JP2009271235A - 光メモリ及び光入出力制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明は、波長選択性を持つ反射ミラーによって形成された光共振器を用いた光メモリ、光遅延性、波長変換素子において,共振器の屈折率を変化させる機構を設け、共振器部分の屈折率を共振器の光子寿命よりも早く変化させることによって,共振器に閉じ込められた光を断熱的に変化させ、光の波長を波長選択性を持つ反射ミラーの透過帯域に合わせることによって、共振器内の光の導波路との結合を強め、光の波長を変換しつつ、光を導波路に素早く取り出す。またはその逆の操作を行うことで、光を共振器に閉じ込める。
【選択図】図4
Description
T. Tanabe, M. Notomi, E. Kuramochi, A. Shinya、 and H. Taniyama、 "Trapping and delaying photons for one nanosecond in an ultrasmall high-Q photonic-crystal nanocavity," Nature Photon., Vol. 1, No. 1, 49-52 (2007). E. Kuramochi, T. Tanabe, T. Taniyama, M. Kato, and M. Notomi, "Low loss long coupled resonator optical waveguides realized using ultrahigh-Q photonic crystal resonators," Photonic & electromagnetic Crystal Structures, (PECS VII), A-84、 Montrey, April 8-10, (2007). Y. Tanaka, J. Upham、 T. Nagashima, T. Sugiya, T. Asano、 and S. Noda, "Dynamic control of the Q factor in a photonic crystal nanocavity," Nature Mat. Vol. 6, 862 (2007).
光共振器の共鳴波長を該共振器の光子寿命よりも早く変化させる機構を有し、
光共振器101は、
波長選択性ミラー103を介して光導波路102または他の光共振器に結合している光メモリである。
当該光共振器に共鳴して閉じ込められた光の波長を、断熱的な波長変換手段を機能させることで、波長選択性ミラーの透過波長へ変化させ、該光共振器から導波路に素早く取り出す光読み出し手段を有する光メモリである。
当該光共振器の共鳴波長を波長選択性ミラーの透過波長に合わせた状態で光を入射し、断熱的波長変換手段を機能させることで、光の波長を該ミラーの禁制帯域へと変化させることによって微小光共振器に光を閉じ込める、光の保持手段を有する光メモリである。
熱光学効果またはキャリアプラズマ効果または光カー効果または電気光学効果によって、
光共振器の共鳴波長を、該光共振器の光子寿命よりも早く変化させ、該光共振器に共鳴して閉じ込められた光の光波長を変える機能を有する光メモリである。
光共振器の屈折率変化を用いた光メモリにおいて、
波長選択性を有する波長選択性ミラーの透過帯域に一致または近いモードを持つ導波路または共振器の屈折率を高速に変化させ、当該領域を通過する光の波長をモードの波長シフトに伴って断熱的に変化させ、該波長選択性ミラーの禁制帯域に合わせることによって光共振器を形成することにより、光を光共振器に閉じ込める。
光共振器部分の屈折率を共振器の光子寿命よりも早く変化させ、該光共振器内に閉じ込められている光の波長を、該光共振器の共鳴波長の変化に伴って断熱的に変化させ、波長選択性ミラーの透過帯域に合わせ、該共振器から光を導波路に素早く取り出す。
一部の共振器の屈折率を変化させ、該共振器を伝搬中の光パルス波長を、該共振器の共鳴波長の変化に伴って断熱的に変換させることによって、光の波長を低群速度モードから速い群速度モードに変えることで遅延量を可変にする。
また、細線導波路を用いて実現する場合は、図5(c)に示すように高屈折率材料をコア406とするリッジ型、または、リブ型導波路を低屈折率材料基板408上に、空気やSiO2などの低屈折率材料をクラッド407として形成し、細線導波路の幅を変えることによってモードギャップ共振器409を実現する。モードギャップ共振器を形成するためにバリア領域の細線にグレーティング構造を形成しても良い。また基板408をモードギャップ共振器409の下部のみ選択的に除去して、下部を低屈折率材料407とする中空構造を取っても良い。モードギャップ共振器409の屈折率は、レーザー光を基板上面よりモードギャップ共振器409の部分に照射することによって変化させる。
図6は、本発明の第1の実施の形態における素子図及び周波数バンド図である。図6(a)に示すシリコンフォトニック結晶505には、幅変化型フォトニック結晶微小光共振器501、W1.05フォトニック結晶導波路502、W0.98フォトニック結晶線欠陥バリア503が設けられている。
図6(a)の構造の幅変化型共振器素子からのリングダウンの信号を測定した結果である。t=-100 psにて入力光を切っている。本共振器からのリングダウンの結果光子寿命は0.36 nsと得られ、その結果よりQT =4.3×105であることがわかった。
共振器の共鳴波長を変化させる方法には光パルスを上面から照射する方法以外に、図5(f)の構造を用いて電流注入でキャリアを注入しキャリアプラズマ分散効果を用いる方法を用いても良い。
第1の実施の形態では波長を変えるためにキャリアプラズマ効果を用いたが、他に熱光学効果または光カー効果または電気光学効果など共振器の波長を変化させるいかなる現象を用いても同様な効果が期待される。例えば、AlGaAs材料による共振器を作成した場合には、屈折率変調として光カー効果を利用でき、屈折率の上昇と下降をキャリア寿命に制限されることなく自由に調整することができる。
