Photonic devices with subwavelength nano structure

本研究はサブ波長ナノ構造中に励起される固有モードを利用し、紫外や可視域等の短波波長域における偏光・透過・反射等の光制御技術の確立および、本固有モードを用いた光変調・高感度センサーデバイス開発を目的としたものである。本年度は前年度結果をもとに光変調および磁気センサーデバイス試作とその性能評価を行った。有限時間領域差分(FDTD)法による電磁場解析の結果、構造中に励起されるモード数や位相状態が周囲と構造の屈折率差に非常に敏感に応答し、ナノ構造反射率や透過率を大きく変化させることが分かった。これより、ナノ構造材料自体の屈折率を制御できれば光変調デバイスや、材料や周囲屈折率変化の高感度検出が実現できることを明らかにした。電磁場解析に基づき、サブ波長ナノ周期構造の試作およびデバイス性能評価を行った。光変調器に関しては、構造にフェムト秒パルスレーザー(波長800nm, パルス幅130ps,繰り返し周波数1kHz)を照射した際の非線形効果を利用し、構造屈折率制御を行った。構造材料として大きな非線形性を持つGaNを用いた。作製した構造にフェムト秒レーザー照射した際のナノ構造透過率を評価した。その結果、非線形効果による構造屈折率の変化により、波長440nmにおいて約10%程度の透過率変化を確認できた。磁性体ナノ構造を用いて材料磁化による屈折率変化を利用した高感度磁気センサーの開発を行った。ナノ構造材料には強磁性体であるNiを用いた。作製した試料に直流磁場を印加し、反射スペクトル測定を行った。ナノ構造の反射スペクトルには固有モード同士の干渉に起因するピークが見られ、印加磁場強度の増加に伴い、そのピーク位置の長波長側へのシフトが観測された。そのシフト量は16pm/mTに達し、数mT程度の微小磁場検出が可能な磁気センサー開発に成功した。

本研究はサブ波長ナノ構造中に励起される固有モードを利用し、紫外や可視域等の短波波長域における偏光・透過・反射等の光制御技術の確立および、本固有モードを用いた光変調・高感度センサーデバイス開発を目的としたものである。本年度は前年度結果をもとに光変調および磁気センサーデバイス試作とその性能評価を行った。有限時間領域差分(FDTD)法による電磁場解析の結果、構造中に励起されるモード数や位相状態が周囲と構造の屈折率差に非常に敏感に応答し、ナノ構造反射率や透過率を大きく変化させることが分かった。これより、ナノ構造材料自体の屈折率を制御できれば光変調デバイスや、材料や周囲屈折率変化の高感度検出が実現できることを明らかにした。電磁場解析に基づき、サブ波長ナノ周期構造の試作およびデバイス性能評価を行った。光変調器に関しては、構造にフェムト秒パルスレーザー(波長800nm, パルス幅130ps,繰り返し周波数1kHz)を照射した際の非線形効果を利用し、構造屈折率制御を行った。構造材料として大きな非線形性を持つGaNを用いた。作製した構造にフェムト秒レーザー照射した際のナノ構造透過率を評価した。その結果、非線形効果による構造屈折率の変化により、波長440nmにおいて約10%程度の透過率変化を確認できた。磁性体ナノ構造を用いて材料磁化による屈折率変化を利用した高感度磁気センサーの開発を行った。ナノ構造材料には強磁性体であるNiを用いた。作製した試料に直流磁場を印加し、反射スペクトル測定を行った。ナノ構造の反射スペクトルには固有モード同士の干渉に起因するピークが見られ、印加磁場強度の増加に伴い、そのピーク位置の長波長側へのシフトが観測された。そのシフト量は16pm/mTに達し、数mT程度の微小磁場検出が可能な磁気センサー開発に成功した。