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局在表面プラズモンを介した光周波数信号伝達デバイスの作製

局域表面等离激元光频信号传输装置的制作

基本信息

批准号：
13J05342
负责人：
福原誠史
金额：
$ 2.11万
依托单位：
Toyohashi University of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2013
资助国家：
日本
起止时间：
2013-04-01 至 2016-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的となる表面プラズモンを扱う光電子集積回路の開発に向け、以下の要素技術の確立を行った。１．表面プラズモン導波路解析手法の習得前年度まで、導波路の設計には、解析領域の全域をセル化し、各セルごとの電磁界を計算する有限差分時間領域法(以下、FDTD法)を用いていた。しかし、微細構造や、表面プラズモン励起部、検出部を含む大領域の解析が進むにつれ、その依存性の取得が困難となる。そこで、導波路の特性方程式を展開する転移行列法による解法を設計に応用した。結果、表面プラズモン導波路を代表する薄膜導波路、金属-誘電体-金属(MIM)導波路、IMI導波路といった様々な構造で、FDTD法と同様の伝搬特性(実効屈折率、伝搬損失)を短時間で導出できることが確認された。本成果は、後述する誘電体表面プラズモン導波路への設計にも用いられ結果を出しており、全般的な表面プラズモン導波路の解析を容易にした。２．誘電体表面プラズモン導波路の電気バイアス・光信号同時伝達可能性の提示金属上に誘電体を付与する事で作製される誘電体表面プラズモン導波路(以下、DLSP導波路)を、既存の電子集積回路の作製プロセスであるCMOS互換プロセスを用いて作製した。DLSP導波路は、前年度まで研究を進めていた薄膜導波路では困難であった任意の導波路パターニングを可能とする。また、作製した導波路に表面プラズモンを伝搬させると同時に、金属部へ電気バイアスを印可し、表面プラズモンがレーザ光の特性(コヒーレント性)を持ちつつ伝搬可能であるか検証した。結果、DLSP導波路が、表面プラズモンの伝搬と電気バイアスの印可を可能とすることが実証された。光信号(表面プラズモン)と電気バイアスの同時伝送線路は、伝搬光を伝える誘電体導波路では実現が困難と考えられるため、本成果は表面プラズモンの特性を活かした新規伝送線路への展開が期待される。

The purpose of this study is to establish the development direction of optoelectronic integrated circuits and the following key technologies. 1. The finite difference time domain method (hereinafter FDTD method) is used in the pre-acquisition of the surface analysis method for waveguides, the design of waveguides, the global optimization of the analytical domain, and the calculation of the electromagnetic domain for each domain. It is difficult to analyze the micro-structure, the surface, the excitation part and the detection part in a large area, and to obtain the dependency. The solution of the characteristic equation of the waveguide is applied to the design by the method of shift array. As a result, thin film waveguides, metal-dielectric-metal (MIM) waveguides, IMI waveguides, and structures representing surface-to-surface waveguides were derived and confirmed in a short time by FDTD method and the same transmission characteristics (refractive index, transmission loss). The results of this study are useful in the design of waveguide structures described later and easy to analyze in general. 2. Electro-conductive surface polarization waveguide (hereinafter referred to as DLSP waveguide), and the operation of an existing electron accumulation circuit. DLSP waveguides are difficult to study in the past year, and arbitrary waveguides are possible. In addition, the surface of the waveguide can be printed on the surface of the metal part, and the optical characteristics of the surface can be detected. As a result, DLSP waveguides, surface layers, and surface layers can be used to transfer electrical energy. Optical signal (surface layer) and electrical transmission line, optical transmission line and dielectric waveguide are difficult to realize. This work is expected to develop new transmission line characteristics of surface layer.

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Monolithic Integration of Surface Plasmon Detector and Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors

表面等离子体探测器和金属氧化物半导体场效应晶体管的单片集成

DOI：
10.1109/jphot.2013.2272779
发表时间：
2013
期刊：
IEEE Photonics Journal
影响因子：
2.4
作者：
Takuma Aihara;Masashi Fukuhara;Ayumi Takeda;Byounghyun Lim;Masato Futagawa;Yuya Ishii;Kazuaki Sawada;and Mitsuo Fukuda
通讯作者：
and Mitsuo Fukuda

Sensitivity improvement of Schottky-type plasmonic detector