慶應義塾研究者情報データベース

学位 【 表示 ／ 非表示 】

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• 博士（工学）, 東京大学, 課程, 2011年03月

研究分野 【 表示 ／ 非表示 】

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• ナノテク・材料 / 光工学、光量子科学

著書 【 表示 ／ 非表示 】

著書 【 表示 ／ 非表示 】

• 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年10月

論文 【 表示 ／ 非表示 】

論文 【 表示 ／ 非表示 】

• 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年01月

  共著

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  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年

  共著

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  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年

  共著,  ISSN  2511-9044

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  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年

  共著

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  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年

  共著

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KOARA（リポジトリ）収録論文等 【 表示 ／ 非表示 】

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• 転写プリント法を用いた光ハイブリッド集積技術の研究

  太田, 泰友

  学事振興資金研究成果実績報告書 （慶應義塾大学）  2022年

• 転写プリント法を用いた光ハイブリッド集積技術の研究

  太田, 泰友

  学事振興資金研究成果実績報告書 （慶應義塾大学）  2021年

総説・解説等 【 表示 ／ 非表示 】

総説・解説等 【 表示 ／ 非表示 】

• Bearded界面を有するバレーフォトニック結晶共振器構造におけるレーザー発振

  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年

• 転写プリント法によるファイバーピグテール付きSi光チップ上量子ドット単一光子源の作製

  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年

• 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, 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年

• 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年10月

  記事・総説・解説・論説等（学術雑誌）, 共著

• バレーフォトニック結晶におけるスローライトエッジ状態の光伝搬の観測

  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年

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研究発表 【 表示 ／ 非表示 】

研究発表 【 表示 ／ 非表示 】

• 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

  第68回応用物理学会春季学術講演会, 

  2021年03月

  , 

  口頭発表（一般）

• 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年03月

  , 

  口頭発表（一般）

• 絶縁体上サブミクロン厚み単結晶磁気光学ガーネット薄膜基板の作製

  太田 泰友

  第68回応用物理学会春季学術講演会, 

  2021年03月

  , 

  ポスター発表

• 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年12月

  , 

  口頭発表（招待・特別）

• 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年09月

  , 

  口頭発表（招待・特別）

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競争的研究費の研究課題 【 表示 ／ 非表示 】

競争的研究費の研究課題 【 表示 ／ 非表示 】

• イプシロンニアゼロ材料における非線形磁気光学

  2022年06月

  -

  2024年03月

  文部科学省・日本学術振興会, 科学研究費助成事業, 太田 泰友, 挑戦的研究（萌芽）, 補助金,  研究代表者

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  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。

• 半導体フォトニック結晶を用いた非線形トポロジカルナノフォトニクスの開拓

  2022年04月

  -

  2026年03月

  日本学術振興会, 科学研究費助成事業, 岩本 敏, 太田 泰友, 太田 泰友, 基盤研究(A), 未設定

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  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年04月

  -

  2025年03月

  日本学術振興会, 科学研究費助成事業, 太田 泰友, 基盤研究(B), 未設定

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  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年04月

