Development of optical switch using a metal-insulator transition

2018 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 16K04955
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Crystal engineering
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: SHIBUYA KEISUKE 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)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 二酸化バナジウム / 金属絶縁体転移 / シリコン導波路 / 光スイッチ

Outline of Final Research Achievements

An optical switch has been developed combining vanadium dioxide exhibiting a metal-insulator transition with a silicon waveguide for miniaturizing optical switches. At first, the light propagation simulation by the finite element method was performed, and it was confirmed that the designed device exhibits an optical switch function. It has been demonstrated that the fabricated device exhibits a good extinction ratio of over 30 dB due to the huge change in refractive index induced by the phase transition of vanadium dioxide.The obtained device property showed a good agreement with the result of the simulation. It was confirmed that the operating speed of the optical switch reached several tens of ns.

Free Research Field

機能性酸化物

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

既存のシリコン導波路型光スイッチでは、内部に干渉計や共振器の構造を作り込む必要があり、デバイスサイズは小さくとも数十マイクロメートルとなる。これは、外的刺激に対するシリコンの屈折率変化が微小であるためである。この問題を解決するためには、屈折率変化が巨大な材料を持ち込む必要がある。しかしながら、半導体以外の材料をシリコン導波路と組み合わせようとする研究事例は多くない。本研究では、二酸化バナジウムをシリコン導波路のクラッドに利用することを試みた。これにより光スイッチの高密度化を達成しており、本成果は光通信技術の発展に貢献するものと考える。