(57)【要約】【課題】信号の混信を防止しつつ、光の回折限界に支配されずに微小化された近接場光伝送路の信号分配器および信号混合器を提供する。【解決手段】第１エネルギー準位を持つ量子ドットＡ１を複数にわたり列状に配置させた第１量子ドット列１１と、第１量子ドット列１１に連続し、第１エネルギー準位と、第１エネルギー準位よりも低く安定した第２エネルギー準位と、を持つ量子ドットＢ２を複数にわたり列状に配置させた第２量子ドット列と、第１量子ドット列に連続し、第１エネルギー準位と、第１エネルギー準位よりも低く、かつ第２エネルギー準位と異なる安定した第３エネルギー準位と、を持つ量子ドットＡ３を複数にわたり列状に配置させた第３量子ドット列１４と、を備えて構成された信号分配器１’。第１量子ドット列１１から第２量子ドット列１３または第３量子ドット列１４に向けて、エネルギー準位を介して量子ドット間で光励起担体を伝送させる。【選択図】図３
2014205221.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１エネルギー準位を持つ量子ドットを複数にわたり列状に配置させた第１量子ドット列と、
前記第１量子ドット列に連続し、前記第１エネルギー準位と、前記第１エネルギー準位よりも低く安定した第２エネルギー準位と、を持つ量子ドットを複数にわたり列状に配置させた第２量子ドット列と、
前記第１量子ドット列に連続し、前記第１エネルギー準位と、前記第１エネルギー準位よりも低く、かつ前記第２エネルギー準位と異なる安定した第３エネルギー準位と、を持つ量子ドットを複数にわたり列状に配置させた第３量子ドット列と、
を備えて構成され、
前記第１量子ドット列から前記第２量子ドット列または前記第３量子ドット列に向けて、エネルギー準位を介して前記量子ドット間で光励起担体を伝送させる、
ことを特徴とする信号分配器。
【請求項２】
前記第１エネルギー準位、前記第２エネルギー準位および前記第３エネルギー準位は、前記量子ドットのサイズを異ならせることで形成されていることを特徴とする請求項１記載の信号分配器。
【請求項３】
前記第１エネルギー準位、前記第２エネルギー準位および前記第３エネルギー準位は、前記量子ドットの材料を異ならせることで形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の信号分配器。
【請求項４】
第１エネルギー準位と、前記第１エネルギー準位よりも低く安定した第２エネルギー準位と、を持つ量子ドットを複数にわたり列状に配置させた第１量子ドット列と、
前記第１量子ドット列に連続し、前記第１エネルギー準位と異なり前記第２エネルギー準位よりも高い第３エネルギー準位と、前記第２エネルギー準位と、を持つ量子ドットを複数にわたり列状に配置させた第２量子ドット列と、
前記第１量子ドット列および前記第２量子ドット列に連続し、前記第２エネルギー準位を持つ量子ドットを複数にわたり列状に配置させた第３量子ドット列と、
を備えて構成され、
前記第１量子ドット列および前記第２量子ドット列から前記第３量子ドット列に向けて、エネルギー準位を介して前記量子ドット間で光励起担体を伝送させる、
ことを特徴とする信号混合器。
【請求項５】
前記第１エネルギー準位、前記第２エネルギー準位および前記第３エネルギー準位は、前記量子ドットのサイズを異ならせることで形成されていることを特徴とする請求項４記載の信号混合器。
【請求項６】
前記第１エネルギー準位、前記第２エネルギー準位および前記第３エネルギー準位は、前記量子ドットの材料を異ならせることで形成されていることを特徴とする請求項４または５記載の信号混合器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノスケールの光通信ネットワーク、光計測等の分野に適用される量子ドットを用いた光伝送路に適用される、信号分配器および信号混合器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の半導体微細加工技術の発展により、量子力学的効果が顕著に現れる微細な構造をもつ半導体素子が実現されている（例えば、非特許文献１参照）。この量子力学的効果を利用した半導体素子として、例えばＨＢＴ(Hetero-junction Bipolar Transistor)や量子井戸レーザ等が実用化されている。また量子力学的効果を利用し、単一電子を制御することにより電子の粒子性を極限まで利用するナノスケールの量子ドットが注目されている。
