2016 Fiscal Year Annual Research Report
Investigation toward realizing high-Q nano-cavities in 3D photonic crystals
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26790034
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
石崎 賢司 京都大学, 工学研究科, 助教 (40638524)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | フォトニック結晶 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、3次元的な光ナノ構造である3次元フォトニック結晶を活用した、従来の技術では不可能な低損失で立体的な光制御のための要素技術の構築、高い光蓄積性能を有する光ナノ共振器等の可能性の探索を目的とした。研究代表者らが開発してきた、低損失のSi材料を用いた光通信波長域3次元結晶において、積層融着による形成法を核として、より高度な光制御を可能とする多層積層法の開発、共振器-導波路の結合構造や立体導波構造、外部空間との結合特性等の解析・設計および実験評価を行い、3次元結晶における光制御性能を検討した。平成27年度までに、立体導波路-共振器結合系を、16層の積層構造において実験評価を行うとともに数値解析により分析し、本研究以前の16層構造の光蓄積性能を上回るQ値～4900、かつ極微小なモード体積（0.3×媒質内波長の3乗程度）をもつナノ共振器を初めて実証した。また、多積層化による光制御の高度化に向けて、積層数を倍増させた32層構造の初期開発を行い、この中央部に形成した極薄面状欠陥における光閉じ込め・伝搬現象を示し、立体導波路との組み合わせによる面内光分配効果を初めて実験的に示した。また、3次元結晶中の立体交差導波路のクロストークについても解析し、集積化の指針を明らかにした。平成28年度には、多層の構造を短時間で形成するための技術開発を発展させ、16層等の複数層分をまとめて形成した～30mmの大面積ウエハを、全面に亘って100nm以下の誤差で一括融着する技術を確立し、これらを分割しながら積層していくことで効率的に3次元結晶を形成する基盤技術とした。加えて、導波路と外部光学系を広帯域で40%以上の高い効率で結合させるための構造設計や、3次元結晶内部での光拡がりの制御手法を理論的に検討し、これまではアクセスが困難であった3次元結晶内部の光制御素子の評価・活用を高効率化する指針を得た。
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