高精度時刻周波数同期に向けたオンチップ絶対位相制御電気光学変調コムの創製

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20H00357
• Research Institution: Nihon University
• Principal Investigator: 石澤 淳 日本大学, 生産工学部, 教授 (30393797)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高 磊 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, 主任研究員 (40650429) ; 徐 学俊 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, フロンティア機能物性研究部, 主任研究員 (80593334) ; Cong Guangwei 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, 主任研究員 (20470049) ; 山田 浩治 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, 総括研究主幹 (50574927) ; 西川 正 東京電機大学, 工学部, 教授 (20374069) ; 山本 宗継 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, 研究主幹 (00358285) ; 赤塚 友哉 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 量子科学イノベーション研究部, 主任研究員 (90548257) ; 今井 弘光 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 量子科学イノベーション研究部, 主任研究員 (00649551)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 光周波数コム / 電気光学変調 / スーパーコンティニューム光発生 / シリコンフォトニクス

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は，超高速光技術とシリコンフォトニクス技術を融合させることで電気光学変調コムをオンチップ集積し，超高精度にマイクロ波と光波を直接変化することができる周波数変換ギアとして光周波数からマイクロ波あるいはその逆方向に，高度に制御することにより，従来の光シンセサイザーの枠組みを超えて光を起点として任意の周波数の電磁波(サブPHｚからkHz迄)が発生な可能な“光RFシンセサイザー”を開拓することである．令和4年度はシリコン変調器を用いて，繰り返し周波数が6-25 GHzまで周波数可変可能なEOコムの発生に成功した．Si変調器へのマイクロ波信号強度の最適化，光結合の光学系見直し等を行い，高効率なEOコム発生を実現した．光コムスペクトル帯域としては125 GHzまで帯域拡張した．しかし，光コムのスペクトル帯域幅は短パルス化して非線形効果を起こすには不十分であったため，令和5年度は光コムの帯域幅拡大の実現を目指す．また，Er添加した単結晶酸化希土類(Rare-Earth Oxide, REO)薄膜導波路中光ポンピングによる信号増強のEr濃度依存性を調べた.その結果，Erイオン同士のエネルギー移動によるポピュレーション損失が光利得の制約メカニズムということが明らかにした．また，レーザーを実現するため高Q値なマイクロリング共振器も実現した．更に，EOコムを用いた低雑音なマイクロ波発生には制御回路のフィードバック帯域の拡大が必要であることも見出し，光路長の短尺化を行った．広帯域光発生用の繰り返し周波数を低減する光ゲート(パルスピッカー)や高非線形ファイバを使用せず，波長分散制御を行うことで，全光ファイバーベース電気変調コムを用いた世界最短光パルス列となる25 GHz繰返しサブ24フェムト秒光パルス列発生に成功した．更に，この短パルス光をSiN細線導波路へ光結合することで2/3オクターブ帯域以上の広帯域光発生を実証した．

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

本年度はまだコロナウィルス感染対策が実施されており，研究活動に制限があったことや半導体などの材料不足で物品購入までの多くの日数を要したため，研究計画が予定通り進まなかった．しかし，次年度は，ほぼコロナウィルス感染症拡大前の研究活動ができるため，研究を加速できる．

Strategy for Future Research Activity

次年度は，シリコン変調器を多段化し，光コムの広帯域化を目指して電気光学変調コム発生用のシリコン変調器を確立させる．更に，新たな非線形導波路を用いた高効率な広帯域発生にも挑戦する．

