フォトニックネットワークに向けた超高機能モノリシック光集積回路の開発

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11355016
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 中野 義昭 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (50183885)
• 研究分担者: 安井 直彦 三菱電機株式会社, 情報技術総合研究所, 主管技師(研究職)
• キーワード: 半導体光集積回路 / モノリシック光集積 / 選択成長 / MOVPE / マッハツェンダー干渉計 / MMIカプラ / AWG / 光スイッチング

研究概要

1.バルクInGaAsP/InPハイメサ導波路構造を用いたマッハツェンダー型光スイッチ回路:フォトニックネットワーク構築に向けて,InP基板上バルクInGaAsP中のフランツケルディッシュ効果に基づくハイメサ導波路構造のマッハツェンダー干渉計型光スイッチ回路を研究した.まず,InGaAsP系材料のメタン・水素サイクリック反応性イオンビームエッチング技術を確立し,リフトオフTiマスクを用いてハイメサ導波路の形成を可能にした.次に実際の素子の設計を行い,前記エッチング技術と電子線露光によって試作した.その結果,3Vという低いスイッチング電圧が,波長1.53μm-1.56μmにおいて偏光無依存に得られた.位相変調領域長とスイッチング電圧の積は1.5V・mmであり,従来に比べ4倍改善された.
2.選択成長と多モード干渉デバイスに基づく集積型全光スイッチ回路の設計と作製:電子回路の速度限界を超えるために,光による制御が可能な「全光スイッチ」が求められている.ここでは,半導体光アンプとマッハツェンダー干渉計を集積化した光スイッチ回路を研究した.まず,能動干渉計の光量のアンバランスを補償する非対称分岐/合流比の多モード干渉(MMI)カプラ,ならびに制御光・被制御光のミキシングと分離を行う特殊なMMIカプラの設計と数値解析を行い,実際に試作して動作確認を行った.次に有機金属気相エビタキシーにおける選択成長を利用して,InP基板上に半導体光アンプとMMIカプラ,入出力導波路を集積化し,光スイッチ回路を試作した.その結果,電気・光スイッチング実験において約1mAという低いスイッチング電流を,また光・光スイッチング実験において約10倍の消光比改善を,それぞれ達成した.
3.能動/受動集積化に向けたInP系アレイ導波路格子合分波器の設計と試作:アレイ導波路格子(AWG)は波長多重(WDM)光通信のキーコンポーネントであるが,半導体光アンプなどの能動素子と組み合わせるとさらに多彩な機能を発揮できる.ここではAWG集積化の基礎を確立するために,InP基板上のAWGの設計法と試作技術を研究した.まずビーム伝搬法によるAWG単体の特性解析・設計を行った後.より複雑な回路に対処するため散乱行列ベースのマイクロ波設計・解析ツールによる光集積回路設計を試みた.一例として複数のAWGからなる光クロスコネクトの特性解析を行い,所期の結果を得た.次に,ドライエッチングと電子線露光を駆使してInP基板上に200GHz間隔8チャンネルのAWGを試作し,比較的小さい導波損失(7.1dB/cm)とWDMデマルチプレクサとしての動作を実証した.

