些柱狀結(jié)構(gòu)沿與第二層中的柱狀結(jié)構(gòu)相同的方向延伸；和附加層，每個(gè)附加層包含至少一個(gè)包含離散地設(shè)置在與上述四個(gè)層中的每一個(gè)平行的面中的離散結(jié)構(gòu)的層，其中，第一層到第四層被依次層疊，使得附加層中的一個(gè)被設(shè)置在上述四個(gè)層中的每一對(duì)相鄰的層中的各個(gè)層之間，第一層和第三層被層疊，使得設(shè)置在第一層中包含的柱狀結(jié)構(gòu)的位置沿與柱狀結(jié)構(gòu)的延伸方向垂直的方向相對(duì)于設(shè)置在第三層中包含的柱狀結(jié)構(gòu)的位置偏移所述預(yù)定的間隔的一半，并且，第二層和第四層被層疊，使得設(shè)置在第二層中包含的柱狀結(jié)構(gòu)的位置沿與柱狀結(jié)構(gòu)的延伸方向垂直的方向相對(duì)于設(shè)置在第四層中包含的柱狀結(jié)構(gòu)的位置偏移所述預(yù)定的間隔的一半，包含于附加層中的離散結(jié)構(gòu)被設(shè)置在與柱狀結(jié)構(gòu)的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的位置上，所述多個(gè)線狀缺陷包含通過將柱狀結(jié)構(gòu)中的一些的介質(zhì)或柱狀結(jié)構(gòu)中的一些和包含于鄰近柱狀結(jié)構(gòu)的附加層中的離散結(jié)構(gòu)中的一些的介質(zhì)改變?yōu)榕c柱狀結(jié)構(gòu)和離散結(jié)構(gòu)的介質(zhì)不同的介質(zhì)形成的第一線狀缺陷、和通過移動(dòng)離散結(jié)構(gòu)中的一些的位置或改變其形狀形成的第二線狀缺陷，并且，第一線狀缺陷和第二線狀缺陷被設(shè)置為沿三維光子晶體的層疊方向分開0.5倍的面外晶格周期或更遠(yuǎn)。
4.一種波導(dǎo)，包含三維光子晶體的多個(gè)線狀缺陷，其中，三維光子晶體包含包含以預(yù)定的間隔設(shè)置的多個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)的第一層；包含以預(yù)定的間隔設(shè)置的多個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)的第二層，這些柱狀結(jié)構(gòu)沿與第一層中的柱狀結(jié)構(gòu)延伸的方向不同的方向延伸；包含以預(yù)定的間隔設(shè)置的多個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)的第三層，這些柱狀結(jié)構(gòu)沿與第一層中的柱狀結(jié)構(gòu)相同的方向延伸；包含以預(yù)定的間隔設(shè)置的多個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)的第四層，這些柱狀結(jié)構(gòu)沿與第二層中的柱狀結(jié)構(gòu)相同的方向延伸；和附加層，每個(gè)附加層包含至少一個(gè)包含離散地設(shè)置在與上述四個(gè)層中的每一個(gè)平行的面中的離散結(jié)構(gòu)的層，其中，第一層到第四層被依次層疊，使得附加層中的一個(gè)被設(shè)置在上述四個(gè)層中的每一對(duì)相鄰的層中的各個(gè)層之間，第一層和第三層被層疊，使得設(shè)置在第一層中包含的柱狀結(jié)構(gòu)的位置沿與柱狀結(jié)構(gòu)的延伸方向垂直的方向相對(duì)于設(shè)置在第三層中包含的柱狀結(jié)構(gòu)的位置偏移所述預(yù)定的間隔的一半，并且，第二層和第四層被層疊，使得設(shè)置在第二層中包含的柱狀結(jié)構(gòu)的位置沿與柱狀結(jié)構(gòu)的延伸方向垂直的方向相對(duì)于設(shè)置在第四層中包含的柱狀結(jié)構(gòu)的位置偏移所述預(yù)定的間隔的一半，包含于附加層中的離散結(jié)構(gòu