2021 Fiscal Year Annual Research Report
Observation of helical edge states in topological photonic crystals
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19K14634
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
猪瀬 裕太 京都大学, 理学研究科, 特定助教 (90634501)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | フォトニック結晶 / トポロジカル絶縁体 / 共鳴トンネルダイオード発振器 / テラヘルツ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年度までに、Expanded構造およびShrunken構造における電場の空間像を観測し、バンド構造に対応した周期的な電磁場固有モードの直接観測に成功していた。最終年度は、両構造を接合させた界面における伝播モードの直接観測を実施し、またテラヘルツ光源とフォトニック結晶を結合させた光共振器デバイスに関する検証を行った。
本研究で使用してきた時空間分解測定の実験系では、界面モードの抽出に対しては周波数分解能が不足している状況であった。そこで、実験系内部で生じていた反射光を抑制し、EOサンプリングの検出時間幅を長くする工夫を加えた。そのように周波数分解能を向上させた実時間テラヘルツ近接場顕微鏡を用いて、構造界面近傍における時空間分解測定を行った。理論的に予測される周波数において試料面内を伝播する電磁波が観測されたが、界面を伝播するテラヘルツ波の様子を明瞭に観測するまでには至らなかった。界面モードの直接観測を妨げた原因としては、外部からの入射光が試料面内に結合する効率が低いことが考えられる。フォトニック結晶の構造にあえて欠陥を入れることで結合効率が上がることが理論的には分かっているが、本研究では実験的な追検証には至っていない。
一方で、界面モードの観測とは別に、テラヘルツ帯に対応した小型の光共振器デバイスについて検証を実施した。本研究では大型の半導体レーザー装置を光源として使用していたが、将来的なデバイスの社会実装を想定すると、小型で高効率な光源の利用が相応しい。そこで、小型のテラヘルツ光源である共鳴トンネルダイオード発振器が光共振器構造と結合したデバイスについての検討を行った。その結果、光源が自己注入による影響を受けて、放射されるテラヘルツ波のスペクトルが顕著な狭線化と安定化を示すことが明らかになった。これらは、高効率な光集積デバイスの創成に繋がる成果である。
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Research Products
(2 results)
