(57)【要約】【課題】ナノスケールで構成することができ、しかも蓄積時における光損失を極力抑えることが可能な量子ドットを用いた光遅延器を提供する。【解決手段】格納すべきデータに応じた光信号を入力用の量子ドット１２へ供給することにより、その波長に応じて励起された第１の励起子を遅延用の量子ドット１４へ注入させ、入力用の量子ドット１２から遅延用の量子ドット１４へ注入された第１の励起子を共鳴準位間で互いに伝送させることによりこれを格納させるとともに、光信号とは異なる波長からなる緩和防止用光信号を供給して下位準位へ更に第２の励起子を励起させることにより、共鳴準位間において伝送させている第１の励起子の上記下位準位を介した緩和を遅延させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力用の量子ドットと、
上記入力用の量子ドットよりも大体積で構成されてなるとともに、上記入力用の量子ドットから第１の励起子が注入される共鳴準位と当該共鳴準位から上記第１の励起子を緩和可能な下位準位とを有する遅延用の量子ドットを、略同一のサイズで複数に亘り配置させた量子ドット列とを備え、
上記入力用の量子ドットは、格納すべきデータに応じた光信号が供給された場合には、その波長に応じて励起された第１の励起子を上記遅延用の量子ドットへ注入させ、
上記量子ドット列は、上記入力用の量子ドットから注入された上記第１の励起子を、複数の上記遅延用の量子ドットにおける共鳴準位間で互いに伝送させることによりこれを格納するとともに、上記光信号とは異なる波長からなる緩和防止用光信号の供給に基づいて上記下位準位へ更に第２の励起子を励起させることにより、上記共鳴準位間において伝送させている第１の励起子の上記下位準位を介した緩和を遅延させること
を特徴とする量子ドットを用いた光遅延器。
【請求項２】
上記量子ドット列は、これを構成する遅延用の量子ドットが互いに環を形成するように配置させてなること
を特徴とする請求項１記載の量子ドットを用いた光遅延器。
【請求項３】
入力用の量子ドットと、
上記入力用の量子ドットよりも大体積で構成されてなるとともに、上記入力用の量子ドットから第１の励起子が注入される共鳴準位と当該共鳴準位から上記第１の励起子を緩和可能な下位準位とを有する伝送用の量子ドットを、略同一のサイズで複数に亘り配置させた量子ドット列とを備え、
上記入力用の量子ドットは、伝送すべきデータに応じた光信号が供給された場合には、その波長に応じて励起された第１の励起子を上記伝送用の量子ドットへ注入させ、
上記量子ドット列は、上記入力用の量子ドットから注入された上記第１の励起子を、複数の上記伝送用の量子ドットにおける共鳴準位間で互いに伝送させ、上記光信号とは異なる波長からなる緩和防止用光信号の供給に基づいて上記下位準位へ更に第２の励起子を励起させることにより、上記共鳴準位間において伝送させている第１の励起子の上記下位準位を介した緩和を遅延させること
を特徴とする量子ドットを用いた伝送路。
【請求項４】
入力用の量子ドットと、上記入力用の量子ドットよりも大体積で構成されてなるとともに、上記入力用の量子ドットから第１の励起子が注入される共鳴準位と当該共鳴準位から上記第１の励起子を緩和可能な下位準位とを有する遅延用の量子ドットを、略同一のサイズで複数に亘り配置させた量子ドット列とからなるデバイスに対し、
格納すべきデータに応じた光信号を上記入力用の量子ドットへ供給することにより、その波長に応じて励起された第１の励起子を上記遅延用の量子ドットへ注入させ、
上記入力用の量子ドットから上記遅延用の量子ドットへ注入された上記第１の励起子を共鳴準位間で互いに伝送させることによりこれを格納させるとともに、上記光信号とは異なる波長からなる緩和防止用光信号を供給して上記下位準位へ更に第２の励起子を励起させることにより、上記共鳴準位間において伝送させている第１の励起子の上記下位準位を介した緩和を遅延させること
を特徴とする量子ドットを用いたデータ遅延方法。
【請求項５】
