対称マッハツェンダー型フォトニック結晶光スイッチにおける導波路構造の最適化

2007 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18560030
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 渡辺 慶規 University of Tsukuba, 大学院・数理物質科学研究科, 講師 (40375407)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 浅川 潔 筑波大学, 大学院・数理物質科学研究科, 教授 (20375405) ; 杉本 喜正 独立行政法人産業技術総合研究所, 超高速光信号処理デバイス研究ラボ, 招聘研究員 (60415784)
• Keywords: フォトニック結晶 / 光スイッチ / 光導波路

Research Abstract

2次元フォトニック結晶(PC)導波路を用いた光集積回路の構築では,曲がり・分波・合波・交差などの非直線部分の反射を抑え,広帯域・平坦な透過特性が望まれる.トポロジー最適化(TO)法は,所望の特性を得るように,設計領域の屈折率分布を最適化する自動設計手法である.本研究では,交差,曲がり,Y分岐などPC導波路の基本的な構成要素に対してTO法を適用し,導波特性の改善を試みた.
本年度は,方向性結合器(DC)と波長選択性Y分岐導波路を試作・評価し,TO設計の有効性を検証した.素子は半導体微細加工技術により,GaAs層をコアとするエアブリッジ型2次元PCスラブ導波路を作製した.DCの曲がり部分にTO設計を適用することで,直線導波路と同等の透過率・帯域でDCの良好な結合特性を確認した.また,対称マッハツェンダー型光スイッチの非線形アームへ,異なる波長の光を異なる経路から導くためのY分岐路の検討を行った.波長選択性を有するY分岐導波路のTO設計を行い,試作・光学評価により直線と同等の透過率・帯域で動作することを確認した.これらの成果は,前年度の成果-直線と同等の透過特性を有するTO曲がり導波路および高透過率・低クロストークのTO交差導波路-と共に,PC導波路を用いた全光スイッチやフリップフロップ素子など全光デジタル処理用素子の高性能化に貢献するものと期待される.

Research Products

• [Journal Article] Topology optimization of waveguide bends with wide, bandwidth in air-bridge-type photonic crystal slabs, (2007)
  • Author(s): Y. Watanabe, N. Ikeda, Y. Sugimoto, Y. Takata, Y. Kitagawa, A. Mizutani, N. Ozaki, and K. Asakawa,
  • Journal Title: J. Appl. Phys. 101 Pages: 113108(1-6)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Precise control of dry etching for nanometer scale air-hole arrays in two-dimensional GaAs/AlGaAs photonic crystal slabs, (2007)
  • Author(s): N. Ikeda, Y. Sugimoto, Y. Watanabe, N. Ozaki, Y. Takata, Y. Tanaka, K. Inoue, and K. Asakawa,
  • Journal Title: Opt. Commun. 275 Pages: 257-267
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] High transmission recovery of slow light in a photonic crystal waveguide using a hetero group-velocity waveguide, (2007)
  • Author(s): N. Ozaki, Y. Kitagawa, Y. Takata, N. Ikeda, Y. Watanabe, A. Mizutani, Y. Sugimoto, and K. Asakawa
  • Journal Title: Opt. Express 15 Pages: 7974-7983
  • Peer Reviewed
• [Presentation] フォトニック結晶方向性結合器および波長選択性Y分岐導波路のトポロジー最適化 (2008)
  • Author(s): 渡辺慶規, 池田直樹, 高田賀章, 北川嘉則, 尾崎信彦, 杉本喜正, 浅川潔
  • Organizer: 第55回応用物理学関係連合講演会(春季)
  • Place of Presentation: 日本大学(船橋市)
  • Year and Date: 2008-03-27
• [Presentation] 波長選択性を有するフォトニック結晶Y分岐導波路のトポロジー最適化 (2008)
  • Author(s): 渡辺慶規, 池田直樹, 高田賀章, 北川嘉則, 尾崎信彦, 杉本喜正, 浅川潔
  • Organizer: 2008年電子情報通信学会総合大会
  • Place of Presentation: 北九州学術研究都市(北九州市)
  • Year and Date: 2008-03-21
• [Presentation] トポロジー最適設計曲がり導波路を用いたフォトニック結晶方向性結合器の広帯域動作 (2007)
  • Author(s): 渡辺慶規, 池田直樹, 高田賀章, 北川嘉則, 水谷彰夫, 尾崎信彦, 杉本喜正, 浅川潔
  • Organizer: 2007年電子情報通信学会ソサイエティ大会
  • Place of Presentation: 鳥取大学(鳥取市)
  • Year and Date: 2007-09-12
• [Presentation] 交差型およびZ型フォトニック結晶スラブ導波路のトポロジー最適化:作製と評価 (2007)
  • Author(s): 渡辺慶規, 池田直樹, 高田賀章, 北川嘉則, 水谷彰夫, 尾崎信彦, 杉本喜正, 浅川潔
  • Organizer: 第68回応用物理学会学術講演会(秋季)
  • Place of Presentation: 名城大学(名古屋市)
  • Year and Date: 2007-09-08
• [Presentation] Topology Optimization for Photonic Crystal Waveguide Bends with Wide and Flat Bandwidths in Air-Bridge type Photonic Crystal Slabs (2007)
  • Author(s): Y. Watanabe, N. Ikeda, Y. Sugimoto, Y. Takata, Y. Kitagawa, A. Mizutani, N. Ozaki, and K. Asakawa
  • Organizer: Conf. Lasers and Electro-Optics(CLEO/QELS2007)
  • Place of Presentation: Baltimore, Maryland, USA
  • Year and Date: 2007-05-09
• [Presentation] Topology optimization of asymmetric Y-junction for air-bride type photonic crystal slab waveguides (2007)
  • Author(s): Y. Watanabe, N. Ikeda, Y. Sugimoto, Y. Takata, Y. Kitagawa, A. Mizutani, N. Ozaki, and K. Asakawa
  • Organizer: Int. Symp. Photonic and Electromagnetic Crystal Structures VII(PECS-VII)
  • Place of Presentation: Monterey, California, USA
  • Year and Date: 2007-04-10