超低消費電力光配線のための集積フォトニクスの進化

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 22226008
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 小山 二三夫 東京工業大学, 精密工学研究所, 教授 (30178397)
• 研究分担者: 坂口 孝浩 東京工業大学, 精密工学研究所, 助教 (70215622) ; 松谷 晃宏 東京工業大学, 技術部, 技術職員 (40397047)
• 研究期間 (年度): 2010-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: 光デバイス / 光回路 / 半導体レーザ / 光インターコネクト

研究実績の概要

研究代表者の提案したMEMS 構造集積化による絶対波長安定化（アサーマル）面発光レーザアレイ，光群速度低下させて素子サイズを大幅に小型化して高速化を図るスローライト光検出器／光変調器をキイデバイスとして，その並列アレイ化，多波長集積化，超高速化，低消費電力化を進めて，現状技術の100 倍から1000 倍の超大容量(100Gbps-1Tbps)の光リンク／光配線のための革新的な集積光デバイスの開発を行い，高速化と低消費電力化を両立する集積フォトニクスの進化を目指し，平成26年度は，以下の研究成果を得た．
波長850nm帯面発光レーザにMEMS構造を集積したアサーマル面発光レーザを製作し，小さな波長温度係数を実現すると同時に，カンチレバー構造に静電力を印可することで，30nmを超える波長可変動作を実現した．また，面発光レーザにスローライト導波路を直接結合する集積手法を用いて，面発光レーザに横方向結合共振器を構成し，面発光レーザとしては，世界最速の変調帯域30GHzを超える高速変調動作と40Gbpsの大信号変調動作を実現した．理論的には，強結合光共振器により50GHzを越える高速動作の可能性を示した．さらに，面発光レーザに超小型電界吸収光変調器を集積した変調器集積光源を実現し，１V以下の低い変調電圧で変調帯域20GHz以上，25Gbpsの低電圧大信号変調を実現するとともに，光変調器の共振効果を併用することで広域側の変調感度を増大し，小信号変調帯域を30GHzまで拡大することに成功した．一方，スローライト導波路の巨大な構造分散を活用することで，従来の非機械式の光ビーム掃引の限界を打破する高分解能光ビーム掃引デバイスを実現して，この分散素子を基盤として，従来技術では到達困難な180ポートを超える多数ポートでかつ小型の波長選択スイッチを実現した．

現在までの達成度 (段落)

