光偏转装置的制作方法

本发明涉及一种控制光的传播方向的光偏转装置。

背景技术：

在使用获取到任何周围物体的距离作为二维图像的激光测量的激光雷达或lidar(光检测和测距、激光成像检测和测距)装置领域中，此类装置用于汽车的自动驾驶、三维地图的创建等，其基本技术也可以在激光打印机、激光显示器、激光加工机器等上实施。

在该技术领域中，将光束施加到物体，检测从物体反射的反射光，从其时间差和频率差获得关于距离的信息，并且对该光束进行二维扫描，以便获得广角三维信息。

光偏转装置在光束扫描中是必不可少的。传统上使用的是：机械机构，例如整个装置的旋转；机械镜，例如多面镜(多边形镜(polygonmirrors))和振镜(galvanometermirrors)；以及使用微机技术(微机电系统(microelectromechanical,mems)技术)的小型集成镜。同时，这些机构具有与它们的大尺寸、增加的成本以及关于振荡的运动物体的不稳定性相关联的问题，在这种情况下，近年来，对非机械的光偏转装置进行了广泛地研究。

作为非机械的光偏转装置，已经提出了通过改变光波长或装置的折射率来实现光偏转的相控阵型(phasedarraytype)或衍射光栅型(diffractiongratingtype)的装置。然而，相控阵型光偏转装置具有难以调节布置成阵列的大量光辐射器(radiator)的相位以及难以形成高质量锐光束的问题。同时，衍射光栅型光偏转装置可以容易地形成锐光束，但是具有光偏转角小的问题。

为了解决小光偏转角的问题，本发明的发明人提出了通过将慢光波导(slowlightwaveguide)耦合至诸如衍射光栅的衍射机构、来增加光偏转角的技术(专利文献1)。在诸如光子晶体波导的光子纳米结构中产生的慢光的特征在于以下事实：慢光具有低的群速度，并且由于波导的波长和折射率的细微变化而导致传播系数的显著变化。当衍射机构安装在慢光波导内部或附近时，慢光波导与衍射机构耦合并成为漏隙波导(leakywaveguide)，其将光辐射到自由空间。在这一点上，传播常数的显著变化影响辐射光的偏转角，其结果是实现了大的偏转角。

图36a示出了一种装置结构，其中衍射机构被引入传播具有低群速度的光(慢光)的光子晶体波导中；以及从该装置结构辐射的辐射光束的轮廓。衍射机构例如通过圆孔图案的双周期性结构进行配置，根据该圆孔图案的双周期性结构，具有不同直径的两种类型的圆孔沿波导交替重复地布置在光子晶体的表面中；或者通过圆孔图案的双周期性结构进行配置，根据该圆孔图案的双周期性结构，具有长的和短的光栅栅距(gratingpitches)的圆孔沿波导交替重复地以两个周期布置在光子晶体的表面中，其中，入射光入射到慢光波导上，并且慢光的传播光被转换成使得其满足辐射条件，并因此作为辐射光束被辐射到空间中。

图36b是用于解释辐射光束的光束强度分布的图，图36b示出了长度方向上的光束强度分布，其中，随着辐射光束沿波导逐渐泄漏，长度方向上的光束强度分布反射均匀的锐光束。图36c示出了横向方向上的光束强度分布，其中，横向方向上的光束强度分布呈现出宽角度分布。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际专利申请wo2017/126386号

专利文献2：日本未经审查的专利申请公开2001-272555号

专利文献3：日本未经审查的专利申请公开2004-294517号

技术实现要素：

发明要解决的问题

传统上，如图36a所示，基于光从光子晶体波导向上辐射的情况来执行由光偏转装置对辐射光束的分析。然而，上述光子晶体波导具有相对于波导的厚度方向对称的对称结构。由于光子晶体波导的对称结构，即使当波导的侧面被定义为向上的方向时，光的辐射也相对于光子晶体以上下对称的方式发生，待通过光偏转装置使用的辐射光束从该波导的侧面辐射。

图37a至图37e示出了相对于波导的厚度方向对称的传统光子晶体波导中，圆孔图案的双周期性结构的实施例，该圆孔图案的双周期性结构通过彼此直径不同的大直径孔和小直径孔布置为v形而配置。图37e示出了波导板(waveguideslab)的截面形状，且为双周期性结构，在该双周期性结构中，大直径孔的直径设置为215nm，小直径孔的直径设置为205nm，并且直径差δ2r设置为10nm。而且，关于它们的截面形状，侧壁是垂直的，并且在厚度方向上的上端和下端处的孔的直径彼此相同，并且截面形状在厚度方向上上下对称。并且，尽管未在该图中示出，但是在实际制造的光子晶体波导结构中，空气存在于sio2包覆材料上方，该sio2包覆材料覆盖形成波导的si板，并且si基板存在于该覆盖si板的sio2包覆材料下方。同样在该计算中，该空气和基板为假设的。

图37a、37b、37c和37d分别示出了包括双周期性结构的光子晶体波导的归一化频率a/λ、群折射率、辐射系数(散射损耗)和辐射比p上/p下(pupper/plower)。图37d表明，随着辐射比p上/p下变为大于1，向上辐射量变为大于向下辐射量；并且随着辐射比p上/p下变为小于1，向下辐射量变为大于向上辐射量。应当注意，图37d的辐射比是穿过从上方和下方夹层波导板的包覆部的传播光的光功率比。

图37d示出了以下事实：即使在由于sio2包覆材料上方存在空气且sio2包覆材料下方存在基板而导致的不对称性的情况下，辐射比p上/p下在所有孔的截面形状在厚度方向上为上下对称的情况下也基本上为1，并且该事实意味着基本相同量的光束从波导板向上和向下射出。

图38a至图38c是用于解释具有上下对称结构的光子晶体波导的光辐射的图。在上述图36a至图36c中，虽然为了简化仅示出了向上的光辐射，但是如图38a至图38c所示，从具有上下对称结构的光子晶体波导的波导板辐射的光实际上经由层压在上侧和下侧的包覆材料而在上下方向上被辐射。图38a示意性地示出了从上下对称结构向上和向下辐射的光的光辐射。已经从具有上下对称结构的光子晶体波导的波导板辐射的光不仅向上辐射，还与相同光束一起向下辐射，使得已经产生的辐射光的一半将不会被利用。

而且，在该光子晶体波导用作光接收机构的情况下，如图38b所示，不可能利用正在接收的光的一半。接收反射光的过程等同于沿相反方向再定向(redirected)辐射光的过程，并且，如果仅接收向上的光束，则没有从下方再定向的光束，其结果是，当接收的光耦合到波导时，只有来自上方的光将被耦合到波导，而来自下方的光未被耦合到波导。因此，与将要接收向上和向下光束两者的情况相比，仅耦合了一半的光量。因此，在发送时和在接收时分别发生3db的损耗，并且理论上在发送和接收期间发生6db的总损耗。

如上所述并且如图38c所示，实际的光子晶体波导具有层压结构，在该层压结构中由sio2等制成的包覆材料设置在波导层(波导板)的下方，并且由si等制成的半导体基板设置在包覆材料的下方，使得从波导板向下辐射的光部分地通过该半导体基板的表面反射，并且与从该波导板向上反射的光合并，其结果是，向上辐射的辐射光束的形状被扭曲。例如，即使当具有单峰态(monomodality)的光束从波导板辐射，来自半导体基板的表面的反射光也与它们合并，其结果是，辐射光束改变成为具有有多个峰的多峰态(multimodality)的光束。

在光束扫描的技术领域中，一直在寻求改进光束的使用效率。结果，在光偏转装置中，需要辐射光束的辐射效率、光接收的光接收效率高并且辐射光束的光束形状是良好的。

同时，在光子晶体波导中，已知一种配置，根据该配置，除了线性缺陷之外还设置了点状缺陷，这些点状缺陷的截面形状被制成为相对于板表面上下不对称，因此，对于从线性缺陷提取到点状缺陷的辐射光，向上辐射和向下辐射的光量比改变(专利文献2和3)。然而，专利文献2的配置使得点状缺陷通过线性缺陷而独立于波导设置，以便执行分支和耦合；并且专利文献3的配置旨在改进具有特定波长的光的提取效率。换句话说，由于这些文献与点状缺陷相关联，并且其中没有提及与改进从线性缺陷辐射的辐射光束的辐射效率和光接收的接收效率、改进在光束扫描技术领域中所需要的辐射光束的光束形状的单峰态相关联的技术启示，本发明的光偏转装置属于该光束扫描技术领域。

本发明的目的是改进光偏转装置中辐射光束的辐射效率。

解决问题的手段

本发明的光偏转装置由具有晶格阵列的光子晶体波导配置，所述晶格阵列具有低折射率部分，所述低折射率部分周期性地布置在高折射率构件的表面中。该晶格阵列包括双周期性结构，该双周期性结构包括在低折射率部分的周期性布置中彼此不同的第一周期性阵列和第二周期性阵列，并且没有低折射率部分的线性缺陷构成了传播入射光的波导芯。

所述低折射率部分，相对于所述双周期性结构的所述第一周期性阵列和所述第二周期性阵列中的至少一个的厚度方向，具有不对称截面形状。由于不对称的截面形状，低折射率部分的厚度方向上的两侧的尺寸彼此不同，并且如果低折射率部分是圆孔，则厚度方向上的一侧将具有大直径，而另一侧将具有小直径。

应当注意，在光偏转装置中，如果将应增加辐射光束的辐射效率的辐射侧定义为上侧，则相对于厚度方向的不对称的截面形状可以表示为上下不对称的截面形状。

在双周期性结构的至少任一个周期性阵列中，提供了低折射率部分的截面形状在厚度方向上不对称的构造。包括不对称的截面形状的周期性阵列引起从光子晶体的线性缺陷辐射的辐射光束的辐射效率偏差，增加向上或者向下的辐射效率，以便提供单向辐射，借助该单向辐射，一个方向上的辐射光束的辐射效率得以改进。在此应当注意，单向辐射不必限于仅向上辐射或仅向下辐射，并且可以包含这样的辐射效率偏差：一个方向上的辐射效率高于其他方向上的辐射效率。

(a)截面形状的模式

不对称的截面形状可以采用多种形式。限定不对称截面形状的侧壁可以相对于壁形状采用多种形式，例如模式(aa)，其中侧壁是相对于厚度方向倾斜的倾斜壁；模式(ab)，其中侧壁是由选自倾斜壁、垂直壁和水平壁的至少两个壁限定的阶梯壁。

