シリコンカーバイドフォトニック結晶の開発

• 研究課題/領域番号: 23360033
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 応用光学・量子光工学
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 浅野 卓 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30332729)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 20,280千円 (直接経費: 15,600千円、間接経費: 4,680千円); 2014年度: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円); 2013年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円); 2012年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2011年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
• キーワード: SiC / フォトニック結晶 / 高Q値 / 二光子吸収抑制 / 超広帯域 / 可視光 / ハイパワー動作 / 高調波発生 / 光非線形効果 / 二次高調波発生 / 和周波発生 / 微小共振器 / 波長分波 / 吸収損失 / 水素イオン打ち込み / シリコンカーバイド / ナノ共振器 / 光非線形現象

研究成果の概要

ワイドギャップ半導体であるSiCを用いたフォトニック結晶を実現し、Siフォトニック結晶では不可能な領域へその応用を拡張することに成功した。具体的には二光子吸収の完全抑制によるSiの100倍以上の高密度光を取り扱える光デバイス、光通信波長帯から可視光までを同一チップで取り扱える光回路、コンパクトな高調波発生デバイス等を実現した。また、Siと比較して動作波長変動の温度依存性が1/3程度に抑制できることも示した。フォトニック結晶微小共振器の良さの指標であるQ値については1万4千程度の値を達成したが、これは材料限界ではなく、今後さらに最適化できると期待される。

