上野 研究室
光エレクトロニクス講座 （西２号館、一部は西7号館）

高速で省エネルギーな、光エレクトロニクスデバイス～ 未来の情報通信技術、毎秒200ギガビット、光トランジスタ ～距離 (ミリメートル)
Distancein air, z (mm)-200Wavelength (nm)+10+20All-optically gated waveform
100100010111…

1.0

0.5

01552

0

Intensity (dBm/nm)

Intensity (a. u.)

1.5-10

1550

1548

1546

-20550 GHz-40-60

May 7th, 2008

-75

-50

-25

0+25+50

Time(ps)
時間(ピコ秒)

+75

193.0

193.5

194.0

Optical frequency (THz)

ホームページはgoogle ⇒ 上野研究室

平成22年度卒研配属説明会
平成22年度卒研配属説明会
2009年
2009年11月
11月18日18日
春合宿でOB２人と一緒に (2009年5月)

1上野 研究室

電子トランジスタの、ムーアの法則
1988～2008のインターネット、携帯電話、パソコンを実現した共通技術＝ 電子トランジスタです！ （機能・メモリ集積、速度、低電力）

速度、3GHzで停滞？

速度?

ビット単
価

1970

1980

1990

2000

出典： IEEE magazine, 2008年5月号

201020252050
2

上野 研究室2010年～2050年の私たちの方向：

地域・国際コミュニケーションを、育てる
消費電力を、減らす
しかし2000～2010年、私たちの気づきにくいところで．．．
原子力発電炉日本50基、世界400基 ⇒ 増設中

Googleデータセンター

30メガワット ×24時間

情報通信機器の消費電力（世界）＝原子炉70基分(約4%、増加中)

インターネットルーター
3メガワット ×24時間
パソコン
3～5台＠家庭×24時間？

共通技術 ＝ 電子トランジスタ （速度？、低電力？）

出典： 米国・欧州 2009年
3電子トランジスタから、光トランジスタ・光コンピュータ へ＊＊ 大学段階・研究段階の、基礎的な、研究です ＊＊光半導体フォトニクス。
中進に前名。

2～200

米国プリンストン大学・サンババーバラ(2000年)

光と料
材
光

途中

米国よりも、Distance, z (mm)Intensity (a. u.)

道40
地べで、 研生の研
野卒
上生･のス
院、大イ
年
通9
電デバ
200

成果の1例Time (ps)

日本と欧州が先駆的な実績⇒ 日本の得意分野
招待講演
被引用回数

研究初期

速度： 毎秒 200ギガビット
消費電力： 3 ピコジュール
国際招待講演国際･国内講演
新聞報道4

上野 研究室

国際交流・外国出張共同研究や交流の実績

指導教員と大学院生

NEC研（筑波）・KDDI研（埼玉）筑波大学・物材研（NIMS）
情報通信研(東京)
オランダ工科大・デンマーク工科大・CREOL
中国BUPT大学（北京）奈良先端大・東工大・東大・横国大

過去8年間

経産省プロジェクト、総務省プロジェクト(旧)COEプログラムなど
米国

中国

訂正です

懇親会 および 研究室公開（ 11/20金・21土の予定）
どうぞよろしく！ 2回目・3回目も歓迎です！

5

上野 研究室2008年度～2011年度の 研究テーマ

2009/11/19 上野芳康

大学院研究・卒業研究テーマで行う実践的学習と経験が、2010年現在の光電子産業（世界100兆円、日本10兆円）で働く技術者･研究者として、直接役立つ。
（さらに2025～2050年の情報通信産業・電子産業は、現在よりもっと光方式に移行する。）

例えば．．．
・ 材料と装置を組み立て、高周波光信号・電気信号を作り出し、計測し、判断・診断する力。１メガ～200テラ。
・ 光半導体材料や発光・増幅・緩和の理解を深め、原因を解明する力、新方式を追究する力。
・ 光波干渉・回折・分散・導波路などの理解を深め、独自の個別課題に取り組む力。
・ 電波・光波（光子）・電子（電子波）に関連する材料、計測装置、製造装置に、原理的に大きな共通点が多い。
・ 合理的で科学的な日本語を話す・書く力を養う。これまでと異なる方法で英語の力も養う。
・ 研究室セミナーや公式成果発表を通して、多彩な国際交流（学内・国内・国外）。
・ ソフト技術・デジタル技術に比べ、材料・アナログ実験・光の学科数・学生数⇒人材供給が、足りない！
・ 米国・欧州・中国に比べて、日本の実績が豊富な得意分野です。

