Project/Area Number |
20K21005
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Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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Allocation Type | Multi-year Fund |
Review Section |
Medium-sized Section 21:Electrical and electronic engineering and related fields
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Research Institution | Wakayama University |
Principal Investigator |
尾崎 信彦 和歌山大学, システム工学部, 教授 (30344873)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
池田 直樹 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 技術開発・共用部門, 主任エンジニア (10415771)
小田 久哉 公立千歳科学技術大学, 理工学部, 准教授 (60405701)
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Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2024-03-31
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Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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Budget Amount *help |
¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2020: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
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Keywords | フォトニック結晶導波路 / テラヘルツ波源 / 差周波発生 / 量子ドット / フォトニック結晶 / テラヘルツ波 |
Outline of Research at the Start |
本研究は、半導体ナノフォトニクス材料であるフォトニック結晶および量子ドットを用いた高効率なテラヘルツ波発生源の提案と、その原理実証を目的とする。具体的には、光分散関係を最適化したフォトニック結晶導波路内に広帯域発光を示す量子ドットを埋め込み、量子ドットから導波路内を伝搬する2波長光の差周波発生による波長可変テラヘルツ波源の実現を目指す。この手法の有効性が実証されれば、外部励起光不要の超小型オールインワンテラヘルツ波源の開発に繋がり、画期的な応用展開が期待される。
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Outline of Annual Research Achievements |
次世代通信やイメージング、分析技術などへの活用が期待されるテラヘルツ波の新たな発生技術として、フォトニック結晶導波路(PhC-WG)を用いた超小型テラヘルツ波源の提案と原理実証を行った。PhC-WGは、半導体薄膜に周期的に形成された空孔列を一列除去することで実現され、導波路近傍の空孔構造の変調により、導波路内の分散関係を低群速度かつ低分散なモードに制御できる。低群速度かつ低分散特性のPhC-WG内にテラヘルツ程度の周波数差を持った2つの基本光を導入すれば、低群速度による強度増強効果と低分散による位相整合によって、高効率な差周波発生(DFG)が誘起され、超小型かつ波長可変なテラヘルツ波源への応用が期待できる。 二次の非線形係数が比較的大きなAl(Ga)As薄膜にPhC-WGを形成し、空孔構造の最適化によって、低群速度かつ低分散なPhC-WGが実現されることを数値シミュレーションにより示した。最適化されたPhC-WGにおいて、最大差周波数は約3THzと見積もられた。また、この構造に対する有限差分時間領域法による電磁波の伝播シミュレーションから、DFG強度がバルク導波路に比べ、二桁以上増大されることを確認した。さらに、2つの基本光を導入するためのPhC-WGを面内集積した構造の設計および数値シミュレーションを行うことで、基本光源とDFG領域を集積したオールインワンのテラヘルツ波源の設計を進めた。その結果、面内集積型PhC-WG構造においても、低群速度低分散PhC-WGから高効率なテラヘルツDFGが発生することを確認した。設計構造を基に、微細加工によるAl(Ga)As薄膜へのPhC-WGの作製および光学評価を行い、非線形現象の計測にも成功した。これらの結果から、提案構造による新規なテラヘルツ波源応用の可能性が示された。
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