半導体フォトニック結晶における光の高次トポロジカル相の発現
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20J22862
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 30020:Optical engineering and photon science-related
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
山口 拓人 東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2020-04-24 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥3,100,000 (Direct Cost: ¥3,100,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
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| Keywords | トポロジカルフォトニクス / バレーフォトニック結晶 / 光導波路 / シリコンフォトニクス / フォトリソグラフィ / 光共振器 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、光集積回路応用に向けて半導体フォトニック結晶スラブ構造を利用した光の高次トポロジカル状態の実証に取り組み、構造揺らぎに対するロバスト性について議論し、既存の光源素子との優位性について検討する。これまで光導波素子に関しては構造欠陥や急峻曲げに対してロバストな光輸送特性が示されてきたが、光源素子に関してはそれらのメリットについて深く研究されていない面があった。申請者は特にこの問題に取り組むため、そして光集積回路としての実用可能性も検討するため、スラブ型フォトニック結晶中に新規構造を作りこみ、光学実験による観測手法やロバスト性についての厳密な解析手法を模索する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
バレーフォトニック結晶（VPhC）導波路は導波路の途中に急峻な曲げが存在してもほぼ損失なく光を伝搬させることが可能なため、光集積回路の省面積化のためのプラットフォーム技術として近年注目されている。しかしながら、光の帯域内で動作実証を行ったVPhC導波路はこれまで電子線リソグラフィによって作製されたデバイスのみに限られていた。VPhC導波路デバイスの実用化のためには、より量産性に秀でたフォトリソグラフィ技術を用いて構造を作製できることが望ましい。そのため、我々は昨年度までに光近接効果を補正するための特殊なフォトマスクパターンを設計し、フォトリソグラフィを用いてSOI基板上に三角孔VPhC構造を作製する技術を確立させた。
今年度は直線型導波路に加え、急峻な導波路曲げを2回含むZ型導波路の2種類のVPhC導波路デバイスを同じ導波路長を有するように設計・作製を行い、近赤外イメージングによるデバイスの光学評価を実施した。その結果、我々は両導波路において通信波長帯の波長ではほぼ同程度の強度の透過光を観測することに成功した。本結果はフォトリソグラフィで作製した我々の導波路デバイスにおいても、VPhC導波路で期待されるような導波路曲げに対してロバストな光伝搬特性を有することを示唆している。
また、上述の光学実験ではデバイスのクラッド材料であるシリカのライトラインより上の周波数領域においても同様の急峻な曲げに強い光伝搬特性をVPhC導波路が保持していることを見出した。これは従来の線欠陥ベースのPhC導波路では確認できなかった現象であることから、トポロジカルPhC導波路における光閉じ込めのメカニズムが特異的であることを示しており今後本現象の物理的解明が期待される。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(11 results)
