| 研究課題/領域番号 |
15K06003
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| 研究機関 | 茨城工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
弥生 宗男 茨城工業高等専門学校, 電子情報工学科, 准教授 (90331983)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 磁性フォトニック結晶 / 光サーキュレータ / シリコンフォトニクス |
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| 研究実績の概要 |
本研究では，2次元磁性フォトニック結晶を用いた平面導波路型光サーキュレータの実験実証を行うことを目的として，今年度は有限要素法による計算機シミュレーションを用いた構造設計とシリコンフォトニクス技術を用いたプロトタイプ作製および微小光デバイスの偏光分光測定を目指した．
計算機シミュレーションによる構造設計においては，計算機資源が少なくてすむ2次元計算を利用して，空孔の直径変化などフォトニック結晶の構造を僅かに変化させることによ，アイソレーション30dB，挿入損失0.5dBの実用可能なレベルの特性を示す構造が実現できることを見出し，国際学会(MORIS2015)にて発表した．磁性体による複雑な構造を形成することなく，シリコン薄膜導波路ベースの構造であるため，平面導波路型光サーキュレータの実現可能性が高まった．この構造を基に3次元モデル計算を行い，シリコン加工プロセスで加工可能な数百nmのデバイス厚で動作させるための構造設計に移行している．3次元モデルの計算は想定以上に計算量が多く，3次元設計については途上であるためデバイスプロトタイプ作製については保留している．
微小光デバイスの偏光分光測定については光源にスーパーコンティニュアム(SC)レーザー，検出系に光スペクトラムアナライザを用い，レンズド光ファイバにより試料に照射する測定システムを構築している．SCレーザーを用いることにより，波長可変レーザーよりもさらに広帯域となる全ての光通信波長域についてデバイス特性を測定することが可能であり，形成誤差などによる波長シフトにも対応可能なシステムとなっている．この測定システムについては今後測定精度の確認等を行う．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
デバイス構造の最適化において，3次元モデルを用いた計算が想定よりも計算量が多く最適な構造パラメータを見出すには至っていない．そのため構造が定まらないことからプロトタイプ作製についても形成を見送っている状況である．2次元モデル設計および微小光デバイス測定システムについてはほぼ予定通りの進捗となっているため，このような進捗評価とした．
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| 今後の研究の推進方策 |
3次元モデル設計については，対称性を考慮したモデル構造の縮小などを用いて計算量を削減し，計算の高速化を図り設計を確定させることで，早急にシリコンフォトニクス技術によるプロトタイプを作製する．状況によってはシミュレーション計算機の増設についても検討する．微小光デバイス測定システムについては比較的測定が容易であると考えられるシリコンベースの構造で確実のその動作特性を押さえることとする．これにより測定システムの特性を踏まえた測定を行えるようになり，測定が難しくなるポーラスアルミナベースのデバイスにおいても確実に測定できるようになる．ポーラスアルミナベースの構造についてはフォトニックバンドギャップ波長がシリコンベースのものとは異なるが，今回構築した測定システムでは可視から近赤外の広い波長域において測定可能であることからデバイス形成後であっても動作波長の変化に対応して測定できる．このためポーラスアルミナベースの構造については，陽極酸化で作製可能な格子定数を考慮し，作製しやすい構造で形成を試みることで確実に動作特性を把握する．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
微小光デバイス測定システムのためのレーザー光源の選定および契約に時間が掛かり，次年度使用額のうち160万円弱を占めるが，既に納品されており間もなく支出される．また前年度予定していたシリコンフォトニクスプロセスの加工外注を行わなかったため50万円強の次年度使用額が生じた．
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| 次年度使用額の使用計画 |
理由欄に記載の通り，レーザー光源は既に納品されており間もなく支出される予定である．さらにデバイスのシミュレーション設計を進めシリコンベースの構造について早急に確定させ，シリコンフォトニクスプロセスの加工外注を行う予定である．
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