3次元フォトニック準結晶に関する研究

3D光子准晶研究

• 批准号: 19656018
• 负责人: 枝川 圭一
• 金额: $ 2.05万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2007
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2007 至 2008
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19656018/
• 关键词: フォトニック結晶; フォトニックバンドギャップ; ダイヤモンド構造; フォトニックアモルファス構造

昨年度、フォトニック準結晶の3次元フォトニックバンドギャップ(3D-PBG)形成を調べている過程で、結晶や準結晶と異なり長距離の並進秩序を一切もたないアモルファス構造において明確な3D-PBGが形成されることを計算機シミュレーションにより発見した(Edagawa et al., Phys. Rev. Lett. 100,013901(2008))。これは誘電体のネットワーク構造であり、すべての連結点の配位数が4である構造で、我々はこの構造をフォトニック・アモルファス・ダイヤモンド(PAD)構造と名付けた。従来、3D-PBGの形成はフォトニック結晶の周期構造からの光のブラッグ散乱に起因し、長距離並進秩序は3D-PBG形成に不可欠のものと信じられており、我々の発見はそのような従来の常識を覆すものである。本年度は、PAD構造における3D-PBG形成を実験的に証明することを目的とした。ネットワークのボンド長が約3mmの試料をレーザー焼結積層造形法により作製し、ミリ波帯の電磁波の透過スペクトルを測定した。電磁場の基礎方程式であるマックスウェルの方程式はスケール不変であるので、ミリ波帯で得られた実験結果が光波帯でも成り立つことが原理的に保証される。レーザー焼結積層造形法に通常用いる原料のナイロン粉末は比誘電率が4程度であり、3D-PBG形成には低すぎるため、酸化チタン粉末を混ぜることにより比誘電率を上げることを試みた。これにより比誘電率が8程度の試料を作製することに成功した。比較のためPAD構造の他に、従来大きな3D-PBGが形成することが明らかとなっているダイヤモンド結晶構造(Photonic Crystalline Diamond(PCD)構造)も作製した。PAD、PCD構造とも厚さ約30mmとし、ミリ波透過スペクトルをベクトルネットワークアナライザとホーンアンテナを組み合わせたシステムで自由空間法により測定した。両構造とも28GHz付近に最大40dB程度の透過強度の落ち込みが観測され、FDTD法による計算機シミュレーションとの比較により、その落ち込みが3D-PBG形成に起因するものであることが明らかになった。

Last year, フ ォ ト ニ ッ ク quasi crystal の 3 dimensional フ ォ ト ニ ッ ク バ ン ド ギ ャ ッ プ (3 d - PBG) form を adjustable べ て い で る process, crystallization や quasi crystal と different な り long-distance の hand in all order を も た な い ア モ ル フ ァ ス tectonic に お い て clear な 3 d - PBG が form さ れ る こ と を computer シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に よ り 発 See た(Edagawa et al., Phys. Rev. Lett. 100,013901(2008)). こ れ は induced electricity body の ネ ッ ト ワ ー ク tectonic で あ り, す べ て の link points の coordination number 4 で が あ る tectonic で, I 々 は こ の tectonic を フ ォ ト ニ ッ ク · ア モ ル フ ァ ス · ダ イ ヤ モ ン ド (PAD) tectonic と pay け た. 従 to, 3 d - PBG の は フ ォ ト ニ ッ ク crystallization の cycle structure か ら の light の ブ ラ ッ グ scattered に cause し, long distance in hand order は 3 d - PBG form に not owe の も の と letter じ ら れ て お り, I 々 の 発 see は そ の よ う な 従 to の sense を fu す も の で あ る. This year, the に and PAD constructs における3D-PBG formation を experiments に prove する とを とを とを purpose と た た. ネ ッ ト ワ ー ク の ボ ン ド が about 3 mm long の sample を レ ー ザ ー 焼 knot laminated plastic method に よ り as し, ミ リ wave 帯 の の electromagnetic wave through ス ペ ク ト ル を determination し た. Electromagnetic field の fundamental equation で あ る マ ッ ク ス ウ ェ ル の equation は ス ケ ー ル - not で あ る の で, ミ リ wave 帯 で have ら れ た be 験 results が light 帯 で も made into り つ こ と が principle に guarantee さ れ る. レ ー ザ ー 焼 knot に laminated plastic method usually use い る materials の ナ イ ロ ン powder は が 4 degree than induced electric rate で あ り, 3 d - PBG form に は low す ぎ る た め, acidification チ タ ン を powder mixed ぜ る こ と に よ り than induced electric rate on を げ る こ と を try み た. The <s:1> れによ れによ れによ is suitable for the inductance rate of が8. The test material を is successfully prepared する とに とに た た. Is の た め の he に PAD structure, large 従 to き な 3 d - PBG が form す る こ と が Ming ら か と な っ て い る ダ イ ヤ モ ン ド crystal structure (Photonic Crystalline Diamond (PCD) structure) も cropping し た. PAD, PCD structure と も about 30 mm thick さ と し, ミ リ wave through ス ペ ク ト ル を ベ ク ト ル ネ ッ ト ワ ー ク ア ナ ラ イ ザ と ホ ー ン ア ン テ ナ を group み close わ せ た シ ス テ ム で free space method に よ り determination し た. Struck tectonic と も 28 GHZ pay nearly 40 db に maximum extent の fall through strength の ち 込 み が 観 measuring さ れ, FDTD method に よ る computer シ ミ ュ レ ー シ ョ ン と の is に よ り, そ の fall ち 込 み が 3 d - PBG form に cause す る も の で あ る こ と が Ming ら か に な っ た.

项目成果

フォトニック・アモルファス・ダイヤモンドの電磁波透過スペクトル

光子非晶金刚石的电磁透射谱

• 发表时间: 2009
• 作者: K. Onodera;A. Hirano-Iwata他;今川成樹,枝川圭一,納富雅也,守田圭祐,佐藤和樹,新野俊樹
• 通讯作者: 今川成樹,枝川圭一,納富雅也,守田圭祐,佐藤和樹,新野俊樹

フォトニック・アモルファス・ダイヤモンドにおける光局在

光子非晶金刚石中的光定位

• 发表时间: 2009
• 作者: 時実悠;大越泰典;谷口敦史;岡和彦;森田隆二;枝川幸一,今川成樹,納富雅也
• 通讯作者: 枝川幸一,今川成樹,納富雅也

トポロジーデザイニング,第3章

拓扑设计，第 3 章

• 发表时间: 2009
• 作者: 枝川圭一;他40名
• 通讯作者: 他40名

結晶準結晶・アモルファス(改訂新版)

晶体准晶/非晶（修订新版）

• 发表时间: 2008
• 作者: 竹内伸;枝川圭一
• 通讯作者: 枝川圭一

Phonon-phason coupling in decagonal quasicrystals

• DOI: 10.1080/14786430701264178
• 发表时间: 2007-01-01
• 期刊: PHILOSOPHICAL MAGAZINE
• 影响因子: 1.6
• 作者: Edagawa, K.