Ｇｅ中赤外集積フォトニクスを用いた光センシングチップ

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17F17071
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 竹中 充 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (20451792)
• 研究分担者: HO CHONG PEI 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 外国人特別研究員
• 研究期間 (年度): 2017-04-26 – 2019-03-31
• キーワード: 中赤外光 / センシング / 光集積回路 / ゲルマニウム

研究実績の概要

高いQ値を持ったリング共振器を複数カスケード接続した波長フィルターの研究を進めた。熱光学効果でピーク波長を制御することで、3つのリング共振器をカスケードした波長フィルター動作に初めて成功した。また、サイズの異なるリング共振器を組み合わせたバーニア効果を用いることで、透過波長を広範囲にわたってチューニングすることにも成功した。更なるセンシング感度の向上を目指して、リング共振器アレイを用いた結合共振器誘起透明化効果の研究を進めた。熱光学効果により共振波長を制御することで、Ge導波路で初めて結合共振器誘起透明化効果の観測に成功した。これらの共振器構造を用いることでガスセンシング感度の向上が実現できるものと期待される。
また水素吸着による発熱反応を用いたガスセンシングに関する研究も進めた。酸化タングステンを成膜するのに適した素子設計を進め、高いQ値を維持したまま酸化タングステンの成膜をすることに成功した。この結果、ゲルマニウム光導波路を用いて水素ガスを検出することに初めて成功した。
光ファイバーから光回路に信号を入力するためのグレーティンカプラに関する研究も進めた。従来のグレーティングカプラは結合波長が固定されてしまい、波長動作範囲が狭い問題があった。本研究員との共同研究で、MEMS技術を組み合わせてグレーティングカプラの回折格子部分を機械的に上下させて波長チューニングする機構を初めて実証することに成功した。

現在までの達成度 (段落)

平成30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

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] III-V/Si Hybrid MOS Optical Phase Shifter for Si Photonic Integrated Circuits (2019)
  • 著者名/発表者名: Takenaka Mitsuru、Han Jae-Hoon、Boeuf Frederic、Park Jin-Kwon、Li Qiang、Ho Chong Pei、Lyu Dongsheng、Ohno Shuhei、Fujikata Junichi、Takahashi Shigeki、Takagi Shinichi
  • 雑誌名: Journal of Lightwave Technology 巻: 37 ページ: 1474～1483
  • DOI: 10.1109/JLT.2019.2892752
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tunable Germanium-on-Insulator Band-stop Optical Filter Using Thermo-optic Effect (2019)
  • 著者名/発表者名: Ho Chong Pei、Zhao Ziqiang、Li Qiang、Takagi Shinichi、Takenaka Mitsuru
  • 雑誌名: IEEE Photonics Journal 巻: 印刷中 ページ: 1～1
  • DOI: 10.1109/JPHOT.2019.2904050
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ultra-power-efficient 2 × 2 Si Mach-Zehnder interferometer optical switch based on III-V/Si hybrid MOS phase shifter (2018)
  • 著者名/発表者名: Li Q.、Han J.-H.、Ho C. P.、Takagi S.、Takenaka M.
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 26 ページ: 35003～35003
  • DOI: 10.1364/OE.26.035003
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Tunable Grating Coupler by Thermal Actuation and Thermo-Optic Effect (2018)
  • 著者名/発表者名: Ho Chong Pei、Zhao Ziqiang、Li Qiang、Takagi Shinichi、Takenaka Mitsuru
  • 雑誌名: IEEE Photonics Technology Letters 巻: 30 ページ: 1503～1506
  • DOI: 10.1109/LPT.2018.2857469
  • 査読あり
• [学会発表] Efficient Optical Modulator by Reverse-biased III-V/Si Hybrid MOS Capacitor based on FK Effect and Carrier Depletion (2019)
  • 著者名/発表者名: Q. Li, C. P. Ho, S. Takagi, and M. Takenaka
  • 学会等名: Optical Fiber Communication Conference (OFC2019)
  • 国際学会
• [学会発表] Investigation of Franz-Keldysh effect and carrier depletion effect in III-V/Si hybrid MOS optical modulator (2019)
  • 著者名/発表者名: Q. Li, C.-H. Ho, S. Takagi, and, M. Takenaka
  • 学会等名: 第66回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] Investigation of a germanium-on-insulator band-stop filter (2018)
  • 著者名/発表者名: C. P. Ho, Z. Zhao, Q. Li, S. Takagi, and M. Takenaka
  • 学会等名: 8th International Symposium on Photonics and Electronics Convergence (ISPEC2018)
  • 国際学会
• [学会発表] Demonstration of Si racetrack resonator based on III-V/Si hybrid MOS phase shifter (2018)
  • 著者名/発表者名: Q. Li, C. P. Ho, S. Takagi, and M. Takenaka
  • 学会等名: 8th International Symposium on Photonics and Electronics Convergence (ISPEC2018)
  • 国際学会
• [学会発表] Fabrication of high-Q ring resonator using low loss GeOI wafer (2018)
  • 著者名/発表者名: Z. Zhao, C. P. Ho, S. Takagi, and M. Takenaka
  • 学会等名: 8th International Symposium on Photonics and Electronics Convergence (ISPEC2018)
  • 国際学会
• [学会発表] Si hybrid MOS optical phase shifter for switching and computing (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Takenaka, J. Han, Q. Li, C.P. Ho, D. Lyu, S. Ohno, and S. Takagi
  • 学会等名: Photonics in Switching and Computing (PSC 2018)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] III-V/Si hybrid MOS optical phase modulator for Si photonic integrated circuits (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Takenaka, J. Han, F. Boeuf, J.-K. Park, Q. Li, C. P. Ho, D. Lyu, S. Ohno, J. Fujikata, S. Takahashi, and S. Takagi
  • 学会等名: European Conference on Optical Communication (ECOC 2018)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Fabrication of Si racetrack optical modulator with III-V/Si hybrid MOS phase shifter (2018)
  • 著者名/発表者名: Q. Li, C.-P. Ho, S. Takagi, and M. Takenaka
  • 学会等名: 第79回応用物理学会秋季学術講演会
• [備考] 高木竹中研究室ウェブサイト
  • URL: http://www.mosfet.k.u-tokyo.ac.jp/