|
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の開発を行っている．本年度は3次元フォトニック結晶の体系的な設計方法を確立するべく，光の伝搬を禁止するフォトニックバンドギャップ（PBG）帯域における光の振る舞いを詳細に検討した．
通常のバンド構造においてPBG帯域は，光の状態（モード）が存在しない帯域として表される．そのため，フォトニック結晶へ意図的に導入した欠陥部分はPBG帯域の光に対して，共振器や導波路として振る舞う．ここで，欠陥部分に閉じ込められた光は周囲のバルク部分にもエバネッセント的に浸み出している．そこで，欠陥が入っていないバルクのフォトニック結晶における光の振る舞いを，複素バンド構造を用いて表現し，それによって共振器や導波路の特性を理解することを検討した．まず，有限差分時間領域法を用いた複素バンド構造の解析手法を提案し，ストライプ積層型3次元フォトニック結晶の複素バンド構造を解析した．そして，共振器及び導波路の光閉じ込め特性と比較した結果，共振器や導波路の光閉じ込めには，バルク結晶の特性が強く反映されていることが分かった．そのため，共振器からの光拡がり方向は，欠陥部の共振モードが，周囲にあるバルク部分のエバネッセント場へ，波数を保存して接続されていることが分かった．さらに，共振器の設計方法へ複素バンド構造の解析結果を応用することで，共振器からの光拡がり方向を制御可能であることを示した．
今年度の研究により，3次元フォトニック結晶中における，PBG帯域の光の振る舞いを定量的に取り扱う方法を提案し，これにより共振器や導波路の特性をよく説明できることを示した．今後，本手法をさらに発展させることで低損失な光制御や放射パターンの制御など，新しい設計方法へと展開できると期待できる．
|
