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フォトニック結晶に非線形誘電体を組み込んだ光機能素子に関する研究

Research Project

Project/Area Number 15760249
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Research Field Electron device/Electronic equipment
Research InstitutionFukuoka Institute of Technology

Principal Investigator

前田 洋  福岡工業大学, 情報工学部, 助教授 (50264073)

Project Period (FY) 2003 – 2004
Project Status Completed (Fiscal Year 2004)
Budget Amount *help
¥3,400,000 (Direct Cost: ¥3,400,000)
Fiscal Year 2004: ¥500,000 (Direct Cost: ¥500,000)
Fiscal Year 2003: ¥2,900,000 (Direct Cost: ¥2,900,000)
Keywordsフォトニック結晶 / 非線形誘電体 / 光機能素子 / 光スイッチ / カー効果 / 全光学的信号処理 / 消光比 / Y分岐導波路 / 方向性結合器 / スイッチング
Research Abstract

フォトニック結晶(Photonic Crystal : PC)構造にカー型の非線形誘電体を組み込み,光信号振幅の変化に伴う非線形誘電率変化を介して光波の伝搬路を変化させる構造について,FDTD法を用いた理論的解析を行った.平成16年度は,二次元方向性結合器およびY分岐導波路における光スイッチングの解析を中心に行った.
PC方向性結合器の解析では,昨年度と同様,結合領域を非線形誘電体とした場合の出力特性の入射電界強度依存性を明らかにした.入射電界振幅を5倍変化させると2本ある出力導波路間で出力の切り替えが起き,そのときの消光比は約4倍である.ただし非線形誘電率変化によりフォトニックバンドが影響を受けて導波路外に放射される電磁エネルギーが多くなるため,消光比に対して悪影響を与えてしまう.また,4GHz帯のマイクロ波領域におけるPC方向性結合器のモデルを作成して線形媒質の場合の数値計算結果の検証も行っており,シミュレーションと実験結果がよく一致することを確認した.
次に,光スイッチングにおける消光比向上を目指し,Y分岐型のPC導波路構造中の光波伝搬解析も行った.まずY分岐導波路の伝送特性を解析した.六方格子状の線形誘電体円柱の周期構造内にY字型の欠陥列を設けて導波路とした.二本の出力部にそれぞれ半径・誘電率とも周囲結晶と異なる共振器となる円柱を配置し,最大出力が得られるよう最適な格子周期を決定した.このとき共振器の屈折率をわずかだけ異なるようにしておく.この屈折率差が0.04程度で光スイッチングが起き,その消光比も20dB以上と良好な結果が得られた.また波長依存性についても波長差16nmで光スイッチングが起き,同じく20dB以上の消光比が得られた.以上より共振器を有するY分岐フォトニック結晶導波路は非線形効果誘電率変化を利用した光スイッチ素子として有望であることがわかった.

Report

(2 results)
  • 2004 Annual Research Report
  • 2003 Annual Research Report
  • Research Products

    (8 results)

All 2005 2004 Other

All Journal Article (5 results) Publications (3 results)

  • [Journal Article] Wavelength Filtering by Photonic Crystal Y-branch Waveguide with Microcavity2005

    • Author(s)
      Xuefeng Li, Hiroshi Maeda
    • Journal Title

      Proceedings of 2005 International Symposium on Microwave and Optical Technology (to be held August 2005) (Accepted)

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Experimental and Numerical Study on Transmissivity of Photonic Crystal Directional Coupler2005

    • Author(s)
      T.Miyaoka, H.Maeda, X.Li, H.Nose, J.Iwashige, K.Uchida
    • Journal Title

      Proceedings of 2005 International Symposium on Microwave and Optical Technology (to be held August 2005) (Accepted)

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Optical Switching in Photonic Crystal Directional Coupler by Kerr Nonlinearity2004

    • Author(s)
      Hiroshi Maeda, Xuefeng Li
    • Journal Title

      Proc.of 2004 URSI Electromagnetic Theory Symposium

      Pages: 745-747

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] カー型非線形媒質を含むフォトニック結晶方向性結合器の光伝送特性2004

    • Author(s)
      李雪峰, 前田洋
    • Journal Title

      平成16年度電気関係学会九州支部連合大会講演論文集

    • NAID

      130004607566

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] フォトニック結晶方向性結合器の数値解析2004

    • Author(s)
      宮岡豊秀, 前田洋
    • Journal Title

      第12回電子情報通信学会九州支部学生講演会講演論文集

      Pages: 80-80

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Publications] 前田 洋, 李 雪峰, 渡辺 仰基: "フーリエ級数展開法によるフォトニック導波路の解析"電気関係学会九州支部第56回連合大会講演論文集. 01-2P-18 (2003)

    • Related Report
      2003 Annual Research Report
  • [Publications] 李 雪峰, 前田 洋: "非線形誘電体を用いた2次元フォトニック結晶方向性結合器の数値解析"電気学会電磁界理論研究会資料. EMT-03-87. 19-24 (2003)

    • Related Report
      2003 Annual Research Report
  • [Publications] Hiroshi Maeda, Xuefeng Li: "Optical switching in photonic crystal directional coupler by Kerr nonlinearity"Proceedings of 2004 URSI Electromagnetic Theory Symposium (to be held in May 2004). (Accepted)(To be published). (2004)

    • Related Report
      2003 Annual Research Report

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Published: 2003-04-01   Modified: 2016-04-21  

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