2021 Fiscal Year Research-status Report
非線形光学効果と電気光学効果を用いた光電融合コヒーレントシリアルパラレル信号処理
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21K04067
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
福地 裕 東京理科大学, 工学部電気工学科, 准教授 (70366433)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
宮内 亮一 東京理科大学, 工学部電気工学科, 助教 (80843838)
前田 譲治 東京理科大学, 理工学部電気電子情報工学科, 教授 (10256670)
平田 孝志 関西大学, システム理工学部, 准教授 (10510472)
木村 共孝 同志社大学, 理工学部, 准教授 (20756382)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 先端機能デバイス / 超高速情報処理 / 光スイッチ / フォトニックネットワーク / 先端的通信 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ブロードバンドインターネットを基軸とする高度情報化社会では、バックボーン光ネットワークに近い将来エクサビット毎秒級の超大容量性が要求される。当該システム構築のため、ディジタルコヒーレント光通信システムの研究開発が2000年代から活発化しており、ネットワークの高度化には超高速広帯域で高機能な中継ノードが必須となる。
本研究課題では、理論と実験の両面から、分極反転周期変調擬似位相整合ニオブ酸リチウムアレイ光導波路に電圧制御機能を搭載した光-電気ハイブリッド信号処理デバイスを創出する。当該素子の結晶・構造パラメータを自在に制御することにより、高次の非線形光学効果に基づく光段コヒーレントシリアル-パラレル信号処理と、電気光学効果に基づく電気段シンセサイジングを同時に実現する。光子と電子に秘めた普遍的特質を活かし合い、これらの巧みな合成動作に基づく先進信号処理技術を開拓し、超高速広帯域でスマートなコヒーレントノードの実現を目指す。
初年度の令和3年度は、考案デバイスを用いた各種光-電気ハイブリッド信号処理に関する数値解析を行った。具体的には、研究代表者と研究分担者が役割分担して、結晶・構造パラメータや各種の入力光と電圧信号等の最適化を行い、デバイスの試作や各種実験に備えた。本解析は、超多値変調信号に対する複雑大規模な処理にも対応できるよう、分極反転周期が光の伝搬方向に離散的多段階に変化する場合と、非周期・チャープ・任意変調等の連続的に変化する場合を対象とした。また、単一結晶中で高度のパラレル処理にも対応できるよう、光導波路をアレイ化したモデルも考えた。即ち、当該デバイスモデルは、時間、周波数、位相、空間の全軸上の信号処理を包含するようにした。
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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
今年度に実施した数値計算は、基本的には導波路解析であり、また高い解析精度を実現するため周波数軸上で行った。さらに、最適化するパラメータの数も極めて多く、計算が非常に複雑で大規模であった。
このため、申請者の研究室でこれまでに整備した多くの電子計算機や所属大学の高性能の計算機を用いて解析を行った。さらに、高速の電子計算機を新たに導入したため、効率的かつ効果的に解析を進めることができた。
また本研究では、学内外から複数の研究分担者が参画した。即ち、多彩な専門分野の研究者で編成することにより、これまでの豊富な実績と経験を集積し活かし合うことができ、研究協力体制も十分に機能した。
以上により、本研究課題の現在までの進捗状況は、おおむね当初に想定した研究計画通りに順調に進展していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度は、研究代表者と研究分担者が役割分担して、解析で得られた最適パラメータを有するデバイスを試作する予定である。次に最適化デバイスの各種基本特性を測定し、参画研究者全員が各自の専門性を活かして、設計時の予測性能と実装仕様等を比較・評価し、翌年度の実験対策を行う予定である。
最終年度の令和5年度は、参画研究者全員で各種コヒーレント多値変調信号の一括生成・増幅・変調フォーマット変換、アドドロップ、チューナブル・セレクティブチャネル交換、雑音抑圧、信号再生、任意位相周波数コム生成、スペクトル・時間波形整形等の実証を目指す。可能であれば研究の進展も見据えて、難関ではあるが人工ニューロンや量子回路等も創生したい。
3年間の全研究成果は、各大学のホームページやオープンキャンパス、各種セミナーでのブース展示や各学術学会等、広く社会・国民に発信する予定である。更に、本研究の問題点とその改善法を検討し、国際連携プロジェクト等へ発展させたい。
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| Causes of Carryover |
次年度使用額が生じた理由は、次の通りである。学内外の研究者分担者による強固な協力支援体制により、多くの技術的課題を解決できた。
また、これまでに整備した学内外の電子計算機環境等を効率的かつ効果的に運用できた。このため、研究計画に沿った数値計算のために必要となる電子計算機の台数を当初より減らすことができた。
今後の使用計画は、次の通りである。研究の進展も見据えて、今後挑戦していく難関課題のために必要となる実験機材の一部に充当する予定である。これらの備品と消耗品の購入は、本研究計画に沿ったものであり、有効に支出するものである。
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