專利名稱：光控制單元及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包含光子結(jié)晶的光控制單元及其形成方法。
背景技術(shù)：
所謂光子結(jié)晶，指內(nèi)部具有的折射率變化其周期性通常與光波長為相同量級(jí)的新型結(jié)晶，可舉出具有3維折射率分布的3維光子結(jié)晶、具有2維折射率分布的2維光子結(jié)晶等。這種結(jié)構(gòu)具有以下特長與半導(dǎo)體中原子核周期性勢致使電子受到布喇格Bragg反射而形成禁帶寬度相同，周期性折射率分布致使光波受到Bragg反射，形成對(duì)于光的禁帶寬度(光子禁帶寬度)。因此，近年來一直進(jìn)行著將光子結(jié)晶用于光控制的開發(fā)研究。

發(fā)明內(nèi)容
作為上述光控制，可以考慮例如通過在光纖的端面配置光子結(jié)晶，來控制光纖輸入輸出光的波長選擇、傳播方向等。作為在光纖端面配置光子結(jié)晶的方法，可以考慮例如靠平板印刷在光纖端面直接形成光子結(jié)晶的方法。但該方法在制造光子結(jié)晶時(shí)需要昂貴的裝置，而且光子結(jié)晶的制造需要較長的時(shí)間。
在光纖端面配置光子結(jié)晶的其他方法，有用聚苯乙烯等微小球另行制造光子結(jié)晶，并將其切成規(guī)定的大小且切面在規(guī)定方向上，將所切出的光子結(jié)晶配置于光纖端面的方法。但該方法需要在切出光子結(jié)晶時(shí)使光子結(jié)晶具有規(guī)定的波長選擇性，為此需要操作相當(dāng)熟練。
本發(fā)明其目的在于，提供一種容易在光纖這種光傳輸路上形成包含光子結(jié)晶的光控制單元的方法以及利用該方法所形成的光控制單元。
本發(fā)明的光控制單元形成方法，該方法在包含光的入射面及出射面其中至少之一所構(gòu)成的端面在內(nèi)的光傳輸路上，形成對(duì)光傳輸路輸入光及輸出光其中至少之一進(jìn)行控制的光控制單元，其特征在于，通過將含有作為光子結(jié)晶材料的微顆粒的溶液放入端面所處的空間部，使光子結(jié)晶在端面上生長，從而在端面上形成包含光子結(jié)晶的光控制單元。
采用本發(fā)明，將含有微顆粒的溶液注入空間部，使光子結(jié)晶在光傳輸路的端面上生長，以便在端面形成光控制單元。因而，采用本發(fā)明能夠很容易地在光傳輸路的端面上形成作為光控制單元的光子結(jié)晶。
還有，所謂光傳輸路是指例如光纖、光封閉型的光波導(dǎo)路。光傳輸路由例如絕緣性透明基板(由玻璃、石英、鈮酸鋰等構(gòu)成)、光學(xué)結(jié)晶所構(gòu)成。所謂控制是指例如波長選擇、光傳輸特性調(diào)制。
本發(fā)明中，使光子結(jié)晶在端面上生長時(shí)，可以測定光子結(jié)晶的光學(xué)特性。采用這種方法，可以實(shí)時(shí)地得到光子結(jié)晶生長過程中光子結(jié)晶的光學(xué)特性信息。所謂光學(xué)特性是指例如波長透過性、反射特性。
本發(fā)明中，根據(jù)測定判定光子結(jié)晶具有規(guī)定的光學(xué)特性時(shí)，對(duì)溶液照射規(guī)定波長光，使溶液凝膠化，以便在端面形成具有可塑性的半固化的光控制單元。采取這種方法，能夠在光傳輸路的端面上可靠地形成具有規(guī)定光學(xué)特性的光控制單元。
本發(fā)明中，可通過使溶液凝膠化在端面上形成具有可塑性的半固化的光控制單元。采用這種方法，能夠通過使力作用于光子結(jié)晶來形成光學(xué)特性變化的光控制單元。
本發(fā)明中，通過放置空間部的溶液使微顆粒自然地排列，以便使光子結(jié)晶在端面上生長。
