スローライトブラッグ反射鏡導波路による高解像光ビーム掃引とその光信号処理への応用

• Project/Area Number: 13J03062
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Applied optics/Quantum optical engineering
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 顧 暁冬 東京工業大学, 精密工学研究所, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥3,960,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2015: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2014: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2013: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: 分波器 / 波長選択スイッチ / ビーム掃引 / ブラッグ反射鏡導波路

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、光の群速度を遅くするスローライト導波路の巨大な構造分散を活用することで、新たな非機械式光ビーム掃引技術の確立及びこの技術に基づく機能デバイスの提案・開発することである。本技術は、従来のビーム掃引技術の限界を打破し、非機械式で、小型、高解像度、高速のビーム掃引を可能とする期待ができる。
平成２６年度までには、上記の高性能ビーム掃引技術をベースに高性能波長選択スイッチを設計、作製した。従来の技術より大幅に超える２００出力ポートを搭載可能な波長選択スイッチの作製に成功した。しかしながらこの回折光学素子においては、空間に出力される光信号の強度が、光導波路の伝播方向に向かって指数関数的に減少するという問題がある。このような指数関数状の強度分布は、リニアアレイとしてのビームパターンを変形させるから、回折光学素子としての波長分解能を劣化させる。
平成２７年度には、上記の問題を解決するため、光信号の伝搬方向に向かって光信号の上方空間への透過率が変化する反射構造部の提案および設計を行った。その方法とは、基板上に下部ブラッグ反射鏡、コア層を形成後、上部ブラッグ反射鏡に必要となる最大の均一の層数またはペア数で成膜し、そしてフォトリソグラフィおよびエッチングにより、所望の透過率分布を有する上部ブラッグ反射鏡を形成する。
ほかに、この研究で提案した波長選択スイッチの高い挿入損失を改善するため、電流注入により無挿入損失波長選択スイッチの提案および実証実験を行った。結果として、１５ｄＢ以上の光増幅が得られ、およそ１３ｄＢの挿入損失を完全に補うことに成功した。その同時に、放射された光の強度分布も平坦となり、分解能の高い光信号も得られた。
本研究によれば、従来の回折光学素子では得られなかった、無挿入損失、そして非常に高い分散を保ちつつ、波長分解能に優れた回折光学素子の実現が可能になる。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Compact Wavelength Selective Switch Using a Bragg Reflector Waveguide Array with Ultra-Large Number (>100) of Output-Ports (2015)
  • Author(s): Xiaodong Gu,Kenya Suzuki,Yuichiro Ikuma,Kazunori Seno,Hiromasa Tanobe,Akihiro Matsutani,Fumio Koyama
  • Journal Title: Journal of Lightwave Technology Volume: vol. 33, no. 7 Issue: 7 Pages: 1358-1364
  • DOI: 10.1109/jlt.2014.2386324
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 850nm transverse-coupled-cavity vertical-cavity surface-emitting laser with direct modulation bandwidth of over 30GHz (2015)
  • Author(s): Xiaodong Gu, Masanori Nakahama, Akihiro Matsutani, Moustafa Ahmed, Ahmed Bakry, Fumio Koyama
  • Journal Title: Applied Physics Express Volume: 8 Issue: 8 Pages: 082702-082702
  • DOI: 10.7567/apex.8.082702
  • NAID: 210000137613
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 20 μm-long Slow-light Bragg Reflector Waveguide Modulator with over 20GHz Modulation Bandwidth (2014)
  • Author(s): Xiaodong Gu （顧 暁冬）, Ayako Suzuki, Akihiro Matsutani, Fumio Koyama
  • Journal Title: Applied Physics Express Volume: 7 Issue: 11 Pages: 114101-114101
  • DOI: 10.7567/apex.7.114101
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Beam-steering in hollow ZrO2/SiO2 distributed Bragg reflector waveguides for one-dimensional RGB imaging (2014)
  • Author(s): Xiaodong Gu, Masanori Nakahama, Moustafa Ahmed, Ahmed Bakry, Fumio Koyama
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Volume: 53 Issue: 3 Pages: 030302-030302
  • DOI: 10.7567/jjap.53.030302
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 35-μm Bragg Reflector Waveguide Modulator for High-Speed and Energy -Saving Operation (2013)
  • Author(s): Xiaodong Gu, Toshikazu Shimada, Akihiro Matsutani, Furnio Koyama
  • Journal Title: IEEE Photonics Technology Letters Volume: 25 Issue: 18 Pages: 1766-1769
  • DOI: 10.1109/lpt.2013.2275190
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Low polarization dependent beam deflector based on Bragg reflector waveguide for C-band wavelength demultiplexing (2013)
  • Author(s): Xiaodong Gu, Akihiro Matsutani, Fumio Koyama
  • Journal Title: Journal of Applied Physics Volume: 114 Issue: 16
  • DOI: 10.1063/1.4828715