入力用の量子ドットと、上記入力用の量子ドットよりも大体積で構成されてなるとともに、上記入力用の量子ドットから第１の励起子が注入される共鳴準位と当該共鳴準位から上記第１の励起子を緩和可能な下位準位とを有する伝送用の量子ドットを、略同一のサイズで複数に亘り配置させた量子ドット列とからなるデバイスに対し、
伝送すべきデータに応じた光信号を上記入力用の量子ドットへ供給することにより、その波長に応じて励起された第１の励起子を上記伝送用の量子ドットへ注入させ、
上記入力用の量子ドットから上記伝送用の量子ドットへ注入された上記第１の励起子を共鳴準位間で互いに伝送させるとともに、上記光信号とは異なる波長からなる緩和防止用光信号を供給して上記下位準位へ更に第２の励起子を励起させることにより、上記共鳴準位間において伝送させている第１の励起子の上記下位準位を介した緩和を遅延させること
を特徴とする量子ドットを用いた信号伝送方法。
【請求項６】
入力用の量子井戸と、
上記入力用の量子井戸から第１の励起子が注入される共鳴準位と当該共鳴準位から上記第１の励起子を緩和可能な下位準位とを有する遅延用の量子井戸を複数に亘り配置させた量子井戸列とを備え、
上記入力用の量子井戸は、格納すべきデータに応じた光信号が供給された場合には、その波長に応じて励起された第１の励起子を上記遅延用の量子井戸へ注入させ、
上記量子井戸列は、上記入力用の量子井戸から注入された上記第１の励起子を、複数の上記遅延用の量子井戸における共鳴準位間で互いに伝送させることによりこれを格納するとともに、上記光信号とは異なる波長からなる緩和防止用光信号の供給に基づいて上記下位準位へ更に第２の励起子を励起させることにより、上記共鳴準位間において伝送させている第１の励起子の上記下位準位を介した緩和を遅延させること
を特徴とする量子井戸を用いた光遅延器。
【請求項７】
入力用の量子井戸と、
上記入力用の量子井戸から第１の励起子が注入される共鳴準位と当該共鳴準位から上記第１の励起子を緩和可能な下位準位とを有する伝送用の量子井戸を複数に亘り配置させた量子井戸列とを備え、
上記入力用の量子井戸は、伝送すべきデータに応じた光信号が供給された場合には、その波長に応じて励起された第１の励起子を上記伝送用の量子井戸へ注入させ、
上記量子井戸列は、上記入力用の量子井戸から注入された上記第１の励起子を、複数の上記伝送用の量子井戸における共鳴準位間で互いに伝送させるとともに、上記光信号とは異なる波長からなる緩和防止用光信号の供給に基づいて上記下位準位へ更に第２の励起子を励起させることにより、上記共鳴準位間において伝送させている第１の励起子の上記下位準位を介した緩和を遅延させること
を特徴とする量子井戸を用いた光伝送路。
【請求項８】
入力用の量子井戸と、上記入力用の量子井戸から第１の励起子が注入される共鳴準位と当該共鳴準位から上記第１の励起子を緩和可能な下位準位とを有する遅延用の量子井戸を複数に亘り配置させた量子井戸列とからなるデバイスに対し、
格納すべきデータに応じた光信号を上記入力用の量子井戸へ供給することにより、その波長に応じて励起された第１の励起子を上記遅延用の量子井戸へ注入させ、
上記入力用の量子井戸から上記遅延用の量子井戸へ注入された上記第１の励起子を共鳴準位間で互いに伝送させることによりこれを格納させるとともに、上記光信号とは異なる波長からなる緩和防止用光信号を供給して上記下位準位へ更に第２の励起子を励起させることにより、上記共鳴準位間において伝送させている第１の励起子の上記下位準位を介した緩和を遅延させること
を特徴とする量子井戸を用いたデータ遅延方法。
【請求項９】
入力用の量子井戸と、上記入力用の量子井戸から第１の励起子が注入される共鳴準位と当該共鳴準位から上記第１の励起子を緩和可能な下位準位とを有する遅延用の量子ドットを、略同一のサイズで複数に亘り配置させた量子ドット列とからなるデバイスに対し、
伝送すべきデータに応じた光信号を上記入力用の量子井戸へ供給することにより、その波長に応じて励起された第１の励起子を上記伝送用の量子ドットへ注入させ、
上記入力用の量子井戸から上記伝送用の量子井戸へ注入された上記第１の励起子を共鳴準位間で互いに伝送させるとともに、上記光信号とは異なる波長からなる緩和防止用光信号を供給して上記下位準位へ更に第２の励起子を励起させることにより、上記共鳴準位間において伝送させている第１の励起子の上記下位準位を介した緩和を遅延させること
