2003 Fiscal Year Annual Research Report
IT環境の電磁波制御を図るフォトニック結晶に関する研究
Project/Area Number |
03J04090
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Research Institution | Osaka University |
Principal Investigator |
兼平 真悟 大阪大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)
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Keywords | フォトニック結晶 / フォトニックバンドギャップ / 局在モード / 格子欠陥 / ダイヤモンド構造 / 光造形法 |
Research Abstract |
誘電体を空間に周期的に配置した構造体はフォトニック結晶と呼ばれ、誘電体周期と同程度の波長を有する電磁波を完全反射する、フォトニックバンドギャップを形成する。又、フォトニック結晶の有する周期構造内部に周期の乱れ、つまり格子欠陥を導入すると、特定の周波数領域の電磁波のみを選択的に透過できる局在モードの形成が可能になる。本研究では、フォトニック結晶に格子欠陥を導入し、マイクロ波-ミリ波領域における電磁波制御を試みた。 フォトニック結晶の構造は、あらゆる方向からの電磁波を完全反射できるダイヤモンド構造を採用した。電磁気理論に基づきフォトニックバンドギャップの現れる周波数領域を計算し、ダイヤモンド構造のCADモデルを作製した。作製したモデルを元に光造形機を用い、エポキシ樹脂/TiO_2系セラミックスからなるダイヤモンド構造体サンプルを作製した。同様に、サンプル中央部に格子欠陥を有するダイヤモンド構造体サンプルを作製した。格子欠陥は、空気欠陥と誘電体欠陥の2種類を作製した。空気欠陥は、ダイヤモンド構造体内部の単位格子を数個取り去ることで導入し、誘電体欠陥は、立方体状の誘電体バルクを空気欠陥部に埋め込むことで導入した。 ホーンアンテナとネットワークアナライザーを用いて、作製したダイヤモンド構造体サンプルにマイクロ波を透過させ、電磁波透過率の測定を行った。ダイヤモンド構造体サンプルは、Γ-L<111>、Γ-X<100>、Γ-K<110>のすべての方向においてフォトニックバンドギャップを形成した。格子欠陥を有するダイヤモンド構造体については、空気欠陥の場合は単一の局在モードが、誘電体欠陥の場合は複数の局在モードがバンドギャップ内部に確認された。空気欠陥の体積を増大させると、局在モードの中心周波数は低周波側に移動した。格子欠陥を適切に制御することで、局在モードを制御できることが示された。
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Research Products
(3 results)
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[Publications] S.Kanehira, S.Kirihara, Y.Miyamoto, K.Sakoda, M.W.Takeda: "Band Gap Modification of Diamond Photonic Crystals by Changing the Volume Fraction of the Dielectric Lattice"Journal of the American Ceramic Society. 86[10]. 1691-1694 (2003)
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[Publications] S.Kanehira, S.Kirihara, Y.Miyamoto, K.Sakoda, M.W.Takeda: "Electromagnetic Properties of Photonic Crystals with Diamond Structure Containing Defects"Journal of Materials Research. 18[9]. 2214-2220 (2003)
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[Publications] S.Kanehira, S.Kirihara, Y.Miyamoto, K.Sakoda, M.W.Takeda: "Defect Modes in 3D Photonic Crystal for Microwave Applications"Proceedings of PAC RIM V (The Journal of the Ceramic Society of Japan). (In Printing). (2004)