本發(fā)明中，可以使溶液中的微顆粒帶靜電，靠作用于微顆粒上的重力和微顆粒彼此間靜電作用力這兩者間的平衡，控制端面上生長的光子結(jié)晶的生長方向以及生長速度其中至少之一。
本發(fā)明中，可以在端面及其附近的光傳輸路其中至少一處形成用于使光子結(jié)晶穩(wěn)定生長的電荷層以及微細(xì)結(jié)構(gòu)層其中至少之一。
本發(fā)明中，可在溶液注入空間部時(shí)對(duì)端面加上振動(dòng)，以便使微顆粒分散后使光子結(jié)晶在端面上生長。
本發(fā)明中，可通過將另一光傳輸路的端面與光傳輸路的端面相互平行配置以形成空間部，使光子結(jié)晶不僅在光傳輸路的端面而且在另一光傳輸路的端面上生長，以便形成將另一光傳輸路的端面與光傳輸路的端面連在一起的光子結(jié)晶。
本發(fā)明中，可通過使光傳輸路的端面相對(duì)于光傳輸路的光軸傾斜，并使另一光傳輸路的端面相對(duì)于另一光傳輸路的光軸傾斜，使光子結(jié)晶的生長軸相對(duì)于各光軸呈規(guī)定的角度，以便使光子結(jié)晶具有規(guī)定的光學(xué)特性。
本發(fā)明中，可在配置限定空間部的間隔體后將溶液注入空間部。
本發(fā)明的光控制單元按上述本發(fā)明方法形成。


圖1是將包含光子結(jié)晶的光控制單元作為波長選擇裝置使用時(shí)的示意圖；圖2是示出一例光子結(jié)晶的立體圖；圖3A、圖3B以及圖3C是表示1維光子結(jié)晶(多層膜結(jié)構(gòu))中光反射率(任意常數(shù))與波長(nm)之間所存在關(guān)系的曲線圖；圖4是本發(fā)明第1實(shí)施方式的第1工序圖；圖5是本發(fā)明第1實(shí)施方式的第2工序圖；圖6是表示用本實(shí)施方式自然生長出的光子結(jié)晶其一例光學(xué)特性的曲線圖；圖7是在使光子結(jié)晶在端面上生長過程中用以測定光子結(jié)晶光學(xué)特性的框圖；圖8是分別表示通過光子結(jié)晶的紅外線波長分量IR、用于溶液凝膠化的紫外線波長分量UV的曲線圖；圖9是第2實(shí)施方式光纖的剖面圖；圖10是示出第2實(shí)施方式間隔體的立體圖；圖11是第3實(shí)施方式光纖的剖面圖；圖12是第4實(shí)施方式光纖的剖面圖；圖13A和圖13B是第5實(shí)施方式光纖的剖面圖；圖14A和圖14B是第6實(shí)施方式光波導(dǎo)路的平面圖。
具體實(shí)施例方式
下面利用附圖對(duì)本發(fā)明的最佳實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。通過在各圖中對(duì)相同的組成部分用相同標(biāo)號(hào)來省略其說明。
先說明作為本實(shí)施方式前提、包含光子結(jié)晶的光控制單元。圖1是將包含光子結(jié)晶的光控制單元作為波長選擇裝置使用時(shí)的示意圖。圖1所示的波長選擇裝置包含基座1、在基座1上設(shè)置的包含具有可塑性的光子結(jié)晶2的光控制單元3、對(duì)光子結(jié)晶2加上外力(使外力增加或減少)的壓電元件4、以及高精度控制壓電元件4的驅(qū)動(dòng)電源5。
光控制單元3包含形成為覆蓋光子結(jié)晶2表面的薄膜6。光子結(jié)晶2是凝膠狀的，因此包含水分。利用薄膜6防止該水分的蒸發(fā)。在光控制單元3的輸入側(cè)配置光纖7，在其輸出側(cè)配置光纖8。光纖7、8分別包含芯部9和配置于其周圍的包覆層10。分別對(duì)光纖7、8去除從芯部9的端面起規(guī)定長度的頂端部11周圍的包覆層10。將頂端部11載置于基座1上配置的定位臺(tái)12并使光纖7、8各自的芯部9與光子結(jié)晶2相對(duì)?；?上安裝有箱13。光控制單元3、壓電元件4及頂端部11位于由基座1和箱13所形成的空間。
