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多方向エッチングによる3次元フォトニック結晶の開発と光制御への展開

Research Project

Project/Area Number 15J08630
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Nanostructural physics
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

北野 圭輔  京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2015-04-24 – 2018-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2017)
Budget Amount *help
¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000)
Fiscal Year 2017: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2016: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2015: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywordsフォトニック結晶 / 3次元フォトニック結晶 / 光ナノ共振器 / 光導波路 / ウエハ融着
Outline of Annual Research Achievements

周期性を立体的に配置した3次元フォトニック結晶は,あらゆる偏光,波数の光の存在を禁止し,立体的かつ光漏れ損失を極限まで抑制した光制御が可能となると期待されている.これまで2次元構造を順次融着積層していく手法の間に線状あるいは点状の欠陥を入れた層を挟み込むことで導波路や共振器を有する3次元構造を実現した.しかしながら,3次元構造形成のためには,数10 nmレベルの高精度な位置合わせ融着積層などの,複雑かつ時間のかかる工程が周期数と対応する積層数とほぼ同回数要求されるため,実現に成功した積層数は少なく,結果として,導波路や共振器におけるエバネッセント的な光漏れ損失は未だ大きな状況であった.
上記のような状況を鑑み,3次元構造を簡便かつ高速に実現することが,完全な3次元光制御の実現を加速させるために重要と考え,昨年度まで,大面積基板上へ複数の2次元構造を配置し,2次元構造の一括ウエハ融着工程と,分割行程を繰り返すことで構造の作製する新たな手法を開発した.本年度は,本手法によって,全32層の3次元フォトニック結晶を形成し,光学特性の評価を行った.形成された3次元フォトニック結晶について,フォトニックバンドギャップ帯域の光学特性評価した結果,透過率が測定系のノイズまで減衰することを示した.形成した導波路について,光学特性を評価した結果,透過率が10-4から10-5程度とフォトニックバンドギャップ帯域での透過率と比較して増大し,32層の積層導波路を介して光が導波することを示した.さらに,共振器と導波路を組み合わせた系を評価した結果,共振モードが1つ形成され,その光閉じ込め効果はQ値にして15000と16層の3次元フォトニック結晶に形成した内部の共振器よりも1桁高い光閉じ込め効果を実証した.

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2017 Annual Research Report
  • 2016 Annual Research Report
  • 2015 Annual Research Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2018 2017 2016 2015

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Acknowledgement Compliant: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Journal Article] Light Propatation in Ultra-thin Gap in 3D Photonic Crystals2017

    • Author(s)
      Keisuke Kitano, Kenji Ishizaki, Kou Gondaira, Yoshinori Tanaka, and Susumu Noda
    • Journal Title

      Photonics and Nanostructures-Fundamentals and Applications

      Volume: 24 Pages: 58-62

    • DOI

      10.1016/j.photonics.2017.03.003

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Control of radiation angle by introducing symmetric end structure to oblique waveguide in three-dimensional photonic crystal2016

    • Author(s)
      Kou Gondaira, Kenji Ishizaki, Keisuke Kitano, Takashi Asano, and Susumu Noda
    • Journal Title

      Optics Express

      Volume: 24 Pages: 13518-13526

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Three-dimensional photonic crystals fabricated by simultaneous multidirectional etching2015

    • Author(s)
      Keisuke Kitano, Katsuyoshi Suzuki, Kenji Ishizaki, and Susumu Noda
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 91 Issue: 15 Pages: 155308-155308

    • DOI

      10.1103/physrevb.91.155308

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 複数層一括融着により形成した 3次元フォトニック結晶への導波路-ナノ共振器結合構造の導入2018

    • Author(s)
      北野圭輔,石崎賢司,野田進
    • Organizer
      第65回応用物理学会春季学術講演会,19p-C301-3
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 複数層一括融着による3次元フォトニック結晶作製の検討(III)2017

    • Author(s)
      北野圭輔,石崎賢司,権平皓,野田進
    • Organizer
      第64回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜(神奈川県・横浜市)
    • Year and Date
      2017-03-14
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 3次元フォトニック結晶におけるギャップ中減衰モードの考察(II)2017

    • Author(s)
      権平皓,石崎賢司,北野圭輔,野田進
    • Organizer
      第64回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜(神奈川県・横浜市)
    • Year and Date
      2017-03-14
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 複数層一括融着による3次元フォトニック結晶作製2017

    • Author(s)
      北野圭輔,石崎賢司,野田進
    • Organizer
      第78回応用物理学会秋季学術講演会,14p-P7-1
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Analysis of evanescent-Bloch mode in photonic band gap of 3D photonic crystal2016

    • Author(s)
      Kou Gondaira, Takashi Asano, Keisuke Kitano, Kenji Ishizaki, and Susumu Noda
    • Organizer
      The 6th International Symposium on Photonics and Electronics Convergence -Advanced Nanophotonics and Silicon Device Systems-
    • Place of Presentation
      Tokyo (Japan)
    • Year and Date
      2016-11-28
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Improvement of out-coupling of the oblique waveguide in three-dimensional photonic crystals by introducing a symmetric end structure2016

    • Author(s)
      Kou Gondaira, Kenji Ishizaki, Keisuke Kitano, Takashi Asano, and Susumu Noda
    • Organizer
      2016 IEEE Photonics Conference
    • Place of Presentation
      Hawaii (USA)
    • Year and Date
      2016-10-02
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 3次元フォトニック結晶におけるギャップ中減衰モードの考察2016

    • Author(s)
      権平皓,石崎賢司,北野圭輔,野田進
    • Organizer
      第77回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      朱鷺メッセ(新潟県・新潟市)
    • Year and Date
      2016-09-13
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 複数層一括融着による3次元フォトニック結晶作製の検討(Ⅱ)2016

    • Author(s)
      北野圭輔,石崎賢司,権平皓,野田進
    • Organizer
      第63回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      東工大大岡山キャンパス
    • Year and Date
      2016-03-20
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 複数層一括融着による3次元フォトニック結晶作製の検討2015

    • Author(s)
      北野圭輔,石崎賢司,権平皓,野田進
    • Organizer
      第76回応用物理学秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      名古屋国際会議場
    • Year and Date
      2015-09-15
    • Related Report
      2015 Annual Research Report

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Published: 2015-11-26   Modified: 2024-03-26  

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