ＵＥＣ電子工学科 上野研究室

上野 研究室2008年度～2011年度の 研究テーマ

2009/11/19 上野芳康

光半導体材料の高速・省エネ特性を引き出す、世界初の新方式の研究
・ 光加速作用・消費電力モデル作り (10～200ギガ級)⇒ 世界初の試み

・ 複素スペクトル成分制御・再構成方式 (300ギガ級)⇒ 世界初の試み

・ XORゲート （入力信号発生・ゲート駆動・出力波形計測）⇒ 研究着手中⇒研究再開準備・ 高精度・高速クロック発生・500ギガヘルツ光周波数コム発生

光半導体材料特性に関する、独自の基礎研究

特注試作デバイス（ 英国CIP社・米国InPhenix社）

・ 同一波長・偏光分離方式のゲート透過率特性評価・設計⇒ 研究継続・ 同一波長・偏光分離方式（新方式）の光加速作用⇒ 世界初の試み

・ 光駆動直後の電子・正孔冷却に伴うゲート速度制限要因・時定数評価⇒ 研究継続

超高速な研究設備・研究技術の独自開発
・ 光パラメトリック発信器・ポンププローブ評価装置← KDDI譲渡およびNEDO研究投資設備。

・ 広帯域利得スペクトル評価装置、製作← 日本・世界がASEで代用しているが、本来の利得帯域を。

・ 高安定・高密度電流注入装置、製作← 局部的・高密度な発熱と冷却を負帰還する。

・ 超200Gb/s 多重化装置、製作
・ 光デバイスシミュレータ、製作

2010～2025年の研究方向は、光通信から、段階的に光コンピュータへ。
（”qubit-computer” “quantum information”ではない、汎用機能コンピュータ。）
地域・国際のヒトコミュニケーションを育て、消費電力を減らす。
（GbE-LANやルータ設備、コンピュータやデータセンタ設備 ⇒ 波長分散制限小さい。）

ＵＥＣ電子工学科 上野研究室

補足資料
2005～2015

光材料・光トランジスタ研究の、中長期的な着眼点の一例
Sakaguchi, et al, Optics Express 2007

② 材料の第1時定数(τ )は、1消費電力決定要因では無い？

不純物加速 vs. 光加速の動力学

Ueno, Nakamoto, et al, Optics Express 2006

① 材料共通の第2、第3時定数(τ , τ )を、23光回路で解決しよう
光スペクトル合成 （UEC-NICT共同）*) フォトニック結晶と相性③ 将来の超小型回路を見据え、電子励起から光励起の省電力性
ＵＥＣ電子工学科 上野研究室

補足資料
2004～2009

上野研究室 （西2号館の3階）

毎秒200ギガビットの光信号で光信号を直接制御する、最先端の高速光デバイス！
世界最先端の光エレクトロニクス
量子エレクトロニクス

距離 (ミリメートル)
Distancein air, z (mm)-20-100+10+20

All-optically gated waveform
100100010111…

1.00.5

Wavelength (nm)0May 7th, 2008-75

-50-250+25+50+75

Time(ps)
時間(ピコ秒)

毎秒200ギガビット実験中のホンモノの光信号
光半導体チップ
約１ミリメートル

1552

0

消費電力は小さく、３ピコジュール、電子107個

Intensity (dBm/nm)

Intensity (a. u.)

1.5

1550

1548

1546-20550 GHz-40-60
193.0

193.5

194.0

Optical frequency (THz)

超ブロードバンドな
光周波数スペクトル（500ギガヘルツ）

ＵＥＣ電子工学科 上野研究室

補足資料

光材料特性・光デバイス方式を、研究している （レーザを含む）
SMZ-DISC方式

λ=λ1
λ=λ2

λ=λ2

SOA

local cw light

λ= λ2

MZI, Δt④パルス正帰還②パルスの生成①定常光入力③パルスの分離10

ＵＥＣ電子工学科 上野研究室

補足資料

最近の新聞報道

2008年

2008年
日刊工業新聞日刊工業新聞第１面

2009年10月

ＵＥＣ電子工学科 上野研究室

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