2015 Fiscal Year Annual Research Report
オンチップ集積された光ナノ共振器間の結合形成と動的制御の実現
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14J03594
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
鴻池 遼太郎 京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2014-04-25 – 2017-03-31
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| Keywords | フォトニック結晶 / 光ナノ共振器 / 光回路 / 光転送 / 断熱的変化 / 光電子集積化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
光の波長程度の微細な周期構造をもつフォトニック結晶は、光場の制御により光の自在な操作が可能と期待されている。フォトニック結晶中に点欠陥領域を形成すると、その微小領域に光を閉じ込める光ナノ共振器が形成できる。光ナノ共振器においては光が強く局在するため、光バッファメモリや、光と物質との相互作用を利用した量子情報処理デバイス等への応用が期待される。これまで、本研究室においては単一の光ナノ共振器を用いた光操作を実証してきたが、一方で複数の光ナノ共振器をチップ上に形成し、それらの間で自在な光のやり取りを実現できれば、複数ビットを持つ光バッファメモリや、光パルスのルーティング等の新規光デバイスの実現が期待される。昨年度(平成26年度)において、チップ上に形成した2つの光ナノ共振器を結合させ、片側の光ナノ共振器に捕捉した光を、外部制御により任意のタイミングで他方へと転送する操作を実証した。一方で、本実証においては転送の効率が60%程度に制限されていた。転送効率を制限する要因として、共振器に捕捉された光が、外部制御に伴う自由キャリアによって吸収されることが挙げられる。そこで今年度(平成27年度)においては、2つの光ナノ共振器の間を、第3の共振器(制御用共振器)を介して結合させ、制御用共振器に外部制御を加える事で、光の吸収を大幅に抑制する方式を実証した。本方式においては光の分布と自由キャリアの分布の空間重なりを低減し、90%程度の高効率な光転送操作の実証に成功した。本成果においては外部制御としてレーザーパルス光による自由キャリア生成を用いた。一方で、制御機能の集積化の観点からはシリコンフォトニック結晶上に面内p-i-n構造を形成し、電気的な制御を行うことが望ましい。そこで今年度においては、フォトニック結晶と面内p-i-n構造の形成プロセスを確立し、その基礎特性の評価も行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本年度は次の3点での進展があったと考えている。
1. オンチップに形成した複数の光ナノ共振器の共振波長を、フォトニック結晶作製後に熱光学効果によって調整するためのマイクロヒータの形成プロセスの確立。
2. 波長の100倍以上離れた光ナノ共振器間での、任意タイミングかつ高効率(~90%)な光転送操作の実証。
3. フォトニック結晶構造と面内p-i-n構造の同時形成プロセスの確立と、基礎特性の評価。
この中で、特に1.の項目は当初予想していなかった成果であり、これによりチップ上に多数の光ナノ共振器を形成した際にも各共振器の共振波長を正確に調整することが可能となった。また、この成果により2.のような高効率な光転送操作を世界で初めて実証することに成功している。以上の成果により、現在までの進捗は当初の計画以上に進展していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在までにフォトニック結晶構造と面内p-i-n構造の同時形成が可能となり、またp-i-n構造に印加した電圧パルスによって光ナノ共振器の共振波長を動的に変化させられることを実証した。今後は、この技術を用いて、光ナノ共振器間での光転送操作を電気的な制御によって実証する。また、p-i-n構造による自由キャリアの注入/引き抜きを選択することで、2方向への選択的な光転送(スイッチング)操作を実証する。このような電気的な光操作が可能となると、チップ上に制御回路を集積することが可能であるため、光ナノ共振器を大規模に集積した光操作基盤の実現に近づくことができると期待される。このようなデバイスの応用の一つとして量子情報処理が考えられる。提案している光転送の方式は光の量子状態を崩さないため、単一光子等の光も転送することが可能と期待されており、今後は、このような単一光子の転送操作の可能性も検討する。
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Research Products
(5 results)
