JP4931387B2

JP4931387B2 - 光共振器

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Publication number: JP4931387B2
Application number: JP2005258502A
Authority: JP
Inventors: 秀昭谷山; 雅也納富
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2005-09-06
Filing date: 2005-09-06
Publication date: 2012-05-16
Anticipated expiration: 2025-09-06
Also published as: JP2007071671A

Description

本発明は、光機能素子に関し、微弱な光を検出する光機能素子に関する。

従来、微弱な光を検出する方法としては、物質の光吸収によって、この物質中に生じた自由電子を加速及び増幅し、これを電流として検出する方法がある（例えば、非特許文献１参照。）。
Ｊｉｎ−ＷｅｉＳｈｉｅｔａｌ．"ＤｅｓｉｇｎａｎｄＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＳｅｐａｒａｔｅ−Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ−Ｔｒａｎｓｏｒｔ−Ｃｈａｒｇｅ−ＭｕｌｔｉｐｌｉｃａｔｉｏｎＴｒａｖｅｌｉｎｇ−ＷａｖｅＡｖａｌａｎｃｈｅＰｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒｓ" ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＬＩＧＨＴＷＡＶＥＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ，ＶＯＬ．２２，ＮＯ．６，ＪＵＮＥ２００４

しかし、上記従来の方法では、光吸収の量子効率や暗電流及び光増倍過程における過剰雑音により検出効率が制限されている。また、検出過程において、光を吸収してしまうため、検出した光をその後の処理に利用できないという本質的な問題があった。

更に、検出できる周波数範囲（波長範囲）は、光を吸収する物質本来の物理量によってある程度制限され、検出できる周波数範囲を自由に設定できないという問題があった。

本発明は、上記の点に鑑みなされたものであり、検出効率が向上し、光吸収がなく、検出できる周波数範囲の設定の自由度を向上できる光機能素子を提供することを目的とする。

本発明は、高屈折率材料のスラブに格子状に低屈折材料の穴を配置した２次元フォトニック結晶に、前記穴の周期性を局所的に乱すことで構成され、λ１とλ２の２つの共鳴波長を有した光共振器を、前記スラブ表面と平行な平面で２乃至３個の複数のユニットに分割し、前記複数のユニット間にまたがって１つの光共振器が構成されるように配置し、
前記複数のユニット間にまたがって構成される光共振器に前記λ１またはλ２の共鳴波長の光を照射して閉じ込めることで前記複数のユニットのうちの１つのユニットを残りのユニットに対し空間的に変移させる輻射圧を発生させ、
前記１つのユニットの変移を検知する変移検知手段を有し、
前記変移検知手段で検知した変移量から前記共鳴波長の光を検知する光機能素子であって、
前記輻射圧は、前記複数のユニットが同位相で光が閉じ込められる共鳴モードの共鳴波長λ１の光を照射した場合は引力であり、前記複数のユニットが逆位相で光が閉じ込められる共鳴モードの共鳴波長λ２の光を照射した場合は斥力であり、
前記変移検知手段は、前記分割した１つのユニットの残りのユニットに対する前記分割した平面と垂直の方向の変移を検知することにより、検出効率が向上し、光吸収がなく、検出できる周波数範囲の設定の自由度を向上できる。

また、本発明は、高屈折率材料のスラブに格子状に低屈折材料の穴を配置した２次元フォトニック結晶に、前記穴の周期性を局所的に乱すことで構成され、λ１とλ２の２つの共鳴波長を有した光共振器を、前記スラブ表面と垂直で前記光共振器を通る平面で２個のユニットに分割し、前記２個のユニット間にまたがって１つの光共振器が構成されるように配置し、
前記２個のユニット間にまたがって構成される光共振器に前記λ１またはλ２の共鳴波長の光を照射して閉じ込めることで前記２個のユニットのうちの１つのユニットを残りのユニットに対し空間的に変移させる輻射圧を発生させ、
前記１つのユニットの変移を検知する変移検知手段を有し、
前記変移検知手段で検知した変移量から前記共鳴波長の光を検知する光機能素子であって、
前記輻射圧は、前記２個のユニットが同位相で光が閉じ込められる共鳴モードの共鳴波長λ１の光を照射した場合は引力であり、前記２個のユニットが逆位相で光が閉じ込められる共鳴モードの共鳴波長λ２の光を照射した場合は斥力であり、
前記変移検知手段は、前記分割した１つのユニットの残りのユニットに対する前記分割した平面と垂直の方向の変移を検知することにより、検出効率が向上し、光吸収がなく、検出できる周波数範囲の設定の自由度を向上できる。