(aa)根据倾斜壁的截面形状的模式，一端与另一端之间的壁面被定义为低折射率部分的厚度方向上的坡面(slopingsurface)。在这一点上，低折射率部分的截面形状将采用梯形形状。

(ab1)根据阶梯壁的截面形状的第一模式，一端与另一端之间的壁面由低折射率部分的厚度方向上的坡面和垂直面限定，并且坡面和垂直面耦合，因此限定了阶梯形截面。

(ab2)根据阶梯壁的截面形状的第二模式，低折射率部分的厚度方向上的一端与另一端之间的壁面由两个垂直面和一个水平面限定。两个垂直面的开口直径彼此不同，并且这两个垂直面通过水平面耦合，因此限定了阶梯形截面。

(ab3)根据阶梯壁的截面形状的第三模式，低折射率部分的厚度方向上的一端与另一端之间的壁面由坡面、垂直面、和水平面限定。坡面和垂直面通过水平面耦合，并因此限定了阶梯形截面。

(ab4)根据阶梯壁的截面形状的第四模式，低折射率部分的厚度方向上的一端与另一端之间的壁面由两个坡面和一个水平面限定。一个坡面和另一个坡面通过水平面耦合，并因此限定了阶梯形截面。

在根据阶梯壁截面形状的第一至第三模式的截面形状的情况下，垂直壁面可以由圆柱形圆孔的侧壁配置，除此之外，垂直壁面可以通过浅切割低折射率部分和高折射率构件的表面的一部分以形成凹槽而配置，并且该凹槽的侧壁可以用于限定垂直壁面。

根据凭借凹槽侧壁的垂直壁面的配置，多个圆孔的垂直壁可以通过一单个凹槽来形成，使得无需执行圆孔的孔直径调整。

(b)双周期性

在本发明的光子晶体波导的晶格阵列上实施的双周期性包括在周期性布置中彼此不同的第一周期性阵列和第二周期性阵列。如果周期性布置的低折射率部分由圆孔配置，则获得双周期性的不同周期性阵列可通过以下周期调制模式(ba)和(bb)来配置：

(ba)周期调制模式，其通过区分圆孔的直径来区分第一周期性阵列和第二周期性阵列之间的周期性布置

(bb)周期调制模式，其通过区分圆孔的光栅栅距来区分第一周期性阵列和第二周期性阵列之间的周期性布置。

在下面的描述中，区分圆孔直径2r的周期调制(ba)表示为“δ2r双周期性调制”，而区分圆形光栅栅距“a”的周期调制(bb)表示为“δa双周期性调制”。注意，“r”是圆孔的半径，且“a”是晶格阵列的光栅常数。

(c)双周期性中截面形状的不对称性模式

根据以上描述的周期调制(ba)和(bb)，双周期性中截面形状的不对称性包括模式(ca)和(cb)。

(ca)δ2r双周期性调制的双周期性中截面形状的不对称性模式

在通过δ2r双周期性调制的双周期性中，在第一周期性阵列和第二周期性阵列的各自低折射率部分中，布置了直径2r不同的圆孔。圆孔以预定的间距布置在各自周期性阵列的波导的传播方向中，并且第一周期性阵列的圆孔和第二周期性阵列的圆孔交替地布置在沿波导的传播方向延伸的行中。关于布置圆孔的预定间隔，对于第一周期性阵列和第二周期性阵列，圆孔均可以以相同间隔布置，除此之外，圆孔可以在第一周期性阵列和第二周期性阵列中的每一个的周期性布置内以相同间隔布置，且第一周期性阵列和第二周期性阵列可以具有不同间隔。

(ca1)在δ2r双周期性调制中的第一不对称性模式中，在彼此直径不同的大直径圆孔和小直径圆孔中，将小直径圆孔配置为具有不对称的截面形状。借助于该不对称的截面形状，圆孔在厚度方向上的两端的孔径彼此不同。根据第一不对称性模式，在被制成为不对称的小直径圆孔中，改进了孔径大的侧面上的辐射效率。

根据第一不对称性模式，在小直径圆孔的截面形状中，辐射比(ratioofradiation)和辐射率(radiationrate)可以通过调节辐射侧的坡面的倾斜角和垂直面的深度来控制。在此，辐射比是在厚度方向的两侧上辐射的光的光功率比，并且表示单向辐射性能。如果将厚度方向表示为光偏转装置的辐射光的上下方向，则将辐射比表示为向上的光功率p上和向下的光功率p下之间的比p上/p下。在慢光波导中，辐射率是辐射系数，辐射光束通过该辐射系数在传播方向上辐射，并且优选的是，光在例如10¹db/cm至10²db/cm的范围内辐射。

(ca2)在第二不对称性模式中，在彼此直径不同的大直径圆孔和小直径圆孔中，将大直径圆孔配置为具有不对称的截面形状。借助于该不对称的截面形状，圆孔在厚度方向上的两端的孔径彼此不同。根据第二不对称性模式，单向辐射性能的方向性(directionality)可以通过调节大直径圆孔截面形状中辐射侧上的坡面的倾斜角来倒转。例如，如果坡面的倾斜角为小角度，则可以通过将坡面的倾斜角设定为更接近垂直壁的90°的大角度来倒转辐射比，将辐射比改变为来自小孔径侧的辐射量大的辐射比，根据该辐射比，来自大孔径侧的辐射量变大。

(ca3)第三不对称性模式中，在彼此直径不同的大直径圆孔和小直径圆孔中，将小直径圆孔和大直径圆孔均配置为具有不对称的截面形状。根据第三不对称性模式，可以增加来自小孔径侧的辐射比。

(cb)δa双周期性调制的双周期性中截面形状的不对称性模式

根据δa双周期性调制，通过双周期性结构实现调制，在该双周期性结构中，圆孔的布置间隔以不同长度的光栅栅距重复出现在传播方向上。在δa双周期性结构中，第一周期性阵列和第二周期性阵列在波导的传播方向上相对于彼此布置有位置间隙，并且晶格阵列中的圆孔以不同长度的光栅栅距重复布置在波导的传播方向上。同样在δa双周期性调制中，以与δ2r双周期性调制相同的方式，辐射比可以通过使圆孔的截面形状不对称来控制，并且可以改进单向辐射性能。

(d)通过δ2r双周期性调制和δa双周期性调制的双周期性中的圆孔布置模式

在δ2r双周期性调制和δa双周期性调制的双周期性中，关于圆孔布置，可以采用以下的布置模式。

(da)第一布置模式

第一布置模式是根据该模式对于特定一行或多行中的圆孔布置、采用具有不对称截面形状的圆孔的模式。从线性缺陷开始，对于第二行采用具有不对称截面形状的圆孔，在线性缺陷中，在沿波导的传播方向布置圆孔的圆孔行之间，不布置圆孔。

根据对于第二行执行周期性布置的第一布置模式，可以减小辐射光束的光束形状对波数的依赖性，并且可以使光束形状更接近于单峰光束的光束形状，且可以在辐射方向上形成具有极少旁瓣(sidelobes)的高质量光束。

(db)第二布置模式

第二布置模式为通过调整存在于特定周期性位置处的圆孔的孔径、使截面形状不对称的模式。

根据第二布置模式，与存在于其他位置处的圆孔相比，对于存在于来自波导传播方向中波导的偶数晶格行的位置处的圆孔，引入孔径的双周期性放大或减小。根据第二布置模式，通过放大或减小存在于上述位置处的圆孔的直径，可以在维持辐射率的情况下，增加辐射比。

根据本发明的光偏转装置，改进了向上或向下的辐射效率，并且同样地，同时改进了接收来自从上方或下方的光的效率。而且，如果要向上提取光，则抑制了由于基板表面上的反射导致的向上射出的光的辐射图案干扰。

