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2013 Fiscal Year Annual Research Report

超低電力・多波長同時制御マイクロリング・マッハツェンダー光スイッチの開発

Research Project

Project/Area Number 24360025
Research InstitutionYokohama National University

Principal Investigator

荒川 太郎  横浜国立大学, 工学研究院, 准教授 (40293170)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 國分 泰雄  横浜国立大学, 工学研究院, 理事・副学長,教授(工学研究院) (60134839)
Project Period (FY) 2012-04-01 – 2015-03-31
Keywordsマイクロリング共振器 / マッハ・ツェンダー干渉計 / 量子井戸 / 光スイッチ
Research Abstract

本研究では、マイクロリング共振器を両側アームに装荷し、プッシュプル駆動によって低動作電圧化が期待できる2×2 MRR-MZ光スイッチを提案し、設計、理論解析を行っている。今年度は、マイクロリング共振器を1つずつ両アームに有する光経路スイッチの設計を行った。コア層は多重量子井戸として、巨大な電界誘起屈折率変化を得られるInGaAs/InAlAs五層非対称結合量子井戸を用いることを想定し、量子閉じ込めシュタルク効果によってマイクロリング共振器の位相変調するものとした。今年度設計した光経路スイッチについて理論透過特性及びスイッチング特性の解析を行い、リング共振器の周回長約480ミクロンの素子において駆動電圧0.24 Vの低電圧動作の可能性を示した。また関連研究として、2次直列結合および4次直列結合マイクロリング素子の作製を行い、動作実証に成功した。これらの結果は、提案する光経路スイッチの更なる高性能化に寄与する。
さらに、上記で設計した素子の試作を行った。マイクロリング共振器とバスライン直線導波路との結合部は、微細な描画が必要で、またパターンの重ね描きによる位置ずれもできるだけ避けたい。そこで、導波路パターン、電極パターンの描画は全て電子ビーム露光装置を用い、誘導結合プラズマドライエッチングを用いて導波路構造を作製した。試作した素子の特性評価を試みたが、残念ながら、予期していた結果が得られなかった。その原因を調査したところ、結合部の溝が設計どおり形成されておらず、マイクロリング共振器とバスライン導波路と間の結合が大幅に低下していることが原因であることがわかった。そこで、プロセスの改善を検討した結果、溝部にリン酸が入り込まないプロセスを入れることで、この問題を解決できる見通しがたった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

当初の予定では、平成25年度中にマイクロリング共振器を1つずつ両アームに有するマッハ・ツェンダー干渉計型光経路スイッチの試作を終え、動作実証を行う予定であった。しかし、素子は一応完成したものの、期待した光経路スイッチング特性が得られなかったので、「やや遅れている」との評価とした。期待した特性が得られなかった原因を調査したところ、マイクロリング共振器とバスライン導波路の結合部の溝が設計どおり形成されておらず、マイクロリング共振器とバスライン導波路と間の結合が大幅に低下していることがわかった。これは、作製プロセスにおける、金属電極形成前のリン酸による表面処理の際に溝部に酸が入り込み、導波路がサイドエッチングされてしまったことが原因と考えられる。そこで、プロセスを検討した結果、溝部にリン酸が入り込まないプロセスを入れることで、この問題を解決できる見通しがたった。

Strategy for Future Research Activity

平成25年度に実証予定であったマイクロリング共振器を1つずつ両アームに有するマッハ・ツェンダー干渉計型光経路スイッチの試作について、プロセス改善を進めて完成させ,プッシュ・プル動作の実証を行う。次にマイクロリング共振器のペア数を服すに増やしてカスケード化し、多波長同時制御光経路スイッチの設計および試作を行う。さらに、可能であれば、10GHz程度までの高速スイッチング動作の実証も行う。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

消耗品類の使用量が当初予定より少なかったため.
消耗品類に使用する.

