PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE60127730T2 27.12.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001512995
Titel Photonenkristall-Wellenleiter
Anmelder Nippon Telegraph and Telephone Corp., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Notomi, Masaya NTT Intellectual Property Cen, Musashino-shi Tokyo 180-8585, JP;
Yamada, Koji NTT Intellectual Property Cente, Musashino-shi Tokyo 180-8585, JP;
Shinya, Akihiko NTT Intellectual Property Ce, Musashino-shi Tokyo 180-8585, JP;
Takahashi, Junichi NTT Intellectual Property Ce, Musashino-shi Tokyo 180-8585, JP;
Takahashi, Chiharu NTT Intellectual Property Ce, Musashino-shi Tokyo 180-8585, JP;
Yokohama, Itaru NTT Intellectual Property Cent, Musashino-shi Tokyo 180-8585, JP
Vertreter HOFFMANN & EITLE, 81925 München
DE-Aktenzeichen 60127730
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 21.12.2001
EP-Aktenzeichen 040288797
EP-Offenlegungsdatum 09.03.2005
EP date of grant 04.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.12.2007
IPC-Hauptklasse G02B 6/122(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP

Beschreibung[de]
Hintergrund der Erfindung 1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen photonischen Kristall-Wellenleiter, der als eine Grundstruktur verwendet werden kann, die photonische Geräte, wie zum Beispiel Laser und photonische IC's, bildet, die zur optischen Informationsverarbeitung, optischen Übertragung und Ähnlichem verwendet werden können.

2. Beschreibung des Standes der Technik

In einem herkömmlichen photonischen Gerät muss, da Lichteinsperrung unter Verwendung eines Unterschieds von Brechungsindizes durchgeführt wird, ein Raum zur Lichteinsperrung groß sein. Daher kann das Gerät nicht sehr klein konfiguriert sein. Wenn zusätzlich ein steil gebogener Wellenleiter verwendet wird, um das Maßstab der Integration des Gerätes zu erhöhen, entsteht ein Streuverlust. Daher ist es schwierig, photonische Kreise zu integrieren und es ist schwierig, das photonische Gerät zu verkleinern. Als ein Ergebnis ist die Größe des photonischen Gerätes sehr viel größer als die eines elektrischen Gerätes. Daher erwartet man, dass der photonische Kristall, ein neues photonisches Material ist, dass das oben erwähnte Problem lösen kann, in dem der photonische Kristall eine Lichteinsperrung mittels eines Konzeptes durchführen kann, das komplett unterschiedlich zu dem herkömmlichen ist.

Der photonische Kristall weist eine künstliche, multidimensionale, periodische Struktur auf, in der eine Periodizität, die beinahe die gleiche wie die Lichtwellenlänge ist, unter Verwendung von mehr als einer Art von Medium gebildet wird, das unterschiedliche Brechungsindizes aufweist, und der photonische Kristall eine Bandstruktur des Lichtes aufweist, ähnlich zu einer Bandstruktur eines Elektrons. Daher tritt ein verbotenes Lichtband (photonische Bandlücke) in einer bestimmten Struktur auf, so dass der photonische Kristall mit der bestimmten Struktur als ein Nichtleiter für Licht funktioniert.

Es ist theoretische bekannt, dass, wenn ein Zeilendefekt, der die Periodizität des photonischen Kristalls stört, in dem photonischen Kristall eingeschlossen ist, ein optischer Wellenleiter realisiert werden kann, der vollständig Licht einsperrt und eine Wellenleiter-Mode in einem Frequenzbereich der photonischen Bandlücke aufweist (J. D. Joannopoulos, P.R. Villeneuve, und S.Fan, Photonic Crystal: putting a new twist on light, Nature 386, 143 (1997). J.D. Joannopoulos und Andere wendeten einen Zeileneffekt in einem zweidimensionalen photonischen Kristall an, in dem zylindrische Säulen mit einem großen Brechungsindex, der beinahe der gleiche wie derjenige eines Halbleiters ist, auf einem quadratischen Gitter der Gitterkonstanten „a" angeordnet sind, die ungefähr die Lichtwellenlänge ist, und der Radius jeder zylindrischen Säule a/5 beträgt, und J.D. Joannopoulos und Andere zeigten theoretisch, dass ein optischer Wellenleiter mit keinem Streuverlust realisiert werden kann, selbst wenn dieser steil gebogen wird. Dieser Wellenleiter kann sehr wichtig für ein Realisieren eines in großem Maßstab integrierten optischen Kreises sein.

Um den optischen Wellenleiter zum Bilden des in großem Maßstab integrierten optischen Schaltkreises zu realisieren, ist es nötig, eine einzelne wellenleitende Mode in dem photonischen Bandlücken-Frequenzband zu realisieren. Wenn ein Multi-Moden-Wellenleiter mit einer Vielzahl von Moden als ein gebogener Wellenleiter verwendet wird, entsteht ein Problem zum Beispiel darin, dass in einem gebogenen Teil ein Teil der Mode in eine unterschiedliche Mode umgewandelt werden kann.

Daher kann der Multi-Moden-Wellenleiter nicht als ein effektiver, gebogener Wellenleiter verwendet werden, der notwendig für ein Realisieren eines in großem Maßstab integrierten optischen Kreises ist. Das ist der Grund für ein Benötigen der Einzel-Mode. Zusätzlich ist der Multi-Moden-Wellenleiter nicht zur Hochgeschwindigkeitskommunikation geeignet.

Es wurden einige Arten von Wellenleitern hergestellt. Unter den unterschiedlichen Wellenleitern sind Wellenleiter, die einen zweidimensionalen photonischen Kristall verwenden, viel versprechend, da es sehr schwierig ist, Wellenleiter durch einen dreidimensionalen photonischen Kristall herzustellen, der eine volle Bandlücke aufweist. Wenn der zweidimensionale photonische Kristall als Wellenleiter verwendet wird, ist es nötig, Licht in der Richtung senkrecht zu der zweidimensionalen Ebene einzusperren. Es wurden mehrere Verfahren als das Verfahren einer Lichteinsperrung vorgeschlagen. Bei den Verfahren ist ein Verwenden einer zweidimensionalen, photonischen Kristallplatte auf einer Oxid-Hülle vorzuziehen, da durch die zweidimensionale, photonische Kristallplatte leicht eine Struktur mit einem großen Bereich hergestellt werden kann und es leicht ist, unterschiedliche Funktionselemente zu der gleichen Struktur hinzuzufügen. Die zweidimensionale, photonische Kristallplatte auf einer Oxid-Hülle basiert auf einer Struktur, bei der ein dünner Halbleiterfilm eines hohen Brechungsindex (von 3 bis 3,5) auf einem Dielektrikum eines niedrigen Brechungsindex (Oxid oder Polymer in vielen Fällen, der Brechungsindex ist ungefähr 1,5) abgelagert wird.

