2015 Fiscal Year Annual Research Report
高屈折率コア/電気光学ポリマー導波路構造の低電圧動作光変調器
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26289108
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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) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 電気光学 / ポリマー / 光導波路 / 光変調 / シリコン / ハイブリッド / 高周波 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、電気光学(EO)ポリマーを用いた光導波路変調器の低電圧動作を実現するため、高屈折率光導波路を応用したハイブリッド導波路を設計・作製し、その高性能な光変調特性を実証することである。本年度は、これまでに進めてきた最適化構造をもとに光導波路作製を進め光変調の低電圧動作と高速応答特性を評価した。
本研究ではこれまでに高屈折率コアとしてTiO2を選定してハイブリッド導波路を進めてきているが、本年度は新たにシリコンを用いた導波路作製を行った。これによって研究の目標とする光集積への展開が期待できる。作製したシリコン/EOポリマーハイブリッド光導波路の基本的な光学特性評価を進めると同時に、マッハツェンダー型変調器に応用することで動作電圧2Vで10MHz応答の強度変調特性を確認することができた。さらにシリコン光集積回路への結合のためシリコン細線導波路との融合についても、低損失の導波路結合を実現した。本成果はApp.Phys.Lett.に報告した。
さらなる光変調の広帯域化を目指し、作製したシリコン/EOポリマーハイブリッド導波路に進行波型電極を集積した高速光変調器の試作を行った。変調光の透過スペクトル解析から～40GHzレベルの帯域特性を得ることができた。さらに電極構造をCPW型からサンドイッチ型に改良した光導波路を作製することによって、半波長電圧の低減と高周波応答特性を兼ね備えたハイブリッド型デバイスの作製を実現した。
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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
本年度は、ハイブリッド型光導波変調器の低電圧動作と高速応答を実現するため、TiO2、またはシリコンとEOポリマーを融合したデバイス作製と光学特性評価に注力して研究を進めた。その結果、光導波路の電気光学定数として100pm/Vレベルの特性を実現した。また、動作帯域をギガヘルツレベルに高めるため、高周波伝送が可能な電極作製を行った。その結果、最高で40GHzの明確な変調動作を確認することができた。これらの結果は、応用物理系誌（Appl. Phys.Lett.)に採択された。本年度の進展は、本研究課題で最終目的とするポリマー応用の超高速光導波路デバイスの小型化と低電圧動作につなげる上でも重要である。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度までに、研究目標とするデバイスEO特性の高性能化を実現する基礎特性を評価し、低電圧動作と高速応答に関する知見を得た。動作電圧の低減に関しては、導波路構造のさらなる改良によって最適化することが可能であり、最終的に1V台のデバイス駆動を目指す。また、高速動作については当初、10GHzレベルの応答を目指していたが、これまでの研究で40GHz越えの応答も期待できる。そのためさらに導波路構造の高精度化を進め、最終目標の達成とEOポリマー応用の高性能光導波路デバイスの実現を目指す。
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| Causes of Carryover |
本年度は、シリコンEOポリマーハイブリッド導波路構造を初めて作製し、特性評価の結果目標を大きく上回る広帯域特性を実現できる可能性が示唆された。次年度でその詳細を評価する予定であるが、翌年度分と併せて研究設備費に投入した方が、より高度な測定と成果が得られると判断した。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
シリコンEOポリマーハイブリッド光導波路の評価を行うため、高周波測定用部材を購入する。
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