发明的效果

如前所述，本发明的光偏转装置使得可以增加辐射光束的辐射效率。

附图的简要说明

图1a是用于解释本发明的光偏转装置的示意性配置的图。

图1b是用于解释本发明的光偏转装置的示意性配置的图。

图2a是用于解释本发明的光偏转装置的光子晶体波导上实施的δ2r双周期性调制的图。

图2b是用于解释本发明的光偏转装置的光子晶体波导上实施的δ2r双周期性调制的图。

图2c是用于解释本发明的光偏转装置的光子晶体波导上实施的δ2r双周期性调制的图。

图2d是用于解释本发明的光偏转装置的光子晶体波导上实施的δ2r双周期性调制的图。

图2e是用于解释本发明的光偏转装置的光子晶体波导上实施的δ2r双周期性调制的图。

图2f是用于解释本发明的光偏转装置的光子晶体波导上实施的δ2r双周期性调制的图。

图2g是用于解释本发明的光偏转装置的光子晶体波导上实施的δ2r双周期性调制的图。

图2h是用于解释本发明的光偏转装置的光子晶体波导上实施的δ2r双周期性调制的图。

图3是用于解释本发明的光偏转装置的光子晶体波导上实施的δa双周期性调制的图。

图4a是用于解释本发明的光偏转装置的光子晶体波导的不对称截面形状的图。

图4b是用于解释本发明的光偏转装置的光子晶体波导的不对称截面形状的图。

图4c是用于解释本发明的光偏转装置的光子晶体波导的不对称截面形状的图。

图4d是用于解释本发明的光偏转装置的光子晶体波导的不对称截面形状的图。

图4e是用于解释本发明的光偏转装置的光子晶体波导的不对称截面形状的图。

图4f是用于解释本发明的光偏转装置的光子晶体波导的不对称截面形状的图。

图4g是用于解释本发明的光偏转装置的光子晶体波导的不对称截面形状的图。

图4h是用于解释本发明的光偏转装置的光子晶体波导的不对称截面形状的图。

图5是用于解释本发明的光偏转装置的计算模型的示意图。

图6是用于解释一个实施例模式的图，在该实施例模式中，δ2r双周期性调制和根据v形布置的晶格阵列中的小直径圆孔的侧壁为倾斜壁。

图7a是示出了不对称形状限定在小直径圆孔中的模式的特征数据的图。

图7b是示出了不对称形状限定在小直径圆孔中的模式的特征数据的图。

图7c是示出了不对称形状限定在小直径圆孔中的模式的特征数据的图。

图7d是示出了不对称形状限定在小直径圆孔中的模式的特征数据的图。

图7e是示出了不对称形状限定在小直径圆孔中的模式的特征数据的图。

图8是示出了在与图7a至图7e相同的结构中倾斜角θg在75°至90°范围内的情况下的特征数据的图。

图9a是示出了在与图7a至图7e相同的结构中倾斜角θg在75°至90°范围内的情况下的特征数据的图。

图9b是示出了在与图7a至图7e相同的结构中倾斜角θg在75°至90°范围内的情况下的特征数据的图。

图10a是示出了在δ2r双周期性调制和根据v形布置的晶格阵列中的大直径圆孔的侧壁为倾斜壁的实施例模式的情况下的特征数据的图。

图10b是示出了在δ2r双周期性调制和根据v形布置的晶格阵列中的大直径圆孔的侧壁为倾斜壁的实施例模式的情况下的特征数据的图。

图10c是示出了在δ2r双周期性调制和根据v形布置的晶格阵列中的大直径圆孔的侧壁为倾斜壁的实施例模式的情况下的特征数据的图。

图10d是示出了在δ2r双周期性调制和根据v形布置的晶格阵列中的大直径圆孔的侧壁为倾斜壁的实施例模式的情况下的特征数据的图。

图10e是示出了在δ2r双周期性调制和根据v形布置的晶格阵列中的大直径圆孔的侧壁为倾斜壁的实施例模式的情况下的特征数据的图。

图11a是示出了在δ2r双周期性调制和根据v形布置的晶格阵列中的小直径和大直径圆孔的侧壁为倾斜壁的实施例模式的情况下的特征数据的图。

图11b是示出了在δ2r双周期性调制和根据v形布置的晶格阵列中的小直径和大直径圆孔的侧壁为倾斜壁的实施例模式的情况下的特征数据的图。

图11c是示出了在δ2r双周期性调制和根据v形布置的晶格阵列中的小直径和大直径圆孔的侧壁为倾斜壁的实施例模式的情况下特征数据的图。

图11d是示出了在δ2r双周期性调制和根据v形布置的晶格阵列中的小直径和大直径圆孔的侧壁为倾斜壁的实施例模式的情况下特征数据的图。

图11e是示出了在δ2r双周期性调制和根据v形布置的晶格阵列中的小直径和大直径圆孔的侧壁为倾斜壁的实施例模式的情况下特征数据的图。

图12是用于解释一个实施例模式的图，在该实施例模式中，δ2r双周期性调制和横行阵列的晶格阵列中的小直径圆孔的侧壁为倾斜壁。

图13是示出了在与图12相同的结构中倾斜角θg在75°至90°范围内的情况下的特征数据的图。

图14a是示出了在与图12相同的结构中倾斜角θg在75°至90°范围内的情况下的特征数据的图。

图14b是示出了在与图12相同的结构中倾斜角θg在75°至90°范围内的情况下的特征数据的图。

图15是用于解释一个实施例模式的图，在该实施例模式中，δ2r双周期性调制和根据v形布置的晶格阵列中的第一至第十行的小直径圆孔的侧壁为阶梯壁。

图16a为示出了在与图15相同的结构中的不对称阶梯侧壁和特征数据的实施例的图。

图16b为示出了在与图15相同的结构中的不对称阶梯侧壁和特征数据的实施例的图。

图16c为示出了在与图15相同的结构中的不对称阶梯侧壁和特征数据的实施例的图。

图16d为示出了在与图15相同的结构中的不对称阶梯侧壁和特征数据的实施例的图。

图16e为示出了在与图15相同的结构中的不对称阶梯侧壁和特征数据的实施例的图。

图17a为示出了一个实施例的图，在该实施例中，在截面形状为阶梯形状的侧壁的情况下，小直径圆孔的侧壁通过倾斜壁和垂直壁的结合而配置的实施例的图。

图17b为示出了一个实施例的图，在该实施例中，在截面形状为阶梯形状的侧壁的情况下，小直径圆孔的侧壁通过倾斜壁和垂直壁的结合而配置的实施例的图。

图17c为示出了一个实施例的图，在该实施例中，在截面形状为阶梯形状的侧壁的情况下，小直径圆孔的侧壁通过倾斜壁和垂直壁的结合而配置的实施例的图。

图17d为示出了一个实施例的图，在该实施例中，在截面形状为阶梯形状的侧壁的情况下，小直径圆孔的侧壁通过倾斜壁和垂直壁的结合而配置的实施例的图。

图17e为示出了一个实施例的图，在该实施例中，在截面形状为阶梯形状的侧壁的情况下，小直径圆孔的侧壁通过倾斜壁和垂直壁的结合而配置的实施例的图。

图18为用于解释一个实施例模式的图，在该实施例模式中，根据v形布置的晶格阵列中仅第一行配置为δa双周期性调制、且第一行中的小直径圆孔的侧壁为倾斜壁。

图19是示出了在与图18相同的结构中倾斜角θg在75°至90°范围内的情况下的特征数据的图。

图20a是示出了在与图18相同的结构中倾斜角θg在75°至90°范围内的情况下的特征数据的图。

图20b是示出了在与图18相同的结构中倾斜角θg在75°至90°范围内的情况下的特征数据的图。

图21为示出了在晶格阵列的第一至第十行配置为双周期性调制、小直径圆孔的侧壁设置为倾斜壁以便限定不对称的截面形状的情况下辐射组件的强度分布的图。

图22为示出了当晶格阵列的圆孔行配置为δ2r双周期性调制、且小直径圆孔侧壁的倾斜角θg倾斜85°时所观察到的波束图案的图。

图23为示出了与图22所示实施例相关的、相对于波长的辐射比p上/p下的图。

图24为示出了当晶格阵列的圆孔行配置为δa双周期性调制、且小直径圆孔侧壁的倾斜角θg倾斜85°时所观察到的波束图案的图。

图25为示出了多周期性调制的实施例的图，在该多周期性调制中，小直径圆孔的侧壁设置为倾斜壁，传播方向上的偶数晶格行的孔径在δ2r双周期性调制和倒v形布置的晶格阵列中被双周期性地调整。

图26a为示出了多周期性调制的实施例的图，在该多周期性调制中，小直径圆孔的侧壁设置为倾斜壁，传播方向上的偶数晶格行的孔径在δ2r双周期性调制和倒v形布置的晶格阵列中被双周期性地调整。

图26b为示出了多周期性调制的实施例的图，在该多周期性调制中，小直径圆孔的侧壁设置为倾斜壁，传播方向上的偶数晶格行的孔径在δ2r双周期性调制和倒v形布置的晶格阵列中被双周期性地调整。

图27为示出了多周期性调制的实施例的图，在该多周期性调制中，小直径圆孔的侧壁设置为倾斜壁，传播方向上的偶数晶格行的孔径在δ2r双周期性调制和正常横行布置的晶格阵列中被双周期性地调整。

图28a为示出了多周期性调制的实施例的图，在该多周期性调制中，小直径圆孔的侧壁设置为倾斜壁，传播方向上的偶数晶格行的孔径在δ2r双周期性调制和正常横行布置的晶格阵列中被双周期性地调整。

图28b为示出了多周期性调制的实施例的图，在该多周期性调制中，小直径圆孔的侧壁设置为倾斜壁，传播方向上的偶数晶格行的孔径在δ2r双周期性调制和正常横行布置的晶格阵列中被双周期性地调整。

图29为示出了多周期性调制的实施例的图，在该多周期性调制中，在正常横行布置的晶格阵列和δa双周期性调制中，仅移动第一行，圆孔的侧壁设置为倾斜壁，传播方向上的偶数晶格行的孔径被双周期性地调整。

图30a为示出了多周期性调制的实施例的图，在该多周期性调制中，在正常横行布置的晶格阵列和δa双周期性调制中，仅移动第一行，圆孔的侧壁设置为倾斜壁，且传播方向上的偶数晶格行的孔径被双周期性地调整。

图30b为示出了多周期性调制的实施例的图，在该多周期性调制中，在正常横行布置的晶格阵列和δa双周期性调制中，仅移动第一行，圆孔的侧壁设置为倾斜壁，且传播方向上的偶数晶格行的孔径被双周期性地调整。

图31为示出了多周期性调制的实施例的图，在该多周期性调制中，在正常横行布置的晶格阵列和δa双周期性调制中，仅移动第一行，通过浅图案化的衍射光栅来周期调整传播方向上的偶数晶格行的孔径，该衍射光栅延伸穿过双周期性圆孔。

图32a为示出了多周期性调制的实施例的图，在该多周期性调制中，在正常横行布置的晶格阵列和δa双周期性调制中，仅移动第一行，通过浅图案化衍射光栅来执行周期调整，该衍射光栅延伸穿过存在于传播方向上的偶数晶格行的双周期性圆孔。

图32b为示出了多周期性调制的实施例的图，在该多周期性调制中，在正常横行布置的晶格阵列和δa双周期性调制中，仅移动第一行，通过浅图案化衍射光栅来执行周期调整，该衍射光栅延伸穿过存在于传播方向上的偶数晶格行的双周期性圆孔。

图33a为用于解释浅图案化的衍射光栅的图。

图33b为用于解释浅图案化的衍射光栅的图。

图34为示出了浅图案化的衍射光栅的图，该衍射光栅在正交于传播方向的横向方向被浅图案化。

图35为示出了浅图案化的衍射光栅的图，该衍射光栅在相对于传播方向倾斜的倾斜方向上被浅图案化。

图36a为用于解释带有衍射机构的装置结构的概观的图，该衍射机构被引入光子晶体波导和辐射光束中。

图36b为用于解释带有衍射机构的装置结构的概观的图，该衍射机构被引入光子晶体波导和辐射光束中。

图36c为用于解释带有衍射机构的装置结构的概观的图，该衍射机构被引入光子晶体波导和辐射光束中。

图37a为示出了传统光子晶体波导的v形布置的双周期性结构的实施例的图，该传统光子晶体波导的截面形状相对于波导的厚度方向为对称的。

图37b为示出了传统光子晶体波导的v形布置的双周期性结构的实施例的图，该传统光子晶体波导的截面形状相对于波导的厚度方向为对称的。

图37c为示出了传统光子晶体波导的v形布置的双周期性结构的实施例的图，该传统光子晶体波导的截面形状相对于波导的厚度方向为对称的。

图37d为示出了传统光子晶体波导的v形布置的双周期性结构的实施例的图，该传统光子晶体波导的截面形状相对于波导的厚度方向为对称的。

图37e为示出了传统光子晶体波导的v形布置的双周期性结构的实施例的图，该传统光子晶体波导的截面形状相对于波导的厚度方向为对称的。

图38a是用于解释具有上下对称结构的光子晶体波导的光辐射的图。

图38b是用于解释具有上下对称结构的光子晶体波导的光辐射的图。

图38c是用于解释具有上下对称结构的光子晶体波导的光辐射的图。

具体实施方式

以下将参照附图详细描述本发明的实施方案。在以下描述中，将使用图1a和图1b描述本发明的光偏转装置的示意性配置；将使用图2a至图2h和图3描述构成本发明的光偏转装置的光子晶体波导的双周期性结构；将使用图4a至图4h描述本发明的光偏转装置的光子晶体波导的不对称截面形状；以及将使用图5至图35描述不对称截面形状的模式。

