ナノ光集積回路内部の近接場光エネルギーの伝送機構解明と外部回路との結合法の研究

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14350033
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 大津 元一 東京工業大学, 総合理工学研究科, 教授 (70114858)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 興梠 元伸 東京工業大学, 総合理工学研究科, 助手 (10251662)
• Keywords: 近接場光 / 光スイッチ / パルス光 / 導波路 / プラズモン / エッチング / 光集積回路

Research Abstract

【1】ナノ光集積回路内部の近接場光エネルギーの伝送機構解明
近接場光エネルギーの移動機構を定量的に解明するための標準試料として、CuCl量子ドットを用い、パルスレーザー光を照射して近接場光を発生させ、微弱な発光測定を行い、大きさ比が1:√2である近接する2つの量子ドットの共鳴エネルギー準移間の移動の時間応答特性を評価した。その結果、約90ピコ秒でのエネルギー移動が観測された。さらに大きさ比が1:√2:2である近接する3つの量子ドットの共鳴エネルギー準移間の近接場光エネルギー移動を使って、ナノ光スイッチの動作を確認した。特に制御信号を印加した瞬間の出力信号の立ち上がり、発ち下がり時間が各々50〜90ピコ秒、1〜2ナノ秒であることを測定した湯川ポテンシャル理論を適用して上記の時間応答特性の実験結果と比較しながら解析した結果、近接場光エネルギー伝送によるスイッチングの立ち上がり時間は近接場光ラビ周波数の逆数により決まること、立ち下がり時間はエネルギー伝送のコヒーレンス効果に起因することを見出した。こらの時間は量子ドット間距離の減少によって短縮することができることを見出した。
【2】外部回路との結合
異方性エッチング技術によりシリコン基板をくさび形に加工し、その上に金薄膜を蒸着して、幅150ナノメートルのプラズモン導波路を製作した。底面からの光照射、導波路斜面での2次元プラズモン発生、端部での1次元プラズモン波動への変換を経て、TMプラズモンが導波路に伝送させることができた。伝搬長さは3ミクロン以上であり、当初の目的を満たすことが確認された。次に微粒子を複数配置して0次元プラズモンを励起するために、寸法、位置制御性の優れた微粒子配列作成法として、近接場光アシストによる化学エッチングの方法を考案した。シリコンに対してこれを適用したところ、近接場光照射時に数ナノメートル直径のシリコンナノ微粒子が、ピラミッド状に加工したシリコン基板の稜線部分に配列して作製されたことが確認された。

Research Products

• [Publications] Y.Yamamoto, M.Kourogi, M.Ohtsu, G.H.Lee, T.Kawazoe: "Lateral Integration of Zn and Al dots with Nanometer-Scale Precision by Near Field Optical Chemical Vapor Deposition Using a Sharpened Optical Fiber"IEICE Transactions on Electronics. E85-C.12. 2081-2085 (2002)
• [Publications] J.Lim, T.Kawazoe, T.Yatsui, M.Ohtsu: "Fabrication of a Ferromagnetic-Coated Fiber Probe with a Double-Layer Structure"IEICE Transactions on Electronics. E85-C.12. 2077-2080 (2002)
• [Publications] 大津元一: "ナノフォトニクス"電子情報通信学会誌. 85.11. 834-838 (2002)
• [Publications] 大津元一, 小林潔: "近接場光の基礎"オーム社. 252 (2003)