フォトニック結晶
フォトニック結晶(フォトニックけっしょう、英語: photonic crystal)は、屈折率が周期的に変化するナノ構造体であり、その中の光(波長が数百-数千nmの電磁波)の伝わりかたはナノ構造によって制御できる。基本研究とともに応用開発がさかんに進められており、商業的な応用も登場している。
フォトニック結晶中の光の伝播は半導体中の電子の伝導と基礎方程式が同じ形で、波の性質もよく似ている。半導体中の電子の物質波に伝導帯・価電子帯・禁制帯があるのと同様、フォトニック結晶中で電磁波の伝播が許される波長帯域(パスバンド、通過域)・禁制帯域(バンドギャップ、遮断域)がある。
フォトニック結晶はナノ構造内部の光の回折・散乱・干渉を利用するので、可視光帯で用いるフォトニック結晶の構造周期は波長の半分程度、つまり200nm 程度で極めて微細である。そのためフォトニック結晶の作製は容易ではない。大規模で複雑なナノプロセスへの依存を最小限で済ませるため、自己組織化を利用したフォトニック結晶作製法も試みられている。また、1mm前後の孔をもつ母材を線引きすることでナノ構造をもつ光ファイバー(フォトニック結晶ファイバー)を作製する方法も実用化されている。
3次元フルバンドギャップに比べて2次元フルバンドギャップ、特に偏波方向を限定した(電界が2次元面内にあるモードの)フルバンドギャップは実現し易い。2次元フォトニック結晶を光集積デバイスに適用する研究は世界的に盛んで、注目すべき物理現象が見いだされている。例えばその構造の中に共振器(光の自励振動が保持される構造)や導波路(光の通路)を作ると,光を数十万サイクル蓄積したり、進行速度を真空中より2桁も低くできることなどが日本の研究者などによって確かめられている。これらは、将来の量子通信や演算などへの応用や、スローライト技術・ストッピングライト技術の一つとして世界的な関心を集めている。