| Project/Area Number |
22K14624
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 30020:Optical engineering and photon science-related
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (2023)
Institute of Physical and Chemical Research (2022) |
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Principal Investigator |
Yamashita Daiki 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究員 (40858099)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
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| Keywords | シリコンフォトニクス / 二次元材料 / 光スイッチ / フォトニック結晶 / 微小共振器 |
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| Outline of Research at the Start |
近年，ますます増加していく情報通信量を背景に，より高速で省エネな次世代光通信技術の重要性が高まっている．本研究では，二次元層状半導体を屈折率変調材料に用いた微小光共振器による新しい光スイッチデバイスの研究に取り組む．微小光共振器上に積載した二次元層状半導体にレーザーを照射し，光吸収キャリアによる屈折率変調を起こして共振器の共振波長をシフトさせることでスイッチングを行う．大きな屈折率変調が可能な材料と，それを最大化する共振器構造を組み合わせることで，高速かつ省エネで動作する光スイッチデバイスを実証したい．
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| Outline of Final Research Achievements |
This study aimed to create a high-speed and energy-efficient optical switch using two-dimensional layered semiconductors. We achieved this by utilizing refractive index modulation induced by photo-absorbed carriers when a laser is directed onto two-dimensional materials on a micro-optical resonator. Initially, we developed a device that could modulate the refractive index while maintaining the Q-factor of a silicon photonic crystal nanobeam optical resonator. Subsequently, we assessed the characteristics of the optical switch operation and examined the dynamics of photo-generated carriers. Using the two-dimensional material MoTe2, we successfully produced a device capable of achieving a high-speed switching time of 33ps and demonstrated energy efficiency, requiring only about 200~300fJ for switching energy. This research has the potential to contribute to the advancement of future communication technologies.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
本研究の意義は、シリコンフォトニックデバイスに新しい機能性材料である二次元材料を集積し、ハイブリッドデバイスを開発することで、シリコンの材料限界を超えた高速・省エネ光スイッチングを実証したことです。具体的には、二次元層状半導体を屈折率変調材料として用いた微小共振器型光スイッチの研究を行い、大きな屈折率変調が可能な材料とそれを最大化する共振器構造を組み合わせることで、従来の同型の光スイッチデバイスを超える性能を実現しました。この研究により、将来の通信技術の発展に寄与することが期待されます。
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