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多彩なパルス信号処理が可能なIV族半導体光導波路デバイスの研究

研究課題

研究課題/領域番号 20F20374
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分外国
審査区分 小区分21060:電子デバイスおよび電子機器関連
研究機関東京大学

研究代表者

山下 真司  東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (40239968)

研究分担者 CHENG CHIH-HSIEN  東京大学, 先端科学技術研究センター, 外国人特別研究員
研究期間 (年度) 2020-11-13 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
2,300千円 (直接経費: 2,300千円)
2022年度: 400千円 (直接経費: 400千円)
2021年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
2020年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
キーワードSilicon photonics / Nonlinear optics / Group-IV semiconductor / micro-ring resonator / all-optical processing / Mode-locked fiber laser / VCSEL / Nonlinear waveguide
研究開始時の研究の概要

In this project, we will focus and develop the novel Group-IV semiconductor based linear and nonlinear waveguide photonic devices. We will design the Group-IV semiconductor based functional devices such as the straight waveguide, micro-ring resonator,and add-drop devices by using the free-carrier absorption, nonlinear Kerr effect, and other nonlinear optical effects to construct all-optical modulation, phase-shift keying data encoder/decoder, all-optical wavelength converter and all-optical logic gate in the chip-to-chip and intra-chip transmission.

研究実績の概要

In this JSPS research fund between Apr.2022 and Nov. 2022, we worked on 25-Gbps all-optical data processing based on the silicon carbide (SiC) micro-ring resonator. This SiC micro-ring resonator with a nonlinear refractive index of 3.05×10-14 cm2/W of is retrieved from the pump-probe analysis. In addition, the eye diagram of the wavelength-converted data exhibits its signal-to-noise and on/off-extinction ratios (SNR and ER) of 5.6 dB and 11.8 dB, respectively. For the 25-Gbps data inversion, the SNR and ER can be evaluated as 4.8-dB and 10.2-dB, respectively. In addition, the rising and falling time in an ultrafast switching is also measured as less than 22 ps. This phenomenon causes all-optical data processing including both wavelength switching and format conversion. Therefore, the highly nonlinear optical SiC micro-ring resonator can achieve error-free operation with a bit-error ratio (BER) lower than 1×10-5 at 25 Gbps.
In taddition, the O-band Ge p-i-n photodetector (PD) are demonstrated to receive the NRZ-OOK data beyond 60 Gbps. After optimizing the transmission-line designs, the Ge PD improves its RLC response to enhance the receiving bandwidth. Decreasing the transmission-line length from 280 μm to 80 μm extends the S11 spectral response from 51 to 57 GHz. When the Ge PD is used to receive the optical NRZ-OOK data stream, the long-electrode device exhibts 53-Gbps receiving performance. The short-electrode Ge PD receives the NRZ-OOK data beyond 56 Gbps and 60 Gbps under error-free communication criterion of BER<10-12 and BER<10-9 , respectively.

現在までの達成度 (段落)

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (8件)

すべて 2022 2021

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 5件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 3件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Review on optical nonlinearity of group-IV semiconducting materials for all-optical processing2022

    • 著者名/発表者名
      Cheng Chih-Hsien、Fu Cai-Syuan、Wang Huai-Yung、Set Sze Yun、Yamashita Shinji、Lin Gong-Ru
    • 雑誌名

      APL Photonics

      巻: 7 号: 8 ページ: 081101-081101

    • DOI

      10.1063/5.0102342

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Low-Temperature PECVD Growth of Germanium for Mode-Locking of Er-Doped Fiber Laser2022

    • 著者名/発表者名
      Lin Chun-Yen、Cheng Chih-Hsien、Chi Yu-Chieh、Set Sze Yun、Yamashita Shinji、Lin Gong-Ru
    • 雑誌名

      Nanomaterials

      巻: 12 号: 7 ページ: 1197-1197

    • DOI

      10.3390/nano12071197

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書 2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Effect of Transmission-Line Contact Length on the 50-Gbit/s Data Encoding Performance of a Multimode VCSEL2022

    • 著者名/発表者名
      Weng Jui-Hung、Lo Wei-Chi、Wang Jiaxing、Qiao Pengfei、Shen Chih-Chiang、Cheng Chih-Hsien、Chang-Hasnain Constance J.、Lin Gong-Ru
    • 雑誌名

      Photonics

      巻: 9 号: 2 ページ: 114-114

    • DOI

      10.3390/photonics9020114

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Comparing the Dual-Mode VCSEL in OM4-MMF and GI-SMF Links for NRZ-OOK and 16-QAM-OFDM Transmissions2022

    • 著者名/発表者名
      Lee Shao-Yung、Cheng Chih-Hsien、Tseng Hsien-Yao、Chen Xin、Lo Wei-Chi、Li Kangmei、Wang Chia-Hsuan、Tsai Cheng-Ting、Kuo Hao-Chung、Li Ming-Jun、Lin Gong-Ru
    • 雑誌名

      IEEE Photonics Journal

      巻: 14 号: 3 ページ: 1-13

    • DOI

      10.1109/jphot.2022.3168626

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Photonic Crystal Structured Multi-Mode VCSELs Enabling 92-Gbit/s QAM-OFDM Transmission2021

    • 著者名/発表者名
      Lin Yu-Hong、Tsai Cheng-Ting、Wu Wei-Li、Cheng Chih-Hsien、Choquette Kent D.、Lin Gong-Ru
    • 雑誌名

      Journal of Lightwave Technology

      巻: - 号: 13 ページ: 1-1

    • DOI

      10.1109/jlt.2021.3073898

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Mode-locking state switchable Er-doped fiber laser based on a hybrid scheme of graphene oxide and nonlinear polarization rotation2022

    • 著者名/発表者名
      Wei Cai, Chih-Hsien Cheng, Guanyu Ye, Lei Jin, Li Li, Sze Y. Set, and Shinji Yamashita
    • 学会等名
      CLEO/Pacific Rim, 2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] All-Optical 25-Gbps Silicon Carbide Kerr Switching Intensity Modulator On Silicon Platform2022

    • 著者名/発表者名
      Chih-Hsien Cheng, Cai-Syuan Fu, Sze Yun Set, Shinji Yamashita, and Gong-Ru Lin
    • 学会等名
      CLEO 2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] All-Optical 25-Gbps Silicon Carbide Kerr Switching Intensity Modulator On Silicon Platform2022

    • 著者名/発表者名
      Chih-Hsien Cheng, Cai-Syuan Fu, Sze Y. Set, Shinji Yamashita, and Gong-Ru Lin
    • 学会等名
      Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO 2020)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2020-11-16   更新日: 2024-03-26  

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