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省電力光ルータの実現に向けた新規光論理ゲートの提案とその解析設計理論の構築

Research Project

Project/Area Number 12J02493
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Electron device/Electronic equipment
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

石坂 雄平  北海道大学, 情報科学研究科, 特別研究員(PD)

Project Period (FY) 2012-04-01 – 2015-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2014)
Budget Amount *help
¥3,000,000 (Direct Cost: ¥3,000,000)
Fiscal Year 2014: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2013: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2012: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywords集積光デバイス / 光導波路 / 光論理ゲート / 有限要素法 / フォトニック結晶 / 表面プラズモンポラリトン / フォトニック結晶ナノ共振器 / 非線形光学効果 / シリコンフォトニクス / 光集積回路 / 表面プラズモン / スローライト / スロット導波路
Outline of Annual Research Achievements

本研究では,2次元フォトニック結晶ナノ共振器における非線形光学現象に着目することで,集積化,高速動作および低消費電力を同時に満足する光論理ゲートの基盤研究を推進することを目的としている.
低消費電力な光論理ゲートを構成するためには,高いQ値かつ小さいモード体積をもつ光共振器を構成する必要がある.そうすることで共振器中の光と物質の相互作用が高まり,非線形光学効果を増強することができる.前年度までの研究では,微小光共振器を高精度に解析可能な3次元ベクトル有限要素法を開発するとともに,極めて小さいモード体積を達成する光共振器として,金属壁と1次元フォトニック結晶で挟み込んだ表面プラズモン共振器構造を提案した.次の段階として,このような微小共振器を多段に接続した導波路の非線形光学特性を厳密に評価可能な手法の構築が必要となる.そこで本年度の研究では,周期構造における非線形光学効果を評価するために,非線形モード解析のための3次元ベクトル有限要素法を開発した.さらに,計算コストを削減可能な非線形定数の評価手法を提案し,非線形モード解析のための3次元ベクトル有限要素法による結果とよく一致していることを示した.また,本年度の研究では,金属アシスト型シリコンスロット導波路を提案し,金属層を用いない従来のスロット導波路に比べ,低屈折率領域の光閉じ込め係数を2倍程度に向上できることを示した.スロット導波路の低屈折率層に非線形光学係数の高い材料を用いることで非線形光学効果を増強できることが知られていることから,従来構造を提案構造に置き換えることで,さらなる非線形光学効果の向上が期待される.このような知見は低消費電力光論理ゲートの高性能化において有用であると考えられる.

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2014 Annual Research Report
  • 2013 Annual Research Report
  • 2012 Annual Research Report
  • Research Products

    (55 results)

All 2015 2014 2013 2012 Other

All Journal Article (9 results) (of which Peer Reviewed: 9 results,  Open Access: 2 results) Presentation (40 results) (of which Invited: 1 results) Remarks (6 results)

  • [Journal Article] PLC-based LP11 mode rotator for mode-division multiplexing transmission2014

    • Author(s)
      Kunimasa Saitoh
    • Journal Title

      Optics Express

      Volume: 22 Issue: 16 Pages: 19117-19130

    • DOI

      10.1364/oe.22.019117

    • Related Report
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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Three-dimensional finite-element mode solver for nonlinear periodic optical waveguides and its application to photonic crystal waveguides2014

    • Author(s)
      Takanori Sato
    • Journal Title

      IEEE/OSA Journal of Lightwave Technology

      Volume: 32 Issue: 21 Pages: 3409-3417

    • DOI

      10.1109/jlt.2014.2344731

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Ultra-broadband silicon-wire polarization beam combiner/splitter based on a wavelength insensitive coupler with a point-symmetrical configuration2014

    • Author(s)
      Takui Uematsu
    • Journal Title

      IEEE Photonics Journal

      Volume: 6 Issue: 1 Pages: 4500108-4500108

    • DOI

      10.1109/jphot.2014.2302808

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
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  • [Journal Article] Slow light enhanced nonlinear characteristics in slot waveguides composed of photonic crystal nanobeam cavitiesIEEE Photonics Journal2013

