| 研究課題/領域番号 |
22H00298
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
中区分30:応用物理工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
岩本 敏 東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (40359667)
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| 研究分担者 |
太田 泰友 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 准教授 (90624528)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2025年度)
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| 配分額 *注記 |
41,860千円 (直接経費: 32,200千円、間接経費: 9,660千円)
2025年度: 9,620千円 (直接経費: 7,400千円、間接経費: 2,220千円)
2024年度: 9,620千円 (直接経費: 7,400千円、間接経費: 2,220千円)
2023年度: 12,740千円 (直接経費: 9,800千円、間接経費: 2,940千円)
2022年度: 9,880千円 (直接経費: 7,600千円、間接経費: 2,280千円)
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| キーワード | フォトニック結晶 / 非線形光学 / トポロジー / トポロジカルフォトニクス |
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| 研究開始時の研究の概要 |
トポロジカルナノフォトニクスを線形光学の枠を超えて非線形光学領域へと展開する。具体的には、半導体バレーフォトニック結晶で実現されるトポロジカルスローライト導波路の低分散化を図り高効率な四光波混合を誘起することにより、構造揺らぎなどがあっても高い効率を示すパラメトリック増幅や高い量子相関を示す量子もつれ光子対生成の実現を目指す。さらに、バレーフォトニック結晶を積層することで発現する新たな光局在状態とそれを用いた高調波発生を実現する。これらの研究をとおして、新奇オンチップ非線形光学デバイスの可能性を探求し、“非線形トポロジカルナノフォトニクス”という新分野の開拓に挑む。
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| 研究実績の概要 |
バレーフォトニック結晶を用いたスローライト導波路について、非線形光学効果の観測に必要なトポロジカルスローライト導波路への高効率光入射を可能にするカプラ構造について、機械学習を用いて設計した構造で、従来構造に比べて結合効率が改善できることを数値的、実験的に示した。また、機械学習をもちいた低群速度と低分散特性を両立するトポロジカルスローライト導波路にも取り組んだ。一方、バンド構造にディラック点をもつハニカム格子フォトニック結晶を活用することにより、広いモード断面積を有するトポロジカルスローライト導波路が実現できることを見出した。実際に構造を作製し、群屈折率とモード広がりの測定から、その特性を実験的にも示すことに成功した。
さらに、非線形トポロジカルナノフォトニクスの新たなプラットフォームの構築を目指し非相反フォトニック結晶とモアレフォトニック結晶の設計および作製を進めた。前者においては、連続場の束縛状態を活用することで、磁場印加により大きな非相反偏光回転を示すフォトニック結晶の設計を電磁界数値計算を用いて見出した。加えて、ドライエッチングによる作製技術の開拓も進めて、近赤外域で共振を示すフォトニック結晶の作製に成功した。モアレフォトニック結晶においても、強い光局在を示す光学設計を見出すと共に、化合物半導体を舞台にナノ加工と転写プリント法を組み合わせた作製方法の開拓を進めた。
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| 現在までの達成度 |
現在までの達成度
2: おおむね順調に進展している
理由
トポロジカルスローライト導波路への光カプラについて機械学習を用いた性能向上を実現するとともに、想定を超える成果として、新たなトポロジカルスローライト導波路構造を見出し、実験的にその特性を実証することに成功した。また、積層フォトニック結晶については、非線形光学効果の探求に適した良好な光閉じ込めを示す構造の設計を複数見出すとともに、設計した構造を作製する方法について様々に検討を進め、光学実験による実証も進めることが出来た。
以上から、「おおむね順調に進展している」と判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
スローライト導波路については、広いモード断面積を有するトポロジカルスローライト導波路の分散制御を検討し、非線形光学現象の観測を目指す。
積層フォトニック結晶については、強い光局在を示すモアレフォトニック結晶の特性をさらい詳しく実験的に評価するとともに、非線形光学現象の観測に向けた実験系の準備を進める。
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