球配列フォトニック結晶の光子のバンド構造と寿命の計算モデルの構築

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14540293
• 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: 宮嵜 博司 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (00134007) ; 井上 純一 千葉大学, 先進科学教育センター, 助手 (90323427)
• キーワード: フォトニック結晶 / フォトニックバンド / エネルギー損失 / スミス・パーセル放射 / 光子の漏れ / 状態密度 / DOS

研究概要

1.電子からの放出電磁波のフォトニック結晶による吸収によるエネルギー損失と光子放出によるエネルギー損失の計算に成功し二つの比較をおこなった。金属フォトニック結晶についてのスミス・パーセル放射の理論的な解析を完成し、SEMを用いた放射光子の観測実験と電子ビームのエネルギー損失スペクトルの実験の理論的な予言を与えた。これで、理論的な解析は終了し、スミスパーセル放射の実験を待つばかりとなった。
2.円筒上誘電体や球状誘電体が、周期系ではないが、隣接単位間の距離がある程度の距離を置いて離れているという制限を加えたuniformly distributed photonic scatterers (UDPS)という新しい系を提唱し、この系の有効性を明らかにした。とくに、UDPSでは、系の周期性なしで光速ゼロの光子の状態を実現できるという注目すべき結果を得、光導波路などデバイスへの応用を提案した。
3.円座標周期系ともいうべき新しい系での光子の性質を調べ、入射光の方向に依存しない周波数帯域に状態密度がほぼ消滅する領域が出現することを明らかにした。全方位バンドギャップの簡便な実現法としてのデバイスへの応用を提案した。
4.外部光から完全に遮断されたフォトニックバンド状態に光子を送り込む方法の提案を行い、この状態がQ値無限大の「光子だめ」として利用価値があることを明らかにした。さらに電子ビームを用いることにより、この光子順位から、溜め込んだ光子の取り出しなどがおこなえることも明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] K.AMEMIYA, K.OHTAKA: "Calculation of Transmittance of Light for an Array of Dielectric Rods Using Vector Cylindrical Waves : Complex Unit Cells"J.Phys.Soc.Jpn.. 72. 1244 (2003)
• [文献書誌] J.Inoue, K.Ohtaka: "Photonic Anderson Model : Hybridization between Photon Virtual Bound State in Dielectrics and Free States"J.Phys.Soc.Jpn.. 72. 3024 (2003)
• [文献書誌] J-P.Vigneron, V.Lousse, A.A.Lucas, K.Ohtaka: "Amplification of vacuum-ultraviolet radiation by reflection from planar and corrugated aluminum films containing helium excimers"J.Opt.Soc.Am.. B20. 2297 (2003)
• [文献書誌] H.T.Miyazaki, H.Miyazaki, K.Miyano: "Analysis of specular resonance in dielectric bispheres using rigorous and geometrical-optics theories"J.Opt.Soc.Am.. A20. 1771 (2003)
• [文献書誌] H.T.Miyazaki, H.Miyazaki, K.Miyano: "Enhanced light diffraction from a double-layer microsphere lattices"Appl.Phys.Lett.. 83. 3662 (2003)
• [文献書誌] H.Miyazaki, M.Hase, H.T.Miyazaki et al.: "Photonic material for designing arbitrarily shaped waveguides in two dimension"Phys.Rev.. B67. 235109 (2003)
• [文献書誌] H.T.Miyazaki, H.Miyazaki, Y.Jimba et al.: "Light diffraction from a bilayer lattice of microspheres enhanced by specular resonance"J.Appl.Phys.. 95. 793 (2003)
• [文献書誌] K.Yamamoto, H.Miyazaki, K.Ohtaka et al.: "Observation of Millimeter-Wave Radiation Generated by the Interaction between an Electron Beam and a Photonic Crystal"Phys.Rev.E. (in press).
• [文献書誌] T.Ochiai, K.Ohtaka: "Relativistic electron energy loss and induced radiation emission in two-dimensional metallic photonic crystals I : formalism and surface plasmon polariton"Phys.Rev.B. (in press).
• [文献書誌] T.Ochiai, K.Ohtaka: "Relativistic electron energy loss and induced radiation emission in two-dimensional metallic photonic crystals II : photonic band effect"Phys.Rev.B. (in press).
• [文献書誌] S.Yamaguti, T.Ochiai, J.Inoue, K.Ohtaka: "Means of sending a photon to an optically inactive photonic-band mode"Phys.Rev.B. (in press).
• [文献書誌] K.Ohtaka, S.Inoue, S.Yamaguti: "Derivation of the density of states of leaky photonic bands"Phys.Rev.B. (in press).
• [文献書誌] H.Miyazaki, M.Hase, H.T.Miyazaki et al.: "Photonic material for designing arbitrarily shaped mirrors and microcavities in two dimension"J.Appl.Phys.. (in press).
• [文献書誌] N.Horiuchi, Y.Segawa, H.Miyazaki: "Isotropic photonicgaps in a circular photonic crystal"Optics Lett.. (in press).
• [文献書誌] Y.Kurokawa, H.Miyazaki, Y.Jimba: "Optical band structure and near-field images of a periodically arrayed thickness monolayer of dielectric spheres on dielectric substrate of finite"Phys.Rev.B. (in press).