| 研究概要 |
光の波長程度の周期で屈折率が大きく変化する人工結晶(フォトニック結晶)を利用すると,輻射場の固有モードの存在しない周波数領域(フォトニックバンドギャップ)が実現できる。フォトニックバンドギャップの周波数に近い遷移周波数をもつ原子(あるいは分子)は,フォトニック結晶に固有の量子電気力学効果によって,光の量子局在状態やそれに関連した非マルコフ的な発光現象を引き起こすことが理論的に予想される。本研究では,フォトニック結晶に導入した希土類原子や色素分子による超放射を利用することにより,このような全く新しい量子電気力学効果の実証を目指した。そこで,まず,従来のFDTD法(時間領域差分法)と包絡線近似によるフォトニック結晶の超放射の解析では評価が難しかった大きなフォトニックバンドギャップの場合について,包絡線近似を用いない数値計算プログラムを作成し,誘電体球と高分子ゲルから成る面心立方コロイド結晶を想定して超放射を解析した。レーザービームによる筒状の光励起の場合,超放射光は励起ビームと同じ方向に放射されること,したがって2次元・3次元フォトニック結晶の場合でも,超放射の非マルコフ的振舞いに関係するのは1次元的なバンドギャップと状態密度であることが分かった。他方,希土類のキレート化合物による超放射についてパルス色素レーザーを励起光源とし,ストリークカメラを検出器として検討を進めた。さらに,極低温に冷却した量子ドットを発光体に用いる可能性や,フォトニック結晶の局在モードによる異常な状態密度の利用を検討し,その過程でGaAs量子ドットの光励起レーザー発振の実験観測,2連微小球共振器による真空ラビ分裂の第1原理計算,マイケルソン干渉計による単一量子ドット発光スペクトル線幅の精密測定,2重量子リングの電子準位計算とマイクロフォトルミネッセンス測定,などの研究成果を上げた。
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