研究内容

1. 光ナノ構造の設計技術および作製技術の深化

従来のデバイスとは異なる、全く新しい機能をもつ光ナノデバイスを実現するためには、目的の機能を有するナノ構造の設計手法と、設計した光ナノ構造を精確に再現する作製技術が必要となります。私たちの研究室では、光ナノ構造の設計のために、複数の電磁界シミュレーション法を駆使し、時にそれらを拡張した新たな理論解析手法を確立することで、新機能をもつ光ナノ構造の提案を世界に先駆けて行っています(図1)。また、設計構造の作製においては、電子ビーム描画装置やプラズマエッチング装置といった最先端のナノプロセス装置を利用することにより、ナノメートル精度の微細加工を実現しています（図2）。

2. 光ナノ構造を利用した高出力・高輝度レーザの開発

光ナノ構造中で生じる大面積光共振作用を、半導体レーザのレーザ発振のための共振器として利用することで、従来の半導体レーザとは一線を画した高ビーム品質・高出力・狭ビーム拡がり動作が実現可能になると期待されます。本研究室では、上記の光ナノ構造を利用したレーザのさらなる高出力化や、短パルス化・高速ビーム走査・高速変調動作といった高機能化を実現し、LIDAR等のレーザセンシングやレーザ微細加工、さらには宇宙光通信等の応用へ展開することを目指します（図3）。

3. 光ナノ構造を利用した非エルミート光デバイスの創生

光ナノ構造においては、面内を伝搬する光が、面垂直方向へと放射されることで、そのエネルギーの一部を失います。このように、エネルギーの保存則が成り立たない物理系は「非エルミート系」と呼ばれ、保存則が成り立つエルミート系とは異なる、直観に反した物理現象の発現が期待されます。例えば、光ナノ構造の設計を工夫することで、ある方向から光を入射したときには全ての光を垂直方向に放射し、逆方向から光を入射した際には全ての光を反射するような、ユニークな光導波路が実現可能になります（図4）。本研究室では、このように、光ナノ構造の非エルミート性を活用することで、従来のフォトニクスの限界を超える、新規光デバイスの提案と実証を目指しています。