フォノニック結晶の作製とその光学デバイスへの応用

声子晶体的制备及其在光学器件中的应用

• 批准号: 21656080
• 负责人: 岩本 敏
• 金额: $ 1.92万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• 财政年份: 2009
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2009 至 2011
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21656080/
• 关键词: フォノニック結晶; 音響光学素子; 共振器; 分散関係; 光弾性効果; 有限要素法

結晶を伝搬する音波などの弾性波は、散乱現象などを通して電子や光子と相互作用することにより、物質の光・電子物性を変化させる。弾性波の分散ゆあ空間閉じ込めの制御が可能となれば、関連する諸現象、特に光散乱や光弾性効果などの増強・制御が可能となりと期待できる。本研究では、弾性波の伝搬特性が制御された人工材料を構築し、その音響工学デバイスへの応用を目指す。具体的には、弾性率の異なる材料の周期構造で構成されたフォノニック結晶構造を利用して弾性波の低群速度状態や局在状態を実現し、位相変調器や偏向器などとして広く利用されている音響光学素子の性能向上を目指している。21年度には、理想的一次元フォノニック結晶(音波の進行方向と垂直方向のサイズは無限に大きい)を用いることで、一様材料に比べて、高い音響光学性能指数を実現できることを理論的にしめすとともに、その作製法を提案した。一方、実際の素子では、素子サイズの有限性を考慮した解析・設計が不可欠である。音響光学素子として用いようとする場合には、十分な光の回折効率を得るために、音波の波長に比べて大きな断面積を有する素子を作製する必要がある。この場合の一次元フォノニック結晶は弾性波のマルチモード導波路になるため、結晶内での歪および屈折率は複雑な分布を示し、音響光学素子としては好ましくない。今年度は、有限要素法を用いた数値解析によりこの問題を検討し、有限の断面積を持つ場合の一次元フォノニック結晶のバンド特性の解析と、弾性波モード分布の解析を行った。その結果、空間的に変調された弾性波励起源を用いることで理想系における歪および屈折率分布に近い空間分布を実現することができることを示すことができた。また、この励起方式を用いることにより、有限系においても低群速度領域で音響光学効果の明瞭な増強が生じることを示した。現在、これらの成果をまとめた学術論文の準備を進めている。

弹性波（例如传播晶体的声波）通过通过散射现象与电子和光子相互作用来改变物质的光和电子特性。如果可以控制弹性波的对抗，则可以预期增强和控制相关现象，尤其是光散射和光弹性效应。在这项研究中，我们将建立人工材料，以控制弹性波的传播特性，并旨在应用于声学工程设备。具体而言，它被广泛用作弹性波的速度和局部状态，使用由具有不同弹性的材料的周期性结构组成的语音晶体结构。从理论上讲，在2009财年中，理想的一个维音速晶体的使用（声波方向和垂直方向的大小无限大），从理论上讲，可以比均匀材料实现高声学光学性能指数。同时，我们提出了一种制作方法。另一方面，在实际元素中，考虑到元素大小的有限的分析和设计至关重要。当将其用作声学元件时，与声波的波长相比，必须创建一个具有较大横截面区域的元件，以获得足够的光线效率。在这种情况下，一个维音晶体是弹性波的多模板波导体，因此晶体中的失真和折射率速率表明复杂的分布，这不是一种声学光学元件。今年，使用有限元方法通过数值分析来检查这个问题，分析一个有限的横截面区域时一个维音调晶体的频带特性，并分析弹性波模式分布。结果，据表明，使用空间调制的弹性波浪遭遇可以实现接近理想系统中的失真和折射率分布的空间分布。另外，这种激发方法的使用表明，有限系统还会在低组速度下明显增强声学光学效应。目前，我们正在准备总结这些结果的学术论文。

项目成果

フォノニック結晶構造を利用した音響光学素子～提案と理論的検討～

利用声子晶体结构的声光器件～提案与理论研究～

• 发表时间: 2009
• 作者: 岩本敏;他
• 通讯作者: 他