2014 Fiscal Year Research-status Report
3次元フォトニック結晶による高Q値光ナノ共振器の実現に関する研究
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26790034
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
石崎 賢司 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (40638524)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | フォトニック結晶 / ナノ共振器 / 導波路 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、3次元的な光ナノ構造・フォトニック結晶を活用し、立体的に完全に光の状態を制御することにより、既存の技術を上回る高い光蓄積性能（高Q値）を有する光ナノ共振器を探索することを目的としている。これまでに開発してきた、光波長領域で動作する3次元構造の形成技術および立体的な光導波制御技術を核として、ナノ共振器-導波路の結合構造の解析・設計により、外部からの光学特性評価を可能とすることで、実験と理論の比較分析（構造の作製誤差等の影響調査）へと発展させ、これまでに未踏であった、極限的な性能の評価・実現へと展開することを目指している。初年度である平成26年度は、高Q値ナノ共振器の実現の基盤として、(1) 立体光導波路-ナノ共振器結合系の詳細な実験的・理論的分析を行い、従来の16層構造におけるQ値（1650）を上回る、~4900のQ値をもつナノ共振器を実証した。特に、微小なモード体積（0.3×媒質内波長の3乗程度）をもち、フォトニックバンドギャップ帯域中に少数の共振モードのみをもつようなドナー型ナノ共振器を実現し、従来のアクセプタ型と比べて高いQ値を得るとともに、積層時の位置ずれ等を考慮したモード周波数の同定や、Q値の解析との比較にも成功した。また、(2)さらなる高Q値化に向けて、3次元構造の積層層数を倍増させた32層構造を初めて作製し、この中央部に形成した極薄面状欠陥の特性評価等へと発展させた。積層融着前の処理方法の改善等により、32層構造の基礎開発に成功し、初期評価として面状欠陥について分析したところ、光の面内分配機能が得られる可能性など新たな知見を得た。今後、本作製法をもとに、ナノ共振器構造の導入・評価へと発展させる。さらに、これらの評価の基礎として、立体的な導波路の交差構造等における特性についても、解析を開始した。
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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
本年度は、従来と同じ16層構造においても、共振器構造およびフォトニック結晶そのものの構造を詳細に分析し、調整することで、従来を上回るQ値を得ることに成功している。また、この知見をもとに、3次元構造の積層数を32層にまで倍増させることで、他の既存技術におけるナノ共振器系の報告値（~900万）を上回るQ値の実現可能性があることを、解析から見出した。さらなる層数増加により、より高いQ値が得られることも、解析により明らかとした。これらの結果の実証に向けて、32層構造の第一試作に成功しており、当初目的に対して、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 |
今後の研究においては、次年度において、今年度構築した多層構造の作製技術を基盤として、ナノ共振器-導波路結合系を32層構造中に実現し、この特性を実験的に評価していく。この実験結果を、解析結果と比較分析することで、より高いQ値の実現方法について議論する。特に、積層構造の理想構造からのずれによる光の漏れ損失や、フォトニック結晶材料による意図しない光吸収損失等、各種損失要因を定量化することが、さらなる実験特性の向上において、重要であると考えられる。これらの知見をもとに、次々年度には、これまでに未踏であった極限的な性能の実現へと展開することを目指す。
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| Causes of Carryover |
購入予定の物品費について、当初計画では、評価のための光学部品の購入を検討していた。しかしながら、研究を遂行する過程で、3次元構造作製時の位置合わせ積層等の手法の改善が重要であることが判明したため、新たな固定冶具等の検討を開始した。このような手法について、当該年度中には状況の分析および設計が不十分であったため、より効率よく研究経費を活用するするために、次年度に使用する計画とした。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
物品費について、次年度の当初計画分と今年度分の次年度使用分とを合わせて、積層冶具や、積層プロセス器具等の改善を図り、3次元的なフォトニック結晶構造を、より簡便に、効率よく作製するための手法を構築する計画である。
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Research Products
(7 results)
