フォトニック結晶におけるフォトン-フォノン相互作用

光子晶体中的光子-声子相互作用

• 批准号: 10740140
• 负责人: 植田 毅
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: Chiba University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1998
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1998 至 1999
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-10740140/
• 关键词: フォトニック結晶; フォトニックバンド; 格子振動; 透過スペクトル; 光増幅; フォトン-フォノン相互作用; 光-格子振動相互作用

昨年度において、誘電体板が周期的に並ぶ1次元フォトニック結晶において、誘電体板が周期的に振動するときの電場の支配方程式を導き、誘電体板の誘電率が矩形変化する場合に数値計算により、ある条件の下では誘電体板が3層以上あれば結晶全体を振動させただけで入射した振動数の光が共鳴的に増幅されることを見いだしている。しかし、このとき用いた格子振動の振動数は現実的ではなかった。今年度においては、より現実的な状況において入射した振動数の光の共鳴的増幅がどうなるかを中心テーマに研究を行った。数値計算において、格子振動の振動数が実験可能な程度に小さくなると、結晶全体を振動させただけでは増幅が見られなくなることが示された。しかし、同時に格子が異なった位相で振動する場合には入射光が増幅されることも示され、この効果が実現可能であることが示された。この結果は日本物理学会第54回秋の分科会、領域5,1合同セッションにおいて「振動するフォトニック結晶における光の増幅」と題して講演した(講演番号:24pYB-9)。また、増幅される理由を探るために、解析的な考察を行った。格子振動の周波数が非常に小さい場合、支配方程式を格子振動の周波数について展開することにより、解析的に以下のことを示した。格子が全て同じ位相で振動するか、隣り合う格子が逆位相で振動する場合には増幅は起こらない。格子振動は実行的に誘電率の虚部をもたらし、それは誘電体の誘電率、格子振動の振幅、振動数、波数に依存するだけでなく、結晶内の場そのものの性質にも依存する。この虚部が負になるような場合、格子振動を伴ったフォトニック結晶はアクティブな媒体となり、光を増幅する。逆に、光を吸収させることも出来る。この結果は日本物理学会2000年春の分科会、領域5,1合同セッションにおいて「フォトニック結晶における格子振動による光増幅」と題して講演される(講演番号:22pN-12)。現在、NATURE誌に投稿準備中。

去年，我们在介电板周期性排列的一维光子晶体中，推导了介电板周期性振动时的电场控制方程，并进行了介电板介电常数呈矩形变化时的数值计算研究发现，在一定条件下，如果有三层或多层介电板，只需振动整个晶体即可谐振放大该频率的入射光。然而，此时使用的晶格振动频率并不现实。今年，我们的研究重点是在更现实的情况下入射频率光的共振放大会发生什么。数值计算表明，当晶格振动的频率变得足够小而可以在实验中实现时，仅通过振动整个晶体就不再观察到放大。然而，也有研究表明，当光栅同时以不同相位振动时，入射光会被放大，表明这种效应是可能的。该结果在日本物理学会第 54 届秋季分委员会第 5 区和第 1 区联合会议上发表，题为“振动光子晶体中的光放大”（演讲编号：24pYB-9）。此外，我们还进行了分析研究以找出放大的原因。当晶格振动频率非常小时，我们通过展开关于晶格振动频率的控制方程，解析地得出以下结论。如果所有光栅同相振动或相邻光栅反相振动，则不会发生放大。晶格振动有效地产生介电常数的虚部，这不仅取决于电介质的介电常数、晶格振动的振幅、频率和波数，还取决于晶体内场本身的性质。当该虚部变为负值时，具有晶格振动的光子晶体就成为活性介质并放大光。反之，它也能吸收光。这些结果将在日本物理学会 2000 年春季小组委员会第 5 区和第 1 区联合会议上发表，题为“光子晶体中晶格振动的光放大”（演讲编号：22pN-12）。目前正在准备向 NATURE 杂志投稿。