半導体フォトニクス

　情報社会の根幹を支える情報通信は光ファイバー通信の継続的発展により支えられてきた。近年においてはスマートフォンに代表されるモバイル端末の爆発的普及やそれに伴うクラウドネットワーキングの発展や人工知能への期待から、インターネット通信量やデーターセンター内でのデータ通信量がさらに増大することが予想されている。このため、より大容量・省電力・小型光通信の実現が求められており、SiやInPなどを用いた半導体光集積回路が重要となることが期待される。また、人工知能を用いた自動運転やIoT向けの光センシングにおいても半導体光集積回路はその重要性を増しつつある。
　本講義は、まず前半に、光導波路の基礎、および、光集積回路を構成する各種受動素子の基礎的な動作原理、設計手法、数値解析法について学び、光集積回路を設計する上の基礎知識を習得することを目指す。またこれらの学習を通じて、より広範囲なフォトニクスに適用可能なモード結合理論や伝搬行列法などの基礎理論の習得も目指す。
　後半は、前半で学んだ受動素子に対する理解を基に、光の増幅／吸収過程を伴う能動素子の基礎を学ぶ。能動素子の代表格である半導体レーザを例に取り、レーザ発振の原理と基本的な性質を理解する。また、半導体のバンド構造や量子構造がレーザ特性にどのように影響を与えるかを学習する。