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Construction of high-resolution three-dimensional imaging techhnology using semiconductor optical phased array

Research Project

Project/Area Number 22KJ0885
Project/Area Number (Other) 22J12841 (2022)
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeMulti-year Fund (2023)
Single-year Grants (2022)
Section国内
Review Section Basic Section 30020:Optical engineering and photon science-related
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

小松 憲人  東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2023-03-08 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
Fiscal Year 2023: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2022: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywordsメタサーフェス / コヒーレント受信器 / ナノフォトニクス
Outline of Research at the Start

光フェーズドアレイは三次元光イメージング用途で活用が期待されている半導体素子である。本研究では従来のビーム走査とは異なる、ランダム照明を利用した方式で光フェーズドアレイによる高精細な三次元イメージングを実証することを目的とし、実用化へ向けた複数の課題を解決することを目指す。
加えて、光フェーズドアレイと同様の光波面制御素子である誘電体メタサーフェスを用い、光通信用受信器を高性能化する研究を行っている。提案する構造は従来よりも小型化が可能で、空間方向の自由度を活用する空間多重通信に容易に適用可能である。メタサーフェス素子を作製し、世界初の表面入射型空間多重コヒーレント受信器の実証を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では光フェーズドアレイの活用を中心に当初検討を進めたが、その過程で同様の光波面制御素子である誘電体メタサーフェスが有用であると明らかになり、方針を転換して研究を推し進めた。メタサーフェスは2次元平面内の偏波、位相を任意に制御できる垂直入射型素子で、レンズやホログラフィといったイメージング分野を中心に広く研究が行われている。私はメタサーフェスの光通信応用に着目し、前年度までにコンパクトかつ空間多重化に対してスケーラブルな偏波多重コヒーレント受信器を提案し、設計・作製したメタサーフェスの基礎特性を評価した。
本年度はまず作製したメタサーフェスを用いてコヒーレント受信器を構築し、伝送実証を行った。マルチコアファイバを用いた空間多重伝送として、4個のコアからの信号を1枚のメタサーフェスで同時に受信することに成功した。これはマルチコアファイバからの偏波多重信号を同時に受信した初めての実証である。この成果は光通信分野のトップカンファレンスの一つECOC (European Conference on Optical Communications)の最難関セッション(ポストデッドラインセッション)に採択され、口頭発表した。
さらに、メタサーフェスの高い偏波変換性能を最大限活用した、局部発信器(LO: local oscillator)の偏波状態に依存しないコヒーレント受信器を初めて提案し、実証した。理論的な解析により、LO偏波状態に受信感度が依存しない受信器が構成可能であること、さらにメタサーフェス1枚で実現可能なことを初めて明らかにし、作製したメタサーフェスを用いて実験的に示した。こちらも光通信のトップカンファレンスOFC (Optical Fiber Communications Conference)のポストデッドラインセッションに採択され、口頭発表した。

Report

(2 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Annual Research Report
  • Research Products

    (22 results)

All 2024 2023 2022

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 1 results) Presentation (16 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Invited: 3 results) Patent(Industrial Property Rights) (2 results)

  • [Journal Article] Fabrication and Demonstration of Large-Scale Integrated Optical Phased Array on InP2024

    • Author(s)
      小松 憲人、中野 義昭、種村 拓夫
    • Volume
      J107-C
    • Issue
      3
    • Pages
      68-76
    • DOI

      10.14923/transelej.2023JCI0008

    • ISSN
      1881-0217
    • Year and Date
      2024-03-01
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Scalable Multi-Core Dual-Polarization Coherent Receiver Using a Metasurface Optical Hybrid2024

    • Author(s)
      Komatsu Kento、Soma Go、Ishimura Shota、Takahashi Hidenori、Tsuritani Takehiro、Suzuki Masatoshi、Nakano Yoshiaki、Tanemura Takuo
    • Journal Title

      Journal of Lightwave Technology

      Volume: - Issue: 11 Pages: 1-10

    • DOI

      10.1109/jlt.2024.3374336

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Comparative analysis of speckle-based single-pixel imaging using uniform and non-redundant optical phased arrays2022

    • Author(s)
      T. Fukui, K. Komatsu, Y. Nakano, and T. Tanemura
    • Journal Title

      Journal of the Optical Society of America A

      Volume: 39 Issue: 12 Pages: 2325-2325

    • DOI

      10.1364/josaa.476683

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 半導体光フェーズドアレイ素子を用いた高分解イメージング2022

    • Author(s)
      種村拓夫, 福井太一郎, 小松憲人, 中野義昭
    • Journal Title

      レーザー研究

      Volume: 50 Pages: 463-467

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Metasurface-based coherent receiver insensitive to LO polarization2024

    • Author(s)
      Kento Komatsu, Shota Ishimura, Chun Ren, Go Soma, Hidenori Takahashi, Takehiro Tsuritani, Masatoshi Suzuki, Yoshiaki Nakano, Takuo Tanemura
    • Organizer
      Optical Fiber Communication Conference (OFC)
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      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] FIFO-free 4-core dual-polarization optical hybrid using a single dielectric metasurface2023