)被設(shè)置在與柱狀結(jié)構(gòu)的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的位置上，所述多個(gè)線狀缺陷包含通過將柱狀結(jié)構(gòu)中的一些的介質(zhì)或柱狀結(jié)構(gòu)中的一些和包含于鄰近柱狀結(jié)構(gòu)的附加層中的離散結(jié)構(gòu)中的一些的介質(zhì)改變?yōu)榕c柱狀結(jié)構(gòu)和離散結(jié)構(gòu)的介質(zhì)不同的介質(zhì)形成的第一線狀缺陷、和通過移動(dòng)沿與上述柱狀結(jié)構(gòu)相同的方向延伸的柱狀結(jié)構(gòu)中的一些和離散結(jié)構(gòu)中的一些的位置或改變它們的形狀形成的第二線狀缺陷，并且，第一線狀缺陷和第二線狀缺陷被設(shè)置為沿三維光子晶體的層疊方向分開0.5倍的面外晶格周期或更遠(yuǎn)。
5.一種波導(dǎo)，包含三維光子晶體的多個(gè)線狀缺陷，其中，三維光子晶體包含包含以預(yù)定的間隔設(shè)置的多個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)的第一層；包含以預(yù)定的間隔設(shè)置的多個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)的第二層，這些柱狀結(jié)構(gòu)沿與第一層中的柱狀結(jié)構(gòu)延伸的方向不同的方向延伸；包含以預(yù)定的間隔設(shè)置的多個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)的第三層，這些柱狀結(jié)構(gòu)沿與第一層中的柱狀結(jié)構(gòu)相同的方向延伸；和包含以預(yù)定的間隔設(shè)置的多個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)的第四層，這些柱狀結(jié)構(gòu)沿與第二層中的柱狀結(jié)構(gòu)相同的方向延伸，其中，第一層和第三層被層疊，使得設(shè)置在第一層中包含的柱狀結(jié)構(gòu)的位置沿與柱狀結(jié)構(gòu)的延伸方向垂直的方向相對(duì)于設(shè)置在第三層中包含的柱狀結(jié)構(gòu)的位置偏移所述預(yù)定的間隔的一半，并且，第二層和第四層被層疊，使得設(shè)置在第二層中包含的柱狀結(jié)構(gòu)的位置沿與柱狀結(jié)構(gòu)的延伸方向垂直的方向相對(duì)于設(shè)置在第四層中包含的柱狀結(jié)構(gòu)的位置偏移所述預(yù)定的間隔的一半，所述多個(gè)線狀缺陷包含通過將柱狀結(jié)構(gòu)中的一些的介質(zhì)改變?yōu)榕c柱狀結(jié)構(gòu)的介質(zhì)不同的介質(zhì)形成的第一線狀缺陷、和通過移動(dòng)沿與第一線狀缺陷相同的方向延伸的柱狀結(jié)構(gòu)中的一些的位置并改變其形狀形成的第二線狀缺陷，并且，第一線狀缺陷和第二線狀缺陷被設(shè)置為沿三維光子晶體的層疊方向分開0.5倍的面外晶格周期或更遠(yuǎn)。
6.一種波導(dǎo)，包含三維光子晶體的多個(gè)線狀缺陷，其中，三維光子晶體包含包含以預(yù)定的間隔設(shè)置的多個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)的第一層；包含以預(yù)定的間隔設(shè)置的多個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)的第二層，這些柱狀結(jié)構(gòu)沿與第一層中的柱狀結(jié)構(gòu)延伸的方向不同的方向延伸；包含以預(yù)定的間隔設(shè)置的多個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)的第三層，這些柱狀結(jié)構(gòu)沿與第一層中的柱狀結(jié)構(gòu)相同的方向延伸