将使用图6至图21描述通过本发明的光偏转装置辐射的辐射光束的辐射比；将使用图21至图24描述通过光偏转装置辐射的辐射光束的单峰态；将使用图25至图32b描述将附加周期性添加至双周期性的多周期性配置；以及将使用图33a至图35描述通过凹槽结构对不对称截面形状的配置。

(1.光偏转装置的示意性配置)

首先，将参照图1a和图1b描述本发明的光偏转装置的示意性配置。图1a和图1b是用于解释本发明的光偏转装置的示意性配置的图。参照图1a的截面(a)，光偏转装置1被示出，其包括带有低折射率部分11的光子晶体波导2，该低折射率部分11以晶格的形式布置在高折射率构件10的表面中。

光子晶体波导2由晶格阵列3形成，在该晶格阵列3中，低折射率部分11周期性地布置在高折射率构件10上，该高折射率构件10由诸如si的半导体制成。例如，可以通过设置在高折射率构件10中的圆孔来构成低折射率部分11。光子晶体波导2设置在由低折射率的sio2材料制成的包覆材料13上，并通过隐埋氧化物(buriedoxide,box)膜14布置在si基板15上。

传播光的波导芯12在光子晶体波导2的晶格阵列3中形成，其中波导芯12配置为提供si板的一部分中的没有低折射率部分的区域，该si板通过在高折射率si构件10中周期性地布置低折射率部分11而形成。在低折射率部分11由圆孔构成的配置中，波导芯12通过在晶格阵列3的一部分中设置没有圆孔的线性缺陷而形成。在波导芯12上入射的入射光沿纵向方向在波导芯12中传播，并通过波导芯12辐射到外部。

图1a的部分(b)示出了基于具有不同直径的圆孔的δ2r双周期性结构的实施例。在该δ2r双周期性结构的情况下，嵌入sio2中的具有不同直径的圆孔20以是光栅常数“a”的两倍长的周期布置在光子晶体波导2的si板两侧上，波导芯12位于圆孔20之间。周期性布置的圆孔20包括具有直径2r1的小直径圆孔21，和具有直径2r2的大直径圆孔22(其中r2>r1)。小直径圆孔21和大直径圆孔22分别以是光栅常数a的两倍长的周期布置。

传统已知圆孔的截面形状为垂直于厚度方向、且相对于厚度方向对称的形状。相反，设置在本发明的光偏转装置1中的圆孔20具有相对于厚度方向不对称的形状，并且凭借该不对称截面形状，单向辐射性能被赋予至辐射比。如果将与光偏转装置使用的辐射光束一起辐射的波导定义为存在于向上方向的上侧，则通过上下不对称的截面形状来区分向上和向下辐射的比例，以便增加一个方向的辐射强度。

图1a的部分(b)中的右上圆中的截面形状为不对称截面形状的实施例，其中描绘了坡面等。

相对于厚度方向，具有不对称截面形状的侧壁可各自具有倾斜壁的形式或阶梯壁的形式。阶梯壁由倾斜壁、垂直壁和水平壁中的至少两种壁的结合构成。图1a的圆圈中示出的截面形状示出了(i)倾斜壁、(ii)垂直壁和水平壁的结合、以及(iii)倾斜壁和垂直壁的结合的实施例。

图1b示出了不对称截面形状的各实施例的相对于波长的辐射比。注意，辐射比是指关于辐射光束的向上辐射功率p上与向下辐射功率p下的比例p上/p下，其中辐射比大于1表示向上辐射功率比向下辐射功率强。

在图1b示出的实施例中，将领会的是，如果减小(或增大)圆孔的直径、并且将圆孔的截面形状形成为在上下方向上非不对称的(non-asymmetrical)，则向上(或向下)辐射被增强。例如，当具有不同直径的圆孔以θg＝75°的倾斜角、和70nm的厚度方向深度彼此堆叠时，辐射比将是上下对称配置的情况下辐射比的约三倍大。

(2.双周期性调制)

本发明的光偏转装置1在晶格阵列3中包括双周期性结构，该双周期性结构包括第一周期性阵列和第二周期性阵列，其中周期性地布置有低折射率部分11。双周期性结构有助于用以调制辐射光、使在波导芯12中传播的传播光偏转、并将辐射光束辐射到外部的衍射功能；以及用以减少辐射光束的横向角分布对波长和折射率的依赖性以便在横向方向上以宽角度提供均匀光束的功能。

双周期性结构包括两种类型，即、与两个周期性阵列的位置间隙相关联的双周期性结构，以及与设置在两个周期性阵列中的圆孔的直径相关联的双周期性结构。

在第一双周期性结构中，第一周期性阵列和第二周期性阵列相对于波导的传播方向以相等的间隔布置，并且第一周期性阵列和第二周期性阵列的低折射率部分在圆孔的直径上彼此不同。在第一双周期性结构中，具有不同直径的圆孔即小直径圆孔和大直径圆孔的低折射率部分，在波导的传播方向上重复设置。

在第二双周期性结构中，第一周期性阵列和第二周期性阵列在波导的传播方向上相对于彼此以位置间隙布置，并且在布置在波导传播方向的低折射率部分的行中，具有相同直径的圆孔的低折射率部分在波导的传播方向上以不同长度的光栅栅距重复布置。

因此，在两种类型的双周期性结构中，第一双周期性结构是具有不同直径的圆孔的低折射率部分重复布置的周期性阵列；而第二双周期性结构是低折射率部分的圆孔以不同长度的光栅栅距重复布置的周期性阵列。在下面的描述中，基于区分圆孔直径的双周期性结构的周期调制被称为“δ2r双周期性调制”；且基于区分圆光栅栅距的双周期性结构的周期调制被称为“δa双周期性调制”，将据此提供描述。注意，“r”是圆孔的半径，且“a”是晶格阵列的光栅常数。

圆孔图案的双周期性结构需要少量的处理步骤，除此之外，它们可以通过改变圆孔的光栅栅距或表面中圆孔直径的长度改变量来改变辐射量，而不改变辐射角，使得在波导传播方向上逐渐辐射的辐射光束的长度方向分布(在波导的方向上的分布)得以显示出高斯分布、且在长度方向上可以形成带有极少旁瓣的高质量光束。

(δ2r双周期性调制)

δ2r双周期性调制通过双周期性结构实现调制，在该双周期性结构中，直径不同的两种类型的圆孔重复出现。双周期性结构可以例如由大直径圆孔重复出现的周期性结构、和小直径圆孔重复出现的周期性结构组成。构成双周期性结构的圆孔的大直径和小直径反映了它们相对于参考圆孔(referencecircularhole)直径的量级关系、或在这些直径关于各自圆孔的直径相互比较的情况下的量级关系，例如，如果参考圆孔的直径为2r且直径之间的直径差为2δr，则大直径圆孔的直径2r1为2(r+δr)、且小直径圆孔的直径2r2为2(r-δr)。

图2a至图2h示出了用于执行δ2r双周期性调制的双周期性结构的实施例。在此，显示出一种结构，其中直径不同的圆孔的周期性部分交替布置在波导的传播方向上，并且以锐角、钝角布置，或者在相对于传播方向的横向方向上布置。在下面的描述中，将示出第一至第六布置模式。

(a)第一布置模式：

根据第一布置模式，各个周期性部分相对于波导的传播方向以v形或倒v形的形式布置。图2a示出了v形布置，图2b示出了倒v形布置。

在双周期性结构具有v形或倒v形的布置模式中，波导模式在横向方向上从波导芯中的渗出提供了这样的效果：进入波导芯中的光的封闭(enclosure)逐渐减弱，并且辐射角分布减小至约±25°。而且，以该v形布置的周期性部分的图案提供了这样的效果：促进了来自电磁场的、在横向方向上的波导模式分布中具有相同符号的辐射，以抑制远程位置处的干扰(interreference)，并且形成单峰光束。

(b)第二布置模式：

参照图2c，其示出了第二布置模式，在晶格阵列中，周期性部分的一些低折射率部分的圆孔的线性布置在波导传播方向中设置有位置间隙，这是被称为“晶格移动(latticeshift)”的布置模式。第二布置模式补偿了不具有位置间隙的光子晶体波导2的偏转角特征。

(c)第三布置模式：

参照图2d，其示出了第三布置模式，在晶格阵列中，波导芯附近的晶格阵列部分具有双周期性结构，并且以与第一布置模式相同的方式，圆孔以v形或倒v形的方式布置，且剩余晶格阵列部分具有相同的周期性结构。

通过制造第一布置模式的v形形式的晶格阵列3的一部分，可以实现双周期性结构仅设置在波导芯附近的配置，波导模式主要集中在该波导芯，该配置提供了这样的效果：可以进一步简化辐射图案。

(d)第四布置模式：

参照图2e至图2f，其示出了第四布置模式，以与第一布置模式相同的方式，圆孔以v形或倒v形布置，除此之外，关于两种类型的双周期性结构的周期性部分，低折射率部分的圆孔尺寸以渐次方式(gradationalfashion)布置，使得v形或倒v形和渐次布置彼此结合使用。

图2e示出了结合了v形和渐次布置的模式，并且随着双周期性结构变得远离波导芯，双周期性结构逐渐均匀，这提供了这样的效果：辐射光束在横向方向上的分布可以被进一步平滑。图2f示出了结合了倒v形和渐次布置的模式，这提供了这样的效果：辐射波导模式的宽度有效加宽，使得横向方向的分布可以进一步变窄。

(e)第五和第六布置模式：

参照图2g，示出了第五布置模式，该第五布置模式是合并了v形和倒v形的形式的布置模式。参照图2h，示出了第六布置模式，该第六布置模式是在垂直于波导传播方向的横向方向上交替布置两种类型圆孔的线性布置的模式。