を特徴とする量子井戸を用いた信号伝送方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光遅延器に関し、特にナノスケールの光通信ネットワーク、光計測、更には各種デバイスに適用する上で好適な光遅延器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光を用いた高速光ネットワーク、量子コンピュータ等の最新の光技術に不可欠の光ルーター、高効率非線形デバイスなどの実現のためには、情報を載せた光の遅延回路が必要である。
【０００３】
従来の光遅延器は、光ファイバを数十キロメートルに亘り巻き回すことにより構成していたため、ナノメータサイズのデバイスを作製した場合でも、光遅延器が大きいために、光デバイスを微小化することができなかった。
【０００４】
また、光メモリを光遅延器として応用することも従来より試行されており、非線形光学効果を利用した光スイッチ等により、その開発が進められている。しかしながら、この従来における光メモリでは、あくまで媒質の非線形性を利用することから、これを制御するために巨大なパワーが必要となり、その励起にはフェムト秒パルスレーザ光が必要となる。しかしながら、このようなフェムト秒パルスレーザは巨大であるため、携帯情報端末等に搭載することが困難となり、実用化の観点において障壁となっていた。
【０００５】
また、素子間を連結する光伝送路も小型化が必要となるが、光ファイバを利用した伝送路では、波長寸法以下まで小型化するのは原理的に不可能であるという問題点もあった。
【０００６】
このような要求に応えるべく、従来においては、ナノメートル領域に配置した量子ドット間に特有な光物理現象を見出し、光の回折限界に支配されることなく光を蓄積することを目的として、量子ドットを用いた光蓄積器が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１の開示技術では、誘電性の材料により構成される基板上に互いに共鳴するエネルギー準位を有する偶数個の量子ドットを形成させ、かかる量子ドットのサイズ並びにその間隔を供給される近接場光の波長以下となるように調整したものである。またこれらのエネルギー準位は、反平行の双極子相互作用に基づいて互いに共鳴する構成とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−６４２００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述した特許文献１の開示技術では、量子ドットに蓄積させた光損失が大きくて長期間に亘り安定した光蓄積機能、光遅延機構を期待することができないという問題点があった。
【０００９】
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、ナノスケールで構成することができ、しかも光伝送を遅らせることが可能な量子ドットを用いた光遅延器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１記載の量子ドットを用いた光遅延器は、入力用の量子ドットと、上記入力用の量子ドットよりも大体積で構成されてなるとともに、上記入力用の量子ドットから第１の励起子が注入される共鳴準位と当該共鳴準位から上記第１の励起子を緩和可能な下位準位とを有する遅延用の量子ドットを、略同一のサイズで複数に亘り配置させた量子ドット列とを備え、上記入力用の量子ドットは、格納すべきデータに応じた光信号が供給された場合には、その波長に応じて励起された第１の励起子を上記遅延用の量子ドットへ注入させ、上記量子ドット列は、上記入力用の量子ドットから注入された上記第１の励起子を、複数の上記遅延用の量子ドットにおける共鳴準位間で互いに伝送させることによりこれを格納するとともに、上記光信号とは異なる波長からなる緩和防止用光信号の供給に基づいて上記下位準位へ更に第２の励起子を励起させることにより、上記共鳴準位間において伝送させている第１の励起子の上記下位準位を介した緩和を遅延させることを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載の量子ドットを用いた光遅延器は、請求項１記載の発明において、上記量子ドット列は、これを構成する遅延用の量子ドットが互いに環を形成するように配置させてなることを特徴とする。