；包含以預(yù)定的間隔設(shè)置的多個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)的第四層，這些柱狀結(jié)構(gòu)沿與第二層中的柱狀結(jié)構(gòu)相同的方向延伸；和附加層，每個(gè)附加層包含至少一個(gè)包含離散地設(shè)置在與上述四個(gè)層中的每一個(gè)平行的面中的離散結(jié)構(gòu)的層，其中，第一層到第四層被依次層疊，使得附加層中的一個(gè)被設(shè)置在上述四個(gè)層中的每一對(duì)相鄰的層中的各個(gè)層之間，第一層和第三層被層疊，使得設(shè)置在第一層中包含的柱狀結(jié)構(gòu)的位置沿與柱狀結(jié)構(gòu)的延伸方向垂直的方向相對(duì)于設(shè)置在第三層中包含的柱狀結(jié)構(gòu)的位置偏移所述預(yù)定的間隔的一半，并且，第二層和第四層被層疊，使得設(shè)置在第二層中包含的柱狀結(jié)構(gòu)的位置沿與柱狀結(jié)構(gòu)的延伸方向垂直的方向相對(duì)于設(shè)置在第四層中包含的柱狀結(jié)構(gòu)的位置偏移所述預(yù)定的間隔的一半，包含于附加層中的離散結(jié)構(gòu)被設(shè)置在與柱狀結(jié)構(gòu)的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的位置上，所述多個(gè)線狀缺陷包含通過將柱狀結(jié)構(gòu)中的一些的介質(zhì)或柱狀結(jié)構(gòu)中的一些和包含于鄰近柱狀結(jié)構(gòu)的附加層中的離散結(jié)構(gòu)中的一些的介質(zhì)改變?yōu)榕c柱狀結(jié)構(gòu)和離散結(jié)構(gòu)的介質(zhì)不同的介質(zhì)形成的第一線狀缺陷、和通過移動(dòng)沿與第一線狀缺陷相同的方向延伸的柱狀結(jié)構(gòu)中的一些的位置并改變其形狀形成的第二線狀缺陷，并且，第一線狀缺陷和第二線狀缺陷被設(shè)置為沿三維光子晶體的層疊方向分開0.5倍的面外晶格周期或更遠(yuǎn)。
7.一種波導(dǎo)，包含三維光子晶體的多個(gè)線狀缺陷，其中，三維光子晶體包含包含以預(yù)定的間隔設(shè)置的多個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)的第一層；包含以預(yù)定的間隔設(shè)置的多個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)的第二層，這些柱狀結(jié)構(gòu)沿與第一層中的柱狀結(jié)構(gòu)延伸的方向不同的方向延伸；包含以預(yù)定的間隔設(shè)置的多個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)的第三層，這些柱狀結(jié)構(gòu)沿與第一層中的柱狀結(jié)構(gòu)相同的方向延伸；包含以預(yù)定的間隔設(shè)置的多個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)的第四層，這些柱狀結(jié)構(gòu)沿與第二層中的柱狀結(jié)構(gòu)相同的方向延伸；和附加層，每個(gè)附加層包含至少一個(gè)包含離散地設(shè)置在與上述四個(gè)層中的每一個(gè)平行的面中的離散結(jié)構(gòu)的層，其中，第一層到第四層被依次層疊，使得附加層中的一個(gè)被設(shè)置在上述四個(gè)層中的每一對(duì)相鄰的層中的各個(gè)層之間，第一層和第三層被層疊，使得設(shè)置在第一層中包含的柱狀結(jié)構(gòu)的位置沿與柱狀結(jié)構(gòu)的延伸方向垂直的方向相對(duì)于設(shè)置在第三層中包含的柱狀結(jié)構(gòu)的位置偏移所述預(yù)定的間隔的一半，并且，第二層和第四層被層疊，使得設(shè)置在第二層中包含的柱狀結(jié)構(gòu)的位置沿與柱狀結