広帯域プログラマブル光回路の開発

• 研究課題/領域番号: 19K15470
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分30020:光工学および光量子科学関連
• 研究機関: 国立研究開発法人産業技術総合研究所
• 研究代表者: 鴻池 遼太郎 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究員 (20807557)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2020年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円); 2019年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
• キーワード: シリコンフォトニクス / 光集積回路 / リング光共振器 / 結合リング共振器 / プログラマブル光回路 / 光導波路 / リング共振器 / 結合共振器

研究開始時の研究の概要

光集積回路技術は、光情報通信、光センシング、量子情報処理などの様々な応用をもつ重要な技術である。従来の光集積回路は作製後にその内容を書き換えることが難しかった。一方で、動的な書き換えが可能な「プログラマブル光回路」が実現できれば、低コストな汎用光回路の実現、光回路の遠隔書き換えの実現、適応的な光回路生成など、従来にない光機能の実現が期待される。本研究では、結合リング共振器系を用いたプログラマブル光回路を提案し、Cバンドを超える広帯域な光導波の実証を目指す。

研究成果の概要

光集積回路技術は、光情報通信や光量子情報処理などの応用を支える重要な技術であると考えられる。従来の光回路は石英やシリコン等に加工を施すことで作製されるため、加工後にその内容を書き換えることが難しかった。本研究では、2次元的に結合したリング共振器系の共振制御によって動的に書き換えることが可能なプログラマブル光回路の実現を目指し、理論検討・光回路設計および5×5規模の光回路の作製を行った。結果として広帯域性の実証および1×2光スイッチ動作の実証を行った。

研究成果の学術的意義や社会的意義

光回路を動的に生成・消去するためには微小領域の屈折率を大きく変化させる必要があるため、従来の材料では実現が難しいといった課題がある。そこで、本研究では2次元的に結合したリング共振器系において、隣接するリング共振器を非共鳴とする際に生じるバンドギャップ状態を利用する。本バンドギャップ状態では光が系に入ることができない状態が形成されるが、その中にリング共振器が共鳴した領域を形成することで光導波路を形成可能と期待される。この原理に基づき広帯域かつ動的な書き換えが可能な光回路を実現することは、学術的に意義があると考えられる。