2018 Fiscal Year Annual Research Report
Development of optical switch using a metal-insulator transition
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16K04955
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
渋谷 圭介 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, 主任研究員 (00564949)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 二酸化バナジウム / シリコン導波路 / 光スイッチ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高度情報化社会の進展により通信機器の消費電力が増加の一途を辿っており、今後もIT機器やネットワークシステムの消費電力量が大幅に増加することが懸念されている。この課題を解決するため、シリコン導波路型を始めとした光スイッチの研究開発が進んでいる。しかしながら、従来型の干渉計や共振器を用いた光スイッチでは、電気スイッチに匹敵するような高集積化を達成することは原理的に困難である。そこで本研究では、金属‐絶縁体転移を示す二酸化バナジウムをシリコン導波路に組み込んだ超小型光デバイスを作製し、革新的な光スイッチ機能を創出する。当該年度では以下の項目について研究を行った。
1.昨年度までに開発を行った二酸化バナジウムを組み込んだシリコン導波路型光スイッチの動作速度を検証した。任意波形発生器・オシロスコープ・市販の高速光スイッチを使用して測定を行った。光源には、ASE（自然放出光）のCバンド帯（1530－1565 nm）を用いた。高強度の光を入射させることでクラッド層である二酸化バナジウムの金属－絶縁体相転移を引き起こし、金属相に転移した二酸化バナジウムが光吸収を起こすことによりスイッチイグ機能を実現した。100mWの光を入射した場合に数十nsの光スイッチ動作を実証した。
2.熱伝導シミュレーションにより光スイッチ動作原理について検討を行った。3次元の導波路構造をモデルとして使用することにより上記で観測した現象を再現することに成功した。本研究で開発したデバイス特性は、主に熱力学によって決定していることを明らかにした。また、シミュレーションにより光スイッチ機能を改善する指針を得ることができた。
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