(jié)構(gòu)的延伸方向垂直的方向相對(duì)于設(shè)置在第四層中包含的柱狀結(jié)構(gòu)的位置偏移所述預(yù)定的間隔的一半，包含于附加層中的離散結(jié)構(gòu)被設(shè)置在與柱狀結(jié)構(gòu)的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的位置上，所述多個(gè)線狀缺陷包含通過將柱狀結(jié)構(gòu)中的一些的介質(zhì)或柱狀結(jié)構(gòu)中的一些和包含于鄰近柱狀結(jié)構(gòu)的附加層中的離散結(jié)構(gòu)中的一些的介質(zhì)改變?yōu)榕c柱狀結(jié)構(gòu)和離散結(jié)構(gòu)的介質(zhì)不同的介質(zhì)形成的第一線狀缺陷、和通過移動(dòng)離散結(jié)構(gòu)中的一些的位置并改變其形狀形成的第二線狀缺陷，并且，第一線狀缺陷和第二線狀缺陷被設(shè)置為沿三維光子晶體的層疊方向分開0.5倍的面外晶格周期或更遠(yuǎn)。
8.一種波導(dǎo)，包含三維光子晶體的多個(gè)線狀缺陷，其中，三維光子晶體包含包含以預(yù)定的間隔設(shè)置的多個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)的第一層；包含以預(yù)定的間隔設(shè)置的多個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)的第二層，這些柱狀結(jié)構(gòu)沿與第一層中的柱狀結(jié)構(gòu)延伸的方向不同的方向延伸；包含以預(yù)定的間隔設(shè)置的多個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)的第三層，這些柱狀結(jié)構(gòu)沿與第一層中的柱狀結(jié)構(gòu)相同的方向延伸；包含以預(yù)定的間隔設(shè)置的多個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)的第四層，這些柱狀結(jié)構(gòu)沿與第二層中的柱狀結(jié)構(gòu)相同的方向延伸；和附加層，每個(gè)附加層包含至少一個(gè)包含離散地設(shè)置在與上述四個(gè)層中的每一個(gè)平行的面中的離散結(jié)構(gòu)的層，其中，第一層到第四層被依次層疊，使得附加層中的一個(gè)被設(shè)置在上述四個(gè)層中的每一對(duì)相鄰的層中的各個(gè)層之間，第一層和第三層被層疊，使得設(shè)置在第一層中包含的柱狀結(jié)構(gòu)的位置沿與柱狀結(jié)構(gòu)的延伸方向垂直的方向相對(duì)于設(shè)置在第三層中包含的柱狀結(jié)構(gòu)的位置偏移所述預(yù)定的間隔的一半，并且，第二層和第四層被層疊，使得設(shè)置在第二層中包含的柱狀結(jié)構(gòu)的位置沿與柱狀結(jié)構(gòu)的延伸方向垂直的方向相對(duì)于設(shè)置在第四層中包含的柱狀結(jié)構(gòu)的位置偏移所述預(yù)定的間隔的一半，包含于附加層中的離散結(jié)構(gòu)被設(shè)置在與柱狀結(jié)構(gòu)的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的位置上，所述多個(gè)線狀缺陷包含通過將柱狀結(jié)構(gòu)中的一些的介質(zhì)或柱狀結(jié)構(gòu)中的一些和包含于鄰近柱狀結(jié)構(gòu)的附加層中的離散結(jié)構(gòu)中的一些的介質(zhì)改變?yōu)榕c柱狀結(jié)構(gòu)和離散結(jié)構(gòu)的介質(zhì)不同的介質(zhì)形成的第一線狀缺陷、和通過移動(dòng)沿與上述柱狀結(jié)構(gòu)相同的方向延伸的柱狀結(jié)構(gòu)中的一些和離散結(jié)構(gòu)中的一些的位置并改變它們的形狀形成的第二線狀缺陷，并且，第一線狀缺陷和第二線狀缺陷被設(shè)置為沿三維光子晶體的層疊方向分開0.5倍的面外晶格周期或更遠(yuǎn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的波導(dǎo)，其中，第一線狀缺陷和第二線狀缺陷被設(shè)置為沿三維光子晶體的層疊方向分開1.5倍或更小的面外晶格周期。