Research Products

• [Journal Article] Spatially resolved multimode excitation for smooth supercontinuum generation in a SiN waveguide (2023)
  • Author(s): Kou Rai、Ishizawa Atsushi、Yoshida Koki、Yamamoto Noritsugu、Xu Xuejun、Kikkawa Yugo、Kawashima Kota、Aihara Takuma、Tsuchizawa Tai、Cong Guangwei、Hitachi Kenichi、Nishikawa Tadashi、Oguri Katsuya、Yamada Koji
  • Journal Title: Optics Express Volume: 31 Pages: 6088～6088
  • DOI: 10.1364/OE.478481
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Creation of a high-resolution atomic frequency comb and optimization of the pulse sequence for high-efficiency quantum memory in ¹⁶⁷Er:Y₂SiO₅ (2022)
  • Author(s): Yasui S.、Hiraishi M.、Ishizawa A.、Omi H.、Inaba T.、Xu X.、Kaji R.、Adachi S.、Tawara T.
  • Journal Title: Optics Continuum Volume: 1 Pages: 1896～1896
  • DOI: 10.1364/OPTCON.457429
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 非同期光サンプリング法(ASOPS)を用いた低ノイズな時間分解反射率計測 (2023)
  • Author(s): 日達 研一，石澤 淳，石川 憲治，眞田 治樹，小栗 克弥
  • Organizer: 2023年第70回応用物理学会春季学術講演会
• [Presentation] 表面弾性波を用いたErイオンのフォノンアシスト光励起 (2023)
  • Author(s): 太田 竜一，Lelu Gregoire，徐 学俊，稲葉 智宏，日達 研一，谷保 芳孝，眞田 治樹，石澤 淳，俵 毅彦，小栗 克弥，山口 浩司，岡本 創
  • Organizer: 2023年第70回応用物理学会春季学術講演会
• [Presentation] シリコン系高集積材料によるスーパーコンティニューム光発生の広帯域化 (2023)
  • Author(s): 高 磊，石澤 淳，山田 浩治
  • Organizer: レーザー学会学術講演会第43回年次大会
  • Invited
• [Presentation] 光音響計測における低周波数領域の計測雑音 (2023)
  • Author(s): 石川憲治，白木善史，守谷健弘, , 石澤淳, 日達研一, 小栗克弥
  • Organizer: 日本音響学会
• [Presentation] 通信波長帯 Atomic Frequency Comb による Time bin qubit の 量子メモリ実証 (2023)
  • Author(s): 安井 翔一郎，日達 研一，尾身 博雄，稲葉 智宏，Xu Xuejun，眞田 治樹，鍜治 怜奈，足立 智，俵 毅彦
  • Organizer: 2023年第70回応用物理学会春季学術講演会
• [Presentation] Toward ultra-low-noise measurement of sound by optical interferometry (2022)
  • Author(s): Kenji ISHIKAWA, Yoshifumi SHIRAKI, Takehiro MORIYA, Atsushi ISHIZAWA, Kenichi HITACHI, Katsuya OGURI
  • Organizer: 24th International Congress on Acoustics
  • Invited
• [Presentation] 光学的音響計測における計測雑音 (2022)
  • Author(s): 石川憲治, 白木善史, 守谷健弘, 石澤淳, 日達研一, 小栗克弥
  • Organizer: 日本音響学会
• [Presentation] 表面弾性波を用いたEr光励起の制御 (2022)
  • Author(s): 太田 竜一, 徐 学俊, 稲葉 智宏, 眞田 治樹, 石澤 淳, 俵 毅彦, 小栗 克弥, 岡本 創
  • Organizer: 2022年第83回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] Comb Transfer 法による Atomic Frequency Comb 量子メモリの高効率化 (2022)
  • Author(s): 安井 翔一郎, 平石 真也, 石澤 淳, 尾身 博雄, 稲葉 智宏, Xu Xuejun, 鍜治 怜奈, 足立 智, 俵 毅彦
  • Organizer: 2022年第83回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] 通信波長帯25 GHz繰り返しシリコン電気光学変調コム発生 (2022)
  • Author(s): 吉川 優剛, 石澤 淳, 徐 学俊, コン グァンウェイ, 高 磊, 吉田 光貴, 日達 研一, 山本 宗継, 西川 正, 山田 浩治, 眞田 治樹, 小栗 克弥