Zusätzlich wird ein Substrat, das als Silizium-auf-Isolator (SOI) Substrat bezeichnet wird, auf die LSI's angewendet und Hochqualitäts-SOI-Substrat kann in den vergangenen Jahren hergestellt werden. Das SOI-Substrat wird durch Bereitstellen eines Silizium-Dünnfilms (Silizium – Si) auf Silica (SiO2) gebildet. Durch Verwenden des SOI-Substrats gibt es einen Vorteil, dass die zweidimensionale, photonische Kristallplatte auf einer Oxid-Hülle leicht mit einer hohen Qualität hergestellt werden kann. Der Vorteil kann nicht durch Verwenden anderer Strukturen erhalten werden (z.B. eine zweidimensionale, photonische Kristall-Luftbrücken-Platte, bei der eine Hülle beider Seiten Luft ist).

Wie zuvor erwähnt, weist die zweidimensionale, photonische Kristallplatte auf einer Oxid-Hülle den Vorteil auf, leichter als die zweidimensionale, photonische Kristall-Luftbrücken-Platte und Ähnliches hergestellt zu werden. Jedoch weist die Struktur die folgenden Probleme auf, so dass die wellenleitende Einzel-Mode nicht in dem photonischen Bandlücken-Frequenzband gemäß der herkömmlichen Struktur realisiert wurde.

Bei den wellenleitenden Moden, die durch den Zeilendefekt in den optischen Wellenleitern der zweidimensionalen, photonischen Kristallplatte erzeugt werden, wird Licht stark in den Richtungen der zweidimensionalen Ebene durch die photonische Bandlücke eingesperrt und in den Richtungen existiert kein Streuverlust. Jedoch ist Licht im Allgemeinen in einem Hochfrequenzbereich oberhalb einer Lichtlinie der Hülle undicht, d.h. das Licht kann zu der Hülle entweichen. (Die Lichtlinie stellt die niedrigste Frequenz in Bezug auf eine Ausbreitungskonstante dar, bei der sich Licht in der Hülle ausbreiten kann, und die Lichtlinie kann durch eine Linie dargestellt werden, die durch w = ck/n definiert ist (w: Winkelfrequenz, c: Lichtgeschwindigkeit, n: Brechungsindex, k: Wellenzahl)). Daher ist es üblich, einen Niederfrequenzbereich unter der Lichtlinie zu verwenden, so dass das Wellenleiterlicht nicht zu den Hüllschichten beider Seiten entweicht.

1A und 1B sind schematische Diagramme einer Struktur eines photonischen Kristall-Wellenleiters mit einem einzelnen Loch-Fehl-Zeilendefekt eines typischen Luft-Loch-Typs gemäß der herkömmlichen Technologie. 1A zeigt eine Draufsicht und 1B zeigt eine B-B'-Schnittansicht. Der herkömmliche, photonische Kristall-Wellenleiter mit einem einzelnen Loch-Fehl-Zeilendefekt kann ebenso als ein normaler, photonischer Kristallplatten-Wellenleiter in dieser Spezifikation genannt werden. In 1A und 1B zeigt 5 einen optischen Wellenleiterteil an, 2 zeigt eine Si-Schicht an, 3 zeigt eine SiO2-Schicht an, die die Hüllschicht ist und 4 zeigt einen Luftloch-Dreiecksgitterpunkt an, in dem die Gitterkonstante als „a" dargestellt ist. Jedes Luftloch ist eine zylindrische Säule oder eine vieleckige Säule, die die Si-Schicht 2 durchdringt. Der Durchmesser des Luftlochs beträgt 0,215 &mgr;m in diesem Beispiel. In dem Luftloch-Dreiecksgitter wird das Luftloch an jedem Gitterpunkt des Dreieckgitters angeordnet. Das Dreiecksgitter ist ein reguläres Gitter, bei dem Gitterpunkte an Eckpunkten regulärer Dreiecke angeordnet sind, die über die zweidimensionale Ebene angeordnet sind.

Als typische zweidimensionale, photonische Kristalle mit der photonischen Bandlücke gibt es zwei Strukturen. Eine ist eine Struktur, bei der Säulen eines hohen Brechungsindex in Luft bereitgestellt werden. Eine andere ist eine Struktur, bei der Luftlöcher in einer Schicht eines hohen Brechungsindex wie in dem oben erwähnten Beispiel bereitgestellt werden. (Die Luftlöcher können ebenso als Säulen eines niedrigen Brechungsindex oder als zylindrische Säulen eines niedrigen Brechungsindex bezeichnet werden). Die ehemalige Struktur, die von J.D. Joanopoulos und Anderen verwendet wurde, benötigt eine Hüllschicht zum Unterstützen der Säulen. Da der Brechungsindex der Hüllschicht größer als der von Luft ist, die einen Kern für den Zeilendefekt-Wellenleiter bildet, sind sehr lange Säulen notwendig, um ein Lichtentweichen zu den oberen und unteren Seiten zu verhindern, so dass das Herstellen solcher Strukturen sehr schwierig wird. Auf der anderen Seite kann wie für die letztere Struktur, da das Luftloch von selbst stehen kann, die Hüllschicht frei ausgewählt werden, und es ist leicht, einen Kern mit einem Brechungsindex zu bestimmen, der größer als der der Hüllschicht ist. Daher ist eine Begrenzung beim Herstellen klein, so dass es leicht ist, eine strukturelle Bedingung auszuwählen, dass Licht kaum zu den oberen und unteren Seiten entweicht.

Obwohl zusätzlich die Löcher auf der zweidimensionalen Ebene der Hoch-Brechungsindex-Platte des photonischen Kristalls in unterschiedlichen Weise angeordnet werden können, ist bekannt, dass eine Struktur, bei der die Löcher (zylindrische Säulen oder vieleckige Säulen) in einem Dreiecks-Gittermuster angeordnet sind, eine photonische Bandlücke aufweist, die sich über ein breites Frequenzband erstreckt. Das bedeutet, dass diese Struktur als ein Nichtleiter für Licht in einem breiten Frequenzband funktioniert. Diese Struktur ist vorzuziehen, da eine Frequenz aus einem breiten Frequenzbereich ausgewählt werden kann, wenn ein Wellenleiter gestaltet wird.

