輻射場の制御のためのフォトニック結晶の開発

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10559001
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 井上 久遠 北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (30021934)
• 研究分担者: 淺川 潔 技術研究組合, フェムト秒テクノロジー研究機構, 主任研究員 ; 片山 良史 筑波大学, 先端学際領域研究センター, 教授 (60302387) ; 和田 三男 信州大学, 理学部, 教授 (20115653) ; 川俣 純 北海道大学, 電子科学研究所, 助手 (40214689) ; 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ギャップ / 輻射場の制御 / フォトニックバンド構造 / 半導体微細加工 / 光と物質の相互作用 / 光の伝播特性制御

研究概要

1. 世界最初に作製した、鉛ガラスファイバーによる2次元エアロッド・フォトニツク結晶を用いて、輻射場の制御に関する基礎研究を展開している。その結果、既に一定の成果も得ている。まず、エアロッドを色素溶液を満たし、光励起することにより、2次元フォトニックバンド構造の特性を反映した新しいタイプのレーザー作用を観測すると同時に、その機構を解明した。すなわち、一つは2次元フォトニツクバンド構造に群速度の小さい、平坦なバンドが多く出現するが、小さい群速度により物質との相互作用が大きくなって容易にレーザー作用が生ずること、他は、外部の電磁波と結合できるためにQ値が高いバンドで同様にレーザー作用が生ずることを明らかにした。なお、群速度が小さいバンドを利用して、非線形光学現象の増大効果に関する予備実験にも着手している。
2. 研究計画に沿って、半導体材料による各種のフォトニック結晶の作製に全力を上げている。すなわち、電子ビームパターニング、ドライエッチングなどの微細加工技術を駆使して、主としてGa_<1-x>Al_xAsを用いて2次元フォトニツク結晶を作製している。種々の結晶構造、格子定数、Mの比率xを変えた、すなわち、屈折率および吸収バンド端エネルギーを変えた試料を作製している。様々なタイプのレーザー作用、局在モードの導入、各種の非線形光学現象の増強効果などのそれぞれの基礎研究のために適した試料が必要なためである。さらに、光導波路の基礎実験を行うための試料も設計し、作製に入っている。
3. 完全フォトニツクギャップをもつ3次元フォトニック結晶の設計・作製方法の検討を終え、作製の第一ステップに入っている。

研究成果

• [文献書誌] K.Inoue,M.Sasada,J.Kawamata,K.Sakoda,J.W,Hans: "Laser action characteristics of a two-dimensional plutanic lattice" Summaries of papers of International Quantun Electrnic Conference(IQEC'98). 47-48 (1998)
• [文献書誌] K.Sakoda,J.Kawamata: "Novel approach to phetnic bands with frequency-dipendent diclcctric constants" Optics Express. 3. 12-18 (1998)
• [文献書誌] K.Inoue: "Laser actin of two-dimensional photnic crystals" Technical Digest of International Topical Workshop on Contempary photonic Technologies(CPT'99). 75-76 (1999)
• [文献書誌] K.Inoue,M.Sasada,J.Kawamata,K.Sakoda: "A Two-DimensionalPhotonic Crystal Laser" Japanese Journal of Applied Physics. 38,213. L157-L159 (1999)
• [文献書誌] K.Sakoda,M.Sasada,K.Inoue et al.: "Detailed analysis of transmission efectra and Bragg-reflectin spectra of a two-dimensional photonic crystal with a lattice constant of 1.15μm." Journal of Optical Society of America B. 16,3. 361-365 (1999)
• [文献書誌] T.Ueto,K.Ohtaka,K.Sakoda: "Limits on quality factors of localized defect modes in photonic crystals due to dielectric loss" Journal of Applied Physics. 84. 6299-6304 (1998)
• [文献書誌] K.Sakoda: "Photonic crystals,in Opticalproperties of 20 Materials 2" World Scientific,Singapole, 402-450 (1998)