2017 Fiscal Year Annual Research Report
Development of ultralow loss photonic crystals at 1-THz band
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17H01064
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
冨士田 誠之 大阪大学, 基礎工学研究科, 准教授 (40432364)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | テラヘルツ / フォトニック結晶 / 回路 / 1THz / 集積 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
テラヘルツ波は，その発生・検出が困難であったため，ごく最近までは未開の電磁波であった．しかし，通信・センシングといったシステム応用につながる研究が特に0.3 THz帯を中心に最近進展しており，情報・通信分野における重要課題の一つであるといえる．しかし，現状のテラヘルツ波システムは主に中空導波管や誘電体レンズなどの個別部品を定盤上に並べることで基礎実験がなされている段階であり，システムとして大幅な小型化を図るには，テラヘルツ平面集積回路デバイスの実現が不可欠である．本研究で着目するフォトニック結晶は，光の波長に近い大きさの周期を有する誘電体微細構造であり，光の自在な操作を可能にする人工材料として，注目を集めている．研究代表者らはこれまでに，0.3 THz帯において，エレクトロニクス回路の周波数極限に近づいている金属線路と比べ，2桁以上小さい極低損失の平面回路を実現してきた．本研究では，これまでに0.3 THz帯で実現してきたフォトニック結晶回路デバイスを微細化し，機能拡張をすることで未開の1 THz帯への展開を図っていく．
平成29年度は，エレクトロニクス技術と導波管技術に基づき，マイクロ波発振器と周波数逓倍器からなる信号発生器および，スペクトラムアナライザとミキサからなる信号解析装置によって，1 THz帯の高精度テラヘルツ分光システムを構築した．ここで，1 THz帯のフォトニック結晶回路の実験的評価における重要なポイントは，0.3 THz帯と比較して微細化される導波管とフォトニック結晶回路との間の入出力インターフェースであった．フォトニック結晶回路と一括形成するテーパ構造を導波管に挿入して高効率に結合させる方法に関して，電磁界シミュレーションで動作を検証した後，微動ステージおよびマイクロスコープの利用によって，実験的にも実現可能であることを示すことに成功した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
今年度は，エレクトロニクス技術を用いた周波数帯として極限領域といえる1 THz帯において，フォトニック結晶平面回路デバイスの実験的な評価において不可欠な分光システムを当初の予定通り，構築することができた．
加えて，この分光システムとフォトニック結晶回路とを高効率に接続可能な構造を電磁界シミュレーションおよび実験を通じて，開発することに成功した．
以上により，1 THz帯フォトニック結晶デバイスの研究基盤の基礎を構築することに成功したため，おおむね順調に進展しているといえる．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成29年度の成果を受けて，この度構築した1 THz帯の高精度テラヘルツ分光システムを活用し，今後，設計，試作していく1 THz帯フォトニック結晶回路デバイスの伝搬特性の評価を行う．
そして，このように開発していく1 THz帯回路デバイスの応用に向けて，前述の高精度分光システムに変調および復調に関する機器を導入することで，1 THz帯テラヘルツ波キャリアを用いた通信システムを構築し，データ伝送実験を行う．
一方で，特に応用展開が期待される無線通信応用に向けて，フォトニック結晶回路と外部との高効率な入出力を実現可能にするインターフェースの開発を行う．
以上により，今後，1 THz帯フォトニック結晶回路デバイスの応用展開に向けた基盤技術を構築することを目指していく．
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