High-functionality optical phased array by plasmonic antenna

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K14221
• Research Institution: National Institute of Information and Communications Technology
• Principal Investigator: 鎌田 隼 国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所神戸フロンティア研究センター, 研究員 (90850751)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 変調器 / EOポリマー / 光フェーズドアレイ

Outline of Annual Research Achievements

光フェーズドアレイは、ビーム整形/走査する素子として重要な素子である。ミラーなどの駆動部分を有する素子に比べ、光フェーズドアレイは光の位相を制御することで任意のビームを得ることができるため、高速、低消費電力な特徴がある。光フェーズドアレイのビーム偏向角度は、アンテナピッチに依存する。従来の導波路型の光フェーズドアレイの場合、クロストークの影響を抑えるために、極端に狭いピッチサイズは現実的ではない。そのため、偏向角が数十度と狭いという問題点があった。そこで、導波路間のピッチを極端に狭くできるプラズモン導波路形状が有望である。プラズモン導波路は、金属の吸収損失が大きく、オールプラズモン導波路の光フェーズドアレイの実現は困難である。そこで、光フェーズドアレイの位相変調器部分は、高速性に優れた特性を持つ電気光学(EO)ポリマー変調器を採用することとした。本年度は、EOポリマー変調器の動作実証を行った。数値計算により、EOポリマー変調器のサイズパラメータを決定した。シングルモードになるストライプ型EOポリマー導波路を設計した。上部電極と下部電極でEOポリマー導波路を挟み込む構造として、電極による伝搬光の吸収損失を3dB/cmに抑えるように電極間距離を決定した。設計した構造を微細加工プロセスで作製した。変調動作を検証するために、Mach-Zehnder型干渉計をEOポリマー導波路で形成した。作製した構造に波長1550nmのレーザー光を入射し、出射光をフォトディテクタで検出した。三角波状の電圧をEOポリマー導波路に印加して変調動作を検証した。その結果、電圧印加に対して出射光強度が変化して変調器動作を達成した。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

当初、令和3年度に変調器部分の開発を行い、令和4年度に偏向制御素子を開発する予定であった。変調器部分の開発は、令和3年度の段階で概ね計画通りに進展している。偏向制御素子の開発においては、令和3年度の段階で数値計算による設計に着手できており、計画より前倒しで進捗している。

Strategy for Future Research Activity

今後は変調器部分の最適化のために、作製プロセス改善を行う。令和3年度の変調器試作において問題点が抽出できたため、今後はプロセスの見直しを行い、構造作製を最適化する。また、当初の計画通り、偏向制御素子の試作/特性評価を行う。

Causes of Carryover

測定系の構築を予定しており、次年度に物品選定を行う予定である。