SOI基板上温度無依存波長多重光回路に関する研究

• 研究課題/領域番号: 11J08863
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 電子デバイス・電子機器
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 渥美 裕樹 東京工業大学, 大学院理工学研究科(工学系), 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2013
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 1,900千円 (直接経費: 1,900千円); 2013年度: 600千円 (直接経費: 600千円); 2012年度: 600千円 (直接経費: 600千円); 2011年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
• キーワード: 温度無依存波長フィルタ / シリコンフォトニクス / ベンゾシクロブテン(BCB) / 環境耐性 / 波長トリミング / スロット導波路

研究概要

本年度は、デバイスのシステム応用に向けて重要な課題である環境耐性に関する評価、向上技術の開拓を行った。本研究で用いているポリマー材料であるベンゾシクロプテン(BCB)は、大気中の水分を吸収し屈折率が変化することが知られている。一般的にWDM通信においてはフィルタ波長を固定にする必要があり、吸湿性は大きな課題となる。今回、恒温恒湿器下での劣化試験を行った。また、吸湿保護技術としてフッ化樹脂であるCYTOP(旭硝子製)を検討した。CYTOP (CTL-809A)は、プラスチック光ファイバ材料として用いられるなど光学材料として実績があり、BCBの吸湿率0.2%以下と比較して、0.01%以下と防湿性に優れている。恒温恒湿下試験では温度30℃、湿度80%の恒温恒湿器内に投入し、吸湿による波長シフト時間依存性を評価した。その結果、いずれの構造においても吸湿による長波長シフトが観測されたが、BCBは150時間以降も波長シフトし続けるのに対し、CYTOPではおよそ0.15nm程度の波長シフトで飽和する結果が得られ、BCB埋め込み比べて波長シフト量は約1/4に改善した。また、昨年度確立した紫外線照射による波長トリミング技術に関しても、BCB上CYTOPの二重構造にする事で適用可能である事が分かった。さらに本年度は課題最終年度として、これまでの温度無依存波長フィルタに関わる技術を集積し、2重リング構造を用いた4波長の温度無依存WDMフィルタの試作を行った。波長トリミング前では共振波長のずれにより、波長フィルタ特性が得られなかったが、各リング共振器に所望量の照射を行う事で、各チャネルの切り分けを実現した。以上の成果をもちまして、WDM通信用温度無依存波長フィルタの実現に必要な要素技術の開発、それらを融合したデバイス開発一連のプロセスを確立し、本成果は工学上ならびに工業上、社会に大きく貢献するものと考えている。

今後の研究の推進方策

(抄録なし)

