非線形フォトニック結晶による波長変換素子の開発

使用非线性光子晶体的波长转换元件的开发

• 批准号: 17760052
• 负责人: 井上 振一郎
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: The Institute of Physical and Chemical Research
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17760052/
• 关键词: フォトニック結晶; 波長変換素子; 非線形光学過程; 第二高調波発生; 非線形光学材料; ナノ微細構造加工; 非線形光学効果増強

人工的な光ナノ構造である「フォトニック結晶」の中では、光の極めて遅い群速度(スローライト)や特異な光分散関係が実現できる。本性質を利用すれば、光と非線形性物質との相互作用を人為的に制御し、非線形光学応答の大幅な増強を実現できる可能性がある。しかしながらこれまで、LiNbO_3に代表される高非線形性結晶の難加工性が原因で、産業的活用が期待されながら実験研究による定量的な検証は進んでいなかった。本研究は、フォトニック結晶機能と高非線形性光学結晶とを融合させる非線形フォトニック結晶を創製し、第2高調波発生などの非線形光学特性と特異な光分散関係(群速度等)との相互関係を定量的に検証することによって、光非線形物質機能の新たな高度制御技術の確立、従来素子性能を凌駕する超小型・高性能な波長変換コヒーレント光源素子の開発を目指した。非線形フォトニック結晶における波長変換素子の定量的な実証研究が、大きな期待が持たれながらも、進んでいなかった最大の理由は、LiNbO_3などに代表的される高非線形性材料の難加工性にあり、2次元フォトニック結晶のようなナノレベルの極微細構造を高精度に作製することが困難であったためである。17年度の研究において、最も代表的な高非線形性光学材料であるLiNbO_3単結晶を用いて2次元フォトニック結晶導波路を創製することに世界で初めて成功した。平成18年度は、本技術で作製された非線形フォトニック結晶を用いて、レーザ光と物質の間の相互作用を大きく増幅させることにより、第二高調波発生を高効率化することに成功した。さらに実証した素子を発展させ、面内導波タイプの位相整合を達成した素子を実現し、肉眼において確認できる紫外コヒーレント光源素子を実証した。当該研究において実証した高非線形2次元フォトニック結晶の開発成功は、国内はもちろん世界的にも例がなく、まったく新規な試みであり、新たな研究領域の開拓を可能にするもので、学術・工業両面において非常に高い重要性、今後の発展性をもっている。

Artificial light な ナ ノ tectonic で あ る "フ ォ ト ニ ッ ク crystallization" で in の は, light の め て 遅 い group velocity (ス ロ ー ラ イ ト) や specific な masato is spread out が be presently で き る. This nature を use す れ ば, light と nonlinear material と の interaction を man-made に suppression し, nonlinear optics 応 answer の な sharply raised strong を be presently で き る possibility が あ る. し か し な が ら こ れ ま で, LiNbO_3 に representative さ れ る high nonlinear crystal の difficult machining で が reasons, industrial use が expect さ れ な が ら be 験 research に よ る quantitative な 検 card は into ん で い な か っ た. は, this study フ ォ ト ニ ッ ク crystallization function と high nonlinear optical crystal と を fusion さ せ る nonlinear フ ォ ト ニ ッ ク crystallization を created し, 2 high-profile wave 発 な ど の nonlinear optical properties と specific な masato is spread out (group velocity, etc.) と の mutually masato is を quantitative に 検 card す る こ と に よ っ て, optical nonlinear material function の new た な height system technology の establishment, 従 to element performance を above す る subminiature, high-performance な wavelength variations in コ ヒ ー レ ン ト source element child の open 発 を refers し た. Nonlinear フ ォ ト ニ ッ ク crystallization に お け る wavelength variations in grain son の quantitative な be research が, big き な expect が hold た れ な が ら も, into ん で い な か っ た の biggest reason は, LiNbO_3 な ど に represent さ れ る high nonlinear material の difficult machining に あ り, 2 dimensional フ ォ ト ニ ッ ク crystallization の よ う な ナ ノ レ ベ ル を の extremely subtle structure High-precision に is difficult to manufacture する とが とが であったためである. 17 year の research に お い て, most も representative な high nonlinear optical material で あ る LiNbO_3 単 crystallization を with い て 2 dimensional フ ォ ト ニ ッ ク crystallization guided wave road を created す る こ と に め the early で て successful し た. 18 year は pp.47-53, this technology で さ れ た nonlinear フ ォ ト ニ ッ ク crystallization を with い て, レ ー ザ light と の interaction between material の を big き く rights of さ せ る こ と に よ り, the second wave of high-profile 発 を high rate of unseen す る こ と に successful し た. さ ら に card be し た element child を 発 exhibition さ せ, in-plane guided wave タ イ プ の phase integration を reached し た element child を be し, macroscopic に お い て confirm で き る ultraviolet コ ヒ ー レ ン ト source element child を card be し た. When the study に お い て card be し た high nonlinear 2 dimensional フ ォ ト ニ ッ ク crystallization の 発 は success, domestic は も ち ろ ん world に も example が な く, ま っ た く new rules な try み で あ り, new た の な research to develop を may に す る も の で, academic, industrial struck に お い て に い very high importance and future の 発 malleable を も っ て い る.

项目成果

(Invited Paper) Fabrication of nonlinear photonic crystals and their applications

（特邀论文）非线性光子晶体的制备及其应用

• 发表时间: 2005
• 期刊: Proc. SPIE Int.Soc.Opt.Eng. 5732
• 作者: M.Okinaka;S.Inoue;K.Tsukagoshi;Y.Aoyagi;Shin-ichiro Inoue
• 通讯作者: Shin-ichiro Inoue

光学設計(第20章 光学結晶編)

光学设计（第20章光学晶体版）

• 发表时间: 2006
• 作者: 井上振一郎;青柳克信
• 通讯作者: 青柳克信

Ultraviolet second-harmonic generation and sum-frequency mixing in atwo-dimensional nonlinear optical polymer photonic crystal

二维非线性光学聚合物光子晶体中的紫外二次谐波产生与和频混频

• 发表时间: 2006
• 期刊: Jpn.J.Appl.Phys. 45
• 作者: Kenro Yuzaki;Hiro-o Hamaguchi;T. Itahashi;SUZUKI Kazutoshi;山下 正廣;S.Inoue
• 通讯作者: S.Inoue

Nonlinear optical polymer patterned by nanoimprint lithography as a photonic crystal waveguide structure

通过纳米压印光刻将非线性光学聚合物图案化为光子晶体波导结构

• 发表时间: 2006
• 期刊: J. Vac. Sci. Technol. B 24
• 作者: M.Okinaka;S.Inoue;K.Tsukagoshi;Y.Aoyagi
• 通讯作者: Y.Aoyagi