2 zeigt eine Dispersionsbeziehung von wellenleitenden Moden eines herkömmlichen photonischen Kristall-Wellenleiters mit einem einzelnen Loch-Fehl-Zeilendefekt. Wenn ein derartiger Wellenleiter unter Verwendung der zweidimensionalen, photonischen Kristallplatte auf einer Oxid-Hülle gebildet wird, werden die wellenleitenden Moden wie in 2 gezeigt. In der Figur wird eine normalisierte Frequenz verwendet, die von einer (Gitterkonstanten/Wellenlänge) dargestellt wird, die eine dimensionslose Zahl ist. Zusätzlich wird eine normalisierte Ausbreitungskonstante verwendet, die durch (Wellenzahl x Gitterkonstante/2&pgr;) dargestellt wird. Die Lichtlinie der Hülle (SiO2, Brechungsindex 1,46) ist ebenso in 2 gezeigt.

In der herkömmlichen Struktur, die in 2 gezeigt ist, befindet sich die wellenleitende Mode, die der Bedingung genügt, dass kein Licht zu der Hüllschicht entweicht, lediglich in einem Bereich, der durch eine Ellipse eingekreist ist, die unterhalb der Lichtlinie liegt. Jedoch ist die Inklination der wellenleitenden Mode in diesem Bereich sehr klein, so dass eine Gruppengeschwindigkeit (Energie-Ausbreitungsgeschwindigkeit) der wellenleitenden Mode, die in Abhängigkeit der Inklination bestimmt wird, sehr klein ist. Es gibt viele Probleme zum Verwenden des Wellenleiters mit der wellenleitenden Mode einer sehr kleinen Gruppengeschwindigkeit, da die Zeit zur Lichtübertragung lang wird. Da zusätzlich in einer tatsächlichen Struktur bis zu einem gewissen Ausmaß Heterogenität existiert, wird die Mode der sehr kleinen Gruppengeschwindigkeit von der Heterogenität betroffen, so dass sich Licht nicht ausbreiten kann. Zusätzlich kann sich Licht in der Mode oberhalb der Lichtlinie (Hochfrequenzbereich) nicht ausbreiten, da der Beugungsverlust in dem photonischen Kristall zu groß ist. Das heißt, Licht in dem photonischen Kristall-Wellenleiter breitet sich aus, während es von der periodischen Struktur des photonischen Kristalls gestört wird und Licht entweicht zu der Hüllschicht durch Beugungsverlust in der Mode oberhalb der Lichtlinie.

Die Erfinder stellten den herkömmlichen photonischen Kristall-Wellenleiter mit einem Loch-Fehl-Zeilendefekt tatsächlich her. Jedoch wurde eine Lichtausbreitung überhaupt nicht detektiert. Die Ursache des Problems ist, dass es keine realistischer weise verwendbare wellenleitende Mode gibt, die unter der Lichtlinie eine Gruppengeschwindigkeit aufweist, die nicht zu klein ist und dass der Beugungsverlust in dem Bereich oberhalb der Lichtlinie sehr groß ist.

Um die Mode unterhalb der Lichtlinie zu verwenden, ist es nötig, die Lichtlinie nach oben zu bewegen oder die wellenleitende Mode geeignet in dem Graph in 2 zu bewegen. So lange jedoch die Oxid-Hüllenstruktur verwendet wird, kann die Position der Lichtlinie nicht groß verändert werden, da die Position der Lichtlinie von dem Brechungsindex der Hülle bestimmt wird. Wie für die wellenleitende Mode ist es schwierig, unter der in 1 gezeigten Struktur eine wellenleitende Mode zu erhalten, die eine große Gruppengeschwindigkeit unterhalb der Lichtlinie aufweist. Wie für Kristallstrukturen, die anders als das Dreiecksgitter z.B. das Vierecksgitter sind, ist es schwieriger, eine solche wellenleitende Mode zu erhalten. Daher ist es sehr schwierig, wellenleitende Moden unterhalb der Lichtlinie zu verwenden.

Die herkömmliche Technologie wird weiter aus einem anderen Gesichtspunkt im Folgenden beschrieben.

3A bis 3C sind Figuren zum Erklären des herkömmlichen, photonischen Kristall-Wellenleiters mit einem einzelnen Loch-Fehl-Zeilendefekt (optischer Wellenleiter). 3A zeigt eine Draufsicht des optischen Wellenleiters, 3B zeigt eine A-A'-Schnittansicht und 3C zeigt eine B-B'-Schnittansicht.

In 3A umfasst der optische Wellenleiter 30 eine dielektrische Dünnfilmplatte 31 (die der zuvor erwähnten Platte eines hohen Brechungsindex entspricht), die zwischen einer Ober-Hüllschicht 36 und einer Unter-Hüllschicht 37 geschichtet ist. Eine photonische Kristall-Struktur wird in der dielektrischen Dünnfilmplatte 31 durch Bereitstellen zylindrischer Säulen 35 eines niedrigen Brechungsindex in einem Dreiecks-Gittermuster bereitgestellt, die einen niedrigeren Brechungsindex aufweisen als der der dielektrischen Dünnfilmplatte 31. Zusätzlich wird eine Zeile der zylindrischen Säulen 35 eines niedrigen Brechungsindex durch ein Dielektrikum ersetzt, das den gleichen Brechungsindex wie die dielektrische Dünnfilmplatte 31 aufweist, so dass der Teil der einen Zeile als optischer Wellenleiterteil 32 verwendet werden kann. Pfeile ↔ in dem optischen Wellenleiterteil 32 zeigen optische Ausbreitungsrichtungen an. Der in 1 gezeigte Wellenleiter ist ein Beispiel einer in 3 gezeigten Struktur, in der die Ober-Hüllschicht 36 und die zylindrische Säule 35 eines niedrigen Brechungsindex Luft sind, die Unter-Hüllschicht 37 SiO2 ist und die dielektrische Dünnfilmplatte 31 Si ist.

Hier wird angenommen, dass Brechungsindizes der dielektrischen Dünnfilmplatte 31, der zylindrischen Säule 35 eines niedrigen Brechungsindex, der Ober-Hüllschicht 36 und der Unterhüllschicht 37 n1 = 3, 5, n2 = 1, 0, bzw. n3 = n4 = 1, 46 sind, und dass ein Radius der zylindrischen Säule 35 eines niedrigen Brechungsindex 0,275a beträgt und eine Dicke der dielektrischen Dünnfilmplatte 31 0,50a beträgt, wobei „a" die Gitterkonstante (Dreiecksgitter in diesem Beispiel) des photonischen Kristalls darstellt. Die zylindrische Säule 35 eines niedrigen Brechungsindex mit einem Brechungsindex 1,0 ist die gleiche wie ein Luftloch. Eigenschaften des optischen Wellenleiters 30 werden im Folgenden beschrieben.

Die Brechungsindizes des optischen Wellenleiters 30 entsprechen denen von Si, Luft (Vakuum) und SiO2, die oft verwendet werden, um Wellenleiter zu bilden, die auf Infrarotlicht für optische Kommunikation gerichtet sind, das eine Wellenlänge von 1,55 &mgr;m aufweist.

