2022 Fiscal Year Research-status Report
半導体ナノフォトニクス材料による革新的超小型オールインワン・テラヘルツ波源
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20K21005
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| Research Institution | Wakayama University |
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Principal Investigator |
尾崎 信彦 和歌山大学, システム工学部, 教授 (30344873)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
池田 直樹 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 技術開発・共用部門, 主任エンジニア (10415771)
小田 久哉 公立千歳科学技術大学, 理工学部, 准教授 (60405701)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2024-03-31
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| Keywords | フォトニック結晶導波路 / テラヘルツ波源 / 差周波発生 / 量子ドット |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、面内集積型フォトニック結晶導波路を用いた超小型オールインワン・テラヘルツ波源の提案と、その原理実証を目的としている。低群速度かつ低分散の導波モードを有するよう構造設計されたフォトニック結晶導波路に、２つの異なる周波数を持った基本光を導入するフォトニック結晶導波路を結合し、低群速度低分散フォトニック結晶導波路内にて高効率な差周波発生(DFG)を誘起することで、超小型かつ波長可変なテラヘルツ波源への応用を目指している。
これまでの成果として、まず、Al(Ga)As薄膜に空孔を周期的に配列した２次元フォトニック結晶の空孔列を除去して形成されるフォトニック結晶導波路において、フォトニック結晶の構造最適化により、２つの周波数の基本光が低群速度かつ低分散となるフォトニック結晶導波路が実現されることを数値シミュレーションにより示した。この２つの基本光から最大約3THzの差周波が実現できることを示しており、この構造に対する有限差分時間領域法による電磁波の伝播シミュレーションから、DFG強度がバルク導波路に比べ、二桁以上増大されることを確認した。
さらに、２つの基本光を導入するためのフォトニック結晶導波路を面内集積したフォトニック結晶導波路の設計および数値シミュレーションを行うことで、基本光源とDFG領域を集積したオールインワンのテラヘルツ波源の設計を進めた。その結果、面内集積型フォトニック結晶導波路構造においても、低群速度低分散フォトニック結晶導波路において高効率なテラヘルツDFGを確認できた。今後、この構造設計を基に、高効率テラヘルツ波源の作製および光学評価実験による原理実証をさらに進めていく。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
数値シミュレーションによる提案構造の実証は予定通り進捗しているものの、研究課題実施期間前半での新型コロナウイルスの感染拡大の影響により、実験や出張が実施困難な状況が断続的に発生したことと、使用を予定していた半導体微細加工装置の一部にトラブルが発生したため、サンプル試作が当初予定していたスケジュールから遅れている。そのため、進捗状況としてはやや遅れていると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
新型コロナウイルス感染拡大や装置トラブルなどの想定外の事態により生じた遅れを取り戻すため、さらに研究期間を１年延長し、予定していた研究内容の完遂を目指す。これまでに数値シミュレーションによって、フォトニック結晶導波路構造の最適化および面内集積型フォトニック結晶導波路構造でのTHz-DFGの高効率化は検証できており、これらの構造の試作および光学特性評価の予備実験にも着手している。今後、サンプル試作および光学評価をさらに進め、提案している半導体ナノフォトニクス材料によるテラヘルツ波源の実現可能性を実験的に検証していく。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルス感染拡大の影響や装置トラブルなどの想定外の事態により研究進捗が遅れたため、未使用額が発生した。今後の研究の推進方策で述べた通り、予定内容を完遂すべくさらに1年間の延長を申請しており、未使用額については延長した期間の実験や出張の費用および成果報告のための費用として使用する予定である。
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