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ワイドバンドギャップ半導体シリコンカーバイドを用いたフォトニック結晶に関する研究

Research Project

Project/Area Number 10J06649
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Electronic materials/Electric materials
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

山田 翔太  京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2010 – 2012
Project Status Completed (Fiscal Year 2012)
Budget Amount *help
¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000)
Fiscal Year 2012: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2011: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2010: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
KeywordsSiC / フォトニック結晶 / ナノ共振器 / 光波混合 / 可視光 / 二光子吸収
Research Abstract

昨年度までの研究において、'新たなワイドバンドギャップ材料SiCを用いたフォトニック結晶共振器がハイパワー応用あるいは可視光領域へ応用可能であることを示してきた。一方で、SiCは比較的大きな二次の非線形係数をもつことが知られており、共振器内に高エネルギーの光を閉じ込めることが可能なことから、二次の非線形現象の一種である第二高調波発生などの光波混合が顕著に現れると期待される。さらにSiCは可視領域においても透明であり、光波混合による波長変換後の光をも吸収なく扱えるため、高効率な波長変換素子として利用可能であると期待できる。しかしながら、ナノ共振器において光波混合を実証する上で、設計・作製の最適化が必要であり、かつ本研究室において前例がないため、その評価法なども新たに確立しなければならなかった。そこでまず、第二高調波発生の観測に向けたフォトニック結晶の設計・作製の最適化を行った。第二高調波発生などの非線形現象は、一般にフォトニック結晶共振器のQ値が高ければ高いほど、効率よく得られることが知られている。そのため、設計・作製の両面において、SiCフォトニック結晶共振器のg値を向上させた。続いて、第二高調波発生の観測のため、入力光となる赤外光領域の光と、発生する可視光領域の高調波を同時に扱える測定手法を確立した。また発生した高調波に関して、入射強度依存性や効率、偏光特性、放射パターン等についても調べ、FDTD法を用いた計算により理論的に考察を加えた。最後に発展として、SiCフォトニック結晶共振器の複数の共振モードを利用することで、その和周波発生をも観測することに成功した。以上の結果は、間接遷移型半導体であるSiCに対して、波長変換などのアクティブ機能も付与可能であることを示す結果であり、その学術的な重要性は高いと言える。

Report

(3 results)
  • 2012 Annual Research Report
  • 2011 Annual Research Report
  • 2010 Annual Research Report
  • Research Products

    (14 results)

All 2012 2011 2010

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results) Presentation (10 results)

  • [Journal Article] Suppression of multiple photon absorption in a SiC photonic crystal nanocavities operating at 1.55μm2012

    • Author(s)
      S. Yamada, B. S. Song, J. Upham, T. Asano, Y. Tanaka, S. Noda
    • Journal Title

      Optics Express

      Volume: 20 Issue: 14 Pages: 14789-14796

    • DOI

      10.1364/oe.20.014789

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Demonstration of two-dimensional photonic crystals based on silicon carbide2011

    • Author(s)
      Bong-Shik Song, Shota Yamada, Takashi Asano, Susumu Noda
    • Journal Title

      Optics Express

      Volume: VOL.19 Issue: 12 Pages: 11084-11089

    • DOI

      10.1364/oe.19.011084

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Experimental investigation of thermo-optic effects in SiC and Si photonic crystal nanocavities2011

    • Author(s)
      Shota Yamada, Bong-Shik Song, Takashi Asano, Susumu Noda
    • Journal Title

      Optics Letter

      Volume: VOL.36 Issue: 20 Pages: 3981-3983

    • DOI

      10.1364/ol.36.003981

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Silicon carbide-based photonic crystal nanocavities for ultra-broadband operation from infrared to visible wavelengths2011

    • Author(s)
      Shota Yamada, Bong-Shik Song, Takashi Asano, Susumu Noda
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: VOL.99 Issue: 20

    • DOI

      10.1063/1.3647979

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Second Harmonic Generation in a Silicon Carbide Photonic Crystal Nanocavity2012

    • Author(s)
      山田翔太
    • Organizer
      2nd International Symposium of Photonics and Electronics Convergence
    • Place of Presentation
      東京大学 本郷キャンパス
    • Year and Date
      2012-12-04
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] SiCフォトニック結晶ナノ共振器における差周波発生2012

    • Author(s)
      山田翔太
    • Organizer
      第73回秋季応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      愛媛大学 城北地区
    • Year and Date
      2012-09-12
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] SiCフォトニック結晶ナノ共振器における和周波発生2012

    • Author(s)
      山田翔太
    • Organizer
      応用物理学会第59回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      早稲田大学早稲田キャンパス
    • Year and Date
      2012-03-15
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Suppression of Two-photon Absorption in SiC-based Photonic Crystal Nanocavities2012

    • Author(s)
      Shota Yamada
    • Organizer
      5th GCOE International Symposium on Photonics and Electronics Science and Engineering
    • Place of Presentation
      京都大学桂キャンパス
    • Year and Date
      2012-03-09
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Complete Suppression of Two-photon Absorption in SiC-based Photonic Crystal Nanocavities2011

    • Author(s)
      Shota Yamada
    • Organizer
      JSPS International Schooling on Si Photonics 2011
    • Place of Presentation
      京都大学桂キャンパス
    • Year and Date
      2011-11-16
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Inhibition of Two-photon Absorption in SiC-based Photonic Crystal Nanocavities2011

    • Author(s)
      Shota Yamada
    • Organizer
      The 1st International Symposium on Photonics and Electronics Convergence
    • Place of Presentation
      東京大学駒場キャンパス
    • Year and Date
      2011-11-14
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] SiCフォトニック結晶ナノ共振器における第二高調波発生(2)2011

    • Author(s)
      山田翔太
    • Organizer
      応用物理学会第72回応用物理学学術講演会
    • Place of Presentation
      山形大学小白川キャンパス
    • Year and Date
      2011-08-31
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] SiCフォトニック結晶ナノ共振器における第二高調波発生2011

    • Author(s)
      山田翔太
    • Organizer
      応用物理学会第58回応用物理学関係連合会
    • Place of Presentation
      神奈川工科大学
    • Year and Date
      2011-03-26
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] フォトニック結晶ナノ共振器の非線形光学特性-Si vs SiC-(2)2010

    • Author(s)
      山田翔太
    • Organizer
      応用物理学会第71回学術講演会
    • Place of Presentation
      長崎大学文教キャンパス
    • Year and Date
      2010-09-15
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] Silicon-carbide-based two dimensional photonic crystal nanocavities2010

    • Author(s)
      Shota Yamada
    • Organizer
      Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO '10)
    • Place of Presentation
      San Jose McEnery Convention Center (California)
    • Year and Date
      2010-05-19
    • Related Report
      2010 Annual Research Report

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Published: 2010-12-03   Modified: 2024-03-26  

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