Da eine relative dielektrische Konstante einem Quadrat des Brechungsindex entspricht, kann in dieser Beschreibung „relative dielektrische Konstante" oder „dielektrische Konstante" statt „Brechungsindex" verwendet werden.

4A bis 4C sind Figuren zum Erklären wellenleitender Moden des oben erwähnten optischen Wellenleiters. 7 zeigt Dispersionskurven von wellenleitenden Moden, die sich durch den optischen Wellenleiterteil ausbreiten können. Die Dispersionskurven der wellenleitenden Moden werden unter Verwendung eines Ausbreitungsverfahrens für ebene Wellen erhalten (R.D. Meade et al., Physical Review B 48,8434 (1993)), auf das eine periodische Grenzbedingung angewendet wird.

Diese Figur ist ähnlich zu 2. 4B zeigt eine magnetische Feldkomponente, die senkrecht zu der dielektrischen Dünnfilmplatte gemäß einer Mode 1 in 4A ist und 4C zeigt eine magnetische Feldkomponente, die senkrecht zu der dielektrischen Dünnfilmplatte gemäß einer Mode 2 in 4A ist.

Jeder Betrag in 4A wird durch die Gitterkonstante oder die Lichtgeschwindigkeit c normalisiert. Die diagonal schattierten Bereiche entsprechen der Außenseite der photonischen Bandlücke (J.D. Joannopoulos, R.D. Meade, J.N. Winn, „Photonic Crystals", Princeton University Press, Princeton (1995)), d.h. die diagonal schattierten Bereiche zeigen Bereiche, in denen Licht nicht in dem optischen Wellenleiterteil 32 eingesperrt werden kann (A. Mekis et al., Physical Review B 58,4809 (1998)).

In dem vertikal schraffierten Bereich wird die Leistung einer Lichteinsperrung, die durch Unterschiede der Brechungsindizes zwischen der dielektrischen Dünnfilmplatte 31 und der Ober-Hüllschicht 36/Unter-Hüllschicht 37 erzeugt werden, abgeschwächt, so dass Licht nicht in dem optischen Wellenleiterteil 32 eingesperrt werden kann (S.G. Johnson et al., Physical Review B 60,5751 (1999)). Der vertikal schraffierte Bereich entspricht dem oben erwähnten Bereich der Lichtlinie. Das heißt, ein zu berücksichtigender Bereich, der für den Wellenleiter verwendet wird, ist lediglich ein weißer Bereich in 4A.

Wie es durch die Figur verständlich wird, existieren zwei wellenleitende Moden 1 und 2 in dem weißen Bereich des herkömmlichen optischen Wellenleiters 30. Weiter können wellenleitende Moden existieren, wenn die Bandlücke breiter ist, jedoch werden hier die zwei Moden 1 und 2 aus Einfachheitsgründen betrachtet. Die Mode 1 entspricht der Mode, die in 2 von der Ellipse eingekreist wird und die Mode 2 entspricht der Mode der oberen gepunkteten Linie.

In diesen zwei Moden 1 und 2 weist die Mode 1 an der Niederfrequenzseite im Allgemeinen eine in 4B gezeigte Magnetfeldverteilung auf und die Mode 2 weist an der Hochfrequenzseite eine in 4C gezeigte Magnetfeldverteilung auf.

In diesen wellenleitenden Moden 1 und 2 ist Mode 1 praktisch, da Mode 1 eine elektrische Feldverteilung aufweist, die beinahe die gleiche wie diejenige eines allgemeinen Einzel-Moden-Wellenleiters ist. Andererseits ist die elektrische Feldverteilung der Mode 2 stark unterschiedlich zu derjenigen, des allgemeinen Einzel-Moden-Wellenleiters. Daher ist es schwierig, nicht von einem Außenseiten-Kreis unter Verwendung der Mode 2 zu leiten. Das heißt die Mode 2 ist keine praktische wellenleitende Mode. Zusätzlich ist es in der gleichen Weise aus dem allgemeinen Argument des Wellenleiters heraus klar, dass wellenleitende Moden einer höheren Frequenzseite, die erscheint, wenn die Bandlücke breit ist, nicht praktisch sind, da die wellenleitende Mode stark unterschiedlich zu derjenigen des allgemeinen Einzel-Moden-Wellenleiters ist.

Daher wird die Mode 1 für den herkömmlichen Wellenleiter verwendet. Jedoch ist es aus 4A bekannt, dass, da sich die Frequenz kaum ändert, selbst wenn die Ausbreitungskonstante sich in dieser Mode 1 ändert, die Mode 1 einen Defekt aufweist, dass das verwendbare Frequenzband sehr klein ist. In diesem Beispiel ist das Frequenzband ungefähr 1%.

Die Tatsache, dass die Frequenz sich kaum ändert, selbst wenn sich die Ausbreitungskonstante ändert, bedeutet, dass die Gruppengeschwindigkeit der wellenleitenden Mode sehr niedrig ist. Daher weist der herkömmliche Wellenleiter einen Mangel auf, dass eine Übertragungszeit sehr lang wird und Ausbreitungsverlust aufgrund von Absorptions- und Streuungsverlusten in dem Wellenleiter groß wird.

Der Artikel „Designing finite-height two-dimension photonic crystal waveguides" von T. Sondergard et al., Applied Physics Letters, Vol. 77, No. 6, 7. Aug. 2000, offenbart Zeilendefekt-Wellenleiter in photonischen Kristallen mit Breiten, die kleiner oder größer als die Gitterkonstante sind.

Die Europäische Patent-Anmeldung EP 0 964 305 offenbart ebenso Zeilendefekt-Wellenleiter in photonischen Kristallen, die mehrere Gitterkonstante breit sind.

Zusammenfassung der Erfindung

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die oben erwähnten Probleme in dem photonischen Kristall-Wellenleiter zu lösen und einen zweidimensionalen, photonischen Kristallplatten-Wellenleiter bereitzustellen, der eine Einzel-Moden-Übertragung erlaubt, bei der eine Gruppengeschwindigkeit erhöht ist und der Ausbreitungsverlust vermindert wird.

