Research press release

光の一方通行

Nature Photonics

One-way photonic street

このほど、一方向に光を送ることのできる小型光「アイソレーター」が開発された。このデバイスは、シリコンナノフォトニック構造体でできており、将来チップ上に光回路を作製する際、非常に重要となるであろう。

これまで、「オンチップ」での完全な光アイソレーション(光伝搬の完全な一方向弁としての機能)の実現が困難であるため、精巧なフォトニック集積回路の開発が妨げられてきた。一般的に反射によって生じる逆方向伝搬光は、フォトニックデバイスにおいて問題となることが多く、光通信システムの性能を大きく損なう可能性がある。逆方向伝搬光を阻止するデバイスは、光アイソレーターとして知られており、既に存在している。しかし問題は、これらのアイソレーターが、集積回路製造技術、特にシリコン相補型金属酸化物半導体(CMOS)技術と互換性のない磁気光学材料に依存していることである。

今週のNature Photonicsオンライン版では、S FanとZ Yuが、シリコン導波路とリング共振器からなるフォトニック構造体を用いたオンチップ光アイソレーション方式を提案している。この方式では、構造体の屈折率を時間的・空間的に変調することによって、エネルギーと運動量が逆方向伝搬光ではなく順方向伝搬光のみに与えられるため、これらが分離される。その結果、CMOS互換性材料系を用いて超小型完全光アイソレーターが作製可能となる。

Scientists have developed a compact optical ‘isolator’, capable of sending light in one direction at a time. The device, made with silicon nanophotonic structures will be highly important for future optical circuitry on a chip.

The development of sophisticated integrated photonic circuits has been hindered by the difficulty of performing ‘on-chip’ complete optical isolation ― a perfect one-way valve for light propagation. Backwards-propagating light, commonly caused by reflections, is often problematic in photonic devices and can severely degrade the performance of optical communication systems. Devices for quenching backwards-propagating light, known as optical isolators, already exist. The problem is that these isolators rely on magneto-optical materials that are not compatible with integrated circuit manufacturing techniques, in particular silicon complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) technology.

Online this week in Nature Photonics, Shanhui Fan and Zongfu Yu propose an on-chip optical isolation scheme using photonic structures composed of silicon waveguides and ring-resonators. By modulating the refractive index of the structures in time and space, energy and momentum are imparted to the forwards-propagating, (but not to the backwards-propagating) light, allowing them to be separated. The result is an ultra-compact complete optical isolator that can be built using CMOS-compatible materials systems.

doi: 10.1038/nphoton.2008.273

「Nature 関連誌注目のハイライト」は、ネイチャー広報部門が報道関係者向けに作成したリリースを翻訳したものです。より正確かつ詳細な情報が必要な場合には、必ず原著論文をご覧ください。

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