Journal Club 2017年度 | Tanabe Photonic Structure Group

Journal Club

年度別（4月－12月）

2017年度

発表内容:

マイクロエレクトロニクスや集積フォトニクスにおいて、シリコンは優秀な素材であるが、シリコンチップ内に直接3次元構造をリソグラフィする技術はいまだ得られていなかった．
そこで我々は、レーザを用いて、1μmサイズのドットおよび任意長さのロッド構造を基本単位とする、複雑な3次元構造の作製を実演した．レーザにより変質したシリコンは、チップ内で様々な光学素子をかたどる事ができるだけでなく、ケミカルエッチングにより任意の3次元構造を形成することもできる．

発表内容:

本研究では幅広く鮮やかなカラーパレットを対象としたナノスケールの色再現の目的のために、シリコンナノディスクの特性をアルミニウムおよび銀プラズモン要素の特性と比較する。このような金属および誘電体共振器の様々な特性を様々な幾何学的条件および照明条件で強調し、高分解能カラーフィーチャおよびミリメトリペインティングレプリカの製造のためのシリコンナノディスクアレイの最適化を導く。

発表内容:

本研究では非対称のある微小光共振器を用いて広帯域な光運動量変換を実証した．共振器に入力された光がカオス的な軌道をとることで，数ピコ秒の間に異なるウィスパリングギャラリーモード間を介した効率的な結合が発生する．またこのような運動量変換を利用して第三次高調波発生を従来の三桁以上の効率で発生させることに成功したので報告する．

発表内容:

単層グラフェンを基にしたサブ波長の光の完全吸収構造が実験的に分析され，示されている．完全吸収のメカニズムは，二次元導波モードとのクリティカルカップリングによるものである．波長1526.5nmで半値幅18nmの吸収ピークが，吸収レートが99%を超える値で示され，作製した構造(周期間隔1230nm)による結果とシミュレーションの結果がよく一致した．これに加えて，シミュレーションにより構造の幾何学的なパラメーターや光の入射角による影響について分析した．ここで示される吸収構造は現在の研究において，光検出器や光変調器のデザインに関して大きなポテンシャルを持っている．

発表内容:

構造色は有毒な金属酸化物と合成有機顔料に取って代わる可能性を秘め，色素を使うことなく非退色のスペクトルを作ることを可能にする．しかしながら，重要な課題として全ての範囲の色に必要とされるコントラストと産業応用に対応可能な工程を達成することが未だ残されている．本研究では，鳥の羽に影響を受けた構造色を作る容易な解決方法を示す．我々は高屈折率メラニンコアと低屈折率シリカシェルを用いたコア-シェルナノ粒子を設計した．これらのナノ粒子の設計は有限差分時間領域法によって進められた．これらのナノ粒子はワンポットリバースエマルジョンプロセスを用いて自己組織化され，明るくにじ色でない粒子の集合体になった．合成メラニンとシリカというたった２つの素材の組み合わせにより，フルスペクトルの色を発生させることができる．これらの集合体は塗料やプラスチック，コーティングに直接加えることができ，また耐紫外線インクや化粧品としても使用できると考えられる．

発表内容:

本研究では，光カーコムとソリトンの発生をCW光ではなくパルス列による励起で実現した．共振器のポンプ中心のFSRに近い値の繰り返し周波数で励起することでソリトンが発生する．そのソリトンは励起パルスにロックされるため，ソリトンの繰り返し周波数とキャリアエンベロープオフセット周波数を励起パルスのチューニングによって光学的にコントロールすることができる．また，CW光励起の場合と比べて小さいパワー（平均パワー）でソリトン発生が可能である点や，励起パルスのチューニングによって，単一ソリトン発生か複数ソリトン発生かを確定的にコントロールできる点が利点として挙げられる．

発表内容:

GaAs等のⅢ-Ⅴ族化合物半導体ナノ細線は，フォトディテクターやレーザーやセンサー等への応用が期待されている．WZ型やZB型などの結晶構造を変えることでバンドギャップが制御できるため，作製されたデバイスの結晶構造を決定するための観察技術が必要となる．本研究では，第二次高調波発生の偏波依存性から強度分布をマッピングすることで結晶構造を決定した．この方法は従来の方法とは異なり，非破壊検査かつ常温・空気環境下で操作可能な観察方法である．

発表内容:

微小光共振器を用いて発生される光ソリトンは大規模な光コヒーレント通信にとって非常に有益である．連続光源から発生する低ノイズ，滑らかで広帯域なスペクトルをもつソリトンコムのそれぞれのキャリアに信号を変調することによって50テラビット毎秒を超える通信容量を達成した．また，ソリトンコムをコヒーレント受信に利用可能であることも実証した．本研究はWDMに使用されるCWレーザアレイをオンチップ微小光共振器に置き換える可能性を示すものである．

発表内容:

外部刺激に応答して形を適合させる振動材料は，医学やロボット工学への新しい応用向けに関心が持たれている．例えば，液晶ネットワークは，光に対して応答するなど，刺激に誘発されてさまざまな形状に変形するようプログラムできる．液晶ポリマー膜にアゾベンゼン分子を組み込むことで膜に光応答性を持たせることが多いが，ほとんどの場合膜の曲げ応答のみが研究されており，光異性化後の緩和はかなり遅い．本研究では，シス体からトランス体への熱緩和が速いアゾベンゼン誘導体を液晶ネットワークに組み込むことによって，一定の光照射の下で連続的かつ巨視的で方向性のある力学的な波を示し，自己遮蔽によってフィードバックループを駆動する光活性ポリマー膜を作製したことを報告する．