(δa双周期性调制)

δa双周期性调制通过双周期性结构实现调制，在该双周期性结构中，相对于传播方向，圆孔的布置间隔随着不同长度的光栅栅距而重复出现。在δa双周期性结构中，第一周期性阵列和第二周期性阵列在波导的传播方向上相对于彼此布置有位置间隙，并且相对于波导传播方向，晶格阵列中的圆孔随着不同长度的光栅栅距而重复出现。

图3示出了用于执行δa双周期性调制的双周期性结构的实施例。在图3中，部分(a)至部分(f)示出了具有相同直径的圆孔以不同的光栅栅距布置的实施例，而图3的(g)和(h)示出了具有不同直径的圆孔以不同的光栅栅距布置的实施例。在以下描述中，将示出δa双周期性调制的第一至第四布置模式。

(a)第一布置模式：

第一布置模式是这样的布置模式：对于整个晶格阵列，以不同的光栅栅距布置圆孔；图3的部分(a)示出了圆孔成三角形地布置的晶格阵列的实施例，图3的部分(b)示出了圆孔以v形布置的实施例。

(b)第二布置模式：

第二布置模式是在晶格阵列中的一个特定晶格行中圆孔以不同的光栅栅距布置的布置模式。

在图3中，部分(c)示出了在具有成三角形布置的圆孔的晶格阵列中、对于邻近波导的第一行的圆孔采用光栅栅距双周期性结构的实施例，并且图3的部分(d)示出了在具有成三角形布置的圆孔的晶格阵列中、对于来自波导的第二行的圆孔采用光栅栅距双周期性结构的实施例。

(c)第三布置模式：

第三布置模式是对于晶格阵列中的特定多个晶格行、以不同光栅栅距布置圆孔的布置模式。

在图3中，部分(e)示出了在具有成三角形布置的圆孔的晶格阵列中、对于来自波导的第一至第三行采用光栅栅距双周期性结构的实施例，并且图3的部分(f)示出了在以v形布置的圆孔的晶格阵列中、对于来自波导的第一至第三行、采用光栅栅距双周期性结构的实施例。

(d)第四布置模式：

第四布置模式是在晶格阵列上组合了基于光栅栅距的双周期性和基于圆孔直径的双周期性的布置模式。

在图3中，部分(g)示出了在具有成三角形布置的圆孔的晶格阵列中、对于来自波导的第一行采用基于不同光栅栅距的双周期性结构、且对于来自波导的第二行采用不同直径双周期性结构的实施例。在图3中，部分(h)示出了在具有成三角形布置的圆孔的晶格阵列中、对于来自波导的第一和第三行采用基于不同光栅栅距的双周期性结构、且相对于来自波导的第二和第四行采用不同直径双周期性结构的实施例。

(3.不对称模式)

将使用图4a至图4h描述在本发明的光偏转装置的晶格阵列中、低折射率部分具有相对于厚度方向的不对称截面形状的实施例。

应当注意，图4a至图4g为在基于直径不同的圆孔的δ2r双周期性结构中小直径圆孔的截面形状不对称的实施例，而图4h为在基于光栅栅距不同的圆孔布置的δa双周期性结构中小直径圆孔的截面形状不对称的实施例。还应注意，在此，仅示意性地示出了关于晶格阵列中的一行的截面的一部分。

不对称截面形状可以采取多种形式，并且限定不对称截面形状的侧壁可以具有各种形式的壁形状，例如相对于厚度方向的倾斜壁和选自倾斜壁、垂直壁和水平壁的至少两个壁限定的阶梯壁等的形式。

(a)第一模式

第一模式是限定不对称截面形状的侧壁由相对于厚度方向倾斜的倾斜壁限定的模式。在图4a中，倾斜壁的截面形状的形式配置成使得一端和另一端之间的壁面由低折射率部分的厚度方向上的坡面限定，并且低折射率部分的截面形状将采用梯形。

(b)、(c)第二模式和第三模式

第二模式和第三模式是限定不对称截面形状的侧壁由在厚度方向上呈阶梯状的阶梯壁限定的模式，并且是孔径大的圆孔和孔径小的圆孔在厚度方向上结合的模式。第二模式对应于两种圆孔的结合，第三模式对应于三种圆孔的结合。

在图4b中，在第二模式的阶梯壁截面形状的情况下，一端和另一端之间的壁面由低折射率部分的厚度方向上的垂直面和水平面限定，且孔径大的圆孔的垂直面和孔径小的圆孔的垂直面通过水平面耦合，并从而进行配置。

在图4c中，在第三模式的阶梯壁截面形状的情况下，一端和另一端之间的壁面由低折射率部分的厚度方向上的垂直面和水平面限定，且大孔径的垂直面、小孔径的垂直面以及限定在中间部分中的垂直面分别通过两个水平面耦合，并从而进行配置。

(d)第四模式

第四模式是限定不对称截面形状的侧壁由在厚度方向上呈阶梯状的阶梯壁限定。在图4d中，在第四模式的阶梯壁截面形状的情况下，一端和另一端之间的壁面由低折射率部分的厚度方向上的坡面和垂直面限定，且大孔径的坡面和小孔径的垂直面耦合，并从而进行配置。

(e)第五模式

第五模式是限定不对称截面形状的侧壁由在厚度方向上呈阶梯状的阶梯壁限定。在图4e中，在第五模式的阶梯壁截面形状的情况下，一端和另一端之间的壁面由低折射率部分的厚度方向上的坡面、水平面和垂直面限定；且大孔径的坡面和小孔径的垂直面通过水平面耦合，并从而进行配置。

(f)第六模式

第六模式是限定不对称截面形状的侧壁由在厚度方向上呈阶梯状的阶梯壁限定。在图4f中，在第六模式的阶梯壁截面形状的情况下，一端和另一端之间的壁面由低折射率部分的厚度方向上的垂直面、水平面和坡面限定；且大孔径的垂直面和孔径小的坡面通过水平面耦合，并从而进行配置。

(g)第七模式

第七模式是限定不对称截面形状的侧壁由在厚度方向上呈阶梯状的阶梯壁限定。在图4g中，在第七模式的阶梯壁截面形状的情况下，通过在坡面中的一侧上设置凹槽区域，坡面的一侧的直径被扩大以向其赋予不对称性，该坡面耦合了低折射率部分的厚度方向上的上侧和下侧。

(h)第八模式

第八模式是在基于光栅栅距不同的圆孔布置的δa双周期结构中限定不对称截面形状的侧壁由倾斜壁限定的模式，该倾斜壁相对于厚度方向倾斜。在图4h中，在小直径圆孔的情况下，一端和另一端之间的壁面由厚度方向上的坡面限定，且低折射率部分的截面形状具有梯形形状。与此同时，在大直径圆孔的情况下，一端和另一端之间的壁面由厚度方向上的垂直面限定，且低折射率部分的截面形状具有矩形形状。小直径圆孔和大直径圆孔以不同光栅栅距重复布置。

在图4a至图4h中，在大直径圆孔的情况下，厚度方向上的一端和另一端之间的壁面由垂直面限定，低折射率部分具有圆柱形状，且截面形状具有矩形形状。

应当注意，在图4a至图4h中，示出了实施例，其中小直径圆孔的截面形状是不对称的，但该配置可以是使得大直径圆孔的截面形状在厚度方向上是形状不对称的；可替代地，该配置可以是使得小直径圆孔和大直径圆孔的截面形状在厚度方向上是形状不对称的。应当注意，在这种情况下，辐射效率将显示出不同的单向辐射性能。

(4.光偏转装置的计算模型)

图5是用于解释本发明的光偏转装置的计算模型的示意图。在以下描述中，在该计算模型的基础上，将解释辐射光束和单峰态波束形状等。

在图5中，部分(d)描绘了本发明的光偏转装置的截面，其中x方向为正交于在波导中慢光传播的传播方向的方向，z方向为构成光偏转装置的叠片结构(lamination)的厚度方向。在该光偏转装置中，在si基板15上，设置有通过sio2包覆材料13在上侧和下侧上夹层的晶格阵列3。晶格阵列3通过在高折射率构件10内以预定间隔布置低折射率部分11而配置。在δ2r双周期性调制中，低折射率部分11通过具有不同直径的2r1小直径圆孔21和2r2大直径圆孔22而配置。应当注意，在晶格阵列3中，不布置低折射率部分的线性缺陷构成波导。

根据该计算模型，在由图中的“监控器-a”至“监控器-e”表示的位置处，通过使用离散傅里叶变换(discretefouriertransform,dft)和时域有限差分(finite-differencetime-domain,fdtd)技术的数值计算来计算辐射光的功率。

在图5中，部分(a)至(c)为在x-y平面中观察光偏转装置的晶格阵列3的图，且图5的部分(a)和(b)示出了δ2r双周期性调制中的正常横行阵列和v形布置的实施例，且图5的部分(c)示出了δa双周期性调制的实施例。而且，执行dft分析和监控的位置以及在计算期间待经历激发的位置由符号“x”表示。应当注意，在图5的部分(a)和(b)中，符号s3表示在第三行执行的晶格移动量，以便确保慢光的宽带低色散(widebandlowdispersion)。由于该晶格移动量s3与光辐射无关，所以晶格移动存在与否不会引起对本发明效果的显著影响。

(5.辐射比)

在以下描述中，将关于δ2r双周期性调制和δa双周期性调制描述通过不对称截面形状的辐射比在低折射率部分的厚度方向上的分布。

5.1：δ2r双周期性调制

在以下描述中，将描述以下实施例，在δ2r双周期性调制中，限定不对称截面形状的侧壁为倾斜壁和阶梯壁。关于倾斜壁，其壁面相对于厚度方向是倾斜的，并且在圆孔的一端的孔径大于另一端的孔径，这限定了梯形形状。阶梯壁由选自倾斜壁、垂直壁和水平壁的至少两种壁构成。应当理解，在垂直壁的情况下，其壁面垂直于厚度方向并且圆孔限定了圆柱形状。而且，在水平壁的情况下，其壁面平行于厚度方向，且在圆孔中看到环形凸缘形状。

