研究課題
フォトニックエレメントは、光の波長(1.5μm程度)よりも小さな誘電体構造であり、これらを適切に設計し配置することで、これまでにない微小領域の光波制御手法を確立するというのが本研究の目的である。平成21年度の研究においては、波長フィルター、モード形状変換デバイスとしての機能を数値計算によって確認した。第一段階としては、飛び石状に誘電体(シリコン)を配置した一次元ブラックグレーティング構造と、シリコン細線光導波路との結合系について検討した。計算手法としては、FDTD法を用い直径200nm程度の円柱状フォトニックエレメントを周期的に並べた際の透過及び反射スペクトルを計算し、非常に広帯域(1.3～1.6μm)なノッチフィルターとして動作することを確認し、微小テーパー型フォトニックェレメントを用いることで従来型のSi細線光導波路との高効率な結合系を構築できることを示した。さらにこの結果を発展させ、シリコンのような高屈折率材料を用いた、ブラッググレーティング構造においては、特異な光の局在状態が存在することを見出した。実際の構造作製においては、非常に細い(幅100～150nm程度)シリコン細線を二本近接させたスロット導波路という構造を作製し、通常のシリコン細線導波路との接合部分にフォトニックエレメントを用いることで、高効率にモード変換を行う構造を試作した。また、誘電体としてZnOを用いた構造においては単一モードのZnO導波路を作製し、数百fsのパルスレーザー光を入射した際に生じる、自己位相変調による波長広がりを世界で初めて観測した。この構造は従来のチャネル型導波路構造であるが、直接遷移材料であるZnOを用いて数百nmの構造を作製するプロセス技術を確立できたため、今後の発光材料を用いたフォトニックエレメントデバイスの実現に応用できる。
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Proceedings of SPIE Photonic WEST 7606
Japanese Journal of Applied Physics (未定, 印刷中)
