半導体フォトニック結晶における光の高次トポロジカル相の発現

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バレーフォトニック結晶（VPhC）導波路は導波路の途中に急峻な曲げが存在してもほぼ損失なく光を伝搬させることが可能なため、光集積回路の省面積化のためのプラットフォーム技術として近年注目されている。しかしながら、光の帯域内で動作実証を行ったVPhC導波路はこれまで電子線リソグラフィによって作製されたデバイスのみに限られていた。VPhC導波路デバイスの実用化のためには、より量産性に秀でたフォトリソグラフィ技術を用いて構造を作製できることが望ましい。そのため、我々は昨年度までに光近接効果を補正するための特殊なフォトマスクパターンを設計し、フォトリソグラフィを用いてSOI基板上に三角孔VPhC構造を作製する技術を確立させた。今年度は直線型導波路に加え、急峻な導波路曲げを2回含むZ型導波路の2種類のVPhC導波路デバイスを同じ導波路長を有するように設計・作製を行い、近赤外イメージングによるデバイスの光学評価を実施した。その結果、我々は両導波路において通信波長帯の波長ではほぼ同程度の強度の透過光を観測することに成功した。本結果はフォトリソグラフィで作製した我々の導波路デバイスにおいても、VPhC導波路で期待されるような導波路曲げに対してロバストな光伝搬特性を有することを示唆している。また、上述の光学実験ではデバイスのクラッド材料であるシリカのライトラインより上の周波数領域においても同様の急峻な曲げに強い光伝搬特性をVPhC導波路が保持していることを見出した。これは従来の線欠陥ベースのPhC導波路では確認できなかった現象であることから、トポロジカルPhC導波路における光閉じ込めのメカニズムが特異的であることを示しており今後本現象の物理的解明が期待される。