【０００３】
量子ドットは、上述した半導体微細加工技術を用いることにより、光励起担体に三次元的な量子閉じ込めを与えるほど微細なポテンシャルの箱を形成したものである。この光励起担体の閉じ込め系を利用することで、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、状態密度がデルタ関数的に尖鋭化する。
【０００４】
こうした量子ドットの状態密度が尖鋭化した状態間における光の吸収を利用する単一電子メモリや、量子ドットを出入りする単一電子をＯＮ／ＯＦＦ動作させる単一電子トランジスタは既に研究されていて、単一電子のナノスケール操作が実現化されつつある。
【０００５】
ところで、将来の大容量情報処理への要求に応えるべく、光の回折限界に支配されることなく演算処理、情報処理、遅延処理等を行うことができるナノスケールの演算回路、遅延回路等の実現が望まれている。このためには、電気配線の限界を打破する必要があるところ、ナノスケールの光インターコネクション技術の実現化が期待されている。
【０００６】
しかしながら、従来の光配線技術において、その空間密度は光の回折限界により支配されるため、占有体積や配線密度を光の波長程度（１００ｎｍ）以下に微小化することは困難であり、高密度化が期待される将来システムの要件を満たすことができないという問題点があった。
【０００７】
こうした課題に対応する技術の一例として、光の回折限界に支配されることなく微小化することで占有面積を小さく抑えつつ、異なる２つの光伝送路間における信号の干渉を防止し、複数の配線をクロスさせることのできる近接場光伝送路がある（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−１１６１８８号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】M.Ohtsu,K.Kobayashi,T.Kawazoe,S.Sangu,andT.Yatsui,IEEE J.Sel.Top.Quantum.Electron.,Vol.8,pp.839-862(2002).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、上述した特許文献１に記載されている光伝送路は、異なる２つの光伝送路間における信号の干渉を防止する技術であるが、更に多様な光伝送路を構築すべく、光伝送路により伝送される信号を分配、混合するための、分配器および混合器の開発が望まれている。
【００１１】
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、量子ドットを構成する半導体材料間のサブレベル間のエネルギー準位差に基づく、異種材料の量子ドット間のエネルギー緩和を利用することで、信号の混信を防止しつつ、光の回折限界に支配されずに微小化された近接場光伝送路の信号分配器および信号混合器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者は、上述した課題を解決するために、量子ドットを構成する半導体材料間のサブレベル間のエネルギー準位差に基づく、異種材料の量子ドット間のエネルギー緩和を利用することで、量子ドット群による近接場光伝送路の信号分配器および信号混合器を発明した。
【００１３】
第１発明に係る信号分配器は、第１エネルギー準位を持つ量子ドットを複数にわたり列状に配置させた第１量子ドット列と、前記第１量子ドット列に連続し、前記第１エネルギー準位と、前記第１エネルギー準位よりも低く安定した第２エネルギー準位と、を持つ量子ドットを複数にわたり列状に配置させた第２量子ドット列と、前記第１量子ドット列に連続し、前記第１エネルギー準位と、前記第１エネルギー準位よりも低く、かつ前記第２エネルギー準位と異なる安定した第３エネルギー準位と、を持つ量子ドットを複数にわたり列状に配置させた第３量子ドット列と、を備えて構成され、前記第１量子ドット列から前記第２量子ドット列または前記第３量子ドット列に向けて、エネルギー準位を介して前記量子ドット間で光励起担体を伝送させることを特徴とする。
【００１４】