    • Author(s)
      Kento Komatsu, Go Soma, Shota Ishimura, Hidenori Takahashi, Takehiro Tsuritani, Masatoshi Suzuki, Yoshiaki Nakano, Takuo Tanemura
    • Organizer
      European Conference on Optical Communications (ECOC)
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      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Surface-normal dual-polarization coherent receiver using dielectric metasurface2023

    • Author(s)
      Kento Komatsu, Go Soma, Keigo Mizukami, Shota Ishimura, Hidenori Takahashi, Masatoshi Suzuki, Yoshiaki Nakano, Takuo Tanemura
    • Organizer
      Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] メタサーフェスによるLO偏波無依存コヒーレント受信器2023

    • Author(s)
      小松憲人, 石村昇太, 任淳, 相馬豪, 高橋英憲, 釣谷剛宏, 鈴木正敏, 中野義昭, 種村拓夫
    • Organizer
      電子情報通信学会総合大会
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      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] [特別招待講演]誘電体メタサーフェスを用いた4コア偏波多重光ハイブリッドの実証2023

    • Author(s)
      小松憲人, 相馬豪, 石村昇太, 高橋英憲, 釣谷剛宏, 鈴木正敏, 中野義昭, 種村拓夫
    • 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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      2023 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Surface-normal multi-core coherent receiver based on dielectric metasurface2023

    • Author(s)
      Kento Komatsu, Go Soma, Yoshiaki Nakano, Takuo Tanemura
    • Organizer
      The University of Tokyo & Tsinghua University the 8th Joint Symposium 2023
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      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] メタサーフェスによる空間・偏波多重コヒーレント受信器の実証2023

    • Author(s)
      小松憲人, 相馬豪, 石村昇太, 高橋英憲, 釣谷剛宏, 鈴木正敏, 中野義昭, 種村拓夫
    • Organizer
      電子情報通信学会ソサイエティ大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] メタサーフェスを用いた垂直入射型コヒーレント受信器2023

    • Author(s)
      小松憲人, 相馬豪, 中野義昭, 種村拓夫
    • Organizer
      日本学術会議公開シンポジウム「光がもたらす未来社会~ICOの新たな発展に向けて~」
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      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Surface-Normal Dual-Polarization Coherent Receiver Using Dielectric Metasurface2023

    • Author(s)
      Kento Komatsu, Go Soma, Keigo Mizukami, Shota Ishimura, Hidenori Takahashi, Masatoshi Suzuki, Yoshiaki Nakano, Takuo Tanemura
    • Organizer
      Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 高感度偏光イメージングに向けたメタサーフェス偏光計2023

    • Author(s)
      相馬豪, 小松憲人, 任淳, 中野義昭, 種村拓夫
    • Organizer
      第70回応用物理学会春期学術講演会
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 非冗長光フェーズドアレイを用いた高分解能ビーム偏向2023

    • Author(s)
      福井太一郎, 田之村亮汰, 小松憲人, 山下大之, 高橋俊, 中野義昭, 種村拓夫
    • Organizer
      第70回応用物理学会春期学術講演会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Design and Fabrication of Metasurface for Surface-Normal Dual-Polarization Coherent Receiver2022

    • Author(s)
      Kento Komatsu, Go Soma, Keigo Mizukami, Yoshiaki Nakano, Takuo Tanemura
    • Organizer
      The University of Tokyo & Tsinghua University the 7th Joint Symposium 2022
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 垂直入射型偏波多重コヒーレント受信器に向けたメタサーフェスの設計と試作2022

    • Author(s)
      小松憲人, 相馬豪, 水上慧吾, 石村昇太, 中野義昭, 種村拓夫
    • Organizer
      Photonics Device Workshop 2022
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Scalability of Non-Redundant Optical Phased Array for Speckle-based Single-Pixel Imaging2022

    • Author(s)
      Taichiro Fukui, Kento Komatsu, Yoshiaki Nakano, Takuo Tanemura
    • Organizer
      27th OptoElectronics and Communications Conference / International Conference on Photonics in Switching and Computing (OECC/PSC 2022)
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      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Ultra-High-Resolution Beam Steering using Non-Redundant Optical Phased Array2022

    • Author(s)
      Taichiro Fukui, Ryota Tanomura, Kento Komatsu, Daiji Yamashita, Shun Takahashi, Yoshiaki Nakano, Takuo Tanemura
    • Organizer
      Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO 2022)
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      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 高分解イメージングに向けた光集積フェーズドアレイ2022

    • Author(s)
      種村拓夫, 小松憲人, 福井太一郎, 中野義昭
    • Organizer
      第163回微小光学研究会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Patent(Industrial Property Rights)] コヒーレント光受信器2024

    • Inventor(s)
      小松憲人, 種村拓夫, 相馬豪
    • Industrial Property Rights Holder
      小松憲人, 種村拓夫, 相馬豪
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2024
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 光学デバイス,受信モジュール及びコヒーレント受信器2023

    • Inventor(s)
      相馬豪, 種村拓夫, 小松憲人
    • Industrial Property Rights Holder
      相馬豪, 種村拓夫, 小松憲人
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2023
    • Related Report
      2023 Annual Research Report

URL: 

Published: 2022-04-28   Modified: 2024-12-25  

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