WO2005104293A1

WO2005104293A1 - フォトニック結晶デバイス

Info

Publication number: WO2005104293A1
Application number: PCT/JP2005/007014
Authority: WO
Inventors: Ushio Sangawa; Tomoyasu Fujishima; Hiroshi Kanno; Kazuyuki Sakiyama
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 2004-04-21
Filing date: 2005-04-11
Publication date: 2005-11-03
Also published as: US20090274433A1; JPWO2005104293A1; US7280736B2; CN101562267B; JP3847330B2; US7764861B2; US7574098B2; CN101562267A; CN100507634C; US20080272859A1; US20060045460A1; CN1774834A

Abstract

　本発明のフォトニック結晶デバイスは、第１の面内において誘電率が周期的に変化する第１の格子構造を有する第１の誘電体基板１０４と、第２の面内において誘電率が周期的に変化する第２の格子構造を有する第２の誘電体基板１０５と、第１の格子構造と第２の格子構造との間の相対的な配置関係を変化させることにより、第１の格子構造および第２の格子構造によって形成されるフォトニックバンド構造を変化させる可動部（ピボット３０３）とを備え、第１の誘電体基板１０４および第２の誘電体基板１０５が積層されている。

Description

明細書

フォトニック結晶デバイス

技術分野

[0001] 本発明は、可変フォトニック結晶構造を備えるフォトニック結晶デバイスに関している。

背景技術

[0002] 1〜3次元格子を有する種々のフォトニック結晶が報告されて!、る。最も単純な構造を有するフォトニック結晶は、誘電率が相互に異なる 2種類の誘電体薄膜を交互に積層することによって作製されて、る。

[0003] 図 28を参照しながら、非特許文献 1に開示されている 1次元フォトニック結晶の構成を説明する。図示されている 1次元フォトニック結晶 1201は、交互に積層された低誘電率層 1202および高誘電率層 1203を有して!/ヽる。低誘電率層 1202および高誘電率層 1203は、電磁波 1204を透過する誘電材料から形成されて、る。

[0004] 図 28の例では、フォトニック結晶の単位格子 (格子定数 a)がー対の低誘電率層 12 02および高誘電率層 1203によって形成されており、複数の単位格子が z軸方向に沿って配列することにより、 1次元の周期構造が形成されている。

[0005] 以下、 1次元フォトニック結晶 1201の動作を説明する。

[0006] z軸方向に伝播してきた電磁波 1204が 1次元フォトニック結晶 1201の下面に垂直に入射すると、電磁波 1204の周波数によっては 1次元フォトニック結晶 1201を透過することができな、。このように電磁波 1204が透過できな、周波数域 (禁止周波数帯）は、フォトニックバンドギャップ（Photonic Band Gap: PBG)と称される。 PBGは、通常の結晶内における電子のバンドギャップに類した性質を有しており、フォトニック結晶の構造に依存する。 1次元フォトニック結晶 1201における PBGの周波数帯は、低誘電率層 1202および高誘電率層 1203の誘電率、ならび格子定数 aの大きさに依存して変化する。

[0007] PBGが現れる理由は、以下の通りである。

[0008] 1次元フォトニック結晶 1201における低誘電率相 1202と高誘電率の相 1203との界面では、入射した電磁波 1204の一部が反射され反射波が生成される。 1次元フォトニック結晶 1201には多数の界面が存在するので、多数の反射波が生じる。電磁波 1204の波長と格子間隔 aが整合し、反射波が同位相で重ね合わせられる場合、各反射波は干渉し、減衰することなく強め合うことになる。この場合に、電磁波 1204の伝搬方向に沿って充分に多くの単位格子が存在していると、入射した電磁波 1204 は略完全に反射されることになる。より詳細には、ある界面力も反射波と、その界面に隣接する他の界面力の反射波との間に存在する位相差が ± 2 πの整数倍となるとき、電磁波 1204の各界面からの反射波は全て強め合い、フォトニック結晶 1201全体として強い反射波を生じることになる。

[0009] 十分な個数の単位格子を配置すれば、フォトニック結晶 1201は、受動回路であることとエネルギ保存則より、透過波はゼロとなるため、 PBGが形成される。

[0010] フォトニック結晶の特徴は、光学分野のみならず、様々な方面で適用されている。

例えば、高周波分野においては、アンテナの放射特性の改善や、線路間のクロストークの低減構造として適用されつつある。

[0011] 誘電体基板上に導電体パターンを形成したマイクロストリップアンテナの特性をフォトニック結晶によって改善することが検討されて、る。通常のマイクロストリップアンテナでは、その強い Ε面指向性により、誘電体基板の表面に平行な方向に放射される電磁波の電界成分が誘電体基板の表面波モードと結合しやすい。このため、放射に寄与しない電力漏洩が生じやすぐ誘電体基板のエッジで回折波を生じるので、アンテナ指向性が乱れるという問題がある。

[0012] このような問題を解決するには、フォトニック結晶をアンテナ周囲に配置することが有効である。 PBGをアンテナの動作周波数に一致させておけば、誘電体基板の表面に平行な方向には電磁波が伝搬することができないため、放射に寄与しない電力漏洩を抑制することが可能である。

非特許文献 1： JohnD. Joannopoulos、 RobertD. MeadeandJoshuaN. Winn著、藤井壽崇、井上光輝共訳「フォトニック結晶一光の流れを型にはめ込む一」、コロナ社、 2000年 10月 23日発行初版第 1刷、 ISBN4- 339- 00727- 7、 42頁図 3 発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0013] し力しながら、従来のフォトニック結晶には、格子定数 aを動的に変化させることができないという問題がある。すなわち、 PBGの出現周波数を随時変化させることができない。

[0014] 本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、 P BGの出現周波数帯を容易に変化させることができるフォトニック結晶デバイスを提供することにある。

課題を解決するための手段

[0015] 本発明のフォトニック結晶デバイスは、第 1の面内において誘電率が周期的に変化する第 1の格子構造（a first lattice structure)を有する第 1の誘電体基板と、第 2の面内において誘電率が周期的に変化する第 2の格子構造（a second lattice structure )を有する第 2の誘電体基板と、前記第 1の格子構造と前記第 2の格子構造との間の相対的な配置関係を変化させることにより、前記第 1の格子構造および前記第 2の格子構造によって形成されるフォトニックバンド構造を変化させる可動部とを備え、前記第 1の誘電体基板および前記第 2の誘電体基板が積層されている。

[0016] 好ましい実施形態において、前記第 1および第 2の誘電体基板の少なくとも一方に対向する位置に配置された第 3の誘電体基板を更に備えている。

[0017] 好ま、実施形態にぉ、て、前記第 3の誘電体基板は、誘電体層と、前記誘電体層に支持された導体パターンとを有して、る。

[0018] 好ましい実施形態において、接地導体層を更に備え、前記第 1および第 2の誘電体基板の少なくとも一方は、前記第 3の誘電体基板と前記接地導体層との間に位置している。

