納富雅也 谷山秀昭
量子光物性研究部
近年、2次元フォトニック結晶の線欠陥導波路に、穴位置の数nmシフト等のわずかの構造変調を加えることによって［図1(a)］、非常に高いQ 値の超小型光共振器が実現されてきた[1]。この閉じ込め原理は様々な系に適用可能であり、最近この原理を用いて、線欠陥導波路の周期的構造変調による大規模結合ナノ共振器の形成[2]や1次元フォトニック結晶の構造変調による超高Q 共振器モードの発見[3]などの成果が達成されている。
今回、我々は図1(b)のように線欠陥導波路へ屈折率変調を与えることで、構造を変調することなく波長と同程度のサイズの高Q 共振器が形成可能であることを数値計算により発見した。最も驚くべきことは、非常に小さな屈折率変化で非常に高いQ 値が達成できることである。例えば0.04%という小さな屈折率変化量でも1000万を超えるQ 値が可能であり、0.3%の場合ではQ 値は50億に達する[4]。
このような小さな屈折率変化は高速な光非線形効果により達成できるため、光パルスを局所的に照射することにより、動的に超高Q 共振器を形成することが十分可能となる。この過程を用いると、試料に光を局所照射することにより、導波路内を走行する光パルスの一部をピン止めすることができる[4]。図2に数値シミュレーションによる光ピン止めの実現例を示す。丸く示した屈折率変調部分に存在していた光強度は、動的に形成された共振器モードにトラップされてピン止めされている。詳細な計算から、この過程は同時に動的に波長変換[5]が起こり、光が走行モードから共振器モードへ変換されていることが確認されている。
この結果は、小さな変調効果で、光の強い閉じ込めを自在に制御できることを意味しており、従来の光学デバイスでは不可能なデバイス動作の実現が期待される。
[1] T. Tanabe et al., Nature Photon. 1 (2007) 49.
[2] M. Notomi, E. Kuramochi et al., Nature Photon. 2 (2008) 741.
[3] M. Notomi et al., Opt. Express 16 (2008) 11095.
[4] M. Notomi and H. Taniyama, Opt. Express 16 (2008) 18657.
[5] T. Tanabe et al., Phys. Rev Lett. 102 (2009) 043907.
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