ワイドバンドギャップ半導体シリコンカーバイドを用いたフォトニック結晶に関する研究

宽带隙半导体碳化硅光子晶体研究

基本信息

批准号：
10J06649
负责人：
山田翔太
金额：
$ 1.34万
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：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至 2012
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10J06649/
关键词：
SiC フォトニック結晶ナノ共振器光波混合可視光二光子吸収

项目摘要

昨年度までの研究において、'新たなワイドバンドギャップ材料SiCを用いたフォトニック結晶共振器がハイパワー応用あるいは可視光領域へ応用可能であることを示してきた。一方で、SiCは比較的大きな二次の非線形係数をもつことが知られており、共振器内に高エネルギーの光を閉じ込めることが可能なことから、二次の非線形現象の一種である第二高調波発生などの光波混合が顕著に現れると期待される。さらにSiCは可視領域においても透明であり、光波混合による波長変換後の光をも吸収なく扱えるため、高効率な波長変換素子として利用可能であると期待できる。しかしながら、ナノ共振器において光波混合を実証する上で、設計・作製の最適化が必要であり、かつ本研究室において前例がないため、その評価法なども新たに確立しなければならなかった。そこでまず、第二高調波発生の観測に向けたフォトニック結晶の設計・作製の最適化を行った。第二高調波発生などの非線形現象は、一般にフォトニック結晶共振器のQ値が高ければ高いほど、効率よく得られることが知られている。そのため、設計・作製の両面において、SiCフォトニック結晶共振器のg値を向上させた。続いて、第二高調波発生の観測のため、入力光となる赤外光領域の光と、発生する可視光領域の高調波を同時に扱える測定手法を確立した。また発生した高調波に関して、入射強度依存性や効率、偏光特性、放射パターン等についても調べ、FDTD法を用いた計算により理論的に考察を加えた。最後に発展として、SiCフォトニック結晶共振器の複数の共振モードを利用することで、その和周波発生をも観測することに成功した。以上の結果は、間接遷移型半導体であるSiCに対して、波長変換などのアクティブ機能も付与可能であることを示す結果であり、その学術的な重要性は高いと言える。

直到去年的研究表明，使用新的宽带隙材料SIC的光子晶体谐振器可以应用于高功率应用或可见光区域。另一方面，已知SIC具有相对较大的二次非线性系数，并且由于可以将高能光限制在谐振器中，因此可以预期的是光波混合，例如第二次谐波产生，这是一种二次非线性现象，它将显着地出现。此外，SIC即使在可见的区域也是透明的，并且可以通过光波混合而无需吸收而在波长转化后处理光，因此可以预期它可作为高效的波长转换元件。但是，在证明纳米装饰物中的光波混合时，必须优化设计和制造，并且在该实验室中没有先例，因此还必须建立一种新的评估方法。因此，首先，我们优化了光子晶体的设计和制造，以观察第二次谐波生成。通常，随着光子晶体谐振器的Q值增加，非线性现象（例如第二次谐波产生）可以更有效地获得。因此，在设计和制造方面都改善了SIC光子晶体谐振器的G值。接下来，为了观察第二次谐波的产生，建立了一种测量方法，可以同时处理红外光区域（即输入光）中的光，以及可见光的光区中的谐波，这是生成的。还研究了有关生成的谐波的入射强度依赖性，效率，极化特性，辐射模式等，并通过使用FDTD方法计算添加了理论上的考虑。最后，作为最终发展，我们通过利用SIC光子晶体谐振器的多种谐振模式来成功观察总和频率的产生。以上结果表明，可以向间接过渡型半导体SIC提供诸如波长转换之类的主动功能，可以说这具有很高的学术意义。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

SiCフォトニック結晶ナノ共振器における和周波発生

SiC 光子晶体纳米腔中的和频生成

DOI：
发表时间：
2012
期刊：
影响因子：
0
作者：
山田翔太;園木悠司;宋奉植;田中良典;浅野卓;野田進
通讯作者：
野田進

Second Harmonic Generation in a Silicon Carbide Photonic Crystal Nanocavity

碳化硅光子晶体纳米腔中的二次谐波产生

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
S. Yamada;B. S. Song;T. Asano;Y. Tanaka and S. Noda
通讯作者：
Y. Tanaka and S. Noda

フォトニック結晶ナノ共振器の非線形光学特性-Si vs SiC-(2)

光子晶体纳米腔的非线性光学特性-Si vs SiC-(2)

DOI：
发表时间：
2010
期刊：
影响因子：
0
作者：
山田翔太;宋奉植;Jeremy Upham;浅野卓;野田進
通讯作者：
野田進

SiCフォトニック結晶ナノ共振器における第二高調波発生

SiC 光子晶体纳米腔中的二次谐波产生

DOI：
发表时间：
2011
期刊：
影响因子：
0
作者：
Shota Yamada;Bong-Shik Song;Takashi Asano;Susumu Noda;山田翔太;山田翔太;山田翔太;Shota Yamada;Shota Yamada;Shota Yamada;山田翔太;山田翔太
通讯作者：
山田翔太

Suppression of multiple photon absorption in a SiC photonic crystal nanocavities operating at 1.55μm

在 1.55μm 下工作的 SiC 光子晶体纳米腔中多光子吸收的抑制