大規模結合共振器におけるスローライト伝播

倉持栄一 田辺孝純 谷山秀昭 納富雅也
量子光物性研究部

 スローライト光媒体の有力候補である結合共振器光導波路(Coupled Resonator Optical Waveguide:CROW)[1]をQ値およそ100万のシリコンフォトニック結晶(PC)共振器[2]で構成し、共振器数Nが100以上の大規模結合導波路を低損失で実現できること、また極めて遅い群速度(vg)に相当する導波路分散を実現できることを実証してきた[3]。次の課題は広帯域かつフラットトップの透過帯域を実現し短い光パルスを実際に低群速度で歪みなく伝搬させることである。CROWと外部入出力導波路との結合を最大化するため間隔LCWを最小化するとともにインライン結合を採用し、共振器間隔を重みづけ(アポダイズ化)した(図1)。その結果CROWの透過帯域の特性は飛躍的に改善され、共振器固有の線幅よりはるかに広い連続的でフラットトップに近いものになった(図2)。実際に半値幅16 psの短パルスを伝搬させるとN=30で35 ps、N=60で75 psの明瞭な遅延が得られ、CROWの分散関係から決まるvg (真空中の光速の0.0085倍)と良い一致を示した(図3)。CROW伝搬後の損失もパルス波形の歪みも十分小さい。パルスの半値幅の数倍に及ぶ遅延は他のスローライト媒体では実現し難いもので、PC-CROWの高速光通信用広帯域スローライト媒体としての可能性・優位性を実証した結果であるといえる[4]。
 この研究の一部は科学技術振興機構CRESTの援助を受けた。

[1] A. Yariv, et al., Opt. Lett. 24 (1999) 711.
[2] E. Kuramochi, et al., Appl. Phys. Lett. 88 (2006) 041112.
[3] E. Kuramochi, et al., CLEO/QELS2007, Baltimore, U.S.A., May 2007, 2.
[4] E. Kuramochi, et al., CLEO/QELS2008, San Jose, U.S.A., May 2008, 3.

図1 (a)インライン結合構造。(b)本研究で採用したPC-CROW構造(格子定数α=420 nm, 穴半径110 nm, Si厚205 nm)。穴A/Bは矢印方向に8 nm/4 nmシフトした
図2 PC-CROWの透過帯域のスペクトル 図3 導波路透過後の光パルス時間分解波形の比較(PC-CROW対基準PC導波路)

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