研究：トポロジカル

近年、表面や縁に特異な量子状態をもつトポロジカル絶縁体の探索が物性物理および物質科学の最先端の1つになっています。この電子系のトポロジーをフォトンの系にトレースする試みはトポロジカルフォトニクスと呼ばれ、急速に発展しています。この技術の特徴として、光渦モードに対する親和性の高さが挙げられます。

光渦モードは、その波面の螺旋周期に情報を乗せた伝送（光渦多重化方式OAM : Orbital angular momentum multiplexing）が可能であり、将来の多重化技術としての期待が高まっています。しかし、この実現への障壁として、現行の光通信で利用されている光回路中での動作モードがTE/TMに制約されていることが挙げられます。そこで我々は、従来の光回路の一部としてトポロジカルフォトニクスデバイスを組み込むことで、光渦を用いた新たな機能を持つ光回路の発明に取り組んでおります。

また、トポロジカルフォトニック結晶の所望の要求に対する構造最適化手法として、近年盛んに行われている機械学習を用いて円孔フォトニック結晶の配置を決定するという手法の適応を検討しております。Si細線からトポロジカルフォトニック結晶導波路への結合部分に対して深層学習を用いた構造決定などを行っています。

List of reports

• H. Kagami, T. Amemiya, S. Okada, N. Nishiyama, X. Hu, “Topological converter for high-efficiency coupling between Si wire waveguide and topological waveguide,” Optics Express, Vol. 28, No. 22, pp. 33619-33631 (2020).
• T. Amemiya, S. Okada, H. Kagami, N. Nishiyama, Y. Yao, K. Sakoda, X. Hu, “High-speed infrared photonic band microscope using hyperspectral Fourier image spectroscopy,” Optics Letters, Vol. 47, No. 10, pp. 2430-2433 (2022).
• S. Okada, T. Amemiya, H. Kagami, Y. Wang, N. Nishiyama, X. Hu “Discussion on fabrication accuracy of infrared topological photonic structures using hyperspectral Fourier image spectroscopy,” Journal of Optical Society of America B, Vol. 39, Issue 9, pp. 2464-2469 (2022).