    • Author(s)
      Shuntaro Makino
    • Journal Title

      IEEE Photonics Journal

      Volume: 5 Issue: 2 Pages: 2700309-2700309

    • DOI

      10.1109/jphot.2013.2246557

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      2013 Annual Research Report
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    • Author(s)
      Shuntaro Makino
    • Journal Title

      IEEE/OSA Journal of Lightwave Technology

      Volume: 31 Issue: 15 Pages: 2565-2569

    • DOI

      10.1109/jlt.2013.2269994

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      Yuhei Ishizaka
    • Journal Title

      IEEE Photonics Journal

      Volume: 5 Issue: 5 Pages: 6601809-6601809

    • DOI

      10.1109/jphot.2013.2281975

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      2013 Annual Research Report
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  • [Journal Article] Slow-Light-Enhanced Nonlinear Characteristics in Slot Waveguides Composed of Photonic Crystal Nanobeam Cavities2013

    • Author(s)
      Shuntaro Makino
    • Journal Title

      IEEE Photonic Journal

      Volume: 5 Pages: 2700309-2700309

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    • Author(s)
      Takui Uematsu
    • Journal Title

      IEEE/OSA Journal of Lightwave Technology

      Volume: 30 Issue: 15 Pages: 2421-2426

    • DOI

      10.1109/jlt.2012.2199961

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      2012 Annual Research Report
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  • [Journal Article] Three-dimensional finite-element solutions for crossing slot-waveguides with finite core-height2012

    • Author(s)
      Yuhei Ishizaka
    • Journal Title

      IEEE/OSA Journal of Lightwave Technology

      Volume: 30 Issue: 21 Pages: 3394-3400

    • DOI

      10.1109/jlt.2012.2217478

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      石坂 雄平
    • Organizer
      応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      東海大学 (神奈川県)
    • Year and Date
      2015-03-11 – 2015-03-14
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      佐藤 孝憲
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      電子情報通信学会総合大会
    • Place of Presentation
      立命館大学 (滋賀県)
    • Year and Date
      2015-03-10 – 2015-03-13
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  • [Presentation] フルベクトル有限要素ビーム伝搬法に基づく波面整合法2015

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      牧野 俊太郎
    • Organizer
      電子情報通信学会総合大会
    • Place of Presentation
      立命館大学 (滋賀県)
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      2015-03-10 – 2015-03-13
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      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] シリカ系光導波路に接続された4モード光ファイバの励振特性に関する検討2014

    • Author(s)
      石坂 雄平
    • Organizer
      電子情報通信学会ソサイエティ大会
    • Place of Presentation
      徳島大学 (徳島県)
    • Year and Date
      2014-09-23 – 2014-09-26
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  • [Presentation] 1-D PC-CROWと直線導波路の高効率接続のためのテーパ導波路に関する検討2014

    • Author(s)
      牧野 俊太郎
    • Organizer
      電子情報通信学会ソサイエティ大会
    • Place of Presentation
      徳島大学 (徳島県)
    • Year and Date
      2014-09-23 – 2014-09-26
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      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] S字曲げ方向性結合器を用いた偏波スプリッタの設計2014

    • Author(s)
      北山 哲也
    • Organizer
      電子情報通信学会ソサイエティ大会
    • Place of Presentation
      徳島大学 (徳島県)
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      2014-09-23 – 2014-09-26
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      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] ハイブリッドプラズモニック導波路に基づくフォトニック-プラズモニックモード変換器の設計2014

    • Author(s)
      長井 優
    • Organizer
      電子情報通信学会ソサイエティ大会
    • Place of Presentation
      徳島大学 (徳島県)
    • Year and Date
      2014-09-23 – 2014-09-26
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      2014 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Strong light confinement in a metal-assisted silicon slot waveguide2014

    • Author(s)
      Yuhei Ishizaka
    • Organizer
      OptoElectronics and Communications Conference and Australian Conference on Optical Fiber Technology
    • Place of Presentation
      melbourne convention and exhibition centre (Australia)
    • Year and Date
      2014-07-06 – 2014-07-10
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      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Investigation of nonlinear characteristics in CROW based on horizontally slotted nanobeam cavity2014

