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2021 年度 実績報告書

高次モードを用いた超小型光モードスイッチの実現

研究課題

研究課題/領域番号 20J11564
研究機関北海道大学

研究代表者

澤田 祐甫  北海道大学, 情報科学院, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2020-04-24 – 2022-03-31
キーワードシリコンフォトニクス / モード分割多重 / 光モードスイッチ / 波面製合法
研究実績の概要

大容量・低消費電力・低遅延な光伝送技術が求められている。チャネル数の拡大と同時に、ネットワーク利用効率を高めることが不可欠であり、光スイッチング技術が重要である。1つの光源でチャネル数を増やすことができるモード分割多重(MDM)技術は、集積性や消費電力の観点から超短距離通信と相性がよく、MDM伝送に対応する光モードスイッチが必要になる。近年、切り替え可能なモード制御デバイスが報告されているが、これまでの報告例は、スイッチング動作(スイッチのOFF/ONの制御)を従来の光スイッチと同様に基本モードに対して行っている。本研究では、高次モードに対してもスイッチング動作を行うことで必要な素子数の削減や配線の簡易化を目指し、切り替え可能なモード制御デバイスの検討を進めてきた。デバイスの設計には、寸法を最適化する通常設計に加え、波面整合(WFM)法という自動設計手法を用いた。
初めに、WFM法によって広帯域設計したモード合分波器の実験的実証を行った。通常設計では得られない広帯域な特性を実現した。国際会議にて1件の口頭発表を行い、国際学術論文誌に1件公表した。次に、切り替え可能なモード制御デバイスとして、2箇所のスイッチセルの制御で基本モードの入力から4モードへ選択的に出力する任意4モード変換器を提案した。高次モードを利用して最小限のスイッチセル数で構成した。設計波長付近で低損失・低クロストークな動作(消光比20 dB以上)を理論的に示した。国際会議にて1件のポスター発表を行った。最後に、WFM法の効果的な適用方法を検討した。WFM法は、元々低屈折率差導波路の設計に用いられていたが、本研究では高屈折率差であるSi導波路を対象としてきた。大きな屈折率差のためWFM法設計が安定しないことがあったため、Si導波路の安定的なWFM法設計を可能とする手法を提案し、国際学術論文誌に1件公表した。

現在までの達成度 (段落)

令和3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

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (2件) (うち国際学会 2件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] A novel algorithm of wavefront-matching method for stable and efficient design of Si waveguides2022

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Sawada, Takeshi Fujisawa, Takanori Sato, and Kunimasa Saitoh
    • 雑誌名

      IEEE Photonics Technology Letters

      巻: 34 ページ: 359-362

    • DOI

      10.1109/LPT.2022.3159830

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Broadband silicon four-mode multi/demultiplexer designed by a wavefront matching method2021

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Sawada, Takeshi Fujisawa, Takanori Sato, and Kunimasa Saitoh
    • 雑誌名

      Optics Express

      巻: 29 ページ: 27322-27331

    • DOI

      10.1364/OE.434178

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Experimental demonstration of broadband silicon 4-mode (de)multiplexer designed by wavefront-matching method2021

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Sawada, Takeshi Fujisawa, Takanori Sato, and Kunimasa Saitoh
    • 学会等名
      Optical Fiber Communication Conference (OFC) 2021
    • 国際学会
  • [学会発表] Switchable mode converter for four-mode MDM system assisted by passive mode controlling device designed by wavefront matching method2021

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Sawada, Takeshi Fujisawa, Takanori Sato, and Kunimasa Saitoh
    • 学会等名
      26th Microopics Conference (MOC)
    • 国際学会
  • [備考] 情報通信フォトニクス研究室ホームページ

    • URL

      https://www.ist.hokudai.ac.jp/labo/photonics/

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公開日: 2022-12-28  

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