| 研究課題/領域番号 |
14J04255
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
権平 皓 京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-25 – 2017-03-31
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| キーワード | フォトニック結晶 / 光導波路 / 3次元ナノ構造 / 3次元フォトニック結晶 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では，導波路や共振器を組み合わせた3次元光回路の実現に向けて，ストライプ積層型3次元フォトニック結晶（3D PC）の開発を行っている．本年度は立体光制御の体系化を目標に，導波路の集積化について検討を行った．
ストライプ積層型3D PCを構成するロッドを1本抜き取ることにより導入した水平導波路を導波路Aとし，導波路A両隣のロッドの幅を0.30aから0.40aへ増大させた構造を導波路Bとした．最初に，同種の導波路を配置した場合について，A-Aの組み合わせにおいては、導波路間距離を6aとすると，結合長は1000a程度となるが，最大エネルギー移行割合は100%となる．その結果，エネルギー移行の許容度を例えば1%程度とすると，両者を50a程度の距離しか並列させられない．したがって，試料の大きさ(～mmオーダ)を考慮すると，導波路間距離は8a程度離す必要があることが分かった．つづいて，異なる種類の導波路を配置した場合について検討を行った．導波路Bにおいては，ロッド幅の増加によって実効的誘電率が増加した結果，伝搬モードが低周波数側にシフトされる．導波路AとBを伝搬する光が異なる伝搬波数をもつため，導波路間の結合が抑制されて，高密度な集積が可能になると期待できる．同様にして，導波路Aと導波路Bの間の結合を解析したところ，導波路間距離を6a程度とするだけで，両者をどれだけの距離を並列させても最大のエネルギー移行割合が0.1%程度に留まることが分かった．
今年度の研究により，3次元フォトニック結晶中に導波路を配置する際の，集積性について体系的な知見を得ることができた．これにより，3次元フォトニック結晶の内部へ構造を導入する際に，一つの試料中に適切な数の構造を導入できるようになると考えられる．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
ストライプ積層型3次元フォトニック結晶において，これまでに，面内方向および層間方向において広帯域の光伝搬が可能な導波路を開発し，これらを連結させることにより，3次元光伝搬動作の実証に成功している．本年度は，それをさらに発展させるべく3次元フォトニック結晶内部における導波路の集積性について検討を行った．本研究の成果として，3次元フォトニック結晶の内部へ構造を導入する際に，一つの試料中に適切な数の構造を導入できるようになったと考えられる．
以上の成果について，平成26年度においては，国際学会2件，国内学会3件の発表を第一著者として行った．そのほか，昨年度より引き続き検討を行ってきた3次元フォトニック結晶の積層型斜め導波路の光出力特性に関して，2件の論文を現在執筆中であるなど，研究発表を進めている．
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでに，3次元フォトニック結晶の内部において，導波路が並列に配置した場合の集積可能性が明らかとなった．今後，導波路がねじれ（立体交差）の関係にある場合の結合特性を明らかにすることで，3次元構造に特有の立体光配線へむけた体系化を進められると期待できる．さらに，導波路のみならず共振器を含めた系の結合特性を明らかにすることで，より複雑な系においても適切な構造配置が可能になると期待できる．
また，合わせて実験面においても，試料を作製し，その特性を明らかにすることが重要と考えられる．その際には，3次元フォトニック結晶の入出力効率の向上が実験的に重要と考えられるが，これまでの研究成果として得られている導波路出力端構造の最適化や表面構造の設計などを用いて，実際に3次元立体光制御を実現していくこと目指す．
これにより，光インターコネクションなどへの応用へ向けた立体的な光制御の体系化を推し進められると期待できる．
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