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ハイパボリックフォトニクス~双曲導波光学の基礎とバルクナノ光配線への応用

研究課題

研究課題/領域番号 17K19077
研究種目

挑戦的研究(萌芽)

配分区分基金
研究分野 応用物理工学およびその関連分野
研究機関大阪大学

研究代表者

高原 淳一  大阪大学, 工学研究科, 教授 (90273606)

研究期間 (年度) 2017-06-30 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2019年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2018年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2017年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
キーワードメタマテリアル / プラズモニクス / ハイパボリックメタマテリアル / 光共振器 / 金属・絶縁体転移 / 二酸化バナジウム / 金属・絶縁体相転移
研究成果の概要

ハイパボリックメタマテリアル(HMM)とよばれる一軸性異方光学媒質は双曲型の分散関係をもち、誘電体と異なる特殊な伝搬特性を示す。HMMの導波モードに関する研究を行い、以下の成果を得た。1)HMM中のバルク伝搬波は有効媒質近似で扱われてきたが、近似では説明できないモードを見出し、これを表面プラズモン結合モードの対称性で分類した。また、近似の限界を明らかにした。2)HMMの光共振器では共振波長がサイズに依存しない構造を理論的に提案した。これは光共振器の概念に変革を迫るものである。これによりHMM光共振器をメタ原子とする新しいメタマテリアルを実現できる。

研究成果の学術的意義や社会的意義

光通信容量の飛躍的増大により、光信号を処理する電子デバイスの消費電力の大きさが問題となっており、すべて光を用いた集積フォトニックデバイスが必要とされている。光には回折限界があるために、光波長の1/2以下の空間(およそ200nm)に光を閉じ込めて伝送させることはできない。このために光デバイスも回折限界の制限をうけ、微細化ができない問題がある。200nmは現在の電子集積回路の素子が10nm以下であることを考えると非常に大きいといえる。本成果により波長の制約を受けない光導波路や光共振器ができるので、光波長の制約を受けない光デバイスを実現でき、光通信の省電力化に貢献できる。

報告書

(4件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実施状況報告書
  • 2017 実施状況報告書
  • 研究成果

    (12件)

すべて 2020 2019 2018 2017

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 3件、 招待講演 3件)

  • [雑誌論文] バルクから表面へ向かうメタマテリアル2020

    • 著者名/発表者名
      高原淳一
    • 雑誌名

      光技術コンタクト

      巻: 58 ページ: 30-37

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] TiO2/SiO2積層型ハイパボリックメタマテリアル光共振器における特異な共振モード2018

    • 著者名/発表者名
      高原淳一、相良潤
    • 雑誌名

      信学技報

      巻: LQE2018-180 ページ: 171-174

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Plasmonic interpretation of bulk propagating waves in hyperbolic metamaterial optical waveguides2018

    • 著者名/発表者名
      Mai Higuchi and Junichi Takahara
    • 雑誌名

      Optics Express

      巻: 26 号: 2 ページ: 1918-1929

    • DOI

      10.1364/oe.26.001918

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Dielectric-based Hyperbolic Metamaterials and Nano-Optical Cavity2019

    • 著者名/発表者名
      Junichi Takahara
    • 学会等名
      The 10th International Conference on Metamaterials, Photonic Crystals and Plasmonics (META 2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ハイパボリックメタマテリアル光共振器における光共振モードのX型空間分布2019

    • 著者名/発表者名
      相良潤、高原淳一
    • 学会等名
      第66回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] TiO2/SiO2超低損失ハイパボリックメタマテリアル共振器の数値解析2019

    • 著者名/発表者名
      相良潤、高原淳一
    • 学会等名
      ナノオプティクス研究グループ 第25回研究討論会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] TiO2/SiO2積層型ハイパボリックメタマテリアル光共振器における特異な共振モード2019

    • 著者名/発表者名
      高原淳一、相良潤
    • 学会等名
      電子情報通信学会 レーザー・量子エレクトロニクス研究会(LQE)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Interaction of Infrared Light to Bulk Propagating Waves in Hypeboloc Metamaterial Optical Waveguide2018

    • 著者名/発表者名
      Junichi Takahara, Mai Higuchi and Jun Sagara
    • 学会等名
      PIERS 2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] メタサーフェスによる光吸収・熱輻射制御の基礎と応用2018

    • 著者名/発表者名
      高原淳一
    • 学会等名
      産業技術総合研究所 第10回「光ネットワーク超低エネルギー化技術拠点」/第7回電子光技術 合同シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ハイパボリックメタマテリアル光導波路における有効媒質近似の適用限界2018

    • 著者名/発表者名
      樋口舞衣、高原淳一
    • 学会等名
      第15回プラズモニクスシンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 中赤外域における誘電体ハイパボリックメタマテリアルの光学特性とその応用2017

    • 著者名/発表者名
      樋口舞衣、高原淳一
    • 学会等名
      日本光学会年次学術講演会 OPJ2017
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Theoretical study about optical waveguide with hyperbolic metamaterials2017

    • 著者名/発表者名
      Mai Higuchi and Junichi Takahara
    • 学会等名
      The 8th International Conference on Surface Plasmon Photonics (SPP8)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会

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公開日: 2017-07-21   更新日: 2021-02-19  

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