特集


集積ナノフォトニクス研究の最前線
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近年の光技術の進展により、光は長距離信号伝搬にとどまらず、コンピュータ間やチップ間にまでその利用が拡張されつつあり、チップ内情報処理にまで光を利用するための技術が待望されている。本特集では、将来の光集積チップを見据え、NTT物性科学基礎研究所における集積ナノフォトニクス技術について紹介する。


オンチップ光集積に向けたナノフォトニクス技術
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◆執筆者 納富 雅也+1,2/寒川 哲臣+3
◆所属 +1 NTTナノフォトニクスセンタ センタ長
+2 NTT物性科学基礎研究所
+3 NTT物性科学基礎研究所 所長

NTTナノフォトニクスセンタでは、プロセッサチップの中に光のネットワーク技術を導入することをめざした基礎研究を行っています。ベースとなるのはフォトニック結晶に代表されるナノフォトニクス技術で、私たちはナノフォトニクスを集積する技術を用いて、光デバイスを超小型化し、消費エネルギーを劇的に低減し、さまざまな新しい機能を出すことをねらった研究を行っています。本特集では私たちが開発したナノデバイスの最新の成果と、ナノフォトニクスをベースとした新しい光コンピューティングへの取り組みを紹介します。


フォトニック結晶による
低キャパシタンス光電変換素子

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◆執筆者 野崎 謙悟+1,2/松尾 慎治+1,3/藤井 拓郎+1,3/武田 浩司+1,3/倉持 栄一+1,2/新家 昭彦+1,2/納富 雅也+1,2
◆所属 +1 NTTナノフォトニクスセンタ
+2 NTT物性科学基礎研究所
+3 NTT先端集積デバイス研究所

光技術と電子回路の融合はあらゆる情報処理における大容量化の鍵となりますが、その究極形であるチップ内での光電集積処理に向けて、小型で低消費電力な受光器(O-E変換)や変調器(E-O変換)といった光電変換素子が求められています。本稿では、フォトニック結晶ナノ構造を利用することで実現できる、低キャパシタンスでエネルギーコストが極めて低い光電変換素子について紹介します。


プラズモニック導波路の光素子応用に向けて
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◆執筆者 小野 真証+1,2/谷山 秀昭+1,2/倉持 栄一+1,2/野崎 謙悟+1,2/納富 雅也+1,2
◆所属 +1 NTTナノフォトニクスセンタ
+2 NTT物性科学基礎研究所

光の波長にサイズを制限されないプラズモニック導波路を用いることにより、誘電体導波路では不可能な数十ナノメートルサイズの導波路が実現できます。そこでは、非常に強い光の閉じ込めが可能で、さまざまな特異な性質を有するナノ物質と光が効率的に相互作用することができます。しかし、そのような導波路を光集積回路内に導入することは容易ではなく、3次元プラズモニックモード変換器が必要になります。


シリコン・フォトニック結晶に集積した
化合物半導体ナノワイヤレーザ

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◆執筆者 滝口 雅人+1,2/横尾 篤+1,2/舘野 功太+1,2/章国 強+1,2/倉持 栄一+1,2/納富 雅也+1,2
◆所属 +1 NTTナノフォトニクスセンタ
+2 NTT物性科学基礎研究所

シリコン・フォトニック結晶に化合物半導体ナノワイヤを集積することで、任意の場所に微小共振器を形成させ、世界で初めて通信波長帯で連続発振するナノワイヤレーザを実現しました。さらに、ナノワイヤレーザでは初めて10Gbit/sの高速変調動作を実証しました。このレーザは共振器内部にだけ利得材料がある究極の異種材料バイブリッドデバイスです。


結合フォトニック結晶レーザーアレイを用いた
特異点による光制御へ向けて

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◆執筆者 高田 健太+1,2/納富 雅也+1,2
◆所属 +1 NTTナノフォトニクスセンタ
+2 NTT物性科学基礎研究所

微小な光回路における光制御には、自由空間、ファイバ光学素子にはない制約があります。その中で、もっとも基本的な類の光学応答である増幅と吸収により生じる「特異点」と、それに起因する新奇現象に着目した、PT(Parity-Time)対称光学と呼ばれる新しい分野が急速に発展しています。本稿では、PT対称光学に関する研究背景と基礎事項について解説し、フォトニック結晶デバイスにおけるPT対称性による光制御の実現へ向けたNTTの取り組みを紹介します。


光パスゲート論理に基づく超低遅延光回路
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◆執筆者 新家 昭彦+1,2/石原 亨+3/井上 弘士+4/野崎 謙悟+1,2/納富 雅也+1,2
◆所属 +1 NTTナノフォトニクスセンタ
+2 NTT物性科学基礎研究所
+3 京都大学大学院
+4 九州大学大学院

NTT、京都大学、九州大学では、電子回路において演算を律速している信号経路にナノフォトニクス技術を適用することで、電子回路における演算遅延要因を解消する、光速コンピューティング技術を開発しています。私たちの最終目標は超高速な光電融合型の演算プロセッサを実現することです。本稿では、光を用いた新しいコンピューティング技術に関する研究を紹介します。


主役登場
光集積チップをめざして
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◆執筆者 新家 昭彦
◆所属 NTT物性科学基礎研究所 主幹研究員 グループリーダー

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