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Optical Wavelength Demultiplexer with 15~20dB Gain Based on an Active-type Bragg Reflector Waveguide Deflector (2016)
  • Author(s): Xiaodong Gu
  • Organizer: 2016年電子情報通信学会総合大会
  • Place of Presentation: 九州大学
  • Year and Date: 2016-03-15
• [Presentation] Over 30 GHz Modulation of 850 nm Transverse Coupled Cavity Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser (2015)
  • Author(s): Xiaodong Gu
  • Organizer: European Conference on Optical Communication
  • Place of Presentation: バレンシアコンベンションセンター（スペイン）
  • Year and Date: 2015-09-29
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] First Demonstration of 850 nm Transverse Coupled Cavity Vertical Cavity Surface-Emitting Laser (2015)
  • Author(s): Xiaodong Gu
  • Organizer: 応用物理学会2015年秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場
  • Year and Date: 2015-09-16
• [Presentation] 60-channel Wavelength Selective Switch on Bragg Reflector Waveguides Array with 182 Output-ports (2015)
  • Author(s): Xiaodong Gu
  • Organizer: International Nano-Optoelectronics Workshop
  • Place of Presentation: 東京工業大学
  • Year and Date: 2015-08-06
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Ultra-large port-count wavelength selective switch based on a Bragg reflector waveguides array (2015)
  • Author(s): 顧 暁冬
  • Organizer: レーザー学会学術講演会第 35 回年次大会
  • Place of Presentation: 東海大学（東京都港区高輪）
  • Year and Date: 2015-01-12
  • Invited
• [Presentation] Miniature Slow-Light Bragg Reflector Waveguide Modulator with over 20GHz Modulation Bandwidth (2014)
  • Author(s): 顧 暁冬
  • Organizer: LQE/OCS/OPE共催 電子情報通信学会研究会
  • Place of Presentation: 長崎歴史文化博物館（長崎県長崎市立山）
  • Year and Date: 2014-10-31
• [Presentation] Large Point-Count Wavelength Selective Switch Based on a Bragg Reflector Waveguides Array (2014)
  • Author(s): 顧 暁冬
  • Organizer: LQE/OCS/OPE共催 電子情報通信学会研究会
  • Place of Presentation: 長崎歴史文化博物館（長崎県長崎市立山）
  • Year and Date: 2014-10-31
• [Presentation] Improvement in Crosstalk of 200-Port Bragg Reflector Waveguides Array-based Wavelength Selective Switch (2014)
  • Author(s): Xiaodong Gu （顧 暁冬）
  • Organizer: IEEE Photonics Conference 2014
  • Place of Presentation: アメリカ・サンディエゴ (Hyatt Regency La Jolla)
  • Year and Date: 2014-10-13
• [Presentation] 60-channel Wavelength Selective Switch on Bragg Reflector Waveguides Array with 125 Output-ports (2014)
  • Author(s): Xiaodong Gu （顧 暁冬）
  • Organizer: European Conference on Optical Communications 2014
  • Place of Presentation: フランス・カンヌ (Palais des Festivals et des Congres)
  • Year and Date: 2014-09-24
• [Presentation] 60-Channels Flexible-Grid Wavelength Selective Switch Based on a Compact Bragg Reflector Waveguides Array (2014)
  • Author(s): 顧 暁冬
  • Organizer: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 北海道大学（北海道札幌市北区）
  • Year and Date: 2014-09-19
• [Presentation] Large Enhancement in Modulation Bandwidth of Low-Voltage Slow Light Bragg Reflector Waveguide Modulator (2014)
  • Author(s): Xiaodong Gu （顧 暁冬）
  • Organizer: The OptoElectronics and Communication Conference 2014
  • Place of Presentation: オーストラリア・メルボルン (Melbourne Convention and Exhibition Centre)
  • Year and Date: 2014-07-08
• [Presentation] Bragg Reflector Waveguide Modulator toward High-Speed Operations and Low Power Consumption (2014)
  • Author(s): 顧 暁冬
  • Organizer: 第61回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 青山学院大学相模原キャンパス(神奈川相模原市中央区)
  • Year and Date: 2014-03-20
  • Invited
• [Presentation] Large Port-Count Wavelength Selective Switch Based on High-density Bragg Reflector Waveguide Array (2014)
  • Author(s): 顧 暁冬