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的波導(dǎo)，其中，第二線狀缺陷被設(shè)置在最接近第一線狀缺陷而設(shè)置的柱狀結(jié)構(gòu)上。
11.一種發(fā)光裝置，包含根據(jù)權(quán)利要求1的波導(dǎo)和包含三維光子晶體的點(diǎn)缺陷的諧振器，其中，從諧振器發(fā)射的光在波導(dǎo)中被引導(dǎo)。
12.一種發(fā)光裝置，包含根據(jù)權(quán)利要求1的波導(dǎo)和激勵(lì)裝置，其中，波導(dǎo)中的第一線狀缺陷或第二線狀缺陷包含活性介質(zhì)并且激勵(lì)裝置激勵(lì)活性介質(zhì)。
13.一種光分插電路，該光分插電路包含根據(jù)權(quán)利要求1的波導(dǎo)和包含三維光子晶體的點(diǎn)缺陷的諧振器。
14.一種包含三維光子晶體的波導(dǎo)，該三維光子晶體包含包含以預(yù)定的間隔配置的多個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)的第一層；包含以所述間隔配置以沿與第一層的柱狀結(jié)構(gòu)的縱向不同的方向延伸的多個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)的第二層；包含以所述間隔配置以沿第一層的柱狀結(jié)構(gòu)的縱向延伸的多個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)的第三層，該第三層的柱狀結(jié)構(gòu)沿與其縱向垂直的方向從第一層的柱狀結(jié)構(gòu)偏移所述間隔的一半；包含以所述間隔配置以沿第二層的柱狀結(jié)構(gòu)的縱向延伸的多個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)的第四層，該第四層的柱狀結(jié)構(gòu)沿與其縱向垂直的方向從第二層的柱狀結(jié)構(gòu)偏移所述間隔的一半，其特征在于，該三維光子晶體具有設(shè)置在柱狀結(jié)構(gòu)的一部分上的第一線狀缺陷，該第一線狀缺陷包含與柱狀結(jié)構(gòu)不同的介質(zhì)；和設(shè)置在沿第一線狀缺陷的縱向延伸的柱狀結(jié)構(gòu)的一部分上的第二線狀缺陷，該第二線狀缺陷具有與柱狀結(jié)構(gòu)不同的結(jié)構(gòu)并沿層疊各個(gè)層的方向與第一線狀缺陷分開三維光子晶體的面外晶格周期的至少0.5倍的距離。
全文摘要
本發(fā)明涉及波導(dǎo)和包含波導(dǎo)的裝置。在包含三維光子晶體的多個(gè)線狀缺陷的波導(dǎo)中，多個(gè)線狀缺陷包含通過將柱狀結(jié)構(gòu)中的一些的介質(zhì)改變?yōu)榕c柱狀結(jié)構(gòu)的介質(zhì)不同的介質(zhì)形成的第一線狀缺陷、和通過移動(dòng)沿與第一線狀缺陷相同的方向延伸的柱狀結(jié)構(gòu)中的一些的位置或改變其形狀形成的第二線狀缺陷，并且，第一線狀缺陷和第二線狀缺陷被設(shè)置為沿三維光子晶體的層疊方向分開0.5倍的面外晶格周期或更遠(yuǎn)。
文檔編號(hào)G02B6/122GK1967300SQ20061014840
公開日2007年5月23日 申請(qǐng)日期2006年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月14日
發(fā)明者池本圣雄, 高木章成, 星光, 野林和哉, 沼田愛彥 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社