また、前記光機能素子において、
前記２次元フォトニック結晶のスラブをスラブ表面と平行な平面で分割した複数のユニットのいずれかは前記光共振器構造を持たないことができる。

本発明によれば、検出効率が向上し、光吸収がなく、検出できる周波数範囲の設定の自由度を向上することができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。

＜第１実施形態＞
図１（Ａ），（Ｂ）は、本発明の光機能素子の第１実施形態の平面図及び側面図を示す。図１（Ａ）の平面図において、三角格子空気穴２次元フォトニック結晶１０は、エアブリッジ構造の高屈折率材料であるシリコンのスラブ１２に三角格子状に配置した空気穴１４を設けたものである。なお、空気孔１４は空気に限らず、スラブ１２の材料より低屈折率のガラスやポリマー等の材料で埋めても良く、以下、単に「空気孔」という。

フォトニック結晶１０は屈折率が周期的に変調された構造を指し、これを用いることにより非常に小型で閉じ込めの強い、即ちＱ（ＱｕａｌｉｔｙＦａｃｔｏｒ）の高い光共振器を実現することができる。

光共振器１６は、Ｘ軸方向に延在する５点欠陥（５つの空気穴の欠損）のＸ軸方向の両端に隣接する空気穴を５点欠陥から離すようにＸ軸方向に幅寄せするとともに、径を小さくして形成されている。光共振器１６は例えば２つの共鳴モード（共鳴波長λ１，λ２）を有しており、共鳴波長λ１，λ２に合致した入力光を図１（Ａ）に示す光共振器１６部分にスラブ１２に対し垂直方向（Ｚ軸方向）から照射すると、共鳴波長の入力光は光共振器１６内に蓄積される。なお、光共振器１６は少なくとも共鳴波長λ１の共鳴モードを持っていればよい。

図１（Ｂ）の側面図に示すように、フォトニック結晶１０は、Ｚ軸上でスラブ１２の略中央位置においてＺ軸と直交する平面（ＸＹ平面）で切断され、第１ユニット１０ａと第２ユニット１０ｂに２分割されている。なお、光共振器１６は第１ユニット１０ａと第２ユニット１０ｂにまたがって構成されている。

第２ユニット１０ｂは図示しない基台部に固定されている。第１ユニット１０ａに対向して微少変移センサ１８が設置されている。図１（Ｂ）では、第１ユニット１０ａが第２ユニット１０ｂからＺ方向に離間した状態を示している。なお、微少変移センサ１８は出力レーザ光が光共振器１６に入射しない位置に設置されている。

本実施形態では、フォトニック結晶１０の格子定数は４００ｎｍ、空気穴１４の直径は２１０ｎｍ、第１ユニット１０ａと第２ユニット１０ｂそれぞれのスラブ厚は１００ｎｍとする。

第１ユニット１０ａと第２ユニット１０ｂがＺ方向に離間した距離Ｌ＝９０ｎｍの場合、光共振器１６のＱ値は約１５００００である。このため、光共振器１６に閉じ込められた共鳴波長λ１，λ２の光は、光共振器１６内部で強い電磁場強度を持ち、接近して存在する第１ユニット１０ａと第２ユニット１０ｂに対する輻射圧は大きくなり、第１ユニット１０ａは第２ユニット１０ｂに対し空間的変移を生じる。ここでは、距離Ｌ＝９０ｎｍから距離Ｌ＝０ｎｍに変化した場合、Ｑ値は１５００００から１８００００へと高い値を維持したまま変化する。

ここで、輻射圧から第１ユニット１０ａと第２ユニット１０ｂが受ける力の方向は、光共振器１６の共鳴モードに依存して引力または斥力となる。第１ユニット１０ａと第２ユニット１０ｂの光共振器１６に同位相で光が閉じ込められる第１の共鳴モード（共鳴波長λ１）では、輻射圧は引力となる。

図１（Ｂ）に示すように距離Ｌ＝９０ｎｍの状態で、光共振器１６部分にスラブ１２に対し垂直方向（Ｚ軸方向）から共鳴波長λ１の光を照射すると、この光は共振器１６に閉じ込められ、第１ユニット１０ａは照射された共鳴波長λ１の光の光強度に応じて第２ユニット１０ｂに近接する向きに最大９０ｎｍ変移する。