圖1的波長選擇裝置中，可利用光控制單元3的光子結(jié)晶2上所加的外力，使光纖7傳送至光纖8的光波長可變。
下面說明可塑性光子結(jié)晶2。圖2是示出一例光子結(jié)晶2的立體圖。光子結(jié)晶2是在凝膠狀物質(zhì)2G中包含二氧化硅或鈦酸鋇、氧化鈦和氧化釓等的許多微小球(光學(xué)性微晶)2B形成的。這種光子結(jié)晶2是可塑性的，可很容易使其變形。微小球2B在物質(zhì)2G內(nèi)按光波長量級(jí)的周期有規(guī)則地均勻排列。
微小球2B的間隔，根據(jù)輸入光的波長波段設(shè)定為例如波長的一半至1/4這種大小。利用該結(jié)晶結(jié)構(gòu)，在光子結(jié)晶2內(nèi)生成光子能帶結(jié)構(gòu)。而且，凝膠容易受外力的作用而變形，因此光子結(jié)晶2的結(jié)晶結(jié)構(gòu)以及該光子能帶結(jié)構(gòu)容易變化。由于這種變化，通過光子結(jié)晶2的光波長也同樣發(fā)生變化。另外，微小球2B與物質(zhì)2G其折射率不同，而且兩者均對(duì)所選擇光的波長呈透明，或是具有合適的透射率。
例如，作為溶膠材料采用混合紫外線硬化樹脂的材料，對(duì)其照射紫外線使其凝膠化，從而得到上述凝膠狀物質(zhì)2G。代表性的紫外線硬化樹脂是在丙烯酰胺(acrylamide)中添加交聯(lián)劑及光聚合引發(fā)劑的混合物，已知的就有許多種。而且，這種微小球2B的周期結(jié)構(gòu)數(shù)為50左右即可，因此光子結(jié)晶2最大為100微米見方這種大小的元件就能夠充分發(fā)揮作用。
下面說明光子結(jié)晶的波長選擇性的可變性。圖3A、圖3B以及圖3C是表示1維光子結(jié)晶(多層膜結(jié)構(gòu))中光反射率(任意常數(shù))與波長(nm)之間所存在關(guān)系的曲線圖。圖3A是未用壓電元件對(duì)光子結(jié)晶施加外力時(shí)的曲線圖；圖3B是用壓電元件在壓縮方向上對(duì)光子結(jié)晶施加使其產(chǎn)生1％的晶格畸變的壓力(外力)時(shí)的曲線圖；而圖3C是用壓電元件在延展方向上對(duì)光子結(jié)晶施加使其產(chǎn)生1％的晶格畸變的壓力時(shí)的曲線圖。
根據(jù)這些曲線圖，未施加外力時(shí)的反射強(qiáng)度峰值處于波長λc＝1500nm大小的位置(圖3A)。而加上1％壓縮畸變時(shí)該波長λc偏移至短波長一側(cè)約為1470nm(圖3B)；而加上1％延展畸變時(shí)該波長λc偏移至長波長一側(cè)約為1530nm(圖3C)。
具體來說，一旦光子結(jié)晶導(dǎo)入外力引起的微小晶格畸變，光子能帶結(jié)構(gòu)便隨結(jié)晶內(nèi)結(jié)晶結(jié)構(gòu)的變化而發(fā)生變化，從而光反射特性發(fā)生變化。所以，可以靠光子結(jié)晶2上所加的外力使從光纖7傳送至光纖8的光波長可變。另外，圖3是對(duì)多層膜結(jié)構(gòu)的鏡子那樣的1維光子結(jié)晶結(jié)構(gòu)的光透過特性的計(jì)算例。但即便是微晶完全等間隔排列的3維結(jié)晶結(jié)構(gòu)，也在特定的結(jié)晶方位顯示出同樣的光透過特性。
