专利名称：板条形波导及该板条形波导的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种由光子晶体构成的板条形波导，该板条形波导沿膜厚度方向具有折射率分布，并用在光平面电路(optical planarcircuit)中，本发明也涉及一种制造该板条形波导的方法。
背景技术：
图21(a)和图21(b)示出了具有衬底的板条形波导，其作为第一种传统板条形波导的示例，而且每一个均由光子晶体构成。
图21(a)所示的板条形波导由衬底201和在衬底201上形成板条203的板条型光子晶体200构成。在板条203中形成圆柱形空位202。空位202沿板条203的厚度方向延伸，并平行于衬底201二维周期性排列。板条203具有均匀的折射率。板条203的折射率大于衬底201的折射率。这样形成的用作板条形波导的板条型光子晶体200能够降低光在板条形波导中的传播速度、使光波长色散或偏转光的传播方向。
已经通过用作光子晶体的折射率的有效折射率，对光子晶体中的光传播进行了讨论，有效折射率定义为周期性排列的多种材料的折射率的体积比。这种宏观讨论在折射率周期比光的波长小足够多的情况下是有效的，因为光的行为依据折射率的平均值。但是，在折射率周期接近于光波长的情况下，光的行为依据每个折射率，从而，需要进行微观讨论，达到要考虑每个周期性排列的不同折射率材料的程度。
实际上，在宏观讨论中，考虑到如果使用具有比通过平均空位202的折射率和板条203的折射率所获得的有效折射率低的折射率的衬底201，则光通过上述板条型光子晶体200传播。但是，根据微观讨论，入射在具有这样的衬底的板条形波导中的板条型光子晶体200上的光通过周期性形成并具有比衬底201的折射率高的折射率的板条部分203传播，而空位部分202中的漫射光206泄漏到衬底201侧，因为空位202的折射率比衬底201的折射率低，而且只有部分漫射光206能够通过空位202传播。在这种情况下，从上述板条型光子晶体200出射的光205的量实质上为零。
同样，在具有如图21(b)所示的、其中通过在衬底201中延伸空位202来提供衬底空位207以降低衬底部分201的有效折射率的衬底的板条形波导的情况下，光并不能传播通过板条型光子晶体200。
图21(c)和图21(d)示出了没有衬底的板条形波导，其作为第二种传统板条形波导的示例，而且每一个均由光子晶体构成。
图21(a)和图21(b)所示的板条形波导中的每一个均由板条型光子晶体200构成。以相同的方式形成这些板条形波导的板条型光子晶体200，除了其厚度互不相同。在每个板条型光子晶体200中，形成圆柱形空位202。空位202沿板条203的厚度方向延伸，并平行于板条203的主表面二维周期性排列。板条203具有均匀的折射率。
在只由上述板条形光子晶体200构成板条形波导，而没有衬底的情况下，板条形光子晶体200的表现与透镜波导相同，具有较高折射率的板条部分作为透镜，而且在具有较低折射率的空位202中并不发生由于漫射所引起的泄漏。结果，入射光204在板条型光子晶体200中传播，而不发生漫射。
如果设置如图21(c)和图21(d)所示不同的膜厚度，则表现出不同的光传播状态。在图21(c)所示的膜厚度为大约几个微米或更小的情况下，光在空气和具有较高折射率的板条部分203之间沿板条厚度方向的边界处被反射，从而以光多模传播方式传播。因而，为了满足单模条件，需要将板条厚度设置为1μm或更小。在这种情况下，在板条型光子晶体200中的传播并不存在问题，但是由于模场直径与光纤不同，耦合到具有大约8μm芯径的光纤的耦合损耗大。
另一方面，在图21(d)所示的膜厚度较大，为大约10μm的情况下，光在空气和具有较高折射率的板条部分203之间沿板条厚度方向的边界处并不被反射。因而，在这种情况下，板条形波导形成了理想的透镜波导，而且光的传播是单模传播。同样，由于与光纤在模场上不存在差别，耦合到光纤的耦合损耗小。但是，在这种情况下，需要相对于10μm或更多的膜厚度，使空位具有接近于光波长的周期，即，50或更高的纵横比。目前，实现这样高的纵横比是极为困难的。
在图21(c)和图21(d)所示的情况之一中，在将板条形波导投入实际使用的过程中，需要通过一些装置来加固板条，考虑到与衬底相对应的部件的使用，同样需要实现器件设计。
日本专利未审公开No.2001-337236中公开的发明等同于如下方案，其中，以具有比板条203的折射率低的折射率的材料填充图21(a)所示的空位202，而且以具有比填充空位的材料的折射率低的折射率的材料形成板条上部的上包层和下包层(衬底)201。在此方案中，从微观观点来看，光在包层边界处发生全反射，从而，光被导波通过板条。但是，实际上，并不存在具有与空气一样低的折射率的材料。因而，不可能在板条和空位之间设置足够的折射率差，以使光子晶体能够十分有效地工作。
诸如在折射率均匀的板条中周期性地形成空位的上述现有技术中的这些板条型光子晶体等板条型光子晶体的情况下，难以满足如下所示的条件(1)到(3)的全部。
(1)模场直径接近光纤的模场直径。
(2)满足单模条件，与理想透镜波导的情况下的那些单模条件相同。
(3)板条形波导具有能够投入实用的强度。
在按照传统方法的方案中，衬底的折射率高于光子晶体中的空位的折射率，因此，发生了从空位的光泄漏，而且光不能够传播。为了满足单模条件，不使用衬底而免除了光的泄漏的方案必然需要将板条的膜厚度设置为1μm或更小的小数值或者设置为10μm或更大的增加值。如果减少板条的膜厚度，则与光纤耦合困难。如果增加板条的膜厚度，则难以制造板条形波导。此外，处于单独状态的板条的强度很低，使得板条形波导不能得到实际的应用。
发明内容
本发明的第一方面是一种板条形波导，该板条形波导包括二维晶体光栅，所述二维晶体光栅包括具有与板条的折射率不同的折射率并沿着板条的表面二维周期性排列的柱形件，其中，选择板条中除了所述柱形件之外的板条折射率部分的折射率、板条中所述柱形件的数目、形状和折射率，使得在入射板条形波导的光束扩展到最大程度时，沿板条厚度方向的光束的尺寸不超过板条厚度。
本发明的第二方面是按照本发明第一方面所述的板条形波导，其中所述板条折射率部分的折射率，沿垂直于板条表面的方向在板条折射率部分中除了端部以外的预定部分取得最大值，而且不随着到所述预定部分的距离的增加而增加。
本发明的第三方面是按照本发明第二方面所述的板条形波导，其中所述板条折射率部分的折射率，沿垂直于板条表面的方向，关于预定的部分对称分布。
本发明的第四方面是按照本发明第三方面所述的板条形波导，其中所述板条折射率部分的折射率，沿垂直于板条表面的方向依照到预定部分的距离的二次函数或近似二次函数下降。
本发明的第五方面是按照本发明第三方面所述的板条形波导，其中预定部分是所述板条折射率部分中除了端部以外的预定长度的区域，而且在所述板条折射率部分中除了端部之外的具有预定长度的区域中，所述板条折射率部分的折射率，沿垂直于板条表面的方向实质上为常数，并依照到具有预定长度的区域的一端的距离的二次函数或近似二次函数下降。
本发明的第六方面是按照本发明第四或第五方面所述的板条形波导，其中与折射率依照距离的二次函数或近似二次函数下降的部分的折射率相关的折射率分布常数等于1mm-1或更大。
本发明的第七方面是按照本发明第四或第五方面所述的板条形波导，其中与折射率依照距离的二次函数或近似二次函数下降的部分的折射率相关的折射率分布常数是这样的数值，其使得总光程由0.5的光整数倍节距(optical integer multiple pitch)所限定。
本发明的第八方面是按照本发明第四或第五方面所述的板条形波导，其中与折射率依照距离的二次函数或近似二次函数下降的部分的折射率相关的折射率分布常数是这样的数值，其使得所述板条折射率部分的入射端焦距与出射端焦距的和等于由所述板条折射率部分和所述柱形件形成的组成单元的长度。
本发明的第九方面是按照本发明第一方面所述的板条形波导，其中所述板条折射率部分和所述柱形件之间的分界面中的至少一个具有曲面。
本发明的第十方面是按照本发明第九方面所述的板条形波导，其中所述板条折射率部分和所述柱形件之间的分界面沿板条的厚度方向具有曲面。
本发明的第十一方面是按照本发明第九方面所述的板条形波导，其中所述板条折射率部分和所述柱形件之间的分界面在所述板条折射率部分中除了端部之外的具有预定长度的区域中具有平坦表面，而在具有预定长度的区域之外，沿板条的膜厚度方向具有曲面。
本发明的第十二方面是按照本发明第十或第十一方面所述的板条形波导，其中曲面的曲率半径是这样的数值，其使得所述板条折射率部分的入射端焦距与出射端焦距的和等于由所述板条折射率部分和所述柱形件形成的组成单元的长度。
本发明的第十三方面是按照本发明第十二方面所述的板条形波导，其中曲面的曲率半径是这样的数值，其使得所述板条折射率部分的入射端焦距与出射端焦距彼此相等。