【００１２】
請求項３記載の量子ドットを用いた伝送路は、入力用の量子ドットと、上記入力用の量子ドットよりも大体積で構成されてなるとともに、上記入力用の量子ドットから第１の励起子が注入される共鳴準位と当該共鳴準位から上記第１の励起子を緩和可能な下位準位とを有する伝送用の量子ドットを、略同一のサイズで複数に亘り配置させた量子ドット列とを備え、上記入力用の量子ドットは、伝送すべきデータに応じた光信号が供給された場合には、その波長に応じて励起された第１の励起子を上記伝送用の量子ドットへ注入させ、上記量子ドット列は、上記入力用の量子ドットから注入された上記第１の励起子を、複数の上記伝送用の量子ドットにおける共鳴準位間で互いに伝送させ、上記光信号とは異なる波長からなる緩和防止用光信号の供給に基づいて上記下位準位へ更に第２の励起子を励起させることにより、上記共鳴準位間において伝送させている第１の励起子の上記下位準位を介した緩和を遅延させることを特徴とする。
【００１３】
請求項４記載の量子ドットを用いたデータ遅延方法は、入力用の量子ドットと、上記入力用の量子ドットよりも大体積で構成されてなるとともに、上記入力用の量子ドットから第１の励起子が注入される共鳴準位と当該共鳴準位から上記第１の励起子を緩和可能な下位準位とを有する遅延用の量子ドットを、略同一のサイズで複数に亘り配置させた量子ドット列とからなるデバイスに対し、格納すべきデータに応じた光信号を上記入力用の量子ドットへ供給することにより、その波長に応じて励起された第１の励起子を上記遅延用の量子ドットへ注入させ、上記入力用の量子ドットから上記遅延用の量子ドットへ注入された上記第１の励起子を共鳴準位間で互いに伝送させることによりこれを格納させるとともに、上記光信号とは異なる波長からなる緩和防止用光信号を供給して上記下位準位へ更に第２の励起子を励起させることにより、上記共鳴準位間において伝送させている第１の励起子の上記下位準位を介した緩和を遅延させることを特徴とする。
【００１４】
請求項５記載の量子ドットを用いた信号伝送方法は、入力用の量子ドットと、上記入力用の量子ドットよりも大体積で構成されてなるとともに、上記入力用の量子ドットから第１の励起子が注入される共鳴準位と当該共鳴準位から上記第１の励起子を緩和可能な下位準位とを有する伝送用の量子ドットを、略同一のサイズで複数に亘り配置させた量子ドット列とからなるデバイスに対し、伝送すべきデータに応じた光信号を上記入力用の量子ドットへ供給することにより、その波長に応じて励起された第１の励起子を上記伝送用の量子ドットへ注入させ、上記入力用の量子ドットから上記伝送用の量子ドットへ注入された上記第１の励起子を共鳴準位間で互いに伝送させるとともに、上記光信号とは異なる波長からなる緩和防止用光信号を供給して上記下位準位へ更に第２の励起子を励起させることにより、上記共鳴準位間において伝送させている第１の励起子の上記下位準位を介した緩和を遅延させることを特徴とする。
【００１５】
請求項６記載の量子井戸を用いた光遅延器は、入力用の量子井戸と、上記入力用の量子井戸から第１の励起子が注入される共鳴準位と当該共鳴準位から上記第１の励起子を緩和可能な下位準位とを有する遅延用の量子井戸を複数に亘り配置させた量子井戸列とを備え、上記入力用の量子井戸は、格納すべきデータに応じた光信号が供給された場合には、その波長に応じて励起された第１の励起子を上記遅延用の量子井戸へ注入させ、上記量子井戸列は、上記入力用の量子井戸から注入された上記第１の励起子を、複数の上記遅延用の量子井戸における共鳴準位間で互いに伝送させることによりこれを格納するとともに、上記光信号とは異なる波長からなる緩和防止用光信号の供給に基づいて上記下位準位へ更に第２の励起子を励起させることにより、上記共鳴準位間において伝送させている第１の励起子の上記下位準位を介した緩和を遅延させることを特徴とする。
