Ota, Yasutomo

写真a

Affiliation

Faculty of Science and Technology, Department of Applied Physics and Physico-Informatics （Yagami）

Position

Associate Professor

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Academic Degrees 【 Display / hide 】

  • Doctor (Engineering), The University of Tokyo, Coursework, 2011.03

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Research Areas 【 Display / hide 】

  • Nanotechnology/Materials / Optical engineering and photon science

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Books 【 Display / hide 】

  • 転写プリント法によるナノ光素子のシリコン上ハイブリッド集積

    太田 泰友, 岩本 敏, 荒川 泰彦, レーザー研究 48(10) 545 - 549, 2020.10

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Papers 【 Display / hide 】

  • Enhanced Magneto-Optical Effects in Epsilon-Near-Zero Indium Tin Oxide at Telecommunication Wavelengths

    Ikeda K., Liu T., Ota Y., Kobayashi N., Iwamoto S.

    Advanced Optical Materials （Advanced Optical Materials)  12 （ 2 ）  2024.01

    Joint Work

    　View Summary

    Epsilon-near-zero (ENZ) materials exhibit near-zero permittivity and induce various intriguing linear and nonlinear optical phenomena. Magneto-optical (MO) effects, which are notoriously weak in the optical domain, have been predicted to be significantly enhanced in ENZ materials, which can facilitate the realization of compact nonreciprocal devices. However, to date, enhanced MO effects have been predominantly observed in effective ENZ media, which are commonly based on complex combinations of photonic nanostructures. It is difficult for these effective media to achieve isotropic ENZ responses, which severely limits their use in the development of ENZ-MO devices. Here, enhanced MO effects in pristine indium tin oxide (ITO) with ENZ properties at technologically important telecommunication wavelengths are demonstrated. MO transmission (reflection) spectroscopy of ITO films with different ENZ wavelengths reveal Faraday (Kerr) rotation peaks around the respective ENZ (EN-one) wavelengths, demonstrating that these observations are due to the intrinsic properties of the ITO materials. The demonstrated mechanism of the MO effect enhancement is universal and can be applied to various ENZ materials, including those incorporating ferromagnetic materials. Native ENZ materials with enhanced MO responses will greatly expand the opportunities for the development of novel nonreciprocal nanophotonic devices, such as on-chip optical isolators and one-way topological waveguides.

  • Micro-transfer-printed membrane lasers on Si platform

    Y Maeda, T Aihara, T Fujii, T Hiraki, K Takeda, T Tsuchizawa, H Sugiyama, ...

    Novel In-Plane Semiconductor Lasers XXIII 12905, 92-95  2024

    Joint Work

  • Micro-transfer-printed InP-based membrane photonic devices on thin-film lithium niobate platform

    Y Maeda, H Nishi, NP Diamantopoulos, T Fujii, T Aihara, S Yamaoka, ...

    Journal of Lightwave Technology （Journal of Lightwave Technology)   2024

    Joint Work,  ISSN  07338724

    　View Summary

    We demonstrate a heterogeneous integration of electrically-pumped membrane lasers and semiconductor optical amplifiers (SOAs) on a thin-film lithium niobate (TFLN) platform by a micro-transfer-printing (μTP) method. Thanks to the low coupling loss (∼1.0 dB) between the InP-based membrane photonic devices and the TFLN waveguides, mW-class output power laser and low-power-consumption SOA on a TFLN platform are achieved. A 128-Gbit/s non-return-to-zero (NRZ) signal modulation is also demonstrated with a TFLN Mach-Zehnder modulator and an integrated membrane laser. These results indicate that the heterogeneous integration of membrane devices using μTP is promising for manufacturing TFLN photonic integrated circuits for optical communications and other applications.

