トポロジカルフォトニック結晶のテラヘルツへの展開

太赫兹拓扑光子晶体的发展

• 批准号: 20H00249
• 负责人: 冨士田 誠之
• 金额: $ 29.29万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H00249/
• 关键词: 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; 導波路; 伝送路; 通信

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を生成される．そのような伝送路では，テラヘルツ波のトポロジカルな性質によって，通常の伝送路では生じる曲げ，分岐およびフィルタ構造における後方散乱の抑制効果が期待できる．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で利用することで実験用の試料を作製した．曲げ構造が伝送特性に与える影響を曲げ回数の異なる伝送路を比較することで検証した．曲げ回数を増加させてもトポロジカルな性質を反映し，群遅延の周波数特性で決まる低分散帯域および透過率の3 dB帯域がほとんど変化しないという結果が得られた．分岐構造に関して，異なる種類の界面による電磁界分布の対称性の違いを考慮することでその設計に成功した．トポロジカルな性質を反映し，分岐1回あたりの損失は0.3 dB以下となった．さらに，異なる種類の界面を有する伝送路を並列に配置すると，通常の伝送路とは異なり，逆方向に伝搬する電磁波が結合し，モードギャップが生じることでフィルタとして動作することを見出した．

This study で は, the representatives ら が world に 駆 first け て pioneering し て き た の world minimum loss テ ラ ヘ ル ツ フ ォ ト ニ ッ ク crystal circuit technology に material science に - leather を も た ら し て い る ト ポ ロ ジ カ ル な nature を and え る こ と で leap な 発 exhibition を は か り, テ ラ ヘ ル ツ wave を using し た communication や セ ン シ ン グ な ど の 応 を cut り billiton く こ と を refers し て い る. ト ポ ロ ジ カ ル フ ォ ト ニ ッ ク crystallization で は cycle structure of に interface を す る と, そ れ が 伝 send road と し て 働 く 伝 moving state を generated さ れ る. そ の よ う な 伝 send road で は, テ ラ ヘ ル ツ wave の ト ポ ロ ジ カ ル な nature に よ っ て, usually の 伝 send road で は raw じ る げ, branching お よ び フ ィ ル タ tectonic に お け る rear scattered の inhibition of unseen fruit が expect で き る. ト ポ ロ ジ カ ル フ ォ ト ニ ッ ク crystallization の basic construction と し て, ト ポ ロ ジ カ ル な property の origin と い え る electromagnetic に す seaborne る quasi ス ピ ン state を may generate な の triangle empty hole size を シ リ コ ン ス ラ ブ に six membered ring に cycle に configuration し を た structure using し た. そ の interstate, high い resistance rate を す る シ リ コ ン を using す る こ と で テ ラ ヘ ル ツ 帯 で subject と な る 収 absorption loss を inhibit 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 で た microfabrication techniques using す る こ と で be try の 験 material を cropping し た. Song げ tectonic が 伝 send characteristics に and え る number の を qu げ back affected different な る 伝 send a road を す る こ と で 検 card し た. Starter げ back several を raised and さ せ て も ト ポ ロ ジ カ ル な nature reflect を し, group 遅 delay の cycle for characteristics で definitely ま る low dispersion 帯 domain お よ び transmittance の 3 dB 帯 domain が ほ と ん ど variations change し な い と い う results ら が れ た. Branching structure に masato し て, different な る kinds の interface に よ る electromagnetic field distribution の polices according to sexual の violations い を consider す る こ と で そ の design に successful し た. The nature of トポロジカ な な を reflects トポロジカ, and the loss of the first round of divergence あた <s:1> is less than 0.3 dB となった. さ ら に, different な る kinds の interface を す る 伝 send road を parallel に configuration す る と, usually の 伝 send road と は different な り, inverse direction に 伝 move す る が し, electromagnetic wave モ ー ド ギ ャ ッ プ が raw じ る こ と で フ ィ ル タ と し て action す る こ と を shows し た.

项目成果

バレーフォトニック結晶スラブを用いた3チャネル合分波器

使用谷光子晶体板的 3 通道复用器/解复用器

• 发表时间: 2021
• 作者: Tatsuya Meguro;Fumiaki Hasebe;Akinori Takeyama;Takeshi Ohshima;Yasunori Tanaka;and Shin-Ichiro Kuroki;伊豫田 圭，冨士田 誠之，永妻 忠夫
• 通讯作者: 伊豫田 圭，冨士田 誠之，永妻 忠夫

Advanced terahertz devices based on photonic crystal and resonant tunneling diode

基于光子晶体和谐振隧道二极管的先进太赫兹器件

• 发表时间: 2021
• 作者: 黒木 伸一郎;志摩拓真;目黒達也;Vuong Van Cuong;武山昭憲;牧野高紘;大島武;児島一聡;田中保宣;Masayuki Fujita
• 通讯作者: Masayuki Fujita

600-GHz-band silicon dielectric waveguide module

600GHz 频段硅介质波导模块

• 发表时间: 2021
• 作者: Norihiko Shibata;Yuta Uemura;Yuma Kawamoto;Li Yi;Masayuki Fujita and Tadao Nagatsuma
• 通讯作者: Masayuki Fujita and Tadao Nagatsuma

Gratingless integrated tunneling multiplexer for terahertz waves

• DOI: 10.1364/optica.420715
• 发表时间: 2021-05-20
• 期刊: OPTICA
• 影响因子: 10.4
• 作者: Headland, Daniel;Withayachumnankul, Withawat;Nagatsuma, Tadao
• 通讯作者: Nagatsuma, Tadao

Terahertz topological photonic integrated circuits for 6G and beyond: A Perspective

• DOI: 10.1063/5.0099423
• 发表时间: 2022-10-14
• 期刊: JOURNAL OF APPLIED PHYSICS
• 影响因子: 3.2
• 作者: Kumar, Abhishek;Gupta, Manoj;Singh, Ranjan
• 通讯作者: Singh, Ranjan