2016 Fiscal Year Annual Research Report
デジタルフォトニクスの実現を目指す超低閾値光信号2値論理プロセッサの研究
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15H03578
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| Research Institution | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
國分 泰雄 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (60134839)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
荒川 太郎 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (40293170)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 光制御 / マイクロリング / 光インバータ / 光２値論理 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究で実現を目指す光信号２値論理デバイスは，量子井戸半導体マイクロリングレーザによるインバータ素子の鋭い閾値特性を利用して，この光インバータを２段縦列に接続して２値論理を実現することを基本原理としている．このデバイスには，後段のマイクロリングレーザの発振光が前段に入射すると２値論理動作が困難になるため，後段のマイクロリングレーザは右回り発振光と左回り発振光の間で一方向にだけ強く発振する非対称発振が必要になる．この非対称発振のために初年度に，マイクロリングレーザ型光インバータの入射端側バスライン導波路に方向性結合器を介して入射端方向へ向かう光を反射させるループミラーを設けた非対称方向性発振マイクロリングレーザを設計し，その発振方向比を測定した．その結果，約7dBの非対称性は得られたものの，ループミラー部への注入電流を増加させて反射増幅率を増大させても発振方向比はほとんど変化がせず，ループミラー部とマイクロリング部の中間部分に電流を注入すると非対称発振が増強されることから，帰還光の位相制御が重要であるとの結論を得た．そこで平成28年度には，新たにマッハツェンダー干渉計の一方の光路にLiNbO3位相変調器を，もう一方の光路に被測定対象の量子井戸半導体導波路を挿入して，量子井戸半導体デバイスへの注入電流量に対する位相変化量の関係を測定した．この測定系は，位相変化量が2πに満たない微小な位相変化（したがって干渉波形が正弦波１周期分に満たない変化）も測定できる，新しい測定方式である．その結果，従来の２倍の長さの位相制御部を必要とすることが判明した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
非対称発振マイクロリングレーザの実現に必要なループミラー構造の原理に，これまでの物理モデルでは説明できない帰還光の位相まで考慮する必要が出たため，その位相制御特性の基礎データを測定するために時間を要して，非対称発振マイクロリングレーザの設計と製作が約半年遅れた．今後はこの効果も含めた設計によって全光２値論理デバイスの製作を進め，実証を目指す．
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究の最終年度にあたる平成29年度は，以下の計画・方法で研究を進める．
(1) 非対称一方向性発振マイクロリングレーザの再設計・製作と全光２値論理動作の実証： 昨年度にループミラーからの帰還光の位相を制御するために必要な位相制御部の長さを測定によって求めることができたので，最終年度の平成29年度は，新たな設計に基づく非対称発振マイクロリングレーザと，これを縦列接続した全光２値論理デバイスを製作して実証を目指す．
(2) インバータを２段直列に接続した２値論理動作の応答特性の理論的検討： 実験的実証と平行して，ループミラー付きマイクロリングレーザによるインバータを２段直列に接続した２値論理デバイスの動作に必要な条件（入力光強度範囲，１段目と２段目のマイクロリングレーザの離調の許容範囲）や出力パルス形状の波形整形効果，出力パルス強度の制御範囲などを理論的に解明する．
(3) 入出力導波路部の選択的急速熱アニール法による低損失化： 平成27年度および平成28年度の実験的検討によって，装置依存性の大きい急速熱アニール法の選択的低損失化の条件をほぼ解明しつつあるので，最終年度はマイクロリングレーザとパッシブ導波路の集積化を試みる．
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