極低損失フォトニック結晶の1 THz帯への展開

• 研究課題/領域番号: 17H01064
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 光工学・光量子科学
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 冨士田 誠之 大阪大学, 基礎工学研究科, 准教授 (40432364)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 44,330千円 (直接経費: 34,100千円、間接経費: 10,230千円); 2019年度: 12,480千円 (直接経費: 9,600千円、間接経費: 2,880千円); 2018年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円); 2017年度: 25,870千円 (直接経費: 19,900千円、間接経費: 5,970千円)
• キーワード: テラヘルツ / フォトニック結晶 / 1 THz / 回路 / 導波路 / 高周波 / 集積 / シリコン / 1THz

研究成果の概要

一般に高周波回路では金属が用いられるが，その伝搬損失は，周波数が高くなるほど顕著になる．本研究では，金属を用いない誘電体の微細周期構造であるフォトニック結晶に着目し，1 THz帯回路の基盤技術の開拓を行った．シリコンを用いた1 THz帯フォトニック結晶回路によって，従来技術としては低損失である中空金属導波管と比較して，一桁以上小さな0.1 dB/cmという伝搬損失が得られた．1 Gbit/sのデータ伝送実験にも成功し，1 THz帯におけるフォトニック結晶の有用性を示した．

研究成果の学術的意義や社会的意義

1 THz帯は，エレクトロニクスにおける高周波極限に相当する．その物理限界の一つである金属による損失を光に関する科学技術であるフォトニクス分野のアイディアであるフォトニック結晶によって克服できることを示したことは学術的に意義深い．0.1 THzから10 THzの周波数の電磁波であるテラヘルツ波を用いた通信・センシング応用が期待されており，特にデバイス・回路の開発が困難な1 THz帯の応用可能性を示したことは，新たな周波数帯の電磁波の利活用につながるため，社会的な意義が大きい．

