Photonic crystal nanolasers and their applications

光子晶体纳米激光器及其应用

基本信息

批准号：
19F19071
负责人：
馬場俊彦
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Yokohama National University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-25 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

当初，本研究フェローはGaInAsPフォトニック結晶ナノレーザーラベルフリーバイオセンサの調査を計画していた．しかし主に目指していた単一分子蛍光を用いたセンシングメカニズムの解明が，ナノレーザ基板からの不要な背景蛍光によって困難なことがわかった．そこで研究の方向をトポロジカルフォトニクスデバイスの作製と実証に軌道修正して実施した．トポロジカルフォトニクスはノーベル物理学賞を受賞したトポロジカル絶縁体を拡張する概念であり，光物性に様々な可能性をもたらす期待があり，本研究はその中でも実空間ではなく，周波数空間にトポロジーを展開する人工次元をシリコンフォトニクスにより実証することを目指した．まず本フェローはシリコンフォトニクスにより実現できるリング共振型変調器を設計し，約20GHzの整数倍の自由スペクトル領域をもつスペクトル列が得られる素子をCMOSファウンドリサービスを利用して製作した．ここでは変調のためにPN接合変調部を内蔵し，その他の部分は幅広導波路によって可能な限り内部損失を抑制した．このリングを20GHzで変調したところ，最大280GHzの範囲のスペクトル列が励振された．波長に対する時間領域の位相変化を測定することで，人工次元のバンドを評価したほか，波長を離調させることで人工的な電界印加効果を発現させ，さらに20GHzと40GHzを合波させて変調し，それらの位相を変えることで人工的な磁界印加も発現させた．従来の同様の人工次元は光ファイバ回路かニオブ酸リチウムを用いており，それよりも集積性に優れるシリコンフォトニクスで実証できた初めての例になる．

最初，该研究员计划研究 GaInAsP 光子晶体纳米激光无标记生物传感器。然而，事实证明，由于纳米激光基底产生不必要的背景荧光，以单分子荧光为主要目标的传感机制的阐明很困难。因此，我们改变了研究方向，转向制造和演示拓扑光子器件。拓扑光子学是获得诺贝尔物理学奖的拓扑绝缘体的扩展概念，有望为光学物理性质带来多种可能性。这项研究的重点是在频率空间而不是真实空间中开发拓扑的人工光子学。使用硅光子学来演示这个维度。首先，该研究员设计了一种可以使用硅光子学实现的环形谐振调制器，并使用 CMOS 代工服务制造了一种器件，该器件可以获得自由光谱范围约为 20 GHz 整数倍的光谱序列。这里，内置PN结调制器进行调制，并在其他部分使用宽波导来尽可能抑制内部损耗。当这个环以 20GHz 调制时，最大范围为 280GHz 的频谱序列被激发。除了通过测量时域中相对于波长的相位变化来评估人工维度带之外，我们还通过失谐波长来创建人工电场应用效果，并通过组合 20 GHz 和 40 GHz 进一步进行调制。在他们的阶段，我们还应用了人工磁场。这是使用硅光子学证明的类似人造维度的第一个例子，它比传统光纤电路或铌酸锂具有更好的集成度。

项目成果

期刊论文数量（4）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Hydrogen Evolution on Nano-StructuredCuO/Pd Electrode: Raman Scattering Study

DOI：
10.3390/app9245301
发表时间：
2019-12
期刊：
Applied Sciences
影响因子：
0
作者：
J. Juodkazytė;K. Juodkazis;I. Matulaitienė;B. Šebeka;I. Savickaja;A. Balčytis;Y. Nishijima;G. Niaura;S. Juodkazis
通讯作者：
J. Juodkazytė;K. Juodkazis;I. Matulaitienė;B. Šebeka;I. Savickaja;A. Balčytis;Y. Nishijima;G. Niaura;S. Juodkazis

Metamaterial for Hydrogen Sensing

DOI：
10.1021/acssensors.9b00980
发表时间：
2019-09-01
期刊：
ACS SENSORS
影响因子：
8.9
作者：
Beni, Takaaki;Yamasaku, Naoki;Nishijima, Yoshiaki
通讯作者：
Nishijima, Yoshiaki

“Si CMOS ring resonator device for synthetic dimension photonics”

“用于合成维度光子学的Si CMOS环形谐振器装置”

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Beni Takaaki;Yamasaku Naoki;Kurotsu Takuma;To Naoki;Okazaki Shinji;Arakawa Taro;Bal?ytis Armandas;Seniutinas Gediminas;Juodkazis Saulius;Nishijima Yoshiaki;Armandas Balcytis
通讯作者：
Armandas Balcytis

Synthetic dimension photonics on a Si CMOS platform

Si CMOS 平台上的合成维度光子学

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Beni Takaaki;Yamasaku Naoki;Kurotsu Takuma;To Naoki;Okazaki Shinji;Arakawa Taro;Bal?ytis Armandas;Seniutinas Gediminas;Juodkazis Saulius;Nishijima Yoshiaki;Armandas Balcytis;Armandas Balcytis
通讯作者：
Armandas Balcytis