回折格子は波長や屈折率に依存して光ビームを偏向させるので,可変波長光源や屈折率制御機構(加熱 ヒーターなど)と組み合わせれば光偏向器として利用できる.ただし現実的な波長や屈折率の変化量に対する 偏向角が数度と小さい.我々は,フォトニック結晶導波路 (PCW) のスローライトがこれらの微小変化に対して 波数を大きく変える点に着目し,これと光回折機構を組み合わせた光偏向器を検討している .本研究では, 製作したシリカクラッド Si PCW に表面回折格子を形成した Fig. 1(a)のようなスローライト偏向器を報告する. 製作した PCW は,スラブ厚 210 nm,格子定数 400 nm,円孔直径 200 nm,上下シリカクラッドの厚さはそれ ぞれ約 2 m である.上側のクラッドを反応性イオンエッチングにより約 1 m まで薄膜化し,さらに集光イオン ビーム(FIB)を用いて周期 800 nm,深さ約 120 nm の回折格子を形成した.Fig. 1(b)には回折光の FDTD シ ミュレーション例(1 次元フォトニック結晶導波路を仮定した簡易的な断面 2 次元計算)を示す.また Fig. 1(c) は実際に上方向(鉛直が = 0°)に放射される光の遠視野像である.コリメートレンズ等を挿入していないので, 導波路と直交する方向には光が広がるが,導波路に沿った方向には 0.1°オーダーの狭いビームが観測された. また波長を変えると,約 1.2°/nm で偏向した.これは通常の回折格子の約 10 倍の感度である. より厳密な理論性能を予測するため,回折格子を含む 3 次元構造を考慮したフォトニックバンドと群屈折ス ペクトルを計算した.これより得られた偏向角と光放射量のスペクトルを Fig. 2 に示す.ここでは導波路上部の シリカクラッドの厚さ t を 300~400 nm,回折格子の幅を 400 nm,深さを 120 nm と仮定している.偏向角は 1.2°/nm であり,実験値とほぼ一致した.光の放射量は,元々の伝搬モードがシリカライトコーンに影響されな い波長 1550 ~ 1570 nm で t = 300 nm のときに約 100 dB/cm,t = 400 nm のとき,約 30 dB/cm である.最 終的な導波路長は 3 mm を想定しているが,これまでに製作したデバイスは 800 m なので,これで効率のよ い光放射を得るための設計と製作を行っていく. 参考文献 1) 竹内ら,本会