第２発明に係る信号分配器は、第１発明に係る信号分配器において、前記第１エネルギー準位、前記第２エネルギー準位および前記第３エネルギー準位は、前記量子ドットのサイズを異ならせることで形成されていることを特徴とする。
【００１５】
第３発明に係る信号分配器は、第１発明または第２発明に係る信号分配器において、前記第１エネルギー準位、前記第２エネルギー準位および前記第３エネルギー準位は、前記量子ドットの材料を異ならせることで形成されていることを特徴とする。
【００１６】
第４発明に係る信号混合器は、第１エネルギー準位と、前記第１エネルギー準位よりも低く安定した第２エネルギー準位と、を持つ量子ドットを複数にわたり列状に配置させた第１量子ドット列と、前記第１量子ドット列に連続し、前記第１エネルギー準位と異なり前記第２エネルギー準位よりも高い第３エネルギー準位と、前記第２エネルギー準位と、を持つ量子ドットを複数にわたり列状に配置させた第２量子ドット列と、前記第１量子ドット列および前記第２量子ドット列に連続し、前記第２エネルギー準位を持つ量子ドットを複数にわたり列状に配置させた第３量子ドット列と、を備えて構成され、前記第１量子ドット列および前記第２量子ドット列から前記第３量子ドット列に向けて、エネルギー準位を介して前記量子ドット間で光励起担体を伝送させることを特徴とする。
【００１７】
第５発明に係る信号混合器は、第４発明に係る信号混合器において、前記第１エネルギー準位、前記第２エネルギー準位および前記第３エネルギー準位は、前記量子ドットのサイズを異ならせることで形成されていることを特徴とする。
【００１８】
第６発明に係る信号混合器は、第４発明または第５発明に係る信号混合器において、前記第１エネルギー準位、前記第２エネルギー準位および前記第３エネルギー準位は、前記量子ドットの材料を異ならせることで形成されてい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、信号の混信を防止しつつ、光の回折限界に支配されずに微小化された近接場光伝送路の信号分配器および信号混合器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態に係る信号分配器および信号混合器を構成する量子ドットのエネルギーバンドを示す模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係る信号分配器を示す模式図である。
【図３】本発明の変形例に係る信号分配器を示す模式図である。
【図４】本発明の実施形態に係る信号混合器を示す模式図である。
【図５】本発明の変形例に係る信号混合器を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態として、近接場光伝送路に用いられる信号分配器および信号混合器について詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本発明の実施形態に係る信号分配器および信号混合器を構成する量子ドットのエネルギーバンドを示す模式図である。
【００２３】
本実施形態に係る信号分配器および信号混合器は、例えばＮａＣｌ、ＫＣｌまたはＣａＦ2等の材料により構成される誘電性の基板上に、量子ドットＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４および量子ドットＢ１、Ｂ２の各量子ドットが配列されて構成されている。
【００２４】
量子ドットＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４は、ＣｕＣｌ、ＧａＮまたはＺｎＯ等の材料のうちいずれか１種類により構成されている。また、量子ドットＢ１、Ｂ２は、これらの材料のうち、量子ドットＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４と異なる他の１種類の材料により構成されている。量子ドットＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４は、この順にサイズが大きくなっていて、量子ドットＢ１、Ｂ２も、この順にサイズが大きくなっている。
【００２５】
