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フォトニックナノ構造の最近の進展    
Recent Progress in Photonic Nanostructures
[コードNo.2011T729]

※ 本書籍はご試読頂けません ※

■監修/ 野田進
■体裁/ B5判 276ページ
■発行/ 2011年3月 (株)シーエムシー出版
■定価/ 73,440円(税込価格)
■ISBNコード/ 978-4-7813-0205-8

 
★フォトニックナノ構造により、光を自在に操る!
★フォトニック結晶、メタマテリアル、プラズモニクスの最新動向がこの一冊に!
★海外の最先端の研究内容も、日本語概要があるので分かりやすい!

キーワード

フォトニック結晶/メタマテリアル/プラズモニクス/共振器/スローライト/ストッピングライト/光導波路/量子情報・通信/超高効率発光デバイス/半導体レーザ/超高効率太陽電池/超高感度センサー


刊行にあたって

 21世紀は、光の時代といわれている。無尽蔵にある太陽エネルギーの利用、光の超高速性を活かした新しい通信・情報処理、超高効率発光デバイス・固体照明、さらには量子情報処理に至るまで、光が担う役割はますます重要となっている。このような光を自在に制御する概念を構築し、活用していくことは極めて重要といえる。
 本書は、「フォトニック結晶」、「メタマテリアル」、「プラズモニクス」などをキーワードとするフォトニックナノ構造により、光を自在に制御し、応用していく最近の試みと将来展望をまとめたものである。
 まず、第1編では、フォトニック結晶およびメタマテリアルの近年の進展状況について、それぞれ概観し、続く第2〜6編の橋渡しの役割も果たしている。両分野とも近年著しい進展を示していることを感じ取っていただければ幸いである。
 第2編では、近年の光分野の大きなトピックスの1つである、光を減速する、あるいは止める、すなわちスローライト、ストップライトに焦点を当て、その現状を解説する。特に、フォトニック結晶ナノ共振器やナノ導波路を用いて、光の操作の最新動向を記述している。第3編では、量子情報、量子通信への応用を睨んだナノフォトニクスの進展について記述されている。単一光子光源の進展、ナノ共振器電磁力学、さらには、ナノ共振器特有の新規な発光現象、また、光メディアと電子メディアの情報変換などの興味深い内容が記述されている。
 第4編では、固体照明の一層の進展・高度化に向けて、窒化物半導体ナノ構造の制御による高効率発光制御やプラズモン効果、フォトニック結晶効果による光取り出し効率増大の試みが記述されている。第5編では、フォトニック結晶を活用した、大面積コヒーレント発振可能な全く新しい概念の半導体レーザの進展や、さらには、熱光発電による超高効率太陽発電の最近の動向についての記述がなされている。第6編では、フォトニック結晶やプラズモンを活用した新しいセンサー応用、さらには、メタマテリアルを活用した超分解現象についての最近の進展が記載されている。
 以上、フォトニックナノ構造を活用した、様々なナノサイエンス、新しい応用、産業展開の一端が垣間見られるような構成になっており、きっと満足いただけるものと自負している。
「はじめに」より
野田進

著者一覧

野田進京都大学 大学院工学研究科 電子工学専攻 教授(兼)光・電子理工学教育研究センター センター長
Kamil BoratayAlici Research Assistant, Nanotechnology Research Center, Department of Physics, Department of Electrical and Electronics Engineering, Bilkent University
Andriy E.SerebryannikovResearch Associate, Nanotechnology Research Center, Department of Physics, Department of Electrical and Electronics Engineering, Bilkent University
Ekmel OzbayProfessor, Nanotechnology Research Center, Department of Physics, Department of Electrical and Electronics Engineering, Bilkent University
浅野卓京都大学 大学院工学研究科 電子工学専攻 准教授
田中良典京都大学 大学院工学研究科 電子工学専攻 グローバルCOE特定助教
納富雅也日本電信電話(株) NTT物性科学基礎研究所 上席特別研究員(グループリーダー)
馬場俊彦横浜国立大学 大学院工学研究院 教授
Thomas F KraussProfessor of Optoelectronics,University of St Andrews
Christelle MonatResearch Fellow, Centre for Ultrahigh-bandwidth Devices for Optical Systems (CUDOS), Institute for Photonics and Optical Sciences (IPOS), School of Physics, The University of Sydney
Benjamin J.EggletonDirector, Centre for Ultrahigh-bandwidth Devices for Optical Systems (CUDOS), Institute for Photonics and Optical Sciences (IPOS), School of Physics, The University of Sydney; ARC Federation Fellow
竹本一矢東京大学 ナノ量子情報エレクトロニクス研究機構 特任准教授
岩本敏東京大学 生産技術研究所 准教授
荒川泰彦東京大学 生産技術研究所 教授
小坂英男東北大学 電気通信研究所 准教授
川上養一京都大学 大学院工学研究科 電子工学専攻 教授
岡本晃一京都大学 大学院工学研究科 電子工学専攻 特命准教授
冨士田誠之京都大学 大学院工学研究科 電子工学専攻 講師
大西大ローム(株) フォトニクス研究開発センター センター長
酒井恭輔京都大学 大学院工学研究科 電子工学専攻 助教;次世代開拓研究ユニット
Eden RephaeliDepartment of Applied Physics, Stanford University
Shanhui FanProfessor, Department of Electrical Engineering, Stanford University
川嶋貴之(株)フォトニックラティス 取締役
玉田薫九州大学 先導物質化学研究所 教授
北野正雄京都大学 大学院工学研究科 教授
中西俊博京都大学 大学院工学研究科 助教

