表面プラズモンを用いた論理演算回路の開発

使用表面等离子体激元的逻辑运算电路的开发

• 批准号: 16J01191
• 负责人: 太田 雅
• 金额: $ 1.79万
• 依托单位: Toyohashi University of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2016
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2016-04-22 至 2019-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J01191/
• 关键词: 表面プラズモン; ギャッププラズモン; 論理演算回路; 光集積回路; 光回路; 導波路; 多モード干渉; 平面光回路; 論理演算

平成30年度の研究実施計画は、表面プラズモンの高電界を用いてシリコンの非線形光学効果を増強することにより、複数の入力信号の位相同期を必要としない論理演算素子を開発し、平成28年度に開発した素子と組み合わせたぷらずモニック論理演算素子の実現可能性を示すことである。その第一段階として、非常に強い電界増強効果を有するギャッププラズモン（表面プラズモンを金属／空気／金属界面から成るギャップ構造へ集光した状態）を励起する構造の開発を行った。年度前半では、非常に強い電界増強効果を有するギャッププラズモンモードの利用を目的として、シリコンチップ上に集積可能な新規のギャッププラズモン励起手法を提案た。表面プラズモンモードとギャッププラズモンモードとの間の実効屈折率マッチングを考慮することで、各構造を設計した。設計した構造について、成膜プロセスとパターニングプロセスを用いて作製し、近接場光顕微鏡法を用いてギャッププラズモンおよび表面プラズモン強度分布の測定を行った。実験結果より、入力表面プラズモンに対して直交偏光モードのギャッププラズモンが高効率で励起可能であることを確認した。また、ギャッププラズモンモードを利用した多段接続可能な非線形光学効果を用いた論理演算回路の基本ユニットを設計し、作製方法についても検討を終了することができた。年度後半では、多段接続可能な論理演算回路の作製および実験的な基本動作評価を実施し、実現に向けて解決すべき課題を明確にすることができた。

2018年的研究实施计划是为了开发逻辑操作元素，不需要通过使用表面等离子体的高电场来增强硅的非线性光学效应，从而不需要阶段对多个输入信号进行同步，并证明了等离激元逻辑操作元素的可行性，并证明了与2016年相结合的元素，我们在2016年开发了强大的效应，我们将极强的效应效应，我们的结构效应极为易用。集中在由金属/空气/金属界面组成的间隙结构中。在今年上半年，我们提出了一种可以集成在硅芯片上的新的GAP等离子体激发方法，目的是利用具有非常强大的电场增强效果的GAP等离子体模式。通过考虑表面等离子体模式和GAP等离子体模式之间的有效折射率匹配来设计每个结构。使用膜沉积过程和模式过程制造了设计的结构，并使用近场光学显微镜测量了间隙等离子体和表面等离子体强度分布。实验结果证实，相对于输入表面等离子体，正交极化模式中的间隙等离子可以以高效率而激发。此外，已经设计了使用多个阶段非线性光学效应的逻辑操作电路的基本单元，可以使用GAP等离子体模式在多个阶段连接，并且已经完成了准备方法。在下半年，我们制作了一个逻辑操作电路，该电路可以连接到多个阶段并进行了实验性基本操作评估，并能够澄清需要解决实现的问题。

项目成果

Plasmonic Phase Adjuster Using Multi-mode Interference

使用多模干扰的等离子体相位调节器

• 发表时间: 2016
• 作者: R. Watanabe;M. Ota;A. Sumimura;M. Ito;M. Fukuhara;Y. Ishii;M. Fukuda
• 通讯作者: M. Fukuda

Plasmonic intensity modulator using superfocusing modes in tapered metallic waveguide

在锥形金属波导中使用超聚焦模式的等离子体强度调制器

• 发表时间: 2016
• 作者: T. Furuki;M. Ota;R. Watanabe;Y. Ishii;M. Fukuda
• 通讯作者: M. Fukuda

Low loss waveguide structure as plasmonic wiring for integrated circuits and its characteristics

集成电路等离激元布线的低损耗波导结构及其特性

• 发表时间: 2018
• 作者: Yuta Tonooka;Masashi Ota;Yudai Kikuchi;Tomohiro Hirano;and Mitsuo Fukuda
• 通讯作者: and Mitsuo Fukuda

ハイブリッドプラズモニック導波路内の2モード干渉を用いた表面プラズモン励起および散乱構造

在混合等离子体波导中使用双模干涉的表面等离子体激元激发和散射结构

• 发表时间: 2017
• 作者: Luong Duy Manh;Yoichiro Takayama;Ryo Ishikawa;Kazuhiko Honjo;太田雅，住村あさひ，渡邊領，古木崇裕，中山昂太郎，石井佑弥，福田光男
• 通讯作者: 太田雅，住村あさひ，渡邊領，古木崇裕，中山昂太郎，石井佑弥，福田光男

多モード干渉を用いた表面プラズモン論理回路の開発

利用多模干扰的表面等离子体激元逻辑电路的开发

• 发表时间: 2017
• 作者: T.Watanabe;M.Hori;T.Tsuchiya;A.Fujiwara;Y.Ono;冨士田誠之;渡邊領，太田雅，菊地裕大，平野智裕，石井佑弥，福田光男
• 通讯作者: 渡邊領，太田雅，菊地裕大，平野智裕，石井佑弥，福田光男