2021 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 | 電気光学 / 光変調器 / ポリマー / 進行波型電極 / 光信号伝送 / 多値変調 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、電気光学ポリマーを応用したハイブリッド変調器の広帯域化を進め、超高速の光信号伝送を実現することである。研究項目「広帯域ハイブリット変調器の作製」では、これまでにハイブリッド型変調器の広帯域化を高めるため進行波型電極の作製最適化を進めてきた。その結果、70GHzの高周波数応答性に到達した。さらに帯域を100GHzにあげるため、電極作製の手法について詳細を検討した。一方、これまで検討の金属成膜法では、形成した電極表面の微小な粗さがRF信号の伝送損失となっていることが判明した。進行波型電極のRF損失の低減が望ましいが、一般的に光変調器の帯域は位相長にも依存することから、周波数応答性を考慮した位相長の最適化について検討した。本研究の電気光学ポリマーは高い電気光学係数を持つため、適切な位相長の長さ範囲では十分に高速変調が可能であることを確認し、高速光伝送実験に用いた。
研究項目「高速光伝送の実証実験」では、ハイブリッド型変調器を用いることで100Gb/s OOK（on-off-keying）伝送を実証することができた。本年度は高精度の信号生成のためのデバイス指摘か実験を進めた。信号精度の解析には、疑似信号のアイパターン解析に加えて誤り率測定(ビットエラーレート:BER)の計測によって定量的な評価を行った。その結果、BERは100Gb/sで10^-7以下であることが確認でき、信号のエラーフリー動作を実現した。また、実用的な光ファイバー伝送実験の検討も行った。本研究の光変調器は、データセンターなど情報処理機能が集中した短距離通信網(2km以内)で活用可能なデバイスとしても期待できる。実際に光ファイバー伝送(2.0km)のビットエラー評価実験を行った結果、100Gbit/s OOKでエラーフリーの信号伝送を確認することができ、デバイス性能の高い有用性を示すことができた。
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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
当初の研究計画と目標は、ハイブリッド型光導波路を応用することによって変調効率を高め、、帯域100GHzの高周波応答性と100Gbit/sの高信号伝送を実現することである。これらの目標に対して、これまでに計測技術の上限となる帯域70GHzを実測し、100Gb/s OOKの信号伝送実験で信号誤り率が低いデバイス動作を確認した。また、昨年度から超高速信号生成が可能なPAM4フォーマットによるデバイス動作の検討も進めており、最高で200Gb/sの信号発生を確認することもできた。PAM4による高速データ生成は、光通信デバイス分野における短距離信号伝送で有用な技術であり、世界的に見ても200Gb/s信号の実証は限定的である。以上の結果より、ポリマーを応用したハイブリッド変調器の高速変調技術によって世界最先端レベルの光データ伝送が可能であることを実証した。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度は、ハイブリッド変調器のさらなる高速動作と高精度な信号生成を目指して、光導波路構造の改良を進め、動作電圧特性の劣化を伴わない高速化について検討する。高速光伝送実験においても、100Gbaudを超える信号伝送技術で必須の帯域補正処理や受信信号補正処理を適応しながら光信号伝送の高精度化を狙う。特に多値化した光変調では最高で200Gbit/sの信号生成も可能であることから、消光比やノイズ比などの信号精度に関わるパラメータを指標に信号伝送の実証実験を進める。
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