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InAs量子ドットを用いた面型構造超高速全光スイッチの研究

研究課題

研究課題/領域番号 08F08385
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分外国
研究分野 電子・電気材料工学
研究機関神戸大学

研究代表者

喜多 隆 (2010)  神戸大学, 工学研究科, 教授

和田 修 (2008-2009)  神戸大学, 工学研究科, 教授

研究分担者 CHAOYUAN Jin  神戸大学, 工学研究科, 外国人特別研究員
JIN Chaoyuan  神戸大学, 工学研究科, 外国人特別研究員
研究期間 (年度) 2008 – 2010
研究課題ステータス 完了 (2010年度)
配分額 *注記
2,300千円 (直接経費: 2,300千円)
2010年度: 600千円 (直接経費: 600千円)
2009年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2008年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
キーワード量子ドット / 光スイッチ / 面型光デバイス / サブバンド間遷移 / 超高速光線形 / 超高速光非線形
研究概要

光信号処理技術では、近い将来100Gb/sから1Tb/s級の超高速化が必要となるが、そのためには基本素子となる超高速全光スイッチの実現が必須である。本研究では、量子ドットと1次元フォフォトニック結晶とを組み合わせることによって高効率の面型構造超高速光スイッチを実現することを目的とする。本年度は、これまでに最適化した設計により量子ドット光スイッチ素子を製作する一方、新しい非線形評価システムによる特性評価を進めて、量子ドット光スイッチの超高速スイッチとしての適用性を評価した。以下に成果の要点をまとめる。
光スイッチの設計では,これまでの研究で明らかになった結果を用い、電子第1励起準位が1.3μm付近の長波長領域に対応する量子ドットにおいて、励起準位と基底準位との間の超高速サブバンド間緩和を利用するデバイス構造を採用した。また、多層膜共振器構造には出力最大化のための新構造(16/30周期)を採用してデバイスを製作した。
このデバイスにおける吸収飽和の応答特性を確認するために、ポンプ・プローブ法による測定を実行し、1.24μmの波長で、20psの超高速応答と、2.5fJ/μm^2の低スイッチングエネルギーのデータを得た。
一方、量子ドットの非線形性の評価を屈折率特性の変化から評価するために、マッハツェンダー干渉計配置を持つ位相変化測定系を構築し、デバイスの光励起時における位相変化量特性の測定を行った。その結果、励起エネルギー0.2fJ/μm^2において18゜の位相変化の観測に成功した。これは量子ドット面型光スイッチにおける屈折率変化に基づく位相変化を初めて検出したものである。この結果は、量子ドット面型光スイッチが、吸収飽和型スイッチのみならず、さらなる超高速・低エネルギーのマッハツェンダー型光スイッチにも適用出来ることを実証したものである。
以上の結果から、量子ドット面型超高速全光スイッチの超高速吸収飽和スイッチング特性、およびこれに対応する屈折率変化を実証することができた。これを通じて、InAs量子ドットと多層膜共振器との組み合わせによる面型光スイッチ構造が、超高速・低エネルギー光スイッチとして適用可能であることが明らかになった。

報告書

(3件)
  • 2010 実績報告書
  • 2009 実績報告書
  • 2008 実績報告書
  • 研究成果

    (12件)

すべて 2011 2010 2009 その他

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (3件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Progress in Semiconductor-Based Ultrafast Signal Processing Devices2011

    • 著者名/発表者名
      Osamu Wada
    • 雑誌名

      IEEE Journal Selected Topics of Quantum Electronics

      巻: 17(Web版掲載済)

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Detailed design and characterization of all-optical switches based on InAs/GaAs quantum dots in a vertical cavity2010

    • 著者名/発表者名
      C.Y.jin, O.Kojima, T.Inoue, T.Kita, O.Wada, M.Hopkinson, K.Akahane
    • 雑誌名

      IEEE J.Quantum Electron

      巻: 46 ページ: 1582-1589

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Temperature-dependent carrier tunnelling for self-assembled InAs/GaAs quantum dots with a GaAsN quantum well injector2010

    • 著者名/発表者名
      C.Y.Jin, S.Ohta, M.Hopkinson, O.Kojima, T.Kita, O.Wada
    • 雑誌名

      Appl.Phys.Lett. 96

      ページ: 151104-151104

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Vertical-geometry all-optical switches based on InAs/GaAs quantum dots in a cavity2010

    • 著者名/発表者名
      C.Y.Jin, O.Kojima, T.Kita, O.Wada, M.Hopkinson, K.Akahane
    • 雑誌名

      Appl.Phys.Lett. 95

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Self-assembled InAs quantum dots within a vertical cavity structure for all-optical switching devices2010

    • 著者名/発表者名
      C.Y.Jin, O.Kojima, T.Inoue, T.Kita, O.Wada, M.Hopkinson, K.Akahane
    • 雑誌名

      Proceedings of SPIE 7610

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [雑誌論文] InAs/GaAs self-assembled quantum dot lasers with different p-type modulation doping levels2009

    • 著者名/発表者名
      C.Y.Jin, H.Y.Liu, Q.Jiang, M.Hopkinson, O.Wada
    • 雑誌名

      Appl.Phys.Letters 93

      ページ: 161103-161103

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文]2009

    • 著者名/発表者名
      和田修
    • 雑誌名

      2008化合物半導体技術大全(電子ジャーナル)

      ページ: 10-15

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [学会発表] Two-step saturation behaviour in quantum-dot-based vertical-cavity all-optical switches2010

    • 著者名/発表者名
      C.Y.Jin, O.Kojima, T.Inoue, S.Ohta, T.Kita, O.Wada, M.Hopkinson, K.Akahane
    • 学会等名
      応用物理学会講演会
    • 発表場所
      東海大学(東京都)
    • 年月日
      2010-03-20
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] A Tunnel Injection Structure for Speeding up Carrier Dynamics in InAs/GaAs Quantum Dots Using a GaNAs Quantum-Well Injector2010

    • 著者名/発表者名
      C.Y.Jin, S.Ohta, M.Hopkinson, O.Kojima, T.Kita, O.Wada
    • 学会等名
      2010 International Conference on Solid State Devicesand Materials
    • 発表場所
      University of Tokyo,(Tokyo)(招待講演)
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Multi-dimensionally controlled quantum doot materials and application to vertical structure photonic switches2009

    • 著者名/発表者名
      O.Wads, O.Kojima, C.Jin
    • 学会等名
      Symposium on Innovation for New-Generation Optical Communications
    • 発表場所
      東京
    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://www.research.kobe-u.ac.jp/eng-photonics/activity_files/NovelMaterials_QD.htm

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://www.research.kobe-u.ac.jp/eng-photonics/activity_files/NovelMaterials_QD.htm

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書

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公開日: 2008-04-01   更新日: 2024-03-26  

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