Development of hybrid plasmonics-photonics devices

本研究では，シリコン光導波路とトレンチ型プラズモニック導波路を組み合わせたハイブリッド導波路を利用したハイブリッドデバイスを開発することが目的である．2022年度までにデバイス構造の設計を数値解析により実施し，ハイブリッドデバイスとしての特性の解析やデバイスとして最適な構造の設計を実施した．構造はシリコン光導波路の一部に金属を蒸着することで，プラズモニック導波路とシリコン光導波路のハイブリッド化を行う構造とした．また設計した構造の作製・評価を実施した．数値解析の結果からは，通信波長域（波長1300nm）付近においてハイブリッド導波路内でシリコン光導波路内を伝搬する導波光の一部が表面プラズモンポラリトンに結合することで，導波光と表面プラズモンポラリトンが伝搬するハイブリッド導波路となる．この場合に導波光と表面プラズモンポラリトンのself-imaging現象が現れることを確認した．self-imaging現象が発生した場合，特定の波長はハイブリッド導波路を通過できず，反射することが分かっており，作製した構造を用いて実験的に評価することでself-imaging現象の影響を確認した．実験による検証の結果，数値解析結果と同じように特定の波長がハイブリッド導波路を通過できないことを確認した．これより，本研究で開発した構造は，数百nmのサイズで波長の制御ができることを明らかにした．本研究で開発を行ったハイブリッド構造の応用として，光素子などと組み合わせることでデバイスサイズの大幅な微小化が可能となる．

本研究では，シリコン光導波路とトレンチ型プラズモニック導波路を組み合わせたハイブリッド導波路を利用したハイブリッドデバイスを開発することが目的である．2022年度までにデバイス構造の設計を数値解析により実施し，ハイブリッドデバイスとしての特性の解析やデバイスとして最適な構造の設計を実施した．構造はシリコン光導波路の一部に金属を蒸着することで，プラズモニック導波路とシリコン光導波路のハイブリッド化を行う構造とした．また設計した構造の作製・評価を実施した．数値解析の結果からは，通信波長域（波長1300nm）付近においてハイブリッド導波路内でシリコン光導波路内を伝搬する導波光の一部が表面プラズモンポラリトンに結合することで，導波光と表面プラズモンポラリトンが伝搬するハイブリッド導波路となる．この場合に導波光と表面プラズモンポラリトンのself-imaging現象が現れることを確認した．self-imaging現象が発生した場合，特定の波長はハイブリッド導波路を通過できず，反射することが分かっており，作製した構造を用いて実験的に評価することでself-imaging現象の影響を確認した．実験による検証の結果，数値解析結果と同じように特定の波長がハイブリッド導波路を通過できないことを確認した．これより，本研究で開発した構造は，数百nmのサイズで波長の制御ができることを明らかにした．本研究で開発を行ったハイブリッド構造の応用として，光素子などと組み合わせることでデバイスサイズの大幅な微小化が可能となる．