| 研究概要 |
近年注目のフォトニック結晶スラブ導波路(PC-WG)は、強い光局在化や低群速度利用による光非線形・超小型・超高速・超低エネルギー光デバイスに有望である。筆者らはこれまでGaAs系PC-WG中のInAs-QD(量子ドット)のキャリア実励起型光非線形効果を用いてSMZ(対称マッハ・ツェンダー)型全光スイッチ(PC-SMZ)を実現した(エネルギー:〜100fJ、スイッチ速度:数10ps)。今後、更なる高集積化・低エネルギー化には、1.55μmに対してAlGaAsを用いた仮想励起型(非実励起)多光子過程の利用が有望である。
本研究では、この様にキャリアの実励起回避が可能な光カー効果に基づく自己および相互位相変調(SPMおよびCPM)、格子振動による誘導ラマン散乱(SRS)などの非線形光学現象を観測し、超低エネルギー動作が可能な光-光スイッチや光増幅素子実現のための基礎研究を行った。1年目(18年度)は、Al_<0.26>Ga_<0.74>As系PC-WG(格子定数:444nm、コア厚:260nm、全長:1mm)を作製し、1.55μm帯におけるSPMの観測に成功した。即ち、パルス幅1.6ps、繰り返し80MHzの入射光で、SPM特有の2つのピークに分裂したスペクトル広がりを有する透過光が得られた(位相シフト量:約1.3π/1mm長・2.1W)。本研究の2年目(19年度)は、光の発生・増幅・波長変換などの応用を目指したSRSの観測に成功した。即ち、自然放出ラマン散乱実験での散乱効率と量子論的計算から、本構造で10dBの増幅利得を予測した。更に、ポンプープローブ法(1,537nm、1,605mm)で、SRSプローブ光の増幅強度とポンプ光の強度・波長依存性を求め、SRSによる増幅現象を確認できた。本研究における非線形光学効果の研究成果は、次世代超高速フォトニック・ネットワークの超小型・低エネルギー・超高速光-光スイッチや光増幅器などに貢献する。
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