2021 Fiscal Year Annual Research Report
High-speed imaging using semiconductor optical phased array
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18H03769
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
種村 拓夫 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (90447425)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 光集積デバイス / イメージング / 光フェーズドアレイ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、半導体チップに集積した大規模光フェーズドアレイを用いた高速かつ実用的なイメージング手法を構築することを目的としている。そのために、ゴーストイメージング手法を光集積フェーズドアレイ素子に導入することで、半導体チップ内での光位相の精密制御が必要なく、素子の作製誤差や環境変化に依存しない計測手法を新しく提案し、研究開発を進めている。より具体的に、シリコンもしくはインジウムリンに集積した光フェーズドアレイ素子を用いて、これらの手法の有効性を実証すると同時に、半導体のキャリア効果を利用した高速かつ小型なイメージング素子の実現し、LIDAR (ライダー) や医療／生体イメージング応用に展開することを目指している。
2021年度は、前年度に試作した非冗長フェーズドアレイ素子について、評価実験を行った。128個の熱光学式位相シフタを制御することで、19,000点以上の解像点数が得られることを実証した。これは、波長掃引を用いない光フェーズドアレイ素子の実証例としては過去最大の空間分解点数に相当する。また、解像可能点数が光位相シフタ数の二乗でスケールすることを理論的、および、実験的に明らかにした。また、キャリア効果型素子の評価も行い、ゴーストイメージング手法を適用することで必要な位相変化量が緩和されることを実証した。さらに、所望の光波を合成する上で全ての光位相シフタをチップ上で計測し、正確に制御するために、光位相モニタを集積したシリコンフォトニクスチップを実装し、制御回路系を構築した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初計画していた、シリコン光フェーズドアレイ素子を用いた1次元ゴーストイメージング実験、波長掃引手法を組み合わせた2次元イメージング実験、キャリア効果型素子の実証に加えて、光ファイバを組み合わせたゴーストイメージング手法や非冗長アレイ配置による高分解化手法など、当初想定していなかったコンセプトを考案し、理論的および実験的に有効性を実証している。特に、非冗長アレイ配置を用いることで過去最大の空間分解点数を実験的に得ることに成功しており、期待以上の成果が得られている。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究で目標とする大規模光フェーズドアレイによる高速イメージング手法の構築に向けて、本年度は以下の研究開発項目を並行して進める。
・非冗長フェーズドアレイを用いたゴーストイメージング手法を理論的、及び、実験的に検証する。
・光位相モニタを搭載した素子の特性を実験的に検証し、光波面を制御できることを実証する。
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