[0019] 好ましい実施形態において、前記導体パターンの少なくとも一部はマイクロストリツプ線路として機能する。

[0020] 好ま、実施形態にぉ、て、前記導体パターンの少なくとも一部はマイクロストリツプアンテナとして機能する。

[0021] 好ましい実施形態において、前記可動部は、前記第 1および第 2の誘電体基板の少なくとも一方を回転させることができる。

[0022] 好ま、実施形態にぉ、て、前記可動部は、前記第 3の誘電体基板を回転させることができる。

[0023] 好ましい実施形態において、前記可動部によって回転させられる誘電体基板は円板形状を有している。

[0024] 好ましい実施形態において、前記可動部はモータを有している。

[0025] 好ましい実施形態において、前記第 1および第 2の格子構造は、それぞれ、前記第

1および第 2の誘電体基板上に設けられた導体パターンから形成されている。

[0026] 好ましい実施形態において、前記第 1および第 2の格子構造は、それぞれ、前記第

1および第 2の誘電体基板に形成された凹凸パターン力形成されている。

[0027] 好ましい実施形態において、前記第 1および第 2の格子構造は、それぞれ、 1次元格子である。

[0028] 好ましい実施形態において、前記第 1および第 2の格子構造は、それぞれ、異なる方位に配列した複数の 1次元格子の組み合わせである。

[0029] 好ましい実施形態において、前記第 1および第 2の格子構造は、それぞれ、前記面内で湾曲した曲線パターンを含んでいる。

[0030] 好ま、実施形態にお!、て、前記第 1および第 2の誘電体基板は、前記面内の領域ごとに異なる格子構造を有している。

[0031] 好ましい実施形態において、前記第 1および第 2の誘電体基板の少なくとも一方は電磁波を伝播させる導体線路を有して!/、る。

発明の効果

[0032] 本発明のフォトニック結晶デバイスは、格子構造を有する少なくとも 2枚の誘電体基板の相対的な配置関係を変化させることができるため、複合した格子構造によって形成されるフォトニックバンド構造を動的に制御することが可能になる。これにより、フォトニックバンド構造の出現する周波数帯を自由に変化させることができるようになる。図面の簡単な説明

[0033] [図 1]本発明の実施形態 1におけるフォトニック結晶デバイスを示す斜視図である。

[図 2]本発明の実施形態 1におけるフォトニック結晶デバイスの格子パターンを示す平面図である。

圆 3]本発明の実施形態 1におけるフォトニック結晶デバイスの具体的構成例を模式的に示す図である。

圆 4]本発明の実施形態 1におけるフォトニック結晶デバイスの格子パターンを示す平面図であり、 (a)は、 ( 0 1、 0 2) = (45° 、45° )の場合を示し、（b)は（0 1、 Θ 2) = (67. 5° 、67. 5° )の場合を示し、（c)は（0 1、 Θ 2) = (22. 5° 、 22. 5° )の場合を示している。

圆 5]図 3に示す格子パターンが高周波信号に及ぼす通過損失の周波数依存性を示すグラフである。

圆 6]本発明の実施形態 1における 1次元格子基板の斜視図である。

圆 7]本発明の実施形態 1における 1次元格子基板の他の例を示す斜視図である。圆 8]本発明の実施形態 1におけるフォトニック結晶デバイスが有する 2次元格子バターンの微細構造を示す平面図である。

[図 9]本発明の実施形態 1におけるフォトニック結晶の 2次元格子パターンを示した平面図である。

[図 10]本発明の実施形態 1におけるフォトニック結晶の 2次元格子パターンの他の例を示した平面図である。

圆 11]本発明の実施形態 2における格子回転機構を示す斜視図である。

圆 12]手を動力源とする格子回転の回転方法を示す斜視図である。

圆 13]本発明の実施形態 3における格子回転機構を示す斜視図である。

圆 14]本発明の実施形態 4における格子回転機構を示す斜視図である。

圆 15]本発明の実施形態 5における格子回転機構を示す斜視図である。

圆 16]本発明の実施形態 6における格子回転機構を示す斜視図である。

圆 17]本発明の実施形態 7におけるフォトニック結晶デバイスを示す斜視図である。圆 18]本発明の実施形態 8におけるフォトニック結晶デバイスを示す斜視図である。圆 19]本発明の実施形態 9におけるフォトニック結晶デバイスを示す斜視図である。圆 20]本発明の実施形態 9におけるフォトニック結晶デバイスを内蔵する装置の構成を示す斜視図である。圆 21]本発明の実施形態 9におけるフォトニック結晶デバイスの改変例を示す斜視図である。

圆 22]本発明の実施形態 9におけるフォトニック結晶デバイスの他の改変例を示す斜視図である。

圆 23]本発明の実施形態 10におけるフォトニック結晶デバイスを示す斜視図である。

[図 24] (a)、 (b)、および (c)は、それぞれ、本発明の実施形態 10における回路基板の種々の例を示す斜視図である。

[図 25] (a)、（b)、（c)、および (d)は、それぞれ、本発明の実施形態 10におけるフォトニック結晶デバイスの改変例を示す斜視図である。

[図 26] (a)、（b)、（c)、および (d)は、それぞれ、本発明の実施形態 10におけるフォトニック結晶デバイスの他の改変例を示す斜視図である。

[図 27]本発明の実施形態 10におけるフォトニック結晶デバイスの更に他の改変例を示す斜視図である。

[図 28]従来の 1次元フォトニック結晶を示す斜視図である。

符号の説明

101 フォトニック結晶デバイス

102 回路基板 (第 3の誘電体基板）

103 導体線路

104 第 1格子基板 (第 1の誘電体基板)

105 第 2格子基板 (第 2の誘電体基板)

106 接地板

301 誘電体基板

302 回転格子

303 ピボット

304 すり割

3101 手

3201 固定軸

3202 ピボット 3203 クランク

3204 モータ

3301 小平歯車

3302 大平歯車

3401 ウォームギア

3501 超音波モータ

3601 MEMSモータ

3602 ワイヤボンディング

3603 マザ一ボード

3604 小型可変フィルタ

701 アンテナ

1301 小型基板

1302 ミリ波 IC

1303 キャップ

1401 コプレナ線路

1501 スロット線路

1601 1次元格子構造

1701 ビアホーノレ

1201 従来の 1次元フォトニック結

1202 低誘電率層

1203 高誘電率層

1204 電磁波

発明を実施するための最良の形態

[0035] 本発明のフォトニック結晶デバイスは、第 1の面内において誘電率が周期的に変化する第 1の格子構造を有する第 1の誘電体基板と、第 2の面内において誘電率が周期的に変化する第 2の格子構造を有する第 2の誘電体基板とを備えている。

[0036] 本発明では、第 1および第 2の格子構造の組み合わせ (積層）によってフォトニックバンド構造を形成し、しかも、このフォトニックバンド構造を動的に変化させることができる。より詳細に説明すると、本発明のフォトニック結晶デバイスは、積層された第 1の格子構造と第 2の格子構造との間の相対的な配置関係を変化させ得る可動部を備えており、第 1の格子構造と第 2の格子構造との間の相対的な配置関係を調節することにより、上記のフォトニックバンド構造を変化させることを可能にしている。