【００１６】
請求項７記載の量子井戸を用いた光伝送路は、入力用の量子井戸と、上記入力用の量子井戸から第１の励起子が注入される共鳴準位と当該共鳴準位から上記第１の励起子を緩和可能な下位準位とを有する伝送用の量子井戸を複数に亘り配置させた量子井戸列とを備え、上記入力用の量子井戸は、伝送すべきデータに応じた光信号が供給された場合には、その波長に応じて励起された第１の励起子を上記伝送用の量子井戸へ注入させ、上記量子井戸列は、上記入力用の量子井戸から注入された上記第１の励起子を、複数の上記伝送用の量子井戸における共鳴準位間で互いに伝送させるとともに、上記光信号とは異なる波長からなる緩和防止用光信号の供給に基づいて上記下位準位へ更に第２の励起子を励起させることにより、上記共鳴準位間において伝送させている第１の励起子の上記下位準位を介した緩和を遅延させることを特徴とする。
【００１７】
請求項８記載の量子井戸を用いたデータ遅延方法は、入力用の量子井戸と、上記入力用の量子井戸から第１の励起子が注入される共鳴準位と当該共鳴準位から上記第１の励起子を緩和可能な下位準位とを有する遅延用の量子井戸を複数に亘り配置させた量子井戸列とからなるデバイスに対し、格納すべきデータに応じた光信号を上記入力用の量子井戸へ供給することにより、その波長に応じて励起された第１の励起子を上記遅延用の量子井戸へ注入させ、上記入力用の量子井戸から上記遅延用の量子井戸へ注入された上記第１の励起子を共鳴準位間で互いに伝送させることによりこれを格納させるとともに、上記光信号とは異なる波長からなる緩和防止用光信号を供給して上記下位準位へ更に第２の励起子を励起させることにより、上記共鳴準位間において伝送させている第１の励起子の上記下位準位を介した緩和を遅延させることを特徴とする。
【００１８】
請求項９記載の量子井戸を用いた信号伝送方法は、入力用の量子井戸と、上記入力用の量子井戸から第１の励起子が注入される共鳴準位と当該共鳴準位から上記第１の励起子を緩和可能な下位準位とを有する遅延用の量子ドットを、略同一のサイズで複数に亘り配置させた量子ドット列とからなるデバイスに対し、伝送すべきデータに応じた光信号を上記入力用の量子井戸へ供給することにより、その波長に応じて励起された第１の励起子を上記伝送用の量子ドットへ注入させ、上記入力用の量子井戸から上記伝送用の量子井戸へ注入された上記第１の励起子を共鳴準位間で互いに伝送させるとともに、上記光信号とは異なる波長からなる緩和防止用光信号を供給して上記下位準位へ更に第２の励起子を励起させることにより、上記共鳴準位間において伝送させている第１の励起子の上記下位準位を介した緩和を遅延させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
上述した構成からなる本発明によれば、遅延用の量子ドットにおける下位準位である量子準位に対して、これに対応した周波数からなる緩和防止用の光信号を供給することにより、これに第２の励起子を励起させることにより、あえて共鳴準位に対して光学禁制となるように制御することが可能となり、共鳴準位間において伝送させている第１の励起子の下位準位を介した緩和を遅延させることが可能となる。特に本発明によれば、ナノ秒程度まで遅延させることができ、従来可能だったフェムト秒程度の遅延回路と比較して光遅延量を大幅に改善させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明を適用した量子ドットを用いた光遅延器の構成について説明をするための図である。
【図２】エネルギー状態について説明するための図である。
【図３】本発明を適用した量子ドットを用いた光遅延器の他の構成について説明をするための図である。
【図４】比較例の構成について説明するための図である。
【図５】シミュレーションの結果について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について詳細について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２２】