  • Hybrid distributed Bragg reflector laser on Si with a transfer printed InAs/GaAs quantum dot amplifier

    N Morais, J Fujikata, J Kwoen, T Nakamura, Y Ota, Y Arakawa

    Optics Express 32 (3), 4295-4304 （Optics Express)  32 （ 3 ） 4295 - 4304 2024

    Joint Work

    　View Summary

    We demonstrate a hybrid integrated laser by transfer printing an InAs/GaAs quantum dot (QD) amplifier on a Si waveguide with distributed Bragg reflectors (DBRs). The QD waveguide amplifier of 1.6 mm long was patterned in the form of an airbridge with the help of a spin-on-glass sacrificial layer and precisely integrated on the silicon-on-insulator (SOI) waveguide by pick-and-place assembly using an elastomer stamp. Laser oscillation was observed around the wavelength of 1250 nm with a threshold current of 47 mA at room temperature and stable operation up to 80°C. Transfer printing of the long QD amplifiers will enable the development of various hybrid integrated laser devices that leverage superior properties of QDs as laser gain medium.

  • Enhanced Magneto‐Optical Effects in Epsilon‐Near‐Zero Indium Tin Oxide at Telecommunication Wavelengths

    K Ikeda, T Liu, Y Ota, N Kobayashi, S Iwamoto

    Advanced Optical Materials 12 (2), 2301320  2024

    Joint Work

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Papers, etc., Registered in KOARA 【 Display / hide 】

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Reviews, Commentaries, etc. 【 Display / hide 】

  • Lasing from a valley photonic crystal cavity with a bearded interface

    宮崎亮輔, 宮崎亮輔, 車一宏, 車一宏, 吉見拓展, 吉見拓展, 勝見亮太, 勝見亮太, 山口拓人, 山口拓人, 太田泰友, 荒川泰彦, 岩本敏, 岩本敏, 岩本敏

    応用物理学会春季学術講演会講演予稿集(CD-ROM) 68th 2021

  • Fabrication of a quantum-dot single-photon source on a fiber pigtailed Si photonic chip using transfer printing

    勝見亮太, 勝見亮太, 勝見亮太, 勝見亮太, 太田泰友, 太田泰友, 田尻武義, 田尻武義, 岩本敏, 岩本敏, 岩本敏, 秋山英文, REITHMAIER J. P., BENYOUCEF M., 荒川泰彦

    応用物理学会秋季学術講演会講演予稿集(CD-ROM) 82nd 2021

  • Transfer printing-based integration of a quantum dot-nanocavity coupled system on a fiber pigtailed Si waveguide

    勝見亮太, 勝見亮太, 勝見亮太, 太田泰友, 田尻武義, 岩本敏, 岩本敏, 岩本敏, 秋山英文, REITHMAIER J. P., BENYOUCEF M., 荒川泰彦

    応用物理学会春季学術講演会講演予稿集(CD-ROM) 68th 2021

  • 転写プリント法によるナノ光素子のシリコン上ハイブリッド集積

    太田 泰友, 岩本 敏, 荒川 泰彦

    レーザー研究 48 ( 10 ) 545 - 549 2020.10

    Article, review, commentary, editorial, etc. (scientific journal), Joint Work

  • Observation of light propagation via slow light edge states in valley photonic crystals

    吉見拓展, 吉見拓展, 山口拓人, 山口拓人, 勝見亮太, 勝見亮太, 太田泰友, 荒川泰彦, 岩本敏, 岩本敏, 岩本敏

    応用物理学会春季学術講演会講演予稿集(CD-ROM) 67th 2020

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Presentations 【 Display / hide 】

  • Design of a defect-based photonic crystal nanobeam cavity robustly coupled to an underlying SiN waveguide

    Natthajuks Pholsen, Yasutomo Ota, Ryota Katsumi, Yasuhiko Arakawa, Satoshi Iwamoto

    Design of a defect-based photonic crystal nanobeam cavity robustly coupled to an underlying SiN waveguide, 

    2021.03
    , 

    Oral presentation (general)

  • Fabrication of a Sub-micron-thick Monocrystalline Magneto-optical Garnet Thin Film on Insulator Substrate