5.1a：δ2r双周期性调制模式、v形布置和倾斜壁

在以下描述中，将描述以下实施例，在δ2r双周期性调制和根据v形布置的晶格阵列的模式的情况下，对于不对称形状被应用于小直径圆孔的情况、不对称形状被应用于大直径圆孔的情况、以及不对称形状被应用于小直径圆孔和大直径圆孔二者的情况，限定不对称截面形状的侧壁为倾斜壁。

(a)不对称形状应用于小直径圆孔的实施例模式

图6示出了一实施例模式，其中在δ2r双周期性调制和根据v形布置的晶格阵列中，小直径圆孔的侧壁为倾斜壁。图6的部分(a)为截面视图，图6的部分(b)为示意性立体图。在图6的实施例模式中，以v形布置的晶格阵列中具有不同直径的圆孔之间，仅对于小直径圆孔麻将侧壁设置为倾斜壁，并且使其截面形状为不对称的。

图7a至图7e中示出的特征数据表示δ2r双周期性直径的直径差δ2r为10nm、且倾斜壁的倾斜角θg在65°和90°之间的范围内变化的情况。

图7a表示波数(2π/a)的归一化频率a/λ，图7b表示波长(μm)的群折射率(grouprefractiveindex)，图7c表示波长(μm)的辐射系数(散射损失)(db/cm)，以及图7d表示波长(μm)的辐射比p上/p下。图7e表示截面形状。

根据图7d的辐射比的特征，当倾斜角θg落入65°至87°范围内时，获得了2.5:1以上的比例。

考虑到单向辐射的需要，光偏转装置的辐射光束需要具有高辐射比，并且在波导中传播的慢光需要逐渐辐射以使辐射束分布在长度方向(传播方向)。为了辐射束显示出良好的长度方向分布，必需在图7c的辐射系数特征中提供10至100db/cm的范围。

因此，当考虑到辐射比的特征和辐射系数的特征时，如果圆孔的倾斜角θg落入75°至85°范围内，则可以获得辐射比高达2.5:1或更高、且辐射系数落入10至100db/cm的范围内的辐射光束。

图8、图9a和图9b示出了在与图7a至图7e相同的结构中倾斜角θg在75°至90°范围内的情况，其中图8的部分(a)表示波数(2π/a)的归一化频率a/λ，图8的部分(b)表示波长(μm)的群折射率，图8的部分(c)表示波长(μm)的辐射系数(散射损失)(db/cm)，以及图8的部分(d)表示波长(μm)的辐射比p上/p下。在图8中，符号s3表示在第三行上执行以便确保慢光的宽带低色散的晶格移动量。由于该晶格移动量s3与光辐射无关，所以晶格移动存在与否不会引起对本发明效果的显著影响。

根据图8的部分(d)的辐射比的特征，当倾斜角θg落入75°至85°范围内时，可以获得基本上2:1的比例。

图9a和图9b示出了射出的波束图案分析(ffp：远场图案(farfieldpattern)。图9a表示在图5的部分(d)中监控器-a中空气中的孔分布的ffp图案，图9a表示在图5的部分(d)中监控器-b中包覆材料中的孔分布的ffp图案。

参照图9a和图9b，在倾斜壁的倾斜角θg落入75°至85°范围内的情况下辐射光束基本上为单峰的情况下，辐射光束在倾斜角θg为90°(垂直壁)的情况下将具有多峰态。这是因为，在倾斜角θg为90°的情况下，向下辐射略微变得更强，且辐射在厚度方向上向下和向上发生，使得向下辐射的光由基板反射，并且该反射光使得辐射光束为双峰的且显示出多峰态。

应当注意，图9a和图9b中的“k”代表光的波数，该光的波数的变化对应于改变光的波长、或改变行进方向上光的偏转角。在光偏转器中，期望的是波数k的这种改变较小。

(b)不对称形状应用于大直径圆孔的实施例模式

图10a至图10e示出了一实施例模式，其中在δ2r双周期性调制和根据v形布置的晶格阵列中大直径圆孔的侧壁为倾斜壁。图10a至图10e中示出的特征数据块(piece)反映了δ2r双周期性直径的直径差δ2r设为10nm、且倾斜壁的倾斜角θg在60°至90°的范围内变化的情况。

图10a表示波数(2π/a)的归一化频率a/λ，图10b表示波长(μm)的群折射率，图10c表示波长(μm)的辐射系数(散射损失)(db/cm)，以及图10d表示波长(μm)的辐射比p上/p下。图10e表示截面形状。

根据图10d的辐射比的特征，当倾斜角θg落入60°至75°范围内时，向上辐射和向下辐射可以被偏转，但是与将小直径圆孔侧壁配置为倾斜壁的情况相比，辐射偏转的效果较小。

而且，满足辐射系数为10至100db/cm条件的倾斜角θg为75°至80°。倾斜角为80°的辐射比几乎为1:1，并且从上方到下方辐射的光束的功率将具有基本上相同的水平，使得这适合于需要在上下方向上辐射基本上相同水平的光束的应用。

(c)不对称形状应用于小直径圆孔和大直径圆孔二者的实施例模式

图11a至图11e示出了一实施例模式，其中在δ2r双周期性调制和根据v形布置的晶格阵列中，小直径圆孔和大直径圆孔的侧壁为倾斜壁。图11a至图11e中示出的特征数据块反映了δ2r双周期性直径的直径差δ2r设为10nm、且倾斜壁的倾斜角θg在60°至90°的范围内变化的情况。

图11a表示波数(2π/a)的归一化频率a/λ，图11b表示波长(μm)的群折射率，图11c表示波长(μm)的辐射系数(散射损失)(db/cm)，以及图11d表示波长(μm)的辐射比p上/p下。图11e表示截面形状。

根据图11d的辐射比的特征，当倾斜角θg落入60°至90°范围内时，辐射比不大于1，并且辐射主要向下发生。

而且，满足辐射系数为10至100db/cm条件的倾斜角θg为70°至80°。使用该倾斜角，可以获得是向上辐射两倍大的向下辐射，使得其可以应用于向下辐射。而且，可以通过不对称形状上下倒转的配置增加上方向中的辐射效率，且开口直径小的一侧向上定向。

5.1b：δ2r双周期性调制模式、横行阵列和倾斜壁

在以下描述中，在δ2r双周期性调制和横行阵列的晶格阵列中，在限定不对称截面形状的侧壁为倾斜壁的模式的情况下，将描述不对称形状应用于小直径圆孔的实施例。

图12示出了一实施例模式，其中在δ2r双周期性调制和横行阵列的晶格阵列中小直径圆孔的侧壁为倾斜壁。应当注意，在横行阵列中，成三角形地布置圆孔，并且小直径和大直径布置在正交于传播方向的横向方向。

在图12中，部分(a)为截面视图，图12的部分(b)为示意性立体图。在图12的实施例模式中，在横行中布置的晶格阵列中具有不同直径的圆孔之间，仅对于小直径圆孔，将侧壁设置为倾斜壁，使其截面形状为不对称的。

图13、图14a和图14b示出了在与图12相同的结构中倾斜角θg在75°至90°范围内的情况，其中图13的部分(a)表示波数(2π/a)的归一化频率a/λ，图13的部分(b)表示波长(μm)的群折射率，图13的部分(c)表示波长(μm)的辐射系数(散射损失)(db/cm)，以及图13的部分(d)表示波长(μm)的辐射比p上/p下。在图13中，符号s3表示在第三行上执行以便确保慢光的宽带低色散的晶格移动量。由于该晶格移动量s3与光辐射无关，所以晶格移动存在与否不会引起对本发明效果的显著影响。

根据图13的部分(d)的辐射比的特征，当倾斜角θg落入75°至85°范围内时，可以获得基本上2:1的比例。

图14a和图14b示出了射出的波束图案分析(ffp：远场图案)。图14a表示在图5的部分(d)中监控器-a中空气中的孔分布的ffp图案，图14b表示在图5的部分(d)中监控器-b中包覆材料中的孔分布的ffp图案。

参照图14a和图14b，如果倾斜壁的倾斜角θg落入75°至85°范围内，则与倾斜角θg为90°(垂直壁)的情况相比，辐射光束显示出高单峰态的趋势。应当注意，图14a和图14b中的“k”代表光的波数，该光的波数k的变化对应于光的波长的变化、或改变行进方向上光的偏转角。

在使用正常横行布置代替图7a至图9b中描绘的v形布置的模式中，与v形布置的情况相比，辐射光束的单峰态较低，且双峰态趋势加强。

5.1c：δ2r双周期性调制模式、v形布置和阶梯壁

在以下描述中，示出了一实施例模式，其中在δ2r双周期性调制和根据v形布置的晶格阵列中，限定不对称截面形状的侧壁为阶梯壁。

图15示出了一实施例模式，其中在δ2r双周期性调制和根据v形布置的晶格阵列中，第一至第十行的小直径圆孔的侧壁为阶梯壁。在此，作为阶梯壁，示出了逐步(stepwise)不对称的截面形状的实施例，其中，两个垂直壁通过水平壁耦合，并且低折射率部分具有通过厚度方向上的具有不同直径的两个圆柱的结合而获得的形状。

图15中，部分(a)为截面视图，图15的部分(b)为示意性立体图。在图15的实施例模式中，在以v形布置的晶格阵列中，在具有不同直径的小直径圆孔和大直径圆孔之间，仅对于小直径圆孔，将侧壁设置为阶梯壁，且使其截面形状为不对称的。

图16a至图16e示出了在与图15相同的结构中不对称阶梯状侧壁和特征数据的实施例。关于该不对称阶梯状侧壁，在小直径圆孔中，孔径小的一侧的直径设为205nm，孔径大的一侧的直径设为215nm。在阶梯状不对称侧壁的情况下，示出了孔径小的一侧上的垂直壁的厚度方向深度为“tg”、且“tg”为0nm至190nm的情况。

图16a表示波数(2π/a)的归一化频率a/λ，图16b表示波长(μm)的群折射率，图16c表示波长(μm)的辐射系数(散射损失)(db/cm)，以及图16d表示波长(μm)的辐射比p上/p下。图16e表示截面形状。根据图16d的辐射比的特征，当深度tg落入70nm至190nm范围内时，获得了基本上2:1或更高的比例。

图17a至图17e为在截面形状为阶梯状的结构中，通过倾斜壁和垂直壁的结合来配置小直径圆孔的实施例。关于小直径圆孔，厚度方向上的一侧(上侧)配置为具有倾斜角θg的漏斗形倾斜壁，另一侧(下侧)配置为圆柱形垂直壁，并因此限定了阶梯状截面形状。在此，示出了倾斜壁的深度为70nm的情况。