本发明的第十四方面是按照本发明第十或第十一方面所述的板条形波导，其中曲面的曲率半径为0.1μm或更大。
本发明的第十五方面是一种板条形波导的制造方法，包括层压步骤，通过层压折射率互不相同且每层具有在其中形成的孔的多层薄膜，同时对准所述薄膜的孔，形成层压板，其中层压板的薄膜部分用作板条，而每个与薄膜中的孔相对应的部分用作柱形件。
本发明的第十六方面是按照本发明第十五方面所述的板条形波导的制造方法，其中具有最高折射率的薄膜之一放置在除了层压板的端部之外的位置，而其他薄膜按照折射率递减的顺序，从具有最高折射率的薄膜的位置向外连续层压。
本发明的第十七方面是按照本发明第十五方面所述的板条形波导的制造方法，其中所述层压步骤包括在将薄膜层压在层压板上时，以垂直于薄膜表面的单波长光照射多层薄膜中的每一个的表面，并根据来自层压板的干涉光，定位层压薄膜，沿膜厚度方向对准薄膜的孔的位置。
本发明的第十八方面是一种板条形波导的制造方法，该方法包括层压步骤，通过层压折射率互不相同的多层膜形成层压板；以及柱形件形成步骤，在所述层压步骤中形成的层压板中形成孔，其中层压板的薄膜部分用作板条，而每个与薄膜中的孔相对应的部分用作柱形件。
本发明的第十九方面是按照本发明第十八方面所述的板条形波导的制造方法，其中所述层压步骤包括厚膜层压板形成步骤，通过以折射率在除了层压板的端部之外的部分中取得最大值的方式，层压折射率互不相同的厚膜，形成具有折射率分布的厚膜层压板；以及挤压步骤，沿层压方向挤压具有折射率分布的厚膜层压板，直到具有折射率分布的厚膜层压板的厚度等于想要的厚度。
本发明的第二十方面是按照本发明第十九方面所述的板条形波导的制造方法，其中，在所述挤压步骤中，通过在具有至少在有限区域中不相互平行的表面的两个部件之间夹紧所述具有折射率分布的厚膜层压板，使所述具有折射率分布的厚膜层压板变薄。
本发明的第二十一方面是按照本发明第二十方面所述的板条形波导的制造方法，其中所述两个部件包括具有水平平坦表面的第一部件和具有平坦表面或曲面的第二部件，第二部件的平坦表面或曲面使得到第一部件的平坦表面的距离相对于与第一部件的平坦表面平行的方向单调变化。
本发明的第二十二方面是一种板条形波导的制造方法，该方法包括折射率分布形成步骤，通过薄膜样板条半成品(film-like slabblank)的上下表面，使离子移入或移出薄膜样板条半成品，在薄膜样板条半成品中形成折射率分布；以及柱形件形成步骤，在已经形成了折射率分布的薄膜样板条半成品中形成孔，其中，薄膜样板条半成品部分用作板条，而每个与孔相对应的部分用作柱形件。
考虑到传统板条形波导的上述问题，本发明的目的是提供一种由板条型光子晶体构成的板条形波导，具有与光纤的模场直径接近的模场直径，如理想透镜波导那样满足单模条件，而且具有足以实用的高强度，以及一种所述板条形波导的制造方法。
为了获得上述目的，按照本发明，提供了一种板条型光子晶体，该板条型光子晶体包括二维晶体光栅，所述二维晶体光栅具有在板条中沿着板条的厚度方向形成并二维周期性排列的柱形件，而且所述光子晶体由板条折射率部分和柱形件部分构成，其中，板条折射率部分包括位于板条膜厚度的特定区域中、具有最大折射率的最大折射率部分和其中折射率按照到最大折射率部分的距离的二次函数下降的较低折射率部分，其中与较低折射率部分相关的折射率分布常数等于1mm-1或更大。
如果使用具有沿膜厚度方向的二次分布变化的折射率、使得折射率分布常数等于1mm-1或更大的板条型光子晶体，光可以通过板条型光子晶体传播，而不从光子晶体中泄漏，即使光子晶体与衬底结合，仍与板条型光子晶体的膜厚度无关。同样，可以满足单模条件，而且可以设置膜厚度，从而匹配光纤的模场直径。
沿膜厚度方向具有折射率分布的板条型光子晶体的制造方法粗略地分为以下两种(1)层压折射率互不相同的多层薄膜，以制成具有折射率分布的板条形波导，而沿膜厚度方向形成二维周期性排列的空位。
(2)在折射率互不相同的多层薄膜中，沿膜厚度方向并二维周期性排列地形成空位，并层压这些薄膜，使得空位的位置相互一致，并以沿层压的方向形成想要的折射率分布的次序层压薄膜。
图1是本发明第一实施例中板条形波导的结构的示意性横截面视图；图2是本发明第一实施例中板条形波导的透视图；图3是示出了本发明第一实施例中的折射率分布常数和板条形波导中的光子晶体的周期总数之间的关系的曲线图；图4是本发明第二实施例中板条形波导的结构的示意性横截面视图；图5是本发明第三实施例中板条形波导的结构的示意性横截面视图；图6是示出了本发明第三实施例中的曲率半径和板条形波导中的光子晶体的周期总数之间的关系的曲线图；图7是本发明第四实施例中板条形波导的结构的示意性横截面视图；图8(a)、8(b)和8(c)是示意性示出本发明第一到第四实施例中板条形波导的衬底的示意图；图9(a)、9(b)和9(c)是示出了本发明第五实施例中第一种板条形波导制造方法的概要的示意图；图10(a)、10(b)和10(c)是示出了本发明第五实施例中第二种板条形波导制造方法的概要的示意图；图11(a)和11(b)是示出了本发明第六实施例中第一种板条形波导制造方法的概要的示意图；图12(a)到12(d)是示出了本发明第七到第十实施例中板条形波导制造方法的概要的示意图；图13是示出了本发明第十一实施例中板条形波导制造方法的概要的示意图；图14是示出了本发明第十二实施例中板条形波导制造方法的概要的示意图；图15是示出了本发明第十三实施例中板条形波导制造方法的概要的示意图；图16是示出了本发明第十四实施例中板条形波导制造方法的概要的示意图；图17(a)到17(f)是示意性示出了工作在本发明第一到第四实施例中的板条形波导端面中沿膜厚度方向的折射率分布的示意图；图18(a)、18(b)和18(c)是示意性示出了本发明第十五实施例中板条形波导的示意图；图19(a)和19(b)是示意性示出了本发明第十六实施例中板条形波导的示意图；图20(a)、20(b)和20(c)示出了本发明第六实施例中第二种板条形波导制造方法(径迹蚀刻)的概要的示意图；以及图21(a)到21(d)是示出了由光子晶体构成的传统板条形波导的示例的示意图。
附图标记说明1折射率分布的板条；2空位；3衬底；4光束轨迹；5输出侧束腰(beam waist)；6输入侧束腰；7具有折射率分布的板条型光子晶体；31光束轨迹；32与一个周期相对应的具有折射率分布的板条部分的输入侧束腰；33与一个周期相对应的具有折射率分布的板条部分的输出侧束腰；34板条型光子晶体的输入侧束腰；35板条型光子晶体的输出侧束腰；41板条折射率部分；42空位；43衬底；44光束轨迹；45板条型光子晶体的入射端面；46板条型光子晶体的出射端面；47板条型光子晶体；48束腰；61板条折射率部分；62空位；63与一个周期相对应的板条部分的输入侧束腰；64与一个周期相对应的板条部分的输出侧束腰；65板条型光子晶体的输入侧束腰；66板条型光子晶体的输出侧束腰；67板条型光子晶体；68光束轨迹；70板条型光子晶体；71衬底；72板条折射率部分；73空位；74具有空位的衬底；75折射率分布；80具有折射率分布的板条型光子晶体；81薄膜；82空位；83凸台；84模具；85加热器；86光子晶体薄膜；87单波长光束；88层压的光子晶体薄膜；89干涉光；90衬底；91定位针；100具有折射率分布的板条型光子晶体；101薄膜；102具有折射率分布的板条；103凸台；104模具；105加热器；106空位；110衬底；111固化之前的聚合物；112层压薄膜；113刀片；114旋转涂料机；115要沉积的材料；116原料源；117均匀折射率板条；118离子化介质(电解液)；119离子；120具有折射率分布的板条形波导；121厚膜；122基座；123挤压件；124平坦基座表面；125挤压件平坦表面；130锥形具有折射率分布的板条形波导；131层压的厚膜；132基座；133锥形挤压件；134平坦基座表面；135挤压件锥形表面；136板条形波导端(膜厚度大)；137板条形波导端(膜厚度小)；138板条形波导宽度；139板条形波导高度；140具有折射率分布的板条形波导；141层压的厚膜；142第一滚筒；143第二滚筒；150具有折射率分布的板条形波导；151层压的厚膜；152第一固定夹具；153第二固定夹具；160具有二次曲线折射率分布的板条；161二次曲线；162具有混合折射率分布的板条；163二次曲线部分；164常数部分；165二次表面；166非二次表面；167曲面；168非曲面；169衍射表面；170具有折射率分布的板条形波导；171漫射表面；172入射表面；173出射表面；174入射光；175出射光；176漫射光；177倾斜入射表面(45°)；178倾斜出射表面(45°)；179棱镜耦合器；180电衬底(多层)；181通孔；182入射光；183出射光；184多层具有折射率分布的板条形波导；190具有折射率分布的板条；191掩模；192离子束；193径迹；194光子晶体板条；195强碱(NaOH)；196刻蚀孔；200板条型光子晶体；201衬底；202空位；203板条；204入射光；205出射光；206漫射光；207衬底空位。
