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

光子晶体中非线性电介质光学功能器件的研究

• 批准号: 15760249
• 负责人: 前田 洋
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: Fukuoka Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15760249/
• 关键词: フォトニック結晶; 非線形誘電体; 光機能素子; 光スイッチ; カー効果; 全光学的信号処理; 消光比; Y分岐導波路; 方向性結合器; スイッチング

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.

フ ォ ト ニ ッ ク crystallization (Photonic Crystal: PC) tectonic に カ ー type の nonlinear induced electricity body を group み 込 み, light signal amplitude の variations change に with う nonlinear induced electricity rate - the を interface し て light の を 伝 move road - the さ せ る tectonic に つ い て, FDTD method を with い た theory analytical line を っ た. は pp.47-53 16 year, two dimensional directional bonder お よ び Y branching guided wave road に お け る light ス イ ッ チ ン グ の parsing を center line に っ た. の PC directional joint resolution で は, annual と yesterday with others, combined with field を nonlinear induced electricity body と し た occasions の output characteristic の incident intensity of electricity industry dependence を Ming ら か に し た. Incidence amplitude を electricity industry five times - the さ せ る と 2 this あ る efforts guided wave road で between output cut の り for え が き, そ の と き の extinction ratio は about 4 times で あ る. た だ し nonlinear induced electricity rate - the に よ り フ ォ ト ニ ッ ク バ ン ド が を by け て guided wave road outside に radiation さ れ る electromagnetic エ ネ ル ギ ー が more く な る た め, extinction ratio に し seaborne て 悪 influence を and え て し ま う. ま た, 4 GHZ 帯 の マ イ ク ロ wave field に お け る PC directional bonder の モ デ ル を made し て linear medium の の occasions the numerical calculation results の 検 line card も っ て お り, シ ミ ュ レ ー シ ョ ン と be 験 results が よ く consistent す る こ と を confirm し た. に, light ス イ ッ チ ン グ に お け る extinction ratio upward を refers し, Y type branching の PC guided wave 伝 の light waves in the road construction moving line analytical も っ た. ま ず Y branching guided wave road の 伝 send features を parsing し た. In the hexagonal grid-shaped, linear-shaped inductor, within the cylindrical <s:1> periodic structure, に Y-shaped <s:1> under-陥 columns を are set up with けて waveguide circuits と <s:1> た た. 2 の output of に そ れ ぞ れ radius, the rate of induced electric と も weeks 囲 crystallization と different な る resonator と な る has drifted back towards &yen; column を configuration し, maximum output が have ら れ る よ う optimal cycle な grid を decided し た. こ の と き resonator の inflectional rate を わ ず か だ け different な る よ う に し て お く. こ の inflectional rate differential が 0.04 degree で light ス イ ッ チ ン グ が き, そ の Light than the result of more than 20 db も と good な が ら れ た. ま た wavelength dependence に つ い て も sent 16 nm wavelength light で ス イ ッ チ ン グ が き, with じ く 20 db above の extinction than が ら れ た. Above よ り resonator を have す る Y branching フ ォ ト ニ ッ ク crystallization guided wave road は nonlinear working fruit - induced electric rate change を using し た light ス イ ッ チ element child と し て could で あ る こ と が わ か っ た.

项目成果

Optical Switching in Photonic Crystal Directional Coupler by Kerr Nonlinearity

Kerr 非线性在光子晶体定向耦合器中的光开关

• 发表时间: 2004
• 期刊: Proc.of 2004 URSI Electromagnetic Theory Symposium
• 作者: Hiroshi Maeda;Xuefeng Li
• 通讯作者: Xuefeng Li

前田 洋, 李 雪峰, 渡辺 仰基: "フーリエ級数展開法によるフォトニック導波路の解析"電気関係学会九州支部第56回連合大会講演論文集. 01-2P-18 (2003)

Hiroshi Maeda、Xuefeng Lee、Yangki Watanabe：“利用傅立叶级数展开法分析光子波导”电气工程学会九州分会第 56 届联席会议论文集 01-2P-18（2003）。

Wavelength Filtering by Photonic Crystal Y-branch Waveguide with Microcavity

微腔光子晶体 Y 分支波导的波长滤波

• 发表时间: 2005
• 期刊: Proceedings of 2005 International Symposium on Microwave and Optical Technology (to be held August 2005) (Accepted)
• 作者: Xuefeng Li;Hiroshi Maeda
• 通讯作者: Hiroshi Maeda

フォトニック結晶方向性結合器の数値解析

光子晶体定向耦合器的数值分析

• 发表时间: 2004
• 期刊: 第12回電子情報通信学会九州支部学生講演会講演論文集
• 作者: 宮岡豊秀;前田洋
• 通讯作者: 前田洋

李 雪峰, 前田 洋: "非線形誘電体を用いた2次元フォトニック結晶方向性結合器の数値解析"電気学会電磁界理論研究会資料. EMT-03-87. 19-24 (2003)

李雪峰，Hiroshi Maeda：“使用非线性介电材料的二维光子晶体定向耦合器的数值分析”IEEJ 电磁场理论研究组材料。 ​​EMT-03-87 (2003)。