  • Research Products

    (26 results)

All 2014 2013 Other

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (23 results) (of which Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Therm-Optically-Driven Silicon Microring-Resonator-Loaded Mach-Zehnder Modulator for Low-Power Consumption and Multiple-Wavelength Modulation2014

    • Author(s)
      R.Gautam, H.Kaneshige, H.Yamada, R.Katouf, T.Arakawa, and Y.Kokubun
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 53 Pages: 022201_1-7

    • DOI

      10.7567/JJAP.53.022201

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Low-voltage quantum well microring-enhanced Mach-Zehnder modulator2013

    • Author(s)
      H. Kaneshige, R. Gautam, Y. Ueyama, R. Katouf, T. Arakawa, and Y. Kokubun
    • Journal Title

      Optics Express

      Volume: 21 Pages: 20837-0850

    • DOI

      10.1364/OE.21.016888

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Hitless wavelength-selective switch with quadruple series-coupled microring resonators using multiple-quantum-well waveguides2013

    • Author(s)
      H. Kamiya, T. Goto, H. Ikehara, R. Katouf, T. Arakawa, and and Y. Kokubun
    • Journal Title

      Optics Express

      Volume: 21 Pages: 16888-16900

    • DOI

      10.1364/OE.21.020837

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Thermo-Optically Controlled Silicon Microring Resonator Mach-Zehnder Modulator with Cascaded and Push-Pull Microring Configuration

    • Author(s)
      R. Gautam, S. Ishihara, H. Kaneshige, T. Arakawa, and Y. Kokubun
    • Organizer
      18th OptoElectronics and Communications Conf. 2013 (OECC2013)
    • Place of Presentation
      Kyoto
  • [Presentation] Improvement of Extinction Ratio of Wavelength-Selective Switch Using Quantum Well Double-Series-Coupled Microring Resonators

    • Author(s)
      H. Ikehara, H. Kamiya, T. Arakawa, and Y. Kokubun
    • Organizer
      18th OptoElectronics and Communications Conf. 2013 (OECC2013
    • Place of Presentation
      Kyoto
  • [Presentation] Potential-Tailored Strained InGaAs Quantum Well for Polarization-Dependent Optical Switch

    • Author(s)
      H. Tominaga, J.-H. Noh, and T. Arakawa
    • Organizer
      18th OptoElectronics and Communications Conf. 2013 (OECC2013)
    • Place of Presentation
      Tokyo
  • [Presentation] Low Driving Power Push-Pull Modulator for Multi-Wavelength Modulation and 4×4 Switch Using Silicon Microring Resonator Loaded Mach-Zehnder Interferometers by Thermo-Optic Effect

    • Author(s)
      R. Gautam, S. Ishihara, H. Kaneshige, T. Arakawa, and Y. Kokubun
    • Organizer
      18th Microoptics Conference (MOC’13)
    • Place of Presentation
      Tokyo
  • [Presentation] All optical flip-flop and inverter using adjacent lasing wavelengths emitting from semiconductor microring laser

    • Author(s)
      T. Miyamoto, S. Umehara, H. Kobayashi, R. Taniguchi, R. Katouf, T. Arakawa, and Y. Kokubun
    • Organizer
      18th Microoptics Conference (MOC’13), G4, Tokyo (Oct. 29, 2013)
    • Place of Presentation
      Tokyo
  • [Presentation] Mach-Zehnder Optical Switch Thermo-Optically Controlled Silicon Microring Resonator Mach-Zehnder Modulator for Low Power Operation on Cascaded and Push-Pull Microring Design

    • Author(s)
      R. Gautam, T. Arakawa, and Y. Kokubun
    • Organizer
      Int. Symp. Materials Science and Surface Technology 2013 (MSST2013)
    • Place of Presentation
      Yokohama
  • [Presentation] Composite Structure of InGaAs/InAlAs Five-Layer Asymmetric Coupled Quantum Well for High-Performance Phase Modulator

    • Author(s)
      T. Sekiguchi, J.-H. Noh, and T. Arakawa
    • Organizer
      Int. Symp. Materials Science and Surface Technology 2013 (MSST2013)
    • Place of Presentation
      Yokohama
  • [Presentation] Potential-Tailored Strained InGaAs Quantum Well for Polarization-Independent 2×2 Optical Switch

    • Author(s)
      H. Tominaga, J.-H. Noh, and T. Arakawa
    • Organizer
      Int. Symp. Materials Science and Surface Technology 2013 (MSST2013)
    • Place of Presentation
      Yokohama
  • [Presentation] Improvement of Extinction Ratio of Wavelength-Selective Switch Using Quantum Well Double-Series-Coupled Microring Resonators

