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

基本信息

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

项目摘要

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。

本研究的目的是提出一种使用面内集成光子晶体波导的超紧凑一体式太赫兹波源并展示其原理。引入两种不同频率的基波光的光子晶体波导耦合到光子晶体波导，其结构被设计为通过在光子晶体内诱导高效差频生成（DFG）而具有低群速度和低色散的波导模式。波导，我们的目标是将其应用于超紧凑且波长可调的太赫兹波源。迄今为止取得的成果首先包括通过去除Al(Ga)As薄膜中孔周期性排列的二维光子晶体的孔列而形成的光子晶体波导，数值模拟表明，通过结构优化。，可以实现对两个频率的基波具有低群速度和低色散的光子晶体波导。研究表明，这两种基光可以实现高达约 3 THz 的差频，并且利用时域有限差分法对该结构进行电磁波传播模拟，结果表明 DFG 强度增加了两个数量级以上与体波导相比，我证实了这一点。此外，通过设计面内集成光子晶体波导来引入两种基本光并进行数值模拟，我们设计了一种集成了基本光源和先进DFG区域的一体化太赫兹波源。。结果，我们证实了在低群速度、低色散光子晶体波导中甚至在面内集成光子晶体波导结构中也能实现高效的太赫兹DFG。未来，我们将在此结构设计的基础上，进一步进行高效太赫兹波源的制作，并通过光学评估实验进行原理验证。