  • Organizer: 第61回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 青山学院大学相模原キャンパス(神奈川県相模原市中央区)
  • Year and Date: 2014-03-17
• [Presentation] Compact Wavelength Selective Switch Based on High-density Bragg Reflector Waveguide Array with 120 Output Ports (2014)
  • Author(s): 顧 暁冬
  • Organizer: Optical Fiber Communication Conference 2014
  • Place of Presentation: Moscone Center, San Franscisco(アメリカ)
  • Year and Date: 2014-03-13
• [Presentation] Output beam profile control of slow-light Bragg reflector waveguide deflector with high-contrast sub-wavelength grating (2014)
  • Author(s): 顧 暁冬
  • Organizer: SPIE Photonics West 2014
  • Place of Presentation: Moscone Center, San Franscisco(アメリカ)
  • Year and Date: 2014-02-06
• [Presentation] Beam-steering in Hollow Distributed Bragg Reflector Waveguides for RGB Imaging (2013)
  • Author(s): 顧 暁冬
  • Organizer: The 20th international display workshops
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター(北海道札幌市白石区)
  • Year and Date: 2013-12-04
• [Presentation] Wavelength selective switch with high angular dispersion element based on Bragg reflector waveguide (2013)
  • Author(s): 顧 暁冬
  • Organizer: 18th Microoptics Conference
  • Place of Presentation: 東京工業大学蔵前会館(東京都目黒区)
  • Year and Date: 2013-10-29
• [Presentation] High-speed and low-voltage operation of compact Bragg reflector waveguide modulator (2013)
  • Author(s): 顧 暁冬
  • Organizer: 18th Microoptics Conference
  • Place of Presentation: 東京工業大学蔵前会館(東京都目黒区)
  • Year and Date: 2013-10-28
• [Presentation] Ultra-compact Bragg Reflector Waveguide Modulator with Large Response Bandwidth and Low Power Consumption (2013)
  • Author(s): 顧 暁冬
  • Organizer: 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 同志社大学京田辺キャンパス(京都府京田辺市)
  • Year and Date: 2013-09-19
• [Presentation] 1550nm-band Low Polarization Dependenee Wavelength Demultiple Xing Using Bragg Reflector Waveguide (2013)
  • Author(s): 顧 暁冬
  • Organizer: 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 同志社大学京田辺キャンパス(京都府京田辺市)
  • Year and Date: 2013-09-19
• [Presentation] Super-high Resolution Beam Steering Using Bragg Reflector Waveguides (2013)
  • Author(s): 顧 暁冬
  • Organizer: 2013 International Nano-Optoelectronics Workshop
  • Place of Presentation: Institut d'Etudes Scientifiques de Cargése(フランス)
  • Year and Date: 2013-08-26
• [Presentation] 高精細イメージングのためのBragg反射鏡導波路を用いた偏向デバイス (2013)
  • Author(s): 顧 暁冬
  • Organizer: 第12回レーザディスプレイ技術研究会
  • Place of Presentation: 東京大学生産技術研究所コンベンションホール(東京都目黒区)
  • Year and Date: 2013-07-10
  • Invited
• [Presentation] Sub-1V and Sub-100μm Electro-absorption Modulator Based on Bragg Reflector Wave guide (2013)
  • Author(s): 顧 暁冬
  • Organizer: 2013 Conference on Lasers and Electro-Optics Pacific Rim
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館(京都府京都市左京区)
  • Year and Date: 2013-07-03
• [Presentation] ブラッグ反射鏡導波路を用いた高解像度ビーム掃引デバイス (2013)
  • Author(s): 顧 暁冬
  • Organizer: レーザ・量子エレクトロニクス研究会(LQE)
  • Place of Presentation: 機械振興会館(東京都港区)
  • Year and Date: 2013-06-21
• [Presentation] Miniature Bragg Reflector Waveguide Beam Deflector for Full C-band W avelength Demultiplexing with Low Polarization Dependence and High Resolution (2013)
  • Author(s): 顧 暁冬
  • Organizer: Conference on Lasers and Electro-Optics 2013
  • Place of Presentation: San Jose Convention Center.SanJ ose(アメリカ)
  • Year and Date: 2013-06-13
• [Remarks] 東京工業大学リサーチリポジトリ
  • URL: http://t2r2.star.titech.ac.jp/cgi-bin/researcherpublicationlist.cgi?q_researcher_content_number=0dd433493a78b85aab67c6d0b0b71369&q_year_from=2015&q_year_to=2015&tab_yf=2016
• [Remarks]
  • URL: http://t2r2.star.titech.ac.jp/cgi-bin/researcherpublicationlist.cgi?q_researcher_conten_tnumber=CTT100613225