    • Author(s)
      Shuntaro Makino
    • Organizer
      OptoElectronics and Communications Conference and Australian Conference on Optical Fiber Technology
    • Place of Presentation
      melbourne convention and exhibition centre (Australia)
    • Year and Date
      2014-07-06 – 2014-07-10
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      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Investigation of nonlinear characteristics in a1-D slotted photonic crystal coupled resonator optical waveguide with modulated mode-gap2014

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      Takanori Sato
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      OptoElectronics and Communications Conference and Australian Conference on Optical Fiber Technology
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      melbourne convention and exhibition centre (Australia)
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      2014-07-06 – 2014-07-10
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      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] プラズモニック導波路における金属アシストフォトニックモードの利用2014

    • Author(s)
      石坂 雄平
    • Organizer
      電子情報通信学会 光エレクトロニクス研究会
    • Place of Presentation
      リゾーピア熱海 (静岡県)
    • Year and Date
      2014-04-24 – 2014-04-25
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      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 1-D PC-CROWの設計とその非線形特性調査2014

    • Author(s)
      牧野 俊太郎
    • Organizer
      電子情報通信学会 光エレクトロニクス研究会
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      リゾーピア熱海 (静岡県)
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      2014-04-24 – 2014-04-25
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  • [Presentation] フォトニック結晶結合共振器型光導波路の非線形特性調査2014

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      佐藤 孝憲
    • Organizer
      電子情報通信学会 マイクロ波・ミリ波フォトニクス究会
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      札幌コンベンションセンター (北海道)
    • Year and Date
      2014-04-17
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  • [Presentation] 横スロット導波路に基づく1-D PC-CROWの提案2014

    • Author(s)
      牧野 俊太郎
    • Organizer
      電子情報通信学会 総合大会
    • Place of Presentation
      新潟大学(新潟県)
    • Year and Date
      2014-03-18
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  • [Presentation] ハイブリッドプラズモニック導波路に基づくフォトニック-プラズモニックモード変換器の提案2014

    • Author(s)
      長井 優
    • Organizer
      電子情報通信学会総合大会
    • Place of Presentation
      新潟大学(新潟県)
    • Year and Date
      2014-03-18
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  • [Presentation] 3次元有限要素モードソルバによる1-D PC-CROWの非線形特性調査2014

    • Author(s)
      佐藤 孝憲
    • Organizer
      電子情報通信学会 総合大会
    • Place of Presentation
      新潟大学(新潟県)
    • Year and Date
      2014-03-18
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  • [Presentation] PLC-type LP11 mode rotator with single-trench waveguide for mode-division multiplexing transmission2014

    • Author(s)
      Takui Uematsu
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      Optical Fiber Communication Conference and National Fiber Optic Engineers Conference (OFC/NFOEC)
    • Place of Presentation
      San Francisco (USA)
    • Year and Date
      2014-03-13
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    • Author(s)
      Shuntaro Makino
    • Organizer
      Frontiers in Optics 2013/Laser Science XXIX (FiO/LS)
    • Place of Presentation
      Orlando (USA)
    • Year and Date
      2013-10-09
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  • [Presentation] モード多重伝送のための平面光導波路型モード合分波器の広帯域化に関する検討2013

    • Author(s)
      植松 卓威
    • Organizer
      電子情報通信学会 ソサイエティ大会
    • Place of Presentation
      福岡工業大学(福岡県)
    • Year and Date
      2013-09-20
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  • [Presentation] 非主要電界成分と結合したプラズモニックモードに関する検討2013

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      石坂 雄平
    • Organizer
      電子情報通信学会 ソサイエティ大会
    • Place of Presentation
      福岡工業大学(福岡県)
    • Year and Date
      2013-09-19
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      長井 優
    • Organizer
      電子情報通信学会 ソサイエティ大会
    • Place of Presentation
      福岡工業大学(福岡県)
    • Year and Date
      2013-09-19
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      北山 哲也
    • Organizer
      電子情報通信学会 ソサイエティ大会
    • Place of Presentation
      福岡工業大学(福岡県)
    • Year and Date
      2013-09-17
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  • [Presentation] スロットナノビーム共振器に基づく結合共振器導波路の非線形特性調査2013