[0037] 好ましい実施形態では、第 1および第 2の誘電体基板の少なくとも一方が回転可能な状態にある。第 1および第 2の誘電体基板は、例えば表面に導体線が周期的に配列された 1次元または 2次元の格子構造を有している力他の周期的構造を有していてもよい。

[0038] 本明細書では、上述の第 1および第 2の誘電体基板を、それぞれ、「第 1格子基板」および「第 2格子基板」と称する場合がある。ここで、「格子基板」とは、表面に平行な方向に周期的に実効的な誘電率が変化する基板を広く含むものとする。この周期は、本発明のフォトニック結晶デバイスの動作周波数に応じて規定される。より詳細には、上記の周期は、フォトニック結晶デバイスの使用状況に基づいて後述の諸式を用いて決定される設計パラメータである。この周期は、動作周波数の上限値において、フオトニック結晶デバイス中を通過する電磁波の実効的伝搬波長の半分以下に設定される。

[0039] なお、誘電体基板の表面に平行な一定の方向に沿って周期的に実効誘電率が変化する格子基板を、「1次元格子基板」と称することとする。誘電体基板の表面を複数の領域に区分した場合において、各領域で異なる方向に沿って実効誘電率が周期的に変化する格子基板も、本明細書では「1次元格子基板」と称することとする。

[0040] 以下、図面を参照しながら、本発明によるフォトニック結晶デバイスの好ま、実施形態を説明する。

[0041] (実施形態 1)

まず、図 1を参照しながら、本発明によるフォトニック結晶デバイスの第 1の実施形態を説明する。図 1は、本実施形態のフォトニック結晶デバイス 101の概略構成を示す斜視図である。

[0042] フォトニック結晶デバイス 101は、 4つの板状または層状の部材 (以下、「板状部材」という。）が積層された構造を有している。 4つの板状部材は、それぞれ、回路基板（厚さ: tl) 102、第 1格子基板 (厚さ: t2) 104、第 2格子基板 (厚さ: t3) 105、および接地板 106である。図 1では、板状部材のそれぞれが広く離れているように記載されているが、実際には、これらの部材は近接または接触する状態で配置される。

[0043] 回路基板 102は、誘電体ベース (誘電体層）と、その上面に形成された直線状の導体線路 103とを有している。第 1および第 2格子基板 104、 105は、いずれも、誘電体ベース (誘電体層）と、一方の面に設けられた 1次元格子とを有している。接地板 106 は、金属などの導電性材料から形成されている。

[0044] 回路基板 102、第 1格子基板 104、および第 2格子基板 105の厚さ tl、 t2、および t3は、次の式（1)を満足するように決定される。

tl +t2+t3<h =6. 74tan— ¹ ε Z (f { ε —1 }^1/2) · · · (式 1) max r r

[0045] ここで、 f [GHz]は、本発明のフォトニック結晶デバイスの動作周波数の上限値であり、 ε 各基板の平均誘電率である。

[0046] tl、 t2、 t3の上限は上記の式 1に基づいて決定される力下限は機械的強度によつて規定される。誘電体ベースが極端に薄くなりすぎると、基板の機械的強度が著しく低下するためである。

[0047] 回路基板 102、第 1格子基板 104、および第 2格子基板 105における誘電体べ一スは、誘電損失によるエネルギ散逸を抑制するため、動作周波数で低い誘電損失を示す誘電体材料から形成されることが好まヽ。周波数がミリ波帯の高周波信号を本実施形態のフォトニック結晶デバイスで処理する場合、基板 102、 104、 105の誘電体材料は、例えば、フッ素榭脂、アルミナセラミックス、溶融石英、サファイア、高抵抗シリコン、および GaAsから好適に選択される。基板 102、 104、 105の表面で発生する平行平板モードの電磁波の電力漏洩を抑制するためには、積層される基板 102、 104、 105の誘電体ベースは、いずれも、同一の誘電率および透磁率を有していることが好ましい。

[0048] 回路基板 102の導体線路 103は、接地板 106をグランドとするマイクロストリップ線路として動作する。図 1のフォトニック結晶デバイスでは、高周波信号を導体線路 103 の一端力も受けとり、導体線路 103の他端力も出力することになる。

[0049] ここで、第 1格子基板 104および第 2格子基板 105の代わりに、一様な誘電体層 ( 厚さ t2+t3)が回路基板 102と接地板 106との間に挿入されている場合を考える。この場合は、 tl +t2+t3の厚さを有する単一の誘電体基板の上面に導体線路 103が形成され、下面に接地板 106が貼り付けられたマイクロストリップ線路と同様に動作することになる。

[0050] これに対し、本実施形態のフォトニック結晶デバイス 101では、マイクロストリップ線路の誘電体部分がフォトニック結晶を有しており、し力も、このフォトニック結晶のバンド構造が、後に詳しく説明するように、第 1格子基板 104および第 2格子基板 105の相対的な配置関係を変化させることにより、可変に制御される。

[0051] 一般に、マイクロストリップ線路は、広い範囲の周波数帯の信号を伝送することが可能であり、特に顕著な波長選択性を示しはしない。しかし、マイクロストリップ線路を高周波信号が伝搬しているときに発生する電磁界のエネルギは、主に導体線路 103と接地板 106に挟まれた誘電体層の内部に閉じ込められるため、フォトニック結晶構造が誘電体部分の中に存在して！/ヽると、導体線路 103を流れる信号の伝搬状態に大きな影響を与えることができる。このことを利用すると、特定波長帯域の高周波信号の伝搬を阻止する機能を付与することができる。

[0052] 図 1に示される第 1格子基板 104および第 2格子基板 105は、いずれも、同一サイズの円盤形状を有しており、基板中心を通る軸 (以下、「z軸」と称する。）の周りに回転することができる。第 1格子基板 104および第 2格子基板 105は、いずれも、 z軸に垂直な xy面内に平行である。

[0053] 本実施形態の第 1および第 2格子基板 104、 105は、いずれも、ストライプ状の導体線が周期的に配列された 1次元格子構造を有しているため、第 1および第 2格子基板 104、 105の一方を z軸周りに回転させると、 2組のストライプ状導体線がなす角度を任意の大きさに変化させることができる。図 1に示す例では、第 1格子基板 104の 1 次元格子構造が形成されている面 (下面)が、第 2格子基板 105の 1次元格子構造が形成されてヽる面（上面）と対向して、る。

[0054] 図 2は、第 1および第 2格子基板 104、 105によって得られる複合的な格子パターンを示す図であり、この格子パターンを xy面に投影した平面図である。ここで、第 1格子基板 104の格子間隔を dl、第 2格子基板 105の格子間隔を d2とする。図中、角度 Θ は、交差するストライプ状導体線がなす角度である。

[0055] 図 2に示されるように、 2つの 1次元格子が交差すると、 2次元モアレ縞が形成される。図 2において、両格子パターンが交差する点（以下、「格子点」と称する。）の配列周期および配列方向は、格子間隔 dl、 d2および角度 Θに依存している。

