Ghent大学/imec、ナノスケール導波路で光と音の相互作用をデモ

February, 18, 2015, Leuven--ゲント大学とimecの研究チームは、ナノスケール領域における光と音の相互作用を実証したと発表した。
　この研究成果は、ナノスケールの光-物質結合物理学を解明し、量産可能なシリコンフォトニクスチップ上での信号処理に道を開く。
　過去10年、シリコンフォトニクス分野は、ラボオンチップ(lab-on-a-chip)バイオセンサ、コンピュータチップ間のエレクトロニクスを超える高速通信の重要な原動力として注目を集めてきた。この技術は、シリコンフォトニクスワイヤとして知られる微小構造に立脚している。このようなナノワイヤは、1つの点から別の点に光速で光信号を伝送する。製造は電子回路と同じ技術の製造装置で行われる。
　基本的に、光がシリコンコアの中を周囲の空気やガラス内よりもゆっくり動くのでワイヤは機能する。したがって、光は全反射現象によってワイヤ内に閉じ込められる。単なる光の閉じ込めは1つのことであるが、光の操作は別のことになる。問題は、1つの光ビームが簡単に別の特性に変わらないこと。これが、光と物質の相互作用が関わってくるところになる。つまり、あるフォトンが別のフォトンを制御するようになる。
　ゲント大学フォトニクス研究グループとimecの研究者は、光-物質相互作用の特殊タイプについて報告している。光だけでなく、音もシリコンナノワイヤに閉じ込めることができた。音は1秒間に100億回共振する。音は全反射によってワイヤ内に閉じ込めることができないことが分かった。光とは違い、音はシリコンコアの中を周囲の空気やガラス内よりも速く動く。したがって、コアから逃れようとする振動波が確実に跳ね返るようにコア環境を変えた。そうすることで研究グループは、光と音の両方を同じナノスケール導波路コアに閉じ込めた、これは世界初の観察結果である。
　途方もなく小さな領域にトラップされることで、光と振動は相互に強く影響し合う。光が音を生成し、音は光の色を変える、これは誘導ブリルアン散乱(SBS)というプロセスである。研究グループは光の特定の色の増幅にこの相互作用を利用した。研究グループは、この実証が光情報を操作する新しい方法の開発につながると期待している。例えば、光パルスは音のパルスに変換され、さらに光に戻る。こうすることで切望されていた遅延線を実現することができる。さらに、同じ技術をもっと小さな、ウイルスやDNAに適用することも期待できる。このような粒子は、全体構造のプローブに使える可能性のある固有の音響振動を持っている。