1997 Fiscal Year Annual Research Report

フォトニック結晶における輻射場と物質の新しい相互作用の研究

Research Project

Project/Area Number	07404049
Research Institution	HOKAIDO UNIVERSITY
Principal Investigator	井上久遠北海道大学, 電子化学研究所, 教授 (30021934)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	迫田和彰北海道大学, 電子化学研究所, 助教授 (90250513)
Keywords	フォトニック結晶 / フォトニックバンドギャップ / 輻射場 / フォトンモード / 量子制御 / 2次元結晶 / レーザー作用
Research Abstract	2次元フォトニック格子を用いた新しいレーザー作用の特性を詳細に調べ、その発生機能の解明を行った。すなわち、試料のエアロッドを色素溶液で満たしナノ秒光パルスで励起することにより、外部共振器なしで、しかも低いしきい値で2次元面でレーザー作用が生ずる。弱励起の場合のスムーズな発光スペクトルが、励起を強くすると(a)ピーク波長、および(b)それより長波長の特定波長の2つの位置で同時に幅の狭いスペクトルが成長する。この先鋭化と共に発光の時間減衰も誘導放出の関与のため速くなる。色素の種類、濃度、フォトニック格子の格子定数、サイズ、等を変えてその特性を詳細に調べた。また、この系のフォトニックバンド構造を計算し、実験事実との対応関係を調べた。その結果、(a)と(b)のレーザー発振機構は、それぞれ(a)フォトニック格子特有のQ値の高い非結合モード、および(b)特定の波長における群速度が遅い効果、によるものであることを明らかにした。次に、シリコンを用いて0.4mm程度の格子定数をもつ3次元単純立方格子を作製し、その透過率特性をテラヘルツ分光、およびフーリエ分光で独立に測定し、透過率およびバンド構造の計算結果と比較した。今回の試料は、昨年度のものをさらに改良したものである。その結果、この単純な構造でも全方位に完全なバンドギャップが開くことを明らかにした。光の領域におけるフォトニック結晶作製の道を拓くものであり、大きな成果である。理論的研究も精力的に行い多くの成果を得た。すなわち、3次元格子の各々のバンドの対称性の決定と非結合バンドの存在の実証、不純物準位を求める一般的方法の開発並びに具体的な不純物準位の導出、群速度の遅延効果による光の増幅率の導出、等々を明らかにした。

Research Products
(8 results)

All Other

All Publications (8 results)

[Publications] M.Wada, Y.Doi, K.Inoue, 他: "Far-infrared transmittance and band structure correspondence in two-dimensional air-rod photonic crystals" Physical Review B. 55・16. 10443-10451 (1997)
[Publications] M.Wada, Y.Doi, K.Inoue, J.W.Haus: "A simple cubic photonic lattice in silicn" Applied Physics Letters. 70・22. 2996-2998 (1997)
[Publications] M.Sasada, K.Inoue, 他: "Laser oscillation from dye molecules in a 2D photonic crystal" Proc.of CLEO/Pacific Rim'97 (IEEE). 40-40 (1997)
[Publications] K.Inoue: "Optical properties of 2D photonic crystals" Proc.of CLEO/Pacific Rim'97 (IEEE). 42-43 (1997)
[Publications] K.Sakoda: "Group-theoretical classification of eigenmodes in three-dimensional photonic lattices" Physical Review B. 55・23. 15345-15348 (1997)
[Publications] K.Sakoda: "Numerical analysis of the interference patterns in the optical transmission spectra of a square photonic lattice" J.Optical Society of America B. 14・8. 1961-1966 (1997)
[Publications] K.Sakoda, H.Shiroma: "Numerical method for localized defect modes in photonic lattices" Physical Review B. 56・8. 4830-4835 (1997)
[Publications] K.Sakoda: "Optical Properties of Low-Dimensional Materials,vol.2 1998" World Sientific,Singapole (in press), (1998)

1997 Fiscal Year Annual Research Report

フォトニック結晶における輻射場と物質の新しい相互作用の研究

Principal Investigator

井上 久遠 北海道大学, 電子化学研究所, 教授 (30021934)

Research Products

[Publications] M.Wada, Y.Doi, K.Inoue, 他: "Far-infrared transmittance and band structure correspondence in two-dimensional air-rod photonic crystals" Physical Review B. 55・16. 10443-10451 (1997)

[Publications] M.Wada, Y.Doi, K.Inoue, J.W.Haus: "A simple cubic photonic lattice in silicn" Applied Physics Letters. 70・22. 2996-2998 (1997)

[Publications] M.Sasada, K.Inoue, 他: "Laser oscillation from dye molecules in a 2D photonic crystal" Proc.of CLEO/Pacific Rim'97 (IEEE). 40-40 (1997)

[Publications] K.Inoue: "Optical properties of 2D photonic crystals" Proc.of CLEO/Pacific Rim'97 (IEEE). 42-43 (1997)

[Publications] K.Sakoda: "Group-theoretical classification of eigenmodes in three-dimensional photonic lattices" Physical Review B. 55・23. 15345-15348 (1997)

[Publications] K.Sakoda: "Numerical analysis of the interference patterns in the optical transmission spectra of a square photonic lattice" J.Optical Society of America B. 14・8. 1961-1966 (1997)

[Publications] K.Sakoda, H.Shiroma: "Numerical method for localized defect modes in photonic lattices" Physical Review B. 56・8. 4830-4835 (1997)

[Publications] K.Sakoda: "Optical Properties of Low-Dimensional Materials,vol.2 1998" World Sientific,Singapole (in press), (1998)

井上久遠北海道大学, 電子化学研究所, 教授 (30021934)