具体实施例方式
将参照附图，对本发明的实施例进行描述。
(第一实施例)图1是代表本发明第一实施例的板条形波导的结构的示意性横截面视图，而图2是第一实施例的板条形波导的透视图。在本实施例的板条形波导中，使用具有沿膜厚度方向二次分布的折射率变化的板条型光子晶体，其折射率变化与图2所示的板条折射率部分中的折射率分布301的变化相同。
即，在本实施例的板条形波导中，选择除了作为板条中的柱形件的空位部分2之外的板条折射率部分1的折射率以及作为柱形件而形成的空位2的数目、形状和折射率，使得在入射波导的光束扩展到最大程度时，沿板条厚度方向的光束尺寸不超过板条厚度。
图3示出了板条型光子晶体的周期总数与折射率分布常数(A1/2)之间的关系，选择折射率分布常数，以将板条形波导的总光程设置为这样的数值，其使得入射和出射端的光斑直径互为相等，在板条折射率为大约1.5的情况下，由这样的光学间距(optical pitch)确定的总光程是0.5的整数倍。
如图1和图2所示，其中使用了这种板条型光子晶体的第一实施例的板条形波导由衬底3和在衬底3上形成板条的板条型光子晶体7构成，在板条型光子晶体7中二维周期性排列了沿板条的膜厚度方向延伸的空位2，而且板条型光子晶体7具有由上述板条折射率部分1和空位2形成的二维晶体光栅。即，本实施例的板条形波导具有这样的结构其中沿板条表面在板条中二维周期性排列具有与板条的折射率不同的折射率的空位。同样，沿膜厚度方向所看到的板条的折射率(n)如公式(1)所示，由折射率的最大值点(n0)、距最大值点的距离(r)和在板条的膜厚度中不小于1mm-1的折射率分布常数(A1/2)确定。
n＝n0(1-Ar2/2)如图1所示，如果选择折射率分布常数(A1/2)，以将上述板条形波导的总光程设置为由0.5的光学间距所确定的数值，在入射和出射端的光束形状彼此相等。即，传播通过上述板条形波导的光束是具有位于入射端前面的束腰(beam waist)的发散光束的情况下(图1)，光束的轨迹4在板条形波导中以发散角度越来越小并实质上在总光程的中心变为零的方式逐步发散，而且，在此发散之后，光束会聚，并具有位于板条形波导出射端后面的束腰。
从图3可以了解到，在具有大约1.5的折射率并由具有五个周期或更多周期作为周期总数的普通光子晶体形成的板条的情况下，在折射率分布常数(A1/2)等于大约0.03μm-1(＝30mm-1)时，由这种光学间距所确定的板条形波导的总光程等于0.5的整数倍。
上述的折射率分布是按照图17(a)所示的二次曲线的分布的示例。不同的折射率分布同样是可能的。例如，图17(b)所示的这种分布描述了这样构成的曲线折射率常数部分，表示在关于中心的有限区域内的恒定最大折射率；折射率降低部分，表示按照到折射率常数部分的每端的距离的二次函数的折射率的降低。
此外，按照二次曲线的分布可以是近似二次曲线。在后面的实施例中将对此进行描述。
此外，最好将本发明的“除了端部之外的预定部分”定位在板条折射率部分的中心部分。但是，并不限制于此。
(第二实施例)将对本发明的第二实施例进行描述。
图4是代表本发明第二实施例的板条形波导的结构的示意性横截面视图。在本实施例的板条形波导中，使用具有沿膜厚度方向二次分布的折射率变化的板条型光子晶体。
如图4所示，其中使用了板条型光子晶体的第二实施例的板条形波导由衬底3和在衬底3上形成板条的板条型光子晶体37构成，在板条型光子晶体37中二维周期性排列了沿板条的膜厚度方向延伸的空位2，而且板条型光子晶体37具有由上述板条折射率部分1和空位2形成的二维晶体光栅。同样，沿膜厚度方向所看到的板条的折射率(n)如公式(1)所示，由折射率的最大值点(n0)、距最大值点的距离(r)和在板条的膜厚度中不小于1mm-1的折射率分布常数(A1/2)确定。折射率分布常数(A1/2)是这样的数值选择此数值，使与构成板条形波导的板条折射率部分1的一个周期相对应的入射端焦距与出射端焦距之和等于由板条折射率部分1和周期性排列的空位2所形成的二维晶体光栅的周期。
同样，如图4所示，在选择折射率分布常数(A1/2)，使与构成板条形波导的板条折射率部分1的一个周期相对应的入射端焦距与出射端焦距相等，并使焦距的二倍与由板条折射率部分1和周期性排列的空位2所形成的二维晶体光栅的周期相等的情况下，在入射端和出射端的光束形状彼此相同。即，传播通过上述板条形波导的光束的轨迹31在与板条折射率部分1中的一个周期相对应的每个部分的入射端和出射端，具有束腰(32和33)。因此，轨迹31在板条型光子晶体37的入射端和出射端也具有对称的束腰(34和35)。
在与板条折射率部分1中的一个周期相对应的每个部分的入射端和出射端提供束腰(32和33)的条件对应于图3所示的周期总数等于1而且折射率分布常数(A1/2)等于大约0.15μm-1(＝150mm-1)的情况。
这样，使用具有按照不小于1mm-1的折射率分布常数、沿膜厚度方向二次分布的折射率变化的板条型光子晶体37，以确保光束轨迹位于板条型光子晶体37的膜厚度内，而与板条型光子晶体37的膜厚度无关。即使板条形波导具有衬底，光束轨迹并不到达衬底上的边界，因而光可以传播通过波导，而不发生泄漏。
此外，沿膜厚度方向二次分布的折射率变化使得具有任何入射角度的光的传播速度不变，从而可以满足单模条件。因此，可以设置板条型光子晶体37的膜厚度，从而匹配光纤的模场直径，并可以容易地将板条型光子晶体37与光纤进行耦合。
尽管已经相对于板条折射率为大约1.5的情况描述了实施例，只要选择上述合适的折射率分布常数(A1/2)，可以自由地选择折射率，只要其光学透明，可以使用任何材料。通常，构建光子晶体，用于大约1.0到4.0的折射率调制。也可以像上述在固体板条(由Si、GaAs或Ti2O5等高折射率材料或玻璃等低折射率材料制成)中分布空位一样，实现在由高折射率材料(Si、GaAs或Ti2O5等)制成的板条中分布由低折射率材料(聚合物或玻璃)制成的柱形件。例如，柱形件的聚合物材料为丙烯酸类聚合物(聚甲基丙烯酸甲酯、UV丙烯酸酯聚合物等)、环氧聚合物、聚酰亚胺聚合物或硅酮聚合物。本实施例中的空位是依照本发明的柱形件的示例。
由于选择光子晶体的折射率很重要，只要满足上述折射率条件，可以从固体(通常的介质，如氧化物)、液体(水、乙二醇等)或气体(空气、惰性气体等)中选择除了已经提到的那些材料之外的任何材料。
(第三实施例)将对本发明的第三实施例进行描述。
图5是代表本发明第三实施例的板条形波导的结构的示意性横截面视图。在本实施例的板条形波导中，使用了具有曲面作为沿膜厚度方向的入射端和出射端表面的板条型光子晶体。图6示出了板条型光子晶体中周期总数与曲率半径之间的关系，在所述曲率半径，在板条折射率大约为1.5的情况下，在入射和出射端具有相等的光斑直径的板条形波导起到透镜的光学作用。
如图5所示，其中使用了板条型光子晶体的第三实施例的板条形波导由衬底43和在衬底43上形成板条的板条型光子晶体47构成，在板条型光子晶体47中二维周期性排列了沿板条的膜厚度方向延伸的空位42，而且板条型光子晶体47具有由上述板条折射率部分41和空位42形成的二维晶体光栅。上述板条型光子晶体47的入射端面45和出射端面46中的每一个均为具有0.1μm或更大的曲率半径的曲面。
如图5所示，如果选择入射端面45和出射端面46的曲率半径，使板条型光子晶体47能够起到在入射和出射端具有相同的束腰(焦点)的透镜的光学作用，出射端和入射端的光束形状彼此相同。即，以如下方式形成传播通过上述板条形波导的光束的轨迹44，由于板条型光子晶体47中的衍射，在入射端面将入射光束转换为会聚光束，而此光束实质上在总光程的中心处形成束腰(最小束斑)48，然后变为发散光束，并在板条形波导出射端面处再次转换为会聚光束，以形成与入射光束对称的光束形状。
从图6可以了解到，在板条具有大约1.5的折射率的情况下，如果入射端面45和出射端面46具有1/10μm的曲率半径，即以微米表示的板条型光子晶体47的周期总数的1/10(由以微米表示的周期总数的1/10确定的长度)，板条形波导则起到透镜的光学作用。
尽管已经作为如图17(c)所示的二次表面描述了形成为板条形波导的端面的每个曲面，但是可以代替为如图17(d)所示的非二次表面、如图17(e)所示的由中心附近非弯曲表面(平坦表面)部分和四周曲面部分构成的表面或如图17(f)所示的具有衍射表面的菲涅耳透镜型。
(第四实施例)将对本发明的第四实施例进行描述。
图7是代表本发明第四实施例的板条形波导的结构的示意性横截面视图。
即，在本实施例的板条形波导中，使用了具有沿膜厚度方向二次分布的折射率变化的板条型光子晶体。
