Ota, Yasutomo

写真a

Affiliation

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

Position

Associate Professor

External Links
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Career 【 Display / hide 】

  • 2010.04
    -
    2011.03

    Japan Society for the Promotion of Science

  • 2011.04
    -
    2015.03

    Institute for Nano Quantum Information Electronics The University of Tokyo

  • 2015.04
    -
    2022.03

    Institute for Nano Quantum Information Electronics The University of Tokyo

  • 2018.10
    -
    2022.03

    Japan Science and Technology Agency

  • 2021.04
    -
    2022.03

    Media Center for Science and Technology, Keio University

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Academic Background 【 Display / hide 】

  • 2002.04
    -
    2006.03

    Osaka Prefecture University

    University, Graduated

  • 2006.04
    -
    2008.03

    The University of Tokyo

    Graduate School, Completed, Master's course

  • 2008.04
    -
    2011.03

    The University of Tokyo

    Graduate School, Completed, Doctoral course

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Academic Degrees 【 Display / hide 】

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

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Books 【 Display / hide 】

  • Hybrid Integration of Quantum-Dot Non-classical Light Sources on Si

    Katsumi R., Ota Y., Iwamoto S., Arakawa Y., Topics in Applied Physics, 2022

    　View Summary

    This chapter describes the hybrid integration of quantum-dot single-photon sources (QD SPSs) on Si toward the scalable Si quantum photonics. In this study, transfer printing (TP) has been extensively investigated, a technique that simply relies on pick-and-place integration based on van der Waals force, and thus is fully compatible with the CMOS back-end process to exploit mature CMOS technology. Using TP, QD SPSs were hybrid integrated on a CMOS Si chip. It was confirmed that the integrated QDs can generate single photons on a CMOS Si chip. We also observed efficient waveguide coupling of emitted single photons. Furthermore, we extended our TP method for investigating the multiple identical SPSs hybrid integrated on Si. We believe that our TP-based approach will provide a novel pathway toward the scalable implementation of multiple identical QD SPSs on the same CMOS Si chip.

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Papers 【 Display / hide 】

  • Experimental realization of wide-mode-area slow light modes in valley photonic crystal heterostructure waveguides

    Zhang C., Lu G., Pholsen N., Ota Y., Iwamoto S.

    Optical Materials Express 15 ( 10 ) 2447 - 2459 2025.10

    Accepted

    　View Summary

    We experimentally realized wide-mode-area slow-light modes in valley photonic crystals (VPhCs) heterostructure waveguides. The waveguides are fabricated on a silicon slab by inserting gapless photonic graphene layers with varying widths and modifying the unit cell spacing near the domain walls. By reducing the spacing between unit cells at the domain boundaries, slow-light guided modes are achieved in VPhCs heterostructure waveguides. The presence of wide-mode-area modes is verified by observing the radiation in the light propagation of leaky guided modes above the light line. To characterize guided modes below the light line, we introduce air-slot terminations to induce out-of-plane scattering and measure intensity profiles. The results show that the mode widths are tunable for both fast-light and slow-light modes in VPhCs heterostructure waveguides by adjusting the number of photonic graphene layers. The ability to support wide-mode-area slow-light modes in VPhC heterostructures offers promising opportunities for the development of high-power, on-chip photonic integrated devices.

  • Quantum-dot single-photon source based on a two-dimensional photonic crystal nanocavity transfer-printed on a Si wire waveguide

    Fujita A., Pholsen N., Ji S., Kamei T., Okano M., Kakuda M., Iwamoto S., Arakawa Y., Ota Y.

    Journal of Applied Physics 138 ( 10 )  2025.09

    Accepted,  ISSN  00218979

    　View Summary

    We report a quantum-dot single-photon source (QD SPS) with a two-dimensional photonic crystal (2D PhC) nanocavity hybrid-integrated on a low-loss hydrogenated amorphous silicon waveguide via transfer printing. The large bandgap effect of the 2D PhC supports efficient coupling of QD radiation into the cavity. We suppressed unwanted cavity loss due to polarization conversion in the on-glass 2D PhC by loading an additional glass thin film on top of the structure, leading to low-loss evanescent coupling from the cavity to the underlying waveguide. We observed single-photon generation from a QD in the cavity and its propagation in the waveguide by low-temperature photoluminescence measurements.

  • Space-Time Optical Hopfion Crystals

    Lin W., Mata-Cervera N., Ota Y., Shen Y., Iwamoto S.

