2023 Fiscal Year Annual Research 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 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
次世代通信やイメージング、分析技術などへの活用が期待されるテラヘルツ波の新たな発生技術として、フォトニック結晶導波路(PhC-WG)を用いた超小型テラヘルツ波源の提案と原理実証を行った。PhC-WGは、半導体薄膜に周期的に形成された空孔列を一列除去することで実現され、導波路近傍の空孔構造の変調により、導波路内の分散関係を低群速度かつ低分散なモードに制御できる。低群速度かつ低分散特性のPhC-WG内にテラヘルツ程度の周波数差を持った２つの基本光を導入すれば、低群速度による強度増強効果と低分散による位相整合によって、高効率な差周波発生(DFG)が誘起され、超小型かつ波長可変なテラヘルツ波源への応用が期待できる。
二次の非線形係数が比較的大きなAl(Ga)As薄膜にPhC-WGを形成し、空孔構造の最適化によって、低群速度かつ低分散なPhC-WG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。最適化されたPhC-WGにおいて、最大差周波数は約3THzと見積もられた。また、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PhC-WGを面内集積した構造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PhC-WG構造においても、低群速度低分散PhC-WGから高効率なテラヘルツDFGが発生することを確認した。設計構造を基に、微細加工によるAl(Ga)As薄膜へのPhC-WGの作製および光学評価を行い、非線形現象の計測にも成功した。これらの結果から、提案構造による新規なテラヘルツ波源応用の可能性が示された。
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