2019 Fiscal Year Annual Research Report
ハイブリッド電気光学導波路による広帯域光変調器の作製
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19H00770
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
横山 士吉 九州大学, 先導物質化学研究所, 教授 (00359100)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 光変調 / 電気光学 / ポリマー / シリコン / ハイブリッド / 進行波型電極 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、シリコンと電気光学ポリマーを用いたハイブリッド変調器の広帯域化を進め世界最高速の光データ伝送を実現することを目指している。数十GHzでの高周波数変調を効率化するためには、導波路内を伝搬する光波とマイクロ波の位相速度差を最小限にすることが重要となる。光波伝搬に関しては、ハイブリッド変調器のシリコンとポリマーの光モードバランスで決まることから、導波路構造の最適化を進めた。作製した導波路はシングルモードで光伝搬することが確認でき、光ファイバーを用いた入出力損失は10dB以下であった。ポリマーの吸収損失から考察すると、低損失の光導波路形成ができていると確認できる。ハイブリッド導波路作製後の電極作製は、広帯域の周波数応答性を得るためにも重要である。特に電極にRF信号を入力した際の損失低減は重要であり、本研究では汎用的な電界メッキ法と無電解メッキ法による電極作製の検討を行った。電子顕微鏡などによる観察評価によって、無電解メッキ法により形成した進行波型電極は、電極表面や側面の平滑度が高く、RF損失の低減が期待できる。ネットワークアナライザを用いた光変調帯域の評価の結果、本研究で新たに作製したハイブリッド変調器は65~70GHzの帯域に達し、これまでに得られてきた帯域特性を大幅に上まることができた。本年度は、2年度目以降に狙いとする100Gbit/s伝送の評価実験を開始できるように、高速光伝送の実験系構築にも着手した。送信側の評価系では、保有の56Gbit/sPRBS信号発生器にマルチプレクサを使用して100Gbit/s信号を発生させ、試験的にハイブリッド変調器の光伝送実験も行った。信号電圧は光変調器の電極入力時に最も減衰することが予想されるが、ネットワークアナライザを用いた解析でも、インピーダンス整合の改善の余地があり、次年度以降に詳細の検討を続ける。
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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
課題中の研究項目「広帯域ハイブリッドEO変調器の作製」では、変調器の帯域拡大に焦点を絞り研究計画を立案、実施した。初年度は光伝搬法などにより設計したハイブリッド導波路の設計と作製を進め、70GHz程度までの高周波応答の向上につなげることである。試作したサンプルの高周波数応答特性は、最適化した導波路の作製などによって65~70GHzの帯域特性を得ることができた。本研究目標とする高速変調の効率化を実現するためには、変調器の帯域拡大は必須であり、得られた帯域特性はハイブリッド変調器の超高速変調の実現に期待が持てる。また、変調器動作の消費電力の観点からは、入力インピーダンス整合も重要となる。入力インピーダンスは改善の余地があり、整合性を高めることで高周波信号の入力損失の低下（動作電圧の低下）につなげることも期待できる。
研究項目「高速光伝送の実証実験」では、研究期間（2年度目）には狙いとする100Gbit/s伝送の評価実験ができるように、高速光信号伝送の実験構築に着手した。その結果、100Gbit/sPRBS信号の入力電気信号を生成し、予備的にハイブリッド変調器の駆動実験も開始した。今後、信号精度の定性的な評価を進められる状況にあり、次年度以降には変調器作製実験と合わせて評価ができるようになった。
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| Strategy for Future Research Activity |
課題中の研究項目「広帯域ハイブリッドEO変調器の作製」では、変調器の帯域拡大に焦点を絞り研究計画を立案、実施した。初年度は光伝搬法などにより設計したハイブリッド導波路の設計と作製を進め、70GHz程度までの高周波応答の向上につなげることである。試作したサンプルの高周波数応答特性は、最適化した導波路の作製などによって65~70GHzの帯域特性を得ることができた。本研究目標とする高速変調の効率化を実現するためには、変調器の帯域拡大は必須であり、得られた帯域特性はハイブリッド変調器の超高速変調の実現に期待が持てる。また、変調器動作の消費電力の観点からは、入力インピーダンス整合も重要となる。入力インピーダンスは改善の余地があり、整合性を高めることで高周波信号の入力損失の低下（動作電圧の低下）につなげることも期待できる。
研究項目「高速光伝送の実証実験」では、研究期間（2年度目）には狙いとする100Gbit/s伝送の評価実験ができるように、高速光信号伝送の実験構築に着手した。その結果、100Gbit/sPRBS信号の入力電気信号を生成し、予備的にハイブリッド変調器の駆動実験も開始した。本年度に検討を進めた高精度な進行波型電極の作製技術が進んだことから、高周波数領域でも効率で気に変調電気信号を入力できることが確認できている。次年度以降に信号精度の定性的な評価を進められる状況にあり、変調器作製実験と合わせて評価ができるようになった。
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[Journal Article] Camera sensor platform for high speed video data transmission using a wideband electro-optic polymer modulator2019
Author(s)
Cheng, XY; Qiu, F; Spring, AM; Sasaki, M; Kashino, T; Ozawa, M; Nawata, H; Kita, T; Sugihara, O; Yokoyama, S
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Journal Title
OPTICS EXPRESS
Volume: 27
Pages: 1877-1883
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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