微少変移センサ１８は、レーザ光を第１ユニット１０ａに照射し、第１ユニット１０ａからの反射光と照射光の干渉パターンを観測することで第１ユニット１０ａの変移量を検知する。この第１ユニット１０ａの変移量は共鳴波長λ１の光の光強度が大なるほど大きくなり、変移量から共鳴波長λ１の光及び光強度を検知することができる。

＜第２実施形態＞
図２（Ａ），（Ｂ）は、本発明の光機能素子の第２実施形態の平面図及び側面図を示す。同図中、図１と同一部分には同一符号を付す。図２（Ａ）の平面図において、三角格子空気穴２次元フォトニック結晶１０は、エアブリッジ構造の高屈折率材料であるシリコンのスラブ１２に三角格子状に配置した空気穴１４を設けたものである。

光共振器１６は、Ｘ軸方向に延在する５点欠陥（５つの空気穴の欠損）のＸ軸方向の両端に隣接する空気穴を５点欠陥から離すようにＸ軸方向に幅寄せするとともに、径を小さくして構成されている。光共振器１６は例えば２つの共鳴モード（共鳴波長λ１，λ２）を有しており、共鳴波長λ１，λ２に合致した入力光を図２（Ａ）に示す光共振器１６部分にスラブ１２に対し垂直方向（Ｚ軸方向）から照射すると、共鳴波長の入力光は光共振器１６内に蓄積される。なお、光共振器１６は少なくとも共鳴波長λ２の共鳴モードを持っていればよい。

図２（Ｂ）の側面図に示すように、フォトニック結晶１０は、Ｚ軸上でスラブ１２の略中央位置においてＺ軸と直交する平面（ＸＹ平面）で切断され、第１ユニット１０ａと第２ユニット１０ｂに２分割されている。なお、光共振器１６は第１ユニット１０ａと第２ユニット１０ｂにまたがって構成されている。

第２ユニット１０ｂは図示しない基台部に固定されている。第１ユニット１０ａに対向して微少変移センサ１８とレーザ光源２０が設置されている。図２（Ｂ）では、第１ユニット１０ａが第２ユニット１０ｂからＺ方向に離間した状態を示している。なお、微少変移センサ１８とレーザ光源２０は、それぞれの出力レーザ光が互いに干渉することなく、かつ、光共振器１６に入射しない位置に設置されている。

第１ユニット１０ａと第２ユニット１０ｂのＺ方向離間した距離Ｌ＝９０ｎｍの場合、光共振器１６のＱ値は約１５００００である。このため、光共振器１６に閉じ込められた共鳴波長λ１，λ２の光は、光共振器１６内部で強い電磁場強度を持ち、接近して存在する第１ユニット１０ａと第２ユニット１０ｂに対する輻射圧は大きくなり、第１ユニット１０ａは第２ユニット１０ｂに対し空間的変移を生じる。ここでは、距離Ｌ＝９０ｎｍから距離Ｌ＝０ｎｍに変化した場合、Ｑ値は１５００００から１８００００へと高い値を維持したまま変化する。

ここで、輻射圧から第１ユニット１０ａと第２ユニット１０ｂが受ける力の方向は、光共振器１６の共鳴モードに依存して引力または斥力となる。第１ユニット１０ａと第２ユニット１０ｂの光共振器１６に逆位相で光が閉じ込められる第２の共鳴モード（共鳴波長λ２）では、輻射圧は斥力となる。

距離Ｌ＝０ｎｍの状態で、光共振器１６部分にスラブ１２に対し垂直方向（Ｚ軸方向）から共鳴波長λ２の光を照射すると、この光は共振器１６に閉じ込められ、第１ユニット１０ａは照射された共鳴波長λ２の光の光強度に応じて第２ユニット１０ｂから離間する向きに変移する。このとき、レーザ光源２０から第１ユニット１０ａに照射して第１ユニット１０ａに輻射圧をかけ、このレーザ光を例えば０から順次増大させつつ、微少変移センサ１８で第１ユニット１０ａが静止した状態であるかどうかを検知する。微少変移センサ１８は、レーザ光を第１ユニット１０ａに照射し、第１ユニット１０ａからの反射光と照射光の干渉パターンを観測することで第１ユニット１０ａの変移量を検知する。

