フォトニック結晶輻射場の制御に関する理論研究

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10210202
• 研究機関: 千葉大学
• 研究代表者: 大高 一雄 千葉大学, 先進科学教育センター, 教授 (40010946)
• 研究分担者: 植田 毅 千葉大学, 総合情報処理センター, 助教授 (30251185) ; 迫田 和彰 北海道大学, 電子科学研究所, 助教授 (90250513)
• キーワード: フォトニック結晶 / フォトニックバンド / スミス・パーセル放射 / 金属フォトニック結晶 / leakyモード / nonleakyモード

研究概要

当初の計画を変更することなく研究を遂行した。特に、実験グループとの協力関係、および実験の提言という面に力点を置き、ほぼ当初の年度目標を達成できたと思っている。主な成果は以下のとおりである。
1、デバイスへの展開を視野に入れたフォトニック結晶近傍を走る荷電粒子からの発光スペクトルの計算法を確立していくつかのフォトニック結晶を用いたスペクトルの計算結果を得た。特に、誘電体と金属のフォトニック結晶からの発光スペクトルの比較を行なったり、荷電粒子の速度が極めて光速度に近いときのスペクトルの特徴を調べたり、具体的な実験への提言に努めた。
2、FDTD法を用いてどんなフォトニック結晶についてのバンド計算も可能なアルゴリズムを完成させた。実験グループの要請にこたえられるようになりつつある。
3、球および円筒配列の金属フォトニック結晶のバンド計算と光応答の計算方法が完成し、プラズモンの共鳴励起を伴ったときのバンド構造、近接場強度、光応答等の特徴を明らかにした。特に円筒配列系においては、プラズモンモードの群論的な性質も明らかにした。
4、leakyモード、nonleakyモードの寿命や外部刺激への応答などについてのアルゴリズムが完成し、計算結果が出始めた。特に、有限長の円筒配列系のleakyモードの寿命に関してバンドごとの個性の生じる理由を理論解析した。また、プリズムを使った減衰波とのカップリングを利用して光円錐の外側の分散カーブを測定する実験の提案をするところである。
5、テラヘルツ光を用いた阪大グループの実験、また可視光を用いた無機材研の実験の解析に成功した。この実験と理論計算の極めてよい一致は、可視光の領域のフォトニック結晶の品質に対する到達目標となる可能性を持っている。

研究成果

• [文献書誌] K.Ohtaka,: "Photonic band effects in a two-dimensional array of dielectric spheres in the millimeter region"Phys.Rev.B. 61・8. 5267-5279 (2000)
• [文献書誌] H.T.Miyazaki: "Photonic band in two-dimensional lattices of micrometer-sized spheres mechanically arranged under a scanning electron microscope"J.Appl.Phys.. 87. 7152-7158 (2000)
• [文献書誌] T.Fujimura: "Near-field optical images of ordered polystyrene particle layers and their photonic band effect"J.Luminescence. 87-89. 954-956 (2000)
• [文献書誌] K.Ohtaka: "Smith-Purcell radiation from a charge running near the surface of a photonic crystals"Optical and Quartum Electronics. (in press).
• [文献書誌] K.Ohtaka: "Theoretical study of Smith-Purcell effect involving photonic crystal"Optics and Spectroscopy. (in press).
• [文献書誌] T.Ochiai: "Dispersion relation and optical transmittance of a hexagonal photonic crystal slab"Phys.Rev.B. (in press).
• [文献書誌] E.Miyai: "Quality factor of localized defect modes in a photonic crystal slab on a low-index dielectric substrate"Opt.Lett.. (in press).
• [文献書誌] K.Sakoda: "Optical Properties of Photonic Crystals"Springer Verlag, Berlin(in press).