三次元フォトニックとフォノニック・バンドギャップ材料における光の超音速変調

AKIMOV A. V.; TANAKA Y.; PEVTSOV A. B.; KAPLAN S. F.; GOLUBEV V. G.; TAMURA S.; YAKOVLEV D. R.; YAKOVLEV D. R.; BAYER M.

文献

J-GLOBAL ID：200902223624316046 整理番号：08A0838168

三次元フォトニックとフォノニック・バンドギャップ材料における光の超音速変調

Hypersonic Modulation of Light in Three-Dimensional Photonic and Phononic Band-Gap Materials

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資料名：
巻： 101 号： 3 ページ： 033902.1-033902.4 発行年： 2008年07月18日
JST資料番号： H0070A ISSN： 0031-9007 CODEN： PRLTAO 資料種別：逐次刊行物 (A)
記事区分：短報発行国：アメリカ合衆国 (USA) 言語：英語 (EN)

人工成長させた構造の誘電定数の周期性は,音響インピーダンスの周期性を伴う。この音響特性について,この構造は,光に関するフォトニック結晶と類似したフォノニック結晶として挙動する。そして,高い秩序を有する単一周期構造の光学特性と超音速特性を組み合わせることで,フォトニック結晶とフォノニック結晶を兼ね備えた新たな物質が実現される。しかも,この混成系と共に,完全3次元(3D)フォトニックとフォノニック・バンドギャップを有するこの構造における超音波による光の超高速制御が実現可能となり,次世代音響-光学素子が実現可能となった。そして,可視光の超高速処理への第一段階として,3Dフォトニック構造の単独シリカ球からなる金シェルのコヒーレント超音速振動の使用が実証されている。だが,この系では,フォノニックバンド構造を齎さない。また,周期構造からなる基本構築ブロック間の弾性結合が確立したコヒーレントな音響-光学効果について調査されたものがないのが現状である。本稿では,3Dフォトニック結晶として知られる合成オパールを超音速周波数で”振動させる”ことで,可視光の変調について調査した。まず,面積1cm2のオパール膜を,稠密充てんシリカ球より構築し,垂直型蒸着方式によって,シリカ基板へと蒸着させた。このシリカ球は,面心立方(fcc)オパライン・マトリックスを基板表面と平行な(111)面に形成させた。そして,このオパール系3Dフォトニック-フォノニック結晶において,フォトニック・ストップバンドに近い波長の光は,約10GHzの周波数を伴う超音速振動によって,変調可能であることが示された。また,測定と計算された振動スペクトルは,単独シリカ球のラムモードより低い周波数からなることも実証された。これは,3Dフォトニック-フォノニック結晶を形成する基本ブロック間の弾性結合の重要性を強調するものである。更に,最適均一性を有するオパールの実験によって,フォノン分散とコヒーレンシーに関する知見を得られることを述べた。

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音響光学効果

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