レーザ光源２０の出力するレーザ光により第１ユニット１０ａが受ける輻射圧と、光共振器１６に共鳴波長λ２の光が閉じ込められて発生する斥力が釣り合うと第１ユニット１０は静止し、微少変移センサ１８で第１ユニット１０の静止を検知した時点におけるレーザ光源２０の出力レーザ光の光強度から共鳴波長λ２の光及び光強度を検知することができる。

＜第３実施形態＞
図３（Ａ），（Ｂ）は、本発明の光機能素子の第３実施形態の平面図及び側面図を示す。同図中、図１と同一部分には同一符号を付す。図３（Ａ）の平面図において、三角格子空気穴２次元フォトニック結晶１０は、エアブリッジ構造の高屈折率材料であるシリコンのスラブ１２に三角格子状に配置した空気穴１４を設けたものである。

光共振器１６は、Ｘ軸方向に延在する５点欠陥（５つの空気穴の欠損）のＸ軸方向の両端に隣接する空気穴を５点欠陥から離すようにＸ軸方向に幅寄せするとともに、径を小さくして構成されている。光共振器１６は例えば２つの共鳴モード（共鳴波長λ１，λ２）を有しており、共鳴波長λ１，λ２に合致した入力光を図３（Ａ）に示す光共振器１６部分にスラブ１２に対し垂直方向（Ｚ軸方向）から照射すると、共鳴波長の入力光は光共振器１６内に蓄積される。なお、光共振器１６は少なくとも共鳴波長λ１の共鳴モードを持っていればよい。

図３（Ｂ）の側面図に示すように、フォトニック結晶１０は、Ｚ軸と直交する平面（ＸＹ平面）で切断され、第１ユニット１０ｃと第２ユニット１０ｄと第３ユニット１０ｅに３分割されている。なお、光共振器１６は第１ユニット１０ｃと第２ユニット１０ｄと第３ユニット１０ｅにまたがって構成されている。

第３ユニット１０ｅは図示しない基台部に固定されている。第１ユニット１０ｃに対向して微少変移センサ１８が設置されている。図３（Ｂ）では、第１ユニット１０ｃ、第２ユニット１０ｄ、第３ユニット１０ｅが互いにＺ方向に離間した状態を示している。なお、微少変移センサ１８は出力レーザ光が光共振器１６に入射しない位置に設置されている。

本実施形態では、フォトニック結晶１０の格子定数は４００ｎｍ、空気穴１４の直径は２１０ｎｍ、第１ユニット１０ｃと第３ユニット１０ｅそれぞれのスラブ厚は８０ｎｍ、第２ユニット１０ｄのスラブ厚は４０ｎｍとする。

光共振器１６に閉じ込められた共鳴波長λ１，λ２の光は、光共振器１６内部で強い電磁場強度を持ち、接近して存在する第１〜第３ユニット１０ｃ〜１０ｅに対する輻射圧は大きくなり、第１ユニット１０ｃは第３ユニット１０ｅに対し空間的変移を生じ、Ｑ値は１５００００から１８００００へと高い値を維持したまま変化する。

ここで、輻射圧から第１〜第３ユニット１０ｃ〜１０ｅが受ける力の方向は、光共振器１６の共鳴モードに依存して引力または斥力となる。第１〜第３ユニット１０ｃ〜１０ｅの光共振器１６に同位相で光が閉じ込められる第１の共鳴モード（共鳴波長λ１）では、輻射圧は引力となる。

図３（Ｂ）に示すように第１〜第３ユニット１０ｃ〜１０ｅを互いに離間した状態で、光共振器１６部分にスラブ１２に対し垂直方向（Ｚ軸方向）から共鳴波長λ１の光を照射すると、この光は共振器１６に閉じ込められ、第１，第２ユニット１０ｃ，１０ｄは照射された共鳴波長λ１の光の光強度に応じて第３ユニット１０ｅに近接する向きに変移する。

微少変移センサ１８は、レーザ光を第１ユニット１０ｃに照射し、第１ユニット１０ｃからの反射光と照射光の干渉パターンを観測することで第１ユニット１０ｃの変移量を検知する。この第１ユニット１０ｃの変移量は共鳴波長λ１の光の光強度が大なるほど大きくなり、変移量から共鳴波長λ１の光及び光強度を検知することができる。