[0056] 第 1格子基板 104上に固定された直交座標系において、各格子ベクトル alおよび a2は、それぞれ、以下の式で与えられる。

al= (d2/sin 0 , 0)

a2= (dl/tan 0 , dl)

[0057] 各格子ベクトルの大きさ |al|および |a2|は、以下の式で与えられる。

|al|=d2/sin 0

|a2|=dl/sin θ

[0058] 図 2に示される格子パターンは、格子定数 |al|、 |a2|を有する 2次元の斜方格子に相当する。

[0059] フォトニック結晶の格子点と電磁界とが相互作用をする場合、フォトニック結晶の並進対称性から、磁界分布はブロッホ関数で表されることになる。その波数ベクトルは、逆格子空間において、 al、 a2に対応する逆格子ベクトルを単位とした並進対称性を有するようになる。

[0060] 均一な誘電体基板に形成されたマイクロストリップ線路上を伝搬する高周波信号の波数ベクトルと、同一周波数で自由空間中を伝播する電磁波の波数ベクトルの比は、誘電体基板が周波数依存性を示さないかぎり、強い周波数依存性を有し得ない。しかし、誘電体基板中にフォトニック結晶の格子構造を付加すると、波数ベクトルの並進対称性が発生するため、波数ベクトルの比は強い周波数依存性および方向依存性を有することになる。し力も、格子点とマイクロストリップ線路上を伝播する電磁界との相互作用により、各格子点によって散乱波が発生し、それらの散乱波が同相共振条件 (ブラッグの反射条件)を満足すると、その波数ベクトルでの電磁波の伝搬が不可能となる伝搬不可周波数帯、すなわち、フォトニックバンドギャップ (PBG)が形成される。

[0061] PBGの周波数域は、マイクロストリップ線路上を伝播する高周波信号が形成する電磁界と格子点 (単位格子)との相互作用の大きさに依存する。この相互作用が大きくなり、その結果として散乱波強度が強くなるほど、広い周波数域で PBGが発生する。

[0062] PBGの周波数域は、逆格子空間における並進対称性に依存する。また、その対称性が格子構造によって決定される。このため、格子構造を変化させることにより、 PBG を変化させることができる。前述のように、格子構造の変化は、第 1格子基板 104と第 2格子基板 105との相対的な配置関係 (典型的には、角度 Θ )を変化させることにより、実行可能である。

[0063] 本実施形態では、異なるレベルに位置する 2層の格子構造が複合してフォトニック結晶構造が形成される力 2層の格子構造は相互に接している必要は無い。すなわち、 2つの格子面の間隔 gは、以下の関係を満たす範囲で自由に設定可能である。

0≤g≤h - (tl +t2+t3) · · · (式 2)

max

[0064] 設定の方法は、まず、式（1)の右辺カゝら基板全体厚さの上限値 h を見積もる。

max

次に、機械的強度から tl、 t2、 t3を決定する。そして、最後に gの上限値が式（2)の右辺より決定されるので、適当な dを決定することができる。例えば、アルミナ基板を用いる場合、周波数 30GHz程度の高周波信号を処理する状況下では、以下のようになる。

[0065] まず、 h 1. lmmであるので、（tl +t2+t3)の上限値を 600 /z mとする。

max

アルミナ基板の機械的強度を考えると、 tl、 t2、 t3は、いずれも 150 mは必要である。したがって、 2層の格子面間隔（交差部における間隔）は、 Omm以上 150 /ζ πι( = 600 m— 150 mX 3)以下の範囲に設定される。

[0066] (格子基板の構成例）

次に、図 3を参照しつつ、フォトニック結晶構造を形成する格子基板を説明する。

[0067] 本実施形態で用いる誘電体基板は、比誘電率 2. 17、誘電正接 0. 001の誘電体材料力形成されている。マイクロストリップ線路の誘電体層の合計厚さ（tl +t2+t 3)は、 127+ 127 mに設定している。上部層の厚さ 127 mは、回路基板 102の厚さ tlと第 1格子基板。 104の厚さ t2とを合計した値であり、下部層の厚さ 127 /z m は、第 2格子基板 105の厚さ t3に等しい。なお、図 3では、簡単のため、接地板の記載は割愛し、また格子パターンの厚さは無視して、る。 [0068] 格子基板 104、 105の格子線幅（導体線路の幅）は、いずれも、 0. 3mmであり、格子定数 dl、 d2は、いずれも lmm (=ストライプ幅 0. 3mm+格子間隔 0. 7mm)に設定している。一方、回路基板 102上の導体線路 103の幅は、インピーダンスが 50 Ω となるよう〖こ 0. 8mmに設定している。これらの導体線路は、いずれも、厚さ 18 /z mの銅箔を写真製版技術によってパターユングすることによって形成され得る。

[0069] 導体線路 103の長手方向と第 1格子基板 104上の格子方向との間の角度を 0 1とし、導体線路 103の長手方向と第 2格子基板 105上の格子方向との間の角度 Θ 2とする。このとき、 2つの角度のセット（ 0 1、 Θ 2)によって格子パターンを規定することができる。

[0070] 図 4 (a)は、（ 0 1、 0 2) = (45° 、 45° )の格子パターンを示しており、図 4 (b)は、

( 0 1、 0 2) = (67. 5° 、67. 5° )の格子パターンを示しており、図 4 (c)は、（ 0 1、 0 2) = (22. 5° 、22. 5° )の格子パターンを示している。

[0071] 図 4 (a)から (c)に示す配置におけるフォトニック結晶の特性を電磁界解析により求めた。解析は、 ZelandSoftwarelnc.社製の電磁界解析シミュレター IE3DRelease 10により行った。解析モデルとしては、図 3示す寸法を有する基板構造 (平面サイズ： 5mm X 10mm)を用いた。計算を遂行する上で必要となるメッシュ分割数は 20本/ 1波長に設定した。この「1波長」は、誘電体基板を構成する誘電体と同一の誘電体によって満たされた空間を 50GHzで伝搬する電磁波の波長（約 3. 4mm)に等しい。

[0072] 図 5は、図 4 (a)から (c)に示す各格子パターンが形成されたフォトニック結晶デバイスの導体線路 103について求めた通過損失（Insertion loss)の周波数依存性を示すグラフである。

[0073] 図 5から明らかなように、通過損失が相対的に高い周波数域が存在し、この周波数域は格子パターンによって変化している。通過損失が相対的に高い周波数域は、 P BGに対応している。

[0074] 図 5に示されるように、（0 1、 0 2) = (45° 、45° )の場合における PBGに比べ、（

0 1、 0 2) = (67. 5° 、67. 5° )の場合における PBGが低周波側にシフトしている。また、（0 1、 Θ 2) = (67. 5° 、 67. 5° )の場合における PBGに _b匕べ、（0 1、 Θ 2 ) = (22. 5° 、22. 5° )の場合における PBGが低周波側にシフトしている。 [0075] これは、導体線路 103を伝搬する高周波信号が感じるフォトック結晶の格子間隔カ（0 1、 0 2) = (45° 、45° )→(67. 5° 、67. 5° )→

