Study on a phase-change optical switch for low-power-consumption reconfigurable photonic networks
| Project/Area Number |
23K20961
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| Project/Area Number (Other) |
21H01398 (2021-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2021-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 21060:Electron device and electronic equipment-related
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
津田 裕之 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (90327677)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
桑原 正史 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 上級主任研究員 (60356954)
斎木 敏治 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (70261196)
河島 整 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 総括研究主幹 (90356840)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Declined (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000)
Fiscal Year 2024: ¥6,630,000 (Direct Cost: ¥5,100,000、Indirect Cost: ¥1,530,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
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| Keywords | 光スイッチ / 相変化材料 / シリコン光導波路 / シリコンフォトニクス / 自己保持 / 結晶 / アモルファス / 光導波路 / 省電力光ネットワーク / シリコン導波路 / 光回路 / 光通信 |
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| Outline of Research at the Start |
相変化材料は、結晶相とアモルファス相間の相変化に伴って屈折率が数十％以上変化し、各相状態は室温で安定である。このため、相変化光スイッチは、超小型かつ自己保持性を有して省電力である。
相変化材料の相変化物性解明、低損失化と耐久性向上のための材料開発、光ネットワーク構成を意識した光スイッチの電気／光学最適化設計法の確立を目指す。
大規模相変化光スイッチが実現されれば、光ネットワークの大容量化、再構成可能な光ネットワークノードを構成可能となる。これによって、リアルタイムに大量の情報を伝達するネットワークが実現され、情報量あたりのエネルギーコストを大幅に低減して省エネルギー社会の実現に寄与する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
・シリコン光導波路上でGST、GSSTおよびMnTe等の相変化材料を装荷した場合について、相変化に伴う伝搬光の位相変化から必要な相変化材料薄膜の構造を明らかにした。シリコン光導波路上でGST、GSSTおよびMnTe等の相変化材料を装荷する部分は、作製に利用するステッパ分解能を考慮して、長さ100ミクロンのテーパ導波路により、2.0ミクロンまで幅を広げる。
・クロスポイント型光駆動光スイッチの設計を行い、GSTでは一つ、GSSTでは二つのクロスポイントで光スイッチ動作に必要な位相変化が得られることを確認した。マッハツェンダー光回路に複数の交差部を設けて、二つのアームを伝搬する光において180度の位相差が得られるようにする。プッシュプル動作のためにマッハツェンダー光回路の二つのアームには、90度の位相差を与えている。
・電気駆動型相変化光スイッチの相変化材料装荷部として、pin加熱型、導波路加熱型、TiNヒータ加熱型の伝熱シミュレーションを実施した。pin加熱型が最も効率よく相変化材料を昇温できることを明らかにした。
・相変化材料装荷用シリコン光回路の設計を行い、また、試作した回路の損失波長特性を評価して、装荷部付加による過剰損失が1.0～1.8 dBであることが分かった。
・シリコン光回路に相変化材料を装荷して光スイッチを作製するための相変化光スイッチプロセス用マスクの設計と試作を行った。加熱構造による電気駆動型相変化光スイッチ、クロスポイント型の光照射による光駆動型相変化光スイッチが含まれる。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(14 results)