研究成果

• [国際共同研究] The University of Adelaide(オーストラリア)
• [国際共同研究] The University of Adelaide(Australia)
• [雑誌論文] Half-Maxwell fisheye lens with photonic crystal waveguide for the integration of terahertz optics (2020)
  • 著者名/発表者名: Daniel Headland, Masayuki Fujita, Nagatsuma Tadao
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 28 号: 2 ページ: 2366-2366
  • DOI: 10.1364/oe.381809
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Bragg-Mirror Suppression for Enhanced Bandwidth in Terahertz Photonic Crystal Waveguides (2020)
  • 著者名/発表者名: Daniel Headland, Masayuki Fujita, Tadao Nagatsuma
  • 雑誌名: IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics 巻: 26 号: 2 ページ: 1-9
  • DOI: 10.1109/jstqe.2019.2932025
  • 査読あり
• [雑誌論文] Near-field out-of-plane coupling between terahertz photonic crystal waveguides (2019)
  • 著者名/発表者名: Daniel Headland, Xiongbin Yu, Masayuki Fujita, Tadao Nagatsuma
  • 雑誌名: Optica 巻: 6 号: 8 ページ: 1002-1002
  • DOI: 10.1364/optica.6.001002
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Efficient mode converter to deep-subwavelength region with photonic-crystal waveguide platform for terahertz applications (2019)
  • 著者名/発表者名: Xiongbin Yu, Jae-Young Kim, Masayuki Fujita, Tadao Nagatsuma
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 27 号: 20 ページ: 28707-28707
  • DOI: 10.1364/oe.27.028707
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Simultaneous low-loss and low-dispersion in a photonic-crystal waveguide for terahertz communications (2019)
  • 著者名/発表者名: Xiongbin Yu, Masaki Sugeta, Yuichiro Yamagami, Masayuki Fujita and Tadao Nagatsuma
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 12 号: 1 ページ: 012005-012005
  • DOI: 10.7567/1882-0786/aaf4b3
  • NAID: 210000135546
  • 査読あり
• [雑誌論文] Integrated silicon photonic crystals toward terahertz communications (2018)
  • 著者名/発表者名: Withawat Withayachumnankul, Masayuki Fujita and Tadao Nagatsuma
  • 雑誌名: Advanced Optical Materials 巻: 6 号: 16 ページ: 1800401-1800401
  • DOI: 10.1002/adom.201800401
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Terahertz multi-beam antenna using photonic crystal waveguide and Luneburg lens (2018)
  • 著者名/発表者名: Daniel Headland, Withawat Withayachumnankul, Ryoumei Yamada, Masayuki Fujita and Tadao Nagatsuma
  • 雑誌名: APL Photonics 巻: 3 号: 12 ページ: 126105-126105
  • DOI: 10.1063/1.5060631
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] All-dielectric integration of dielectric resonator antenna and photonic crystal waveguide (2017)
  • 著者名/発表者名: Withayachumnankul Withawat、Yamada Ryoumei、Fumeaux Christophe、Fujita Masayuki、Nagatsuma Tadao
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 25 号: 13 ページ: 14706-14706
  • DOI: 10.1364/oe.25.014706
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Terahertz systems based on resonant tunneling diodes and photonic crystals (2017)
  • 著者名/発表者名: Fujita Masayuki
  • 雑誌名: IPC Proceedings 巻: 2017 ページ: 547-547
  • DOI: 10.1109/ipcon.2017.8116217
  • 査読あり
• [雑誌論文] Large capacity terahertz tag using photonic crystal slabs (2017)
  • 著者名/発表者名: Kujime Yusuke、Fujita Masayuki、Nagatsuma Tadao
  • 雑誌名: MWP Proceedings 巻: 2017 ページ: 1-4
  • DOI: 10.1109/mwp.2017.8168705
  • 査読あり
• [雑誌論文] テラヘルツ帯フォトニック結晶とそのデバイス応用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 冨士田 誠之
  • 雑誌名: レーザー研究 巻: 45 ページ: 752-756
  • NAID: 130007957354
  • 査読あり
• [学会発表] Photonic Crystal Waveguide Technologies for Terahertz Applications (2019)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Fujita
  • 学会等名: The 10th International Conference on Metamaterials, Photonic Crystals and Plasmonics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 共鳴トンネルダイオードとフォトニック結晶の融合とテラヘルツシステム応用 (2019)
  • 著者名/発表者名: 冨士田 誠之
  • 学会等名: 電子情報通信学会 テラヘルツ応用システム研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Integrated Luneburg and maxwell fisheye lenses for the terahertz range (2019)
  • 著者名/発表者名: Daniel Headland, Withawat Withayachumnankul, Masayuki Fujita and Tadao Nagatsuma
  • 学会等名: 2019 44th International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves
  • 国際学会
• [学会発表] 900 GHz帯を利用したギガビットテラヘルツ無線通信 (2019)
  • 著者名/発表者名: 菅田 雅樹，西上 直毅，大城 敦司，冨士田 誠之，永妻 忠夫
  • 学会等名: 2019年電子情報通信学会ソサイエティ大会
• [学会発表] Silicon photonic crystals for terahertz sensing applications (2019)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Fujita
  • 学会等名: 4th International Conference on Photonics Solution
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Photonic crystal devices for terahertz integrated circuits (2019)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Fujita
  • 学会等名: The 9th International Symposium on Photonics and Electronics Convergence
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Integrated antennas for terahertz photonic crystal waveguides (2019)
  • 著者名/発表者名: Daniel Headland, Withawat Withayachumnankul, Masayuki Fujita, and Tadao Nagatsuma
  • 学会等名: The 42nd PhotonIcs & Electromagnetics Research Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] All-dielectric antennas for terahetz waves (2019)
  • 著者名/発表者名: Withawat Withayachumnankul, Daniel Headland, Masayuki Fujita, and Tadao Nagatsuma
  • 学会等名: 6th Australian Symposium on Antennas
  • 国際学会
• [学会発表] Near-field vertical coupling between terahertz photonic crystal waveguides (2019)
  • 著者名/発表者名: Daniel Headland, Xiongbin Yu, Masayuki Fujita, and Tadao Nagatsuma
  • 学会等名: The 2019 URSI Asia-Pacific Radio Science Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Advanced terahertz devices based on photonic crystals enabled by MEMS fabrication technology (2018)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Fujita
  • 学会等名: The 13th Annual IEEE International Conference on Nano/Micro Engineered and Molecular Systems
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Photonic crystal slab for terahertz applications (2018)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Fujita
  • 学会等名: The 40th Progress in Electromagnetics Research Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Terahertz Luneburg lens antenna with photonic crystal waveguide (2018)
  • 著者名/発表者名: Daniel Headland, Ryomei Yamada, Withawat Withayachyumnankul, Masayuki Fujita, Tadao Nagatsuma
  • 学会等名: The 40th Progress in Electromagnetics Research Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] 低損失低分散フォトニック結晶導波路による超高速テラヘルツ通信 (2018)
  • 著者名/発表者名: 兪熊斌，菅田雅樹，山神雄一郎，冨士田誠之，永妻忠夫
  • 学会等名: 第79回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] 1 THz帯フォトニック結晶導波路の設計と評価 (2018)
  • 著者名/発表者名: 菅田雅樹，冨士田誠之，永妻忠夫
  • 学会等名: 第79回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] Evolution of rod antennas for integrated terahertz photonics (2018)
  • 著者名/発表者名: Withawat Withayachumnankul, Ryoumei Yamada, Masayuki Fujita, Tadao Nagatsuma
  • 学会等名: 43rd International Confernece on Infrared, Millimeter and Teraertz waves
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Terahertz systems based on resonant tunneling diodes and photonic crystals (2017)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Fujita
  • 学会等名: IEEE Photonics Conference 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Large capacity terahertz tag using photonic crystal slabs (2017)
  • 著者名/発表者名: Kujime Yusuke、Fujita Masayuki、Nagatsuma Tadao
  • 学会等名: 2017 International Topical Meeting on Microwave Photonics
  • 国際学会
• [学会発表] Highly efficient terahertz antennas fed by photonic crystal waveguides (2017)
  • 著者名/発表者名: Withayachumnankul Withawat、Yamada Ryoumei、Fumeaux Christophe、Fujita Masayuki、Nagatsuma Tadao
  • 学会等名: The 4th International Symposium on Microwave/Terahertz Science and Applications & 8th International Symposium on Teraertz Nanoscience
  • 国際学会 / 招待講演