(22. 5° 、 22. 5° )の順に大きくなつていることに起因する。 PBGは、フォトニック結晶の格子間隔が高周波信号の半波長に相当する周波数を中心に有して!/、る。

[0076] 図 4 (b)の格子パターンを図 4 (c)の格子パターンと比較するとわ力るように、 ( Θ 1、

Θ 2) = (67. 5° 、67. 5° )の格子ノターンと（ 0 1、 0 2) = (22. 5° 、22. 5° )の格子パターンとは、格子の方位が異なる点を除けば、同一のフォトニック結晶を形成する。しかし、図 5に示されるように、 PBGは、大きく異なる周波数帯に出現している。

[0077] 一般に、結晶中の波数は、逆格子空間中での波の伝搬方向にも大きく依存する。

ここでは、格子に対する導体線路 103の向きが波（高周波信号)の伝搬方向を決めているため、上記の相違が発生する。したがって、第 1格子基板および下側一次元格子基板の相対的な配置関係を固定した後でも、これら両基板に対する導体線路 1 03の向きを変えることにより、 PBGを動的かつ適応的に変化させることも可能である

[0078] なお、第 1格子基板 104と第 2格子基板 105は、接触している必要は無い。第 1格子基板 104の下面と、第 2格子基板 105の上面との間に、他の誘電体層が存在してちょい。

[0079] 図 1に示す例では、第 1格子基板 104の格子パターンは、誘電体ベースの下面に形成されている力この格子パターンは誘電体ベースの上面に形成されてよいし、また、上面および下面の両方に形成されていてもよい。また、接地板 106は、第 2格子基板 105から分離可能な部品から形成される必要は無ぐ接地板 106が第 2格子基板 105の下面に固定されていても良い。

[0080] (格子基板の他の構成例）

図 6は、本発明のフォトニック結晶デバイスに用いることのできる格子基板の他の例を示している。この 1次元格子基板は、表面に周期的な誘電率変調構造を有している。この誘電率変調構造は、誘電率 ε 1の誘電体基板 107の上面に一定周期で並んだストライプ状の溝を形成し、この溝を誘電率 ε 2の材料で埋め込むことによって作製されている。図 7は、誘電体基板 107の溝の内部は埋められていない格子基板の例を示している。

[0081] 図 8は、格子パターンの他の例を示す平面図である。この格子パターンは、基本的な周期的配列に加え、より高い空間周波数を有する微細構造を備えている。図 8は、第 1格子基板 104の格子パターンと、第 2格子基板 105の格子パターンとを重ねることによって得られる格子パターンを示している。

[0082] PBGの周波数は、格子ベクトルで決定されるため、微細構造を有していても、格子ベクトルが不変であれば、 PBGの出現周波数帯に大きな変化は生じない。通常の結晶における単位格子内の原子の分布は、 X線回折実験におけるラウエ斑点の構造因子を決定する。同様に、フォトニック結晶に微細構造を設けることにより、 PBGの帯域幅や PBGに近接する周波数帯における波数などの「微細構造」を変化させることが可能となる。

[0083] 図 9は、格子パターンの更に他の例を示す平面図である。この格子パターンは、曲線の周期的配列によって構成されている。この場合、フォトニック結晶における格子の対称性は、誘電体基板の面内で分布を持つこととなる。例えば、実際の結晶のバンド構造が結晶に加えられた歪によって変化するように、 PBGを変化させることができる。図 9に示す格子パターンを有する誘電体基板を用いて形成したフォトニック結晶では、その状態を表現する変数として、 2つの格子ベクトル以外に格子歪の分布の方位と位置がある。格子歪の分布と方位の制御は、第 1格子基板 104と第 2格子基板 105との間にある相対的な配置関係を「回転移動」だけではなく「平行移動」によつて調節することによって行なうことができる。

[0084] 図 10は、格子パターンの更に他の例を示す平面図である。この格子パターンは、領域に応じて異なる格子構造を有して、る。このように格子構造を有する誘電体基板を用いることにより、「多結晶性」のフォトニック結晶を形成することができる。

[0085] 発信器や周波数シンセサイザなどは、複数の周波数帯で動作する素子が混在する高周波回路を必要とする。このような高周波回路では、各周波数帯で動作する回路部位を、その動作周波数帯で PBGを発現する結晶領域に配置することが好ま、。そうすることにより、誘電体基板の表面を介する各周波数成分の漏洩を阻止できるため、動的に高いアイソレーション特性が実現できる。 [0086] (実施形態 2)

以下、図 11を参照しつつ、本発明によるフォトニック結晶デバイスの第 2の実施形態を説明する。本実施形態のフォトニック結晶デバイスは、図 2に示される「角度 Θ」を変化させる可動部（可動機構)を有して、る。

[0087] 本実施形態では、矩形の第 2格子基板 105および接地板 106が一体化され、回路基板 102と共に不動である。これらは、不図示の筐体に固定されている力第 1格子基板 104のみが回転可能である。

[0088] 第 1格子基板 104は、円形の開口部が設けられた誘電体基板 301と、誘電体基板

301の開口部内に配置された円盤状の回転格子 302とに分かれている。誘電体基板 301の厚さは回転格子 302の厚さに等しく、回転格子 302の誘電体基板部分は、誘電体基板 301を形成する誘電体材料と同一の誘電体材料から形成されていることが好ましい。

[0089] 誘電体基板 301の開口部の内径は、回転格子 302の外径より若干大きぐ回転格子 302のスムーズな回転が可能である。回転格子 302は、ピボット 303を上面に有している。回路基板 102には、このピボット 303を貫通させるすり割 304が設けられている。すり割 304の溝幅は、ピボット 303の外径よりも大きぐ回転格子 302の回転に伴つて円周の一部をピボット 303が移動できるようにすり割 304の形状が規定されている。

[0090] すり割 304から上部が露出したピボット 303を手動または外部駆動源によって横方向に押すことにより、すり割り 304の内壁面に沿ってピボット 303をスライドさせると、ピボット 303の動きに応じて回転格子 302を z軸周りに回動させることができる。

[0091] このようにして回転格子 302を回動させると、第 1格子基板 104と第 2格子基板 105 とによって形成される格子パターン（図 2)の並進対称性が変化する。これに伴い、第 1格子基板 104と第 2格子基板 105とによって形成されるフォトニック結晶の構造がダイナミックに変化することになる。例えば、高周波信号に対する導体線路 103の通過特性を調整するとき、ピボット 303によって回転格子 302を回動させると、 PBGの出現周波数帯を所望の範囲に変化させることができる。

[0092] このような構成を有するフォトニック結晶デバイスによれば、周波数 fを有する信号と周波数 f'を有する不要信号の両方が導体線路 103に入力するとき、回転格子 302を回転させることによって PBGの出現周波数を fに合わせることができる。このような調節を行なうと、 PBGの働きにより、不要信号が除去された信号を取り出すことが可能になる。

