2021 Fiscal Year Annual Research Report
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20H00249
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
冨士田 誠之 大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 准教授 (40432364)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | トポロジカルフォトニクス / テラヘルツ / フォトニック結晶 / テラヘルツ通信 / テラヘルツセンシング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，研究代表者らが世界に先駆けて開拓してきた世界最小損失のテラヘルツフォトニック結晶回路技術に物質科学に変革をもたらしているトポロジカルな性質を与えることで飛躍的な発展をはかり，テラヘルツ波を利用した通信やセンシングなどの応用を切り拓くことを目指している．
トポロジカルフォトニック結晶では周期構造中に界面を形成すると，それが伝送路として働く伝搬状態が生成される．そのような導波路では，テラヘルツ波のトポロジカルな性質によって，通常の導波路では生じる曲げ構造などにおける後方散乱を抑制することが可能となり，極低損失な高速データ伝送が期待できる．
トポロジカルフォトニック結晶の基本構造として，トポロジカルな性質の起源といえる電磁波に対する擬スピン状態を生成可能な大小の三角空孔をシリコンスラブに六員環状に周期的に配置した構造を採用した．その際，高い抵抗率を有するシリコンを利用することでテラヘルツ帯で課題となる吸収損失を抑制した．そして，フォトリソグラフィ，プラズマエッチングといった微細加工技術を利用することで実験用の試料を作製した．
前年度までに2値のオンオフ変調方式によって，10 Gbit/s級のチップ内高速データ通信および，非圧縮高精細4K映像の無線伝送といったアプリケーションに関して，トポロジカルフォトニクス分野を先導するデモンストレーションに成功した0.3 THz帯の導波路デバイスを多値符号方式のテラヘルツ通信システムへと適用し，100 Gbit/sを超える通信実験を行うことに成功した．加えて，周波数多重通信や能動デバイスの集積化，動作周波数の向上に向けた検討を進めた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究課題の目標の一つとして，トポロジカル物質の概念をテラヘルツフォトニック結晶に適用し，極低損失な高速データ伝送を可能とする導波路デバイスを実現することが挙げられる．テラヘルツ通信の目標として，100 Gbit/s級の通信が掲げられているが，0.3 THz帯のトポロジカル導波路デバイスを多値符号方式のテラヘルツ通信システムへと適用することで100 Gbit/sを超える通信実験を行うことに成功したため，本研究は順調に進展していると判断したい．
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究を通じて，テラヘルツトポロジカル導波路の特性を活かした高速通信応用の可能性が切り拓かれてきた．今後は，トポロジカル構造の堅牢性を活かした優れた周波数特性を有する合分波器を開発し，周波数多重通信を実現を目指すとともに，さらなる高速通信へ向けて，広帯域化が可能となる動作周波数の向上および，集積デバイスとしての機能性向上のために能動デバイスの集積化に関する研究を推進する予定である．
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