工学：大規模ナノフォトニックフェーズドアレイ
Nature 493, 7431 doi: 10.1038/nature11727
高周波における電磁フェーズドアレイはよく知られており、通信からレーダー、放送、天文学に及ぶ応用が可能となっている。大規模なフェーズドアレイにより任意の放射パターンを生成できる能力が長い間求められていた。大規模な高周波フェーズドアレイを配置するのはきわめて費用がかかり、面倒であるが、光フェーズドアレイは、非常に短い光波長が大規模集積に有望であるという点で独自の利点がある。しかし、短い光波長も作製には厳しい要件が課せられる。その結果、光フェーズドアレイはさまざまなプラットフォームや、最近ではチップスケールのナノフォトニクスによって研究されてきたものの、これまで行われた実証はすべて一次元アレイか小規模な二次元アレイに限定されていた。今回我々は、大規模な二次元ナノフォトニックフェーズドアレイ（NPA）を実証した結果を報告する。このNPAでは、64 × 64（4,096）個の光ナノアンテナを、設置面積が576μm × 576μm以下のシリコンチップ上に稠密に集積した。ナノアンテナはすべて正確に出力が均衡し位相がそろっているので、設計した精緻な放射パターンを遠距離場に生成できる。また、提案したNPAで能動的な位相の同調性が実現できることを示し、8 × 8個のアレイによる動的なビームの操作と成形を実証した。本研究により、ロバストな設計によって、最新の相補型金属‐酸化物–半導体技術に加えて、大規模NPAが小型で安価なナノフォトニックチップ上に実現可能であることが実証された。また、これによってNPAを使って任意の放射パターンを生成でき、そのためフェーズドアレイの機能を従来型のビームの集束や操作を越えて拡張でき、数例を挙げるだけでも通信、レーザー探知・測距、三次元ホログラフィー、生物医科学などの応用における大規模な配置への可能性が開かれる。