構成および内容

第1編 総論

第1章フォトニック結晶の進展(野田 進)
1まえがき
2バンドギャップ・欠陥エンジニアリング
2.12次元フォトニック結晶スラブ
2.1.1線・点複合欠陥系による光機能
2.1.2ヘテロ構造の導入とその効果
2.1.3高Qナノ共振器とその応用
2.1.4非線形機能、アクティブ機能の導入
2.23次元フォトニック結晶
2.2.13次元フォトニック結晶作製技術の現状
2.2.2自然放出制御
2.2.3光伝搬制御
3バンド端エンジニアリング
3.1バンド端における共振作用の概要
3.22次元フォトニック結晶レーザの大面積コヒーレント動作
3.3格子点制御とモード制御
4バンドエンジニアリング
4.1群速度制御
4.2光伝搬角制御
5まとめ
第2章Photonic Metamaterials and Application Examples(Kamil Boratay Alici, Andriy E. Serebryannikov, Ekmel Ozbay)
1Abstract
2Introduction
3Methodology
3.1Design Simulations
3.2Nano-Fabrication
3.3Experiment
4Results and Discussions
4.1Polarization dependent transmission response
4.2Tunability via a buffer layer
4.3Density of split ring resonators
4.4Shift of magnetic resonance frequency
4.5Metal properties and resonance properties
5A configuration for enhancement
6An absorber for solar cell efficiency
7Conclusion

第2編 Slow Light,Stopping Light

第3章フォトニック結晶ナノ共振器の進展
1フォトニックナノ共振器の進展(浅野 卓、野田 進)
1.1はじめに
1.2包絡線関数制御によるQ値増大の原理
1.3格子点シフト導入による共振器の改良
1.4ヘテロ構造型共振器
1.5まとめ
2Q値の動的制御とストッピングライト(田中良典、野田 進)
2.1はじめに
2.2共振器Q値の動的制御とストッピングライト
2.3光パルスの捕獲の実験的検証
2.4まとめ
3結合共振器とスローライト(納富雅也)
3.1スローライトについて
3.2共振器を用いたスローライト
3.3フォトニック結晶ナノ共振器によるスローライト
3.4大規模ナノ共振器アレイによるスローライト
3.5まとめ
第4章フォトニック結晶導波路とスローライト
1概要(馬場俊彦)
1.1はじめに
1.2様々な構造
1.3フォトニック結晶スラブ線欠陥導波路とバンド特性
1.4製作と光伝搬特性
1.5曲げ構造、接続構造
1.6まとめ
2スローライトと光バッファー応用(馬場俊彦)
2.1はじめに
2.2スローライトへの期待
2.3スローライトの原理と性質
2.4広帯域で分散のないスローライト
2.5チャープ制御による可変スローライト
2.6まとめ
3Dispersion engineering in photonic crystal waveguides(Thomas F Krauss)
3.1Introduction
3.2Material dispersion
3.3Structural dispersion
3.4Group velocity dispersion: Motivation for flatband slow light
3.5Dispersion curve anticrossing: a key tool
3.6Dispersion engineering
3.7Example 1: Mach-Zehnder modulator
3.8Example 2: Directional coupler
3.9Conclusion
4Slow light enhanced nonlinear optics in silicon photonic crystal waveguides(Christelle Monat,Benjamin J.Eggleton)
4.1Introduction
4.2Enhancing the nonlinear optical response in waveguides
4.3Modelling nonlinear phenomena in slow light PhC waveguides
4.4Low dispersion slow light PhC waveguides
4.5Self Phase Modulation experiments
4.6Third Harmonic Generation experiments
4.7Conclusion