下面對(duì)本發(fā)明第1實(shí)施方式進(jìn)行說明。圖4和圖5是第1實(shí)施方式的工序圖。如圖4所示，V槽連接器20包含厚板狀的基座21，基座21的上表面形成有V槽23。V槽23在基座21的長度方向上直線延伸。V槽23配置有光纖7、8。光纖7的端面7a和光纖8的端面8a相對(duì)設(shè)置并保持規(guī)定距離。這里，所謂規(guī)定距離，在所用光的波長為1.55微米時(shí)約為20～80微米。由端面7a、端面8a以及V槽23形成空間部25。端面7a、8a分別為光入射面和出射面其中至少之一所形成的端面。
溶液27是在超純水中加入粒徑約120nm的二氧化硅微顆?；蛄郊s150nm的聚苯乙烯微顆粒等微顆粒43形成體積濃度1～4％的懸濁液。通過將該溶液27滴入空間部25，空間部25充滿溶液27。溶液27以規(guī)定量和規(guī)定速度滴入空間部25。而且，溶液27通過溶解約1摩爾氫氧化鈉對(duì)離子濃度等進(jìn)行化學(xué)調(diào)整。然后，在清靜狀態(tài)下將空間部25的溶液27放置規(guī)定時(shí)間。這樣，靠微顆粒所帶電荷使微顆粒自然排列，分別以端面7a、8a為初始面生成光子結(jié)晶。隨該結(jié)晶生長的進(jìn)行，如圖5所示在空間部25形成有分別與端面7a、8a連接的光子結(jié)晶2。溶液27包含紫外線硬化的成分，通過對(duì)空間部25的溶液27照射紫外線，光子結(jié)晶2便成為凝膠狀。由此，可得到包含具有可塑性的半固化的光子結(jié)晶2的光控制單元。光子結(jié)晶2作為對(duì)光纖7、8各自的輸入光和輸出光其中至少之一進(jìn)行控制的光控制單元起作用。
這里光子結(jié)晶的生長，有下述考慮。由用微顆粒的光子結(jié)晶的現(xiàn)有生長試驗(yàn)可知，將微顆粒放入玻璃容器，再向該玻璃容器中注入控制了離子濃度等的溶液，在充分?jǐn)U散后放置十分鐘乃至于長達(dá)一個(gè)月，微顆粒便帶電，從而在靜電相斥作用下形成均勻的空間排列。已知此時(shí)決定半長方位的，是玻璃面與溶液的邊界條件。本實(shí)施方式的光子結(jié)晶的生長是根據(jù)這些事實(shí)的。另外，盡管未圖示，但為了防止將溶液27滴入空間部25時(shí)發(fā)生微顆粒凝集，還可以使用分別對(duì)端面7a、8a加上規(guī)定頻率振動(dòng)的裝置。這里，所謂規(guī)定頻率是38～45kHz。而且，也可以通過施加38～45kHz頻率的振動(dòng)，在溶液27中微顆粒完全分散之后，再用約10Hz頻率的振動(dòng)使微顆粒分散。由此，可以在使溶液27中的微顆粒分散后使光子結(jié)晶2在端面7a、8a上分別生長。
本申請(qǐng)發(fā)明人用本實(shí)施方式使光子結(jié)晶在一個(gè)光纖陣列的端面上自然生長。圖6中的曲線給出該光子結(jié)晶的一例光學(xué)特性。圖6中橫軸表示光的波長，縱軸表示光的透射率。采用這種光子結(jié)晶，能夠有選擇地截取光當(dāng)中600nm的波長分量。所以，光子結(jié)晶2可以作為例如具有波長選擇用功能的光控制單元使用?？赏ㄟ^對(duì)圖5所示的光子結(jié)晶2裝壓電元件，將驅(qū)動(dòng)電源與壓電元件連接，來制作與圖1所示裝置相同的裝置。
在使光子結(jié)晶分別生長于端面7a、8a上的過程中，可以實(shí)時(shí)測定光子結(jié)晶2的光學(xué)特性(例如波長透過性、反射特性)。圖7是進(jìn)行這種測定用的框圖。如圖7所示，激光器31(也可以用燈代替激光器)的出射光射到光子結(jié)晶2上。出射光中通過光子結(jié)晶2的波長分量由檢測單元33檢測。檢測出的波長分量數(shù)據(jù)被送到光譜分析單元35。由光譜分析單元35對(duì)透過光子結(jié)晶2的波長分量進(jìn)行分析。由此實(shí)時(shí)測定光子結(jié)晶2的光學(xué)特性。