| 研究課題/領域番号 |
18K04286
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| 研究機関 | 鹿児島大学 |
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研究代表者 |
渡邉 俊夫 鹿児島大学, 理工学域工学系, 准教授 (90524124)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 光スイッチ / 光導波路 / 光回路 / 位相アレイ |
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| 研究実績の概要 |
光ファイバー通信システムにおいて、光信号の経路を切り替えるために用いられる導波路型光スイッチの大規模化が求められている。光スイッチを大規模化するには、従来用いられてきた1×2のマッハ-ツェンダー干渉計型光スイッチ素子の代わりに、1×Nの位相アレイ型光スイッチ素子を用いる構成が有効である。しかし、これまでに報告されている位相アレイ型光スイッチ素子は消光比が20-30 dB程度にとどまっており、実用的な光スイッチとして十分でないという課題があった。従来の1×N位相アレイ型光スイッチ素子において、各アレイ導波路への光パワー分配比はフラウンホーファー回折によるガウス分布であることが前提とされていた。それに対して、本研究では、光パワー分配比をガウス分布とは異なる分布に設定することにより、消光比を40 dB以上に向上し、それを用いた大規模な光スイッチの光回路設計を確立することを目的としている。
本研究の初年度である平成30年度においては、各アレイ導波路への光パワー分配比の設定に各種の窓関数（ブラックマン窓、ブラックマン-ナットール窓、ブラックマン-ハリス窓、カイザー窓）を適用することを検討した。シミュレーションの結果、サイドローブによるクロストークをガウス分布に比べて10 dB以上改善し、カイザー窓を用いた場合には50 dB以上の消光比が得られることを示した。
これまでの研究成果は、国際会議（Microoptics Conference）1件、国内会議（応用物理学会学術講演会）1件で発表するとともに、学術論文誌に1件投稿中である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究の初年度である平成30年度の当初計画は、(1) 1×N位相アレイ型光スイッチ素子の各アレイ導波路への光パワー分配比と光学特性（挿入損失、消光比など）との関係を調べ、最適な光パワー分配比を求める。(2) 1×N光スイッチ素子の出力ポート数（N）、アレイ導波路本数などのパラメーターを変化させたときの光学特性を系統的に調べる。(3) これにより、1×N光スイッチ素子の基本設計を構築する、というものであった。
本年度は、従来のガウス分布に代わる光パワー分配比として、本研究開始以前に検討していたsinc関数の累乗に加えて、各種の窓関数（ブラックマン窓、ブラックマン-ナットール窓、ブラックマン-ハリス窓、カイザー窓）の適用を検討した。シミュレーションの結果、窓関数のパラメーターを適切に設定することにより、サイドローブによるクロストークをガウス分布に比べて10 dB以上改善し、カイザー窓を用いた場合には50 dBの消光比が得られることを示した。
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究の2年目となる令和元年度の当初計画は、(1) 光回路の製造時に設計との誤差が生じた場合の光学特性への影響を検討する。(2) アレイ導波路に位相誤差が生じた場合の位相シフタの設定、調整方法を検討する。(3) これにより、1×N光スイッチ素子の光回路設計を確立する、というものである。現在まで、研究はおおむね順調に進展していることから、当初計画どおり研究を遂行していく予定である。
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