モードギャップを局所的に変調することにより共振モードを形成する方法は無数にあるが、それらの全てについて同様の効果が期待できる。モードギャップは、1次元、2次元、3次元のフォトニック結晶のいずれにおいても実現可能である。
102 光導波路
103 波長選択性を持つ反射ミラーまたはバリア
104 103とは異なる波長選択性を持つミラーまたは全反射ミラーまたは部分反射ミラー
204 禁制帯
401 光ファイバ
402 401及び403よりもコア径の大きい光ファイバ
403 401よりもコア径の小さい光ファイバ
404 全反射金属コーティング
405 ファイバグレーティング
406 高屈折率コア
407 低屈折率クラッド
408 低屈折率基板
409 モードギャップ光共振器
410 406と同じ屈折率をもつ高屈折率材料
411 電極またはP型・N型半導体
412 導波路領域
413 バリア領域
414 モードギャップ共振器領域
415 線欠陥
416 高屈折率スラブ
417 低屈折率穴
501 幅変化型フォトニック結晶微小光共振器
502 W105フォトニック結晶導波路
503 W0.98フォトニック結晶線欠陥バリア
505 フォトニック結晶
1201 フォトニック結晶線欠陥導波路領域
1202 フォトニック結晶領域
1203 フォトニックバンドギャップ共振器
1204 線欠陥
1205 高屈折率スラブ
1206 低屈折率穴
Claims (8)
- 波長選択性のある波長選択性ミラーを全方向または一部方向に配置することによって光を閉じ込めている光共振器を用いた光メモリであって、
前記光共振器の共鳴波長を該共振器の光子寿命よりも早く変化させる機構を有し、
前記光共振器は、
前記波長選択性ミラーを介して光導波路または他の光共振器に結合していることを特徴とする光メモリ。 - 前記光共振器は、
当該光共振器に共鳴して閉じ込められた光の波長を、断熱的な波長変換手段を機能させることで、前記波長選択性ミラーの透過波長へ変化させ、該光共振器から導波路に素早く取り出す光読み出し手段を有する
請求項1記載の光メモリ。 - 前記光共振器は、
当該光共振器の共鳴波長を前記波長選択性ミラーの透過波長に合わせた状態で光を入射し、断熱的波長変換手段を機能させることで、光の波長を該ミラーの禁制帯域へと変化させることによって微小光共振器に光を閉じ込める、光の保持手段を有する
請求項1記載の光メモリ。 - 前記断熱的波長変換手段は、
熱光学効果またはキャリアプラズマ効果または光カー効果または電気光学効果によって、
前記光共振器の共鳴波長を、該光共振器の光子寿命よりも早く変化させ、該光共振器に共鳴して閉じ込められた光の光波長を変える
請求項3記載の光メモリ。 - 前記波長選択性ミラーによって光を閉じ込める前記光共振器は、
光ファイバ、光ファイバグレーティング、細線導波路、または、フォトニック結晶のモードギャップ、または、フォトニックバンドギャップを用いて実現される
請求項1乃至4記載の光メモリ。 - 光メモリにおける光入出力制御方法であって、
光共振器の屈折率変化を用いた光メモリにおいて、
波長選択性を有する波長選択性ミラーの透過帯域に一致または近いモードを持つ導波路または共振器の屈折率を高速に変化させ、当該領域を通過する光の波長をモードの波長シフトに伴って断熱的に変化させ、該波長選択性ミラーの禁制帯域に合わせることによって光共振器を形成することにより、光を前記光共振器に閉じ込める
ことを特徴とする光入出力制御方法。 - 前記光メモリにおいて、
前記光共振器部分の屈折率を共振器の光子寿命よりも早く変化させ、該光共振器内に閉じ込められている光の波長を、該光共振器の共鳴波長の変化に伴って断熱的に変化させ、前記波長選択性ミラーの透過帯域に合わせ、該共振器から光を導波路に素早く取り出す
請求項6記載の光入出力制御方法。 - 前記共振器を直列に連結して低群速度結合共振器光導波路を形成し、
一部の共振器の屈折率を変化させ、該共振器を伝搬中の光パルス波長を、該共振器の共鳴波長の変化に伴って断熱的に変換させることによって、光の波長を低群速度モードから早い群速度モードに変えることで遅延量を可変にする
請求項6記載の光入出力制御方法。
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JP2008120280A JP4918062B2 (ja) | 2008-05-02 | 2008-05-02 | 光メモリ及び光入出力制御方法 |
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JP2015015320A (ja) * | 2013-07-03 | 2015-01-22 | 日本電信電話株式会社 | フォトニック結晶デバイス |
CN113113779A (zh) * | 2021-04-09 | 2021-07-13 | 中国科学院大学 | 一种基于低折射率慢光共振的高定向光学天线 |
Citations (4)
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JP2004004419A (ja) * | 2002-03-26 | 2004-01-08 | Japan Science & Technology Corp | 導波路を備えた3次元フォトニック結晶光共振器 |
JP2006234965A (ja) * | 2005-02-22 | 2006-09-07 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光波長変換装置 |
JP2006234964A (ja) * | 2005-02-22 | 2006-09-07 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光共振器素子及びそれを用いた光メモリ及び光スイッチ |
JP2007047604A (ja) * | 2005-08-11 | 2007-02-22 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光共振器 |
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