Ota, Yasutomo

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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 】

  • Space-Time Optical Hopfion Crystals

    Wenbo Lin, Nilo Mata-Cervera, Yasutomo Ota, Yijie Shen, Satoshi Iwamoto

    Physical Review Letters  2025.08

    Joint Work

  • Slow light waveguides based on bound states in the continuum

    Yuta Tanimura, Yuki Ishii, Kenta Takata, Takahiro Uemura, Masaya Notomi, Satoshi Iwamoto, Yasutomo Ota

    Optics Letters 50 ( 6 ) 2013 - 2016 2025.03

    Joint Work,  ISSN  01469592

    　View Summary

    The concept of bound states in the continuum (BIC) has been advancing light confinement technology in leaky environments. In this Letter, we propose and numerically demonstrate a slow light waveguide based on a BIC mode. We considered a waveguide with a polymer core loaded on a plane slab, which supports a leaky guided mode coupled to the radiation continuum in the slab. We found that periodic modulation of the polymer core along the propagation direction can result in a high group index mode with a low propagation loss due to BIC confinement. The introduction of one-dimensional photonic crystals into the BIC waveguides will largely expand its functionality and applications in integrated photonics.

  • Transfer-printed nanophotonic waveguide on an erbium doped crystal towards hybrid photonic quantum devices

    T Okajima, R Ohta, T Sato, Y Tachizaki, X Xu, H Okamoto, Y Ota

    Japanese Journal of Applied Physics 64 (3), 032001 64 ( 3 )  2025

    Joint Work,  ISSN  0021-4922

    　View Summary

    We report the design, fabrication and optical characterization of silicon nanophotonic waveguides on an erbium doped crystal. The silicon waveguide allows for efficient optical addressing of erbium ions embedded near the crystal surface. We employed the transfer printing method to assemble the heterogeneous photonic structure in a simple pick-and-place manner. We observed coupling of the emission from erbium ions into the waveguide in the telecommunication wavelength band. The developed methodology opens the way to functional hybrid quantum devices mediating between photons, electrons and phonons.

  • Topological corner states in bilayer and trilayer systems with vertically stacked topological heterostructures

    N Ishida, M Ezawa, G Lu, W Lin, Y Ota, Y Arakawa, S Iwamoto

    Physical Review B 111 (11), 115418  2025

    Joint Work

  • Nanocavity-based quantum-dot single-photon source on a SiN waveguide integrated by transfer printing

    N Pholsen, A Fujita, M Okano, N Bart, A Ludwig, AD Wieck, Y Ota, ...

    Optics Express 33 (1), 252-262 33 ( 1 ) 252 - 262 2025

    Joint Work

    　View Summary

    Silicon nitride (SiN) integrated photonics is a highly promising platform for photonic quantum information processing. However, the efficient generation of single photons remains a significant challenge. Epitaxial InAs/GaAs quantum dots (QDs) embedded in wavelength-scale nanocavities offer a promising solution as single-photon sources (SPSs), but their integration with SiN has not yet been demonstrated. In this work, we employed a photonic crystal (PhC) nanobeam cavity to realize a QD SPS on a SiN waveguide. We found that the second-order mode of a period-modulated PhC nanobeam cavity is located close to the waveguide mode in the momentum space and could present a way to efficiently couple photons from the QD SPS into the waveguide. We fabricated the SiN circuitry and QD SPSs separately and integrated the SPS onto the waveguide by transfer printing. We observed Purcell enhancement by the cavity and confirmed the coupling of single photons into the waveguide.

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

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Reviews, Commentaries, etc. 【 Display / hide 】

  • An optical skyrmion crystal beam generator based on elephant couplers

    LIN W., 吉田知也, 渥美裕樹, 榊原陽一, 雨宮智宏, 太田泰友, 岩本敏

    応用物理学会秋季学術講演会講演予稿集(CD-ROM) 84th 2023

    ISSN  2758-4704

  • Generation of optical skyrmion beams based on nanophotonics

    LIN Wenbo, 太田泰友, 岩本敏

    フォトニクスニュース(Web) 8 ( 3 )  2023

    ISSN  2189-6496

  • Observation of Photonic Spin Textures in Band Structures of Valley Photonic Crystals

    吉見拓展, 吉見拓展, 各務響, 岡田祥, LIN W., LIN W., 雨宮智宏, 雨宮智宏, 太田泰友, 西山伸彦, 西山伸彦, 岩本敏, 岩本敏

    応用物理学会秋季学術講演会講演予稿集(CD-ROM) 83rd 2022

    ISSN  2758-4704

  • Proposal for Generating Spatiotemporal Polarization Hopfion Array Beams

    LIN W., 太田泰友, 岩本敏, 岩本敏

    応用物理学会秋季学術講演会講演予稿集(CD-ROM) 83rd 2022

    ISSN  2758-4704

  • Generation of a higher-order optical skyrmion beam using a microring resonator

    LIN W., 太田泰友, 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) 69th 2022

    ISSN  2436-7613

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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 】

  • Design of hyperuniform aperiodic artificial structures for realizing high-performance mesoscale materials

    2025.04
    -
    2028.03

    Grants-in-Aid for Scientific Research, Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (B), No Setting

    　View Summary

    本研究は、2次元フォトニック材料および3次元ソフトマテリアルにおけるメソスケール非周期構造の設計・合成を行い、ハイパーユニフォーミティをスカラー場に拡張した手法に基づく定量評価により光学・力学特性を最大化する構造を創出する。得られた成果は、光素子や強靭なゴム材料など新素材の開発に貢献する。

  • 可視域における巨大な磁気光学効果を活用した非相反二次元フォトニック結晶の研究

    2025.04
    -
    2028.03

    Grants-in-Aid for Scientific Research, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), No Setting

    　View Summary

    本研究では、可視域において大きな磁気光学効果を示す磁性ガーネット材料を微細加工し、フォトニック結晶構造を作製する。フォトニック結晶の光共振作用を活用し、磁気光学効果を一層高めることで、大きな非相反性を示す微小光学素子を実現する。この磁気フォトニック結晶は、小型光アイソレーターや非相反トポロジカルフォトニクスへ応用が可能であると期待される。

  • Development of nanogranular magneto-optical materials for optical integrated circuits

    2024.04
    -
    2027.03

    Grants-in-Aid for Scientific Research, Grant-in-Aid for Scientific Research (A), No Setting

    　View Summary

    高周波化におけるノイズや高密度化に伴う発熱等の問題により、電気回路の集積化に限界が見えつつある。これに対し、電気を光に置き換えた光集積回路が実現すれば、集積化への問題は解消され得る。本研究では、大きなファラデー効果を示すナノグラニュラー薄膜に着目し、その構造因子と材料特性の関係を明らかにすると共に、構造因子の制御法を確立することによって、光集積回路を実現するための磁気光学材料の開発を目指す。

  • 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。

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Courses Taught 【 Display / hide 】

  • SPECIAL TOPICS IN APPLIED PHYSICS AND PHYSICO-INFORMATICS

    2025

  • SOLID STATE PHYSICS BASICS

    2025

  • SOLID STATE PHYSICS 2

    2025

  • PRESENTATION TECHNIQUE

    2025

  • NANO SCALE SCIENCE JOINT SEMINAR

    2025

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