研究成果

• [文献書誌] 安井直彦: "時間ジャンパを用いた可変多重分離時分割光交換方式(Variable mux/demux time division photonic switching network using optical time jumper)"電子情報通信学会論文誌B. J83-B・4. 457-470 (2000)
• [文献書誌] 加藤正樹: "MQW-EA変調器における光誘起屈折率変化を利用した全光スイッチ/波長変換器の提案"電子情報通信学会技術研究報告(光エレクトロニクス研究会,LQE,PS,EMT共催). OPE2000-40. 43-48 (2000)
• [文献書誌] Masaki Kato: "Proposal of a novel wavelength converter using photo-induced refractive index change in multiple-quantum-well electro-absorption modulators"Technical Digest, Topical Meeting on Integrated Photonics Research (IPR2000). IFG5. 292-294 (2000)
• [文献書誌] 安井直彦: "可変多重時分割光交換方式の波長割り当て光交換方式(WAPS)への適用(Variable mux/demux photonic TD switch and its application to WAPS)"電子情報通信学会技術研究報告(光スイッチング研究会). PS2000-13. 25-30 (2000)
• [文献書誌] 二口尚樹: "選択MOVPE成長におけるIII族供給分圧によるV族組成への影響(Influence of group III partial pressure to group V composition in selective area MOVPE growth)"第61回応用物理学会学術講演会. 3p-ZA-3. 254 (2000)
• [文献書誌] 加藤正樹: "InGaAs/InAlAs MQW-EA変調器における光誘起屈折率変化と全光デバイスへの応用(Photo-induced refractive index Change in InGaAs/InAlAs MQW-EA modulators and application to all-optical devices)"第61回応用物理学会学術講演会. 4a-ZE-5. 1028 (2000)
• [文献書誌] 宋学良: "機能性多モード干渉(MMI)デバイスの設計と試作(Design and fabrication of functional multimode interference devices)"第61回応用物理学会学術講演会. 5a-K-7. 1037 (2000)
• [文献書誌] 中野義昭: "半導体光スイッチ・波長変換素子(Semiconductor optical switches and wavelength converting devices)"第61回応用物理学会学術講演会,シンポジウム「急速に展開するフォトニックネットワークとそれを支える光デバイス技術」. 5p-K-6. 37 (2000)
• [文献書誌] Tadahiko Yasui: "Internetworking based on wavelength assignment photonic switching system(WAPS)"IEICE Transactions on Communications. E83-B・10. 2312-2320 (2000)
• [文献書誌] Xueliang Song: "Functional multimode interference(MMI)devices for all-optical switches-design and fabrication(全光スイッチに向けた機能性多モード干渉デバイス-設計と試作)"電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会. C-3-79. 205 (2000)
• [文献書誌] 加藤正樹: "MQW-BA変調器を用いた全光Mach-Zehnder干渉計スイッチ/波長変換器の提案(Proposal of all-optical Mach-Zehnder interferometer switch/wavelength converter using MQW EA modulators)"電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会. C-4-19. 290 (2000)
• [文献書誌] 加藤正樹: "InGaAs/InP MQW-EA変調器における光誘起位相シフトの解析(Analysis of photo-induced phase shift in InGaAs/InP MQW-EA modulator)"第48回応用物理学関係連合講演会. 28a-YF-2. (2001)
• [文献書誌] 並木亮介: "バルクInGaAsP/InPを用いたマッハツェンダー光スイッチの低電圧動作(Low voltage bulk InGaAsP/InP Mach Zehnder optical switch)"第48回応用物理学関係連合講演会. 28p-YF-1. (2001)
• [文献書誌] アブドゥッラーアルアミン: "能動/受動集積化に向けたInP系アレイ導波路格子合分波器の設計と試作"第48回応用物理学関係連合講演会. 28p-YF-6. (2001)
• [文献書誌] 二口尚樹: "Fabrication of SOA-Integrated Mach-Zehnder Interferometer Optical Switch by Selective Area MOVPE(MOVPE選択成長によるSOA集積マッハ・ツェンダ干渉計型光スイッチの試作)"第48回応用物理学関係連合講演会. 28p-YF-2. (2001)
• [文献書誌] Xueliang Song: "InGaAsP/InP monolithic SOA Mach-Zehnder interferometer optical switches fabricated entirely by selective area MOVPE"To be published in Proceedings of Eleventh European Conference on Integrated Optics(ECIO′01). (2001)
• [文献書誌] Naoki Futakuchi: "Fabrication of InGaAsP/InP Mach-Zehnder interferometer otpical amplifier switches by metalorganic vapor phase selective area epitaxy"To be published in Conference Proceedings, 13th International Conference on Indium Phosphide and Related Materials (IPRM 2001). (2001)