フォトニック結晶導波路での超高速動的スローライトチューニングとその応用

私が昨年までに研究してきた逆伝搬スローライト系と、アレイ化された二光子吸収フォトダイオード (Two-Photon-Absorption Photodiode: TPA-PD) を組み合わせたオンチップの光相関計の研究を進めた。これは、TPA-PDをアレイ状に形成したPCWの両端から光パルスを同時入力すると、入力パルス波形を反映した光電流分布が生じ、光パルス波形を観測できるというものである。提案したオンチップ光相関計を設計し、実際にCMOSプロセスにより製作した。提案デバイスは構成・動作原理ともにシンプルで、高い歩留まりを確認した。これはオンチップ光相関計の実用化、低価格化、信頼性向上にとって重要な結果である。製作したデバイスを用いて相関波形観測を実験し、半値全幅1～10psのパルスの相関波形の観測に成功した。パルス幅の測定範囲はデバイスの設計により0.1～100ps程度まで変えられると考えられ、さまざまな利用状況に対応可能である。ところで、光相関計には周期的でない単発の光パルスを観測できるシングルショット光相関計があるが、従来市販されているものではメガワット級のハイパワーパルスしか波形観測できない難点があった。本デバイスもシングルショット観測が可能な構成であるが、PCWの強い光閉じ込めとスローライトの非線形増大効果によりTPA-PDを高感度化でき、従来型と比較して1千万倍（パルスピークパワーと平均パワーの積で評価）の高感度波形観測を実現した。さらに、初期的な実証実験でありながらも比較的高い精度での相関波形観測を確認しており、今後、ファイバー接続やPD電流読み出し用の電子回路などの実装ができれば、近い将来に実用化できると考えている。これを実用化できると、従来ボックスサイズであった光相関計をチップサイズにまで小型化できる。

私が昨年までに研究してきた逆伝搬スローライト系と、アレイ化された二光子吸収フォトダイオード (Two-Photon-Absorption Photodiode: TPA-PD) を組み合わせたオンチップの光相関計の研究を進めた。これは、TPA-PDをアレイ状に形成したPCWの両端から光パルスを同時入力すると、入力パルス波形を反映した光電流分布が生じ、光パルス波形を観測できるというものである。提案したオンチップ光相関計を設計し、実際にCMOSプロセスにより製作した。提案デバイスは構成・動作原理ともにシンプルで、高い歩留まりを確認した。これはオンチップ光相関計の実用化、低価格化、信頼性向上にとって重要な結果である。製作したデバイスを用いて相関波形観測を実験し、半値全幅1～10psのパルスの相関波形の観測に成功した。パルス幅の測定範囲はデバイスの設計により0.1～100ps程度まで変えられると考えられ、さまざまな利用状況に対応可能である。ところで、光相関計には周期的でない単発の光パルスを観測できるシングルショット光相関計があるが、従来市販されているものではメガワット級のハイパワーパルスしか波形観測できない難点があった。本デバイスもシングルショット観測が可能な構成であるが、PCWの強い光閉じ込めとスローライトの非線形増大効果によりTPA-PDを高感度化でき、従来型と比較して1千万倍（パルスピークパワーと平均パワーの積で評価）の高感度波形観測を実現した。さらに、初期的な実証実験でありながらも比較的高い精度での相関波形観測を確認しており、今後、ファイバー接続やPD電流読み出し用の電子回路などの実装ができれば、近い将来に実用化できると考えている。これを実用化できると、従来ボックスサイズであった光相関計をチップサイズにまで小型化できる。