2014 Fiscal Year Research-status Report
波長チャープ量が制御された小型光変調素子とその応用
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26420313
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| Research Institution | University of Hyogo |
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Principal Investigator |
榎原 晃 兵庫県立大学, 工学研究科, 教授 (10514383)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
河合 正 兵庫県立大学, 工学研究科, 准教授 (30275309)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 電気光学光変調器 / 波長チャープ / ニオブ酸リチウム / ラットレース回路 / 並列リング型 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、波長チャープ量が正確に制御された光変調素子を提案・実現し、有効な応用ができることを実証する。波長チャープとは強度変調の際に生じる光波長変動のことである。提案する光変調素子では、非等分配ラットレース(RR)回路と呼ばれる変調信号を任意の分配比で分配する特殊なマイクロ波回路を電気光学変調素子上に集積化し、変調電極と直接接続する構成により、小型・ワンチップで実用性の高い波長チャープ変調器を実現する。さらに、この光変調器を光周波数コム信号の発生やミリ波基準信号生成等に応用することを最終の目標としている。
２６年度は、光変調素子基板であるLiNbO3(LN)基板上に、電磁界解析手法等を用いて、1:2、1:4.5の電力分配比の並列リング型非等分配RR回路を設計した。この回路を、耐電力性向上を目指して検討した金メッキプロセスにより、10μmの厚膜金パターンでの形成に成功した。次に、26年度に新たに導入したプローバシステムを用いて、試作した回路の特性評価と再設計を繰り返し、中心周波数10GHzで8.5～11.5GHzの範囲において所望の特性を持つ回路が実現できた。さらに、このRR回路と光変調素子とを一体化した回路パターンも設計し、実際に試作まで行った。そして、高周波特性を評価し、5W以上の耐電力性能を確認した。
非等分配RR回路は、高インピーダンスの線路が必要なため作成が困難であったが、ここでは、並列リング型と呼ばれる新しい回路構造を初めてLN基板上の回路に採用することで、このような大きな電力分配比が実現できた。新たに導入したプローバシステムではRR回路のような４ポート回路でも正確な特性評価できるので、測定結果をフィードバックすることで高精度な回路設計が可能となった。また、金メッキプロセスによる10μm厚膜形成に成功し、5W以上の耐電力性も確認できた。
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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
２６年度の研究計画の各項目とそれに対する結果を以下に示す。
(1) LN基板上での回路設計・試作と高周波特性の高精度な測定→電磁界解析手法を用いた３次元の構造設計手法と、新規に導入したプローバシステムによる４ポート回路の高精度な高周波特性評価技術により、10μmの厚膜パターンにおいて高精度な回路設計が可能となった。
(2) 高誘電率基板上での高分配比ラットレース(RR)回路の設計→並列リング型非等分配RR回路と呼ばれる新しい回路構成をLN基板上の回路に導入し、1:2、1:4.5の高電力分配比を高誘電率のLN上で初めて実現した。
(3) 厚膜利用による耐電力性能改善→耐電力性の向上を目指して、メッキプロセスによる10μmの金厚膜による回路パターンの形成に成功し、5W以上の耐電力性を確認した。
このように、それぞれの項目で計画はほぼ達成されている。さらに、２７年度の計画に盛り込まれているRR回路と光変調電極とを一体化した回路パターンの設計と試作についても、当初の予定を前倒しし、２６年度末からすでに取り組みを始めている状況である。
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| Strategy for Future Research Activity |
計画に変更はなく、当初の研究実施計画に従って進めていく。２７年度の計画のポイントは、２６年度の結果を基にして実際にRR回路一体型光変調素子を設計、試作し、波長チャープ特性を評価することにある。具体的には、LN基板上に本変調器に適した光導波路を作製し、一部前倒しして進めているRR回路と光変調電極とを一体化した回路パターンを形成することによって光変調素子を試作する。光変調器の波長チャープ特性を評価することは容易ではないが、波長スペクトルから評価する手法では既に実績があり、２７年度に購入予定の物品を用いて本変調器に対応した評価系を構築する予定である。
また、1:10を目標にさらに分配比の大きなRR回路を用いた光変調素子も設計・試作を行う。大きな分配比のRR回路を用いれば、大きな波長チャープが得られるが、線路のインピーダンス差が大きくなり、回路設計は困難になる。26年度の結果と研究分担者の経験を生かして、この問題は克服できるものと考えている。
最終年度である２８年度についても、当初計画通り２７年度の結果に基づいて、波長チャープ変調器の応用展開に主に取り組んでいく予定である。
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| Causes of Carryover |
27年度の計画であるラットレース(RR)回路一体型光変調器の試作・評価実験は、本研究課題の最終目標達成に最も重要な部分であり、そのための物品の購入と、実験施設借用のための共同研究先（情報通信研究機構：東京都小金井市）への旅費が27年度に多く発生することが予想される。また、26年度の研究遂行では目立った問題も無く、順調であったため費用が一部節約できた。そのため、27年度の研究遂行を優先し、26年度予算の一部を27年度の経費に充てることにより、全体の研究効率が向上するとともに、計画通り進まなかった場合への対応もより容易になると判断した。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
全体計画には変更はないが、27年度に繰り越した費用を使って、27年度の計画であるRR回路一体型光変調器の試作のための実験を、27年度早々に行い、そのための消耗品購入費と共同研究先への旅費に当てる予定である。そのため、27年度全体では、物品の購入と実験施設借用のための共同研究先への旅費に充てることのできる費用は、配分額よりも多くなり、当初の申請時の予算計画により近い額が確保できる。これにより27年度計画達成がより確実になると思われる。
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