各量子ドットＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ｂ１、Ｂ２のエネルギー準位は、サイズの増加に伴い低下する。また、各量子ドットＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ｂ１、Ｂ２のエネルギー準位は、材料毎に異なる性質がある。すなわち、量子ドットＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ｂ１、Ｂ２のエネルギー準位は、サイズと材料によりそれぞれ異なるという性質がある。
【００２６】
そのため、本発明に係る信号分配器および信号混合器を作成する際には、作成する信号分配器および信号混合器の形態に応じて各量子ドットのサイズと材料を適切に調整し、各量子ドットが所望のエネルギー準位を有するようにする。
【００２７】
これらの量子ドットＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ｂ１、Ｂ２の基盤上への作成は、ブリッジマン法や分子エピキタシー（ＭＢＥ）成長法に基づいて行われてもよいし、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良く制御して行われてもよい。
【００２８】
なお、各量子ドットＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ｂ１、Ｂ２を構成する材料系がＧａＮやＺｎＯである場合に、これらは球形あるいは円盤形として構成され、ＣｕＣｌである場合には、これらは立方体として構成される。
【００２９】
各量子ドットＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ｂ１、Ｂ２の辺長や径は、それぞれ４ｎｍ〜１０ｎｍ程度となるように構成することが可能であり、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することが可能である。本実施形態においては、各量子ドットＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ｂ１、Ｂ２は、球形に形成されている。
【００３０】
そして、これらの量子ドットＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ｂ１、Ｂ２が有する、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Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５に基づき、単一電子（光励起担体）の制御が行われる。
【００３１】
すなわち、この量子ドットＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ｂ１、Ｂ２においては、光励起担体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先鋭化させることができる。なお、この量子ドットＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ｂ１、Ｂ２において扱う光励起担体は、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も可能である。
【００３２】
次に、各量子ドットのエネルギー準位の詳細について説明する。
【００３３】
量子ドットＡ１は、安定したエネルギー準位である第１励起準位としてエネルギー準位Ｓ２を有している。
【００３４】
量子ドットＡ２は、第１励起準位としてＳ３を備えるとともに、不安定なエネルギー準位であり、第１励起準位よりも高いエネルギー準位である第２励起準位として、エネルギー準位Ｓ１を有している。
【００３５】
量子ドットＡ３は、第１励起準位としてエネルギー準位Ｓ４を、第２励起準位としてエネルギー準位Ｓ２を有している。
【００３６】
量子ドットＡ４は、第１励起準位としてエネルギー準位Ｓ５を、第２励起準位としてエネルギー準位Ｓ３を有している。
【００３７】
量子ドットＢ１は、第１励起準位としてエネルギー準位Ｓ２を有している。
【００３８】
量子ドットＢ２は、第１励起準位としてエネルギー準位Ｓ５を、第２励起準位としてエネルギー準位Ｓ２を有している。
【００３９】
量子ドット間で同じエネルギー準位（共鳴準位）を有する場合、近接場―近接場相互作用により、一方の量子ドットから移動してきた光励起担体が伝送し他方の量子ドットが出力光を発することができる。こうして量子ドット間で近接場光エネルギーの移動が行われる。
