Multiplexed transmission of polarization modulation signal using all-optical precession of magnetization of magnetic spin

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16K04927
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 西林 一彦 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 特任研究員 (20361181)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 磁気光学効果 / 導波路 / 磁性体

Outline of Annual Research Achievements

磁性金属薄膜と光結合したリッジ型導波路中の伝搬光における磁気光学効果の発生過程のシミュレーションを、複屈折率テンソルを含むビーム伝搬法(BPM)計算により行った。導波路の設計では、有効なBPM計算を行うためコア/クラッドの比屈折率差を数%以下とした。具体的には屈折率が僅かに異なる合成石英光から成るリッジ型導波路(リッジ幅:2μm、高さ:0.5μm)のコア上に、磁性ガーネットを基にした仮想的な磁性薄膜(厚さ:50nm、磁気光学極カー回転:～0.1度)を設置し、0次モードに対してBPM計算を行った。その結果、磁気光学効果はモード伝搬の初期において磁性薄膜近傍からモードの分布全体へと広がる事が示された。一方で、伝搬長40μmにおける偏波面回転角度の計算値は前年度CoPd/GaAs/AlAs/GaAs導波路構造で得た実験値(数度)より1-2桁小さかった。この構造は大きな比屈折率差のためBPMを適用できず、計算値と実験値の大きな差異がBPMの計算原理によるものか今後検討する必要がある。
磁性体と光結合したモード分割型Y分岐路を用いた、局所的な磁化反転による磁気光学信号のモード選択的多重伝送の原理検証をBPMを用いて行った。計算には上記で用いた材料をもつ埋め込み型の導波路を用いた。Y分岐路は磁性体薄膜と光結合した入力部(WG1)を、磁性薄膜がなくコア層幅の異なる二つの出力部(WG2,3)に分岐させ構造の最適化を行った。その結果、WG1の局所的磁化反転により、その0、1次モードの磁気光学信号をそれぞれWG2,3へモード選択的に分配できる事を示した。分配効率は局所磁化と各モードの結合効率(磁性体直下のモードの分布割合)の割合に依存し、モード分布・形状の設計が必要であることが分かった。