現在の集積回路技術では、既にトランジスタ1個あたりの素子サイズ・電力消費ともに飽和しつつあります。この問題を解決する糸口として、チップ間・コンピュータ間を連携した並列コンピューティング技術や、DSP・GPUといった演算専用回路に頼る等の工夫がされていますが、電子的な処理による動作速度の限界や、電気信号のやり取りに生じる遅延および消費エネルギーが問題視されており、これらの常識を打ち破るような革新的なデバイス開発が望まれています。
こうした中、半導体チップ内の情報処理・伝送を「電気」ではなく「光」で行おうとする試みがなされています。電子を直接動かす「電気」よりも、波で伝える「光」のほうが、よりエネルギー損失が少ないですし、光の波長はかなり短いため(=周波数が高いため)たくさんの情報を信号として乗せて処理することができるからです。
しかしながら、電気と光の性質はあまりにも違いすぎるため、電気回路の基本素子となるダイオード(整流素子)やコンデンサ(動的メモリ)といった素子でさえ、光で実現することは極めて難しい問題です。このような多機能光学素子を半導体チップ上で実現し、既存デバイスの限界を打ち破るデバイスの創出を目指して研究を進めています。
The technical limitations of miniaturizing transistor size and reducing energy consumption are serious problems. To overcome these issues, parallel computing technology and specialized processor such as DSP(Digital signal processor) and GPU(Graphics processing unit) are paid much attention. Nevertheless, it is difficult to obtain the much faster and less power operation if we continue to rely on conventional electronical technology.
One candidate to get over such difficulties is photonic approach. Lightwave is able to communicate fast (free from RC time constant) and has large data capacity (frequency is very higher than one of electronic device). However, natures of electronics and optics are completely different. Many researchers have been facing various problems in the realization of the conventional function by photonics. Therefore, we are trying to develop the various photonic circuits that can help the progress of electronics.
[文献]
[1] T. Sato et al., “Design of a reflection-suppressed all-optical diode based on asymmetric L-shaped nonlinear photonic crystal cavity,” J. Opt. Soc. Am. B, OSA, vol. 33, no. 1, pp. 54–61, Jan. 2016. [閲覧する]
[2] T. Sato et al., “Design of a high-forward-transmission all-optical diode based on cascaded side-coupled photonic crystal cavities,” J. Opt. Soc. Am. B, OSA, vol. 34, no. 12, pp. 2493–2500, Dec. 2017. [閲覧する]
[3] 佐藤孝憲 他 「1次元フォトニック結晶光導波路を用いたフォトニックバンド内遷移に基づく光アイソレータの検討」, 電子情報通信学会総合大会, C-3-27, 東京, 2018年3月.
[Reference]
[1] T. Sato et al., “Design of a reflection-suppressed all-optical diode based on asymmetric L-shaped nonlinear photonic crystal cavity,” J. Opt. Soc. Am. B, OSA, vol. 33, no. 1, pp. 54–61, Jan. 2016. [Author's accepted manuscript]
[2] T. Sato et al., “Design of a high-forward-transmission all-optical diode based on cascaded side-coupled photonic crystal cavities,” J. Opt. Soc. Am. B, OSA, vol. 34, no. 12, pp. 2493–2500, Dec. 2017. [Abstract]
[3] T. Sato et al., “Investigation of optical isolator based on photonic intraband transition using one-dimensional photonic crystal optical waveguide,” IEICE General Conference, C-3-27, Tokyo, 2018. (in Japanese)