Research Abstract
個々のカーボンナノチューブ発光体と高効率で結合する極めて小さいモード体積のフォトニック結晶ナノビーム共振器
Ultralow mode-volume photonic crystal nanobeam cavities for high-efficiency coupling to individual carbon nanotube emitters
2014年11月25日 Nature Communications 5 : 5580 doi: 10.1038/ncomms6580
単層カーボンナノチューブの特異な発光特性は、集積フォトニクスにおける高機能化を実現するという意味において魅力的である。単層カーボンナノチューブは、室温で利用できる通信波長帯の発光体で、シリコン上で直接合成できるのに加えて、ナノスケールのフォトニック構造体との結合に理想的である。今回我々は、宙に浮いた個々のカーボンナノチューブとシリコンフォトニック結晶ナノビーム共振器の高効率結合について報告する。誘電体モード共振器と空気モード共振器のフォトルミネセンス画像は、明確に異なるそれらのモードプロファイルを反映しており、空気部分の場が結合に重要であることを示している。我々は、空気モード共振器がより効率的に結合し、自然放出光結合係数の見積もり値が最大0.85に達することを見いだしている。今回の結果は、低次元ナノスケール発光体との結合において、空気モード共振器の極めて小さいモード体積が有利であることを実証している。
三浦 良平1, 今村 真之1, 太田 竜一2, 石井 晃博1, 劉 栩青1, 嶋田 行志1, 岩本 敏2, 荒川 泰彦2 & 加藤 雄一郎1
- 東京大学 工学系研究科 総合研究機構
- 東京大学 生産技術研究所
The unique emission properties of single-walled carbon nanotubes are attractive for achieving increased functionality in integrated photonics. In addition to being room-temperature telecom-band emitters that can be directly grown on silicon, they are ideal for coupling to nanoscale photonic structures. Here we report on high-efficiency coupling of individual air-suspended carbon nanotubes to silicon photonic crystal nanobeam cavities. Photoluminescence images of dielectric- and air-mode cavities reflect their distinctly different mode profiles and show that fields in the air are important for coupling. We find that the air-mode cavities couple more efficiently, and estimated spontaneous emission coupling factors reach a value as high as 0.85. Our results demonstrate advantages of ultralow mode-volumes in air-mode cavities for coupling to low-dimensional nanoscale emitters.