    • Author(s)
      牧野 俊太郎
    • Organizer
      電子情報通信学会 ソサイエティ大会
    • Place of Presentation
      福岡工業大学(福岡県)
    • Year and Date
      2013-09-17
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    • Author(s)
      Yuhei Ishizaka
    • Organizer
      IEEE Photonics Conference (IPC)
    • Place of Presentation
      Seattle (USA)
    • Year and Date
      2013-09-12
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    • Author(s)
      長井 優
    • Organizer
      電子情報通信学会 光エレクトロニクス研究会
    • Place of Presentation
      サンリフレ函館(北海道)
    • Year and Date
      2013-08-30
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  • [Presentation] Metallic wall-based plasmon nanocabities with 1-D photonic crystals2013

    • Author(s)
      Yuhei Ishizaka
    • Organizer
      IEEE Photonics Society Summer Topical Meeting
    • Place of Presentation
      Hawai (USA)
    • Year and Date
      2013-07-10
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  • [Presentation] A proposal of coupled resonator optical waveguides based on slotted nanobeam cavities2013

    • Author(s)
      Shuntaro Makino
    • Organizer
      IEEE Photonics Society Summer Topical Meeting
    • Place of Presentation
      Hawai (USA)
    • Year and Date
      2013-07-09
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  • [Presentation] Structural dependence of nonlinear characteristics in slot waveguides composed of photonic crystal nanobeam cavities2013

    • Author(s)
      Shuntaro Makino
    • Organizer
      Conference on Lasers and Electro-Optics Pacific Rim (CLEO-PR)
    • Place of Presentation
      Kyoto (Japan)
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      2013-07-02
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      Conference on Lasers and Electro-Optics Pacific Rim (CLEO-PR)
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      2013-07-02
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      石坂 雄平
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      電子情報通信学会 光エレクトロニクス研究会
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      リゾーピア熱海(静岡県)
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      2013-04-25
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      牧野俊太郎
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      電子情報通信学会 総合大会
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      岐阜大学(岐阜県)
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      2013-03-21
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      2013-03-20
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      石坂雄平
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      2013-01-25
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      北海道大学(北海道)
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      2012-10-21
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      石坂雄平
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      電子情報通信学会 ソサイエティ大会
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      富山大学(富山県)
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      2012-09-13
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      植松卓威
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      電子情報通信学会 ソサイエティ大会
    • Place of Presentation
      富山大学(富山県)
    • Year and Date
      2012-09-13
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] 1次元フォトニック結晶結合共振器導波路の非線形特性評価2012

    • Author(s)
      牧野俊太郎
    • Organizer
      電子情報通信学会 ソサイエティ大会
    • Place of Presentation
      富山大学(富山県)
    • Year and Date
      2012-09-13
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] フォトニック結晶微小共振器設計のための3次元ベクトル有限要素法ソルバの開発2012

    • Author(s)
      石坂雄平
    • Organizer
      電子情報通信学会 エレクトロニクスシミュレーション研究会
    • Place of Presentation
      北海道大学(北海道)
    • Year and Date
      2012-07-27
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Transmission characteristics of crossing slot-waveguides with finite core-height2012

    • Author(s)
      Yuhei Ishizaka
    • Organizer
      Opto Electronics and Communications Conference
    • Place of Presentation
      BEXCO (Korea)
    • Year and Date
      2012-07-06
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Remarks] 研究室のwebページ

    • URL

      http://icp.ist.hokudai.ac.jp

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Remarks] 個人のwebページ

    • URL

      http://y-ishizaka.net

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Remarks]

    • URL

      http://y-ishizaka.net/

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Remarks]

    • URL

      http://www.ist.hokudai.ac.jp/

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Remarks]

    • URL

      http://y-ishizaka.net/

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Remarks]

    • URL

      http://www.ist.hokudai.ac.jp/

    • Related Report
      2012 Annual Research Report

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Published: 2013-04-25   Modified: 2024-03-26  

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