3次元フォトニクス結晶による超小型光回路実現のための基礎研究

利用3D光子晶体实现超小型光路的基础研究

• 批准号: 00J02645
• 负责人: 今田 昌宏
• 金额: $ 2.3万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-00J02645/
• 关键词: フォトニック結晶; 自然放出; 光導波路; 光回路; ウエハ融着; III-V族半導体

今年度は超小型3次元光回路実現に向けて,1)より強い光閉じ込め効果を持つ3次元フォトニック結晶に発光体および点欠陥を導入し,点欠陥による自然放出制御現象の観測を行う,2)光回路の重要な構成要素である3次元フォトニック結晶光導波路を光通信波長域で実現し,その特性を明らかにする,を行った。以下にその概要を記す。1.点欠陥をもつInGaAsP多重量子井戸発光層の上下に4層3次元フォトニック結晶を形成した9層積層構造を実現することに成功した。これは昨年度の5層積層構造に比べて積層数が2倍に増加した構造であり,より強い光閉じ込め効果が期待できる。また光学特性を評価した結果,強い光閉じ込め効果を反映して,点欠陥のQ値として約100程度と,昨年度に比べて2倍以上の光閉じ込め効果を観測することに成功した。またQ値は理論計算とも一致しており,今後積層数を増加させることで指数関数的に増加し,数十万以上の値が期待できることが分かった。2.光通信波長域にフォトニックバンドギャップをもつ9層3次元フォトニック結晶中に,光導波路として直線状欠陥を導入した構造を実現することに成功した。3.導波路端面から波長可変レーザー光を入射させた結果,3次元フォトニック結晶光導波路における光伝搬を初めて観測することに成功した。また3次元FDTD法を用いた理論計算で伝搬損失を解析した結果,実験と計算が良く一致すること,また積層数を倍にすることで損失が2桁減少し光導波路として有効であることを明らかにした。以上,本年度の研究では,3次元光回路の重要な構成要素である点欠陥共振器と光導波路について,構造を実現すると同時にその特性を明らかにした。今後の展開としては,点欠陥については積層数をさらに増やすことで光閉じ込め効果をさらに強くすると同時にストリークカメラなどを用いてフォトニックバンドギャップによる自然放出の抑制・増強を直接的に評価すること,光導波路については積層数増加により伝搬損失を低減すること,などが挙げられる。

Our は subminiature three dimensional optical circuit be presently に け て, 1) よ り strong い light closed じ 込 め unseen fruit を hold つ 3 dimensional フ ォ ト ニ ッ ク crystallization に 発 light body お よ び point owe 陥 を import し, point to owe 陥 に よ る natural release suppression phenomenon の 観 を measuring line う, 2) the light circuit の important な elements で あ る 3 dimensional フ ォ ト ニ ッ ク crystal optical wave road を optical communication wavelength The field で actuating で,そ で property を ら にする にする,を line った. The following にそ を summary を is recorded as す. 1. Point to owe 陥 を も つ InGaAsP multiple quantum well opens 発 light の fluctuation に 4 layer 3 dimensional フ ォ ト ニ ッ ク crystallization を form し た 9 を laminated layer structure be presently す る こ と に successful し た. Annual の こ れ は yesterday 5 laminated layer structure に than べ て product layer 2 times が に raised plus し た tectonic で あ り, よ り strong い light closed じ 込 め unseen fruit が expect で き る. ま た optical properties を review 価 し た results, strong い light closed じ 込 め unseen fruit を reflect し て, point to owe 陥 の Q numerical と し て と about 100 degree, yesterday's annual に than べ て の light for more than 2 times the closed じ 込 め unseen fruit を 観 measuring す る こ と に successful し た. ま た Q と theoretical calculation of numerical は も consistent し て お り, future product layer を raised plus さ せ る こ と で index number of masato に raised し, hundreds of thousands of above の numerical が expect で き る こ と が points か っ た. 2. Optical communication wavelength domain に フ ォ ト ニ ッ ク バ ン ド ギ ャ ッ プ を も つ 9 layer 3 dimensional フ ォ ト ニ ッ ク に crystal, optical wave road と し て straight line shape owe 陥 を import し を た structure be presently す る こ と に successful し た. 3. The guided wave road face か ら wavelength can be - レ ー ザ ー を incidence さ せ た as a result, the three dimensional フ ォ ト ニ ッ ク crystal optical wave road に お け る light 伝 early move を め て 観 measuring す る こ と に successful し た. ま た を 3 dimensional FDTD method with い た theoretical calculation で 伝 move loss を parsing し た results, be 験 と consistent good computing が く す る こ と, ま た product layer を times に す る こ と で が 2 girder reduce し optical wave road と し て have sharper で あ る こ と を Ming ら か に し た. Above, this year's の research で は, 3 dimensional photonic circuits の な important constituent elements で あ る point owe 陥 resonator と optical wave road に つ い て, tectonic を be presently す る と simultaneously に そ の features を Ming ら か に し た. Future の expand と し て は, point owe 陥 に つ い て は product layer を さ ら に raised や す こ と で light closed じ 込 め unseen fruit を さ ら に strong く す る と while に ス ト リ ー ク カ メ ラ な ど を with い て フ ォ ト ニ ッ ク バ ン ド ギ ャ ッ プ に よ る natural release の inhibition, raised strong を direct に review 価 す る こ と, optical wave road に つ い て は product layer raised に requirement by よ り 伝 Move the loss を below する と と,な と が挙げられる が挙げられる.

项目成果

Noda, S., Imada, M., Okano, M., Ogawa, S., Mochizuki, M., Chutinan, A.: "Semiconductor three-dimensional and two-dimensional photonic crystals and devices"IEEE Journal of Quantum Electronics. 38. 726-735 (2002)

Noda, S.、Imada, M.、Okano, M.、Okawa, S.、Mochizuki, M.、Chutinan, A.：“半导体三维和二维光子晶体和器件”IEEE 量子电子学杂志。

Imada, M., Noda, S., Chutinan, A., Mochizuki, M., Tanaka, T.: "Channel drop filter using a single defect in a 2D photonic crystal slab waveguide"Journal of Lightwave Technology. 20. 873-878 (2002)

Imada, M.、Noda, S.、Chutinan, A.、Mochizuki, M.、Tanaka, T.：“在 2D 光子晶体板波导中使用单个缺陷的通道下降滤波器”光波技术杂志。

Noda, S., Imada, M., Chutinan, A., Yamamoto, N.: "III-V semiconductor-based photonic crystals"Journal of Optical and Quantum Electronics. 34. 723-736 (2002)

Noda, S.、Imada, M.、Chutinan, A.、Yamamoto, N.：“III-V 半导体基光子晶体”光学与量子电子学杂志。

Imada, M., Chutinan, A., Noda, S., Mochizuki, M.: "Multidirectionally distributed feedback photonic crystal lasers"Physical Review B. 65. 195306-1-195306-8 (2002)

Imada, M.、Chutinan, A.、Noda, S.、Mochizuki, M.：“多向分布反馈光子晶体激光器”物理评论 B. 65。195306-1-195306-8 (2002)

Imada, M., Chutinan, A., Noda, S., Mochizuki, M.: "Multidirectionally distributed feedback photonic crystal lasers"Virtual Journal of Nanoscale Science & Technology. 5. (2002)

Imada, M.、Chutinan, A.、Noda, S.、Mochizuki, M.：“多向分布反馈光子晶体激光器”纳米科学虚拟杂志