图17a表示波数(2π/a)的归一化频率a/λ，图17b表示波长(μm)的群折射率，图17c表示波长(μm)的辐射系数(散射损失)(db/cm)，以及图17d表示波长(μm)的辐射比p上/p下。图17e表示截面形状。

根据图17d的辐射比的特征，当倾斜角θg为50°至85°时，可以获得基本上1.5:1或更高的比例；且当倾斜角θg为65°至80°时，获得了基本上2:1或更高的比例。

5.2：δa双周期性调制模式(第一行)、v形布置和倾斜壁

在以下描述中，示出了一实施例模式，其中在根据v形布置的晶格阵列中，一个周期性阵列相对于第一行中的另一周期性阵列在位置上偏转，并且重复长光栅栅距和短光栅栅距以配置δa双周期性调制，除此以外，关于δa双周期性调制的一个周期性阵列的圆孔，限定不对称截面形状的侧壁设置为倾斜壁。

参照图18，仅对于靠近波导的第一行执行δa双周期性调制，并且圆孔以重复的长光栅栅距和短光栅栅距布置，并且进一步地，在第一行中，仅位置上偏移的圆孔的侧壁、或仅位置上不偏移的圆孔的侧壁设置为倾斜壁。参照图18，部分(a)为截面视图，图18的部分(b)为示意性立体图。在图18的实施例模式中，在以v形布置的晶格阵列中的以长光栅栅距和短光栅栅距布置在第一行中的相同直径圆孔之间，仅对于一个周期性阵列的圆孔，将侧壁配置为倾斜壁，并使其截面形状为不对称的。

图19、图20a和图20b示出了在与图18相同的结构中倾斜角θg在75°至90°范围内的情况，其中图19的部分(a)表示波数(2π/a)的归一化频率a/λ，图19的部分(b)表示波长(μm)的群折射率，图19的部分(c)表示波长(μm)的辐射系数(散射损失)(db/cm)，以及图19的部分(d)表示波长(μm)的辐射比p上/p下。

根据图19的部分(d)的辐射比的特征，当倾斜角θg落入75°至85°范围内时，可以获得基本上1:1或更高的比例。

图20a和图20b示出了射出的波束图案分析(ffp：远场图案)。图20a表示在图5的部分(d)中监控器-a中空气中的孔分布的ffp图案，图20b表示在图5的部分(d)中监控器-b中包覆材料中的孔分布的ffp图案。

参照图20a和图20b，在倾斜壁的倾斜角θg落入75°至85°范围内的情况下，与倾斜角θg为90°(垂直壁)的情况相比，辐射光束显示出单峰态的趋势。应当注意，图20a和图20b的“k”代表光的波数，该光的波数的变化对应于光的波长在变化、或改变行进方向上光的偏转角。

5.3：不对称性对辐射的贡献范围

接下来，在对于经历双周期性调制的光子波导、不对称截面形状通过倾斜壁来提供的配置中，将描述有助于辐射的布置范围。

图21示出了在晶格阵列的第一至第十行配置为经历双周期性调制的情况下的辐射组件的强度分布，其中小直径圆孔的侧壁设置为倾斜壁，以便限定不对称的截面形状。

在图21中，部分(a)和(b)示出了根据v形布置的晶格阵列中第一至第十行经历δ2r双周期性调制、且倾斜角θg设为对应于垂直壁的角度的90°的情况，和倾斜角θg设为80°的情况；图21的部分(c)和(d)示出了正常横行布置的晶格阵列中第一至第十行经历δ2r双周期性调制、且倾斜角θg设为对应于垂直壁的角度的90°的情况，和倾斜角θg设为80°的情况；图21的部分(e)和(f)示出了仅晶格阵列中的第一行经历δa双周期性调制、且倾斜角θg设为对应于垂直壁的角度的90°的情况，和倾斜角θg设为80°的情况。

通过在辐射束强度上执行傅里叶逆变换、并因此将它们转换成波导上的模式图案，来获得图21的辐射组件的电场强度分布。该模式图案用作用于确定在哪个模式中找到有助于辐射束的组件的指示物。在图21的部分(a)至部分(f)的每种情况下，模式图案存在于从中心波导到外部的圆孔线性行中的约三行范围内，并且该图表示双周期性调制在该范围内有效运行。应当注意，在图21中，由于波数k为0.39和0.41的模式图案不在用作光偏转器的范围内，因此波数k为0.43至0.49的模式图案在光偏转器方面是有意义的。

同样地，根据图21的部分(a)至(f)的辐射组件的电磁场强度分布，从形成波导的线性缺陷至第三行的传播方向上的线性行有助于辐射，而无需依靠侧壁的倾斜角θg。

(6.单峰态)

在以下描述中，将在δ2r双周期性调制情况和δa双周期性调制情况的情况下，描述辐射光束的束形状，该辐射光束的束形状由相对于低折射率部分的厚度方向是不对称的不对称截面形状导致。

6a：δ2r双周期性调制

图22表示当对于圆孔晶格阵列中各种圆孔行引入δ2r双周期性调制、且小直径圆孔的侧壁倾斜角θg倾斜85°时观察到的波束图案(辐射光的正常强度)。作为引入δ2r双周期性调制的行，图22示出了以下实施例：(a)仅第一行、(b)仅第二行、(c)仅第三行、(d)第一至第三行、(e)第二和第三行、(f)第一至第五行、(g)第一和第三行、(h)第一和第二行、以及(i)第一行及第三至第五行。在图22的部分(a)至部分(i)中，左侧两个子部分表示空气中的孔分布，右侧两个子部分表示包覆材料中的孔分布。而且，在图22的部分(a)至(i)中，图5的z方向和x方向中的辐射光的归一化强度分别由和θ表示。

应当注意，在图22描绘的波束图案中，由于来自顶部的第一和第二波束图案的辐射条件不在用作光偏转器的范围内，因此来自顶部的第三和后续的波束图案是可用的。

在这些实施例中，由框包围的(b)、(d)、(e)和(f)的实施例表示显示出相当强的单峰态的辐射光束。所有这些实施例描绘了双周期性调制被引入第二圆孔行的情况。

图23示出了在图22所示的实施例的情况下、相对于波长的辐射比p上/p下。图23表示，在每种配置的情况下，辐射比为2:1至3:1，并且向上辐射约为可获得的辐射的两倍至三倍。

而且，根据图22和图23，通过第二行圆孔行的双周期性调制的引入，在将波束形状保持在适当水平的情况下，辐射比可以增加，并且单向辐射可以改进。

6b：δa双周期性调制

图24示出了在圆孔的晶格阵列中，当δa双周期性调制被引入至各种圆孔行且小直径圆孔的侧壁倾斜角θg设为85°时所观察到的波束图案。

作为δa双周期性调制的引入行，图24示出了以下实施例：(a)第一行(δa＝-10nm)、(b)第一行(δa＝+10nm)、(c)第二行(δa＝-10nm)、(d)第二行(δa＝+10nm)、(e)第三行(δa＝-10nm)、(f)第三行(δa＝+10nm)、(g)第一至第三行(δa＝-10nm)、(h)第一至第三行(δa＝+10nm)、(i)第一和第二行(δa＝-10nm)、(j)第一和第二行(δa＝+10nm)、(k)第一和第三行(δa＝+10nm)、以及(l)第二和第三行(δa＝+10nm)。

在图24的部分(a)至(l)中，左侧两个子部分表示空气中的孔分布，右侧两个子部分表示包覆材料中的孔分布，且以传播方向用作正向侧来限定δa移动方向。而且，在图24的部分(a)至(i)中，图5的z方向和x方向中的辐射光的归一化强度分别由(phi)和θ(theta)表示。应当注意，在图24描绘的波束图案中，由于来自顶部的第一和第二波束图案的辐射条件不在用作光偏转器的范围内，因此来自顶部的第三和后续的波束图案是可用的。

在这些实施例中，仅对于由框包围的部分(c)和部分(d)的第二行引入双周期性调制的实施例表示，这接近于具有较少依赖于波数的单峰态的辐射光束。

(7通过引入偶数行的双周期性调整的多周期调整)

在以下描述中，将描述多周期调整，其中除以上描述的δ2r双周期性调整或δa双周期性调整外，传播方向上偶数晶格行的孔径被双周期性地调整。

7a：δ2r双周期性调制模式、倒v形布置、和引入到偶数行的双周期性

图25、图26a和图26b表示多周期性调制的实施例，其中，在δ2r双周期性调制和倒v形布置的晶格阵列中，小直径圆孔的侧壁设置为具有80°倾斜角θg的倾斜壁，并且进一步地，传播方向上的偶数晶格行的孔径被双周期性地调整。

在图25中，部分(a)表示波数(2π/a)的归一化频率a/λ，部分(b)表示波长(μm)的群折射率，部分(c)表示波长(μm)的辐射系数(散射损失)(db/cm)，部分(d)表示波长(μm)的辐射比p上/p下。

图26a和图26b示出了射出的波束图案分析(ffp：远场图案)。图26a表示在图5(d)中监控器-a中空气中的孔分布的ffp图案，图26b表示在图5(d)中监控器-b中包覆材料中的孔分布的ffp图案。

另外，在多周期性调整中，除双周期性调整外，在布置在横行的圆孔中，传播方向上偶数晶格行的孔径被双周期性地扩大和减小，以在其上执行周期调整。

在图25中示出的晶格阵列的双周期性调整中，小直径圆孔和大直径圆孔以倒v形布置，小直径圆孔的侧壁设置为倾斜壁，并因此将单向辐射性能赋予辐射光束。在该晶格阵列中，关于在与传播方向正交的一个横行方向上对齐的小直径圆孔行和大直径圆孔行，传播方向上偶数晶格行的孔径被双周期性地扩大或减小，以在其上执行第三周期调整。借此，除双周期性调整外，执行传播方向上偶数晶格行的孔径被双周期性地调整的多周期调整。

在图25描绘的晶格阵列中，在一行中横向对齐的一系列小直径圆孔行和大直径圆孔行中，关于圆孔孔径被扩大或减小的圆孔，圆孔的周长用粗线表示。

应当注意，在晶格阵列中，当相同直径圆孔的光栅常数为“a”时，传播方向上偶数晶格行的光栅常数满足光子晶体的原始光栅常数a。

根据图25的部分(d)的辐射比特征，以与在侧壁设置为图8的部分(d)中所描绘的倾斜壁的辐射比情况中相同的方式，当倾斜角θg落入75°至85°范围内时，可以获得基本上2:1的比例。

