量子ドットのサブバンド間遷移に基づく超高速面型光ゲートデバイスの実現

基于量子点子带间跃迁的超快平面光闸器件的实现

基本信息

批准号：
21656083
负责人：
和田修
金额：
$ 2.05万
依托单位：
Kobe University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2010
项目状态：
已结题

项目摘要

将来の光信号処理に必要となる100Gb/sから1Tb/s級の超高速化に向けて、基本素子となる超高速全光学型ゲート機能デバイスの実現が必須である。特に,光実装が簡単で、超大容量・多チャネル化にも対応できる、面型構造光ゲートデバイスの実現が急務である。本研究は、量子ドットと1次元フォフォトニック結晶とを組み合わせて非線形性の増強を行って、高効率、かつ面型構造を有する光ゲートデバイスを実現することを目的とする。本年度は、最適化した量子ドット光スイッチ素子の製作と新しい非線形評価システムによる特性評価を進め、以下の成果を得た。(1)光スイッチの設計では、電子第1励起準位が1.3μm付近の長波長領域に対応する量子ドットを用い、また、この励起準位と基底準位との間のサブバンド間遷移に基づく超高速緩和を利用することとした。さらに、出力の最大化のために最適化を行った多層膜共振器構造(16/30周期)を採用した面型光スイッチを製作した。(2)このデバイスの応答特性をポンプ・プローブ法により測定し、1.24μmの波長で、20psの超高速応答と、2.5fJ/μm^2の低スイッチングエネルギーを観測した。(3)量子ドットの非線形性の評価を深めるために、マッハツェンダー干渉計配置を持つ位相変化測定系を構築し、デバイスの光励起時における位相変化量特性の詳細な評価を行った。その結果、励起エネルギー0.2fJ/μm^2における位相変化として18゜を観測した。これは面型光スイッチにおける充分大きい位相変化の検出に初めて成功したものであり、同時に量子ドット面型光スイッチが、さらなる超高速・低エネルギーの光ゲート動作に向けて有効なマッハツェンダー型光スイッチの製作に適用出来ることを実証したものである。以上により、量子ドット面型全光スイッチデバイスの基本動作を実証するとともに、さらなる超高速・低エネルギーの光ゲート動作の実現可能性を明らかにした。

为了实现未来光信号处理所需的100 Gb/s至1 Tb/s的超高速，必须实现超高速全光门功能器件，作为光信号处理的关键器件。基本要素。特别是，迫切需要实现一种易于光学实现、能够支持超高容量和多通道器件的平面结构光闸器件。本研究的目的是通过结合量子点和一维光子晶体来增强非线性，以实现具有平面结构的高效光闸器件。今年，我们制作了优化的量子点光开关器件，并使用新的非线性评估系统评估了其特性，得到了以下结果。 (1) 在光开关的设计中，我们使用第一电子激发能级对应于1.3 μm左右的长波长区域的量子点，并且我们决定使用基于此外，我们制造了一种平面光开关，采用多层谐振器结构（16/30 周期），该结构经过优化以最大化输出。 (2)我们使用泵浦探针法测量了该器件的响应特性，在1.24μm波长下观察到20ps的超快响应和2.5fJ/μm^2的低开关能量。 (3)为了加深对量子点非线性的评估，我们构建了马赫-曾德干涉仪排列的相变测量系统，并对器件光激励过程中的相变特性进行了详细的评估。结果，我们在 0.2fJ/μm^2 的激发能量下观察到 18° 的相变。这是首次在表面型光开关中成功检测到足够大的相位变化，同时，量子点表面型光开关是马赫-曾德尔型光开关，可有效实现进一步的超高灵敏度。高速、低能量的光闸操作已被证明可以应用于生产。通过以上内容，我们演示了量子点表面型全光开关器件的基本操作，并阐明了实现更加超高速、低能量光闸操作的可能性。