Forschungsthemen

Integrierte optische Siliziumschaltungen mit photonischen Kristallen.

photonischer Kristallkennzeichnet das zu definierende Wort oder den SatzKünstliche Kristalle für LichtwellenlängenGenauso wie Halbleiterkristalle eine Bandlücke für Elektronen haben, können photonische Kristalle eine Bandlücke für Licht haben, wenn sie mit Hilfe von Mikrofabrikationstechniken hergestellt werden. Die Bandlücke für Licht kann verwendet werden, umDas Licht kann im Chip stark eingegrenzt oder die Lichtgeschwindigkeit verlangsamt werden... Außerdem ist er extrem klein.Integrierte optische SchaltungSie ist einer der führenden Kandidaten für den

Photonische Kristalle sindSiliziumDie Technologie wird häufig aus Silizium (Si) hergestellt, das gut zu den aktuellen IC-Oberteilen passt, und soll zur Realisierung hybrider integrierter Schaltungen auf der Grundlage von Licht und Elektronen führen. In diesem Bereich, der auch als Silizium-Photonik bezeichnet wird, werden die Kräfte des Lichts und der Elektrizität auf einem einzigen Chip integriert, während gleichzeitig die Kräfte von Licht und Elektrizität getrennt werden.Leistungsstarke Signalverarbeitungsschaltungen mit geringem Stromverbraucherwartet werden kann.

Photonische Kristalle und integrierte Silizium-Photonik-Schaltungen.
Photonische Kristalle und integrierte Silizium-Photonik-Schaltungen.

Die Entwicklung leistungsfähiger mikrooptischer Resonatoren in photonischen Siliziumkristallen, volloptischer Schalter, elektrooptischer Modulatoren, Photodetektoren und optischer Wellenteiler, die die nächsten Schlüsselelemente optischer Schaltungen darstellen, wurde nacheinander durchgeführt.

Um das Verhalten von Licht zu visualisieren, sind Techniken zur Analyse elektromagnetischer Felder erforderlich, die die Maxwell-Gleichungen mit Hilfe einer als FDTD bezeichneten Technik lösen. Dies erfordertBerechnet mit massiv-parallelen Computern.Außerdem sind Programmierkenntnisse erforderlich. Nach Fertigstellung des Programmcodes ist die Analyse nicht nur eine Frage der Änderung des Modells, sondern erfordert auch Kreativität und Einfallsreichtum, wenn sich das Thema ändert.

gut ausgestattetMikro-optischer Resonator aus photonischen Kristallenund in welchen Kombinationen optische Schaltungen, die auch bei Herstellungsfehlern funktionieren, realisiert werden können. Aufgrund des hohen Freiheitsgrads bei der Gestaltung photonischer Kristalle gibt es viele verschiedene Kombinationen, und nur die Erfahrung und eine eingehende Betrachtung der Lichtwellentechnik werden zeigen, welche davon gewählt werden sollte.

Gefertigte photonische Kristall-Wellenlängenmultiplexfilter und ihre Eigenschaften.
Bildung von Siliziumdioxid-Netzwerken durch die Sol-Gel-Methode (TEOS).

Silizium ist ein hervorragendes Material, aber seine Leistung ist bekanntlich in vielen Aspekten schlechter als die von III-V-Halbleitern. Es gibt eine ganze Reihe von Fragen zu klären, u. a. in Bezug auf Leistung, Kosten und technologische Herausforderungen, z. B. ob alles in Silizium realisiert werden soll, ob eine hybride Integration mit verschiedenen Materialien an den richtigen Stellen angestrebt wird oder ob ein völlig anderer Ansatz verfolgt werden soll.

Diese Forschung wird in Zusammenarbeit mit nationalen Forschungsinstituten wie dem National Institute of Information and Communications Technology (NICT) und dem National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) durchgeführt, die über eine fortschrittliche Prozesstechnologie für die Nanofabrikation verfügen. Seit 2019 arbeiten die Studierenden am NICT und sind dort stationiert. Sie bedienen die Anlagen und stellen die Geräte selbst her. Wir nutzen auch Silizium-Photonik-Gießereien in Übersee mit Forschern von anderen Universitäten. In der Vergangenheit haben wir auch mit dem NTT Basic Research Laboratory for Solid State Physics zusammengearbeitet, der alten Heimat von Professor Tanabe.

Die Elemente können auch im Reinraum des vier Universitäten umfassenden Konsortiums in Shin-Kawasaki hergestellt werden. So wird die Forschung auf verschiedenen Wegen betrieben, entweder durch eigene Herstellung der Elemente oder in Zusammenarbeit mit externen Forschungseinrichtungen.

Darüber hinaus soll die auf Silizium basierende Technologie der optischen integrierten Schaltkreise mit Quantencomputern kompatibel sein, so dass sie als gemeinsame Plattform für die klassische und die Quantenforschung genutzt werden kann.

《 Schlüsselwort 》

Silizium-Photonik / Paralleles Rechnen / FDTD / Photonische Kristalle / Optische integrierte Schaltungen / Quantencomputer / Optische Signalverarbeitung mit geringer Leistung
Das Tanabe-Labor fördert aktiv die Zusammenarbeit in der Forschung.

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