研究：プラズモニック変調器
Ⅲ-Ⅴ族系光集積回路の多機能性，およびSi系光集積回路の高密度集積性，この二つの利点を併せ持つ技術として金属における表面プラズモン（Surface Plasmon Polariton: SPP）を利用した“プラズモン集積（Plasmonic Integrated Circuits）”が次世代の光集積技術として注目されています．プラズモニック集積において電気情報を光情報に変換する必要性から変調器が必要不可欠となります．プラズモン変調器において重要な要素は「SPPによる効率的な集光の実現」および「集光領域に配置する変調材料の選択」の2点で，これらを焦点に多くの研究が行われています．当研究室では酸化インジウムスズ（Indium Tin Oxide: ITO）薄膜を用いた構造(図1左)や，電気光学ポリマーとして特殊なドナー構造を導入したFTC（Furan-Thiophene Chromophore）を用いた構造(図1右)でのナノスケールにおける性能指数の向上を目指し，研究を行っています．
Ⅰ. Ⅲ-Ⅴ族薄膜を用いた導波路および変調器
近年，プラズモン導波路としてシリコンを主材料としたプラズモン導波路が報告されているが，化合物半導体（直接遷移型）をベースとした送受信側の各素子とモノリシックに集積することは困難となっています．そこで我々は，GaInAsP/InP材料をベースとしたTEモードプラズモン導波路の作製・評価を行っています(図2)．また金属層を導入した部分に電界を加えることで，EA変調器への応用について研究を行っています．
Ⅱ. 金属ギャップ導波路構造MZ型変調器
表面プラズモンポラリトン（SPP）によるナノスケール領域への光の閉じ込めを利用して，集積型変調素子の大幅な小型化（〜10µm）が可能となります．このようなプラズモン変調器において重要な要素は，SPPによる効率的な集光の実現および集光領域に配置する変調材料の選択の2点であり，これらを焦点に多くの研究が行われています．当研グループはギャップSPPモードおよび電気光学(Electro-Optic: EO) ポリマーを用いる集積型光変調器を提案しています．これについて，デバイス性能を示す性能指数（=消光比/伝搬損失）の改善を目指し，研究を行っています．
List of reports
Journal Papers
- (1) Tomohiro Amemiya, Eijun Murai, Zhichen Gu, Nobuhiko Nishiyama, Shigehisa Arai, “GaInAsP/InP-Based Optical Modulator Consisting of Gap-Surface-Plasmon-Polariton Waveguide: Theoretical Analysis,” Journal of Optical Society of America B, Vol. 31, No. 11, pp. 2908-2913 (2014).
- (2) Tomohiro Amemiya, Takahiko Shindo, Seiji Myoga, Nobuhiko Nishiyama, Shigehisa Arai, “Semiconductor DFB Laser with Plasmonic Metal Layers for Subwavelength Confinement of Light,” IEEE Conference Proceedings, DOI: 10.1109/IQEC-CLEO.2011.6193896 (2011).
International Conferences
- (1) Tomohiro Amemiya, Takahiko Shindo, Seiji Myoga, Nobuhiko Nishiyama, Shigehisa Arai, “Semiconductor DFB Laser with Plasmonic Metal Layers for Subwavelength Confinement of Light,” Conference on Laser and Electro-Optics/Quantum Electronics and Laser Science Conference (CLEO/QELS Pacific Rim 2011), 4630-CT-3, Aug. 2011.
Domestic Conferences
- (1) 北條 直也, 雨宮 智宏, 西山 伸彦, 荒井 滋久. EOポリマーを用いたプラズモン変調器の構造検討, 第62回応用物理学関係連合講演会, 12a-A16-2, Mar. 2015.
- (2) 雨宮 智宏, 村井 英淳, 顧 之琛, 西山 伸彦, 荒井 滋久. ギャッププラズモンとITOを利用したGaInAsP/InP 吸収形光変調器の特性, 電子情報通信学会 光エレクトロニクス研究会（OPE）, IEICE Technical Report, Vol. 114, No. 281, pp. 169-174, Oct. 2014.
- (3) 村井 英淳, 雨宮 智宏, 顧 之琛, 西山 伸彦, 荒井 滋久. ギャッププラズモンとITOを利用したGaInAsP/InP GSPP変調器の特性解析, 第61回応用物理学関係連合講演会, 20p-F8-5, Mar. 2014.