該分析數(shù)據(jù)被發(fā)送到例如個(gè)人計(jì)算機(jī)構(gòu)成的管理單元37，在管理單元37的顯示器上顯示。由此能夠?qū)庾咏Y(jié)晶2的光學(xué)特性進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視。這里所說的規(guī)定光學(xué)特性是指使例如紅外線波長分量透過的特性。管理單元37判定光子結(jié)晶2具有規(guī)定光學(xué)特性時(shí)，管理單元37對(duì)波長控制單元39發(fā)送波長變更信號(hào)。根據(jù)該信號(hào)，波長控制單元39變更激光器31的波長，射出紫外線波長分量。由此可以使溶液27凝膠化，在光纖7、8的端面7a、8a上形成具有可塑性的半固化的光子結(jié)晶2所構(gòu)成的光控制單元。另外，圖8中的曲線分別給出通過光子結(jié)晶的紅外線波長分量IR、溶液27凝膠化用的紫外線波長分量UV?？v軸是波長分量的強(qiáng)度，橫軸是波長。上面說明的光學(xué)特性測定和利用紫外線的硬化處理在下面說明的實(shí)施方式中也適用。
采用第1實(shí)施方式，與將作為光控制單元的光子結(jié)晶用平板印刷方法配置于光纖的端面的方法相比，光子結(jié)晶的制造不需要昂貴的裝置，而且光子結(jié)晶的制造不需要很長時(shí)間。而且，采用第1實(shí)施方式不用切下光子結(jié)晶那樣需要熟練的技術(shù)。根據(jù)上述理由，采用第1實(shí)施方式容易制造出包含光子結(jié)晶2的光控制單元3。而且，光子結(jié)晶2按波長10倍大小滿足其光學(xué)特性，因而其尺寸為數(shù)十微米。所以，光控制單元3是緊湊的，因此光控制單元3與光纖7、8的尺寸容易配合。這些效果在以下說明的實(shí)施方式中相同。
對(duì)于本發(fā)明的第2實(shí)施方式，下面以和第1實(shí)施方式的不同點(diǎn)為中心進(jìn)行說明。圖9是光纖7、8的剖面圖。光纖7的端面7a、光纖8的端面8a隔著間隔體41相互平行配置。間隔體41與端面7a的包覆層10及端面8a的包覆層10接觸。由此形成空間部25。
準(zhǔn)備包含作為光子結(jié)晶材料的微顆粒43，離子濃度等經(jīng)過化學(xué)調(diào)整的溶液27。將溶液27以規(guī)定速度向空間部25滴入規(guī)定量。微顆粒43因溶液27而帶靜電。該靜電的電荷量可以通過改變?nèi)芤?7的離子濃度、PH值等來調(diào)整。由于靜電作用，微顆粒43之間由于存在同性相斥的庫侖相互作用而自然排列，微顆粒43保持著由其濃度決定的特定間隔。經(jīng)過規(guī)定時(shí)間后，在圖9所示的空間部25，也就是端面7a的芯部9和端面8a的芯部9之間形成圖5所示的光子結(jié)晶2。由該光子結(jié)晶將端面7a的芯部9和端面8a的芯部9相連。
光纖7、8的芯部9中與溶液27的接觸面和間隔體41中與溶液27的接觸面對(duì)自然生長的生長方向、排列間隔等提供邊界條件。其結(jié)果是，可以利用這一邊界條件控制光子結(jié)晶2的結(jié)晶方位等。決定邊界條件的是上述接觸面的形狀、電氣特性、化學(xué)特性等。
一般的光纖是石英等二氧化硅系的母材中摻雜某種離子形成的。其電氣特性和化學(xué)特性決定要傳播的波長，因此母材和離子的種類在某種程度上受到限制。因而，可以通過將間隔體41的形狀、材質(zhì)及其表面處理方法作為參數(shù)來控制光子結(jié)晶2的生長條件等。