先ず、本発明を適用した量子ドットを用いた光遅延器の構成について説明をする。光遅延器１は、例えば図１の示すように、例えばＮａＣｌ、ＫＣｌ、Al2O3、ガラス又はＣａＦ２等の材料により構成される誘電性の基板上に配置させた入力用の量子ドット１２と、入力用の量子ドット１２よりも大体積で構成されてなる複数の量子ドット１４からなる量子ドット列１３とを備えている。
【００２３】
量子ドット列１３は、始端に位置する量子ドット１４ａから終端に位置する量子ドット１４ｂに至るまで配列されており、互いの励起子の授受を介してこれを量子ドット１４間において保持することにより、光遅延器として機能を担うものである。この量子ドット１４ａの近傍には、入力用の量子ドット１２が位置している。量子ドット１２は、量子ドット１４との間で近接場光相互作用を起こすことになり、また、一の量子ドット１４は、少なくとも隣接する他の量子ドット１４との間で、近接場光相互作用を起こすことになる。
【００２４】
各量子ドット１２、１４は、光励起担体を三次元的に閉じ込めることにより形成される離散的なエネルギー準位に基づき、単一電子（光励起担体）を制御する。この量子ドット１２、１４においては、励起子の閉じ込め系により、量子ドット内のキャリアのエネルギー準位が離散的になり、状態密度をデルタ関数的に尖鋭化させることができる。なお、この量子ドット１２、１４において扱う励起子は、励起子、電子、正孔等のいかなる光励起担体に代替することが可能となる。
【００２５】
量子ドット１２、１４は、ＣｕＣｌ、ＧａＮ又はＺｎＯ等の材料系からなり、各量子ドット１２、１４を構成する材料系がＣｕＣｌである場合に、これらは立方体状の量子箱として構成され、また各量子ドット１２、１４を構成する材料系がＧａＮやＺｎＯである場合に、これらは量子箱、六角柱、球形或いは円盤形として構成される。この各量子ドット１２、１４の辺長や径は、それぞれ４ｎｍ〜１０ｎｍ程度で構成することも可能となり、光の回折限界と比較してより小さいサイズで基板上に形成させることも可能となる。
【００２６】
ここで量子ドット１２、１４がそれぞれ立方体として構成されている場合において、量子ドット１２、１４の辺長Ｌとしたとき、量子ドット１２、１４の辺長は、√２Ｌとなるように調整されていてもよい。
【００２７】
これら各量子ドット１２、１４はブリッジマン法や分子エピタキシー（ＭＢＥ）成長法に基づいて基板上に作製してもよいし、また近接場光ＣＶＤを利用して量子ドットの形成位置を精度よく制御してもよい。
【００２８】
各量子ドット１２、１４における量子準位Ｅ（nx,ny,nz）は、粒子の質量をmとし、また量子ドットの辺長をLとしたときに、以下の式（１）により定義される。
Ｅ（nx,ny,nz）＝h2/8π2m（π/L）2（nx2+ny2+nz2）・・・・・（１）
【００２９】
なお、本発明では、量子ドットの形状や材質に応じて、この式（１）で定義される量子準位Ｅ（nx,ny,nz）の式以外に、他の一般的な量子準位の式が適用される場合もある。
【００３０】
この式（１）に基づき、各量子ドット１２、１４のＥ（nx,ny,nz）を計算する。ここで量子ドット１２と、量子ドット１４との辺長比は、１：√２であるとき、図２に示すように、量子ドット１２における量子準位が（１,１,１）であるときのＥ（１１１）と、量子ドット１４における量子準位が（２,１,１）であるときのＥ（２１１）とが等しくなる。即ち、量子ドット１２の量子準位（１,１,１）は、量子ドット１４における量子準位（２,１,１）と、それぞれ励起子の励起エネルギー準位が共鳴する関係にある。
【００３１】
即ち、この量子ドット１２、並びに量子ドット１４の構成としては、入力用の量子ドット１２よりも量子ドット１４をより大体積で構成することが必要となる。また、この量子ドット１４は、入力用の量子ドット１２から励起子が注入可能な共鳴準位が形成されていることが必要となる。この共鳴準位は、上述した例でいうところの、量子ドット１２の量子準位（１,１,１）と、量子ドット１４における量子準位（２,１,１）に相当する。
