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

光子晶体波导中的超快动态慢光调谐及其应用

基本信息

批准号：
14J00060
负责人：
近藤圭祐
金额：
$ 1.6万
依托单位：
Yokohama National University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-04-25 至 2017-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

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。

我继续研究片上光学相关器，该相关器将我去年一直在研究的反向传播慢光系统与双光子吸收光电二极管 (TPA-PD) 阵列相结合。这意味着，当从TPA-PD阵列中形成的PCW的两端同时输入光脉冲时，产生反映输入脉冲波形的光电流分布，并且可以观察到光脉冲波形。我们设计了所提出的片上光学相关器，并使用 CMOS 工艺实际制造它。所提出的装置具有简单的配置和工作原理，并且证实了高产率。这对于片上光相关器的实际应用、降低成本和提高可靠性来说是一个重要的成果。我们使用所制作的装置进行了相关波形观测实验，成功地观测到了半峰全宽为1～10 ps的脉冲的相关波形。据认为，根据设备设计，脉冲宽度测量范围可以从0.1到100 ps变化，从而可以适应各种使用情况。顺便说一句，有一种单次光相关器可以观测单个非周期光脉冲，但传统市售的光相关器的缺点是只能观测兆瓦级高功率脉冲的波形。该装置也具有允许单次观测的配置，但由于PCW的强光学限制和慢光的非线性增加效应，TPA-PD可以做得很高的灵敏度，灵敏度提高1000万倍（脉冲峰值功率We实现了高灵敏度的波形观测（通过平均功率与平均功率的乘积来评价）。此外，虽然这是一个初步的演示实验，但我们已经证实可以以相对较高的精度观察相关波形，如果我们能够实现用于PD电流读出的光纤连接和电子电路，则将有可能将其投入实际应用。我就是这么想的。如果这可以投入实际使用，光学相关器的尺寸可以从传统的盒子尺寸缩小到芯片尺寸。