音響・磁気光学導波路型波長選択光スイッチング集積回路およびWDM交換器の研究

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14041207
• 研究機関: 豊橋技術科学大学
• 研究代表者: 後藤 信夫 豊橋技術科学大学, 工学部, 助教授 (60170461)
• 研究分担者: 園田 潤 仙台電波工業高等専門学校, 助手 (30290696) ; 高橋 港一 豊橋技術科学大学, 工学部, 助手 (10335101) ; 宮崎 保光 愛知工科大学, 教授 (00023169)
• キーワード: 情報通信工学 / 量子エレクトロニクス / 応用光学・量子光工学 / フォトニックネットワーク / 光スイッチ

研究概要

導波路型波長選択光スイッチング集積回路、光交換器および光ルータに関し検討を行い、良好な成果が得られた。
1.弾性表面波(SAW)-光相互作用による集積型スイッチ素子の検討
コリニア音響光学(AO)相互作用を用いた波長選択スイッチ素子において、スイッチングの消光比、波長選択性の改善、およびスイッチング動特性の評価のため、FDTD法によりスイッチングに伴う光波伝搬の解析を行った。SAWテーパ型導波路により重み付けAO相互作用を行った場合のFDTD解析を行い、波長選択性のフィルタリング特性におけるサイドローブを-20dB以下に抑えられることを計算機シミュレーションにより確認した。素子の構成要素である相互作用領域、入力Y合波領域、出力Y分岐領域を一体とした素子において解析し、入力Y合波領域の光波伝搬特性がサイドローブの特性に影響を与えていることを明らかにした。
2.マイクロ波静磁表面波(MSSW)-光相互作用による高速スイッチ素子の検討
MSSWによる磁気光学(MO)効果を用いたスイッチング素子としてGGG基板上のCeドープBi:YIG単結晶薄膜を用いた多層構造においてスイッチングの動特性解析と高効率化のための素子最適設計を目的としてFDTD法による解析を行った。時間領域の差分にPLRC (Piecewise Linear Recursive Convolution)法を適用してシミュレーションを行い、MSSWによりTEモードからTMモードへモード変換されていることを確認した。また、より制御効率を高めるとともにスイッチの集積化に適した構成としてMSSWを集束させて伝搬させるためのMSSW導波構造について検討を行った。
3.増幅素子の広帯域化とスイッチ素子・交換器との集積化の検討
Er-Yb共添加ガーネット結晶薄膜を用いた導波路型増幅素子について素子構成の最適化をめざし、FDTD法による解析を行った。励起光と信号光の結合領域として方向性結合器型の構成を採用し、増幅領域において高効率に励起できることを示した。より広帯域な光増幅が可能なラマン増幅素子をLiTaO_3、基板上LiNbO_3結晶導波路を用いて検討した。電気光学効果を用いた位相整合制御が可能であることを示し、また増幅利得の理論的評価を行った。さらに、誘導ラマン散乱の基礎特性としてLiNbO_3からのラマン散乱の実験的確認を行った。
波長選択的スイッチングについての実験的な検討、および光ルーティングシステムのハードウェアおよびソフトウェアに関するさらなる検討が必要であるが、この成果をもとに、さらに高度な研究開発展開が可能になった。

研究成果

• [文献書誌] N.Goto, Y.Miyazaki, K.Takahashi: "Dynamic Characteristics Analysis of Wavelength-Division-Multiplexing Guided-Wave Separation Switch Using Acoustooptic Effect"Jpn.J.Appl.Phys.. Vol.42,No.5B. 3041-3047 (2003)
• [文献書誌] 後藤信夫, 宮崎保光: "コリニア音響光学相互作用を用いたWDMルーティング用光波長選択スイッチのFDTD解析"電子情報通信学会論文誌. Vol.J86-C,No.12. 1272-1281 (2003)
• [文献書誌] 井上藍, 宮崎保光, 後藤信夫: "脳磁図における電流源推定の有限要素法-カルマンフィルタによる逆解析"電気学会論文誌C. 124巻,2号. 436-445 (2004)
• [文献書誌] N.Goto, Y.Miyazaki: "Finite- Difference Time-Domain Analysis of Wavelength-Selective Characteristics in Weighted Acoustooptic Switches for Wavelength-Division-Multiplexed Photonic Routing"Jpn.J.Appl.Phys.. Vol.43,No.5B(to be published). (2003)
• [文献書誌] 後藤信夫, 宮崎保光: "フォトニックルーティング用導波型音響光学スイッチにおける波長選択特性のFDTD解析"電子情報通信学会マイクロ波研究会技術報告資料. MW2003-39. 33-40 (2003)
• [文献書誌] 後藤信夫, 宮崎保光: "WDMルーティング用音響光学スイッチにおける波長選択特性のFDTD解析"第24回超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム予稿集. P2-E-43. (2003)
• [文献書誌] 宮崎保光: "曲面端面をもつ集束性導波路型レンズ素子におけるナノメートル電磁波の電磁界特性"電気学会、電磁界理論シンポジウム. EMT-03-64. (2003)
• [文献書誌] 後藤信夫, 宮崎保光: "フォトニックルーティング用音響光学スイッチにおける波長選択スイッチング特性のFDTD解析"電気学会、電磁界理論シンポジウム. EMT-03-89. (2003)
• [文献書誌] 印南孝紀, 宮崎保光, 後藤信夫: "周期原子群よりなるナノメートル波導波路のフォトニックバンド分散特性の解析"電気学会、電磁界理論シンポジウム. EMT-03-63. (2003)
• [文献書誌] Y.Miyazaki: "Electromagnetic Characteristics of Micro Fabry-Perot Resonator Consisting of Dielectric Structures"Progress in Electromagnetics Research Symposium (PIERS 2004). 888. (2004)
• [文献書誌] G.Rodriguez, Y.Miyazaki, N.Goto: "Wave Propagation Analysis of Wireless Mobile Communication on Large 2-D Urban Model Simulations using Parallel FDTD"Proc. of 6th Int.Symp. on Wireless Personal Multimedia Communications (WPMC'03). V1-355-V1-359 (2003)
• [文献書誌] Y.Miyazaki, G.Rodriguez, N.Goto: "Simulation Analysis of Radio Propagation in Big Areas using a Parallel FDTD Algorithm for Broadband Wireless Communication"Progress in Electromagnetics Research Symposium (PIERS 2004). 901. (2004)
• [文献書誌] I.Murata, Y.Miyazaki, N.Goto: "Broadband Characteristics Design of Semi-Circle Type Bow-Tie Antenna with Hole Slots using FDTD Analysis"Electromagnetic Compatibility Symposium (EMC'04). (2004)
• [文献書誌] G.Rodriguez, Y.Miyazaki, N.Goto: "Analysis of Broadband Wireless Communication using Parallel FDTD Simulations on Urban Areas"Electromagnetic Compatibility Symposium (EMC'04). (2004)
• [文献書誌] Y.Miyazaki, T.Masuda, N.Goto: "Electromagnetic Shielding Characteristics by Conducting Elliptic Cylinder Coated with Lossy Absorber of Complex Permeability"Electromagnetic Compatibility Symposium (EMC'04). (2004)