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

フォトニック結晶は、光波長程度の微細構造によって光場を制御し、光を自在に操作することが可能と期待される人工結晶である。フォトニック結晶中に点欠陥を導入すると、その欠陥領域に光を強く閉じ込める光ナノ共振器が形成できる。光ナノ共振器は光を物質中に強く局在させることが可能であるため、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デバイス等への応用が期待される。このような多彩な応用をもつ光ナノ共振器をチップ上に複数形成し、それらの間での光のやりとりを自在に制御できれば、複数ビットをも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機能の実現が期待される。本研究では昨年度までに、物質内波長の100倍以上離れた光ナノ共振器間で自在なタイミングかつ高効率に光を転送する操作の提案および実証を行った。このような光操作を応用へと結びつけるためには、①より多彩な光操作の実現、および②多数共振器の同時制御が可能な方式の実現が必要となる。そこで本年度は、①より多彩な光操作の例として、光ナノ共振器に捕捉した光の時間反転操作の実証を行い、また②多数共振器の同時操作が可能な方式として、共振器結合系に対して面内p-i-n構造を導入し、電気パルスの印加による電気的な光操作を実証した。まず、①3つの共振器(A, C, B)を直列に結合させ、共振器Cに任意のタイミングで制御光パルスを照射することで、A, Bの間で行き来する光に対する時間反転操作を世界に先駆けて実証した。本成果により、光ナノ共振器を用いた多彩な光操作の一例を示すことができた。次に、②共振器Cに対して面内p-i-n構造を導入したデバイスを作製し、電圧パルス(3.5V, 3ns)の印加によりA, B間を行き来する光の遷移周波数 (結合強度) を動的制御することに成功した。本成果により大規模な応用に向けた基礎技術を実証することができた。

フォトニック結晶は、光波長程度の微細構造によって光場を制御し、光を自在に操作することが可能と期待される人工結晶である。フォトニック結晶中に点欠陥を導入すると、その欠陥領域に光を強く閉じ込める光ナノ共振器が形成できる。光ナノ共振器は光を物質中に強く局在させることが可能であるため、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デバイス等への応用が期待される。このような多彩な応用をもつ光ナノ共振器をチップ上に複数形成し、それらの間での光のやりとりを自在に制御できれば、複数ビットをも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機能の実現が期待される。本研究では昨年度までに、物質内波長の100倍以上離れた光ナノ共振器間で自在なタイミングかつ高効率に光を転送する操作の提案および実証を行った。このような光操作を応用へと結びつけるためには、①より多彩な光操作の実現、および②多数共振器の同時制御が可能な方式の実現が必要となる。そこで本年度は、①より多彩な光操作の例として、光ナノ共振器に捕捉した光の時間反転操作の実証を行い、また②多数共振器の同時操作が可能な方式として、共振器結合系に対して面内p-i-n構造を導入し、電気パルスの印加による電気的な光操作を実証した。まず、①3つの共振器(A, C, B)を直列に結合させ、共振器Cに任意のタイミングで制御光パルスを照射することで、A, Bの間で行き来する光に対する時間反転操作を世界に先駆けて実証した。本成果により、光ナノ共振器を用いた多彩な光操作の一例を示すことができた。次に、②共振器Cに対して面内p-i-n構造を導入したデバイスを作製し、電圧パルス(3.5V, 3ns)の印加によりA, B間を行き来する光の遷移周波数 (結合強度) を動的制御することに成功した。本成果により大規模な応用に向けた基礎技術を実証することができた。