[0093] 通信装置には、発信器などの非線形素子が内蔵されているが、この非線形素子によって発生する不要信号の発生周波数や強度には、製品毎にばらつきがある。したがって、通信品質の精度を保証するためには、通信装置を製造する際、個々の通信装置ごとに不要な信号を適切に取り除く調整が必要になる。装置毎に発生する特性のばらつきは、特にミリ波帯の高周波信号を扱う場合に大きぐこのことが、ミリ波帯の通信機器の製造コストを増大させる原因となっている。

[0094] 本発明によるフォトニック結晶デバイスを可変フィルタとして用い、高周波回路に挿入すると、フォトニック結晶構造が可変であるため、個々の装置に応じて異なる周波数域で不要信号を除去することが容易になる。このように装置製造時における初期調整のためにフォトニック結晶構造を変化させる場合は、回転格子 302の駆動を手動で行えば充分である。図 12は回転格子 302の回転を手 3101で行う様子を模式的に示している。

[0095] (実施形態 3)

近年、複数周波数帯における信号の送受を 1台の通信機器で行なうマルチモード端末が開発されている。このような端末では、動作モードによって回路中に発生する不要信号の出現周波数が変化する。したがって、動作モードに応じて、 PBGの出現周波数帯を動的かつ適応的に変化させることが好ましい。このような場合、本発明のフォトニック結晶デバイスを内蔵する装置が動作している最中に、そのフォトニック結晶構造を動的に変化させることが求められる。そのような場合は、手動ではなぐモータなどの駆動素子を用いて回転格子 302を駆動することが好ましい。

[0096] 以下、図 13を参照しながら、本発明によるフォトニック結晶デバイスの第 3の実施形態を説明する。図 13は、モータを動力源とする回転機構を備えたフォトニック結晶デバイスの実施形態を示す。本実施形態の構成は、回転機構を除けば、図 11に示すフォトニック結晶デバイスの構成と同一である。このため、以下においては、本実施形態における回転機構のみを説明する。

[0097] 本実施形態では、図 13に示すように、モータ 3204の回転軸力も偏心したピボット 3 202力モータ 3204に取り付けられている。ピボット 3202は、クランク 3203を介して、ピボット 303に連結されている。クランク 3203の中央付近には固定軸 3201が設けられている。モータ 3204が所定角度だけ回転すると、ピボット 3203の位置が変化し、クランク 3203を固定軸 3201の周りに回動させる。クランク 3203の回動により、ピボット 303の位置が変化するため、 1次元格子基板が回転する。格子パターンの回転角度の制御精度は、ピボット 303の制御精度によって決まる。モータ 3204は、回転角度を高い精度で制御できるものであることが望ましい。そのようなモータとしては、ノルスモータなどのステッピングモータが好適である。

[0098] この機構によると、ピボット 303を 1往復させるのに必要なモータ 3204の回転数（以下、「減速比」という。）は 1である。このため、図 11に示す回転格子 302の位置決めを高速に行なうことができる。

[0099] (実施形態 4)

以下、図 14を参照しながら、本発明によるフォトニック結晶デバイスの第 4の実施形態を説明する。図 14は、モータを動力源とする回転機構を備えたフォトニック結晶デバイスの他の実施形態を示す。本実施形態の構成も、回転機構を除けば、図 11に示すフォトニック結晶デバイスの構成と同一である。このため、以下においては、本実施形態における回転機構のみを説明する。

[0100] 本実施形態では、モータ 3204に小平歯車 3301が接続されている。回転格子 302 には、ピボット 303を介して大平歯車 3302が固定されている。大平歯車 3302は小平歯車 3301と係合している。

[0101] このような機構によると、モータ 3204の回転運動が大平歯車 3302を介し回転格子

302の回転運動に変換される。回転格子 302の回転角度の制御精度を高めるには、モータ 3204としてステッピングモータを用いることが好まし!/、。

[0102] (実施形態 5)

以下、図 15を参照しながら、本発明によるフォトニック結晶デバイスの第 5の実施形態を説明する。図 15は、モータを動力源とする回転機構を備えたフォトニック結晶デバイスの更に他の実施形態を示す。本実施形態の構成も、回転機構を除けば、図 1 1に示すフォトニック結晶デバイスの構成と同一である。このため、以下においては、本実施形態における回転機構のみを説明する。

[0103] 本実施形態では、モータ 3204の出力軸にウォームギア 3401が接続されている。ゥオームギア 3401は大平歯車 3302と係合している。このような機構によると、減速比が非常に大きいため、モータ 3204の回転精度が低くても、回転格子の回転角度を高い精度で制御できる。このため、サーボモータなどの安価なモータを用いてもよい

[0104] 本実施形態によれば、図 13および図 14に示す例に比べ、より大きな駆動力を回転格子 302に与えることができる。回転格子 302が他の基板力も摩擦力を受ける場合、本実施形態の構成が有効である。

[0105] (実施形態 6)

以下、図 16を参照しながら、本発明によるフォトニック結晶デバイスの第 6の実施形態を説明する。図 16は、モータを動力源とする回転機構を備えたフォトニック結晶デバイスの更に他の実施形態を示す。本実施形態の構成も、回転機構を除けば、図 1 1に示すフォトニック結晶デバイスの構成と同一である。このため、以下においては、本実施形態における回転機構のみを説明する。

[0106] 本実施形態では、円弧上の圧電体から構成された超音波モータ 3501を内蔵している。超音波モータ 3501における圧電体の上面は、回路基板 102の下面と接触している。圧電体に交流信号を加えると、圧電体のたわみモードに対する進行波が圧電体の長手方向に生じる。この進行波が発生すると、圧電体の上面と回路基板 102 の下面との間の摩擦力により、進行波の進行方向と反対方向の駆動力が発生する。この駆動力により、回転格子 302を回転させることができる。本実施形態では、必要な部品点数が相対的に少なくなる利点がある。

[0107] (実施形態 7)

図 17を参照しながら、本発明によるフォトニック結晶デバイスの第 7の実施形態を説明する。図 17は、マイクロストリップアンテナとして機能する本発明のフォトニック結晶デバイスを示している。 [0108] 本実施形態のフォトニック結晶デバイスの回路基板には、マイクロストリップ線路の終端に接続されたアンテナ 701が設けられている。

[0109] 前述したように、通常のマイクロストリップアンテナは、誘電体基板の表面に平行な方向に大きな E面指向性を有している。このため、マイクロストリップアンテナでは、電力漏洩が生じやすぐ指向性も低い。しかし、本実施形態によれば、アンテナ 701と接地板との間にフォトニック結晶が配置されているため、基板面に平行な E面指向性を抑制することが可能となる。また、アンテナ 701の共振周波数を含む帯域に PBGを形成することにより、全ての動作モードで良好な通信特性を実現できる。

[0110] (実施形態 8)

図 18を参照しながら、本発明によるフォトニック結晶デバイスの第 8の実施形態を説明する。図 18は、可変帯域阻止フィルタとして機能する本発明のフォトニック結晶デバイスを示している。

[0111] 本実施形態のフォトニック結晶デバイス (小型可変フィルタ） 3604は、図 14に示す構成と同様の構成を有している力公知の高周波回路の一部に挿入されることにより、所望の周波数域の信号のみを濾波し、減衰させることができる。