第3編 量子情報、量子通信

第5章単一光子源開発の進展(竹本一矢)
1はじめに
2単一光子源の種類
3オンデマンド型単一光子源
4半導体量子ドット単一光子源
5電流注入型量子ドット単一光子源
6まとめ―単一光子源実用化に向けて
第6章フォトニックナノ構造における共振器量子電気力学の進展(岩本 敏、荒川泰彦)
1はじめに
2共振器量子電気力学の基礎〜弱結合と強結合〜
3フォトニック結晶ナノ共振器と量子ドット融合系における強結合状態の実現
4弱結合状態の応用〜単一量子ドットレーザの実現〜
5まとめ
第7章フォトニックナノ構造と量子ナノ構造の特異な物理現象(浅野 卓、野田 進)
1はじめに
2理論計算モデルおよび計算結果
3まとめ
第8章光子と電子の量子メディア変換(小坂英男)
1はじめに
2光子と電子の量子メディア変換に関する基礎知識
2.1光電変換と量子メディア変換
2.2電子と正孔の量子もつれ
2.3光子と電子のスピン状態表現
3光子から電子スピンへの状態転写
3.1エネルギー保存
3.2量子位相保存
3.3スピン状態転写の実験
4電子スピン状態トモグラフィ
4.1トモグラフィ
4.2トモグラフィックカー回転
4.3スピン状態トモグラフィの実験
5量子メディア変換デバイスと量子中継応用
6まとめと今後の展望

第4編 超高効率発光の開発、固体照明へ向けて

第9章窒化物ナノ構造の進展(川上養一)
1はじめに
2極性c面上InGaN/GaN量子井戸における再結合過程
3半極性 面上InGaN/GaN量子井戸の物性とLED特性
4おわりに
第10章プラズモニクスの光デバイス応用(岡本晃一)
1はじめに
2固体発光素子の現状
3表面プラズモン結合が及ぼす影響
4プラズモニクスによる発光増強
5表面プラズモン結合の機構
6高効率プラズモニックLEDの可能性
7プラズモニクスの高効率太陽電池への応用
8おわりに
第11章フォトニック結晶効果(冨士田誠之、野田 進)
1はじめに
2フォトニック結晶による発光制御の原理実証
3窒化物半導体へのフォトニック結晶形成と発光特性
4おわりに

第5編 新型発光デバイス、太陽電池

第12章大面積コヒーレント・フォトニック結晶レーザ(大西 大、野田 進)
1はじめに
2フォトニック結晶レーザの構造
3フォトニック結晶レーザの発振原理
4フォトニック結晶レーザの特長
5フォトニック結晶レーザの高出力化
6アレイ高出力フォトニック結晶レーザ
7まとめ
第13章多様なビームパターンの発生とその応用(酒井恭輔、野田 進)
1はじめに
2フォトニック結晶構造の制御による多様なビームパターンの生成
3方位偏光ドーナツ状ビームによる光ピンセット
4径偏光ドーナツ状ビームによる微小集光
5まとめ
第14章Compressing solar bandwidth using nanophotonics-based solar thermophotovoltaic systems(Eden Rephaeli,Shanhui Fan)
1Abstract
2Introduction
3A simple model of the solar TPV system
4Analysis of intermediate efficiency and absorber design
4.1Intermediate efficiency
4.2Absorber design
5Solar cell efficiency and emitter design
5.1Solar cell efficiency
5.2Emitter design requirements
5.3Emitter design
6System efficiency
7Conclusions

第6編 センシング、超分解

第15章フォトニック結晶偏光センサ(川嶋貴之)
1はじめに
2面型フォトニック結晶
3自己クローニング法
4偏光子・波長板
4.1フォトニック結晶偏光子
4.2フォトニック結晶波長板
4.3フォトニック結晶偏光素子の特徴
5偏光イメージセンサ
5.1偏光子型偏光イメージセンサ
5.2波長板型偏光イメージセンサ
5.3複合型偏光イメージセンサ
6偏光カメラ
7位相差測定器
8エリプソメータ
9まとめ
第16章プラズモンセンサーの現状(玉田 薫)
1はじめに
2伝搬型表面プラズモンセンサー
3局在プラズモンセンサー
4表面プラズモン増強蛍光測定
5プラズモニック結晶型センサー
第17章メタマテリアルによる超分解(北野正雄、中西俊博)
1メタマテリアルによる負屈折と集光効果
2回折限界と完全レンズ
2.1吸収および媒質パラメータの不完全性の影響
2.2完全レンズの実験的検証
3負誘電率による完全レンズ
4多層金属膜による完全レンズとハイパーレンズ
5まとめ



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