圖10是表示作為間隔體41一例的間隔體41a的立體圖。間隔體41a是在長方體上形成槽部45、47構(gòu)成的。長方體的上表面53形成有從長方體的側(cè)面49至與該側(cè)面相對(duì)的側(cè)面51的槽部45。而槽部45的底部，從側(cè)面49到側(cè)面51形成槽部47。槽部47的寬度比槽部45的寬度小。使光纖7的端面7a與側(cè)面49位置一致，光纖8的端面8a與側(cè)面51位置一致。槽部47的兩個(gè)端面中，一個(gè)端面對(duì)應(yīng)于端面7a的芯部9，另一個(gè)端面對(duì)應(yīng)于端面8a的芯部9。
槽部47上利用本實(shí)施方式的方法形成光子結(jié)晶2。然后在光子結(jié)晶2上施加外力將壓電元件4配置于槽部45。采用間隔體41a能夠在規(guī)定光纖7的端面7a和光纖8的端面8a之間的距離的同時(shí)方便地滴下溶液27并保持溶液27。但是，間隔體41的形狀不限于圖10所示的形狀，只要考慮配置壓電元件4等其他構(gòu)件，形成如圖10所示使上方開放的形狀即可。
如上所述，采用間隔體41，可以高精度地配置端面7a、7b，并且能夠高精度地控制光子結(jié)晶2的生長方向。
下面以和第1、第2實(shí)施方式的不同點(diǎn)為中心對(duì)本發(fā)明第3實(shí)施方式進(jìn)行說明。圖11是光纖7、8的剖面圖。光纖7的端面7a、光纖8的端面8a隔著間隔體41相互平行配置。端面7a、8a相對(duì)于光纖7、8的長度方向傾斜比90°小的規(guī)定角度θ。通過對(duì)端面7a、8a進(jìn)行研磨可以使端面7a、8a形成傾斜。另外，圖9所示的第2實(shí)施方式中這些角度為90°。
例如，若將微顆粒43的濃度與圖9中溶液27相同的溶液27用于圖11情形，由于圖11的端面7a、8a的傾斜，端面7a、8a上生長的光子結(jié)晶的生長軸便產(chǎn)生與圖9中端面7a、8a上生長的光子結(jié)晶的生長軸不同的傾斜。其結(jié)果是在光纖7、8的光傳播與光子結(jié)晶內(nèi)部的光傳播模式之間存在由生長軸傾斜、即結(jié)晶角度所控制的耦合關(guān)系。因而，改變端面7a、8a的研磨面的傾斜、溶液27的微顆粒濃度等，可以控制包括光纖7、8等的光學(xué)裝置總體的光學(xué)特性(例如波長透過性、反射特性)。
還有，圖9、圖11表示光纖7、8的端面7a、8a相互平行配置的例子，但是考慮到光子結(jié)晶的光傳播特性，也可以有端面7a、8a不相互平行的情況。端面7a、8a的配置也可以在分析光子結(jié)晶特性后改變。
下面以和第1～第3實(shí)施方式的不同點(diǎn)為中心對(duì)本發(fā)明第4實(shí)施方式進(jìn)行說明。圖12是光纖7、8的剖面圖。在第4實(shí)施方式中，對(duì)于圖11所示的光纖7、8，相對(duì)于鉛直方向，端面7a配置于端面8a上方。端面7a、8a在水平方向上配置間隔體41夾著光纖7、8的端部配置?？臻g部25也形成于端面7a的包覆層10與端面8a的包覆層10之間。因而，光子結(jié)晶除了在端面7a的芯部9與端面8a的芯部9之間形成外，也在端面7a的包覆層10與端面8a的包覆層10之間形成。
在光子結(jié)晶生長過程中，有時(shí)除了邊界條件、溶液27條件之外考慮重力則更加有效。因而，在第4實(shí)施方式中，端面7a、8a配置于與重力方向垂直的位置使光子結(jié)晶生長。利用作用于微顆粒43的重力與微顆粒彼此間的靜電作用力這兩者的平衡，控制端面7a、8a上生長的光子結(jié)晶2的生長方向和生長速度其中至少之一。作為微顆粒43，如果使用其比重大的材料，例如氧化釓、氧化鈦及鈦酸鋇等，重力影響便可以忽略不計(jì)。如圖12所示，光子結(jié)晶2的生長主要是從下側(cè)的邊界、即端面8a與溶液27之間的邊界面開始生長。
