半導体ナノフォトニクス材料による革新的超小型オールインワン・テラヘルツ波源

采用半导体纳米光子材料的创新型超紧凑一体化太赫兹波源

• 批准号: 20K21005
• 负责人: 尾崎 信彦
• 金额: $ 4.08万
• 依托单位: Wakayama University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-07-30 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K21005/
• 关键词: フォトニック結晶導波路; テラヘルツ波源; 差周波発生; 量子ドット; フォトニック結晶; テラヘルツ波

本研究は、面内集積型フォトニック結晶導波路を用いた超小型オールインワン・テラヘルツ波源の提案と、その原理実証を目的としている。低群速度かつ低分散の導波モードを有するよう構造設計されたフォトニック結晶導波路に、２つの異なる周波数を持った基本光を導入するフォトニック結晶導波路を結合し、低群速度低分散フォトニック結晶導波路内にて高効率な差周波発生(DFG)を誘起することで、超小型かつ波長可変なテラヘルツ波源への応用を目指している。これまでの成果として、まず、Al(Ga)As薄膜に空孔を周期的に配列した２次元フォトニック結晶の空孔列を除去して形成されるフォトニック結晶導波路において、フォトニック結晶の構造最適化により、２つの周波数の基本光が低群速度かつ低分散となるフォトニック結晶導波路が実現されることを数値シミュレーションにより示した。この２つの基本光から最大約3THzの差周波が実現できることを示しており、この構造に対する有限差分時間領域法による電磁波の伝播シミュレーションから、DFG強度がバルク導波路に比べ、二桁以上増大されることを確認した。さらに、２つの基本光を導入するためのフォトニック結晶導波路を面内集積したフォトニック結晶導波路の設計および数値シミュレーションを行うことで、基本光源とDFG領域を集積したオールインワンのテラヘルツ波源の設計を進めた。その結果、面内集積型フォトニック結晶導波路構造においても、低群速度低分散フォトニック結晶導波路において高効率なテラヘルツDFGを確認できた。今後、この構造設計を基に、高効率テラヘルツ波源の作製および光学評価実験による原理実証をさらに進めていく。

这项研究的目的是使用面内积分光子晶体波导提出一个超紧凑的多合一Terahertz波源，并证明其原理。通过结合一个光子晶体波导，该光子晶体波导将基本光带有两个不同频率的光子晶体波导构造，该光子晶体波导结构为低组速度和低分散波导模式，并在低组速度和低分散性晶体波动范围内诱导高效的差异频率（DFG），以使其瞄准了超级晶体波动，以使其触发超过触发的功能。由于先前的结果，我们首先通过数值模拟显示，在光子晶体波导中，通过在二维光子晶体中除去一排空孔形成，其中在薄膜中定期在Al（Ga）中排列孔，作为薄膜，光子晶体的光子晶体速度和低分配可以通过光晶晶体实现晶体的结构，使光子晶体均能达到较低的晶体。结果表明，通过这两个基本灯可以实现多达约3 THz的差异频率，以及使用有限差的时间域方法的电磁波传播的模拟，证实DFG强度与散装波导相比，DFG强度增加了两个以上的数量级。此外，通过设计和数值模拟光子晶体波导，将光子晶体波导集成了平面内，以引入两个基本光，我们采取了整个Terahertz波导的设计，该设计集成了基本光源和DFG区域。结果，即使在平面内积分的光子晶体波导结构中，也可以在低组速度中确认高效的Terahertz DFG。将来，我们将进一步推进高效Terahertz波源的制造，并通过基于这种结构设计的光学评估实验来演示原理。

项目成果

Integrated heterostructure of photonic crystal waveguides for ultra-small terahertz source applications

用于超小型太赫兹源应用的光子晶体波导集成异质结构

• 发表时间: 2022
• 作者: Yota Koyama;Hisaya Oda;Naoki Ikeda;Yoshimasa Sugimoto;and Nobuhiko Ozaki
• 通讯作者: and Nobuhiko Ozaki

Near-infrared dual-wavelength surface-emitting light source using InAs quantum dots resonant with vertical cavity modes

• DOI: 10.35848/1347-4065/ac5b24
• 发表时间: 2022-03
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics
• 影响因子: 1.5
• 作者: Jin Oshima;N. Ozaki;H. Oda;E. Watanabe;H. Ohsato;N. Ikeda;Y. Sugimoto;R. Hogg

高効率テラヘルツ波発生へ向けた低群速度・低分散フォトニック結晶導波路のヘテロ接合モデル(II)

高效产生太赫兹波的低群速低色散光子晶体波导异质结模型（二）

• 发表时间: 2023
• 作者: 小山 陽太;小田 久哉;池田 直樹;杉本 喜正;尾崎 信彦
• 通讯作者: 尾崎 信彦

Proposal and numerical verification of an ultrasmall terahertz source using integrated photonic crystal waveguides for highly efficient differential frequency generation

使用集成光子晶体波导实现高效差频生成的超小型太赫兹源的提案和数值验证

• DOI: 10.35848/1347-4065/acc18d
• 发表时间: 2023
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics
• 影响因子: 1.5
• 作者: Koyama Yota;Oda Hisaya;Ikeda Naoki;Sugimoto Yoshimasa;Ozaki Nobuhiko
• 通讯作者: Ozaki Nobuhiko

ヘテロ接合型低群速度・低分散フォトニック結晶導波路を用いた高効率テラヘルツ波発生の検討

异质结型低群速度低色散光子晶体波导高效产生太赫兹波的研究

• 发表时间: 2021
• 作者: 小山 陽太;尾崎 信彦;小田 久哉;池田 直樹;杉本 喜正
• 通讯作者: 杉本 喜正