研究成果

• [雑誌論文] Multiple-channel wavelength conversions in a photonic crystal cavity (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Jeon, B. S. Song ,S. Yamada, Y. Yamaguchi, J. Upham,T. Asano,and S. Noda
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 23 号: 4 ページ: 4524-4529
  • DOI: 10.1364/oe.23.004523
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Second-harmonic generation in a silicon-carbide-based photonic crystal nanocavity (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Yamada, B.-S. Song, S. Jeon, J. Upham, Y. Tanaka, T. Asano, and S. Noda
  • 雑誌名: Opt. Lett. 巻: 39 号: 7 ページ: 1768-1771
  • DOI: 10.1364/ol.39.001768
  • 査読あり
• [雑誌論文] Analysis of emissivity and absorptivity of two overlapping guided modes in two-dimensional periodic structures (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Asano, T. Inoue, M. De Zoysa, and S. Noda
  • 雑誌名: Phys. Rev. A 巻: 89 号: 3
  • DOI: 10.1103/physreva.89.033811
  • NAID: 120005435035
  • 査読あり
• [雑誌論文] Design of single-mode narrow-bandwidth thermal emitters for enhanced infrared light sources (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Inoue, T. Asauo, M. De Zoysa, A. Oskooi and S. Noda
  • 雑誌名: Journal of the Optical Society of America B 巻: 30 号: 1 ページ: 165-172
  • DOI: 10.1364/josab.30.000165
  • 査読あり
• [雑誌論文] Accurate alignment of a photonic crystal nanocavity with an embedded quantum dot based on optical microscopic photoluminescence imaging (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Kojima, K. Kojima, T. Asano S. Noda
  • 雑誌名: Applied physics letters 巻: 102 号: 1 ページ: 11110-11110
  • DOI: 10.1063/1.4773882
  • 査読あり
• [雑誌論文] The capture, hold and forward release of an optical pulse from a dynamic photonic crystal nanocavity (2013)
  • 著者名/発表者名: J. Upham, Y. Fujita, Y. Kawamoto, Y. Tanaka, B. S. Song, T. Asano, and S. Noda
  • 雑誌名: Optics Express 巻: vol. 21 号: 3 ページ: 3809-3817
  • DOI: 10.1364/oe.21.003809
  • 査読あり
• [雑誌論文] Suppression of multiple photon absorption in a SiC photonic crystal nanocavities operating at 1.55μm (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Yamada, B. S. Song, J. Upham, T. Asano, Y. Tanaka, S. Noda
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 20 号: 14 ページ: 14789-14796
  • DOI: 10.1364/oe.20.014789
  • 査読あり
• [雑誌論文] Conversion of broadband to narrowband thermal emission through energy recycling (2012)
  • 著者名/発表者名: M. De Zoysa, T. Asano, K. Mochizuki A. Oskooi T Inoue
  • 雑誌名: Nature Photonics 巻: 6 号: 8 ページ: 535-539
  • DOI: 10.1038/nphoton.2012.146
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ab-initio design of nanophotonic waveguides for tunable, bidirectional optical forces (2012)
  • 著者名/発表者名: P. A. Favuzzi, R. Bardoux, T. Asano, Y. Kawakami, and S. Noda
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 20 号: 22 ページ: 24488-24495
  • DOI: 10.1364/oe.20.024488
  • NAID: 120005540810
  • 査読あり
• [雑誌論文] Demonstration of two-dimensional photonic crystals based on silicon carbide (2011)
  • 著者名/発表者名: Bong-Shik Song, Shota Yamada, Takashi Asano, Susumu Noda
  • 雑誌名: Optics Express 巻: VOL.19 号: 12 ページ: 11084-11089
  • DOI: 10.1364/oe.19.011084
  • 査読あり
• [雑誌論文] Experimental investigation of thermo-optic effects in SiC and Si photonic crystal nanocavities (2011)
  • 著者名/発表者名: Shota Yamada, Bong-Shik Song, Takashi Asano, Susumu Noda
  • 雑誌名: Optics Letter 巻: VOL.36 号: 20 ページ: 3981-3983
  • DOI: 10.1364/ol.36.003981
  • 査読あり
• [雑誌論文] Silicon carbide-based photonic crystal nanocavities for ultra-broadband operation from infrared to visible wavelengths (2011)
  • 著者名/発表者名: Shota Yamada, Bong-Shik Song, Takashi Asano, Susumu Noda
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: VOL.99 号: 20
  • DOI: 10.1063/1.3647979
  • 査読あり
• [学会発表] SiCナノビームフォトニック結晶共振器の設計(3) (2015)
  • 著者名/発表者名: 山口祐樹，田昇愚，宋奉植，浅野卓，田中良典，野田進
  • 学会等名: 第62回 応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 東海大学 湘南キャンパス 神奈川県平 塚市
  • 年月日: 2015-03-11 – 2015-03-14
• [学会発表] SiC ナノビームフォトニック結晶共振器の作製 (2014)
  • 著者名/発表者名: 田昇愚，山口祐樹，宋奉植，浅野卓，野田進
  • 学会等名: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 北海道大学札幌キャンパス 北海道 札幌市
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [学会発表] SiCナノビームフォトニック結晶共振器の設計(2) (2014)