下面以和第1～第4實(shí)施方式的不同點(diǎn)為中心對(duì)本發(fā)明第5實(shí)施方式進(jìn)行說明。圖13A和13B是光纖7、8的剖面圖。圖13A所示光纖7、8與圖11所示光纖7、8不同點(diǎn)在于，端面7a、8a的芯部9的近旁形成電荷層55。電荷層55例如可以經(jīng)端面7a、8a通過對(duì)芯部9的離子注入來形成。用預(yù)先形成的電荷層55控制端面7a、8a的表面電荷密度，可以使光子結(jié)晶穩(wěn)定生長。
圖13B所示光纖7、8與圖11所示光纖7、8不同點(diǎn)在于，端面7a、8a的芯部9上形成微細(xì)結(jié)構(gòu)層57。微細(xì)結(jié)構(gòu)層57形成包含與微顆粒43大約相同大小的凹凸的空間結(jié)構(gòu)。用預(yù)先形成的微細(xì)結(jié)構(gòu)層57可以使光子結(jié)晶穩(wěn)定生長。
下面以和第1～第5實(shí)施方式的不同點(diǎn)為中心對(duì)本發(fā)明第6實(shí)施方式進(jìn)行說明。圖14A和14B是第6實(shí)施方式光封閉型光波導(dǎo)路的平面圖。
如圖14所示，1維的光波導(dǎo)路59形成于基板61上。光波導(dǎo)路19的規(guī)定部位形成適當(dāng)形狀的孔，以便將光波導(dǎo)路59一分為二。斷開的其中之一的光波導(dǎo)路59的端面59a和斷開的另一光波導(dǎo)路59的端面59b均處于該孔位置。第6實(shí)施方式中，該孔的形狀大致為菱形。構(gòu)成大致為菱形的邊中，將光波導(dǎo)路59斷開的兩個(gè)邊相對(duì)于光波導(dǎo)路59延伸的方向形成規(guī)定的傾斜度。在該孔中滴入溶液27以使光子結(jié)晶2從端面59a、59b開始生長，以光子結(jié)晶2填埋該孔。作為光波導(dǎo)路59有采用鈮酸鋰的光波導(dǎo)路和在玻璃等當(dāng)中注入離子的光波導(dǎo)路等。
如圖14B所示，光波導(dǎo)路59在基板61上形成十字形狀。在包含十字狀交叉點(diǎn)部位形成孔。四個(gè)斷開的光波導(dǎo)路59的端面59a、59b、59c、59d均處于該孔位置。在該孔中滴入溶液27以使光子結(jié)晶2從端面59a、59b、59c、59d開始生長，以光子結(jié)晶2填埋該孔。在該結(jié)構(gòu)中對(duì)于兩個(gè)不同的波導(dǎo)路以不同的生長角度使光子結(jié)晶2生長。當(dāng)然，需要在不破壞光子結(jié)晶結(jié)構(gòu)的范圍內(nèi)使這兩個(gè)角度最優(yōu)。在圖14B所示的裝置的情況下，特別是一邊監(jiān)視光子結(jié)晶的光學(xué)特性，一邊使光子結(jié)晶2生長是很重要的?？煽紤]在圖14B所示的光波導(dǎo)路59的交叉部位使光子結(jié)晶2優(yōu)化生長，使對(duì)在各光波導(dǎo)路之間傳輸光進(jìn)行切換成為可能。
工業(yè)應(yīng)用性采用本發(fā)明，將包含微顆粒的溶液滴注入空間部，使光子結(jié)晶在光傳輸路的端面上生長，由此在端面上形成光控制單元。因而，采用本發(fā)明能夠容易地在光傳輸路的端面上制作作為光控制單元的光子結(jié)晶。
權(quán)利要求
1.一種光控制單元形成方法，該方法在包含光的入射面及出射面其中至少之一所構(gòu)成的端面在內(nèi)的光傳輸路上，形成對(duì)所述光傳輸路輸入光及輸出光其中至少之一進(jìn)行控制的光控制單元，其特征在于，通過將含有作為光子結(jié)晶材料的微顆粒的溶液放入所述端面所處的空間部，使所述光子結(jié)晶在所述端面上生長，從而在所述端面上形成包含所述光子結(jié)晶的所述光控制單元。
