2020 Fiscal Year Research-status Report
超小型・低消費電力のfin構造内蔵Si/LiNbO3超高速光変調器の研究開発
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18K04294
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| Research Institution | Gifu National College of Technology |
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Principal Investigator |
富田 勲 岐阜工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (40611637)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 光変調器 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
超高速光通信の信号変調器としてニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）変調器の研究開発が進み、信号フォーマット・フリー、低光損失、低チャーピング、低ノイズであるため、光通信で主流デバイスとなっている。ＬｉＮｂＯ３変調器の小型化は、ＬｉＮｂＯ３の微細加工性の問題から順調に進展しているとは言い難いが、ＬｉＮｂＯ３をドライエッチング加工した光変調器が最近試作され、その進展が見られる。しかし、半導体微細加工のドライエッチングとの比較では技術的難易度は依然高い。そこで、半導体Ｓｉを微細加工しスロット導波路を形成、ドーピングして同時に電極化も実現、これにＬｉＮｂＯ３を接合したＳｉスロット導波路／ＬｉＮｂＯ３融合光変調器を提案し、性能研究を行ってきた。提案デバイスの基礎特性（導波光の実効屈折率、光閉じ込め効率、スロット電界、変調度）を解析しデバイス単体の高性能性を確認した。今後の応用展開も視野に入れ、特に光コヒーレント通信用のＱＡＭ（直角位相振幅変調）で必要な振幅・位相変調に提案デバイスを活用するＱＡＭ集積デバイスを提案し、構造・機能を報告した（“Ｓｉ ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ ｗｉｔｈ ｂｒｏｋｅｎ ｓｙｍｍｅｔｒｉｅｓ： ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｆｒｏｍ ｍｏｄｕｌａｔｏｒｓ ｔｏ ｑｕａｎｔｕｍ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎs”， Ｊｐｎ． Ｊ． Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． ５９， ＳＯ０８０１ （２０２０））。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
提案Si/LiNbO3ハイブリッド光変調器の基礎特性の解析・評価を計画通り実施した。これにより高性能性を明らかにし研究報告してきた。さらに提案ハイブリッド変調器を活用する集積デバイスの構造提案・設計を行う際に本助成で取得した解析設計ツールを有効に活用することができ、研究が順調に進展したため。これまで評価した研究データは論文や国際会議で報告してきた。これらに加えて、それ以外の評価解析結果についても次年度以降、順次発表していく予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
提案Siフォトニクス/ LiNbO3融合変調器の構成要素の特性向上を継続して実施し、要素をアセンブルした際の全体性能向上を構造最適化で実現する。これにより得た評価データも発表していく。スロット導波路の光導波特性・光閉じ込め特性等の評価解析に加えて、ドープ・スロット導波路は極小ギャップを有する電極として機能するので、電極で発生した高電界分布も評価解析データを得ているが、電界は基本的にギャップ内空気の絶縁破壊電界を超えることはできない。別方法として、誘電体でギャップを保護（あるいは埋めた）絶縁破壊耐性を高めた構造を今後検討し、光変調度も評価する。さらに、スロット電極を外部電極へ接続する場合、接続電極形状が変調性能へ及ぼす影響についても実際上極めて重要であるので、評価していく。特にスロット導波路直近の接続電極形状が光導波特性に大きく影響するので、各種電極形状の変調度への解析も実施し、これを含めた包括的デバイス性能向上を目指す。
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| Causes of Carryover |
解析設計ツールの経費は計画額より低減でき、また当該年度はコロナ感染症の拡大により人的移動制限があり、出張・対外発表の経費を予定していたものよりも削減したため、この額が発生した。次年度へ残額（直接経費200千円）を繰り越し、成果発表等に関する経費として使用する予定である。
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[Journal Article] Si photonic waveguides with broken symmetries: applications from modulators to quantum simulations2020
Author(s)
Shinichi Saito, Isao Tomita, Moise Sotto, Kapil Debnath, James Byers, Abdelrahman Z. Al-Attili, Daniel Burt, Muhammad K. Husain, Hideo Arimoto, Kouta Ibukuro, Martin Charlton, David J. Thomson, Weiwei Zhang, Bigeng Chen, Frederic Y. Gardes, Graham T. Reed and Harvey N. Rutt
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Journal Title
Japanese Journal of Applied Physics
Volume: 59
Pages: SO0801
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