＜第４実施形態＞
図４（Ａ），（Ｂ）は、本発明の光機能素子の第４実施形態の平面図及び側面図を示す。同図中、図１と同一部分には同一符号を付す。図４（Ａ）の平面図において、三角格子空気穴２次元フォトニック結晶１０は、エアブリッジ構造の高屈折率材料であるシリコンのスラブ１２に三角格子状に配置した空気穴１４を設けたものである。

光共振器１６は、Ｘ軸方向に延在する５点欠陥（５つの空気穴の欠損）のＸ軸方向の両端に隣接する空気穴を５点欠陥から離すようにＸ軸方向に幅寄せするとともに、径を小さくして構成されている。光共振器１６は例えば２つの共鳴モード（共鳴波長λ１，λ２）を有しており、共鳴波長λ１，λ２に合致した入力光を図４（Ａ）に示す光共振器１６部分にスラブ１２に対し垂直方向（Ｚ軸方向）から照射すると、共鳴波長の入力光は光共振器１６内に蓄積される。なお、光共振器１６は少なくとも共鳴波長λ１の共鳴モードを持っていればよい。

図４（Ｂ）の側面図に示すように、フォトニック結晶１０は、Ｚ軸上でスラブ１２の略中央位置においてＺ軸と直交する平面（ＸＹ平面）で切断され、第１ユニット１０ａと第２ユニット１０ｆに２分割されている。なお、光共振器１６は第１ユニット１０ａだけに形成され、第２ユニット１０ｆには形成されていない。

第２ユニット１０ｆは図示しない基台部に固定されている。第１ユニット１０ａに対向して微少変移センサ１８が設置されている。図４（Ｂ）では、第１ユニット１０ａが第２ユニット１０ｆからＺ方向に離間した状態を示している。なお、微少変移センサ１８は出力レーザ光が光共振器１６に入射しない位置に設置されている。

本実施形態では、フォトニック結晶１０の格子定数は４００ｎｍ、空気穴１４の直径は２１０ｎｍ、第１ユニット１０ａと第２ユニット１０ｆそれぞれのスラブ厚は１００ｎｍとする。

第１ユニット１０ａと第２ユニット１０ｆがＺ方向に離間した距離Ｌ＝９０ｎｍの場合、光共振器１６のＱ値は約１５００００である。このため、光共振器１６に閉じ込められた共鳴波長λ１，λ２の光は、光共振器１６内部で強い電磁場強度を持ち、接近して存在する第１ユニット１０ａと第２ユニット１０ｆに対する輻射圧は大きくなり、第１ユニット１０ａは第２ユニット１０ｆに対し空間的変移を生じる。ここでは、距離Ｌ＝９０ｎｍから距離Ｌ＝０ｎｍに変化した場合、Ｑ値は１５００００から１８００００へと高い値を維持したまま変化する。

ここで、輻射圧から第１ユニット１０ａと第２ユニット１０ｆが受ける力の方向は、光共振器１６の共鳴モードに依存して引力または斥力となる。第１の共鳴モード（共鳴波長λ１）では、輻射圧は引力となる。

図４（Ｂ）に示すように距離Ｌ＝９０ｎｍの状態で、光共振器１６部分にスラブ１２に対し垂直方向（Ｚ軸方向）から共鳴波長λ１の光を照射すると、この光は共振器１６に閉じ込められ、第１ユニット１０ａは照射された共鳴波長λ１の光の光強度に応じて第２ユニット１０ｆに近接する向きに最大９０ｎｍ変移する。

＜第５実施形態＞
図５（Ａ），（Ｂ）は、本発明の光機能素子の第５実施形態の平面図及び側面図を示す。同図中、図１と同一部分には同一符号を付す。図５（Ａ）の平面図において、三角格子空気穴２次元フォトニック結晶１０は、エアブリッジ構造の高屈折率材料であるシリコンのスラブ１２に三角格子状に配置した空気穴１４を設けたものである。

光共振器１６は、Ｘ軸方向に延在する５点欠陥（５つの空気穴の欠損）のＸ軸方向の両端に隣接する空気穴を５点欠陥から離すようにＸ軸方向に幅寄せするとともに、径を小さくして形成されている。光共振器１６は例えば２つの共鳴モード（共鳴波長λ１，λ２）を有しており、共鳴波長λ１，λ２に合致した入力光を図５（Ａ）に示す光共振器１６部分にスラブ１２に対し垂直方向（Ｚ軸方向）から照射すると、共鳴波長の入力光は光共振器１６内に蓄積される。なお、光共振器１６は少なくとも共鳴波長λ１の共鳴モードを持っていればよい。

