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非エルミート光学系の物理と応用のための導波路デバイス

研究課題

研究課題/領域番号 21K04927
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分30020:光工学および光量子科学関連
研究機関広島大学

研究代表者

角屋 豊  広島大学, 先進理工系科学研究科(先), 教授 (90263730)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2023年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
キーワードnon-Hermite / Photonics / Waveguide / Grating / Meta-surface / 非エルミート / フォトニクス / 導波路 / テラヘルツ
研究開始時の研究の概要

本研究では,金属グレーティングを有する光導波路におけるBound-state In the Continuum(BIC)やExceptional Point(ExP)など,非エルミートなハミルトニアンで記述される物理状態に関し,代表者らの理論的な予測,すなわち発現点が偏光に依存すること,BICとExPが同一のパラメータ空間内に比較的近接して共存すること,さらに,そのパラメータがグレーティング内のファブリペロー共鳴で調整可能であること等を実証する.動的なパラメータ制御が可能な,非エルミート系物理研究のフォトニックプラットフォームの実現につながることが期待される.

研究成果の概要

本研究では,実用上も重要なグレーティング具備導波路において,非エルミート物理の特徴である連続準位中束縛状態と例外点が生じ,これらが構造パラメータ―によって制御可能であることの実証を目的とした.波長域をテラヘルツ帯と選定し,上記を実現可能なグレーティングとして非対称2層金属グレーティングを考案し,連続準位中束縛状態が容易に制御可能であること理論的に確認した.また2層グレーティングの簡便な作製方法を確立し,全反射波取り出し実験により,その動作を確認した.さらに,例外点と伝搬方向選択的なカプラ―の関係に関する研究展開の着想を得た.また考案した構造はテラヘルツ波光源の高出力化にも資する.

研究成果の学術的意義や社会的意義

近年注目を集める非エルミート物理は物理学的な興味にとどまらず,実デバイスにおける影響・利用の観点からも重要である.光学系においては,従来はほとんど認識されていなかったが,本研究で対象としたように導波路+カプラ―という,いわばありふれた構造でも発現するため,その理解や制御方法の確立は工学的にも極めて重要である.本研究では実証には至らなかったが,容易な構造で制御ができることを示し,また構造の作製と動作検証までを行っており,光学デバイスにおける非エルミート物理の理解と応用に資する結果を得た.また,考案した構造はテラヘルツ波光源の高出力化にも資するものであり,社会的意義も大きい.

報告書

(4件)
  • 2023 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 研究成果

    (5件)

すべて 2023 2022 2021

すべて 学会発表 (5件) (うち国際学会 2件、 招待講演 2件)

  • [学会発表] Efficient extraction of terahertz wave totally reflected at semiconductor surface by double metal gratings2023

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Kadoya
    • 学会等名
      24th International Conference on Applied Electromagnetics and Communications
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 全反射光取り出し2層金属グレーティングの特性を支配する機構の分析2022

    • 著者名/発表者名
      竹安隼哉,西田宗弘,角屋豊
    • 学会等名
      第69回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Metal-capped high-contrast-grating for efficient surface-extraction of THz waves generated by difference-frequency generation in quantum cascade lasers2021

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Kadoya
    • 学会等名
      SPIE Defense + Commercial Sensing, Next-Generation Spectroscopic Technologies XIII
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 半導体表面で全反射している THz 波を取り出すための高効率グレーティング2021

    • 著者名/発表者名
      竹安隼哉,橋内優輝,西田宗弘,角屋豊
    • 学会等名
      第82回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 非対称2層金属グレーティングによる全反射THz波の高効率取り出し2021

    • 著者名/発表者名
      小田京華,竹安隼哉,宮田滉平, 西田宗弘,角屋豊
    • 学会等名
      第69回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2025-01-30  

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