【００３２】
また、量子ドット１４は、当該共鳴準位にある励起子を緩和可能な下位準位を有していることを要件としている。この下位準位は、上述した例でいうところの量子ドット１４における量子準位（１,１,１）である。
【００３３】
本発明を適用した光遅延器１では、量子ドット列１３において伝送方向始端に位置する量子ドット１４ａから終端に位置する量子ドット１４ｂに至るまで、励起子を伝送することにより、これを格納する。この終端に位置する量子ドット１４ｂに対して出力端となりえる量子ドットが特段形成されていない場合には、かかる量子ドット１４ｂまで伝送されてきた励起子は、再び量子ドット１４ａに向かって戻るように伝送されていくことになる。そして、この量子ドット１４ａ〜１４ｂの間を往復し続けることになる。即ち、微視的にはこの量子ドット列１３において励起子を伝送させていることに他ならないが、外部から見た場合には、この量子ドット列１３に励起子を格納していることになる。
【００３４】
次に、この光遅延器１による処理方法について説明をする。
【００３５】
先ず入力用の量子ドット１２に対して、その量子準位（１,１,１）に対応する周波数ω１の光信号Ａを供給することにより、かかる量子準位へ励起子を励起させる。この励起子が励起された場合に、かかる量子ドット１２における（１,１,１）と量子ドット１４における量子準位（２,１,１）との間で共鳴が生じる。その結果、量子ドット１２における量子準位（１,１,１）に存在する励起子が、量子ドット１４の量子準位（２,１,１）へ移動する。この結果、見かけ上量子ドット１２から量子ドット１４へ励起子が移動することになる。
【００３６】
また本発明においては、更に光信号Ａとは異なる周波数ω２の光信号Ｂを供給する。この光信号Ｂにおける周波数ω２は、量子ドット１４における量子準位（１,１,１）に対応しており、これを量子ドット１４へ照射することにより、量子ドット１４の量子準位（１,１,１）へ励起子を励起させることができる。以下、量子ドット１２から量子ドット１４の量子準位（２,１,１）へ伝送されてきた励起子を第１の励起子といい、光信号Ｂの供給に基づいて、量子ドット１４の量子準位（１,１,１）へ励起させた励起子を第２の励起子という。
【００３７】
量子ドット１４において、量子準位（２,１,１）に存在する第１の励起子が、これよりも下位準位にある量子準位（１,１,１）へと緩和しようとする。しかしながら、この下位準位である量子準位（１,１,１）には、既に光信号Ｂによって励起された第２の励起子が存在している。その結果、この第１の励起子は、下位準位である量子準位（１,１,１）に緩和しようとしても、この第２の励起子が当該量子準位に存在しているため、緩和することができず、そのまま量子準位（２,１,１）に残ることになる。そして、量子ドット１４は、量子準位（２,１,１）間において第１の励起子をそのまま互いに伝送しあうことによりこれを格納することになる。
【００３８】
このように本発明を適用した光遅延器１によれば、量子ドット１４における下位準位である量子準位（１,１,１）に対して、これに対応した周波数ω２からなる緩和防止用の光信号Ｂを供給することにより、これに第２の励起子を励起させることにより、あえて量子準位（２,１,１）に対して光学禁制となるように制御することが可能となり、共鳴準位間において伝送させている第１の励起子の下位準位を介した緩和を防止することが可能となる。その結果、蓄積時における光損失を極力抑えることが可能となる。
【００３９】
なお、上述した実施の形態では、あくまで図２に示すような量子準位を例に挙げて説明をしたがこれに限定されるものではなく、上述した量子ドット１２、１４の要件を満たすものであれば、他のいかなる量子準位で構成されていてもよいことは勿論である。
【００４０】
また、上述した例では、あくまで量子ドット１２、１４とこれを構成する量子準位との間で説明をしてきたが、これに限定されるものではなく、量子ドット１２、１４の代替として量子井戸を使用するようにしてもよい。かかる場合には、上述した各量子準位が、量子井戸でいうエネルギー帯に相当することになるものの、その他の構成、動作は全て量子ドット１２、１４と同様となり、所期の効果を奏することになる。