  • 著者名/発表者名: 山口祐樹，田昇愚，宋奉植，浅野卓，田中良典，野田進
  • 学会等名: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 北海道大学札幌キャンパス 北海道 札幌市
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [学会発表] SiC材料による可視～赤外域フォトニック結晶 (2014)
  • 著者名/発表者名: 浅野卓, 野田進
  • 学会等名: 第21回シリコンフォトニクス研究会
  • 発表場所: 東京工業大学 大岡山キャンパス 東京都 目黒区
  • 年月日: 2014-07-29
• [学会発表] Demonstration of multiple-channel wavelength conversion in a photonic crystal nanocavity (2014)
  • 著者名/発表者名: B. S. Song, S. Yamada, S. Jeon, T. Asano, S. Noda
  • 学会等名: Advanced Photonics for Communications (Nonlinear Photonics)
  • 発表場所: Barcelona, Spain
  • 年月日: 2014-07-27 – 2014-07-31
• [学会発表] SiC フォトニック結晶ナノ共振器の高Q 値化に向けた基礎検討(2) (2014)
  • 著者名/発表者名: 田 昇愚，山口祐樹，宋 奉植，浅野 卓，田中良典，野田 進
  • 学会等名: 2014年春季 第61回 応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 青山学院大学相模原キャンパス
• [学会発表] SiCナノビームフォトニック結晶共振器の設計 (2014)
  • 著者名/発表者名: 山口祐樹，田 昇愚，宋 奉植，浅野 卓，田中良典，野田 進
  • 学会等名: 2014年春季 第61回 応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 青山学院大学相模原キャンパス
• [学会発表] SiCフォトニック結晶ナノ共振器の高Q値化に向けた基礎検討 (2013)
  • 著者名/発表者名: 田昇愚，宋奉植，浅野卓，田中良典，野田進
  • 学会等名: 2013年秋季 第74回 応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学京田辺キャンパス
• [学会発表] Investigation on the Q Factor of SiC-Based Photonic Crystal Nanocavity (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Jeon, B. Song, T. Asano, Y. Tanaka and S. Noda
  • 学会等名: 3rd International Symposium on Photonics and Electronics Convergence
  • 発表場所: University of Tokyo
• [学会発表] SiCフォトニック結晶ナノ共振器における和周波発生 (2012)
  • 著者名/発表者名: 山田翔太, 園木悠司, 宋奉植, 田中良典, 浅野卓, 野田進
  • 学会等名: 2012年春季第59回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 早稲田大学
  • 年月日: 2012-03-15
• [学会発表] Manipulation of photons by photonic crystals (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Asano and and S. Noda
  • 学会等名: ICMCTF: International Conference on Metallurgical Coatings & Thin Films
  • 発表場所: San Diego, Carifornia,USA
  • 招待講演
• [学会発表] Recent Progress and Future Prospects of Photonic Crystals (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Asano and S. Noda
  • 学会等名: ICOOPMA2012: International Conference on Optical, Optoelectronic and Photonic Materials and Applications
  • 発表場所: Nara Prefectural New Public Hall, Nara, Japan
  • 招待講演
• [学会発表] Coupling of high-Q photonic nanocavities and its dynamic control (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Asano Y. Sato, Y. Tanaka, and S. Noda
  • 学会等名: ISPEC2012, The 2nd International Symposium on Photonics and Electronics Convergence -Advanced Nanophotonics and Silicon Device Systems-
  • 発表場所: Ito International Research Center, University of Tokyo, Tokyo, Japan
• [学会発表] Second Harmonic Generation in a Silicon Carbide Photonic Crystal Nanocavity (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Yamada, B. S. Song, T. Asano, Y. Tanaka and S. Noda
  • 学会等名: ISPEC2012, The 2nd International Symposium on Photonics and Electronics Convergence -Advanced Nanophotonics and Silicon Device Systems-
  • 発表場所: Ito International Research Center, University of Tokyo, Tokyo, Japan
• [学会発表] Manipulation of Photons by Photonic Crysitals (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Asano and S. Noda
  • 学会等名: ICNME2012: 10th International Conference on Nano-Molecular Electronics
  • 発表場所: Awaji Yumebutai International Conference Center, Hyogo, Japan
  • 招待講演
• [学会発表] Complete Suppression of Two-photon Absorption in SiC-based Photonic Crystal Nanocavities (2011)
  • 著者名/発表者名: S.Yamada, B.S.Song, T.Asano, Y.Tanaka, S.Noda
  • 学会等名: JSPS International Schooling on Si Photonics 2011
  • 発表場所: Kyoto University
  • 年月日: 2011-11-16
• [学会発表] Inhibition of Two-photon Absorption in SiC-based Photonic Crystal Nanocavities (2011)
  • 著者名/発表者名: S.Yamada, B.S.Song, T.Asano, Y.Tanaka, S.Noda
  • 学会等名: The 1st International Symposium on Photonics and Electronics Convergence
  • 発表場所: University of Tokyo
  • 年月日: 2011-11-14
• [学会発表] SiCフォトニック結晶における第二高調波発生(2) (2011)
  • 著者名/発表者名: 山田翔太, 宋奉植, 田中良典, 園木悠司, 浅野卓, 野田進
  • 学会等名: 2011年秋季第72回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 山形大学
  • 年月日: 2011-08-31
• [備考] 野田研究室
  • URL: http://www.qoe.kuee.kyoto-u.ac.jp/
• [備考] 野田研究室
  • URL: http://www.qoe.kuee.kyoto-u.ac.jp/
• [備考]
  • URL: http://www.goe.kuee.kyoto-u.ac.jp/