光磁気変換を用いたシリコン導波路型光メモリの開発

利用磁光转换开发硅波导光学存储器

• 批准号: 20J11225
• 负责人: 村井 俊哉
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J11225/
• 关键词: シリコンフォトニクス; 磁気光学; 光導波路; 光メモリ; 磁気光学材料

本年度は、導波路型磁気光学メモリの実現に向けて、記録動作に関する検証をさらに進めた。また、記録と再生動作の両方が可能なメモリの設計を行った。前年度までに、記録層用の薄膜磁石CoFeBを堆積したシリコン導波路サンプルを作製し、CW光を用いて光導波路を介したキュリー点記録に初めて成功していた。本年度はメモリの記録動作に関する検討をさらに進め、CW光の代わりに光パルスを用いたキュリー点記録を検証した。その結果、CW光のみならず、パルス幅50ns、ピークパワー50mWの光パルスを用いたキュリー点記録に成功した。キュリー点記録に必要な光エネルギーや速度は導波路上の薄膜磁石のサイズを小さくすることで削減することができ、シミュレーション結果から、0.45マイクロメートル×2マイクロメートル サイズの薄膜磁石を用いることでピークパワー30mW、パルス幅1nsの光パルスでもキュリー点記録が実現できることを示した。この結果は国際会議OFCにおいて発表済みした。また、Optics Expresss誌に採択済みで、その内容をEditorから評価されたことからプレスリリースされる予定である。続いて、記録と再生動作の両立が可能な磁気光学メモリの設計を進めた。当初検討していた構造では、リング共振器上に光吸収が大きな記録材料を配置していたためにリング共振器のQ値が大幅に低下し、良好な消光比を得るのは困難であった。そこでリング共振器の外側に再生光を入力する導波路とは別の記録用の導波路を設け、その上に記録材料を配置し、外側からリング共振器下の再生層を磁化可能な構造を提案した。新しく提案した構造を用いることで消光比20dB以上のメモリ動作が実現可能であることを示した。

今年，我们进一步对记录操作进行了进一步的验证，以准备实现波导型磁电光记忆。此外，设计了能够进行录音和播放操作的内存。到上一年，用薄膜磁铁COFEB制造了硅波导样品，用于记录层，这是他们首次使用CW Light成功地通过光学波导成功执行了Curie Point录制。今年，我们进一步研究了使用光脉冲而不是CW Light验证记录记录操作并验证了Curie点记录。结果，不仅使用CW光，而且还使用了脉冲宽度为50 ns的光脉冲和峰值功率为50 mW的光脉冲成功。可以通过减小波导上的薄膜磁铁的大小来降低居里点记录所需的光能和速度，并且模拟结果表明，使用0.45微米x 2微米的薄膜磁铁尺寸即使具有30 mW峰值的峰值功率，也可以实现Curie Point的尺寸，即使具有光学脉冲的脉冲和1 ns的峰值脉冲。结果已在国际OFC国际会议上宣布。 Optics Expresss杂志也选择了它，并且编辑已经评估了内容，因此新闻稿将发布。接下来，我们开始设计一个可以实现记录和繁殖操作的磁光记忆。在最初研究的结构中，将带有高光吸收的记录材料放在环谐振器上，因此环谐振器的Q值显着降低，因此很难获得良好的灭绝比。因此，在环谐振器外提供了记录波导，与波导分开以输入再生光，并在其上放置了记录材料，并且能够从外部从外部磁性谐振器下磁化的复制层进行磁化。已经表明，使用新提出的结构可以实现以20dB或更高的灭绝比实现存储器操作。

项目成果

Light-induced thermomagnetic recording of thin-film magnet CoFeB on silicon waveguide for on-chip magneto-optical memory

用于片上磁光存储器的硅波导薄膜磁体 CoFeB 的光致热磁记录

• DOI: 10.1364/oe.448460
• 发表时间: 2022
• 期刊: Opt. Express
• 作者: Shuyuan Liu;Zhu Liang;Mario A. Serrano-Nunez;Toshiya Murai
• 通讯作者: Toshiya Murai

Magneto-Optical Isolator and Self-Holding Optical Switch Integrated with Thin-Film Magnet

• DOI: 10.1364/cleo_si.2020.stu3o.2
• 发表时间: 2020-05
• 期刊: 2020 Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO)
• 作者: T. Murai;Y. Shoji;N. Nishiyama;T. Mizumoto

Magneto-Optical Microring Switch Based on Amorphous Silicon-on-Garnet Platform for Photonic Integrated Circuits

• DOI: 10.1587/transele.2019ocp0003
• 发表时间: 2020-11
• 期刊: IEICE Trans. Electron.
• 作者: T. Murai;Y. Shoji;N. Nishiyama;T. Mizumoto

不揮発光ゲートスイッチと畳み込みニューラルネットワーク応用

非易失性发光门开关与卷积神经网络应用

• 发表时间: 2020
• 作者: Murai Toshiya;Shoji Yuya;Nishiyama Nobuhiko;Mizumoto Tetsuya;Yuya Shoji;Yuki Hara;Shun Yajima;Shun Yajima;庄司 雄哉;矢島 駿;Shuyuan Liu;庄司 雄哉;谷口 翔平;Yuya Shoji;Zhu Liang;Yisheng Ni;庄司 雄哉;矢島 駿;峰村 大輝;Toshiya Murai;Daiki Minemura;Shuyuan Liu;Shun Yajima;Yuki Hara;谷口翔平;丹下湧斗;村井俊哉;Shuyuan Liu;峰村大輝;ラネプラヒュウェッジネランジト;矢島駿;峰村大輝;Tetsuya Mizumoto;Tetsuya Mizumoto;Toshiya Murai;矢島駿;原雄基;Ryota Yokoi;Daiki Minemura;村井俊哉;村井俊哉;庄司雄哉
• 通讯作者: 庄司雄哉

Light-induced Thermomagnetic Recording of Ferromagnetic Thin-film on Silicon Waveguide for Solid-State Magneto-Optical Memory

用于固态磁光存储器的硅波导上铁磁薄膜的光感热磁记录

• 发表时间: 2022
• 作者: Murai Toshiya;Shoji Yuya;Nishiyama Nobuhiko;Mizumoto Tetsuya;Yuya Shoji;Yuki Hara;Shun Yajima;Shun Yajima;庄司 雄哉;矢島 駿;Shuyuan Liu;庄司 雄哉;谷口 翔平;Yuya Shoji;Zhu Liang;Yisheng Ni;庄司 雄哉;矢島 駿;峰村 大輝;Toshiya Murai
• 通讯作者: Toshiya Murai