图26a和图26b示出了当调整前小直径和大直径分别设为205nm和215nm、且执行直径调整的大直径圆孔的孔径2rg设为200nm至250nm时所观察到的辐射光束。

图26a和图26b表示，如果执行偶数晶格行的双周期性孔径调整，则与不在属于偶数行且侧壁为倾斜壁的孔上执行双周期性孔径调整的情况相比，使辐射光束的波束形状为单峰态(图8所描绘的实施例)。

而且，图25部分(c)的辐射系数(散射损失)和图25部分(d)的辐射比p上/p下表示，可以在相对于波长变化维持辐射系数的情况下，调整向上辐射和向下辐射的比例。

7b：δ2r双周期性调制模式、正常横行布置、和偶数晶格行的孔径的双周期性

图27a、图28a和图28b示出了一实施例，其中在δ2r双周期性调制和正常横行布置的晶格阵列中，小直径圆孔的侧壁设置为倾斜角θg为80°的倾斜壁，且进一步地，传播方向上偶数晶格行的孔径被双周期性地调整。δ2r为10nm。

图27的部分(a)表示波数(2π/a)的归一化频率a/λ，图27的部分(b)表示波长(μm)的群折射率，图27的部分(c)表示波长(μm)的辐射系数(散射损失)(db/cm)，以及图27的部分(d)表示波长(μm)的辐射比p上/p下。

图28a和图28b示出了射出的波束图案分析(ffp：远场图案)。图28a表示在图5(d)中监控器-a中空气中的孔分布的ffp图案，图28b表示在图5(d)中监控器-b中包覆材料中的孔分布的ffp图案。

在多周期调整中，除双周期性调整外，进一步地，在布置在横行的圆孔中，传播方向上偶数晶格行的孔径被双周期性地扩大和减小，以在其上执行周期调整。

在图27示出的晶格阵列的双周期性调整中，小直径圆孔和大直径圆孔以正常横行布置，小直径圆孔的侧壁设置为倾斜壁，以将单向辐射性能赋予辐射光束。在该晶格阵列中，关于在与传播方向正交的横向方向中对齐的小直径圆孔行和大直径圆孔行，传播方向上偶数晶格行的孔径被双周期性地扩大和减小，以在其上执行第三周期调整。借此，除双周期性调整外，执行传播方向上偶数晶格行的孔径被双周期性地调整的多周期调整。

在图27描绘的晶格阵列中，在一行中横向对齐的一系列小直径圆孔行和大直径圆孔行中，关于圆孔孔径被扩大或减小的圆孔，圆孔的周长用粗线表示。

应当注意，在晶格阵列中，当相同直径圆孔的光栅常数为“a”时，传播方向上偶数晶格行的晶格周期满足光栅常数a。

图27部分(c)的辐射系数(散射损失)和图27部分(d)的辐射比p上/p下表示，可以在相对于波长变化维持辐射系数的情况下，调整向上辐射和向下辐射的比例。

图28a和图28b示出了当调整前小直径和大直径分别设为205nm和215nm、且执行直径调整的大直径圆孔的孔径2rg设为200nm至250nm时所观察到的辐射光束。

7c：δa双周期性调制模式、第一行、以及偶数晶格行的孔径的双周期性模式

图29、图30a和图30b示出了多周期性调制的实施例，其中在正常横行布置的晶格和δa双周期性调制中，仅移动第一行，移动的圆孔的侧壁设置为倾斜角θg为80°的倾斜壁，且进一步地，传播方向上的偶数晶格行的晶格周期被双周期性地调整。

在图29中，部分(a)表示波数(2π/a)的归一化频率a/λ，图29的部分(b)表示波长(μm)的群折射率，图29的部分(c)表示波长(μm)的辐射系数(散射损失)(db/cm)，以及图29的部分(d)表示波长(μm)的辐射比p上/p下。

图30a和图30b示出了射出的波束图案分析(ffp：远场图案)。图30a表示在图5(d)中监控器-a中空气中的孔分布的ffp图案，图30b表示在图5(d)中监控器-b中包覆材料中的孔分布的ffp图案。

在多周期调整中，除圆孔的线性布置从波导到第一行移动δa的量的双周期性调整外，在布置在横行的圆孔中，传播方向上偶数晶格行的孔径被双周期性地扩大和减小，以在其上执行周期调整。

在图29示出的晶格阵列的双周期性调整中，布置有小直径圆孔和大直径圆孔、且以正常横行布置，小直径圆孔的侧壁设置为倾斜壁，以将单向辐射性能赋予辐射光束。在该晶格阵列中，关于在与传播方向正交的横向方向中对齐的小直径圆孔行和大直径圆孔行，传播方向上偶数晶格行的孔径被双周期性地扩大和减小，以在其上执行第三周期调整。借此，除双周期性调整外，执行传播方向上偶数晶格行的孔径被双周期性地调整的多周期调整。

在图29描绘的晶格阵列中，在一行中横向对齐的一系列小直径圆孔行和大直径圆孔行中，关于圆孔孔径被扩大或减小的圆孔，圆孔的周长用粗线表示。

应当注意，在晶格阵列中，当相同直径圆孔的光栅常数为“a”时，传播方向上的偶数晶格行的晶格周期满足光栅常数a。

图29部分(c)的辐射系数(散射损失)和图29部分(d)的辐射比p上/p下表示，可以在相对于波长变化维持辐射系数的情况下，调整向上辐射和向下辐射的比例。

图30a和图30b示出了当调整前小直径和大直径分别设为205nm和215nm时所观察到的辐射光束，并且执行直径调整的大直径圆孔的孔径2rg设为200nm至250nm。

7d：δa双周期性调制、第一行、和贯穿偶数行的圆孔的双周期性衍射光栅(浅图案化衍射光栅)

图31、图32a和图32b示出了一实施例，其中在正常横行布置的晶格阵列及δa双周期性调制中，通过仅将第一行移动δa的量、并从而执行双周期性调整、且进一步地通过贯穿传播方向上偶数晶格行的双周期性圆孔的浅图案化衍射光栅来执行周期调整，来执行多周期性调制。

关于浅图案化衍射光栅，通过浅切割高折射率构件和低折射率部分的上表面来配置衍射光栅，低折射率部分通过在其上执行蚀刻来构成晶格阵列。图31示出了两种模型，即浅图案化衍射光栅的模型a和模型b。关于模型a，衍射光栅的传播方向上一行的宽度对应于圆孔横向的一行，并且衍射光栅的行以双周期性间隔布置。而且，关于模型b，衍射光栅的传播方向上一行的宽度对应于两行圆孔横行，并且衍射光栅的行以双周期性间隔布置。模型a和模型b相对于彼此具有切割图案被倒转的关系。

在模型a和模型b中，暗影区域表示浅图案化部分。切割的深度例如为70nm。而且，在此，δa双周期性调整的移动δa为10nm。

在图31中示出的晶格阵列的多周期调整中，除圆孔的线性布置从波导到第一行移动了δa的量的双周期性调整外，进一步地，通过浅图案化衍射光栅执行周期调整，该浅图案化衍射光栅贯穿在传播方向延伸的偶数晶格行的双周期性圆孔。借此，除双周期性调整外，通过贯穿沿偶数晶格行延伸的双周期性圆孔的衍射光栅，来执行多周期调整。

在图31中，部分(a)表示波数(2π/a)的归一化频率a/λ，图31的部分(b)表示波长(μm)的群折射率，图31的部分(c)表示波长(μm)的辐射系数(散射损失)(db/cm)，以及图31的部分(d)表示波长(μm)的辐射比p上/p下。

图32a和图32b示出了射出的波束图案分析(ffp：远场图案)。图32a表示在图5的部分(d)中监控器-a中空气中的孔分布的ffp图案，图32b表示在图5的部分(d)中监控器-b中包覆材料中的孔分布的ffp图案。在图32a和图32b中，左侧部分表示空气中的孔分布，右侧部分表示包覆材料中的孔分布。

图31部分(c)的辐射系数(散射损失)和图31部分(d)的辐射比p上/p下表示，可以在相对于波长变化维持辐射系数的情况下，调整向上辐射和向下辐射的比例。

根据图31的部分(d)的辐射比，将领会到，辐射比在模型a和模型b中由于倒转的切割图案而倒转，并且背反射在模型b中执行。而且，根据图32a和图32b的射出的波束图案，将领会到，在模型b的背反射中也可以获得合适的单峰态波束。

(8.浅图案化衍射光栅)

将使用图33a至图35来描述浅图案化衍射光栅的实施例。

图33a和图33b示出了浅图案化衍射光栅，并且阴影部分表示的表面被浅切割以形成浅图案化部分。在图33a和图33b中，浅图案化部分由填充的(filled)图案形状表示，并且未被浅图案化的部分由阴影的图案形状表示。图33a和图33b示出了浅图案化部分相对于彼此倒转的状态。图34为图33a的浅图案化衍射光栅的立体图。

图34示出了在与传播方向正交的横向方向中被浅图案化的浅图案化衍射光栅，图35示出了在相对于传播方向倾斜的倾斜方向上被浅图案化的浅图案化衍射光栅。

应当注意，本发明并不限于以上描述的实施方式。基于本发明的主旨可以做出各种修改，并且这样修改的实施方式不排除在本发明范围之外。

工业实用性

在以上描述的实施例中，将si设想为构成光偏转装置的光子晶体波导的高折射率构件，因此使用近红外波长范围内的光，但是可以使用可见光材料作为构成光偏转装置的高折射率构件来实施该技术。并且，本发明的光偏转装置可以安装在汽车、无人机、机器人等中，并且可以安装在个人电脑(pc)和智能手机中，以便在可容易地捕获周围环境的图像的3d扫描器、监控系统、光学开关和用于数据中心的空间矩阵光学开关等上实施。

本申请要求基于2017年8月24日提交的2017-160825号日本专利申请的优先权，其全部内容通过引用合并于此。

附图标记列表

a光栅常数

k波数

δa移动

δ2r直径差

θg倾斜角

1光偏转装置

2光子晶体波导

2r1直径

2r2直径

2rg孔径

3晶格阵列

10高折射率构件

11低折射率部分

12波导芯

13包覆

14box

15基板

20圆孔

21小直径圆孔

22大直径圆孔。