【００４１】
また本発明は、例えば図３に示すように、量子ドット列１３を、これを構成する量子ドット１４が互いに環を形成するように配置させるようにしてもよい。
【００４２】
これにより、入力用の量子ドット１２から量子ドット列１３側に注入された第１の励起子は、この環状に形成された量子ドット１４の共鳴準位間を伝送することにより、これに格納されることになる。
【００４３】
更に、本発明は、上述した光遅延器への適用に限定されるものではなく、伝送路として適用してもよいことは勿論である。実際にこれを伝送路に適用する場合には、量子ドット列１３における量子ドット１４ｂの出力側において、これよりも大体積で構成される量子ドットを配置することにより、量子ドット１４ｂへと伝送されてきた第１の励起子をこれを介して放出させ、発光させることになる。
【００４４】
このような伝送を行う場合においても、量子ドット１４における下位準位である量子準位（１,１,１）に対して、これに対応した周波数ω２からなる緩和防止用の光信号Ｂを供給することにより、これに第２の励起子を励起させることにより、あえて量子準位（２,１,１）に対して光学禁制となるように制御することが可能となる。その結果、共鳴準位間において伝送させている第１の励起子の下位準位を介した緩和を防止することが可能となり、伝送効率を向上させることが可能となる。
【実施例１】
【００４５】
以下、本発明を適用した光遅延器１の実施例について、説明をする。以下の実施例１では、上述した構成からなる光遅延器１に加え、更に図４に示すような構成からなる比較例を準備した。
【００４６】
この図４に示す比較例では、量子ドット１２を量子ドット１２ａから量子ドット１２ｂに至るまで複数個並べ、その終端に位置する量子ドット１２ｂの近傍には、これよりも大体積からなる量子ドット１４が１個に亘り配置されているものである。この量子ドット１２、１４の共鳴準位の関係は、上述した実施の形態と同一である。
【００４７】
このような構成からなる比較例では、量子ドット１２ａに励起させた第１の励起子を、その共鳴準位を介して量子ドット１２ｂまで伝送させ、さらに共鳴準位を介して量子ドット１４までこれを伝送させることができる。しかしながら、量子ドット１２の共鳴準位間を伝送する励起子の多くが放射してしまう。その理由として、量子ドット１２においては、緩和を防止するための緩和防止用の光信号の供給が無いためである。また、これに加えて、量子ドット１２における共鳴準位間を伝送する励起子は、伝送元の量子ドット１２に戻ってしまういわゆる戻り光が生じる場合もあり、原理的にも光損失が大きくなる構成となっている。
【００４８】
図５は、本発明例と比較例との間で実際に光伝送させた場合において、その光出力をシミュレーションにより算出した結果を示している。横軸が、本発明例でいうところの量子ドット１４の個数、並びに比較例でいうところの量子ドット１２の個数を、縦軸が出力の比率を示している。本発明例１）、比較例１）はともに伝送元の量子ドットへの戻り光がない場合を仮定しており、また本発明例２）比較例２）はともに伝送元の量子ドットへの戻り光がある場合を仮定している。
【００４９】
シミュレーションの結果から、本発明例１）は、同一条件の比較例１）と比較して出力が高くなっており、また、本発明例２）は、同一条件の比較例２）と比較して出力が高くなっているのが分かる。
【００５０】
即ち、本発明例では、比較例よりも光伝送効率が上昇していることが示されている。このため、上述の如き構成からなる本発明を光遅延器に適用すれば、より長時間に亘って安定的にデータを格納することが可能となり、また光伝送路として適用すればより高効率なデータの伝送を実現することが可能となる。
【符号の説明】
【００５１】
１  光遅延器
１２、１４  量子ドット
１３  量子ドット列
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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