2.如權(quán)利要求1所述的光控制單元形成方法，其特征在于，使所述光子結(jié)晶在所述端面上生長時(shí)，測定所述光子結(jié)晶的光學(xué)特性。
3.如權(quán)利要求2所述的光控制單元形成方法，其特征在于，根據(jù)所述測定判定所述光子結(jié)晶具有規(guī)定的光學(xué)特性時(shí)，通過對(duì)所述溶液照射規(guī)定波長光，使所述溶液凝膠化，以便在所述端面形成具有可塑性的半固化的所述光控制單元。
4.如權(quán)利要求1所述的光控制單元形成方法，其特征在于，通過使所述溶液凝膠化，在所述端面上形成具有可塑性的半固化的所述光控制單元。
5.如權(quán)利要求1所述的光控制單元形成方法，其特征在于，通過放置所述空間部的所述溶液使所述微顆粒自然排列，以便使所述光子結(jié)晶在所述端面上生長。
6.如權(quán)利要求1所述的光控制單元形成方法，其特征在于，使所述溶液中的所述微顆粒帶靜電，靠作用于所述微顆粒的重力和所述微顆粒彼此間靜電作用力這兩者間的平衡，控制所述端面上生長的所述光子結(jié)晶的生長方向和生長速度其中至少之一。
7.如權(quán)利要求1所述的光控制單元形成方法，其特征在于，在所述端面及其附近的所述光傳輸路其中至少一處形成用于使所述光子結(jié)晶穩(wěn)定生長的電荷層和微細(xì)結(jié)構(gòu)層其中至少之一。
8.如權(quán)利要求1所述的光控制單元形成方法，其特征在于，通過在將所述溶液放入了所述空間部時(shí)對(duì)所述端面加上振動(dòng)，以便使所述微顆粒分散后使所述光子結(jié)晶在所述端面上生長。
9.如權(quán)利要求1所述的光控制單元形成方法，其特征在于，通過將另一光傳輸路的端面與所述光傳輸路的所述端面相互平行配置形成所述空間部，使所述光子結(jié)晶不僅在所述光傳輸路的所述端面而且在所述另一光傳輸路的端面上生長，以便形成將所述另一光傳輸路的端面與所述光傳輸路的所述端面連在一起的所述光子結(jié)晶。
10.如權(quán)利要求9所述的光控制單元形成方法，其特征在于，通過使所述光傳輸路的所述端面相對(duì)于所述光傳輸路的光軸傾斜，并使所述另一光傳輸路的端面相對(duì)于所述另一光傳輸路的光軸傾斜，使所述光子結(jié)晶的生長軸相對(duì)于各所述光軸呈規(guī)定的角度，以便使所述光子結(jié)晶具有規(guī)定的光學(xué)特性。
11.如權(quán)利要求9所述的光控制單元形成方法，其特征在于，配置限定所述空間部的間隔體后，再將所述溶液放入所述空間部。
12.一種光控制單元，其特征在于，按權(quán)利要求1所述的光控制單元形成方法形成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光控制單元及其形成方法。該方法是這樣一種方法，即以規(guī)定間隔將光纖(7)的端面(7a)與光纖(8)的端面(8a)相對(duì)配置于基座(21)的V槽(23)。將含有作為光子結(jié)晶材料的微顆粒的溶液(27)滴注至端面(7a)、端面(8a)以及V槽(23)所形成的空間部(25)。由此分別從端面(7a)、端面(8a)開始生長光子結(jié)晶，以便分別在端面(7a)、端面(8a)上形成包含光子結(jié)晶(2)的光控制單元。
文檔編號(hào)G02B26/00GK1516820SQ0281192
公開日2004年7月28日 申請(qǐng)日期2002年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月15日
發(fā)明者瀧口義浩, 伊藤研策, 策 申請(qǐng)人:浜松光子學(xué)株式會(huì)社