【００４０】
本実施形態に係る例では、量子ドットＡ１とＢ１がともに第１励起準位Ｓ２を有するため、両者間でエネルギー準位がＳ２である光励起担体の移動を行うことができる。
【００４１】
また、量子ドットＡ１の第１励起準位Ｓ２と、量子ドットＡ３の第２励起準位Ｓ２とが同じであるため、両者間で共鳴が生じ、エネルギー準位がＳ２である光励起担体の移動を行うことができる。
【００４２】
このとき、光励起担体は、量子ドットＡ１から量子ドットＡ３に移動後、第２励起準位Ｓ２が不安定な状態であるため、すぐに第１励起準位Ｓ４に遷移し、安定したエネルギー状態となる。
【００４３】
なお、第１励起準位Ｓ４が安定した状態であるため、外部から励起エネルギーが加わらない限り、光励起担体が第１励起準位Ｓ４から第２励起準位Ｓ２に戻ることはない。これにより、量子ドットＡ３に移動した光励起担体は、外部から励起エネルギーが加わらない限り、量子ドットＡ１に戻ることはない。
【００４４】
また、量子ドットＢ１の第１励起準位Ｓ２と、量子ドットＢ２の第２励起準位Ｓ２は同じであるため、両者間で共鳴が生じ、エネルギー準位がＳ２である光励起担体の移動を行うことができる。このとき、光励起担体が量子ドットＢ２に移動すると、第２励起準位Ｓ２が不安定な状態であるため、すぐに第１励起準位Ｓ５に遷移し、安定したエネルギー状態となる。
【００４５】
このときも、上述した量子ドットＡ１と量子ドットＡ３間の移動と同様に、第１励起準位Ｓ５が安定した状態であるため、外部から励起エネルギーが加わらない限り、第２励起準位Ｓ２に戻ることはなく、光励起担体が量子ドットＢ２から量子ドットＢ１に戻ることはない。
【００４６】
また、量子ドットＢ２の第１励起準位Ｓ５と、量子ドットＡ４の第１励起準位Ｓ５は同じであるため、両者間でエネルギー準位がＳ５である光励起担体の移動を行うことができる。
【００４７】
また、量子ドットＡ２の第１励起準位Ｓ３と、量子ドットＡ４の第２励起準位Ｓ３が同じであるため、両者間でエネルギー準位がＳ３である光励起担体の移動を行うことができる。このとき、光励起担体が量子ドットＡ４に移動すると、第２励起準位Ｓ３が不安定な状態であるため、すぐに第１励起準位Ｓ５に遷移し、安定したエネルギー状態となる。
【００４８】
このときも、上述した量子ドットＡ１と量子ドットＡ３間の移動と同様に、第１励起準位Ｓ５が安定した状態であるため、外部から励起エネルギーが加わらない限り、第２励起準位Ｓ３に戻ることはなく、光励起担体が量子ドットＡ４から量子ドットＡ２に戻ることはない。
【００４９】
次に、上述した量子ドットＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ｂ１、Ｂ２により構成される信号分配器および信号混合器の具体的な実施形態についてそれぞれ説明する。
【００５０】
［信号分配器］
図２は、本発明の実施形態に係る信号分配器１を示す模式図である。信号分配器１は、複数の量子ドットＡ１により構成される量子ドット列１１、複数の量子ドットＢ１により構成される量子ドット列１２、複数の量子ドットＢ２により構成される量子ドット列１３、複数の量子ドットＡ４により構成される量子ドット列１５および複数の量子ドットＡ３により構成される量子ドット列１４により構成された二又の伝送路であり、チャネルＣｈ１およびチャネルＣｈ２の２つのチャネルに信号を分配することができる。
【００５１】
チャネルＣｈ１は、量子ドット列１１の中途にある量子ドット１１１に量子ドット列１２が連続し、この量子ドット列１２の他端に更に量子ドット列１３と、これに続いて量子ドット列１５が連続して形成されている。
【００５２】
また、チャネルＣｈ２は、量子ドット列１１の一端に量子ドット列１４が連続して形成されている。
【００５３】
この信号分配器１によるチャネルＣｈ１とチャネルＣｈ２への信号の分配は、以下のようにして行われる。
【００５４】
まず、量子ドット列１１の一端にある量子ドットＡ１に対して、その第１励起準位Ｓ２に対応する周波数の光信号を供給することで、光励起担体のエネルギー準位をＳ２に励起させる。
【００５５】
次に、励起された光励起担体は、量子ドット列１１の隣接する量子ドットＡ１間を次々に移動していく。そして、量子ドット列１１の量子ドット１１１まで到達した光励起担体は、所定の確率に応じて、そのまま量子ドット列１１を進み続けるか、あるいは隣接する量子ドット列１２の端部にある量子ドットＢ１に移動する。
