Updated on 2026/05/30

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SHOJI YUYA
 
Organization
Institute of Integrated Research Laboratory for Future Interdisciplinary Research of Science and Technology Associate Professor
Title
Associate Professor
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News & Topics

Research Interests

  • Optical device, Photonic integrated circuit

  • 光デバイス

  • 磁気光学効果

Research Areas

  • Manufacturing Technology (Mechanical Engineering, Electrical and Electronic Engineering, Chemical Engineering) / Electron device and electronic equipment

  • Manufacturing Technology (Mechanical Engineering, Electrical and Electronic Engineering, Chemical Engineering) / Communication and network engineering

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Papers

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MISC

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Research Projects

  • 光磁気変換を利用した導波路型スパイキング光ニューロン

    Grant number：23H04802  2023.4 - 2025.3

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  学術変革領域研究(A)

    庄司 雄哉

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    Grant amount：\6500000 （ Direct Cost: \5000000 、 Indirect Cost：\1500000 ）

    本研究は、光と磁気の相互変換を利用した導波路型のスパイキング光ニューロン素子の実現を目的としている。リング共振器の外周に配置した磁性体シナプスにおいて入力光によって磁化反転を与える。このシナプスは入力パルスの生じる発熱に対して蓄積と放熱効果を示し、ある臨界点以上の温度で磁化反転を生じる。このダイナミクスが、スパイキングニューロンに用いられるLeaky Integrated and Fire（LIF）モデルを物理的に模倣できると考えられる。シナプスの磁化反転によりリング共振器内に磁気光学効果を誘起し、入力光の信号強度が非線形に応答することから、読み出し光に対してニューロンの発火現象(スパイキング)を再現できる。
    今年度、このLIFモデル動作の原理検証を行った。シリコン光導波路上に磁性体シナプスとなるCoFeB薄膜を形成したデバイスを準備し、光パルス列の入力に磁化反転を評価した。複数の光パルスの数や間隔を変えて評価を行い、熱の蓄積効果に由来する磁化反転のタイミングの変化を実験的に観測することに成功した。この成果について、現在論文投稿中である。
    また、リング共振器の外周に磁性体を配置したデバイスの透過率変化についても並行して検証を行った。磁気光学材料Ce:YIG上のアモルファスシリコン導波路でリング共振器を作製した。外部磁場の掃引方向に対するヒステリシス的な非対称な応答が観測され、磁性体の磁化保持動作を確認することができた。これらの検討結果について成果発表した学生が、電子情報通信学会ソサイエティ大会で学術奨励賞を受賞する評価を得た。

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  • Integrated optical memory with magnetic materials

    Grant number：22K18805  2022.6 - 2024.3

    Japan Society for the Promotion of Science  Grants-in-Aid for Scientific Research  Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

    Shoji Yuya

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    Grant amount：\6500000 （ Direct Cost: \5000000 、 Indirect Cost：\1500000 ）

    In this research, we developed a magneto-optical memory that can be integrated on a chip using optical waveguides. We proposed a structure in which an optical waveguide for data writing and a recording layer are placed around the outer periphery of a ring resonator that serves as a data readout circuit, and clarified its feasibility through simulation. By fabricating a prototype device with one cell in the recording layer and measuring the optical transmittance of the ring resonator while applying an external magnetic field, we confirmed that the magnetization information stored in the recording layer could be extracted as the intensity ratio of the read light.

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  • 大規模光通信システムのための磁性フォトニックデバイスの開拓

    Grant number：19H02190  2019.4 - 2023.3

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 基盤研究(B)  基盤研究(B)

    庄司 雄哉

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    Grant amount：\17160000 （ Direct Cost: \13200000 、 Indirect Cost：\3960000 ）

    本研究課題では①低損失な導波路型光アイソレータと②超低消費電力駆動が可能な自己保持型光スイッチの開発を目的としている。本年度、それぞれの課題について以下の検討を実施した。
    まず①では、TE-TM半モード変換に基づく導波路型光アイソレータについて、低損失化のために不連続部のない新構造を提案した。従来構造は多モード導波路への非対称入射によってTE0次とTE1次モードを等分配励振していたが、新構造では導波路幅が相補的に変化する方向性結合器におけるモード進化を利用してTE0次とTE1次モードを生成する。新構造のデバイス設計と作製を行い、アイソレーション比15dBと挿入損失5dBのアイソレータ動作を実験的に得た。さらに、モード進化を利用したリング共振器型の光アイソレータについても提案と作製を行った。アイソレーション比22dBと挿入損失4.3dBのアイソレータ動作が実験的に得られ、その動作実証に成功した。
    次に②では、自己保持型光スイッチの磁化反転を制御する印加電流の高速化を検討した。50Ω整合したコプレーナ線路を装荷した光スイッチを製作し、GHzオーダーの高周波電流印加に対する光スイッチの出力応答を測定することで、電極から有効な磁場制御ができているかを確認した。その結果、100psまでの高速な立ち上がりを示す光応答が観測され、コプレーナ線路の有効性を実証できた。
    いずれの成果も、磁気光学効果を用いた光デバイスの実用性を示すものであり、これらはOptics Expressなどの学術誌や、応用物理学会学術講演会などで成果発表を行った。特にリング共振器型光アイソレータを発表したOptics ExpressではEditor’s Pickという編集者による注目記事として取り上げられた。

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  • Photonic memory using magneto-optical recording

    Grant number：16K06295  2016.4 - 2019.3

    Japan Society for the Promotion of Science  Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)  Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

    Shoji Yuya, Mizumoto Tetsuya

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    Grant amount：\4810000 （ Direct Cost: \3700000 、 Indirect Cost：\1110000 ）

    We have developed photonic memory using magneto-optical effect and magneto-optical recording for application to next-generation photonic network systems. In order to realize proposed photonic memory, we have investigated reading operation with remanant magnetization of thin-film magnet and magneto-optical effect, and writing operation with curie point recording of optical waveguide.
    For writing operation, we confirmed temperature increase up to 300 oC by light-to-heat conversion using microring resonator. For reading operation, we achieved optical intensity modulation due to the magnetization of thin-film magnet, which was formed on an MZI photonic memory circuit.

