光通信帯域において、導波路型光素子に比透磁率が1ではない層を導入するという試みは、理論でこそ様々な検証が成されているものの、実験面では世界で数件の報告があるのみです。特に、現在の光デバイスの主流であるInP系の導波路型素子に限って話をすれば、世界的に見ても未だ報告はされていません。そこで本研究では、実際に比透磁率が1ではない層をInP系の導波路型素子内に実現できるかを検討します。 本素子は1×1MMIカプラの上部にスプリットリング共振器(SRR)アレイを配置した構造を持っています。本デバイスにおいて、伝搬光（TEモード）の周波数が共振器の共振周波数と一致すると、伝搬光とSRRが共鳴し、アレイ近傍の有効透磁率に変化が生じます。これによりSRRを適当な構造に設計することで、MMI上部に、比透磁率が1ではない層を実現することが出来ます。

　現状のメタマテリアルはガラス基板上に微細共振器構造を作製することで実現されているものがほとんどで、その静的特性を調べることに特化し、光通信帯・可視領域までの動作が実現されています。しかし、将来のデバイス応用なども見据えると、メタマテリアルを何らかの外部信号によって制御すること（動的制御）が必要不可欠となります。これについては、半導体の電気光学効果、酸化物の熱伝導効果などを用いたものなど、いくつかの報告がありますが、いずれも10数THz領域での動作となっています。 本研究では、最終的な目標として光通信帯域でのメタマテリアルのデバイス応用を考えています。それに先立って、化合物半導体のキャリアを利用することで、金属微細共振器構造において光周波数帯域における透磁率の動的制御を行っています。

(1) T. Amemiya, T. Shindo, D. Takahashi, N. Nishiyama, and S. Arai, “Magnetic Interaction at Optical Frequencies in InP-based Waveguide Device with Metamaterial,” IEEE J. Quantum. Electron., Vol. 47, No. 5, pp. 736-744, May 2011.

(1) T. Amemiya, T. Shindo, D. Takahashi, N. Nishiyama, and S. Arai, “Magnetic Interaction at Optical Frequencies in InP-based Waveguide Device Combined with Metamaterial”, Conference on Lasers and Electro Optics/International Quantum Electronics Conference (CLEO/IQEC) 2010, San Jose, CA, USA, CFB1 , May 2010.

(2) T. Amemiya, T. Shindo, D. Takahashi, N. Nishiyama, and S. Arai, “All-optical Switch Consisting of Multimode Interferometer Combined with Metamaterials: Device Design”, The 22nd Int. Conf. on Indium Phosphide and Related Materials (IPRM 2010), Takamatsu, (Japan), WeP-60, June 2010.

(3) T. Amemiya, T. Shindo, D. Takahashi, N. Nishiyama, S. Arai, “Metamaterial-based Control of Permeability in GaInAsP/InP Multimode-Interferometers”, The 23rd Annual Meeting of the IEEE Photonics Society (PHO 2010), Denver, Colorado (USA), WM3, Nov. 2010.

(1) T. Amemiya, T. Shindo, D. Takahashi, N. Nishiyama, and S. Arai, “Magnetic Interaction at Optical Frequencies in InP-based Waveguide Device with Metamaterial,” Technical Report of IEICE, LQE2009-169, pp. 123-128, Kyoto (Japan), Jan. 2010.

(2) T. Amemiya, T. Shindo, D. Takahashi, S. Myoga, N. Nishiyama, and S. Arai, “Meta-photonic device 〜possibility of permeability control in semiconductor-based photonic device combined with metamaterial〜,” Technical Report of IEICE, PN2010-64, pp. 45-48, Kagoshima (Japan), Feb. 2011.

(1) 雨宮 智宏、進藤 隆彦、高橋 大佑、西山 伸彦、荒井 滋久：「メタマテリアルを有するInP導波路型デバイスにおける光周波数領域での磁気応答」 The 57th Spring Meeting, The Japan Society of Applied Physics and Related Societies, 18p-P6-18, Kanagawa, Mar. 2010.

(2) 雨宮 智宏、進藤 隆彦、高橋 大佑、西山 伸彦、荒井 滋久：「GaInAsP/InP MMIとメタマテリアル融合素子における透磁率変化の観測」 The 71st Autumn Meeting, The Japan Society of Applied Physics, 14a-G-6, Nagasaki, Sep. 2010.

(3) 雨宮智宏、進藤隆彦、高橋大佑、明賀聖慈、西山伸彦、荒井滋久：「金属側壁層を有するプラズモニックDFB レーザの理論解析」 The 58th Spring Meeting, The Japan Society of Applied Physics and Related Societies, 26a-P5-13, Kanagawa, Japan, Mar. 2011.

(4) 明賀聖慈、雨宮智宏、石川篤、西山伸彦、田中拓男、荒井滋久：「III-V 化合物半導体のキャリアを用いたメタマテリアルの共振周波数変化」 The 58th Spring Meeting, The Japan Society of Applied Physics and Related Societies, 27p-KB-1, Kanagawa, Japan, Mar. 2011.