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Hyperbolic Photonics

Research Project

Project/Area Number 17K19077
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

Allocation TypeMulti-year Fund
Research Field Applied physics and engineering and related fields
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

Takahara Junichi  大阪大学, 工学研究科, 教授 (90273606)

Project Period (FY) 2017-06-30 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2017: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Keywordsメタマテリアル / プラズモニクス / ハイパボリックメタマテリアル / 光共振器 / 金属・絶縁体転移 / 二酸化バナジウム / 金属・絶縁体相転移
Outline of Final Research Achievements

A uniaxial anisotropic optical medium called a hyperbolic metamaterial (HMM) has a hyperbolic dispersion relation and exhibits special propagation characteristics different from a dielectric. We conducted research on propagation modes of HMM and obtained the following results. 1) Bulk propagating waves in HMMs have been treated by the effective medium approximation, but we found a mode that cannot be explained by the approximation and classified them by the symmetry of the surface plasmon coupling mode. Moreover, the limit of approximation was clarified. 2) It was theoretically proposed that the resonant wavelength of the HMM optical resonator does not depend on the size. This is a revolution in the concept of optical resonators. This makes it possible to realize a new metamaterial using HMM optical resonators as metaatoms.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

光通信容量の飛躍的増大により、光信号を処理する電子デバイスの消費電力の大きさが問題となっており、すべて光を用いた集積フォトニックデバイスが必要とされている。光には回折限界があるために、光波長の1/2以下の空間(およそ200nm)に光を閉じ込めて伝送させることはできない。このために光デバイスも回折限界の制限をうけ、微細化ができない問題がある。200nmは現在の電子集積回路の素子が10nm以下であることを考えると非常に大きいといえる。本成果により波長の制約を受けない光導波路や光共振器ができるので、光波長の制約を受けない光デバイスを実現でき、光通信の省電力化に貢献できる。

Report

(4 results)
  • 2019 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2018 Research-status Report
  • 2017 Research-status Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2020 2019 2018 2017

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 3 results)

  • [Journal Article] バルクから表面へ向かうメタマテリアル2020

    • Author(s)
      高原淳一
    • Journal Title

      光技術コンタクト

      Volume: 58 Pages: 30-37

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Journal Article] TiO2/SiO2積層型ハイパボリックメタマテリアル光共振器における特異な共振モード2018

    • Author(s)
      高原淳一、相良潤
    • Journal Title

      信学技報

      Volume: LQE2018-180 Pages: 171-174

    • Related Report
      2018 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Plasmonic interpretation of bulk propagating waves in hyperbolic metamaterial optical waveguides2018

    • Author(s)
      Mai Higuchi and Junichi Takahara
    • Journal Title

      Optics Express

      Volume: 26 Issue: 2 Pages: 1918-1929

    • DOI

      10.1364/oe.26.001918

    • Related Report
      2017 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Dielectric-based Hyperbolic Metamaterials and Nano-Optical Cavity2019

    • Author(s)
      Junichi Takahara
    • Organizer
      The 10th International Conference on Metamaterials, Photonic Crystals and Plasmonics (META 2019)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] ハイパボリックメタマテリアル光共振器における光共振モードのX型空間分布2019

    • Author(s)
      相良潤、高原淳一
    • Organizer
      第66回応用物理学会春季学術講演会
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Presentation] TiO2/SiO2超低損失ハイパボリックメタマテリアル共振器の数値解析2019

    • Author(s)
      相良潤、高原淳一
    • Organizer
      ナノオプティクス研究グループ 第25回研究討論会
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Presentation] TiO2/SiO2積層型ハイパボリックメタマテリアル光共振器における特異な共振モード2019

    • Author(s)
      高原淳一、相良潤
    • Organizer
      電子情報通信学会 レーザー・量子エレクトロニクス研究会(LQE)
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Presentation] Interaction of Infrared Light to Bulk Propagating Waves in Hypeboloc Metamaterial Optical Waveguide2018

    • Author(s)
      Junichi Takahara, Mai Higuchi and Jun Sagara
    • Organizer
      PIERS 2018
    • Related Report
      2018 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] メタサーフェスによる光吸収・熱輻射制御の基礎と応用2018

    • Author(s)
      高原淳一
    • Organizer
      産業技術総合研究所 第10回「光ネットワーク超低エネルギー化技術拠点」/第7回電子光技術 合同シンポジウム
    • Related Report
      2017 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] ハイパボリックメタマテリアル光導波路における有効媒質近似の適用限界2018

    • Author(s)
      樋口舞衣、高原淳一
    • Organizer
      第15回プラズモニクスシンポジウム
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] 中赤外域における誘電体ハイパボリックメタマテリアルの光学特性とその応用2017

    • Author(s)
      樋口舞衣、高原淳一
    • Organizer
      日本光学会年次学術講演会 OPJ2017
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] Theoretical study about optical waveguide with hyperbolic metamaterials2017

    • Author(s)
      Mai Higuchi and Junichi Takahara
    • Organizer
      The 8th International Conference on Surface Plasmon Photonics (SPP8)
    • Related Report
      2017 Research-status Report
    • Int'l Joint Research

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Published: 2017-07-21   Modified: 2021-02-19  

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