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公開番号2025133310
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-11
出願番号2024031186
出願日2024-03-01
発明の名称光デバイス
出願人NTT株式会社,国立大学法人東京科学大学
代理人個人,個人,個人,個人
主分類G02B 6/032 20060101AFI20250904BHJP(光学)
要約【課題】複雑な構造を用いることなく、OAMを持つ光が生成できるようにする。
【解決手段】ナノワイヤ101は、半導体から構成されて断面が対称な形状とされている。さらに、ナノワイヤ101は、規格化周波数が7以上とされている。例えば、ナノワイヤ101は、断面が点対称な形状、または、断面が線対称な形状とされている。構造体102は、ナノワイヤ101の近傍に配置されてナノワイヤ101を導波する光に損失を与える。構造体102を含めたナノワイヤ101の断面視の形状が非対称とされている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
半導体から構成されて断面が対称な形状とされて規格化周波数が７以上とされたナノワイヤと、
前記ナノワイヤの近傍に配置されて前記ナノワイヤを導波する光に損失を与える構造体と
を備え、
前記構造体を含めた前記ナノワイヤの断面視の形状が非対称とされている光デバイス。
続きを表示（約 220 文字）【請求項２】
請求項１記載の光デバイスにおいて、
前記ナノワイヤは、中空構造とされている光デバイス。
【請求項３】
請求項１記載の光デバイスにおいて、
前記ナノワイヤの近傍の複数の箇所に前記構造体が配置されている光デバイス。
【請求項４】
請求項１～３のいずれか１項に記載の光デバイスにおいて、
前記構造体は、金属または光の散乱損失を誘発する半導体から構成されている光デバイス。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＯＡＭ光を生成する光デバイスに関する。
続きを表示（約 2,500 文字）【背景技術】
【０００２】
ベクトルビームや軌道角運動量（ＯＡＭ：orbital angular momentum）を持つ光は、トポロジカル光波と呼ばれ、偏光や位相に渦ができていることで知られている。これらの光は、どちらも光軸所に位相と偏光の特異点を持つ。このユニークな光学特性を利用することで、新しいデバイス応用が可能になる。例えば、ナノ物質の補足、レーザ加工、顕微鏡、量子情報などの応用で提案されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
これまで、トポロジカル光波の発生は、ホログラムや屈折率分布を持つ結晶、複数の波長板などを利用して生成されるが、多くの場合バルクの光学素子を組み合わせているため、装置全体が大型になっていた。トポロジカル光波を発生する装置を小型化、低消費電力化するためには、光源から直接ＯＡＭ光が生成でき、さらに光源そのものが小さいことが重要になってくる。このような背景のなか、近年ではメタ表面などのナノ構造やリング共振器を利用したＯＡＭ光生成技術が開発されてきた。バルクの光学素子を組み合わせたものに比べて非常に小さくなってはいるが、構造の複雑さが課題となっていた。
【０００４】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、複雑な構造を用いることなく、ＯＡＭを持つ光が生成できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る光デバイスは、半導体から構成されて断面が対称な形状とされて規格化周波数が７以上とされたナノワイヤと、ナノワイヤの近傍に配置されてナノワイヤを導波する光に損失を与える構造体とを備え、構造体を含めたナノワイヤの断面視の形状が非対称とされている。
【発明の効果】
【０００６】
以上説明したように、本発明によれば、ナノワイヤの近傍に光に損失を与える構造体を配置し、構造体を含めたナノワイヤの断面視の形状を非対称としたので、複雑な構造を用いることなく、ＯＡＭを持つ光が生成できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
図１は、本発明の実施の形態に係る光デバイスの構成を示す断面図である。
図２Ａは、２Ｄ電磁場解析シミュレーションにより得られたナノワイヤにおける電界の分布を示す分布図である。
図２Ｂは、ナノワイヤにおける方位量子数ｌと得られるＯＡＭの関係を示す特性図である。
図３Ａは、２Ｄ電磁場解析シミュレーションにより得られた構造体を近傍に配置したナノワイヤにおける電界の分布を示す分布図である。
図３Ｂは、構造体を近傍に配置したナノワイヤにおける方位量子数ｌと得られるＯＡＭの関係を示す特性図である。
図４は、ナノワイヤの持つモードの分散関係を示す特性図である。
図５Ａは、ナノワイヤの近傍の複数の箇所に構造体を配置した場合における２Ｄ電磁場解析シミュレーションにより得られた電界の分布を示す分布図である。
図５Ｂは、ナノワイヤの近傍の複数の箇所に構造体を配置した場合における方位量子数ｌと得られるＯＡＭの関係を示す特性図である。
図６は、ナノワイヤの近傍の複数の箇所に構造体を配置した場合における２Ｄ電磁場解析シミュレーションにより得られた電界の分布を示す分布図である。
図７Ａは、Ｄ電磁場解析シミュレーションにより得られた断面正方形のナノワイヤにおける電界の分布を示す分布図である。
図７Ｂは、断面正方形のナノワイヤの近傍の複数の箇所に構造体を配置した場合における２Ｄ電磁場解析シミュレーションにより得られた電界の分布を示す分布図である。
図８Ａは、本発明の実施の形態に係る光デバイスの製造方法について説明するための説明図である。
図８Ｂは、本発明の実施の形態に係る光デバイスの製造方法について説明するための説明図である。
図８Ｃは、本発明の実施の形態に係る光デバイスの製造方法について説明するための説明図である。
図９Ａは、本発明の実施の形態に係る光デバイスの製造方法について説明するための説明図である。
図９Ｂは、本発明の実施の形態に係る光デバイスの製造方法について説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態に係る光デバイスについて図１を参照して説明する。この光デバイスは、ナノワイヤ１０１と、ナノワイヤ１０１の近傍に配置された構造体１０２とを備える。
【０００９】
ナノワイヤ１０１は、半導体から構成されて断面が対称な形状とされている。さらに、ナノワイヤ１０１は、規格化周波数が７以上とされている。例えば、ナノワイヤ１０１は、断面が点対称な形状、または、断面が線対称な形状とされている。例えば、ナノワイヤ１０１は、ＧａＮから構成することができ、この場合、ナノワイヤ１０１の断面形状は、正六角形とすることができる。また、ナノワイヤ１０１は、中空構造とすることができる。例えば、ナノワイヤ１０１の断面形状は、外形を正六角形とし、さらに、ナノワイヤ１０１の軸を中心とした円柱形状の空洞１０３を備える中空構造とすることができる。
【００１０】
構造体１０２は、ナノワイヤ１０１の近傍に配置されてナノワイヤ１０１を導波する光に損失を与える。構造体１０２は、ナノワイヤ１０１から漏れ出す光に影響を与えてナノワイヤ１０１を導波する光に損失を与える。構造体１０２は、例えば、金属または光の散乱損失を誘発する半導体から構成することができる。また、構造体１０２は、ナノワイヤ１０１の近傍の複数の箇所に配置することができる。例えば、構造体１０２は、ナノワイヤ１０１の周面（側面）近傍に配置することができる。また、例えば、構造体１０２は、中空構造としたナノワイヤ１０１の中空構造の空洞１０３の内部に配置することができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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