2020/08/13
庆应义塾大学
庆应义塾大学理工学部物理情報工学科の牧英之准教授らは、直径約1nmの微細な一次元物質である単層カーボンナノチューブをシリコンチップ上に形成した光デバイス（シリコンフォトニクス）と融合し、通信波長帯の光のみで駆動する狭線幅光源を実現しました。本技術は、シリコンチップ上に集積した光集積回路や量子暗号通信用チップなど、新たなシリコンチップ上光デバイスへの応用が期待されます。
カーボンナノチューブは、光通信やシリコンフォトニクスで必要とされる通信波长帯で発光することに加えて、近年は、室温かつ通信波长帯での単一光子源が実现可能なことから、量子暗号などの量子情报応用も期待されています。しかし、これまでのシリコン上でのカーボンナノチューブ光デバイスは、シリコン光回路とのダイレクトな结合を実现していないものが多く、シリコンフォトニクスと结合した素子においても、チップ上部からの外部光励起や通信波长以外の波长での励起駆动などから、オンチップの光デバイス化が困难なものばかりでした。
今回、シリコンチップ上に光导波路及びリング共振器?ディスク共振器を形成したシリコンフォトニクスデバイスに対して、共振器上へカーボンナノチューブをダイレクトに形成することで、励起光と笔尝発光を全てシリコン导波路を介してインラインで入出力し、全ての励起?発光が通信波长帯で駆动できるチップ上カーボンナノチューブ光源の开発に成功しました。本技术を用いることにより、カーボンナノチューブをシリコンフォトニクス用光源として利用することが可能となることから、次世代の高速?高集积?低消费电力の集积チップ技术として期待されるシリコンフォトニクスをベースにした光集积回路?光インターコネクトや、现在実用化が进む量子暗号技术において室温?通信波长帯で动作可能な量子暗号チップなど、様々なチップ上集积光デバイス技术への応用が期待されます。
本研究成果は、2020年8月5日に米国化学会（ACS）のACS Applied Nano Materialsオンライン版で公開されました。
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