量子光物性研究部
フォトニック結晶共振器による光スイッチ[1]や非線形デバイス[2]においてはＱ値が高く、光閉込体積(V)が小さいほど、大きな特性増強効果が期待できる。増強効果を更に高めるため、また挿入損失を減らすべく導波路との結合を高めつつ必要な性能を確保するためにも、一層高いＱ値の実現が期待されている。これまでフォトニック結晶（バンドギャップ）閉込による共振器で計算Ｑ値を200万にまで高めてきたが[3]、これ以上の向上は困難であった。
新たな共振器実現手法として、原理上無損失の線欠陥モードとモードギャップ反射鏡からなるFabry-Perot共振器とを組み合わせた[3、4]。共振器部分で線欠陥幅を広げ、広げていない部分との境界にできるモードギャップを反射鏡とし緩やかに光を閉じ込めることで、フォトニック結晶反射鏡を用いる従来手法に対し面外放射損を大幅に低減できる。より緩やかな光閉込にするため、図１に示すシフト量を３段階で変えるテーパー構造を考案した。３次元有限差分時間領域法(FDTD)による計算で本構造のＱ値が最高108に達し、その際のVが1.7(λ/n)3程度と十分小さいことを明らかにした。本共振器を含む共鳴トンネルフィルタを電子線リソグラフィによりＳｉフォトニック結晶中に作製し[5]透過特性を測定したところ、Ｑ値1.0×106に相当する線幅1.5pmの極めて狭い共鳴ピークが観察された。(図２)
本研究により我々はフォトニック結晶共振器として初めて理論Ｑ値１億、実験Ｑ値100万を達成した[6]。各種デバイス応用に十分であることは勿論、より高Ｑ値が必要な光バッファや光遅延などフォトニック結晶の新たな応用につながる成果といえる。
[1] T. Tanabe et al., Opt. Lett. 30 (2005) 2575.
[2] M. Notomi et al., Opt. Express 12 (2004) 1551.
[3] M. Notomi et al., Opt. Express 13 (2005) 2678.
[4] E. Kuramochi et al., Appl. Phys. Lett. 88 (2006) 041112.
[5] E. Kuramochi et al., Phys. Rev. B72 (2005) 161318.
[6] E. Kuramochi et al., LEOS2005, PD1.1 (2005).
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