図５（Ｂ）の側面図に示すように、フォトニック結晶１０は、Ｘ軸上で光共振器１６の例えば中央位置においてＸ軸と直交する平面（ＹＺ平面）で切断され、第４ユニット１０ｇと第５ユニット１０ｈに２分割されている。なお、光共振器１６は第４ユニット１０ｇと第５ユニット１０ｈにまたがって構成されている。ところで、第４ユニット１０ｇと第５ユニット１０ｈを切断する切断面は光共振器１６の例えば中央位置においてＹ軸と直交する平面（ＸＺ平面）であっても良い。

第５ユニット１０ｈは図示しない基台部に固定されている。第４ユニット１０ｇに対向して微少変移センサ１８が設置されている。図５（Ｂ）では、第４ユニット１０ｇが第５ユニット１０ｈからＸ方向に離間した状態を示している。なお、微少変移センサ１８は出力レーザ光が光共振器１６に入射しない位置に設置されている。

本実施形態では、フォトニック結晶１０の格子定数は４００ｎｍ、空気穴１４の直径は２１０ｎｍ、第４ユニット１０ｇと第５ユニット１０ｈそれぞれのスラブ厚は２００ｎｍとする。

第４ユニット１０ｇと第５ユニット１０ｈがＸ方向に離間した距離Ｌ＝９０ｎｍの場合、光共振器１６のＱ値は約１５００００である。このため、光共振器１６に閉じ込められた共鳴波長λ１，λ２の光は、光共振器１６内部で強い電磁場強度を持ち、接近して存在する第４ユニット１０ｇと第５ユニット１０ｈに対する輻射圧は大きくなり、第４ユニット１０ｇは第５ユニット１０ｈに対し空間的変移を生じる。ここでは、距離Ｌ＝９０ｎｍから距離Ｌ＝０ｎｍに変化した場合、Ｑ値は１５００００から１８００００へと高い値を維持したまま変化する。

ここで、輻射圧から第４ユニット１０ｇと第５ユニット１０ｈが受ける力の方向は、光共振器１６の共鳴モードに依存して引力または斥力となる。第４ユニット１０ｇと第５ユニット１０ｈの光共振器１６に同位相で光が閉じ込められる第１の共鳴モード（共鳴波長λ１）では、輻射圧は引力となる。

図５（Ｂ）に示すように距離Ｌ＝９０ｎｍの状態で、光共振器１６部分にスラブ１２に対し垂直方向（Ｚ軸方向）から共鳴波長λ１の光を照射すると、この光は共振器１６に閉じ込められ、第４ユニット１０ｇは照射された共鳴波長λ１の光の光強度に応じて第５ユニット１０ｈに近接する向きに最大９０ｎｍ変移する。

微少変移センサ１８は、レーザ光を第４ユニット１０ｇに照射し、第４ユニット１０ｇからの反射光と照射光の干渉パターンを観測することで第４ユニット１０ｇの変移量を検知する。この第４ユニット１０ｇの変移量は共鳴波長λ１の光の光強度が大なるほど大きくなり、変移量から共鳴波長λ１の光及び光強度を検知することができる。

このように、Ｑ値の高い光共振器１６に閉じ込められた光の輻射圧を利用して光及びその光強度を検出するため、検出効率が向上し、光吸収がないので検出した光をその後の処理に利用できる。また、光共振器１６は欠陥の数、欠陥に隣接する空気孔の幅寄せ量、欠陥に隣接する空気孔の径などを変化させることで共鳴モードを比較的自由に変化させることができるので、検出できる周波数範囲の設定の自由度が高くできる。

なお、上記実施形態では、共鳴波長に合致した入力光をスラブに対し垂直方向から照射する構成であるが、２次元フォトニック結晶１０に共振器１６と結合する光導波路を設け、入力光を光導波路から共振器１６に入力する構成であっても良い。また、２次元フォトニック結晶１０のスラブ１２を用いて説明を行ったが、３次元フォトニック結晶に形成した光共振器においても、共振器の設計を調整することで共鳴波長をチューニングでき、一方の部分の変移により閉じ込められた光を検出することができる。