研究成果

• [雑誌論文] Arnorphous-Silicon Inter-Layer Grating Couplers with Metal Mirrors toward 3D Interconnection (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Kang, Y. Atsumi, Y. Hayashi, J. Suzuki, Y. Kuno, T. Amemiya, N. Nishiyama, S. Arai
  • 雑誌名: Journal of Selected Topics in Quantum Electronics 巻: 20(印刷中) 号: 4 ページ: 1-6
  • DOI: 10.1109/jstqe.2014.2300058
  • 査読あり
• [雑誌論文] 50 Gbps data transmission through amorphous silicon interlayer grating couplers (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Kang, Y. Atsumi, YHayashi, J. Suzuki, Y. Kuno, T. Amemiya, N. Nishiyama, S. Arai
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 7 号: 3 ページ: 032202-032202
  • DOI: 10.7567/apex.7.032202
  • 査読あり
• [雑誌論文] Low Threshold Current Density Operation of a GaInAsP/Si Hybrid Laser Prepared by Low-Temperature N_2 Plasma Activated Bonding (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Hayashi, R. Osabe, K. Fukuda, Y. Atsumi, J. Kang, N. Nishiyama, S, Arai
  • 雑誌名: Jpn. J. appl. Phys. 巻: 52 号: 6R ページ: 060202-060202
  • DOI: 10.7567/jjap.52.060202
  • 査読あり
• [雑誌論文] Simultaneous retrieval of fluidic refractive index and surface adsorbed molecular film thickness using silicon wire waveguide biosensors (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Atsumi. D.-X.Xu, A. Delage, J. H. Schmid, M. Vachon, P. Cheben, S. Janz, N. Nishiyama, S. Arai
  • 雑誌名: Optics Express 巻: Vol. 20 号: 24 ページ: 26969-26977
  • DOI: 10.1364/oe.20.026969
  • 査読あり
• [雑誌論文] Low-loss GaInAsP wire waveguide on Si substrate with Benzocyclobutene adhesive wafer bonding for membrane photonic circuits (2012)
  • 著者名/発表者名: J. Lee, Y. Maeda, Y Atsumi, Y. Takino, N. Nishiyama, S. Arai
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys 巻: Vol. 51 号: 4R ページ: 042201-042201
  • DOI: 10.1143/jjap.51.042201
  • 査読あり
• [雑誌論文] Layer-to-Layer Grating Coupler Based on Hydrogenated Amorphous Silicon for Three-Dimensional Optical Circuits (2012)
  • 著者名/発表者名: J. H. Rang, Y. Atsumi, M. Oda, T. Amemiya, N. Nishiyama, S. Arai
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys 巻: 51 号: 12R ページ: 120203-120203
  • DOI: 10.1143/jjap.51.120203
  • 査読あり
• [雑誌論文] Athermal Wavelength Filters toward Optical Interconnection to LSIs (2012)
  • 著者名/発表者名: Y.Atsumi, M.Oda, J.H.Kang, N.Nishiyama, S.Arai
  • 雑誌名: IEICE Transactions on Electronics 巻: E95-C 号: 2 ページ: 229-236
  • DOI: 10.1587/transele.E95.C.229
  • NAID: 10030609915
  • ISSN: 0916-8524, 1745-1353
  • 査読あり
• [雑誌論文] Low-loss Amorphous Silicon Multilayer Waveguides Vertically Stacked on Silicon-on-Insulator Substrate (2011)
  • 著者名/発表者名: J.H.Kang, Y.Atsumi, M.Oda, T.Amemiya, N.Nishiyama, S.Arai
  • 雑誌名: Jpn.J.Appl.Phys. 巻: Vol.50 号: 12R ページ: 120208-120208
  • DOI: 10.1143/jjap.50.120208
  • 査読あり
• [学会発表] Minituarization of Exposure Area for Electron Beam Lithography using Proximity Effect Correction toward Si Optical Circuits (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Atsumi, N. Taksatorn, Y. Miyamoto, N. Nishiyama, S. Arai
  • 学会等名: The 26th Conf. on Microprocesses and Nanotechnology (MNC 2013)
  • 発表場所: Sapporo, Japan
  • 年月日: 2013-11-06
• [学会発表] Evaluation of Humidity Protection for Athermal Si-slot Wavelength Flters Embedded with Polymer (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Atsumi, J. Kang, Y. Hayashi, J. Suzuki, N. Nishiyarna, S Arai
  • 学会等名: IEICE Soiety Conf. 2013
  • 発表場所: Fukuoka, Japan
  • 年月日: 2013-09-17
• [学会発表] Ultraviolet-induced Wavelength Trimming of BCB-buried Athermal Si Slot Wavelength Filters (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Atsumi, T. Sifer, J. Kang, Y. Hayashi, N. Nishiyama, S, Arai
  • 学会等名: The 10th Conf. on Lasers and Electro-Optics Pacific Rim (CLEO-PR 2013)
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 2013-07-03
• [学会発表] Wavelength Trimming of Athermal Si Slot Wavelength Filters using Deep-ultraviolet Exposure (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Atsumi, T. Sifer, J. Kang, N. Nishiyama, S. Arai
  • 学会等名: OSA Integrated Photonics Research (IPR-2012)
  • 発表場所: Tokyo, Japan
  • 年月日: 2012-12-04
• [学会発表] Differentiation between Changes in Liquid Refractive Index and Surface Adsorbed Molecular Thickness using SOI Wire Waveguide Ring Resonator Biosensor Arrays (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Atsumi, D-X. Xu, A. Delage, J. Schmid, M. Vachon, P. Cheben, S. Janz, N. Nishiyama, S. Arai
  • 学会等名: OSA Integrated Photonics Research (IPR-2012)
  • 発表場所: Colorado Springs, USA
  • 年月日: 2012-06-18
• [学会発表] ブロッホ波干渉型低損失連結クロス導波路の作製評価 (2012)
  • 著者名/発表者名: 渥美裕樹
  • 学会等名: 第59回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2012-03-18
• [学会発表] Athermal Wavelength Filters toward Photonic Integrated Circuits (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Atsumi
  • 学会等名: The 1st International Symposium on Photonics and Electronics Convergence, ISPEC2011
  • 発表場所: Tokyo, Japan
  • 年月日: 2011-11-14
• [学会発表] Wide-Gap Athermal Si-Slot Mach-Zhender Interferometer Embedded with Benzocyclobutene (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Atsumi
  • 学会等名: The 8th Int.Conf, on Group IV Photonics
  • 発表場所: London, UK
  • 年月日: 2011-09-16
• [学会発表] 幅広ギャップ構造を有する温度無依存BCB埋め込みSiスロット型リング共振器 (2011)
  • 著者名/発表者名: 渥美裕樹
  • 学会等名: 第72回秋季応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 山形
  • 年月日: 2011-09-02