2021 Fiscal Year Annual Research Report
集積光ユニタリ変換器を利用した次世代大容量光通信システムの創出
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20J21861
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
田之村 亮汰 東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2020-04-24 – 2023-03-31
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| Keywords | 光ユニタリ変換器 / 空間モード多重通信 / 光通信 / 光計算 / 集積フォトニクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では低消費電力かつスケーラブルな次世代通信システムを支える光デバイスとそのシステムを実証することを目指している．本年度はまずInP系における小型ユニタリ変換器を新たに作成し実証実験に成功した．本成果は非等分配型MMIという特殊な構造を使うことで，従来の性能と同等の性能をより小さな構造で実現可能であることを示した．またこの知見をもとに，再度作成した大容量通信用光素子の評価とそれを用いた大容量光伝送実験系の構築を進めた．私の使用する光ユニタリ変換器という素子は多数の光干渉計と光位相シフタから構成されており，位相シフト値を変化させることで再構成可能に様々な行列演算を入射信号に対して施すことが出来る．今回作製された光デバイスの位相シフタの消費電力を測定し，また任意行列変換が達成可能かを検証した．結果，10dBを超える消光比で行列を実現できることを確認した．この素子を用いて，低消費電力な次世代通信システムであるモード分解を実証するためにフォトニックランターンというモード多重器を用いたシステム実験系の構築に取り組んでいる．
一方，光ユニタリ変換器そのものの特性についても検討と数値計算を進めている．本年度は特に，我々の使用する多面光波変換法を用いることで作製誤差に対しとてもロバストかつスケーラブルな特性を持ったユニタリ変換器が実現可能であることを示し，行列規模が100×100を超えるような大規模演算への展開可能性を検討した．
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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
本来最終年度に行う予定だった，素子のユニタリ変換器としての実証が既に終わっているため，最終年度は本素子を用いた大容量光通信伝送実験に注力できる見込みが立っている. また素子自体の物理的特性や要件についても理解を深めることが出来ている．以上より当初の計画以上に親展していると判断できる．
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究で目標としている大容量伝送実験に向けて，狭線幅レーザー，IQ変調器，多モードファイバー，フォトニックランターン，高速フォトディテクタテクタ，コヒーレント受信機，高速オシロスコープなどを用いて伝送実験を行う．実験に先立ち，素子を経由しない”back-to-back”にて伝送信号を形成できるか確認する．そのあと，ファイバアレイを用いて素子へと入射し，多モードファイバー内で不可避的に発生する信号クロストークを提案素子を用いて補償することで，全光MIMO処理の実証を目指す．またこの時，変調速度の変化に対し，消費電力が無依存であることを合わせて示す．
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