Das obige ziel kann erreicht werden durch einen zweidimensionalen photonischen Kristallplatten-Wellenleiter, der durch einen Zeilendefekt in einer Gitterstruktur eines zweidimensionalen photonischen Kristallplatte gebildet wird, wobei die photonische Kristallplatte an jeder Seite des Zeilendefekts eine reguläre Gitterstruktur von Gitterpunkten mit niedrigem Brechungsindex mit einer gemeinsamen Gitterkonstante umfasst und derart orientiert ist, dass die Gitterpunkte in geraden Linien parallel zu dem Zeilendefekt liegen, die Gitterstrukturen an jeder Seite des Zeilendefekts, wobei die Gitterstrukturen an jeder Seite des Zeilendefekts relativ zueinander in der Richtung des Zeilendefekts ausgerichtet sind, wie wenn der Zeilendefekt durch eine einzelne Zeile von Gitterpunkten gebildet worden wäre, die entlang des nicht-existierenden Zeilendefekts liefe, so dass der Zeilendefekt gebildet wird, wobei die Breite des Wellenleiters derart ist, dass:

eine erste Breite, die eine Entfernung zwischen den Zentren der nahesten zwei Gitterpunkte ist, die an entgegen gesetzten Seiten des Wellenleiter liegen, unterschiedlich zu einer zweiten Breite ist, die eine Entfernung zwischen den Zentren der nahesten zwei Gitterpunkte ist, die an entgegen gesetzten Seiten eines Zeilendefekts liegen, der in einer zweidimensionalen photonischen Kristallplatte mit einer regulären Gitterstruktur und einer gemeinsamen Gitterkonstante gebildet werden würde, der einfach Gitterpunkte einer einzelnen Zeile fehlen,

wobei die erste Breite ein Wert zwischen 1,3 bis 1,6 der zweiten Breite ist.

Der zweidimensionale photonische Kristallplatten-Wellenleiter kann als ein photonischer Kristallwellenleiter mit einem einzelnen Loch-Fehl-Zeilendefekt bezeichnet werden.

In dem zweidimensionalen photonischen Kristallplatten-Wellenleiter kann die Gitterstruktur durch Luft-Loch-Dreiecksgitter gebildet werden und der zweidimensionale photonische Kristallplatten-Wellenleiter kann eine Oxid-Hülle oder eine Polymer-Hülle umfassen. Zusätzlich kann der zweidimensionale photonische Kristallplatten-Wellenleiter unter Verwendung eines Silizium-auf-Isolator-Substrats (SOI) gebildet werden.

Gemäß der Erfindung kann ein optischer Wellenleiter bereitgestellt werden, der eine einzelne, wellenleitende Mode eines niedrigen Verlustes oberhalb der Lichtlinie bilden kann.

Weiter können in dem zweidimensionalen, photonischen Kristallplatten-Wellenleiter Silizium, Germanium, Gallium-Arsenid-Basis Verbindung, Indium-Phosphid-Basis Verbindung oder Indium-Antimon-Basis-Verbindungen als ein Material der dielektrischen Dünnfilmplatte verwendet werden und Silica, Polyimid-Basis-Organische-Verbindung, Epoxid-Basis-organische-Verbindung, Acryl-Basis-organische-Verbindung, Luft oder Vakuum können als Material von anderen Teilen als die dielektrische Dünnfilmplatte verwendet werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden, detaillierten Beschreibung ersichtlich, wenn diese in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen gelesen wird, in denen:

1A und 1B schematische Diagramme einer Struktur eines photonischen Kristall-Wehlenleiters mit einem einzelnen Loch-Fehl-Zeilendefekt von einem typischen Luftlochtyp gemäß einer herkömmlichen Technologie sind, wobei 1A eine Draufsicht zeigt und 1B eine B-B'-Schnittansicht zeigt;

2 eine Dispersionsbeziehung wellenleitender Moden eines herkömmlichen, typischen photonischen Kristall-Wellenleiters mit einem einzelnen Loch-Fehl-Zeilendefekt zeigt;

3A bis 3C Figuren zum Erklären des herkömmlichen photonischen Kristall-Wellenleiters mit einem einzelnen Loch-Fehl-Zeilendefekt (optischer Wellenleiter) sind, bei denen 3A eine Draufsicht des optischen Wellenleiters zeigt, 3B eine A-A'-Schnittansicht zeigt und 3C eine B-B'-Schnittansicht zeigt;

4A bis 4C Figuren zum Erklären von wellenleitenden Moden des herkömmlichen photonischen Kristall-Wellenleiters mit einem einzelnen Loch-Fehl-Zeilendefekt sind;

5A und 5B Figuren sind, die eine Struktur eines photonischen Kristallplatten-Wellenleiters mit einem Loch-Fehl-Zeilendefekt gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigen, in denen 5A eine Draufsicht und 5B eine B-B'-Schnittansicht zeigt;

6 eine Dispersionsbeziehung von wellenleitenden Moden des photonischen Kristallplatten-Wellenleiters mit einem Loch-Fehl-Zeilendefekt gemäß der Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;

7 die Abhängigkeit der Bandbreite einer Einzel-Mode oberhalb der Lichtlinie (gezeigt durch eine gepunktete Linie) und des Ausbreitungsverlusts (gezeigt durch eine durchgezogene Linie) von der Breite des optischen Wellenleiterteils gemäß der Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt, und

8A bis 8C Figuren zum Erklären über Modenberechnung des zweidimensionalen photonischen Kristallwellenleiters sind.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Der optische Wellenleiter in den Ausführungen ist derart strukturiert, dass in einem zweidimensionalen, photonischen Kristallplatten-Wellenleiter, in dem ein Teil der Löcher in einer Gitterstruktur einer zweidimensionalen photonischen Kristallplatte nicht linear vorliegen, so dass ein Zeilendefekt gebildet wird, eine erste Breite, die eine Entfernung zwischen Mittelpunkten von nahesten zwei Gitterpunkten ist, die an beiden Seiten des Zeilendefekts lokalisiert sind, weiter von einer zweiten Breite ist, die eine Entfernung zwischen Mittelpunkten von nahesten zwei Gitterpunkten ist, die an beiden Seiten eines Zeilendefekts in einem normalen zweidimensionalen photonischen Kristallplatten-Wellenleiter lokalisiert sind, dem einfach Löcher einer einzelnen Zeile fehlen. Durch Bilden des Wellenleiters in dieser Art kann eine Struktur mit niedrigem Verlust und großer Gruppengeschwindigkeit und ein Ermöglichen einer einzelnen wellenleitenden Mode realisiert werden, während Lichteinsperrung unter Verwendung einer photonischen Bandlücke und eines Unterschieds der Brechungsindizes durchgeführt wird.

Die zweidimensionale photonische Kristallplatte ist ein photonischer Kristall, in dem dielektrische, zylindrische oder vieleckige Säulen einen niedrigeren Brechungsindex als den einer dielektrischen Dünnfilmplatte in einem zweidimensionalen Gittermuster aufweisen und die dielektrische Dünnfilmplatte mit einer Ober-Hüllschicht und einer Unter-Hüllschicht geschichtet ist, die einen niedrigeren Brechungsindex als den der dielektrischen Dünnfilmplatte aufweisen. Die Ober- oder Unter-Hüllschicht und/oder die dielektrischen, zylindrischen oder vieleckigen Säulen können Luft oder Vakuum sein.

In dem Folgenden werden Ausführungen der vorliegenden Erfindung beschrieben.