    Siyuan Gao, Yasutomo Ota, Feng Tian, Yasuhiko Arakawa, Satoshi Iwamoto

    Fabrication of a Sub-micron-thick Monocrystalline Magneto-optical Garnet Thin Film on Insulator Substrate, 

    2021.03
    , 

    Poster presentation

  • ファイバーピグテール付きSi導波路上への量子ドット-ナノ共振器結合系の転写プリント集積

    勝見 亮太, 太田 泰友, 田尻 武義, 岩本 敏, 秋山 英文, Reithmaier J. P, Benyoucef M, 荒川 泰彦

    第68回応用物理学会春季学術講演会, 

    2021.03
    , 

    Oral presentation (general)

  • 光ハイブリッド集積技術を活用した量子光源

    太田泰友

    量子情報工学研究会, 

    2020.12
    , 

    Oral presentation (invited, special)

  • 転写プリント法による最小光源の光ハイブリッド集積

    太田泰友, 岩本敏, 荒川泰彦

    電子情報通信学会, 

    2020.09
    , 

    Oral presentation (invited, special)

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Research Projects of Competitive Funds, etc. 【 Display / hide 】

  • イプシロンニアゼロ材料における非線形磁気光学

    2022.06
    -
    2024.03

    MEXT,JSPS, Grant-in-Aid for Scientific Research, Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory), Principal investigator

    　View Summary

    本研究では、誘電率εがゼロ近傍に制御可能なEpsilon Near Zero材料を舞台に、磁気光学効果そのもの非線形応答の探求を行う。さらに、この新しい非線形磁気光学効果についてトポロジカルフォトニクスへの応用を検討し、新奇磁気光学デバイス創出に挑戦する。本研究は、 ともすればマイナーと見られていた非線形磁気光学効果を、デバイス技術へも応用可能なメジャーな効果へと変革し、非線形磁気光学の分野に新しい方向性をもたらすものである。
    本研究は、イプシロンニアゼロ（ENZ）特性を示す酸化インジウムスズ（ITO）を舞台に、磁気光学（MO）効果の非線形光学応答の観測とその応用を検討するものである。初年度は、ガラス基板上への高品質ITOの成膜を試みるとともに、作製したITO薄膜に対する光学評価を行った。また、MO-ENZ材料を取り込んだ光学素子の設計にも取り組んだ。ITOの成膜では、スパッタターゲットの工夫やスパッタ条件の精密制御を通じて高品質化を図った。作製した薄膜はエリプソメーター等で評価し、その誘電率などを解析した。まず、ITO中の酸素濃度を変化させることでENZ波長の制御を試みた。結果、目標とする近赤外領域においてENZ特性を示すITO薄膜の形成に成功した。特に、高温での成膜条件を見出すことで、先行研究と比べてENZ波長における光学損失が小さなITO膜を形成することが可能となった。次に、同薄膜に対するMO分光を進めた。可視から近赤外域において、透過反射分光を行いガラス基板の影響を差し引くことでITO薄膜のMO応答を調べた。結果、近赤外域においてFaraday回転およびKerr回転ピークをENZ波長近傍で観測することに成功した。酸素濃度を変化させた試料においては、MO応答のピーク波長がシフトを示し、ENZ効果によって増強されていることが確認された。光学デバイスの設計では、ENZ材料をクラッドとしたフォトニック結晶構造の解析に取り組んだ。有限要素法をベースとしてヘルムホルツ方程式を解析しバンド構造などの基礎的な光学応答を調べた。
    実験に用いる高品質ENZ-ITO薄膜の成膜に成功し、光学設計も順調に進んでいる一方で、超短パルスレーザーが故障し非線形分光の実験を中断せざるを得なかった。これらの状況を鑑みて、概ね順調に進展していると判断した。
    今後は製膜したENZ-ITO薄膜に対する解析を進めその一層の高品質化に取り組むとともに、故障した超短パルスレーザーの修理ができしだい非線形分光実験に取り組みたいと考えている。並行して光学設計を進め、新奇MO素子に関する検討を行う。

