使用光子晶體的矽光集成電路 | 田邊光子結構集團

研究主題

使用光子晶體的矽光學積體電路。

光子水晶表示正在定義的字或詞組光波長的人工晶體半導體晶體具有電子的帶隙，光子晶體也具有光的帶隙。光的帶隙可用於光可以被強烈地限制在晶片內，或者光速可以被減慢...它的尺寸也非常小。光學整合電路它是

光子晶體是硅片該技術通常由矽 (Si) 製成，與目前的 IC 頂端相匹配，有望實現以光和電子為基礎的混合集成電路。此領域又稱為矽光子學，是將光與電的優點整合在單一晶片上，同時將光與電的優點分離。高效能、低功耗的訊號處理電路可望實現。

矽光子晶體的高效能微光諧振器、全光開關、電光調變器、光電偵測器及光分波器等光電路下一關鍵元件的開發已陸續進行。

將光的行為可視化需要使用電磁場分析技術，利用稱為 FDTD 的技術來解決 Maxwell 方程。這需要使用大型平行電腦計算。程式編寫技巧也是必需的。一旦程式碼完成後，分析就不只是改變模型的問題，每次主題改變時，都需要創意和巧思。

設備齊全光子晶體微光諧振器以及在何種組合中，可以製造出儘管有製造誤差仍能正常運作的光電路。由於光子晶體設計的自由度很高，因此有許多不同的組合，只有經驗和對光波工程的深入思考才能揭示應該選擇其中的哪一種組合。

矽是一種優秀的材料，但眾所周知，與 III-V 半導體相比，矽的性能在很多方面都較差。需要考慮的問題非常廣泛，包括性能、成本和技術挑戰，例如是否要在矽中實現所有功能，是否要在適當的地方以不同材料的混合集成為目標，還是採取完全不同的方法。

這項研究是與擁有先進奈米製程技術的國立資訊通信技術研究所 (NICT) 和國立先進工業科學技術研究所 (AIST) 等國家級研究機構合作進行的。自 2019 年起，學生在駐紮於 NICT 的同時，也在 NICT 工作。他們實際操作設備，並親自製造裝置。我們也與其他大學的研究人員一起使用海外的矽光子代工廠。過去，我們也與田邊教授的老家 NTT 固態物理基礎研究實驗室合作。

元件也可以在新川崎的四所大學聯盟的無塵室製造。因此，研究可透過不同的渠道進行，包括自行製造元件或與外部研究機構合作。

此外，矽基光學積體電路技術據說與量子電腦相容，因此有潛力成為古典與量子研究的共用平台。

關鍵字

矽光子 / 平行運算 / FDTD / 光子晶體 / 光學積體電路 / 量子電腦 / 低功率光訊號處理

Tanabe 實驗室積極推動合作研究。

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