論文 / 著書情報
Article / Book Information
題目(和文)
Title(English)

Origin of High Transmission in Photonic Crystal Waveguides with Sharp
Bends

著者(和文)DAIWEIAuthor(English)

Wei Dai

出典(和文)

学位:博士(理学),学位授与機関:東京工業大学,
報告番号:甲第12642号,
授与年月日:2024年3月26日,
学位の種別:課程博士,
審査員:納富 雅也,藤澤 利正,佐藤 琢哉,村上 修一,相川 清隆

Citation(English)

Degree:Doctor (Science),
Conferring organization: Tokyo Institute of Technology,
Report number:甲第12642号,
Conferred date:2024/3/26,
Degree Type:Course doctor,
Examiner:,,,,

学位種別(和文)

博士論文

Category(English)

Doctoral Thesis

種別(和文)

審査の要旨

Type(English)

Exam Summary

Powered by T2R2 (Tokyo Institute Research Repository)

（博士課程）論文審査の要旨及び審査員
報告番号甲第号
氏

主査名

Dai Wei

学位申請者氏名
職名

氏名

職名

納富 雅也

教授

相川清隆

准教授

藤澤 利正

教授

佐藤 琢哉

教授

村上 修一

教授

論文審査
審 査 員

審査員
審査員

論文審査の要旨（2000 字程度）
本論文は”Origin of High Transmission in Photonic Crystal Waveguides with Sharp Bends”と題し、全 8 章よりなる。
第 1 章 ”Introduction”では、簡潔に研究背景に触れた後に、本論文の目的と得られた結果の総括が述べられている。
第 2 章 “Background”では、関連する研究背景について説明を行い、特に近年複数の報告があり関心を集めているバレーフォトニック結晶導波路における急角度曲げの高透過現象を紹介し、この現象のインパクト及び従来の解釈に関する不明点について説明している。続いて、本論文の目的が、同現象の解明、特にバレー特性と直接結びつく反転対称性の有無との関連性の解明に置かれることが述べられている。
第 3 章 ”Transmission via 120-degree sharp bends in triangular lattice photonic crystal waveguides withand without inversion symmetry: theory”では、本研究で採用する三角格子フォトニック結晶をベースとした 120 度曲げ導波路のモデル構造について説明したのちに、同構造を用いた数値計算結果を示している。ここでは、導波路構造の界面配置を shifting パラメータ S で変化させ、反転対称性は穴の形状で独立に変えることができる構造を考案、提案している。2 次元数値解析によって、特定の S の値の場合に従来のバレー系の報告例と同様な急角度曲げの高透過現象を確認した。重要な結果として、この高透過現象は、反転対称性の有無は関係なく、S のみで決まることを見出している。また、
従来映進対称性を持つバレー系導波路において縮退点をまたいで曲げ透過率が劇的に変化する性質が報告されていたが、本研究のモデル導波路でも全く同じ変化が映進対称性を持つ場合に確認され、この性質も反転対称性の有無と関係がないことを確認している。
第 4 章 ”Transmission via 120-degree sharp bends in triangular lattice photonic crystal waveguides withand without inversion symmetry: experiment”では、第 3 章で提案したモデル構造を作製し、透過率測定を行った結果について述べる。Si 三角格子フォトニック結晶スラブをベースに様々な S を持ち、反転対称性の有無だけ異なる曲げ導波路を作製した。詳細な光透過率測定によって、第 3 章の 2 次元数値計算の結果と同様に、特定の S の場合に高透過が見られ、反転対称性の有無は関係しない、という結果が得られた。
第 5 章 “Transmission via 120-degree sharp bends in triangular lattice photonic crystal waveguides withand without inversion symmetry: analysis”では、第 3 章及び第 4 章で得られた結果を解析し、曲げの高透過現象の原因を分析する。S を変化させたときに得られた結果を整理すると、特定のバンドにおいて高透過が現れることが判明し、さらに、強い光強度を持つ円偏光トポロジカル特異点が曲げ界面付近に存在する場合に、高透過が起こることを発見した。この結果から、曲げの高透過現象の原因は、バレー特性ではなく、偏光特異点が主要な役割を果たしていることが明らかにされた。
第 6 章 ”Transmission via 90-degree sharp bends in square lattice photonic crystal waveguides: theory”では、第 3 章～第 5 章の結果を踏まえ、バレー特性を持たない正方格子フォトニック結晶の曲げ導波路を 2 次元数値解析により調べた。その結果、映進対称性を持つ正方格子フォトニック結晶の 90 度曲げ導波路において、縮退点をまたいで高透過が起こることを発見した。また、円偏光トポロジカ
ル特異点が曲げ界面に存在する場合に、高透過が起こることも確認した。本結果から正方格子の場合にも、三角格子の場合と同じ原理で高透過が起きることが強く示唆された。
第 7 章 ”Transmission via 90-degree sharp bends in square lattice photonic crystal waveguides: experiment”
では、第 6 章で見出した正方格子フォトニック結晶導波路における高透過曲げを実験的に確認することを目指す。三角格子と違って、正方格子では現実に作製可能な構造で有効な伝搬モードを持つものが殆ど知られていないため、まず実験可能な構造の探索を行った。機械学習を含む最適化により、作製可能でかつ第 6 章で見出した性質が発現する構造を見出すことに成功した。この新しい構造を作るための作製プロセスを開発し、サンプル作製を行い、光伝搬の観測に成功した。測定された曲げ導波路の特性はまだ十分ではないが、第 6 章で予測された傾向らしきものが見えている。
第 8 章 “Conclusion and outlook”では、得られた結論と将来展望について述べられている。
以上をまとめると、本論文では、系統的な構造を用いて急角度曲げの高透過現象について、数値解析及び実験による研究を行い、従来の解釈とは異なり、この高透過現象が反転対称性のないバレー系の性質ではなく、界面配置によって決まっていることを明らかにし、偏光トポロジカル特異点の位置が高透過を導いていることを示した。さらにこの知見をバレー的性質を持ちえない正方格子系に適用し同じ現象を確認することに成功した。この結果はナノフォトニクスおよびトポロジカル物理に広く波及効果が期待され、光集積回路への応用面でも価値が高い。従って、本論文は理学の発展に大いに資するものと判断できることから、博士（理学）の学位論文として十分価値があると認められる。

注意：「論文審査の要旨及び審査員」は、東工大リサーチリポジトリ（T2R2）にてインターネット公表されますので、公表可能な範囲の内容で作成してください。