多次元・多重周期構造体の非線形および量子光学

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13490001
• 研究機関: 独立行政法人物質・材料研究機構
• 研究代表者: 迫田 和彰 独立行政法人物質・材料研究機構, ナノマテリアル研究所, 主席研究員 (90250513)
• 研究分担者: 川俣 純 北海道大学, 電子科学研究所, 助手 (40214689)
• キーワード: フォトニック結晶 / 誘電体多層膜 / 誘導放出 / 非線形光学 / 量子光学 / シミュレーション / 超放射 / スクイージング

研究概要

フォトニック結晶で実現される大変小さな光の群速度(群速度異常)、ならびに、多彩な分散関係による位相整合は、高調波発生や直交位相成分スクイージングなどの非線形光学過程に大きな増強効果をもたらすことが期待できる。本年度はこのうち、直交位相成分スクイージングの増強効果をグリーン関数法を用いた摂動計算により評価する理論式を導き、無限結晶における増強度の正確な予測が可能になった。また、ローマ大学との共同研究から、1次元有限結晶のスクイージングについて、平均場からの揺らぎを線形近似の範囲で厳密に取扱う方法を開発した。通常の実験条件では比較的大強度のコヒーレント光を入力とするので、平均場からの揺らぎは小さい。したがって、今回の成果によって1次元有限結晶中のスクイージングについて、疑似位相整合による増強度の正確な予測が可能になった。他方、群速度異常による光の誘導放出の増強と低しきい値レーザー発振については、誘電体球から成る面心立方結晶を利用した試料作製、および、平成14年度に導入したナノ秒波長可変レーザーによる評価を準備中である。さらに、大阪大学・信州大学との共同研究から多重周期系における光の局在現象を見い出した。このような局在モードは群速度異常と同様に電磁場と物質系の実効的な相互作用を増大させるので、各種の非線形光学現象に増強効果が期待できる。特に、差周波混合法によるテラヘルツ波発生の効率化は応用上も重要なので、平成15年度にさらに検討する。

研究成果

• [文献書誌] F.Tejeira, K.Sakoda, 他2名: "Symmetry characterization of eigenstates in opal-based photonic crystals"Physical Review B. 65・9. 195110-1-195110-8 (2002)
• [文献書誌] E.Miyai, K.Sakoda: "Localized defect modes with high quality factors in a photonic crystal slab on a low index dielectric substrate"Japanese Journal of Applied Physics. 41・6B. L694-L696 (2002)
• [文献書誌] K.Sakoda: "Enhancement of quadrature-phase squeezing in photonic crystals"Journal of Optical Society of America B. 19・9. 2060-2065 (2002)
• [文献書誌] S.Kirihara, K.Sakoda, 他2名: "Control of microwave emission from electromagnetic crystals by lattice modification"Solid State Communication. 124・4. 135-139 (2002)
• [文献書誌] 桐原聡秀, 迫田和彰, 他2名: "傾斜格子構造を有するダイヤモンド格子型および反転型フォトニック結晶による電磁波制御"粉体および粉末冶金. 49・12. 1139-1144 (2002)
• [文献書誌] K.Aoki, K.Sakoda, 他6名: "Microassembly of semiconductor three-dimensional photonic crystals"Nature Materials. 2. 117-121 (2003)