研究課題
2次元光波伝送路を利用して光を閉じ込めると、原理的には回折限界を超えるナノ光ビームの形成が可能である。これはナノ光回路への応用が期待される。しかし、光デバイス応用にあたり、2次元光波の励振効率の低さが問題となる。ファイバー中の光信号を担う3次元光波からナノ領域の情報処理を担う2次元光波へ変換する場合に、2次元光波と3次元光波とは波数の差が大きいため、コヒーレント結合が困難である。本研究ではこの励振問題を解決するため、2次元光波源を提案し、構造の類似する有機EL素子を用いて2次元光波源の実現を目標に研究を行っている。昨年度までに有機EL素子(電子輸送層Alq3、電子輸送性発光層DPQドープAlq3、正孔輸送層α-NPDの3層構造)からの横発光を観測しており、モード解析から2次元光波の励振を実験的に確認している。本年度はナノ光回路の伝送路のために、2次元光波をコアに閉じ込める方法について、シミュレーションと素子作製を中心に研究を行った。本年度の成果は以下のとおりである。1 (理論)複素波数空間であるn-k空間とn-k空間上の波数面の概念を提案した。低次元光波ではn-k空間での波数面が閉曲面の球面から、一葉または二葉双曲面のような開曲面になることがナノ光ビームの形成に重要である。2 (理論)誘電体コアを持つ負誘電体ギャップにそっての2次元光波の閉じ込めとガイドについて有限差分時間領域(FDTD)法を用いてシミュレーションを行った。その結果、10nmのギャップ厚までのコアによる閉じ込めとガイド効果を確認した。これは今まで我々が近似的解析手法である等価屈折率法を用いて、無損失系において示していたものであるが、数値実験でも確認されたといえる。また負誘電体中に異なる負誘電率の負誘電体コアを形成する閉じ込め方法を新しく提案した。この場合にも負誘電体コアにそって2次元光波がガイドされることをはじめて示した。3 (実験)電子ビーム蒸着を用いて、金とSiO2からなる負誘電体ギャップ素子を作製し、伝搬損失測定用にこれを楔形に加工することに成功した。今後は実験に使用する予定である。また、対物レンズを用いてナノフォトニクス実験用のプラットフォームを構築した。
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