    Physical Review Letters 135 ( 8 )  2025.08

    Accepted

    　View Summary

    Hopfions-higher-dimensional topological quasiparticles with sophisticated 3D knotted spin textures discovered in condensed matter and photonic systems-show promise in high-density data storage and transfer. Here, we present crystalline structures of hopfions lying in space-time constructed by spatiotemporally structured light. Practical methodologies using bichromatic structured light beams or dipole arrays to assemble 1D and higher dimensional hopfion lattices are proposed, and a technique for tailoring topological orders is elucidated. Optical hopfion crystals constitute a new platform for high-dimensional topological information transfer.

  • Flatband localization in 1D moiré bilayer photonic crystals with staggered potential

    Trushin S.M., Ito T., Ishii Y., Iwamoto S., Ota Y.

    Optics Letters 50 ( 7 ) 2405 - 2408 2025.04

    Accepted,  ISSN  01469592

    　View Summary

    Moiré photonic crystals exhibit a variety of exciting phenomena, including flatband localization. In bilayer moiré photonic crystals, activating flatband localization often requires precise tuning of various structural parameters, which may limit its experimental realization and applications. In this work, we discuss one-dimensional moiré bilayer photonic crystals with staggered potential introduced into each layer. Moiré patterns were formed by slightly differentiating the lattice periods of the top and bottom grating layers, which were double-periodically modulated for introducing the staggered potential. We found that the staggered potential helps in inducing flatband localization in a wider parameter space. We identified the magnitude of the staggered potential as a handy tuning parameter for the manipulation of photonic moiré bands and their wave functions. Our finding here will accelerate the nano-/microcavity formation through moiré physics.

  • Slow light waveguides based on bound states in the continuum

    Tanimura Y., Ishii Y., Takata K., Uemura T., Notomi M., Iwamoto S., Ota Y.

    Optics Letters 50 ( 6 ) 2013 - 2016 2025.03

    Accepted,  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.

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

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Presentations 【 Display / hide 】

  • 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)

  • Hybrid integration based on transfer printing for scalable silicon quantum photonics

    Yasutomo Ota, Satoshi Iwamoto, Yasuhiko Arakawa

    BQIT:20, 

    2020.04
    , 

    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
    -
    2025.03

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

    　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。研究二年度目においては、まずガラス基板上のITO膜の高品質化を図った。アニール温度やチャンバー雰囲気を制御することで、光学損失が小さくかつENZ波長が近赤外域において一層短波長化したITOを実現することに成功した。一方、さらなる低損失化と強いMO効果との両立を目指してナノグラニュラ材料によるMO層とENZ効果を発現するためのITO層の積層構造の検討も行った。鉄コバルトナノグラニュラを中心に検討し、ITOとの積層構造を作製することに成功した。また同膜の光学評価を行い、MO効果の発現を確認した。また、適切な光学コントラストを得るためにITO薄膜の転写技術構築にも取り組んだ。ガラス上のITOをリソグラフィーで断片化し、ガラスをフッ酸で選択除去することでITOの中空薄膜を作製した。同薄膜を転写プリント法で別種のガラス上に転写することに成功した。歪みによるITO膜の変形が見られたものの、貼り付け基板側を適切に処理することで平坦化できることが分かった。逆にITO上への半導体フォトニック結晶の転写技術の開発にも取り組んだ。ITO表面に荒れが見られたものの、転写集積することに成功した。さらには、MO効果を取り込んだフォトニック結晶の数値計算についても引き続き取り組んだ。フォトニック結晶のガイドモード共鳴を活用して光閉じ込めを行うことで、MO効果を大幅に増強できることが分かった。
    実験に用いる高品質なITO薄膜の成膜に成功し、MOフォトニック結晶の設計も順調に進んだ。また新たな研究展開へと繋がるITO薄膜の転写にも成功した。ただ、MO分光実験には遅れがみられる。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。
    今後は近赤外波長域においてITO薄膜の分光評価実験を進めるとともに、転写可能なITO薄膜という新しい技術を生かした新奇光デバイスの検討を行う。加えて、ENZ-MO多層膜の作製及び検討を進め、同材料のMO分光実験を進める。