発表内容:

光の偏光状態の超高速制御によって、光学、化学、生物学へのさまざまな応用が実現する可能性がある。しかし、偏光子や位相差板などの従来型の偏光素子は、静的であるか、スイッチング速度が遅くギガヘルツしかないかのいずれかである。今回我々は、ゲートウェイプラズモニック材料として高移動度インジウムドープ酸化カドミウム（CdO）を用いて、波長2.08 µmにおいて高Q値ベレマン型完全吸収体を実現している。サブバンドギャップ光ポンピングを行うと、CdOのアンサンブル平均有効電子質量が一時的に増大するため、完全吸収共鳴が強く赤方偏移する。これによって、1.0％から86.3％への p 偏光の絶対反射率変化が起こる。我々は、この極めて高い変調度と完全吸収体の偏光選択性を組み合わせることによって、800 fs以内にオンオフスイッチングできる偏光消光比91の反射偏光子を実験的に実証している。

発表内容:

人工ニューラルネットワークによる機械学習を用いた音声や画像認識技術は近年高い性能を示して話題になっているが，既存の計算ハードウェアはニューラルネットワークに最適化されていないため効率的に計算を行うことができていない．本研究では新たなアーキテクチャに基づく全光ニューラルネットワークを提案し，プログラム制御できる光プロセッサを用いて実際に母音認識ができることを示した．

発表内容:

太陽光エネルギーは化石エネルギーの代替として期待される自然エネルギーの代表格であり，貯蔵することによるウェアラブルデバイス等への応用が期待されている．近年ではレーザ加工によって作製されるグラフェン電極を利用したエネルギー貯蔵が研究されているが，従来のバッテリと比較すると十分な性能であるとは言えない．そこで，本研究ではエネルギーを効率よく貯蔵するシダ植物の葉の構造をグラフェン電極に施すことによって，先行研究の約30倍のエネルギー密度の貯蔵に成功した．

発表内容:

カーボンナノチューブには直径や炭素配列など無数の構造があり，構造の違いにより半導体特性や光応答性など性質が大きく異なる．ある特定の単一構造のカーボンナノチューブを合成する方法は以前から強く求められてきたが，現在の手法では様々な構造を持つカーボンナノチューブが同時に合成されてしまうため，混合物として得ることしかできず，混合物から単一構造のカーボンナノチューブを分離する方法も確立されていない．この課題を解決する上で，テンプレート分子から単一構造のカーボンナノチューブへ伸長させる方法が期待されているが，本研究ではそのテンプレート分子となるカーボンナノベルトの合成に初めて成功した．

発表内容:

偏光は光の重要な性質の1つであり，”静的(すべての偏光状態が等確率で起こること)”かつ”動的(時間的に隣り合う光子の偏光の間で相関が全くないこと)”な無偏光状態である単一光子源は光を用いた真性乱数発生器，量子暗号，および量子力学の基礎問題の検証に役立つことが期待される．今まで静的な無偏光状態の評価は行われてきたが，動的な無偏光状態の評価は行われてこなかった．そこで本研究では，動的な無偏光状態の評価方法を提案し，実際にダイヤモンド中に存在する窒素-空孔中心(NVセンター)を用いて発生した単一光子が静的かつ動的な無偏光状態であることを実証した．

発表内容:

ブリルアン効果を用いた分散型光ファイバセンサは，数10kmの長距離において数cm単位の空間分解能で歪みや温度の変化を検知することができ，ダムや橋などの大規模な構造物の老朽化状態を把握するなどの応用が期待されている．本研究では，ブリルアン光時間領域分析(BOTDA)におけるスイープ方法を通常とは異なる方法で行なうことによりポンプ光の劣化を抑え，測定時間20分未満で100万プロットを10kmに亘って1cm空間分解能でセンシングすることに成功した．

発表内容:

ガラスは、科学研究、産業界および社会で最も重要な高性能材料の1つとして使われているが，成形しにくいことでよく知られており、高温の溶融工程と鋳造工程や、有害化学物質の使用が必要である．そのため，ガラスには三次元（3D）印刷などの現代的な製造技術は適用できていない。今回、鋳造用ナノコンポジットを用いて、解像度が数十マイクロメートルの透明溶融シリカガラス部品を、ステレオリソグラフィー3Dプリンターで作り出した。この工程では、光硬化性シリカナノコンポジットを用い、このナノコンポジットを3D印刷し、熱処理によって高品質溶融シリカガラスに変化させる。印刷された溶融シリカガラスは、非多孔性で、市販の溶融シリカガラス同様の光透過性を示し、粗さ数ナノメートルの滑らかな表面を有する。また、金属塩を添加することによって、着色ガラスを作り出すことができる。

開催のご案内を定期的にお知らせします．
どなたでも登録できます．

Journal Clubとは
田邉フォトニック構造研究室にて開催する公開論文輪講です．大学院生以上の学生が，光科学，材料，バイオサイエンス等，光とその周辺技術に関連する論文を調査して，わかり易く解説します．

聴講に関して
学内・学外かかわらず聴講は自由です．定期的に開催しますので，ご興味のございますテーマがあればぜひご聴講ください．聴講に際してご連絡は不要ですが，事前にご連絡いただけましたら資料の準備をいたします．

開催のアナウンス
Journal Clubの開催は本ホームページ及びメーリングリストにて行います．メーリングリストへ登録頂きましたら，開催の案内を定期的にメールにてお届けします．

登録は下記メールアドレスに空メールをお送りください．