フォトニック結晶における輻射場と物質との相互作用

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10210201
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 岩井 俊昭 北海道大学, 電子科学研究所, 助教授 (80183193)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 浅川 潔 技術研究組合, フェムト秒テクノロジー研究機構, 主任研究員 ; 川俣 純 北海道大学, 電子科学研究所, 助手 (40214689) ; 井上 久遠 北海道大学, 電子科学研究所, 名誉教授 (30021934)
• Keywords: フォトニック結晶 / 輻射場の制御 / フォトニックバンド構造 / 局在モード / 群速度 / コロイドエピタキシー法 / 放射圧 / 自己組織化

Research Abstract

1.エアブリッジ型AlGaAs円孔フォトニック結晶(PC)スラブを基にして、輻射場と光の伝播特性の制御に関する研究を実施し、いくつかの成果を得た。
(1)線欠陥を導入したPC導波路を作製して特性を解明した。まず、直線導波路について、透過率スペクトルの測定と計算、バンド計算の結果との比較により、空間的にもエネルギー的にも局在し伝播するモードの存在を明らかにし、新しい導波路としての有効性を示した。次に、波長程度の急峻な曲がり(60度)をもつ導波路に関して、曲がり部分に細工を施すことにより、殆ど損失なく光が伝播する事実を明らかにした。同様に、Y-ブランチ型、マッハツェンダー型についても良好な結果を得た。その結果、PC導波路が将来の超小型の光集積回路の導波路として使える見通しを得た。
(2)外部からのフェム秒光パルスの直接伝播測定により、有限の長さをもつ試料の比較的平坦なバンドが非常に小さな群速度をもつ事実をはじめて見出した。すなわち、十分に長い試料バンドではバンドの勾配できまるのに対しそれ以上に小さい値をもつ事実である。このようなバンドでは光とPCとの単位長さあたりの相互作用が非常に大きくなることを意味し、今後、遅延素子をはじめとして新規なデバイスの開発に道を開く意義は大きい。
2.レーザー光の放射圧と微粒子の自己組織化を利用した新しいコロイドエピタキシー法を提案し、微粒子の3次元周期的構造体を製作することに成功した。
(1)微粒子コロイド溶液にレーザーを集光照射し、その電界勾配力と散乱力により微粒子を微小体積内で自己配列させ、レーザー照射熱による溶媒蒸発過程で発現する横毛管力による自己集積により微粒子の周期的構造を有する単分子膜を作製することに成功した。
(2)微粒子の単分子膜作製過程を繰り返すことにより、3層構造の3次元周期構造体を作製することに成功し、かつその構造体が六方最密構造であることを明らかにした。さらに、積層過程において照射位置を制御することにより、面心立法構造体も作製できる可能性を示した。

Research Products

• [Publications] N.Kawai: "Transmittance and time-of-flight study of AlxGa1-xAs-based photonic crystal waveguides"Physical Review B. 63・15. 153313, 1-4 (2001)
• [Publications] K.Inoue: "Optical properties of different types of GaAs-based photonic crystal slabs and their application to devices"Micro-Photonics-Materials, Physics and Applications-Proc. of 2000 MRS Symp., ed. K. Wada, T. Krauss et al.. 637. E.3.2, 1-12 (2001)
• [Publications] Y.Sugimoto: "Fabrication and characterization of 2D AlGaAs photonic crystals with high-aspect-ratio hole patterns by Cl2 RIBE"Micro-Photonics-Materials, Physics and Applications-Proc. of 2000 MRS Symp., ed. K. Wada, T. Krauss et al.. 637. E.5.10, 1-6 (2001)
• [Publications] T.Aoki: "Teraheltz time-domain study of a pseudo-simple-cubic photonic lattice"Physical Review B. 64・4. 045106, 1-5 (2001)
• [Publications] H.Kitahara: "Teraheltz wave dispersion in two-dimensional photonic crystals"physical Review B. 64・4. 045202, 1-7 (2001)
• [Publications] Y.Sugimoto: "AlGaAs-based two-dimensional photonic crystal with defect waveguides for miniaturized ultra-fast optical pulse control/delay devices"Proc. of SPIE Symposium on Active and Passive Optical Components for WDM Communications. 4532. 180-190 (2001)
• [Publications] 井上 久遠: "フォトニック結晶による光の場の制御"表面科学. 22・11. 702-709 (2001)
• [Publications] T.Iwai: "Optical fabrications of ordered polystylene using radiation pressure and self-organization"Proc. of SPIE Symposium on Photonics Technology in the 21-th Century. 4598. 94-100 (2001)
• [Publications] K.Ishii: "Numerical simulation of ordered polystyrene particles using the radiation pressure and self-organization"Proc. of SPIE Symposium on Photonics Technology in the 21-th Century. 4598. 80-85 (2001)
• [Publications] Y.Sugimoto: "Light propagation characteristics of photonic crystal waveguide for miniatuarized ultra-fast air-bridge-type 2D photonic crystal slabs"Proc. of SPIE Symposium on Photonics Technology in the 21-th Century. 4598. 58-72 (2001)
• [Publications] Y.Sugimoto: "Theoretical and experimental investigation of straight defect-waveguides in AlGaAs-based air-bridge-type 2D photonic crystal slabs"Applied Physics Letters. 79・25. 4285-4288 (2001)
• [Publications] Y.Sugimoto: "Fabrication and characterization of different types of two-dimensional AlGaAs photonic crystal slabs"Journal of Applied Physics. 91・3. 922-929 (2001)
• [Publications] Y.Sugimoto: "Experimental verification of guided modes in 60-degree-bent defect-waveguides in AlGaAs-based air-bridge 2-D photonic crystal slabs"Journal of Applied Physics. 91・5. 3477-3479 (2002)
• [Publications] 岩井俊昭: "光の放射圧と自己組織化を利用した微粒子配列"レーザー研究. 30・2. 70-74 (2002)
• [Publications] K.Inoue: "Observation of small group velocity in two-dimensional AlGaAs-based photonic crystal slabs"Physical Review B. 65・12(印刷中). (2002)
• [Publications] Y.Sugimoto: "Light propagation characteristics of Y-branch defect-waveguide in AlGaAs-based air-bridge-type 2D photonic crystal slabs"Optics Letters. 27・6(印刷中). (2002)
• [Publications] Y.Sugimoto: "Simulation, fabrication and characterization of two-dimensional photonic crystal slabs with defect waveguides for planar"IEEE J. of Quantum Electronics. (印刷中). (2002)