  • Nonlinear topological nanophotonics based on semiconductor photonic crystals

    2022.04
    -
    2026.03

    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。
    バレーフォトニック結晶を用いたスローライト導波路について、構造変調による分散制御の可能性を数値的に検討した。その結果、界面周辺の円孔サイズと位置を制御することで、効率的な非線形光学効果の実現に必要な低群速度分散特性を実現できる可能性が見出された。また、非線形光学効果の観測に必要なトポロジカルスローライト導波路への高効率光入射を可能にするカプラ構造を設計し、シリコンバレーフォトニック結晶導波路を用いた実験によりその効果を実証した。また、機械学習を活用した群速度分散やカプラ構造の最適化の検討を開始した。
    バレーフォトニック結晶を積層した構造を数値計算により検討した。InPおよびSiをスラブ材料としたハニカム格子フォトニック結晶を出発点とし、ABサイトの孔サイズを変えつつツイスト積層構造を調べた。その結果、特定の設計パラメータ、ツイスト角において光局在が発現することを確認した。また、その共振器状態について系統的に調べQ値が1000を超える構造を明らかにした。設計した構造の作製にも取り組んだ。InPを母材としてプロセス開発を進め単層フォトニック結晶の作製と転写プリント法を用いた積層構造の作製を行った。
    トポロジカルスローライト導波路については、数値解析による分散制御の可能性の確認、今後の実験で重要となる高効率カプラの設計・実証のほか、当初想定していなかった機械学習のトポロジカルスローライト導波路やカプラの設計への適用についても目処がたった。
    積層フォトニック結晶については、数値計算手法の開拓により、想定以上のペースで積層バレーフォトニック結晶に関する光学設計が進展している。作製プロセス開発については、単層構造を比較的高い精度で作製することに成功しており、同技術をベースとしてツイスト積層構造の作製が順調に進んでいる。転写プリント法を用いた積層プロセスにおいて回転角・位置合わせ精度に課題があるものの、今後の解決が見込まれる。
    以上から、「おおむね順調に進展している」と判断した。
    スローライト導波路については、機械学習を活用してより広い帯域で低群速度分散を実現できる構造の設計を目指すとともに、実際にデバイスを作製し、まず線形光学特性の評価を行なう。
    積層フォトニック結晶については、非線形光学効果の探求に適した高Q値共振が可能な構造の探求を目指す。また、モード体積が小さな光共振の可能性も検討する。作製プロセス開発においては、回転角調整手法の検討を進め、より高精度な積層構造の作製を目指す。

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Intellectual Property Rights, etc. 【 Display / hide 】

  • 光機能構造体の製造方法および光機能構造体

    Date applied： 特願 2025-138809  2025.08 

    Joint

  • 転写スタンプ材、感温性粘着材組成物、マイクロ転写プリント装置及び転写プリント方法

    Date applied： 特願 2024-147840  2024.08 

    Joint

  • 磁気光学材料

    Date applied： 特願 2024-090262  2024.06 

    Joint

  • フォトマスク、フォトニック結晶の製造方法、フォノニック結晶の製造方法及びメタ表面の製造方法

    Date applied： 特願 2021-136252  2021.08 

    Joint

  • 磁気光学材料およびその製造方法

    Date applied： 特願 2021-003325  2020.01 

    Joint

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Awards 【 Display / hide 】

  • 丸文学術賞

    2021.11, 丸文財団

    Type of Award： Award from publisher, newspaper, foundation, etc.

  • レーザー学会奨励賞

    2021.05, レーザー学会

    Type of Award： Award from Japanese society, conference, symposium, etc.

  • ISCS Young Scientist Award

    2021.05, The international symposium on compound semiconductors

    Type of Award： Award from international society, conference, symposium, etc.

  • 文部科学大臣表彰若手科学者賞

    2019.04, 文部科学省

    Type of Award： Other

  • 奨励賞

    2016.02, レーザ・量子エレクトロニクス研究会

    Type of Award： Award from Japanese society, conference, symposium, etc.

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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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Memberships in Academic Societies 【 Display / hide 】

  • Optica, 

    2016.03
    -
    Present

  • The Japan Society of Applied Physics, 

    2006.02
    -
    Present
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Committee Experiences 【 Display / hide 】

  • 2024.10
    -
    2025.05

    13th Asia-Pacific Laser Symposium (APLS 2025), Quantum photonics 領域 Program Co-chair

  • 2024.06
    -
    2025.06

    Optica

  • 2023.10
    -
    Present

    International Conference on the Physics of Semiconductors (ICPS2026) プログラム委員会幹事

  • 2023.04
    -
    2025.03

    The Japan Society of Applied Physics

  • 2023.03
    -
    Present

    Solid State Devices and Materials (SSDM)国際会議 プログラム委員(SSDM2023)、実行委員(SSDM2024)、実行委員(SSDM2025)

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