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

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• Nanotechnology/Materials / Optical engineering and photon science

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• 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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• 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.

  • Access to Document (DOI)

• Efficient light couplers to topological slow light waveguides in valley photonic crystals

  H Yoshimi, T Yamaguchi, S Ishida, Y Ota, S Iwamoto

  Optics Express 32 (4), 6382-6390 (Optics Express)  32 ( 4 ) 6382 - 6390 2024

  Joint Work

  　View Summary

  We numerically and experimentally demonstrate efficient light couplers between topological slow light waveguides in valley photonic crystals (VPhCs) and wire waveguides. By numerical simulations, we obtained a high coupling efficiency of −0.84 dB/coupler on average in the slow light regime of a group index ng = 10 − 30. Experimentally, we fabricated the couplers in a Si slab and measured the transmitted power of the devices. We realized a high coupling efficiency of approximately −1.2 dB/coupler in the slow light region of ng = 10 − 30, which is close to the result from the numerical simulations. These demonstrations will lay the groundwork for low-loss photonic integrated circuits using topological slow light waveguides.

  • Access to Document (DOI)

• Telecom‐Band Quantum Dots Compatible with Silicon Photonics for Photonic Quantum Applications

  R Katsumi, Y Ota, M Benyoucef

  Advanced Quantum Technologies, 2300423 (Wiley)   2024

  Joint Work,  ISSN  2511-9044

  　View Summary

  Abstract
  
  Silicon photonics is promising for quantum photonics applications owing to its large‐scale and high‐performance circuitry enabled by complementary‐metal‐oxide‐semiconductor fabrication processes. However, there is a lack of bright single‐photon sources (SPSs) capable of deterministic operation on Si platforms, which largely limits their applications. To this end, on‐Si integration of high‐performance solid‐state quantum emitters, such as semiconductor quantum dots (QDs), is greatly desired. In particular, it is preferable to integrate SPSs emitting at telecom wavelengths for fully leveraging the power of silicon photonics, including efficient chip‐to‐fiber coupling. In this review, recent progress and challenges in the integration of telecom QD SPSs onto silicon photonic platforms are discussed.

  • Access to Document (DOI)

• Telecom-Band Quantum Dots Compatible with Silicon Photonics for Photonic Quantum Applications

  Katsumi R., Ota Y., Benyoucef M.

  Advanced Quantum Technologies (Advanced Quantum Technologies)   2024

  Joint Work

  　View Summary

  Silicon photonics is promising for quantum photonics applications owing to its large-scale and high-performance circuitry enabled by complementary-metal-oxide-semiconductor fabrication processes. However, there is a lack of bright single-photon sources (SPSs) capable of deterministic operation on Si platforms, which largely limits their applications. To this end, on-Si integration of high-performance solid-state quantum emitters, such as semiconductor quantum dots (QDs), is greatly desired. In particular, it is preferable to integrate SPSs emitting at telecom wavelengths for fully leveraging the power of silicon photonics, including efficient chip-to-fiber coupling. In this review, recent progress and challenges in the integration of telecom QD SPSs onto silicon photonic platforms are discussed.

  • Access to Document (DOI)

• Reconfigurable synthetic dimension frequency lattices in an integrated lithium niobate ring cavity

  A Balcytis, H Dinh, T Ozawa, Y Ota, G Ren, T Baba, S Iwamoto, A Mitchell, ...

   2024

  Joint Work

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

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• Investigation of photonic hybrid integration with a transfer printing method

  Ota, Yasutomo

  学事振興資金研究成果実績報告書 (慶應義塾大学)  2022

• Investigation of photonic hybrid integration with a transfer printing method

  Ota, Yasutomo

  学事振興資金研究成果実績報告書 (慶應義塾大学)  2021

Reviews, Commentaries, etc. 【 Display / hide 】

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• 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 】

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• 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)

• 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)

• 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

• 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 】

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• 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 】

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• 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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