如图7所示，其中使用了板条型光子晶体的第四实施例的板条形波导由衬底43和在衬底43上形成板条的板条型光子晶体67构成，在板条型光子晶体67中二维周期性排列了沿板条的膜厚度方向延伸的空位62，而且板条型光子晶体67具有由上述板条折射率部分61和空位62形成的二维晶体光栅。板条折射率部分61和空位62之间的边界中的每一个沿板条的膜厚度方向均具有曲面。曲面的曲率半径具有如下数值，其使得与板条折射率部分61的一个周期相对应的入射端焦距和出射端焦距之和等于由板条折射率部分61和周期性排列的空位62所形成的二维晶体光栅的周期。
即，每个空位62具有这样的形状沿板条厚度方向的中心，其半径较小，沿着从中心到板条表面之一的方向增加。在空位62和板条折射率部分61之间的分界面具有依照沿板条厚度方向的二次函数的曲面。
同样，如图7所示，在选择曲率半径，使与构成板条形波导的板条折射率部分61的一个周期相对应的入射端焦距与出射端焦距彼此相等，并使焦距的二倍与由板条折射率部分61和周期性排列的空位62所形成的二维晶体光栅的周期彼此相等的情况下，在入射端和出射端的光束形状彼此相同。即，传播通过上述板条形波导的光束的轨迹68在与板条折射率部分61中的一个周期相对应的每个部分的入射端和出射端，具有束腰(63和64)。因此，轨迹68在板条型光子晶体67的入射端和出射端也具有对称的束腰(65和66)。
在与板条折射率部分61中的一个周期相对应的每个部分的入射端和出射端提供束腰(63和64)的条件对应于图6所示的周期总数等于1而且曲率半径等于大约0.22μm-1(＝220mm-1)的情况。
这样，使用其中入射端面和出射端面具有0.1μm-1或更大的曲率半径的板条型光子晶体47，或通过在板条折射率部分61中周期性排列部分和形成具有0.1μm-1或更大的曲率半径的入射端面和出射端面的空位62形成的板条型光子晶体67，以确保光束轨迹位于板条型光子晶体的膜厚度内，而与板条型光子晶体47或46的膜厚度无关。即使板条形波导具有衬底，光束轨迹并不到达衬底上的边界，因而光可以传播通过波导，而不发生泄漏。此外，在每个端面的曲率半径起到与透镜相同的作用，使得沿任何入射角度的光的传播速度不变，从而可以满足单模条件。因此，可以设置板条型光子晶体的膜厚度，从而匹配光纤的模场直径，并可以容易地将板条型光子晶体与光纤进行耦合。
尽管已经相对于板条折射率为大约1.5的情况描述了实施例，只要选择上述合适的曲率半径，可以自由地选择折射率，只要其光学透明，可以使用任何材料。通常，构建光子晶体，用于大约1.0到4.0的折射率调制。也可以像上述在固体板条(由Si、GaAs或Ti2O5等高折射率材料或玻璃等低折射率材料制成)中分布空位一样，实现在由高折射率材料(Si、GaAs或Ti2O5等)制成的板条中分布由低折射率材料(聚合物或玻璃)制成的柱形件。例如，柱形件的聚合物材料为丙烯酸类聚合物(聚甲基丙烯酸甲酯、UV丙烯酸酯聚合物等)、环氧聚合物、聚酰亚胺聚合物或硅酮聚合物。
由于选择光子晶体的折射率很重要，只要满足上述折射率条件，可以从固体(通常的介质，如氧化物)、液体(水、乙二醇等)或气体(空气、惰性气体等)中选择除了已经提到的那些材料之外的任何材料。
在第一和第二实施例的描述中所描述的折射率分布类型的折射率分布曲线并不局限于图17(a)所示的二次曲线所表示的曲线。也可以使用表示折射率在中心附近大体上为常数的状态、如图17(b)所示的混合型。
在第三和第四实施例的描述中所描述的板条的入射和出射端的曲面的外形并不局限于图17(c)所示的二次表面型。同样可以使用如图17(d)所示的非二次表面型，如图17(e)所示的混合型和利用衍射的如图17(f)所示的菲涅尔型。
如图8(a)所示，所描述的实施例对应于在衬底71上形成板条型光子晶体70的示例。但是，在第一和第二实施例中折射率分布透镜形式的板条型光子晶体中或曲面透镜形式的板条型光子晶体中，传播的光束并未到达沿膜厚度方向的板条型光子晶体的边界，因而，光的传播状态与衬底的条件无关。因此，同样可以使用如图8(b)所示在衬底部分中也形成空位的结构或如图8(c)所示未使用衬底的结构，而不会引起与衬底的条件相关的问题。
将对与沿膜厚度方向具有折射率分布(渐变折射率)的上述板条型光子晶体的制造方法相关的本发明的实施例进行描述。
沿膜厚度方向具有折射率分布的板条型光子晶体的制造方法粗略地分为以下两种(1)在折射率互不相同的多层薄膜中，二维周期性排列空位，从而沿膜厚度方向延伸，并使得空位的位置相互一致，以沿层压的方向形成想要的折射率分布的次序层压薄膜。
(2)层压折射率互不相同的多层薄膜，以制成具有折射率分布的板条形波导，之后制成二维周期性排列以沿膜厚度方向延伸的空位。
分别作为本发明的第五实施例和第六实施例对制造方法(1)的示例和制造方法(2)的示例进行描述。
(第五实施例)将对本发明的第五实施例进行描述。
图9和图10按照第五实施例示出了板条形波导的制造方法。
图9和图10是示出了由具有折射率分布的板条型光子晶体构成的板条形波导的制造方法的示意图，其中空位二维周期性排列在板条型光子晶体中。
如图9(c)所示，在本实施例中通过利用具有折射率分布的板条型光子晶体来制造板条形波导的方法中，将想要的板条形波导80中沿膜厚度方向的理想折射率分布分为m个部分，作为沿膜厚度方向的局部板条。所分割的m个局部板条中的每一个的折射率被确定为局部板条的折射率分布数值的最大值和最小值之间的数值，例如，平均值(第k个局部板条的折射率nk)(k＝1到m)，而且如图9(a)所示，准备具有与m个局部板条相对应的折射率的m层薄膜81(第一到第m层薄膜)。在每层薄膜81上挤压具有与板条型光子晶体80中要二维周期性排列的空位82的位置相对应的凸台83的模具84，以形成所需要的空位85，之后从薄膜81移开模具84。如图9(a)所示，如果在加热的状态下挤压模具84，则改进了其实现形成空位的工作的功能。不仅可以加热模具84，也可以一起加热薄膜81。
接下来将描述层压其中形成了空位的光子晶体薄膜，同时对准空位位置的方法。
下面，描述本方法的第一示例。如图9(b)所示，当层压其中形成了空位的每层光子晶体薄膜86时，以垂直作用于薄膜的单波长光87照射光子晶体薄膜86。水平移动要层压的光子晶体薄膜86，同时观察来自层压后的薄膜88的干涉光89。当干涉光的分布变得对称时，放置并层压薄膜。
下面，描述本方法的第二示例。如图10(b)所示，连续层压其中形成了空位的多层光子晶体薄膜86，同时在衬底90上与薄膜中的空位位置相对应地放置比薄膜中形成的空位细的多个定位针91。
(第六实施例)将对本发明的第六实施例进行描述。
图11和图20按照第六实施例示出了板条形波导的制造方法的概要。
图11(a)和11(b)是示出了由具有折射率分布的板条型光子晶体构成的板条形波导的第一种制造方法的概要的示意图，其中空位二维周期性排列在板条型光子晶体中。图20(a)、20(b)和20(c)是示出了由具有折射率分布的板条型光子晶体构成的板条形波导的第二种制造方法的概要的示意图，其中空位二维周期性排列在板条型光子晶体中。
首先，描述图11(a)和11(b)所示第一种板条形波导制造方法。
在第一种制造方法中，如图11(a)所示，将想要的板条形波导100中沿膜厚度方向的理想折射率分布分为m个部分，作为沿膜厚度方向的局部板条。所分割的m个局部板条中的每一个的折射率被确定为局部板条的折射率分布数值的最大值和最小值之间的数值，例如，平均值(第k个局部板条的折射率nk)(k＝1到m)，而且准备具有与m个局部板条相对应的折射率的m层薄膜101(第一到第m层薄膜)。在层压薄膜101时，调整每层薄膜101的膜厚度和薄膜101的数目，从而具有与板条的膜厚度相对应的膜厚度。
如图11(b)所示，在通过层压膜厚度不同且沿膜厚度方向具有伪二次衍射分布，即实质上依照二次函数的折射率分布的上述薄膜，形成具有折射率分布的板条形波导102之后，在板条形波导上挤压具有与具有折射率分布的板条形波导102中想要二维周期性排列的空位106的位置相对应的凸台103的模具104，以形成所需要的空位106。之后从板条形波导移开模具104。如果在加热的状态下挤压模具104，则改进了其实现形成空位的工作的功能。不仅可以加热模具，也可以一起加热薄膜。
第一种板条形波导制造方法如上所述。接下来将描述第二种板条形波导制造方法。
在第二种制造方法中，通过层压薄膜而形成并具有折射率分布的板条形波导190的制造方法与图11(a)所示相同。作为在图20所示的板条形波导190中形成空位的方法，使用了下述的方法。即，如图20(a)所示，执行了离子注入处理(径迹处理)，其中在板条形波导190上叠加了在预定位置二维周期性排列了空位的掩模191，并且，在这种状态下，如图20(b)所示，以离子束192照射板条形波导190，以依照掩模中的空位位置，在具有折射率分布的板条形波导190中形成轨迹193。之后，如图20(c)所示，执行了以下处理(刻蚀处理)，将以离子照射之后的具有折射率分布的板条形波导190浸入强碱(NaOH)的刻蚀溶液195，以将掩模191的空位图样转换给具有折射率分布的板条形波导190。通过刻蚀过程中刻蚀条件(如，浓度和时间)控制板条形波导中的空位尺寸。