  • Organizer: 2022年第83回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] Sub-30-fs all-fiber electro-optic comb at 1.5 um with 25GHz repetition rate (2022)
  • Author(s): Y. Kikkawa, A. Ishizawa, R. Kou, X. Xu, K. Yoshida, T. Tsuchizawa, T. Aihara, T. Nishikawa, G. Cong, K. Hitachi, N. Yamamoto, K. Yamada, K. Oguri
  • Organizer: CLEO-PR 2022
• [Presentation] Enhancement of supercontinuum generation with multimode excitation in silicon-nitride waveguide (2022)
  • Author(s): Koki Yoshida, Atsushi Ishizawa, Rai Kou, Xuejun Xu, Tai Tsuchizawa, Takuma Aihara, Yugo Kikkawa, Tadashi Nishikawa, Kenichi Hitachi, Guangwei Cong, Noritsugu Yamamoto, Koji Yamada, Katsuya Oguri
  • Organizer: CLEO-PR 2022
• [Presentation] Erbium-doped Rare-Earth Oxide Thin Film Waveguides for Integrated Quantum Photonic Devices (2022)
  • Author(s): Xuejun Xu, Masaya Hiraishi, Tomohiro Inaba, Tai Tsuchizawa, Atsushi Ishizawa, Haruki Sanada, Takehiko Tawara, Jevon Longdell, Katsuya Oguri, Hideki Gotoh
  • Organizer: CLEO-PR 2022
• [Presentation] Optical-phase-conjugation-based phase noise cancellation for fiber delivery of optical frequency reference (2022)
  • Author(s): Takeshi Umeki, Tomoya Akatsuka, Atsushi Ishizawa, Hiromitsu Imai, Takushi Kazama, Takahiro Kashiwazaki, Kei Watanabe, Katsuya Oguri, Ryoichi Kasahara
  • Organizer: CLEO-PR 2022
• [Presentation] Highly stable laser repeater system with frequency instability below 10-21 (2022)
  • Author(s): T. Akatsuka, H. Imai, K. Arai, H. Sakuma, A. Ishizawa, K. Oguri, T. Goh, T. Hashimoto, M. Takamoto, H. Katori, H. Gotoh, T. Sogawa
  • Organizer: CLEO-PR 2022
• [Presentation] Spectroscopic examination of optical coupling between erbium ions and microring resonators on Si-integrated on-chip devices (2022)
  • Author(s): Masaya Hiraishi, Tomohiro Inaba, Xuejun Xu, Haruki Sanada, Tai Tsuchizawa, Atsushi Ishizawa, Takehiko Tawara, Jevon Longdell, Katsuya Oguri, Hideki Gotoh
  • Organizer: Symposium 2022，The Dodd-Walls Centre
• [Presentation] 電気光学変調による光コムを用いた極低雑音マイクロ波発生 (2022)
  • Author(s): 石澤 淳, 西川 正, 高 磊, 日達研一, 小栗克弥
  • Organizer: 「光技術を用いた超低位相雑音マイクロ波～テラヘルツ波の発生技術」ワークショップ，IEEE PS Kansai Chapter
  • Invited
• [Presentation] Remarkable Improvement of Atomic-Frequency-Comb Memory Efficiency by Comb Transfer Method in 167Er3+:Y2SiO5 under Zero Magnetic Field (2022)
  • Author(s): Shoichiro Yasui, Masaya Hiraishi, Atsushi Ishizawa, Hiroo Omi, Tomohiro Inaba, Xuejun Xu, Reina Kaji, Satoru Adachi, Takehiko Tawara
  • Organizer: Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO 2022), FTh5L.5
• [Remarks] 日本大学 生産工学部 電気電子工学科 石澤研究室
  • URL: https://ishizawaatsushilabratory.on.drv.tw/www.mypage.jp/