フォトニック結晶に非線形誘電体を組み込んだ光機能素子に関する研究

点击翻译按钮获取中文摘要

フォトニック結晶(Photonic Crystal : PC)構造にカー型の非線形誘電体を組み込み,光信号振幅の変化に伴う非線形誘電率変化を介して光波の伝搬路を変化させる構造について,FDTD法を用いた理論的解析を行った.平成16年度は,二次元方向性結合器およびY分岐導波路における光スイッチングの解析を中心に行った.PC方向性結合器の解析では,昨年度と同様,結合領域を非線形誘電体とした場合の出力特性の入射電界強度依存性を明らかにした.入射電界振幅を5倍変化させると2本ある出力導波路間で出力の切り替えが起き,そのときの消光比は約4倍である.ただし非線形誘電率変化によりフォトニックバンドが影響を受けて導波路外に放射される電磁エネルギーが多くなるため,消光比に対して悪影響を与えてしまう.また,4GHz帯のマイクロ波領域におけるPC方向性結合器のモデルを作成して線形媒質の場合の数値計算結果の検証も行っており,シミュレーションと実験結果がよく一致することを確認した.次に,光スイッチングにおける消光比向上を目指し,Y分岐型のPC導波路構造中の光波伝搬解析も行った.まずY分岐導波路の伝送特性を解析した.六方格子状の線形誘電体円柱の周期構造内にY字型の欠陥列を設けて導波路とした.二本の出力部にそれぞれ半径・誘電率とも周囲結晶と異なる共振器となる円柱を配置し,最大出力が得られるよう最適な格子周期を決定した.このとき共振器の屈折率をわずかだけ異なるようにしておく.この屈折率差が0.04程度で光スイッチングが起き,その消光比も20dB以上と良好な結果が得られた.また波長依存性についても波長差16nmで光スイッチングが起き,同じく20dB以上の消光比が得られた.以上より共振器を有するY分岐フォトニック結晶導波路は非線形効果誘電率変化を利用した光スイッチ素子として有望であることがわかった.