| Project/Area Number |
22K14625
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 30020:Optical engineering and photon science-related
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
Fujii Shun 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 助教 (80897950)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
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| Keywords | 微小光共振器 / 二次元材料 / 非線形光学効果 / 第二高調波発生 / 非線形波長変換 / 非線形光学変換 / 高Q値微小光共振器 |
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| Outline of Research at the Start |
超高Q値微小光共振器と二次元材料の融合によるナノスケール非線形フォトニクスの開拓を目指す．高い光の閉じ込め性能（高Q値）を有するマイクロ共振器とよばれる微小デバイスを用いることで，非常に弱い光励起でも様々なの非線形光学効果を発現できることが知られている．この素子を原子数層程度の厚みしか持たない二次元材料と組み合わせることで，従来観測されてこなかった非線形光学物性を発現させることを狙う．超高Q値微小光共振器の非線形フォトニクスを，ナノ材料の光学特性評価，顕微分光技術と組み合わせることで，二次元材料の新たなナノフォトニクスの開拓への足がかりとする．
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| Outline of Final Research Achievements |
High-efficiency second-order nonlinear optical processes have been demonstrated by using a hybrid device, where an atomically-thin two-dimensional material is integrated into a high-Q silica optical microcavity. By performing the layer-dependence and excitation power dependence measurements, it is confirmed that the strong nonlinearity was enhanced by a microcavity via strong light-matter interaction at the surface. Although silica does not inherently show second-order nonlinearities, this approach provides a method to drastically alter the nonlinear properties of high-Q optical microcavities by functionalizing with semiconductor two-dimensional materials without significant losses.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
高Q値微小光共振器の非線形光学特性を，原子層二次元材料の転写というプロセスで自由に制御できる可能性を示した．特に，連続光レーザー励起で高効率な非線形光学効果の観測に成功したことは，微小光共振器と二次元材料の親和性の高さを証明する重要な結果である．また，本手法を適用することで将来的なナノフォトニクスデバイスの設計の自由度を飛躍的に高めることが期待される．
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