作为利用掩模191在板条形波导中形成空位的方法，可以替代地使用干法刻蚀方法等。
将对与上述沿膜厚度方向具有折射率分布的板条形波导的制造方法相关的本发明的实施例进行描述。
沿膜厚度方向具有折射率分布的板条型光子晶体的制造方法粗略地分为以下两种(1)以实际尺寸形成折射率分布，而不利用任何扩大/缩小处理。
(2)制成具有与板条形波导中的折射率分布相似的关系的折射率分布的板条，并在尺寸上减少或增加，以制造具有想要的折射率分布的板条形波导。
制造方法(1)的示例将作为本发明第七到第十实施例进行描述，而制造方法(2)的示例将作为本发明第十一到第十四实施例进行描述。
(第七实施例)将对本发明的第七实施例进行描述。
图12(a)按照第七实施例示出了沿膜厚度方向具有折射率分布的板条形波导的制造方法的概要。
在按照本实施例的具有折射率分布的板条形波导的制造方法中，如图12(a)所示，首先将想要的板条形波导中沿膜厚度方向的理想折射率分布分为m个部分，作为沿膜厚度方向的局部板条。所分割的m个局部板条中的每一个的折射率被确定为局部板条的折射率分布数值的最大值和最小值之间的数值，例如，平均值(第k个局部板条的折射率nk)(k＝1到m)，而且准备与m个局部板条相对应的多个折射率的未固化聚合物。接下来，(依照k＝1，2，…，m的顺序)在衬底110上涂覆未固化的第k层聚合物111(折射率nk)，以刀片113延展所述未固化的第k层聚合物111，从而形成与第k层局部板条的膜厚度相对应的第k层薄膜，然后固化。从第一层薄膜到第m层薄膜重复上述未固化聚合物111的涂覆、延展和固化，以制造沿膜厚度方向具有折射率分布的板条形波导。
作为固化未固化聚合物111的方法，可以进行加热或UV照射。
(第八实施例)将对本发明的第八实施例进行描述。
图12(b)按照第八实施例示出了沿膜厚度方向具有折射率分布的板条形波导的制造方法的概要。
在按照本实施例的具有折射率分布的板条形波导的制造方法中，如图12(b)所示，首先将想要的板条形波导中沿膜厚度方向的理想折射率分布分为m个部分，作为沿膜厚度方向的局部板条。所分割的m个局部板条中的每一个的折射率被确定为局部板条的折射率分布数值的最大值和最小值之间的数值，例如，平均值(第k个局部板条的折射率nk)(k＝1到m)，而且准备与m个局部板条相对应的多个折射率的未固化聚合物。接下来，(依照k＝1，2，…，m的顺序)在衬底110上涂覆未固化的第k层聚合物(折射率nk)，通过旋转涂料机114在衬底110和已固化的第(k-1)层聚合物上的未固化的第k层聚合物上施加离心力，以延展未固化的第k层聚合物，从而形成具有与固化之后的第k层局部板条相对应的膜厚度的第k层薄膜，之后固化未固化的第k层聚合物111。从第一层薄膜到第m层薄膜重复上述未固化聚合物111的涂覆、延展和固化，以制造沿膜厚度方向具有折射率分布的板条形波导。
作为固化未固化聚合物111的方法，可以进行加热或UV照射。
(第九实施例)将对本发明的第九实施例进行描述。
图12(c)按照第八实施例示出了沿膜厚度方向具有折射率分布的板条形波导的制造方法的概要。
在按照本实施例的具有折射率分布的板条形波导的制造方法中，如图12(c)所示，首先将想要的板条形波导中沿膜厚度方向的理想折射率分布分为m个部分，作为沿膜厚度方向的局部板条。所分割的m个局部板条中的每一个的折射率被确定为局部板条的折射率分布数值的最大值和最小值之间的数值，例如，平均值(第k个局部板条的折射率nk)(k＝1到m)，而且准备光学透明的、并与m个局部板条相对应的多个折射率的材料115。接下来，通过旋涂等(依照k＝1，2，…，m的顺序)在衬底110上沉积或层压第k层材料(折射率nk)，使得第k层材料的膜厚度等于第k层局部板条的膜厚度。从第一层薄膜到第m层薄膜重复上述材料115薄膜沉积处理，以制造沿膜厚度方向具有折射率分布的板条形波导。
光学透明材料115是诸如聚合物、玻璃、化合物半导体或氧化物(陶瓷)等能够控制折射率的材料。
(第十实施例)将对本发明的第十实施例进行描述。
图12(d)按照第十实施例示出了沿膜厚度方向具有折射率分布的板条形波导的制造方法的概要。
在按照本实施例的具有折射率分布的板条形波导的制造方法中，如图12(d)所示，首先准备具有与想要的折射率分布中的最大折射率相对应的折射率一致的均匀折射率板条117，并浸入具有用于降低均匀折射率板条形波导的折射率的离子119的离子化介质(电解溶液)118中。离子化介质(电解溶液)118中的离子119通过均匀折射率板条117的表面进入均匀折射率板条117，以代替均匀折射率板条117中的离子。沿从均匀折射率板条117的每个表面向内的方向减少离子代替的数量。结果，由折射率一致的均匀折射率板条117形成板条形波导，从而具有其中折射率在中心取得最大值的折射率分布。通过离子交换条件(包括浓度、温度和时间)控制折射率分布。
例如，均匀折射率板条117的材料是玻璃，而用于降低折射率的离子119是氟离子。
本实施例中的均匀折射率板条117是本发明薄膜样板条材料的示例。
例如，可以使用以下这些方法通过在玻璃片中注入离子并控制玻璃中注入的离子的分布，在玻璃片中提供折射率分布的方法；通过在聚硅烷无组织地凝固的同时，控制聚硅烷中氧气浓度的分布，来控制聚硅烷片中折射率分布的方法；或者通过在全氟树脂凝固的同时，控制全氟树脂中高折射率低分子量成分和低折射率单体的分布，控制全氟树脂片中折射率分布的方法。在全氟树脂中形成折射率分布的方法可以用在利用一些其他树脂的情况下。
但是，通过在UV照射或加热处理而引起凝固的同时的氧化，上述聚硅烷变为较低折射率的硅氧烷结构，从而根据未被氧化的聚硅烷结构部分和氧化所产生的硅氧烷结构部分的比例改变折射率。在引起由空气中的氧气进行氧化的情况下，聚硅烷片中的氧气浓度沿从表面到内部部分的方向下降，从而，自然地形成了折射率从内部向氧气浓度高的表面下降的折射率结构。此外，可以通过氧气压力控制聚硅烷片中的氧气浓度。同样，可以在凝固之前，将空气中的氧气或除了氧气之外的氧化物按照想要的分布扩散到聚硅烷片中，以如所希望的那样，在氧化的同时控制折射率分布。同样，通过从两个表面对称地氧化聚硅烷片，可以形成沿厚度方向关于中心对称的折射率分布。在通过来自衬底侧的UV照射进行凝固的情况下，使用如石英、硼硅酸玻璃等玻璃之类对UV透明的材料。如果在衬底侧不实现曝光，则可以使用如除玻璃之外的硅或树脂等对UV不透明的材料。
(十一实施例)将对本发明的第十一实施例进行描述。
图13按照第十一实施例示出了沿膜厚度方向具有折射率分布的板条形波导的制造方法的概要。
在按照本实施例的具有折射率分布的板条形波导的制造方法中，如图13所示，首先将想要的板条形波导中沿膜厚度方向的理想折射率分布分为m个部分，作为沿膜厚度方向的局部板条。所分割的m个局部板条中的每一个的折射率被确定为局部板条的折射率分布数值的最大值和最小值之间的数值，例如，平均值(第k个局部板条的折射率nk)(k＝1到m)，而且准备具有与m个局部板条相对应的折射率的m层厚膜121(第一到第m层厚膜)。将上述厚膜从第一到第m层薄膜层压在基座122的平坦表面124上，并在基座的平坦表面124和具有平行于表面124的表面125的挤压件123的平坦表面125之间，对层压的厚膜进行挤压，以使厚膜变薄，直到层压厚膜的膜厚度等于板条形波导120所需的膜厚度。与此同时，可以加热层压的厚膜，以便于工作。
这种挤压具有与板条形波导中想要的折射率分布相似的关系的折射率分布的板条的方法能够很容易地制造微米量级的光学部件。
(第十二实施例)将对本发明的第十二实施例进行描述。
图14按照第十二实施例示出了板条形波导的制造方法的概要，所述板条形波导沿膜厚度方向具有折射率分布，其中膜厚度沿着特定的方向改变，而且折射率分布的改变与所分布的膜厚度成正比。
在按照本实施例的具有折射率分布的板条形波导的制造方法中，如图14所示，首先将其中膜厚度沿着特定的方向改变、而且折射率分布的改变与所分布的膜厚度成正比的板条形波导130中沿膜厚度方向的理想折射率分布分为m个部分，作为局部板条。所分割的m个局部板条中的每一个的折射率被确定为局部板条的折射率分布数值的最大值和最小值之间的数值，例如，平均值(第k个局部板条的折射率nk)(k＝1到m)，并且准备具有与m个局部板条相对应的折射率的m层厚膜131(第一到第m层厚膜)。将上述厚膜从第一到第m层薄膜层压在基座132的平坦表面134上，并在基座的平坦表面134和以如下方式形成的挤压件133的平坦表面135之间，对层压的厚膜进行挤压。以到平坦表面134的距离按照板条形波导130的膜厚度单调改变的方式形成挤压件133。从而使厚膜变薄，直到层压厚膜的膜厚度等于板条形波导130所需的膜厚度。与此同时，可以加热层压的厚膜，以便于工作。