【００５６】
光励起担体が量子ドット列１１を進み続け、量子ドット列１１の終端に位置する量子ドットＡ１まで移動する場合、すなわち、チャネルＣｈ２を介する信号伝達が行われる場合について説明する。
【００５７】
まず、光励起担体が量子ドット列１１の終端まで移動すると、この終端に位置する量子ドットＡ１の第１励起準位Ｓ２と、これに隣接する量子ドット列１４の始端に位置する量子ドットＡ３の第２励起準位Ｓ２のエネルギー準位が同じであるため、量子ドットＡ１、Ａ３間で共鳴が生じる。
【００５８】
そして、共鳴が生じた結果、量子ドットＡ１における第１励起準位Ｓ２に存在する光励起担体が、量子ドットＡ３の第２励起準位Ｓ２へと移動し、さらに安定した第１励起準位Ｓ４へと移動する。
【００５９】
こうして光励起担体の、量子ドット列１１から量子ドット列１４への移動が完了し、光励起担体が量子ドット列１４の終端まで移動することで、チャネルＣｈ２を介する信号伝達が行われる。
【００６０】
なお、量子ドットＡ３の第１励起準位Ｓ４は安定したエネルギー準位であるため、第１励起準位Ｓ４に移動した光励起担体は、外部から励起エネルギーが加わらない限り、量子ドットＡ３の第２励起準位Ｓ２に戻ることはない。そのため、外部から励起エネルギーが加わらない状態では、量子ドット列１４に移動した光励起担体が、量子ドット列１１に戻ることはなく、量子ドット列１１から量子ドット列１４へと、信号の伝達は一方向に行われる。
【００６１】
一方、光励起担体が量子ドット１１１から隣接する量子ドット列１２の端部にある量子ドットＢ１に移動する場合、すなわち、チャネルＣｈ１を介する信号伝達が行われる場合について説明する。
【００６２】
まず、量子ドット１１１である量子ドットＡ１の第１励起準位Ｓ２と、これに隣接する量子ドット列１２に含まれる量子ドットＢ１の第１励起準位Ｓ２とエネルギー準位が同じであるため、量子ドット１１１から、隣接する量子ドットＢ１へと光励起担体が移動する。
【００６３】
次に、量子ドット列１２へと移動した光励起担体が、量子ドット列１２の終端まで移動する。このとき、当該端部にある量子ドットＢ１と、これに隣接する量子ドット列１３の始端にある、第２励起準位がＳ２である量子ドットＢ２とが共鳴し、光励起担体が当該量子ドットＢ２の第２励起準位Ｓ２へと移動する。そして、移動した光励起担体は、量子ドットＢ２の第１励起準位Ｓ５へと移動し、光励起担体の、量子ドット列１２から量子ドット列１３への移動が行われる。
【００６４】
ここで、量子ドットＢ２の第１励起準位Ｓ５は安定したエネルギー準位であるため、第１励起準位Ｓ５に移動した光励起担体は、外部から励起エネルギーが加わらない限り、量子ドットＢ２の第２励起準位Ｓ２に戻ることはない。
【００６５】
そのため、外部から励起エネルギーが加わらない状態では、量子ドット列１３に移動した光励起担体が、量子ドット列１２に戻ることはなく、信号の伝達は量子ドット列１２から量子ドット列１３へと、一方向に行われる。
【００６６】
次に、量子ドット列１３に移動した光励起担体は、終端にある量子ドットＢ２まで移動する。そして、光励起担体は、当該量子ドットＢ２から、隣接する量子ドット列１５の始端にある量子ドットＡ４へと移動する。
【００６７】
隣接する量子ドットＢ２と量子ドットＡ４とは、いずれも同じ第１励起準位Ｓ５を有するため、光励起担体が量子ドットＢ２から量子ドットＡ４へと移動することができ、光励起担体の量子ドット列１３から量子ドット列１５への移動が行われる。
【００６８】
そして、量子ドット列１５へと移動した光励起担体が、量子ドット列１５の終端まで移動することで、チャネルＣｈ１を介する信号伝達が行われる。
【００６９】
なお、上述したチャネルＣｈ１を介する光励起担体の移動は、エネルギー準位Ｓ２およびＳ５を用いて行われる一方、チャネルＣｈ２を介する光励起担体の移動は、エネルギー準位Ｓ２およびＳ４を用いて行われる。すなわち、両チャネルＣｈ１、Ｃｈ２に分岐後に用いられているエネルギー準位はそれぞれＳ５およびＳ４であるため、両者間で光励起担体の移動は行われず、分配された信号の混信が効果的に防止されている。
【００７０】
上述した本実施形態に係る信号分配器によると、分配された信号の混信を防止しつつ、光の回折限界に支配されずに微小化された近接場光伝送路の信号分配器を形成することができる。