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  • Optical modulatro using a low-temprerature silicon thin film.

    Grant number：15K18061  2015.4 - 2017.3

    Japan Society for the Promotion of Science  Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Young Scientists (B)  Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

    takei ryohei, KAMEI Toshihiro, SHOJI Yuya, MIZUMOTO Tetsuya, MAEKAWA Yuichi

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    Grant amount：\4160000 （ Direct Cost: \3200000 、 Indirect Cost：\960000 ）

    In this work, we propose an optical modulator fabricated by a low-temperature process with a low-temperature silicon thin film technology, which can mainly deposit hydrogenated amorphous silicon. The modulator is promising for on-chip optical interconnection that can be directly formed on a semiconductor chip. Hydrogenated microcrystalline silicon is used to realize the modulator.
    We measured carrier relaxation time of microcrystalline silicon by a pump and probe method using pump light with a pulse width of 20 ps. As a result, a relaxation time of 1.2 ns and a slow relaxation time of 7.5 ns were observed. The findings obtained are used to design the modulator.

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  • Study of silicon photonic integrated circuits for photonic routers

    Grant number：26249047  2014.4 - 2017.3

    Japan Society for the Promotion of Science  Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (A)  Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

    Mizumoto Tetsuya, SHOJI YUYA

    　 More details

    Grant amount：\41600000 （ Direct Cost: \32000000 、 Indirect Cost：\9600000 ）

    The purpose of this study is to develop optical functional devices on a silicon waveguide platform. A wavelength converter, a wavelength-selective optical switch and an optical switch are investigated, which are needed to realize a photonic router. An optical isolator is an important device to construct a wavelength converter. The isolator that provides an isolation of 28 dB for TE-mode lightwave has been successfully demonstrated. Also, an isolator has been successfully fabricated with an athermal isolation performance in a temperature range between 20-60 °C. In the fabrication of these devices, a magneto-optical garnet is directly bonded on a silicon waveguide. A novel wavelength-selective optical switch has been developed to route optical signals depending on their wavelengths. An optical switch that is applicable to realize a self-holding function has been successfully demonstrated based on a magneto-optical effect.

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  • Study of waveguide magneto-optic switch having self-holding function for low-power consumption

    Grant number：24760270  2012.4 - 2014.3

    Japan Society for the Promotion of Science  Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Young Scientists (B)  Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

    SHOJI Yuya

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    Grant amount：\4680000 （ Direct Cost: \3600000 、 Indirect Cost：\1080000 ）

    We proposed and investigated a magneto-optic switch with self-holding function for low-power consumption photonics networks. The self-holding operation is obtained by non-volatility in thin-film magneto formed on the magneto-optic waveguides. In this research, we achieved demonstration of the fundamental switching operation and characterization of the response speed of Ce:YIG which has a large magneto-optic effect. Then, we investigated deposition of the thin-film magnet to form micro patterns.

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  • 非相反移相型光アイソレータの高機能化に関する研究

    Grant number：07J02624  2007 - 2008

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 特別研究員奨励費  特別研究員奨励費

    庄司 雄哉

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    Grant amount：\1800000 （ Direct Cost: \1800000 ）

    本研究の課題は「非相反移相型光アイソレータの高機能化に関する研究」であり、そのメインテーマのひとつがシリコン光回路を用いた超小型光アイソレータの開発である。本年度は、高精度の光導波路作製技術の習得とそれを用いた高機能なシリコン光回路の開発を行った。具体的な成果は以下の二点である。
    ・低損失なシリコン細線導波路の作製
    シリコン細線導波路は、本光アイソレータの小型化にあたり重要な役割を果たす。しかし、導波路作製時にできる側壁荒れによる伝搬損失増加の影響が大きい。そこで、導波路の作製プロセスと側壁荒れが生じる原因について詳細な検証を行った。その結果、昨年度以前のシリコン細線導波路の伝搬損失は38dB/cmであったのに対し今年度では18dB/cmまで改善された。また、このシリコン細線導波路を用いて光アイソレータの基盤となる超小型(100μm以下)のマッハツェンダー干渉計を作製し評価した。この結果、波長スペクトルから得られる消光比は最大で28dBであり、昨年度動作実証に成功したシリコン光アイソレータの消光比21dBよりも大きく、その特性改善が期待できる。
    ・シリコン導波路による偏光分離素子の開発
    非相反移相型光アイソレータは通常のタイプであるとTMモードでの動作となる。今後、一体集積回路化に向けた偏光無依存動作を実現するために、偏光ダイバーシティの導入が必要とされている。今回、シリコン光導波路を用いて偏光分離素子の試作と評価を行った。リブ型シリコン導波路によって方向性結合器を作製し、クロストークが-10dB以下のTEモードとTMモードの分離動作が得られた。

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  • シリコンフォトニクスを用いた高機能光回路の開発

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    Grant type：Competitive

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