3次元フォトニック結晶による発光制御に関する研究

利用3D光子晶体进行光发射控制的研究

基本信息

批准号：
07J55311
负责人：
石崎賢司
金额：
$ 1.73万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2007
资助国家：
日本
起止时间：
2007 至 2009
项目状态：
已结题

项目摘要

フォトニック結晶は,光の波長オーダの周期構造を基礎として,発光現象や光伝搬特性などの光の性質の多様な制御を可能とする次世代の光材料である.特に3次元フォトニック結晶は,3次元的に全方向に対する光の制御を可能とする構造である.本研究の目的は,3次元結晶による光制御に関して,その性能を明らかにし,発光制御等への応用を探索することである.昨年度,外部からのアクセスや操作を高い自由度で実現し得る概念として,3次元結晶の表面の利用を提案した.本年度は,以下の検討を行い,表面応用の概念を発展させた.1.表面におけるナノ共振器の高性能化を検討した.(1)GaAs系8層積層型3次元結晶を精密に実現し,10,000を超えるQ値を得た.これは,3次元結晶を用いた共振器の世界最高値を記録した結果であり,ナノレーザ応用等への可能性を明快にする成果である.(2)発光デバイス実現に向けて,発光材料と結晶表面との融合手法を検討し,ウエハ融着法により共振器ならびにInGaAsP系発光材料を表面に形成することが可能であることを示した.(3)表面共振器のQ値について理論検討を行い,表面層およびその近傍層を含めた構造設計により,数10万以上の高Q値化などの高性能化が期待できることを見出した.2.発光源や受光素子の集積化に向けて,表面導波路の提案と解析・実証を行った.(1)理論的に,自在な偏光特性をもつ導波路が形成可能であること,上下非対称性をもつ表面においても14層の積層により～dB/cm以下の低損失導波が可能であること等,特有の性能を明らかにした,(2)表面導波路構造を実現し,導波光の実験観察に成功した.以上のように,本研究では,独自の表面光制御技術の提案と実証に成功した.これらの成果は,表面と各種物質との融合により,超高効率な発光素子や,動的な特性変調が可能な機能素子等への応用に繋がるものと期待できる.

光子晶体是下一代光学材料，它基于光波长量级的周期性结构，能够对光发射现象和光传播特性等光特性进行各种控制。特别是，三维光子晶体是，对各个方向的光进行三维控制。这项研究的目的是阐明利用三维晶体进行光控制的性能，并探索其在光发射控制中的应用。去年，我们提出了一个可以高自由度实现的概念。我们提出了利用三维晶体的表面。今年，我们进行了以下研究并发展了表面应用的概念。1.我们研究了表面纳米谐振器性能的改进。（1）GaAs精确实现了8层堆叠3D晶体系统，10，我们获得了超过 000 的 Q 值。这是使用三维晶体的谐振器的世界最高记录值，这一成就明确了纳米激光器等应用的可能性。 (2) 光发射光融合。发射材料和晶体表面以实现器件我们对该方法进行了研究，结果表明可以使用晶圆熔合方法在表面形成谐振器和 InGaAsP 基发光材料 (3) 我们从理论上研究了表面谐振器的 Q 值和包括相邻层的结构设计。我们发现通过使用这种方法可以实现高性能，例如数十万或更高的高Q值2。我们提出、分析和演示了一种面向发光源和光接收元件集成的表面波导。 (1)理论上，可以形成具有灵活偏振特性的波导。 (2) 表面波导结构我们意识到了这一点，并成功地进行了引导光的实验观察。在这项研究中，我们成功地提出并演示了一种独特的表面光控制技术。这些成果使得通过将表面与各种材料相结合来创建超高效率的发光器件并动态调节特性成为可能。将导致其在功能器件中的应用。