【００７１】
なお、本発明に係る信号分配器は、上述した実施形態に限らず、同じ作用効果を奏する範囲内で、種々の変形をすることができる。
【００７２】
図３は、本発明の変形例に係る信号分配器を示す模式図である。図３に示す信号分配器１’では、図２に示す信号分配器１と比べ、用いられている量子ドットの種類が量子ドットＡ１、Ｂ２、Ａ３の３種類のみと少なくなり、より簡略化された構成となっている。
【００７３】
本変形例に係る信号分配器１’は、複数の量子ドットＡ１により構成される量子ドット列１１と、複数の量子ドットＢ２により構成される量子ドット列１３と、複数の量子ドットＡ３により構成される量子ドット列１４とにより構成されている。このうち、量子ドット列１１と量子ドット列１３とがチャネルＣｈ１を構成し、量子ドット列１１と量子ドット列１４とがチャネルＣｈ２を構成している。
【００７４】
量子ドット列１１から量子ドット列１３へと至る、チャネルＣｈ１を介する信号伝達は、上述した実施形態に係る信号分配器１と同様に行われる。また、量子ドット列１１から量子ドット列１４へと至る、チャネルＣｈ２を介する信号伝達も、上述した実施形態に係る信号分配器１と同様に行われる。
【００７５】
そして、信号分配器１’におけるチャネルＣｈ１を介する信号伝達は、エネルギー準位Ｓ２を用いて行われる一方、チャネルＣｈ２を介する信号伝達は、エネルギー準位Ｓ２およびＳ４を用いて行われる。すなわち、両チャネルＣｈ１、Ｃｈ２に分岐後に用いられているエネルギー準位はそれぞれＳ２およびＳ４であるため、両者間で光励起担体の移動は行われず、分配された信号の混信が効果的に防止されている。
【００７６】
本変形例に係る信号分配器１’によっても、分配された信号の混信を防止しつつ、光の回折限界に支配されることなく微小化された近接場光伝送路の信号分配器を形成することができる。
【００７７】
［信号混合器］
図４は、本発明の実施形態に係る信号混合器２を示す模式図である。信号混合器２は、複数の量子ドットＡ１により構成される量子ドット列１１、複数の量子ドットＢ１により構成される量子ドット列１２、複数の量子ドットＢ２により構成される量子ドット列１３、複数の量子ドットＡ４により構成される量子ドット列１５および複数の量子ドットＡ２により構成される量子ドット列１６により構成された二又の伝送路であり、チャネルＣｈ１およびチャネルＣｈ２の２つのチャネルからの信号を混合することができる。
【００７８】
チャネルＣｈ１は、量子ドット列１６の一端に量子ドット列１５が連続することで形成されている。
【００７９】
また、チャネルＣｈ２は、量子ドット列１１、量子ドット列１２および量子ドット列１３が連続していると共に、量子ドット列１３の終端が量子ドット列１５の中途にある量子ドット１５１に連続することで形成されている。
【００８０】
この信号混合器２によるチャネルＣｈ１およびチャネルＣｈ２からの信号の混合について説明する。
【００８１】
まず、チャネルＣｈ１では、量子ドット列１６の始端にある量子ドットＡ２に対して、その第１励起準位Ｓ３に対応する周波数の光信号を供給することで、かかる量子準位へ光励起担体を励起させることが行われる。
【００８２】
次に、励起された光励起担体が、量子ドット列１６内を、量子ドット列１５側の終端にある量子ドットＡ２に至るまで移動する。
【００８３】
次に、光励起担体が、この量子ドットＡ２から、これに隣接する量子ドット列１５の始端にある、第２励起準位がＳ３である量子ドットＡ４へと移動することで、光励起担体の量子ドット列１６から量子ドット列１５への移動が行われる。
【００８４】
次に、量子ドット列１５の始端にある量子ドットＡ４へと移動した光励起担体は、量子ドットＡ４の安定したエネルギー準位である第１励起準位Ｓ５へと移動する。
【００８５】
こうして安定した状態となった光励起担体は、量子ドット列１５内の量子ドットＡ４間をその終端まで次々に移動することで、量子ドット列１６および量子ドット列１５を介する、チャネルＣｈ１を経た信号の伝達が行われる。
【００８６】
一方、チャネルＣｈ２では、量子ドット列１１の始端にある量子ドットＡ１に対して、その第１励起準位Ｓ２に対応する周波数の光信号を供給することで、光励起担体がエネルギー準位Ｓ２へと励起される。
【００８７】
