2次元フォトニック結晶を用いた超小型光合分波デバイスに関する研究

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本年度の研究では、2次元フォトニック結晶の材料特性を動的に制御することによる新たな機能の付加に関する検討を行った。材料特性の動的制御により、共振器の共振周波数や導波路の導波帯域の動的変化、共振器への高効率の光閉じ込めの実現、光の周波数の動的変化などが期待できる。今回着目したのは、線欠陥導波路と点欠陥共振器からなる超小型光合分波デバイス中の高Q値光共振器に超短パルス光を導入することである。高Q値光共振器はナノ秒近い光子寿命をもち、長時間光信号を閉じ込めることが可能であり、光バッファメモリなどへの展開が期待できる。ただし、このとき超短パルス光と共振器の間で周波数幅の不整合が生じるため、パルスの共振器への導入効率が非常に小さくなる。この問題を解決するための手法として、導波路と共振器の結合の強さを表す面内Q値を時間的に変化させるという手法を提案し、モード結合理論による数値解析によりこの手法が有効であることを示した。次に、このようなパルス閉じ込めのための面内Q値の現実的な制御手法について検討した。今回提案する系は導波路・共振器と完全反射鏡からなる構造である。フォトニック結晶では、完全反射鏡はヘテロ界面を利用することにより容易に実現できる。この構造では、共振器からの直接漏れ光と、反射鏡を経由する漏れ光の干渉により面内Q値が決定される。またその大きさは反射光の位相を制御することにより容易に変化可能であり、位相の制御は導波路部分の屈折率を変え伝播定数を制御することにより実現できる。この系において、モード結合理論や時間領域差分(FDTD)法による数値解析を行った結果、90%という高い効率で長短パルス光を共振器に導入可能となることが明らかとなった。さらにこのような機能を実験的に実現することに取り組んでおり、面内Q値を時間的に制御することを実験的に示しつつある。