Die Ausführung der vorliegenden Erfindung wird beschrieben.

5A und 5B sind Figuren, die eine Struktur eines photonischen Kristall-Wellenleiters 1A mit einem einzelnen Lochfehl-Zeilendefekt gemäß einer zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigen. 5A zeigt eine Draufsicht und 5B zeigt eine B-B'-Schnittansicht. In dieser Ausführung ist, wenn ein einzelner Zeilendefekt in einer zweidimensionalen photonischen Kristallplatte auf einer Oxydhülle gebildet wird, die Breite des Zeilendefekts durch Verschieben des gesamten Kristallgitters beider Seiten des Zeilendefekts verbreitert. Als ein Ergebnis kann eine wellenleitende Mode mit einer großen Gruppengeschwindigkeit oberhalb der Lichtlinie der Hülle erhalten werden.

Das heißt, ein photonischer Luftloch-Dreiecksgitter-Kristall einer Gitterkonstante a = 0,39 &mgr;m wurde auf einem SOI-Substrat hergestellt, das aus einer Si-Schicht 2 von 0,2 &mgr;m Dicke und einer SiO2-Schicht von 2,3 &mgr;m Dicke besteht, durch Elektronenstrahl-Lithografie und trockenes Ätzen und unterschiedliche Einzelzeilendefekte unterschiedlicher Breiten wurden auf den photonischen Luftloch-Dreiecksgitter-Kristall angewendet. Abstimmen der Breite des optischen Wellenleiterteils wird durch Verschieden von Kristallgittern beider Seiten des Zeilendefekts um eine vorbestimmte Entfernung in einer Richtung senkrecht zu dem Zeilendefekt durchgeführt, so dass die Breite verbreitert wird.

Gemäß einer Ausführung beträgt die Breite des optischen Wellenleiterteils 1,5 Mal die normale Breite eines optischen Wellenleiterteils.

Ebenso wird in diesem Fall die normale Breite des Zeilendefekts eines normalen, photonischen Kristall-Wellenleiter mit einem einzelnen Lochfehl-Zeilendefekt als eine Entfernung zwischen Mittelpunkten von nahesten Gitterpunkten 4 beider Seiten des Zeilendefekts eines normalen, photonischen Kristall-Wellenleiters mit einem Lochfehl-Zeilendefekt definiert. Eine Breite des Zeilendefekts dieser Ausführung kann durch eine konstante Zahl dargestellt werden – Male der normalen Breite W. Der photonische Kristall selbst weist die photonische Bandlücke zwischen einer Wellenlänge von 1,33 &mgr;m und einer Wellenlänge von 1,57 &mgr;m auf. Daher wurde eine Weiterleitung des Lichts nicht in Teilen beobachtet, die keinen Defekt in dem Kristall innerhalb des Wellenlängenbereichs aufweisen.

Als Nächstes wurde ein Licht-Transmissionsspektrum für jeden Zeilendefekt gemessen. Wie für einen einfachen (normalen) einzelnen Zeilendefekt (die Breite ist 1,0W) wurde keine Lichttransmission in dem Bandlücken-Frequenzbereich beobachtet. Wenn andererseits ein Wellenleiter mit der Breite von 1,5W verwendet wird, wurde Lichttransmission in einem Frequenzband in der Bandlücke klar beobachtet.

6 zeigt eine Dispersionsbeziehung von wellenleitenden Moden eines photonischen Kristall-Wehlenleiters mit einem einzelnen Lochfehl-Zeilendefekt gemäß der Ausführung der vorliegenden Erfindung. Die Lichtlinie der Hülle (SiO2 dieser Ausführung) wird in 6 wie in 2 überlagert. Der Wellenlängenbereich, in dem Lichttransmission durch ein Experiment beobachtet wurde, ist der gleiche wie ein Bereich, innerhalb dessen eine gerade Mode in dem Einzelmodenbereich in 6 existiert. In diesem Fall existiert der Einzelmodenbereich in der photonischen Bandlücke oberhalb der Lichtlinie. Jedoch wird in diesem Fall das Problem des Lichtentweichens durch Verbreitern der Breite des optischen Wellenleiterteils gelöst, da ein Beugungsverlust abnimmt. Das heißt, eine wellenleitende Mode eines niedrigen Verlustes kann erhalten werden, obwohl die wellenleitende Mode oberhalb der Lichtlinie existiert.

7 zeigt eine Abhängigkeit der Bandbreite einer Einzelmode oberhalb der Lichtlinie (gezeigt durch eine gepunktete Linie) und einen Ausbreitungsverlust (gezeigt durch eine durchgezogene Linie) von der Breite des optischen Wellenleiterteils gemäß der Ausführung der vorliegenden Erfindung. Die Breite wird durch eine Mittenfrequenz des Einzelmodenbands normalisiert. Wie in 7 gezeigt, nimmt, da die Breite verbreitert ist, die Bandbreite der Einzelmode nach dem Erhöhen zu und die Einzelmoden-Bandbreite kann dann nicht erhalten werden, wenn die Breite 1,6W überschreitet. Der Grund, dass die Einzelmoden-Bandbreite sich in dieser Art und Weise verändert, ist der, dass die Mode in der photonischen Bandlücke in 6 sich zu der Niederfrequenzseite durch Verbreitern der Wellenleiterbreite verschiebt. Der Ausbreitungsverlust nimmt ab, da die Breite verbreitert ist.

Als ein Ergebnis des Berechnens wellenleitender Moden-Dispersion durch das Finite-Unterschied-Zeitdomänen-Verfahren (finite-difference time-domain method) durch Verwenden unterschiedlicher struktureller Parameter wurde entdeckt, dass eine wellenleitende Mode, die der Einzelmodenbedingung genügt, oberhalb der Lichtlinie gebildet werden, wenn die Breite auf einen Wert gleich oder kleiner als 1,6W gesetzt wird und der Ausbreitungsverlust wird gleich oder kleiner als 20 dB/mm wird, der ein praktischer Verlust ist, wenn die Breite auf einen Wert gleich oder größer als 1,3W gesetzt wird. Zusätzlich wurde Lichtausbreitung innerhalb der Breite dieses Bereichs in den Experimenten beobachtet. Das heißt, durch Setzen der Wellenleiterbreite als einen Wert zwischen 1,3W bis 1,6W kann die wellenleitende Mode, die der Einzelmodenbedingung genügt und Ausbreitungsverlust unter den praktischen Verlust drückt, erhalten werden.

