シリコン誘電体ミー共振器における多重極子の選択制御と赤外メタサーフェス素子

2021 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 19H02630
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分30020:光工学および光量子科学関連
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 高原 淳一 大阪大学, 工学研究科, 教授 (90273606)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: メタマテリアル / メタサーフェス / ミー共振 / シリコン / 二酸化バナジウム / 多重極子 / 完全吸収体

研究成果の概要

単結晶シリコンを用いたメタサーフェスとよばれる非常に薄い平面光学素子のための光波の制御方法に関する研究を行い、以下の成果を得た。１）高感度の屈折率検出器や誘電体のみによる完全吸収体を実現、２）ミー共振による熱光学効果によりシリコンの有効非線形屈折率がバルクの１０万倍以上に増強されることを見出し、これを光・光スイッチング素子へ応用、３）酸化バナジウムの金属絶縁体相転移を利用した新しい原理の光変調素子の提案。
これらは高感度の赤外光検出器、全光スイッチング素子、適応型放射冷却素子などに応用できる。

自由記述の分野

ナノフォトニクス

研究成果の学術的意義や社会的意義

現在、ムーアの法則に沿った電子集積回路の性能向上が限界にきており、シリコンフォトニクスと光インターコネクションによる低消費電力化が求められている。本成果はシリコンをベースとしているため低損失で、シリコンフォトニクスのとの整合性も良い。熱光学効果による光・光スイッチングは縦型の能動シリコンフォトニクス素子への新しい展開が期待できる。本成果はこれまでほとんど活用されてこなかった磁気双極子や四重極子を利用した具体的な素子の動作を実証したことで、学術的に意義があるだけでなくバイオセンシングや赤外光検出器などの応用にも新たな道を拓くといえる。