这种挤压具有与板条形波导中想要的折射率分布相似的关系的折射率分布的板条的方法能够很容易地制造微米量级的光学部件。
沿膜厚度方向具有折射率分布、其中膜厚度沿着特定的方向改变、而且折射率分布的改变与所分布的膜厚度成正比的板条形波导在端136和137具有不同的模场，在端136的膜厚度较大，在端137的膜厚度较小。因而，此板条形波导可以被用作模式转换器。此外，如果沿垂直于板条形波导130的厚度方向和连接膜厚度较大的端136和膜厚度较小的端137的宽度138被设置为满足单模条件的数值，则此模式转换器可以被用作单模模式转换器。
(第十三实施例)将对本发明的第十三实施例进行描述。
图15按照第十三实施例示出了沿膜厚度方向具有折射率分布的板条形波导的制造方法的概要。
在按照本实施例的具有折射率分布的板条形波导的制造方法中，如图15所示，首先将想要的板条形波导140中沿膜厚度方向的理想折射率分布分为m个部分，作为沿膜厚度方向的局部板条。所分割的m个局部板条中的每一个的折射率被确定为局部板条的折射率分布数值的最大值和最小值之间的数值，例如，平均值(第k个局部板条的折射率nk)(k＝1到m)，而且准备具有与m个局部板条相对应的折射率的m层厚膜141(第一到第m层厚膜)。接下来，将通过从第一到第m层薄膜连续层压上述厚膜所形成的多层厚膜插入一对相对的滚筒(142和143)之间，滚筒142和143的间距等于板条形波导140的膜厚度，并相向旋转，沿滚筒的旋转方向插入多层厚膜。由这对滚筒(142和143)对插入的多层厚膜进行碾压，直到其厚度减少为板条形波导140的膜厚度。与此同时，可以加热多层厚膜，以便于工作。
此方案可以代替为通过在放置在平坦表面(未示出)上的多层厚膜上碾压滚筒(未示出)，同时对厚膜施加重力，拖拽(碾压)多层厚膜。
上述碾压处理可以分为多个连续执行的步骤，以逐渐减少多层厚膜的厚度。
这种挤压具有与板条形波导中想要的折射率分布相似的关系的折射率分布的板条的方法能够很容易地制造微米量级的光学部件。
(第十四实施例)将对本发明的第十四实施例进行描述。
图16按照第十四实施例示出了沿膜厚度方向具有折射率分布的板条形波导的制造方法的概要。
在按照本实施例的具有折射率分布的板条形波导的制造方法中，如图16所示，首先将想要的板条形波导150中沿膜厚度方向的理想折射率分布分为m个部分，作为沿膜厚度方向的局部板条。所分割的m个局部板条中的每一个的折射率被确定为局部板条的折射率分布数值的最大值和最小值之间的数值，例如，平均值(第k个局部板条的折射率nk)(k＝1到m)，并准备具有与m个局部板条相对应的折射率的厚多层膜151(第一到第m层厚膜)。接下来，通过夹具(152和153)夹住厚多层膜151的相对端，而且夹具(152和153)相互移开，以平行于膜的表面，对厚多层膜施加向外的张力，从而将厚多层膜151的膜厚度减少到板条形波导150的厚度。与此同时，可以加热多层厚膜，以便于工作。
上述拉紧处理可以分为多个连续执行的步骤，以逐渐减少厚多层膜的厚度。
这种挤压具有与板条形波导中想要的折射率分布相似的关系的折射率分布的板条的方法能够很容易地制造微米量级的光学部件。
(第十五实施例)将对本发明的第十五实施例进行描述。
图18(a)、18(b)和18(c)示意性示出第十五实施例中沿厚度方向具有折射率分布的板条形波导。
如图18(a)、18(b)或18(c)所示，第十五实施例中沿厚度方向具有折射率分布的板条形波导中的每一个均由具有折射率分布的板条形波导170和漫射表面171构成，具有折射率分布的板条形波导170具有位于厚度方向的中心附近的最大折射率部分和其中折射率沿从最大折射率部分向外的方向依照二次曲线下降的折射率的下降折射率部分，漫射表面171漫射具有折射率分布的板条形波导170中的入射光。将入射光174和出射光175耦合到具有折射率分布的板条形波导170的方法实质上分为三种，分别如图18(a)、18(b)和18(c)所示(1)线性型多点传播如图18(a)所示，入射表面172和出射表面173与具有折射率分布的板条形波导170的膜厚度方向平行，而入射光漫射表面171也与膜厚度方向平行。
在这种情况下，入射光174平行于具有折射率分布的板条形波导170入射，并在漫射表面、沿垂直于具有折射率分布的板条形波导170的膜厚度方向被均匀地漫射，从而可以在不同的位置，从出射表面接收到实质上相等数量的出射光175。
(2)反射型多点传播如图18(b)所示，分别形成入射表面177和出射表面178，作为与具有折射率分布的板条形波导的膜厚度方向成45度角、沿相反方向倾斜的倾斜入射表面和倾斜出射表面。与倾斜入射表面177相同，入射光漫射表面171也倾斜45度。
在这种情况下，入射光174沿具有折射率分布的板条形波导170的膜厚度方向入射，被以45度角倾斜的倾斜入射表面177反射，与具有折射率分布的板条形波导170耦合。倾斜入射表面177上的漫射表面171沿垂直于具有折射率分布的板条形波导170的膜厚度方向均匀地漫射入射光。倾斜出射表面178反射漫射光，从而可以在不同位置，从出射表面接收到实质上相等数量的出射光175。
(3)耦合器型多点传播如图18(c)所示，平行于具有折射率分布的板条形波导170的膜厚度方向、在入射和出射表面附近设置棱镜耦合器179，而与入射表面一样，漫射表面沿膜厚度方向。
在这种情况下，入射光沿与具有折射率分布的板条形波导170的膜厚度方向倾斜的方向入射到棱镜耦合器179上，与具有折射率分布的板条形波导170耦合。入射表面上的漫射表面沿与具有折射率分布的板条形波导170的膜厚度相垂直的方向均匀地漫射入射光，从而通过与具有折射率分布的板条形波导170耦合的另一棱镜耦合器179，可以在任何位置，从出射表面接收到实质上相等数量的出射光175。
如果在出射表面上设置了多个光接收元件(未示出)，一个光输入信号可以被分配成多个接收信号。
由于具有折射率分布的板条形波导170的下降折射率部分，在距离中心较远的位置，折射率依照二次曲线下降。因而，位于距离中心较远的位置的高阶模式光以较高速度传播，而位于接近中心的位置的低阶模式光以较低速度传播。这样，可以获得从高阶模式到高阶模式的恒定速度传播(无模式色散)，即类似于单模传播的传播，与通过其中折射率恒定的板条形波导所进行的通信相比较，可以实现高速光通信。
在一个具有折射率分布的板条形波导170中，可以存在多个上述每一个均具有漫射表面的入射表面和多个相应的出射表面。同样，使用其中混合地使用了将入射光耦合到具有折射率分布的板条形波导170的不同方法的方案不存在任何问题。
(第十六实施例)将对本发明的第十六实施例进行描述。
图19(a)示意性示出了第十六实施例中沿厚度方向具有折射率分布的板条形波导。
如图19(a)所示，依照本实施例的沿厚度方向具有折射率分布的板条形波导以如下方式构成漫射表面朝向相同的方向地、沿膜厚度方向堆叠板条形波导，每个板条形波导均由具有折射率分布的板条形波导170和漫射表面171构成，具有折射率分布的板条形波导170具有位于厚度方向的中心附近的最大折射率部分和其中折射率沿从最大折射率部分向外的方向依照二次曲线下降的折射率的下降折射率部分，漫射表面171漫射具有折射率分布的板条形波导170中的入射光。
这样，如果使用其中在多层中设置了多个上述具有折射率分布的板条形波导170的多层具有折射率分布的板条形波导184，可以同时获得多层具有折射率分布的板条形波导184和输入单元(未示出)，在输入单元中捆绑(bundled)了多束入射光束(使用固定部分获得的具有机械精度的光耦合)。同样，在输出侧，可以获得多层具有折射率分布的板条形波导184与其中组合了多个光接收单元的光接收单元(未示出)的被动对准(passive alignment)。
(第十七实施例)将对本发明的第十七实施例进行描述。
图19(b)示意性示出了第十七实施例中沿厚度方向具有折射率分布的板条形波导。
如图19(b)所示，依照本实施例的沿厚度方向具有折射率分布的板条形波导以如下方式构成堆叠第十五实施例中的反射型多点传播具有折射率分布的板条形波导(2)和印刷电路板等电绝缘衬底180。在电绝缘衬底180中，在入射光182和出射光183沿具有折射率分布的板条形波导170的膜厚度方向通过的部分中形成通孔181，能够使入射光182和出射光183与反射型多点传播具有折射率分布的板条形波导耦合。
这样，如果使用上述通过以多层结构组合具有折射率分布的板条形波导170和电绝缘衬底180所形成的混合波导，可以改进安装电路和光路的设备，还可以获得整体尺寸上的减少。
包括印刷电路板的电绝缘衬底180可以是以三维电安装方式安装的多层印刷电路板。
