ナノ光回路:結合光結晶ナノ共振器とデジタルホログラフィー技術

光をフィルターして誘導するナノ光回路は、光の透過を低下させる微小ランダム変動が悩みの種になっています。研究者達は、現在、データセンターやコンピュータ機器において、省エネをもたらすかもしれない、そういった変動を補う方法を発見しています。ユトレヒト大学(デバイ研究所)、トゥウェンテ大学(MESA+ナノテクノロジー研究所)とタレスリサーチ&テクノロジー・フランスの研究者達が、Optics Express誌に彼等の研究結果を発表しています。

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結合光結晶ナノ共振器

Researchers use holography to improve nanophotonic circuits

Optical communication is adopted worldwide: basically every high-speed internet connection nowadays is provided by optical fibers. Today, an active area of development is the use of optical communication on the scale of a single chip, to reduce power consumption in computers and data centers. One of the promising ways to steer the light propagation on such a chip is to use coupled photonic crystal nanoresonators, where light is transmitted between resonators that are tuned to the exact same resonance frequency.

光通信は、世界規模で導入されていて、基本的に、今日の全ての高速インターネット接続は光ファイバーによって提供されています。現在、開発が活発な分野は、コンピュータとデータセンターにおける電力消費を減らす目的で、シングルチップ規模の光通信の活用です。そういったチップで光の伝播を操作するための前途有望な方法の1つが、光が正確に同一共振周波数に調整されている共振器間を伝搬する結合光結晶ナノ共振器を使うことです。

小規模不規則変動

These frequencies are determined by the shape and structure of each resonator. However, even the best nanofabrication possible today, in which the holes are placed with a precision of ten times the diameter of an atom, small random variations induce changes in the resonance frequencies, which degrade the transmission of light.

こういった周波数は、各共振器の形状と構造によって決定されているわけですが、現在の技術で実現可能な、原子の直径の10倍の精度を使ってホールが配置されている、ナノファブリケーション(ナノ加工、ナノ製造)でさえも、小規模な不規則変動が、光の伝播を劣化させてしまう共振周波数における変動を引き起してしまうのです。

デジタルホログラフィーテクニック

The researchers have now proposed and experimentally demonstrated an optical method to control photonic crystal nanoresonators. They employ digital holography techniques to focus several spots of laser light at definite positions. The laser light locally heats the nanophotonic chip and undoes the random variations. Moreover, this method enables the researchers to program photonic circuits by switching them into and out of resonance. The results, published in the open access journal Optics Express, will contribute to the ongoing development of low-power high-performance communication and computer equipment.

研究者達は現在、光子結晶ナノ共振器をコントロールするための光学的メソッドを提案、実験的に実演しています。彼等は、一定位置にある各レーザー光スポットに焦点を当てるためにデジタルホログラフィー技術を利用しています。レーザー光は、局所的にナノフォトニックチップ(ナノ光回路)を加熱して不規則変動を消去します。さらに、この手法は、研究者が、それらを共振内・共振外に切替えることでフォトニック回路をプログラムすることを可能にしてくれます。オープンアクセスジャーナルOptics Expressに掲載された今回の研究結果は、低電力高性能通信やコンピュータ機器の現在進行中の開発に貢献するはずです。

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