  -

  2022年03月

  文部科学省・日本学術振興会, 科学研究費助成事業, 太田 泰友, 基盤研究(C), 補助金,  研究代表者

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  本研究では、磁気ナノフォトニクスという新しい研究分野を開拓するため、レーザーを用いた磁気光学薄膜の高品質分離技術を構築することを目指す。材料を薄膜化することで、光と物質の相互作用を増大することが可能となる。これにより、従来技術では難しかった超小型集積光アイソレーターや非相反トポロジカル光導波路といった新しい磁気光学デバイスの実現が期待される。
  磁気光学材料である単結晶イットリウム鉄ガーネットを用いて薄膜を作製し、ナノフォトニクスへの研究に応用することを目指している。昨年度までに、スピンオングラスを用いたシリコン基板上へのガーネット基板のウェハ融着を実現し、融着ガーネット層を研磨により薄膜化することに成功した。
  今年度は、これらの技術の一層の高度化をはかるとともにドライエッチングによるガーネット厚みの精密制御に取り組んだ。また数値計算を用いて磁気ナノフォトニクス構造の光学応答を解析することにも取り組んだ。
  ウェハ融着では、昨年度までの課題であった残存パーティクル除去プロセスの構築を進めた。光学顕微鏡下でアルコールおよびクリーンペーパーを用いてふき取ることで、最もパーティクルを低減できることが分かった。これにより、高い確率でウェハ融着を成功させることが可能となった。これにより、より大きなガーネット基板を融着することも可能となった。研磨においては、研磨の各段階においてスラリーおよび研磨パッドを最適化することにより、クラックフリーでの研磨が可能となった。また、研磨ホルダーやパッドを精密に平坦化することで、薄膜厚みの均一性を高めることに成功した。
  ドライエッチングでは、基板の精密な薄膜化に取り組んだ。Arガスのみによるプラズマエッチングにより、表面粗さを増加させることなく薄膜化することに成功した。また、エッチングレート約20nm/minで安定的しており、非常に高い精度で膜厚を制御可能であることが見いだされた。
  数値計算では、有限要素法をベースとした計算を行った。特に、解析が容易な磁気光学マイクロディスクで発生するFaraday回転について調べたが、現状では明瞭な回転増強効果は見られていない。これはガーネットの屈折率が低いため十分な共振効果をディスク内で保つことができなかったためだと考えられる。
  ナノフォトニクスに適用可能なシリコン上薄膜ガーネットの作製に成功した。また膜厚を精密に制御する手法を見出した。今後、これらの基本技術を土台とすることで、磁気ナノフォトニクスの探求が可能となる。これらの状況を鑑み、おおむね順調に進展していると判断した。
  ウェハ融着に関しては、より強い接合強度を得るため、スピンオングラスのアニール条件や融着条件の最適化を図る。また、スピンオンガラス厚みを調整し、融着への影響を調べる。また試料のプラズマ処理工程に関しても必要に応じて条件の再検討を行う。
  研磨に関しては、最終工程である化学機械研磨のさらなる改善を目指す。研磨パッドをより硬質なものに変更し、ガーネット基板端におけるエッジ鈍りの低減をはかる。
  ドライエッチングに関しては、微細加工のためのドライエッチング技術の構築をはかる。これまで塩素系では微細加工は難しかった。そこで加工ガスを変更することで同技術の実現を目指す。エッチング選択比を大きくとるために、エッチングマスクについても見直しを進める。
  数値計算では、ガーネット材料による磁気光学マイクロディスクの計算を発展させ、同構造を周期的に配置したフォトニック結晶の解析を進める。垂直入射時におけるファラデー回転量を大きくするための光学構造を検討し、有限要素法や有限差分時間領域法などにより解析を行う。加工プロセス技術の進展を合わせ、実際に作製でき光学評価が可能となる構造について集中的に解析を行う。

• 半導体チップ上単一光子量子回路の研究

  2016年04月

  -

  2020年03月

  東京大学, 科学研究費助成事業, 太田 泰友, 基盤研究(C), 未設定

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  本研究では、半導体集積光回路上へ量子ドット単一光子源を集積する技術の開発と同系における量子光学実験を行った。集積技術として転写プリント法を研究し、ナノ共振器光源を光導波路上へ±50nm程度の位置精度で集積することに成功した。また、同構造において99％を超える光源効率を達成可能なことを電磁界計算により明らかにした。半導体ナノ加工技術と転写プリント法を組み合わせて様々な試料を作製し、光回路上での単一光子発生、複数光源集積やその独立発光波長チューニングなどを実現した。
  転写プリント法によりナノ共振器光源を光回路上へ的確に集積できることを示した点は大変意義深い。同手法は、その他のナノ光素子へも容易に適用できる。今後、多様な光素子の自在集積が可能である稀有な光集積技術として活用されていくことが期待できる。また、同技術を用いて光源を作製した場合でも、非常に高い光源効率が実現可能であることを示した点も重要である。本研究での成果が、量子技術に要求される高性能量子光源の開発に活用できることを示唆している。

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担当授業科目 【 表示 ／ 非表示 】

担当授業科目 【 表示 ／ 非表示 】

• 物理情報工学特別講義

  2024年度

• 物性物理基礎

  2024年度

• 物性物理Ⅱ

  2024年度

• プレゼンテーション技法

  2024年度

• ナノスケール科学ジョイントセミナー

  2024年度

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