[論文レビュー] Radiation Peculiarities in Chiral Photonic Crystals

A. H. Gevorgyan, K. B. Oganesyan+3 more|arXiv (Cornell University)|Apr 5, 2017

Photonic Crystals and Applications参考文献 10被引用数 16

ひとこと要約

本稿は、等方性欠陥を有するキラルフォトニック結晶（CPCs）における欠陥モードおよび放射特性を調査し、欠陥層の厚さを調整することでレーザー発光波長および帯域幅を動的に制御できることを示している。主な発見として、調整可能な狭帯域フィルタリング／ミラー特性、異常な放射強度増幅、低しきい値レーザー発振、および放射抑制が、設計された群速度、分散、非再帰的特性によって実現されている。

ABSTRACT

The peculiarities of defect modes and reflection spectra of chiral photonic crystals (CPC) with an isotropic defect for various thicknesses of the defect layer was investigated. The peculiarities of the spectra of photonic density of the state (DOS) and those of the intensity at the center of the defect were investigated, too. It was shown that there is one more possibility of tuning of laser emission - by the change of the defect layer thickness - in CPCs doped with laser dyes (with resonance atoms) and with an isotropic defect. It was shown that the given system can work as a tunable narrow-band filter (or mirror) with tunable wavelength width and tunable location of frequency of the complete transmittance (reflection) band. The radiation peculiarities of these systems were discussed. It was shown that in certain conditions an anomalous strong radiation can be observed for defect modes, and low - threshold laser generation is possible, again, for these modes. It was also shown that radiation suppression is possible for defect modes. The peculiarities of group velocity, group velocity dispersion and nonreciprocity were studied.

研究の動機と目的

• キラルフォトニック結晶（CPCs）に等方性欠陥を有する系のスペクトル的および放射特性を調査すること。
• 欠陥層厚さが欠陥モードの挙動およびフォトニック状態密度（DOS）に与える影響を分析すること。
• レーザー染料をドーピングしたCPCsにおけるレーザー発光およびフィルタリング特性の可変性を調査すること。
• 欠陥モードにおける異常な放射強度増幅や放射抑制が実現可能な条件を検討すること。
• 群速度、群速度分散、および非再帰的性質の挙動を調査すること。

提案手法

• 等方性欠陥を有するキラルフォトニック結晶におけるフォトニック状態密度（DOS）および透過スペクトルの数値シミュレーション。
• 欠陥層厚さの関数としての欠陥中心における強度分布の分析。
• 共鳴原子またはレーザー染料をドーピングしたCPCsにおけるレーザー発光特性のモデリング。
• 分散関係解析を用いた群速度および群速度分散の調査。
• 対称性および伝搬方向の分析を通じて、非再帰的挙動の評価。
• 伝搬関数行列法および固有モード解析を用いて、透過、反射、および場の局在を計算すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 等方性欠陥層の厚さは、キラルフォトニック結晶における欠陥モードの周波数および帯域幅にどのように影響するか？
• RQ2 特定の欠陥モード条件下で、低しきい値レーザー発振が実現可能か？
• RQ3 CPCsの欠陥モードにおける異常な放射強度増幅または抑制を可能にするメカニズムは何か？
• RQ4 群速度および群速度分散は、欠陥層厚さおよび構造的パrameterに応じてどのように変化するか？
• RQ5 この系はどの程度、非再帰的透過または反射特性を示すか？

主な発見

• 欠陥層厚さの調整により、キラルフォトニック結晶における完全透過または完全反射帯域の中心周波数および帯域幅を動的に制御可能である。
• 特定の欠陥モードでは、放射強度が著しく増幅される現象が観測され、光-物質相互作用の強化に寄与する可能性がある。
• 高Qファクターの欠陥モードおよび強い場の局在化のおかげで、低しきい値レーザー発振が本系で実現可能である。
• 特定の構造的および材料的条件下では放射抑制が達成可能であり、バックグラウンドのない信号伝送が可能となる。
• 本系では非再帰的挙動が観測され、前方および後方伝搬における透過および反射スペクトルに非対称性が見られる。
• 群速度および群速度分散は、欠陥層厚さを介して調整可能であり、パルス伝搬ダイナミクスの制御が可能となる。