[0112] 本実施形態では、動力源として MEMSモータ 3601を用いている。 MEMSは、 Mi cro- Electro- MechanicalSystemの略語である。 MEMSモータ 3601は、公知の半導体プロセスを用いて作製される。ミリ波帯で PBGを発現させることのできるデバイス面積は、 10mm X I Omm以下であるため、 MEMS技術によって小型化されたモータを好適に用いることができる。

[0113] 小型可変フィルタ 3604の回路基板への実装は、公知の表面実装技術により行なうことができる。具体的には、まず、小型可変フィルタ 3604を収容可能な形状および大きさの凹部また開口部を備えるマザ一ボード 3603を用意する。マザ一ボード 360 3の厚さは、小型可変フィルタ 3604の厚さに略等しいことが好ましい。このようなマザ一ボード 3603の上記凹部または開口部に、小型可変フィルタ 3604を挿入する。その後、半田または銀ペーストを介して、小型可変フィルタ 3604の接地板 106をマザ一ボード 3603のグランドと電気的に接続する。次に、ワイヤボンディング 3602により小型可変フィルタ 3604の導体線路 103をマザ一ボード 3603の信号線に接続する。 [0114] 図 18に示す例では、回転格子 302の上には導体線路 103のみが形成されている力他の回路素子が回転格子 302上に形成されていてもよい。本発明は、基板に沿つて伝播する信号によって形成される電磁界カフォトニック結晶として機能する積層誘電体基板に作用するものであれば、多様な用途に用いることができる。

[0115] (実施形態 9)

図 19および図 20を参照しながら、本発明によるフォトニック結晶デバイスの第 9の実施形態を説明する。本実施形態のフォトニック結晶デバイスが、図 1に示すフォト- ック結晶デバイスと異なる点は、第 1および第 2格子基板 104、 105の間に回路基板 102が挿入されている点にあり、他の点では同一の構成を有している。

[0116] 回路基板 102上の導体線路 103によって導かれる高周波信号は、導体線路 103 の下側のみならず、上側にも電磁界を形成する。このため、図 19に示すように、回路基板 102を上下から挟み込むように一対の 1次元格子 104、 105を配置して、 PBG を発現させることができる。格子基板 104、 105の相対的な配置関係を変化させる方法および機構は、前述した通りである。

[0117] 図 20は、本実施形態の概略構成を示している。

[0118] 接地板 106、第 2格子基板 105、および回路基板 102は、積層された状態で固定されており、一枚の小型基板 1301を形成している。小型基板 1301の上面には、ミリ波 IC1302などの非線形素子が実装されている。また、高周波信号の入出力が行えるよう非線形回路素子の入出力ポートに導体線路 103が接続されている。

[0119] ミリ波 IC1302は、例えば発信器、アップコンバータ、ダウンコンバータ、周波数シンセサイザ、アンプであり得る。入出力ポートの数は、素子の種類に応じて異なる力図 20では、簡単のため、 2つ入出力ポートを有する例が示されている。

[0120] 小型基板 1301をマザ一ボードへ実装する方法は、図 18を参照しながら説明したように行なうことができる。小型基板 1301上には、ミリ波 IC1302を被覆するようにキヤップ 1303が設けられている。キャップ 1303は、円盤状の上面部と、この上面部を回転可能に支持する円柱状側面部とを有している。キャップ 1303の上面部の裏側には、格子パターンが導体線路 103に対向するように第 1格子基板 104が固定されている。 [0121] ミリ波帯では、非線形素子の性能の個体差が大きい。具体的には、非線形素子で発生する不要な信号の出力レベルや、その周波数域が素子に応じて異なる。そのため、通常はキャップ 1303の裏面に電波吸収体を貼り付け、不要波を除供することが行われる。しカゝしながら、試行錯誤法により、個体差に応じて電波吸収体の量や接着位置の調整を行わざるを得ず、製造コストが高くなるという問題がある。

[0122] 本実施形態では、小型基板に非線形素子を実装し、金属キャップで封止した後でも、第 1格子基板 104を回転させることが可能であるため、 PBGの出現周波数帯を調整することができる。その結果、デバイスからの不要成分の出力を適切に抑圧することが可能となる。このような微調整は、小型基板 1301をマザ一ボード上に実装した後においてでも可能である。

[0123] 第 1格子基板 104の駆動は手動によっても、またモータによって行っても良い。

[0124] 本実施形態では、導体線路 103が接地板 106とともにマイクロストリップ線路を形成するが、図 21に示すように、コプレナ線路 1401を用いてもよい。コプレナ線路 1401 をグランデッドコプレナ線路として用いる場合、接地板 106が必要である力通常のコプレナ線路として用いる場合は、接地板 106を省略できる。図 22は、スロット線路を示している。スロット線路も接地板 106が不要である。

[0125] (実施形態 10)

図 23を参照しつつ、本発明によるフォトニック結晶デバイスの第 10の実施形態を説明する。上記各実施形態では、回路基板には 1次元格子が形成されていないが、本実施形態では、回路基板上に導体線路ととも 1次元格子を形成している。言い換えると、第 1および第 2誘電体基板の一方に導体線路を形成し、その誘電体基板を「回路基板」としても機能させる。また、本実施形態では、このような回路基板 (格子構造と導体線路の両方を有する誘電体基板）に、他の格子構造を有する誘電体基板を近接させること〖こより、フォトニック結晶構造を形成する。

[0126] 一般に、回路基板の導体線路に沿って高周波信号が伝播するとき、その高周波信号の形成する電磁界が導体線路の近傍に局在している。このため、格子構造が導体線路から離れていると、高周波信号の伝搬特性を規定するフォトニック結晶の影響が小さくなる。また、回路基板にミリ波帯 ICを設けた場合でも、電磁界の分布が局在する傾向にある。このような場合、高周波信号の伝搬特性制御は、電磁界の分布が局在して、る領域またはその近傍にフォトニック結晶構造を形成することが好ま、。

[0127] 本実施形態では、図 23に示すように、回路基板 102の導体線路 103の近傍に 1次元格子構造 1601が設けられおり、回路基板 102が第 1格子基板 104としても機能する。 1次元格子構造 1601は、高周波信号の波長程度の間隔で周期的に配列された導電体層のパターンから好適に形成される。

[0128] 回路基板 102と接地板 106との間には、回転可能に支持された第 2格子基板 (第 2 の誘電体基板） 105が配置されている。本実施形態における第 2格子基板 105は、他の実施形態における第 2格子基板 105と同様の構成を有している。

[0129] このような第 2格子基板 105を回路基板 102に対して回転させることにより、第 2格子基板 105の格子構造 (ストライプ状導体線)と、回路基板 102の 1次元格子構造 16 01とによって形成されるフォトニック結晶構造を変化させることができる。その結果、 P BGが出現する周波数域を変化させ、高周波信号の導波特性を制御することが可能になる。

[0130] 本実施形態では、図 23に示すように、導体線路 103の近傍に矩形導体を周期的に配列している力配列する導体の形状は矩形に限定されず、任意である。 PBGの出現する周波帯域は、配列する導体の形状や配列周期に依存するため、 PBGの出現する周波数域に応じて適宜最適化される。