Es ist schwierig, eine Struktur mit einer wellenleitenden Mode einer großen Gruppengeschwindigkeit an der Niederfrequenzseite der Lichtlinie zu realisieren, wenn die Breite verbreitert ist. Da jedoch eine Störung, die durch die Kristallperiodizität verursacht wird, durch Verbreitern der Breite des wellenleiterteils klein wird, wird die Gruppengeschwindigkeit erhöht und der Beugungsverlust wird unterdrückt. Als ein Ergebnis kann, wie in 6 gezeigt, Ausbreitungsverlust effektiv vermindert werden, selbst obwohl die Einzelmode oberhalb der Lichtlinie existiert (die Hochfrequenzseite). Da jedoch ein effektiver Brechungsindex des Wellenleiters ansteigt, da die Breite verbreitert wird, verschiebt sich das Einzelmodenband wie oben erwähnt zu der Niederfrequenzseite, so dass die Einzelmodenbandbreite allmählich schmaler wird. Daher ist es zum Realisieren der Einzelmode notwendig, dass die Breite gleich oder kleiner als 1,6W ist.

Im Folgenden wird ein Berechnungsverfahren der wellenleitenden Moden-Dispersionskurven (6 und Ähnliche) beschrieben, die zur Erklärung der vorliegenden Erfindung verwendet werden.

Die Dispersionskurve kann durch Analysieren der Maxwell-Gleichung durch Verwenden eines Berechnungsverfahrens erhalten werden, das FDTD-Verfahren genannt wird (Finite-difference Time-domain method). In dem Folgenden wird das Analyseverfahren beschrieben.

Ein periodische-Struktur-ähnlicher Kristall kann durch die Wiederholung einer Einheitszelle dargestellt werden. Es ist wohl bekannt, dass das Gebiet in derartigen Strukturen eine Bloch-Welle wird. Bei der Bandanalyse wird eine periodische Grenzbedingung, die der Bloch-Bedingung. genügt, auf die Grenze der Einheitszellen angewendet und Felder, die der Bedingung genügen, werden als Eigen-Moden extrahiert. Zu dieser Zeit ist das zu analysierende Subjekt die Schrödinger-Gleichung. Da eine Verteilung eines räumlichen Potentials unterschiedlich zu dem Material ist, können unterschiedliche Bandstrukturen existieren. Diese Idee wird auf den photonischen Kristall angewendet, der eine periodische dielektrische Struktur ist. Da jedoch das Subjekt Licht statt des Elektrons ist, ist die zu betrachtende Gleichung die Maxwell-Gleichung und eine Brechungsindex- (dielektrische Konstante-) Verteilung wird zur Berechnung statt der Potentialverteilung verwendet.

Als Nächstes wird ein Verfahren des Extrahierens der Eigen-Mode durch Verwenden des FDTD-Verfahrens beschrieben. Durch das FDTD-Verfahren wird die Maxwell-Gleichung in Zeit und Raum in Finite-Differenz-Gleichungen diskretisiert und ein elektromagnetisches Feld des Lichts, das sich in der Struktur ausbreitet (räumliche Verteilung des Brechungsindex), wird durch sequenzielle Berechnung erhalten. Das heißt, das FDTD-Verfahren ist kein Verfahren zum direkten Erhalten der Eigenwerte. Jedoch kann das Verfahren Moden einer gegebenen Struktur in der folgenden Art und Weise erhalten.

Zunächst wird ein geeignetes anfängliches Feld in der Struktur gegeben. Nach Durchführen der sequenziellen Berechnung bleiben Felder übrig, die für die Struktur anwendbar sind, und andere Felder werden nicht ausgewählt. Durch Durchführen einer Fourier-Umwandlung auf die Zeitvariation des Feldes kann ein Frequenzspektrum erhalten werden. Wenn es ein Gebiet gibt, das für die Struktur anwendbar ist, erscheint eine Spitze in dem Frequenzspektrum. Da die Bloch-Bedingung, die bei der Berechnung verwendet wird, eine Funktion der Wellenzahl ist, wird die Frequenz, bei der die Spitze erscheint, eine Funktion der Wellenzahl. Die Bandfigur des photonischen Kristalls kann durch Zeigen der Funktion erhalten werden.

Als Nächstes wird eine Moden-Berechnung des zweidimensionalen photonischen Kristall-Wellenleiters beschrieben. Grundsätzlich wird die gleiche Berechnung wie die oben beschriebene durchgeführt. Jedoch wird in dem photonischen Kristall, der bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird, der Zeilendefekt im Inneren des Kristalls aufgenommen, so dass die Periodizität in der Richtung senkrecht zu dem Zeilendefekt gestört wird. Daher wird eine in den 5A bis 5C gezeigte Struktur als die Einheitszelle verwendet. Das heißt, die periodische Grenzbedingung, die der Bloch-Bedingung genügt, wird in der Ausbreitungsrichtung des Lichts angewendet. In der Richtung senkrecht zu der Lichtausbreitungsrichtung wird eine periodische Struktur unter Verwendung einer Spiegelgrenze realisiert, bei der Wellenleiter derart angeordnet werden, dass keine große Interferenz auftritt und ein Bereich zum Absorbieren entweichenden Lichtes, das nicht zu einer Mode wird, wird in der Richtung der Dicke bereitgestellt.

8A zeigt die Struktur aus 1. 8B ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils in einer Box mit einer gepunkteten Linie aus 8A und 8C zeigt eine perspektivische Ansicht der Struktur aus 8B, die die Einheitszelle des photonischen Kristall-Wellenleiters ist. Der Wellenzahl-Frequenz-Graph kann durch Lösen der Maxwell-Gleichung durch das FDTD-Verfahren für die Einheitszelle erhalten werden. Der Graph ist die in dieser Beschreibung beschriebene Dispersionskurve.

In dieser Berechnung kann eine andere Mode als die Eigen-Mode als eine Spitze des Spektrums ausgewählt werden, falls die Mode über eine längere Zeit in dem Wellenleiter existiert. Dadurch wird eine Analyse für die undichte Mode verfügbar, die oberhalb der Lichtlinie der Hüllschicht liegt. Dieses Merkmal dieses Verfahrens ist ein vorteilhafter Punkt, der nicht durch andere Eigenwert-Analyseverfahren erhalten werden kann. Da zusätzlich eine Lebensdauer von wellenleitenden Moden in dem Wellenleiter gemäß diesem Berechnungsverfahren berechnet werden kann, kann theoretischer Ausbreitungsverlust unter Verwendung einer Gruppengeschwindigkeit (Energie-Ausbreitungsgeschwindigkeit) dargestellt werden, die durch die Dispersionskurve erhalten wird.

Für den Wellenleiter, bei dem die Breite des optischen Wellenleiterteils eingeengt wird, wurde erkannt, dass der Einzelmodenbereich lediglich an der Niederfrequenzseite der Lichtlinie existiert, jedoch eberso an der Hochfrequenzseite der Lichtlinie.