次に、励起された光励起担体が、量子ドット列１１、１２、１３と、次々に移動していく。この移動は、上述した信号分配器１における光励起担体の量子ドット列１１、１２および１３への移動と同様に行われる。
【００８８】
次に、量子ドット列１３の終端にある量子ドットＢ２に移動した、エネルギー準位Ｓ５を有する光励起担体は、隣接する量子ドット列１５の、同じ第１励起準位Ｓ５を有する量子ドットＡ４である量子ドット１５１へと移動する。
【００８９】
こうして量子ドット列１３から量子ドット列１５へと移動した光励起担体が、さらに量子ドット列の終端まで移動することで、量子ドット列１１から量子ドット列１５へと至る、チャネルＣｈ２を経た信号の伝達が行われる。
【００９０】
上述した信号混合器２は、チャネルＣｈ１とチャネルＣｈ２とが、量子ドット列１５の量子ドット１５１において合流する構成となっている。そのため、チャネルＣｈ１からの信号と、チャネルＣｈ２からの信号とを、量子ドット１５１で混合することができ、混合された信号は、量子ドット列１５の下流へと伝達されていく。
【００９１】
なお、上述したチャネルＣｈ１を介する情報伝達は、エネルギー準位Ｓ３を用いて行われる一方、チャネルＣｈ２を介する情報伝達は、エネルギー準位Ｓ２およびＳ５を用いて行われる。すなわち、両チャネルＣｈ１、Ｃｈ２の始端において、エネルギー準位はそれぞれＳ３とＳ２であり、量子ドット１５１において信号の混合が行われる前に、信号が混信してしまうことが効果的に防止されている。
【００９２】
このように、本実施形態に係る信号混合器２によると、信号の混信を防止しつつ、光の回折限界に支配されることなく微小化された近接場光伝送路の信号混合器を形成することができる。
【００９３】
なお、本発明に係る信号混合器は、上述した実施形態に限らず、同じ作用効果を奏する範囲内で、種々の変形をすることができる。
【００９４】
図５は、本発明の変形例に係る信号混合器２’を示す模式図である。図５に示す信号混合器２’では、図４に示す信号混合器２と比べ、用いられている量子ドットの種類が量子ドットＡ２、Ｂ２、Ａ４の３種類のみと少なくなり、より簡略化された構成となっている。
【００９５】
本変形例に係る信号混合器２’は、複数の量子ドットＡ２により構成される量子ドット列１６と、複数の量子ドットＢ２により構成される量子ドット列１３と、複数の量子ドットＡ４により構成される量子ドット列１５とにより構成されている。このうち、量子ドット列１６と量子ドット列１５とがチャネルＣｈ１を構成し、量子ドット列１３と量子ドット列１５とがチャネルＣｈ２を構成している。
【００９６】
量子ドット列１６から量子ドット列１５へと至る、チャネルＣｈ１を介する信号伝達は、上述した実施形態に係る信号混合器２と同様に行われる。また、量子ドット列１３から量子ドット列１５へと至る、チャネルＣｈ２を介する信号伝達も、上述した実施形態に係る信号混合器２と同様に行われる。
【００９７】
本変形例に係る信号混合器２’によっても、信号の混信を防止しつつ、光の回折限界に支配されることなく微小化された、近接場光伝送路の信号混合器を形成することができる。
【００９８】
なお、上述した各実施形態に係る信号分配器および信号混合器においては、各エネルギー準位は量子ドットの材料とサイズを調整することで形成されていた。しかし、本発明においてはこれに限らず、量子ドットのサイズを均一にしてその材料を変更することで形成してもよく、また、量子ドットの材料を均一にしてそのサイズを変更することで形成してもよい。
【００９９】
また、信号分配器および信号混合器を形成する量子ドットの種類も上述した各実施形態およびそれらの変形例に限られず、信号の混信を防止することができさえすれば、任意の種類の量子ドットを用いることができる。
【符号の説明】
【０１００】
１、１’  信号混合器
２、２’  信号分配器
１１、１２、１３、１４、１５、１６  量子ドット列
１１１、１５１  量子ドット
Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ｂ１、Ｂ２  量子ドット
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５  エネルギー準位
【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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