| 研究課題/領域番号 |
23686015
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| 研究機関 | 大阪府立大学 |
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研究代表者 |
高橋 和 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20512809)
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| 研究期間 (年度) |
2011-04-01 – 2015-03-31
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| キーワード | シリコンラマンレーザー / フォトニック結晶 / 微小共振器 / ラマン散乱 |
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| 研究実績の概要 |
本研究課題の目的は、①次世代光デバイスとして期待されているシリコンフォトニック結晶ナノ共振器のQ値向上、共振波長ばらつき低減という2つの性能指数の向上と、②ナノ共振器による非線形光学効果の増強効果の理解の深化の２つである。前者では、Q値1000万、共振波長ばらつき100pm以下を明確な数値目標とし、後者では様々な非線形光学効果の定量的な観測を目標としてきた。
本年度は、昨年度達成したナノ共振器の世界最高Q値900万に関する研究成果を論文にまとめた。この論文は、web of science において高被引用論文に指定された（上位1%）。Q値1000万については、さまざまな検討を行ったが今のところ達成できていない。
次に、共振波長の制御性向上に関しては、既存のデバイスと比べて1/50のサイズとなる100 GHzグリッド間隔で動作する世界最小サイズの32チャンネル波長フィルターについて論文発表した。しかし、波長ばらつき低減については、200pmからの数値的な向上が見られておらず、Q値との相関関係もみられない。原因究明が今後の課題である。
非線形効果の増強については、昨年度達成したナノ共振器を用いたシリコンラマンレーザー発振に関する論文がネイチャー誌に掲載された。この論文もweb of science において高被引用論文に指定された。発振閾値はインテルが発表しているデバイスの2万分の１、デバイスサイズも1万分の1以下という驚異的なもので、国内外の多くのメディアに取り上げられた。また、ナノ共振器におけるラマン散乱の増強メカニズムに関する論文もPhysical Review B に掲載された。想像以上の高性能が得られたため、大きな反響が世界中からあり、ラマンレーザーの研究を優先的に進める必要が生じたため、研究期間を9ヶ月間繰り越すこととした。
なお、本研究は、京都大学野田進研究室の協力を得て行った。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
超小型シリコンラマンレーザ－の超低閾値での室温連続発振に関する論文がネイチャー誌に掲載された。また、Optics Express誌に掲載された世界最高Ｑ値900万に関する論文も、3か月連続トップダウンロード10位以内に入るなど注目された。2つの論文ともに、Web of Scienceの高被引用論文（上位1％）に指定された。
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| 今後の研究の推進方策 |
Q値９００万を達成して、１０００万は既に視界にとらえたつもりでいたが、思いのほか苦戦している。表面状態の改善などを次年度は調べる予定である。また、真空中での測定を行うことで達成できると見込んでいる。Q値向上、共振波長ばらつき低減とも、ラマンレーザーの高機能化や非線形光学効果の増強に重要であるため継続して改善を試みる。
非線形光学効果の増強は、ラマンレーザ－の低閾値化、高効率化、高出力化などについて、理論・実験両面から研究を進める。ネイチャー誌で発表した、出力100マイクロワット、効率4％の更新を目指す。
残念ながら次年度は新たな学生を獲得できないこととなったので、研究室所属の学生1名とともに、本研究課題で得られた成果を狭い世界で終わらせないよう、10年先を見据えながら研究を進める予定である。
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| 備考 |
Ｎａｔｕｒｅ誌で発表したシリコンラマンレーザー開発に関して記者発表を行い、国内外の多数のメディアに掲載された。第17回丸文学術賞をいただいた。
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