  • Nonlinear topological nanophotonics based on semiconductor photonic crystals

    2022.04
    -
    2026.03

    Japan Society for the Promotion of Science, Grants-in-Aid for Scientific Research, Grant-in-Aid for Scientific Research (A), No Setting

    　View Summary

    トポロジカルナノフォトニクスを線形光学の枠を超えて非線形光学領域へと展開する。具体的には、半導体バレーフォトニック結晶で実現されるトポロジカルスローライト導波路の低分散化を図り高効率な四光波混合を誘起することにより、構造揺らぎなどがあっても高い効率を示すパラメトリック増幅や高い量子相関を示す量子もつれ光子対生成の実現を目指す。さらに、バレーフォトニック結晶を積層することで発現する新たな光局在状態とそれを用いた高調波発生を実現する。これらの研究をとおして、新奇オンチップ非線形光学デバイスの可能性を探求し、“非線形トポロジカルナノフォトニクス”という新分野の開拓に挑む。

  • 半導体光ツイストロニクスの開拓

    2022.04
    -
    2025.03

    日本学術振興会, Grants-in-Aid for Scientific Research, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), No Setting

    　View Summary

    半導体薄膜に周期的に空孔を設けた２次元フォトニック結晶を回転させつつ積層することで、光ツイストロニクスを開拓する。これにより、新しい光閉じ込め機構および光系特有のツイスト物理を探求する。一般に困難とされる積層ナノ光構造の作製には申請者が開発を続ける転写プリント法を用い、高品質な半導体ツイスト積層フォトニック結晶を実現する。同構造の工学的有用性にも着目し、ハイブリッド集積ツイスト微小共振器レーザーへの応用を検討する。本研究を通じ、半導体光ツイストロニクスと呼ぶべき新分野を開拓する。

  • 磁気光学結晶-on-insulator基板の実現とナノフォトニクスへの応用

    2019.04
    -
    2022.03

    MEXT,JSPS, Grant-in-Aid for Scientific Research, 太田 泰友, Grant-in-Aid for Scientific Research (C), Principal investigator

    　View Summary

    In this project, we realized magneto-optical (MO) crystal on insulator (MOOI) substrates by bonding monocrystalline MO-material wafers to glass and then grinding, polishing and etching them. We also worked on the development of nanopatterning techniques for the MO material (here we used yttrium iron garnets) by plasma dry etching based on different etching gases. In addition, we investigated magneto nanophotonic structures based on the MOOI substrate, such as MO metasurfaces, photonic crystals, and hybrid structures with Si nanostructures, and found a design for ultrathin MO Faraday rotators.

  • Investigation of single photon quantum optical circuits implemented on semiconductor chips

    2016.04
    -
    2020.03

    The University of Tokyo, Grants-in-Aid for Scientific Research, Ota Yasutomo, Grant-in-Aid for Scientific Research (C), No Setting

    　View Summary

    We investigated integration technologies of quantum-dot single photon sources on semiconductor-based photonic integrated circuits, and performed quantum optical experiments on the photonic chips. We studied transfer printing for performing the photonic integration and succeeded in integrating nanocavity-based single photon sources on photonic waveguides with positioning accuracy better than ±50nm. We clarified that such photonic structures can achieve coupling efficiencies exceeding 99% based on electromagnetic simulations. Experimentally, we fabricated various integrated devices using semiconductor nanofabrication processes together with transfer printing, and demonstrated single photon generation on chip, integration of multiple sources on a single chip and in-situ independent wavelength tuning of the integrated single photon sources.

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Courses Taught 【 Display / hide 】

  • SPECIAL TOPICS IN APPLIED PHYSICS AND PHYSICO-INFORMATICS

    2024

  • SOLID STATE PHYSICS BASICS

    2024

  • SOLID STATE PHYSICS 2

    2024

  • PRESENTATION TECHNIQUE

    2024

  • NANO SCALE SCIENCE JOINT SEMINAR

    2024

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