なお、上記実施形態は、シリコンフォトニック結晶のスラブを用いた場合について述べたが、ＧａＡｓ等の他の材料、３次元フォトニック結晶等の他の構造を用いた場合にも同様の効果が得られる。更に、フォトニック結晶による光共振器以外の例えばウイスパリングギャラリ（ＷｈｉｓｐｅｒｉｎｇＧａｌｌｅｒｙ）モード光共振器についても同様な効果が期待できる。

なお、微少変移センサ１８が請求項記載の変移手段に相当し、レーザ光源２０が逆向き力発生手段に相当し、する。

本発明の光機能素子の第１実施形態の平面図及び側面図である。本発明の光機能素子の第２実施形態の平面図及び側面図である。本発明の光機能素子の第３実施形態の平面図及び側面図である。本発明の光機能素子の第４実施形態の平面図及び側面図である。本発明の光機能素子の第５実施形態の平面図及び側面図である。

符号の説明

１０フォトニック結晶
１０ａ，１０ｃ第１ユニット
１０ｂ，１０ｄ，１０ｆ第２ユニット
１０ｅ第３ユニット
１０ｇ第４ユニット
１０ｈ第５ユニット
１２スラブ
１４空気穴
１６光共振器
１８微少変移センサ
２０レーザ光源

Claims

高屈折率材料のスラブに格子状に低屈折材料の穴を配置した２次元フォトニック結晶に、前記穴の周期性を局所的に乱すことで構成され、λ１とλ２の２つの共鳴波長を有した光共振器を、前記スラブ表面と平行な平面で２乃至３個の複数のユニットに分割し、前記複数のユニット間にまたがって１つの光共振器が構成されるように配置し、
前記複数のユニット間にまたがって構成される光共振器に前記λ１またはλ２の共鳴波長の光を照射して閉じ込めることで前記複数のユニットのうちの１つのユニットを残りのユニットに対し空間的に変移させる輻射圧を発生させ、
前記１つのユニットの変移を検知する変移検知手段を有し、
前記変移検知手段で検知した変移量から前記共鳴波長の光を検知する光機能素子であって、
前記輻射圧は、前記複数のユニットが同位相で光が閉じ込められる共鳴モードの共鳴波長λ１の光を照射した場合は引力であり、前記複数のユニットが逆位相で光が閉じ込められる共鳴モードの共鳴波長λ２の光を照射した場合は斥力であり、
前記変移検知手段は、前記分割した１つのユニットの残りのユニットに対する前記分割した平面と垂直の方向の変移を検知する
ことを特徴とする光機能素子。
高屈折率材料のスラブに格子状に低屈折材料の穴を配置した２次元フォトニック結晶に、前記穴の周期性を局所的に乱すことで構成され、λ１とλ２の２つの共鳴波長を有した光共振器を、前記スラブ表面と垂直で前記光共振器を通る平面で２個のユニットに分割し、前記２個のユニット間にまたがって１つの光共振器が構成されるように配置し、
前記２個のユニット間にまたがって構成される光共振器に前記λ１またはλ２の共鳴波長の光を照射して閉じ込めることで前記２個のユニットのうちの１つのユニットを残りのユニットに対し空間的に変移させる輻射圧を発生させ、
前記１つのユニットの変移を検知する変移検知手段を有し、
前記変移検知手段で検知した変移量から前記共鳴波長の光を検知する光機能素子であって、
前記輻射圧は、前記２個のユニットが同位相で光が閉じ込められる共鳴モードの共鳴波長λ１の光を照射した場合は引力であり、前記２個のユニットが逆位相で光が閉じ込められる共鳴モードの共鳴波長λ２の光を照射した場合は斥力であり、
前記変移検知手段は、前記分割した１つのユニットの残りのユニットに対する前記分割した平面と垂直の方向の変移を検知する
ことを特徴とする光機能素子。
請求項１記載の光機能素子において、
前記２次元フォトニック結晶のスラブをスラブ表面と平行な平面で分割した複数のユニットのいずれかは前記光共振器構造を持たないことを特徴とする光機能素子。
請求項１または２記載の光機能素子において、
前記光共振器は、前記穴の、欠損または位置ずれまたは径の変化のいずれか、またはこれらの組み合わせによって、前記穴の周期性を局所的に乱して構成されていることを特徴とする光機能素子。