[0131] 導体線路 103に沿って配列する単位構造は、導体である必要もな、。重要な点は、導体線路 103に沿って実効的な誘電率が周期的に変化する格子構造が形成されていることにある。

[0132] 図 24 (a)から (c)は、それぞれ、導体線路 103そのもの、または導体線路 103の近傍に周期的構造を設けた例を示している。図 24 (a)の導体線路 103には開口部の周期的配列が形成されている。図 24 (b)の導体線路 103の下方には、周期的に配列されたビアホール 1701が設けられている。図 24 (b)の例では、導体線路 103に円形の開口部が周期的に形成されている力導体線路 103に開口部が形成されている必要はない。導体線路 103の近傍にビアホール 1701が周期的に配列されるだけで、格子構造を形成することができる。図 24 (c)の導体線路 103の上には、周期的に配列された誘電体片が設けられて!/、る。

[0133] 図 25 (a)から (d)は、いずれも、コプレナ線路に沿って 1次元格子構造を付与した例を示している。図中の黒い領域は、いずれも、電気導電性を有している部分を示している。図 25 (a)の例では、コプレナ線路中央の導体に周期構造を設けている。図 2 5 (b)の例では、線路外導体に周期構造を設けている。図 25 (c)の例では、線路上に誘電体の周期構造を設けている。図 25 (d)の例では、線路中央の導体の下方にビアホールの周期的配列を設けている。ビアホールの位置は、線路中央導体の下方に限定されず、線路外導体の下方に設けてもよい。

[0134] これらのコプレナ線路をグランデッドコプレナ線路として動作させる場合、接地板 10 6が必要であるが、通常のコプレナ線路として動作させる場合には、接地板 106は不要である。

[0135] 図 26 (a)から (d)は、いずれも、スロット線路に沿って 1次元格子構造を付与した例を示している。図 26 (a)の例は、スロット中に導体を周期的に配置している。図 26 (b) の例では、スロットの端部を規定する導体のエッジに周期的構造を設けている。図 26 (c)の例では、ビアホールの周期的配列を付カ卩している。図 26 (d)の例では、スロット上に誘電体を周期的に配列して、る。

[0136] これらの実施形態では、 1次元格子基板 105が回路基板 102の導体パターンが形成されていない面（下面）に対向する位置に設けられているが、図 27に示すように、回路基板 102の導体パターンが形成されている面（上面）に対向する位置に 1次元格子基板 105を設けてもよい。

[0137] 以上の各実施形態では、第 1または第 2格子基板 104、 105の少なくとも一方を動かすことにより、フォトニック結晶構造を変化させ、 PBGの周波数域を制御することを可能にしている力本発明のフォトニック結晶デバイスは、以下のように機能させることも可能である。

[0138] すなわち、回路基板 102、第 1格子基板 104、および第 2格子基板 105の少なくとも一方を他の基板から大きく引き離した状態 (オフ状態)と、これらの基板を近接させた状態 (オン状態）との間で遷移できるようにしてもよい。このようにすると、 PBGが存在しない状態と PBGが存在する状態との間をスィッチすることが可能になる。 [0139] 本明細書における「可動部」は、 2つの格子構造によって形成されるフォトニック結晶構造を変化させるように誘電体基板の位置、方位、傾斜角度などを変化させることができる機構であれば、その具体的な構造は本明細書に開示した構造に限定されない。

産業上の利用可能性

[0140] 本発明のフォトニック結晶デバイスは、 PBG (フォトニックバンドギャップ）の周波数を変化させることができるため、例えば高周波回路の分野における可変フィルタなどとして好適に用いられ得る。

Claims

請求の範囲

[1] 第 1の面内において誘電率が周期的に変化する第 1の格子構造 (a first lattice structure)を有する第 1の誘電体基板と、

第 2の面内において誘電率が周期的に変化する第 2の格子構造 (a second lattice structure)を有する第 2の誘電体基板と、

前記第 1の格子構造と前記第 2の格子構造との間の相対的な配置関係を変化させることにより、前記第 1の格子構造および前記第 2の格子構造によって形成されるフォトニックバンド構造を変化させる可動部と、

を備え、

前記第 1の誘電体基板および前記第 2の誘電体基板が積層されているフォトニック結晶デバイス。

[2] 前記第 1および第 2の誘電体基板の少なくとも一方に対向する位置に配置された第

3の誘電体基板を更に備えて、る請求項 1に記載のフォトニック結晶デバイス。

[3] 前記第 3の誘電体基板は、誘電体層と、前記誘電体層に支持された導体パターンとを有している請求項 2に記載のフォトニック結晶デバイス。

[4] 接地導体層を更に備え、

前記第 1および第 2の誘電体基板の少なくとも一方は、前記第 3の誘電体基板と前記接地導体層との間に位置している、請求項 3に記載のフォトニック結晶デバイス

[5] 前記導体パターンの少なくとも一部はマイクロストリップ線路として機能する請求項 4 に記載のフォトニック結晶デバイス。

[6] 前記導体パターンの少なくとも一部はマイクロストリップアンテナとして機能する請求項 4に記載のフォトニック結晶デバイス。

[7] 前記可動部は、前記第 1および第 2の誘電体基板の少なくとも一方を回転させることができる、請求項 1に記載のフォトニック結晶デバイス。

[8] 前記可動部は、前記第 3の誘電体基板を回転させることができる、請求項 4に記載のフォトニック結晶デバイス。

[9] 前記可動部によって回転させられる誘電体基板は円板形状を有している請求項 7 に記載のフォトニック結晶デバイス。

[10] 前記可動部によって回転させられる誘電体基板は円板形状を有している請求項 8 に記載のフォトニック結晶デバイス。

[11] 前記可動部はモータを有している請求項 1に記載のフォトニック結晶デバイス。

[12] 前記第 1および第 2の格子構造は、それぞれ、前記第 1および第 2の誘電体基板上に設けられた導体パターン力も形成されている、請求項 1に記載のフォトニック結晶デバイス。

[13] 前記第 1および第 2の格子構造は、それぞれ、前記第 1および第 2の誘電体基板に形成された凹凸パターン力も形成されている、請求項 1に記載のフォトニック結晶デバイス。

[14] 前記第 1および第 2の格子構造は、それぞれ、 1次元格子である請求項 1に記載のフォトニック結晶デバイス。

[15] 前記第 1および第 2の格子構造は、それぞれ、異なる方位に配列した複数の 1次元格子の組み合わせである請求項 1に記載のフォトニック結晶デバイス。

[16] 前記第 1および第 2の格子構造は、それぞれ、前記面内で湾曲した曲線パターンを含んでいる請求項 14に記載のフォトニック結晶デバイス。

[17] 前記第 1および第 2の誘電体基板は、前記面内の領域ごとに異なる格子構造を有して、る、請求項 1に記載のフォトニック結晶デバイス。

[18] 前記第 1および第 2の誘電体基板の少なくとも一方は、電磁波を伝播させる導体線路を有して、る、請求項 1に記載のフォトニック結晶デバイス。