在本发明的多个方面中、本说明书所述的方案具有以下关系。
按照本发明的第一方面，提供了一种板条形波导，该板条形波导包括二维晶体光栅，所述二维晶体光栅包括具有与板条的折射率不同的折射率并沿着板条的表面二维周期性排列的柱形件，其中，选择板条中除了所述柱形件之外的板条折射率部分的折射率、板条中所述柱形件的数目、形状和折射率，使得在入射板条形波导的光束扩展到最大程度时，沿板条厚度方向的光束的尺寸不超过板条厚度。
按照本发明的第二方面，在本发明第一方面中的板条形波导中，其中所述板条折射率部分的折射率，沿垂直于板条表面的方向在板条折射率部分中除了端部以外的预定部分取得最大值，而且不随着到所述预定部分的距离的增加而增加。
按照本发明的第三方面，在本发明第二方面中的板条形波导中，其中所述板条折射率部分的折射率，沿垂直于板条表面的方向，关于预定的部分对称分布。
按照本发明的第四方面，在本发明第三方面中的板条形波导中，其中所述板条折射率部分的折射率，沿垂直于板条表面的方向依照到预定部分的距离的二次函数或近似二次函数下降。
按照本发明的第五方面，在本发明第三方面中的板条形波导中，其中预定部分是所述板条折射率部分中除了端部以外的预定长度的区域，而且在所述板条折射率部分中除了端部之外的具有预定长度的区域中，所述板条折射率部分的折射率，沿垂直于板条表面的方向实质上为常数，并依照到具有预定长度的区域的一端的距离的二次函数或近似二次函数下降。
按照本发明的第六方面，在本发明第四或第五方面中的板条形波导中，与折射率依照距离的二次函数或近似二次函数下降的部分的折射率相关的折射率分布常数等于1mm-1或更大。
按照本发明的第七方面，在本发明第四或第五方面中的板条形波导中，柱形件是折射率均匀的气体。
按照本发明的第八方面，在本发明第四或第五方面中的板条形波导中，与折射率依照距离的二次函数或近似二次函数下降的部分的折射率相关的折射率分布常数是这样的数值，其使得总光程由0.5的光整数倍节距所限定。
按照本发明的第九方面，在本发明第四或第五方面中的板条形波导中，与折射率依照距离的二次函数或近似二次函数下降的部分的折射率相关的折射率分布常数是这样的数值，其使得所述板条折射率部分的入射端焦距与出射端焦距的和等于由所述板条折射率部分和所述柱形件形成的组成单元的长度。
按照本发明的第十方面，在本发明第九方面中的板条形波导中，与折射率依照距离的二次函数或近似二次函数下降的部分的折射率相关的折射率分布常数是这样的数值，其使得所述板条折射率部分的入射端焦距与出射端焦距彼此相等。
按照本发明的第十一方面，在本发明第四和第五方面中的板条形波导中，在板条折射率部分中的多个部分中，作为光输入端面的板条折射率部分的输入端面、作为光输出端面的板条折射率部分的输出端面中的至少一个具有曲面。
按照本发明的第十二方面，在本发明第四和第五方面中的板条形波导中，板条折射率部分中的多个部分中，作为光输入端面的板条折射率部分的输入端面、作为光输出端面的板条折射率部分的输出端面中的至少一个具有除了板条折射率部分的端部之外的预定平坦表面，并具有平坦表面外侧的曲面。
按照本发明的第十三方面，在本发明第十一和第十二方面中的板条形波导中，曲面具有1μm或更大的曲率半径。
按照本发明的第十四方面，在本发明第十一和第十二方面中的板条形波导中，如果由板条折射率部分和柱形件形成的组成单元为一个周期，则曲面的曲率半径为周期总数的1/10μm或更大。
按照本发明的第十五方面，在本发明的第一方面中的板条形波导中，所述板条折射率部分和所述柱形件之间的分界面中的至少一个具有曲面。
按照本发明的第十六方面，在本发明第十五方面中的板条形波导中，所述板条折射率部分和所述柱形件之间的分界面沿板条的厚度方向具有曲面。
按照本发明的第十七方面，在本发明第十五方面中的板条形波导中，所述板条折射率部分和所述柱形件之间的分界面在所述板条折射率部分中除了端部之外的具有预定长度的区域中具有平坦表面，而在具有预定长度的区域之外，沿板条的膜厚度方向具有曲面。
按照本发明的第十八方面，在本发明第十六或第十七方面中的板条形波导中，曲面的曲率半径是这样的数值，其使得所述板条折射率部分的入射端焦距与出射端焦距的和等于由所述板条折射率部分和所述柱形件形成的组成单元的长度。
按照本发明的第十九方面，在本发明第十八方面中的板条形波导中，曲面的曲率半径是这样的数值，其使得所述板条折射率部分的入射端焦距与出射端焦距彼此相等。
按照本发明的第二十方面，在本发明第十六或第十七方面中的板条形波导中，曲面的曲率半径为0.1μm或更大。
按照本发明的第二十一方面，在本发明第一到第十二方面的任何一个中的板条形波导中，在板条表面中的至少一个上设置薄膜样部件，从而与板条表面接触。
按照本发明的第二十二方面，在本发明第四、第五、第六和第七方面的任何一个中的板条形波导中，在入射光入射表面中至少设置一个入射光漫射部分。
按照本发明的第二十三方面，在本发明第二十二方面中的板条形波导中，在入射光第一次被反射的表面中设置入射光漫射部分。
按照本发明的第二十四方面，提供了一种板条形波导，其中沿膜厚度方向堆叠多个本发明第二十二方面中的板条形波导。
按照本发明的第二十五方面，提供了一种板条形波导，其具有电衬底和沿膜厚度方向堆叠在电衬底上的本发明第二十二方面中的板条形波导。
按照本发明的第二十六方面，在本发明第二十五方面中的板条形波导中，在电衬底上形成用于通过入射光和出射光中至少一个的通孔。
按照本发明的第二十七方面，提供了一种板条形波导的制造方法，包括层压步骤，通过层压折射率互不相同且每层具有在其中形成的孔的多层薄膜，同时对准所述薄膜的孔，形成层压板，其中层压板的薄膜部分用作板条，而每个与薄膜中的孔相对应的部分用作柱形件。
按照本发明的第二十八方面，在本发明第二十七方面中的板条形波导的制造方法中，具有最高折射率的薄膜之一放置在除了层压板的端部之外的位置，而其他薄膜按照折射率递减的顺序，从具有最高折射率的薄膜的位置向外连续层压。
按照本发明的第二十九方面，在本发明第二十七方面中的板条形波导的制造方法中，所述层压步骤包括在将薄膜层压在层压板上时，以垂直于薄膜表面的单波长光照射多层薄膜中的每一个的表面，并根据来自层压板的干涉光，定位层压薄膜，沿膜厚度方向对准薄膜的孔的位置。
按照本发明的第三十方面，在本发明第二十七方面中的板条形波导的制造方法中，依照薄膜的孔的位置，形成比孔更细的多个定位针，并在通过利用定位针，沿膜厚度方向对准薄膜的孔的位置的同时，层压多层薄膜。
按照本发明的第三十一方面，在本发明第二十七方面中的板条形波导的制造方法中，以如下方式形成所述孔在薄膜上压印在其表面上具有周期性排列的柱状凸台的模具，然后从薄膜移开此模具。
按照本发明的第三十二方面，提供了一种板条形波导的制造方法，该方法包括层压步骤，通过层压折射率互不相同的多层膜形成层压板；以及柱形件形成步骤，在所述层压步骤中形成的层压板中形成孔，其中层压板的薄膜部分用作板条，而每个与薄膜中的孔相对应的部分用作柱形件。
按照本发明的第三十三方面，在本发明第三十二方面中的板条形波导的制造方法中，所述柱形件形成步骤包括在层压板上压印在其表面上具有周期性排列的柱状凸台的模具，然后从层压板移开此压印模具。
按照本发明的第三十四方面，在本发明第三十二方面中的板条形波导的制造方法中，所述柱形件形成步骤包括径迹步骤，当将具有周期性排列的孔的掩模叠加在层压板的薄膜表面上时，注入离子；以及刻蚀步骤，将以离子注入后的层压板浸入刻蚀溶液中。
按照本发明的第三十五方面，在本发明第三十二方面中的板条形波导的制造方法中，所述层压步骤包括重复的三个步骤涂覆步骤，涂覆未固化聚合物；延展步骤，延展未固化聚合物；以及固化步骤，固化延展后的未固化聚合物。
按照本发明的第三十六方面，在本发明第三十二方面中的板条形波导的制造方法中，所述层压步骤包括重复沉积层压材料的薄膜的步骤。
按照本发明的第三十七方面，在本发明第三十二方面中的板条形波导的制造方法中，所述层压步骤包括厚膜层压板形成步骤，通过以折射率在除了层压板的端部之外的部分中取得最大值的方式，层压折射率互不相同的厚膜，形成具有折射率分布的厚膜层压板；以及挤压步骤，沿层压方向挤压具有折射率分布的厚膜层压板，直到具有折射率分布的厚膜层压板的厚度等于想要的厚度。
按照本发明的第三十八方面，在本发明第三十七方面中的板条形波导的制造方法中，所述挤压步骤包括通过在具有相互平行的表面的两个部件之间夹紧所述具有折射率分布的厚膜，使所述具有折射率分布的厚膜变薄。
按照本发明的第三十九方面，在本发明第三十七方面中的板条形波导的制造方法中，所述挤压步骤包括通过在具有至少在有限区域中不相互平行的表面的两个部件之间夹紧所述具有折射率分布的厚膜层压板，使所述具有折射率分布的厚膜层压板变薄。