In der Ausführung können die Wellenleiter durch Verwenden zum Beispiel des Silizium-auf-Isolator (SOI) unter Verwendung von Si und SiO2 als das Medium hergestellt werden. Jedoch ist es klar, dass der Effekt der vorliegenden Erfindung ebenso durch Verwenden anderer Materialien erhalten werden kann. Wenn im Allgemeinen ein Wellenleiter mit einem einzelnen Zeilendefekt durch Verwenden der photonischen Kristallplatte gebildet wird, in der ein Dielektrikum eines niedrigen Brechungsindex unter einem Dünnfilmmedium eines hohen Brechungsindex platziert wird, ist es durch Einstellen der Breite wie in der oben erwähnten Ausführung möglich, eine wellenleitende Mode zu bilden, die der Einzelmodenbedingung oberhalb oder unterhalb der Lichtlinie genügt.

Zum Beispiel kann ein Halbleiter wie zum Beispiel Gallium-Arsenid-Basis-Verbindung (GaAs, InGaAsP und Ähnliche), Indium-Phosphid-Basis-Verbindung (InP und Ähnliches) und Ähnliches statt Si verwendet werden. Zusätzlich können Polymer, Aluminium und Ähnliches statt SiO2 verwendet werden. Obwohl weiter SiO2 als die Unter-Hülle und Luft als die Ober-Hülle in den Ausführungen verwendet wird, ist es klar, dass ein gleicher Effekt erhalten werden kann, falls eine dielektrische Hülle, wie zum Beispiel SiO2, sowohl für die Ober- als auf für die Unter-Hülle verwendet wird.

Als Materialien, wenn Infrarotes Licht zur Kommunikation nahe 1,55 &mgr;m Wellenlänge als Wellenleiterlicht verwendet wird, kann Silizium, Germanium, Gallium Arsenid-Basis-Verbindung, Indium-Phosphid-Basis-Verbindung, Indium-Antimon-Basis-Verbindung und Ähnliches als Material der dielektrischen Dünnfilmplatte verwendet werden, die einen hohen Brechungsindex aufweist, Infrarotes Licht transmittieren kann und ein geringes Problem bei der Herstellbarkeit und Stabilität aufweist. Der Brechungsindex der Materialien liegt ungefähr zwischen 3,0 bis 4,5. Zusätzlich können Silica, Polyimid-Basis-Verbindung, Epoxid-Basis-organische-Verbindung, Acryl-Basis-organische-Verbindung, Luft und Vakuum und Ähnliches als das Material der anderen Teile als die dielektrische Dünnfilmplatte verwendet werden, die einen niedrigen Brechungsindex aufweist, Infrarotlicht transmittierten kann und ein geringes Problem bei der Herstellbarkeit und der Stabilität aufweist. Der Brechungsindex dieser Materialien liegt ungefähr zwischen 1,0 bis 1,7.

Auswirkungen der vorliegenden Erfindung

Wie zuvor erwähnt, wird der zweidimensionale photonische Kristallplatten-Wellenleiter der vorliegenden Erfindung derart geformt, dass ein Teil der Löcher in einer Gitterstruktur einer zweidimensionalen photonischen Kristallplatte nicht linear existiert, so dass ein Zeilendefekt gebildet wird, und dass eine erste Breite, die eine Entfernung zwischen Mittelpunkten von nahesten zwei Gitterpunkten, die an beiden Seiten des Zeilendefekts lokalisiert sind, weiter ist als eine zweite Breite, die eine Entfernung zwischen Mittelpunkten nahesten zwei Gitterpunkte ist, die an beiden Seiten eines Zeilendefekts in einem normalen zweidimensionalen photonischen Kristallplatten-Wellenleiters lokalisiert sind, dem einfach Löcher einer einfachen Zeile fehlen. Daher kann ein optischer Wellenleiter, der eine einzelne wellenleitende Mode mit einem niedrigen Verlust oberhalb der Lichtlinie bilden kann, bereitgestellt werden.

Daher kann erfindungsgemäß eine Mikro-miniaturisierte optische Wellenleiterstruktur bereitgestellt werden, die eine Gruppengeschwindigkeit verbessert und einen kleinen Verlust aufweist.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die spezifisch offenbarten Ausführungen beschränkt und Variationen und Modifikationen können durchgeführt werden, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen.


Anspruch[de]
Zweidimensionaler photonischer Kristallplatten-Wellenleiter, der durch einen Zeilendefekt in einer Gitterstruktur eines zweidimensionalen photonischen Kristallplatte gebildet wird, wobei die photonische Kristallplatte an jeder Seite des Zeilendefekts eine reguläre Gitterstruktur von Gitterpunkten mit niedrigem Brechungsindex (4) mit einer gemeinsamen Gitterkonstante umfasst und derart orientiert ist, dass die Gitterpunkte in geraden Linien parallel zu dem Zeilendefekt liegen, die Gitterstrukturen an jeder Seite des Zeilendefekts, wobei die Gitterstrukturen an jeder Seite des Zeilendefekts relativ zueinander in der Richtung des Zeilendefekts ausgerichtet sind, wie wenn der Zeilendefekt durch eine einzelne Zeile von Gitterpunkten gebildet worden wäre, die entlang des nicht-existierenden Zeilendefekts liefe, so dass der Zeilendefekt gebildet wird, wobei die Breite des Wellenleiters derart ist, dass:

eine erste Breite, die eine Entfernung zwischen den Zentren der nahesten zwei Gitterpunkte ist, die an entgegen gesetzten Seiten des Wellenleiter liegen, unterschiedlich zu einer zweiten Breite ist, die eine Entfernung zwischen den Zentren der nahesten zwei Gitterpunkte ist, die an entgegen gesetzten Seiten eines Zeilendefekts liegen, der in einer zweidimensionalen photonischen Kristallplatte mit einer regulären Gitterstruktur und einer gemeinsamen Gitterkonstante gebildet werden würde, der einfach Gitterpunkte einer einzelnen Zeile fehlen,

dadurch gekennzeichnet, dass

die erste Breite ein Wert zwischen 1,3 bis 1,6 der zweiten Breite ist.
Zweidimensionaler photonischer Kristallplatten-Wellenleiter nach Anspruch 1, wobei die Gitterstruktur durch Luftloch-Dreieck-Gitter gebildet wird. Zweidimensionaler photonischer Kristallplatten-Wellenleiter nach Anspruch 1, wobei der zweidimensionale photonische Kristallplatten-Wellenleiter eine Oxid-Hülle oder eine Polymer-Hülle umfasst. Zweidimensionaler photonischer Kristall-Platten-Wellenleiter nach Anspruch 3, wobei der zweidimensionale photonische Kristallplatten-Wellenleiter durch Verwenden eines Sillizium-auf-Isolator-Substrates (SOI-Substrat) gebildet wird.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com