    • Author(s)
      H. Ikehara, H. Kamiya, T. Arakawa, and Y. Kokubun
    • Organizer
      Int. Symp. Materials Science and Surface Technology 2013 (MSST2013)
    • Place of Presentation
      Yokohama
  • [Presentation] Design of Low-Voltage 2×2 Optical Switch Based on Quantum Well Microring-Enhanced Mach-Zehnder Interferometer

    • Author(s)
      M. Nishimura, T. Arakawa, and Y. Kokubun
    • Organizer
      Int. Symp. Materials Science and Surface Technology 2013 (MSST2013)
    • Place of Presentation
      Yokohama
  • [Presentation] Fabrication of Electro-Optic Tunable 1×2 Multimode Interference Splitter

    • Author(s)
      N. Kawasaki, J.-H. Noh, and T. Arakawa
    • Organizer
      Int. Symp. Materials Science and Surface Technology 2013 (MSST2013)
    • Place of Presentation
      Yokohama
  • [Presentation] Proposal of Ion Sensor Based on Compound Semiconductor Microring Resonator-Loaded Mach-Zehnder Interferometer

    • Author(s)
      T. Sakamoto, R. Gautam, S. Ishihara, S. Kita, T. Arakawa, and Yasuo Kokubun
    • Organizer
      Int. Symp. Materials Science and Surface Technology 2013 (MSST2013)
    • Place of Presentation
      Yokohama
  • [Presentation] 半導体マイクロリング共振器光変調器・光スイッチ

    • Author(s)
      荒川太郎,國分泰雄
    • Organizer
      日本学術振興会光エレクトロニクス第130委員会第290回研究会
    • Place of Presentation
      東京
    • Invited
  • [Presentation] マイクロリング共振器装荷マッハ・ツェンダー光スイッチの設計

    • Author(s)
      西村真樹,ラジディープ・ゴータム,荒川太郎,國分泰雄
    • Organizer
      電子情報通信学会光エレクトロニクス(OPE)研究会
    • Place of Presentation
      東京
  • [Presentation] ”InGaAsポテンシャル制御量子井戸を用いた偏光無依存2x2光スイッチの理論検討

    • Author(s)
      富永寛輝,盧 柱亨,荒川太郎
    • Organizer
      電子情報通信学会光エレクトロニクス(OPE)研究会
    • Place of Presentation
      函館
  • [Presentation] 電界不均一性を考慮した五層非対称結合量子井戸組み合わせ構造の最適化と光位相変調器への応用

    • Author(s)
      関口 徹,盧柱亨,荒川 太郎
    • Organizer
      第74回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      京都
  • [Presentation] 偏光無依存歪InGaAs/InAlAsポテンシャル制御量子井戸の電界誘起屈折率変化特性の理論解析

    • Author(s)
      富永 寛輝,荒川 太郎
    • Organizer
      電子情報通信学会光エレクトロニクス(OPE)研究会
    • Place of Presentation
      静岡
  • [Presentation] 高次直列結合量子井戸マイクロリング波長選択スイッチ

    • Author(s)
      荒川太郎,神谷宙,池原広樹,カトフ レドワン,國分泰雄
    • Organizer
      電子情報通信学会光エレクトロニクス(OPE)研究会
    • Place of Presentation
      稚内
  • [Presentation] 4次直列結合量子井戸マイクロリング波長選択スイッチのバーニャ効果による波長シフト量の拡大

    • Author(s)
      池原広樹,荒川 太郎,國分 泰雄
    • Organizer
      第74回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      京都
  • [Presentation] 半導体マイクロリングレーザを用いた全光フリップフロップとインバータの実証

    • Author(s)
      宮本富成,小林広樹,梅原 周,谷口理一,カトフ レドワン,荒川太郎,國分泰雄
    • Organizer
      第74回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      京都
  • [Presentation] 電界制御型分岐比可変多モード干渉カプラの作製

    • Author(s)
      川崎 直道,盧 柱亨,荒川 太郎
    • Organizer
      第74回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      京都
  • [Presentation] バーニャ効果を用いた量子井戸ダブルマイクロリング波長選択スイッチの設計

    • Author(s)
      早坂伸之, 池原広樹, 荒川太郎, 國分泰雄
    • Organizer
      第61 回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      東京
  • [Presentation] 電界制御型分岐比可変多モード干渉カプラーのテーパー構造を用いた縮小化の検討

    • Author(s)
      金子 慎,盧柱亨,荒川 太郎
    • Organizer
      第61 回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      東京

URL: 

Published: 2015-05-28  

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