按照本发明的第四十方面，在本发明第三十九方面中的板条形波导的制造方法中，所述两个部件包括具有水平平坦表面的第一部件和具有平坦表面或曲面的第二部件，第二部件的平坦表面或曲面使得到第一部件的平坦表面的距离相对于与第一部件的平坦表面平行的方向单调变化。
按照本发明的第四十一方面，在本发明第三十七方面中的板条形波导的制造方法中，所述挤压步骤包括以如下方式将具有折射率分布的厚膜层压板的膜厚度减小到板条形波导的厚度在两个部件之间拖拽具有折射率分布的厚膜层压板，所述两个部件之间的最小间距实质上等于板条形波导的膜厚度，并且在与最小间距相对应的位置，具有相互平行的表面，而且两个部件中至少一个是滚筒，通过旋转状态的滚筒所施加的力，拖拽所述具有折射率分布的厚膜层压板。
按照本发明的第四十二方面，在本发明第三十七方面中的板条形波导的制造方法中，所述挤压步骤包括以如下方式将具有折射率分布的厚膜层压板的膜厚度减小到板条形波导的厚度将具有折射率分布的厚膜层压板固定在两个部件之一的表面上，所述两个部件之间的最小间距实质上等于板条形波导的膜厚度，并且在与最小间距相对应的位置，具有相互平行的表面，而且两个部件中至少一个是滚筒，并在所述具有折射率分布的厚膜层压板上碾压滚筒。
按照本发明的第四十三方面，在本发明第三十七方面中的板条形波导的制造方法中，所述挤压步骤包括以如下方式将具有折射率分布的厚膜层压板的膜厚度减小到板条形波导的厚度至少在具有折射率分布的厚膜层压板的两个端点，对具有折射率分布的厚膜层压板施加张力，沿平行于具有折射率分布的厚膜层压板的方向向外施加张力。
按照本发明的第四十四方面，在本发明第二十七到四十三方面的任何一个中的板条形波导的制造方法中，在挤压步骤中，加热具有折射率分布的厚膜层压板。
按照本发明的第四十五方面，提供了一种板条形波导的制造方法，该方法包括折射率分布形成步骤，通过薄膜样板条半成品的上下表面，使离子移入或移出薄膜样板条半成品，在薄膜样板条半成品中形成折射率分布；以及柱形件形成步骤，在已经形成了折射率分布的薄膜样板条半成品中形成孔，其中，薄膜样板条半成品部分用作板条，而每个与孔相对应的部分用作柱形件。
正如从上述所清楚的那样，本发明可以提供一种板条形波导，该板条形波导在与光纤的耦合中实质上没有耦合损坏，并能够满足单模条件，以及一种该板条形波导的制造方法。
权利要求
1.一种板条形波导，该板条形波导包括二维晶体光栅(7)，所述二维晶体光栅(7)包括具有与板条(1、2)的折射率不同的折射率并沿着板条(1、2)的表面二维周期性排列的柱形件(2)，其中，选择板条中除了所述柱形件(2)之外的板条折射率部分(1)的折射率、板条(1、2)中所述柱形件(2)的数目、形状和折射率，使得在入射板条形波导的光束扩展到最大程度时，沿板条厚度方向的光束的尺寸不超过板条厚度。
2.按照权利要求1所述的板条形波导，其特征在于所述板条折射率部分(1)的折射率，沿垂直于板条表面的方向在板条折射率部分(1)中除了端部以外的预定部分取得最大值，而且不随着到所述预定部分的距离的增加而增加。
3.按照权利要求2所述的板条形波导，其特征在于所述板条折射率部分(1)的折射率，沿垂直于板条表面的方向，关于预定的部分对称分布。
4.按照权利要求3所述的板条形波导，其特征在于所述板条折射率部分(1)的折射率，沿垂直于板条表面的方向依照到预定部分的距离的二次函数(161)或近似二次函数下降。
5.按照权利要求3所述的板条形波导，其特征在于所述预定部分是所述板条折射率部分中除了端部以外的预定长度的区域，而且在所述板条折射率部分中除了端部之外的具有预定长度的区域中，所述板条折射率部分的折射率，沿垂直于板条表面的方向实质上为常数(164)，并依照到具有预定长度的区域的一端的距离的二次函数(163)或近似二次函数下降。
6.按照权利要求4或5所述的板条形波导，其特征在于与折射率依照距离的二次函数或近似二次函数下降的部分的折射率相关的折射率分布常数等于1mm-1或更大。
7.按照权利要求4或5所述的板条形波导，其特征在于与折射率依照距离的二次函数(161、163)或近似二次函数下降的部分的折射率相关的折射率分布常数是这样的数值，其使得总光程由0.5的光整数倍节距所限定。
8.按照权利要求4或5所述的板条形波导，其特征在于与折射率依照距离的二次函数或近似二次函数(161、163)下降的部分的折射率相关的折射率分布常数是这样的数值，其使得所述板条折射率部分(1)的入射端焦距与出射端焦距的和等于由所述板条折射率部分(1)和所述柱形件(2)形成的组成单元的长度。
9.按照权利要求1所述的板条形波导，其特征在于所述板条折射率部分(41)和所述柱形件(42)之间的分界面中的至少一个具有曲面。
10.按照权利要求9所述的板条形波导，其特征在于所述板条折射率部分(61)和所述柱形件(62)之间的分界面沿板条的厚度方向具有曲面。
11.按照权利要求9所述的板条形波导，其特征在于所述板条折射率部分和所述柱形件之间的分界面在所述板条折射率部分中除了端部之外的具有预定长度的区域中具有平坦表面，而在具有预定长度的区域之外，沿板条的膜厚度方向具有曲面。
12.按照权利要求10或11所述的板条形波导，其特征在于曲面的曲率半径是这样的数值，其使得所述板条折射率部分的入射端焦距与出射端焦距的和等于由所述板条折射率部分和所述柱形件形成的组成单元的长度。
13.按照权利要求12所述的板条形波导，其特征在于曲面的曲率半径是这样的数值，其使得所述板条折射率部分的入射端焦距与出射端焦距彼此相等。
14.按照权利要求10或11所述的板条形波导，其特征在于曲面的曲率半径为0.1μm或更大。
15.一种板条形波导的制造方法，包括层压步骤，通过层压折射率互不相同且每层具有在其中形成的孔(82)的多层薄膜(86)，同时对准所述薄膜的孔(82)，形成层压板(88)，其中层压板(88)的薄膜部分用作板条，而每个与薄膜中的孔(82)相对应的部分用作柱形件。
16.按照权利要求15所述的板条形波导的制造方法，其特征在于具有最高折射率的薄膜(86)之一放置在除了层压板(88)的端部之外的位置，而其他薄膜(86)按照折射率递减的顺序，从具有最高折射率的薄膜(86)的位置向外依次层压。
17.按照权利要求15所述的板条形波导的制造方法，其特征在于所述层压步骤包括在将薄膜(86)层压在层压板(88)上时，以垂直于薄膜(86)表面的单波长光(87)照射多层薄膜(86)中的每一个的表面，并根据来自层压板(88)的干涉光，定位层压薄膜(86)，沿膜厚度方向对准薄膜(86)的孔(82)的位置。
18.一种板条形波导的制造方法，该方法包括层压步骤，通过层压折射率互不相同的多层薄膜(101)形成层压板(102)；以及柱形件形成步骤，在所述层压步骤中形成的层压板(102)中形成孔(106)，其中层压板(102)的薄膜部分用作板条，而每个与薄膜中的孔(106)相对应的部分用作柱形件。
19.按照权利要求18所述的板条形波导的制造方法，其特征在于所述层压步骤包括厚膜层压板形成步骤，通过以折射率在除了层压板的端部之外的部分中取得最大值的方式，层压折射率互不相同的厚膜(121)，形成具有折射率分布的厚膜层压板；以及挤压步骤，沿层压方向挤压具有折射率分布的厚膜层压板，直到具有折射率分布的厚膜层压板的厚度等于想要的厚度。
20.按照权利要求19所述的板条形波导的制造方法，其特征在于在所述挤压步骤中，通过在具有至少在有限区域中不相互平行的表面的两个部件(133、132)之间夹紧所述具有折射率分布的厚膜层压板(131)，使所述具有折射率分布的厚膜层压板(131)变薄。
21.按照权利要求20所述的板条形波导的制造方法，其特征在于所述两个部件包括具有水平平坦表面的第一部件(132)和具有平坦表面或曲面的第二部件(133)，第二部件(133)的平坦表面或曲面使得到第一部件(132)的平坦表面的距离相对于与第一部件(132)的平坦表面平行的方向单调变化。
22.一种板条形波导的制造方法，该制造方法包括折射率分布形成步骤，通过薄膜样板条半成品(193)的上下表面，使离子(192)移入或移出薄膜样板条半成品(193)，在薄膜样板条半成品(193)中形成折射率分布；以及柱形件形成步骤，在已经形成了折射率分布的薄膜样板条半成品(193)中形成孔(196)，其中，薄膜样板条半成品(193)部分用作板条，而每个与孔(196)相对应的部分用作柱形件。
全文摘要
排列板条型光子晶体，以减少与光纤的耦合中的耦合损耗，并满足单模条件。光子晶体具有板条和空位，板条具有多个板条折射率部分，而在板条折射率部分之间形成空位。选择板条折射率部分的数目、形状、尺寸和折射率以及空位的数目和形状，使得在入射波导的光束扩展到最大程度时，沿板条厚度方向的光束的尺寸不超过板条厚度。
文档编号G02B6/122GK1485629SQ03154819
公开日2004年3月31日 申请日期2003年8月19日 优先权日2002年8月28日
发明者浜田英伸 申请人:松下电器产业株式会社