半導体フォトニック結晶における光の高次トポロジカル相の発現

半导体光子晶体中光的高阶拓扑相的表达

基本信息

批准号：
20J22862
负责人：
山口拓人
金额：
$ 1.98万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

バレーフォトニック結晶（VPhC）導波路は導波路の途中に急峻な曲げが存在してもほぼ損失なく光を伝搬させることが可能なため、光集積回路の省面積化のためのプラットフォーム技術として近年注目されている。しかしながら、光の帯域内で動作実証を行ったVPhC導波路はこれまで電子線リソグラフィによって作製されたデバイスのみに限られていた。VPhC導波路デバイスの実用化のためには、より量産性に秀でたフォトリソグラフィ技術を用いて構造を作製できることが望ましい。そのため、我々は昨年度までに光近接効果を補正するための特殊なフォトマスクパターンを設計し、フォトリソグラフィを用いてSOI基板上に三角孔VPhC構造を作製する技術を確立させた。今年度は直線型導波路に加え、急峻な導波路曲げを2回含むZ型導波路の2種類のVPhC導波路デバイスを同じ導波路長を有するように設計・作製を行い、近赤外イメージングによるデバイスの光学評価を実施した。その結果、我々は両導波路において通信波長帯の波長ではほぼ同程度の強度の透過光を観測することに成功した。本結果はフォトリソグラフィで作製した我々の導波路デバイスにおいても、VPhC導波路で期待されるような導波路曲げに対してロバストな光伝搬特性を有することを示唆している。また、上述の光学実験ではデバイスのクラッド材料であるシリカのライトラインより上の周波数領域においても同様の急峻な曲げに強い光伝搬特性をVPhC導波路が保持していることを見出した。これは従来の線欠陥ベースのPhC導波路では確認できなかった現象であることから、トポロジカルPhC導波路における光閉じ込めのメカニズムが特異的であることを示しており今後本現象の物理的解明が期待される。

射电光子晶体（VPHC）波导最近引起了人们的关注，作为一种平台技术，用于减少光学整合电路区域，因为即使波导中间突然弯曲，它们也可以传播光几乎不会损失。但是，在光条中已证明的VPHC波导限于到目前为止由电子束光刻制造的设备。为了实际使用VPHC波导设备，希望能够使用光刻技术制造结构，这在质量生产中更出色。因此，到去年，我们已经设计了一种特殊的光掩膜模式来纠正光接近效应，并建立了一项技术，可以使用光刻在SOI底物上制造三角VPHC结构。今年，除线性波导外，设计并制造了两种类型的VPHC波导设备，其中包含两个陡峭的波导弯曲的Z型波导，具有相同的波导长度，并使用近红外成像进行了对设备的光学评估。结果，我们成功地观察了在两个波导中的通信波长带中的波长上具有几乎相同强度的传输光。该结果表明，正如VPHC波导所期望的那样，我们的光刻波导设备还具有强大的光传播特性，可以使波导弯曲弯曲。此外，在上述的光学实验中，发现VPHC波导保留了相似的光传播特性，这些特性在二氧化硅光线上方的频率范围内具有抵抗力，这是设备的覆盖物材料。这种现象并未通过基于线条缺陷的PHC波导证实，因此表明拓扑phc波导中光学限制的机理是独一无二的，并且可以预计将来可能会出现这种现象的物理阐明。

项目成果

期刊论文数量（11）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

バレーフォトニック結晶とその光導波路への応用

谷光子晶体及其在光波导中的应用

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
岩本敏;吉見拓展;山口拓人;太田泰友;荒川泰彦
通讯作者：
荒川泰彦

Optical characterization of valley photonic crystal waveguides fabricated with CMOS-compatible process

采用 CMOS 兼容工艺制造的谷光子晶体波导的光学表征

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Takuto Yamaguchi;Hironobu Yoshimi;Miyoshi Seki;Minoru Ohtsuka;Nobuyuki Yokoyama;Yasutomo Ota;Makoto Okano;Satoshi Iwamoto
通讯作者：
Satoshi Iwamoto

CMOS互換プロセスで作製したバレーフォトニック結晶導波路

使用 CMOS 兼容工艺制造的谷光子晶体波导