2022 Fiscal Year Annual Research Report

A study on frequency conversion by using optical semiconductor devices

Research Project

Project/Area Number	17K06432
Research Institution	Kagoshima University
Principal Investigator	福島誠治鹿児島大学, 理工学域工学系, 教授 (10610214)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	永山務鹿児島大学, 理工学域工学系, 助教 (80781997) 渡邉俊夫鹿児島大学, 理工学域工学系, 准教授 (90524124)
Project Period (FY)	2017-04-01 – 2023-03-31
Keywords	半導体レーザ / 周波数変換 / ヘテロダイン / 光副搬送波 / 戻り光 / 強度雑音
Outline of Annual Research Achievements	本研究は、光デバイス（主として変調器集積型半導体レーザ、EML）を用いた光・電気融合による高周波(RF)のヘテロダイン周波数変換技術の実現を目的とする。研究の内容は、(1)RF変換技術の提案とシミュレーションによる原理確認、(2)提案技術の実験実証、(3)戻り光耐性の確認と実証技術のモジュール化である。2022年度の実施項目は(3)である。 (1), (2)により新構成の提案と実証は完了している。ここでは(3)および提案に含まれない関連研究の成果を示す。(3)の前半として、戻り光耐性を実験的に確認した。一般的に市販されている半導体レーザモジュールでは光アイソレータが実装され、外部からモジュールへ光が入らない。本研究では外部からEMLにレーザ光を入力するため、光アイソレータなしでもモジュールとして性能が維持される必要がある。入射光の波長を出射光より著しく短波長を選び、その光が半導体レーザに到達できないようにすることで、半導体レーザの強度雑音が増大しないことや戻り光が存在しても強度雑音の増加が許容範囲内であることを確認した。強度雑音の問題が解決され、光アイソレータを含まないモジュール（単一モード光ファイバ、Vコネクタのインタフェース）を組み立てて、出射光の光副搬送波にヘテロダイン成分（差周波）が含まれていることを実験的に確認した。すなわち、本研究の目標は達成された。記載外の技術として、光デバイス（EMLおよびAPD）を用いたRF信号の逓倍も可能であることをシミュレーションと実験によって示した。モジュール内のRF線路の改良（テーパー型マイクロストリップラインの採用やQマッチ整合の採用）による変調帯域拡大および印加電圧の増大をシミュレーションにより確認した。これらの事項を報告する国際会議（2023年7月予定）論文を投稿し、口頭発表として採択された。