トポロジカルフォトニック結晶のテラヘルツへの展開

太赫兹拓扑光子晶体的发展

基本信息

批准号：
20H00249
负责人：
冨士田誠之
金额：
$ 29.29万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では，研究代表者らが世界に先駆けて開拓してきた世界最小損失のテラヘルツフォトニック結晶回路技術に物質科学に変革をもたらしているトポロジカルな性質を与えることで飛躍的な発展をはかり，テラヘルツ波を利用した通信やセンシングなどの応用を切り拓くことを目指している．トポロジカルフォトニック結晶では周期構造中に界面を形成すると，それが伝送路として働く伝搬状態を生成される．そのような伝送路では，テラヘルツ波のトポロジカルな性質によって，通常の伝送路では生じる曲げ，分岐およびフィルタ構造における後方散乱の抑制効果が期待できる．トポロジカルフォトニック結晶の基本構造として，トポロジカルな性質の起源といえる電磁波に対する擬スピン状態を生成可能な大小の三角空孔をシリコンスラブに六員環状に周期的に配置した構造を採用した．その際，高い抵抗率を有するシリコンを利用することでテラヘルツ帯で課題となる吸収損失を抑制した．そして，フォトリソグラフィ，プラズマエッチングといった微細加工技術で利用することで実験用の試料を作製した．曲げ構造が伝送特性に与える影響を曲げ回数の異なる伝送路を比較することで検証した．曲げ回数を増加させてもトポロジカルな性質を反映し，群遅延の周波数特性で決まる低分散帯域および透過率の3 dB帯域がほとんど変化しないという結果が得られた．分岐構造に関して，異なる種類の界面による電磁界分布の対称性の違いを考慮することでその設計に成功した．トポロジカルな性質を反映し，分岐1回あたりの損失は0.3 dB以下となった．さらに，異なる種類の界面を有する伝送路を並列に配置すると，通常の伝送路とは異なり，逆方向に伝搬する電磁波が結合し，モードギャップが生じることでフィルタとして動作することを見出した．

在这项研究中，我们的目标是大幅开发太赫兹光子晶体电路技术，该技术具有世界上最低的损耗，并由主要研究人员率先开发，赋予其拓扑特性，从而彻底改变材料科学。我们的目标是开辟通信等应用。并利用波进行传感。在拓扑光子晶体中，当在周期性结构中形成界面时，会产生充当传输路径的传播状态。在此类传输线中，太赫兹波的拓扑特性有望抑制由正常传输线中出现的弯曲、分支和滤波器结构引起的反向散射。作为拓扑光子晶体的基本结构，我们采用了大小三角形空位周期性排列的结构，这些空位可以响应电磁波而产生赝自旋态，这可以说是拓扑性质的起源。硅片中的六元环。当时，通过使用电阻率高的硅，抑制了太赫兹波段的吸收损耗。然后使用微加工技术（例如光刻和等离子蚀刻）制造实验样品。通过比较不同弯曲次数的传输线，验证了弯曲结构对传输特性的影响。结果表明，即使增加弯曲数量，由群时延频率特性决定的低色散带和3 dB透射带也几乎没有变化，反映了拓扑特性。对于分支结构，我们通过考虑不同类型的界面导致的电磁场分布对称性的差异来成功设计它。每个分支的损耗小于 0.3 dB，反映了拓扑特性。此外，我们发现，当具有不同类型接口的传输线平行排列时，沿相反方向传播的电磁波会结合起来，形成模式间隙，其充当滤波器，这与普通传输线不同。

项目成果

期刊论文数量（53）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Terahertz topological photonic integrated circuits for 6G and beyond: A perspective

适用于 6G 及更高版本的太赫兹拓扑光子集成电路：视角

DOI：
10.1063/5.0099423
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
3.2
作者：
Abhishek Kumar; Manoj Gupta; Prakash Pitchappa; Nan Wang; Masayuki Fujita; Ranjan Singh
通讯作者：
Ranjan Singh

600-GHz-band silicon dielectric waveguide module

600GHz 频段硅介质波导模块