26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

26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] Compact Wavelength Selective Switch Using a Bragg Reflector Waveguide Array with Ultra-Large Number (>100) of Output-Ports (2015)
  • 著者名/発表者名: Xiaodong Gu,Kenya Suzuki,Yuichiro Ikuma,Kazunori Seno,Hiromasa Tanobe,Akihiro Matsutani,Fumio Koyama
  • 雑誌名: Journal of Lightwave Technology 巻: vol. 33, no. 7 ページ: 1358-1364
  • DOI: DOI:10.1109/JLT.2014.2386324
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Application of Strong Optical Feedback to Enhance the Modulation Bandwidth of Semiconductor Lasers to the Millimeter-Wave Band (2015)
  • 著者名/発表者名: Moustafa Ahmed,Ahmed Bakry,Fumio Koyama
  • 雑誌名: International Journal of Mathematical, Computational, Natural and Physical Engineering 巻: Vol. 9, No. 1 ページ: 17-22
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Micromachined Vertical Cavity Surface Emitting Lasers - Athermalization, Tuning and Multi-wavelength Integration - (2015)
  • 著者名/発表者名: Fumio Koyama,Masanori Nakahama
  • 雑誌名: IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics 巻: Vol.21 no.4 ページ: 1700310
  • DOI: DOI:10.1109/JSTQE.2015.2389522
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Highly efficient out-of-plane optical coupler based on tapered hollow waveguide (2014)
  • 著者名/発表者名: Hamed Dalir,Fumio Koyama
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: vol.53 ページ: 048004-1-4
  • DOI: DOI:10.7567/JJAP.53.048004
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Highly stable operations of transverse coupled cavity VCSELs with enhanced modulation bandwidth (2014)
  • 著者名/発表者名: Hamed Dalir,Fumio Koyama
  • 雑誌名: Electronics Letters 巻: vol.50 no.11 ページ: 823-824
  • DOI: DOI:10.1049/el.2014.0696
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 40 Gbps modulation of transverse coupled cavity VCSEL with push-pull modulation scheme (2014)
  • 著者名/発表者名: Hamed Dalir,Fumio Koyama
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: vol.7 ページ: 092701-1-4
  • DOI: DOI:10.7567/APEX.7.092701
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Highly angular dependent high-contrast grating mirror and its application for transverse-mode control of VCSELs (2014)
  • 著者名/発表者名: Shunya Inoue,Junichi Kashino,Akihiro Matsutani,Hideo Ohtsuki,Takahiro Miyashita,Fumio Koyama
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: vol. 53, no. 9 ページ: 090306-1-4
  • DOI: DOI:10.7567/JJAP.53.090306
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Athermal and widely tunable VCSEL with bimorph micromachined mirror (2014)
  • 著者名/発表者名: Masanori Nakahama,Takahiro Sakaguchi,Akihiro Matsutani,Fumio Koyama
  • 雑誌名: Optics Express 巻: Vol. 22, no. 18 ページ: 21471-21479
  • DOI: DOI:10.1364/OE.22.021471
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Compact electro-absorption modulator integrated with vertical-cavity surface-emitting laser for highly efficient millimeter-wave modulation (2014)
  • 著者名/発表者名: Hamed Dalir,Moustafa Ahmed,Ahmed Bakry,Fumio Koyama
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: vol. 105, no. 081113 ページ: 081113-1-5
  • DOI: DOI:10.1063/1.4894716
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Athermalization and on-chip multi-wavelength integration of VCSELs employing thermally actuated micromachined mirrors (2014)
  • 著者名/発表者名: Masanori Nakahama,Takahiro Sakaguchi,Akihiro Matsutani,Fumio Koyama
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: vol. 105, no. 091110 ページ: 091110-1-4
  • DOI: DOI:10.1063/1.4895337
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 20μm long slow-light Bragg reflector waveguide modulator with over 20GHz modulation bandwidth (2014)
  • 著者名/発表者名: Xiaodong Gu,Ayako Suzuki,Akihiro Matsutani,Fumio Koyama
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: vol. 7, no. 11 ページ: 114101-1-4
  • DOI: DOI:10.7567/APEX.7.114101
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Low-voltage, high-speed and compact electroabsorption modulator laterally integrated with 980-nm VCSEL (2014)
  • 著者名/発表者名: Hamed Dalir,Yuta Takahashi,Fumio Koyama
  • 雑誌名: OPTICS EXPRESS 巻: vol. 22, no. 21 ページ: 25746-25755
  • DOI: DOI:10.1364/OE.22.025746
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 30GHz ultracompact electroabsorption modulator integrated with 980nm VCSEL with resonance effect in coupled cavities (2014)
  • 著者名/発表者名: Hamed Dalir,Fumio Koyama
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: vol. 7, no. 11 ページ: 112101-1-3
  • DOI: DOI:10.7567/APEX.7.112101
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Advances and New Functions of VCSEL Photonics (2014)
  • 著者名/発表者名: Fumio Koyama
  • 雑誌名: Optical Review 巻: Vol. 21, No. 6 ページ: 893-904
  • DOI: DOI:10.1007/s10043-014-0142-6
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Energy Efficient Tunable Light Sources for Next Generation Flexible Access Networks (2015)
  • 著者名/発表者名: Fumio Koyama
  • 学会等名: OFC2015
  • 発表場所: Los Angeles Convention Center
  • 年月日: 2015-03-22 – 2015-03-26
  • 招待講演
• [学会発表] Fabrication of SiC Membrane HCG Blue Reflector Using Nanoimprint Lithography (2015)
  • 著者名/発表者名: Ying-Yu Lai,Akihiro Matsutani,Tien-Chang Lu,Shing-Chung Wang,Fumio Koyama
  • 学会等名: Photonics West2015
  • 発表場所: The Moscone Center(San Francisco)
  • 年月日: 2015-02-07 – 2015-02-12
• [学会発表] Virtually Image Phased Array based on Bragg Reflector Waveguide for Large-port Optical Switching (2015)
  • 著者名/発表者名: Fumio Koyama
  • 学会等名: Photonics West2015
  • 発表場所: The Moscone Center(San Francisco)
  • 年月日: 2015-02-07 – 2015-02-12
  • 招待講演
• [学会発表] Wavelength Engineering of MEMS VCSELs-Waveleng tuning, athermalization and new functions (2014)
  • 著者名/発表者名: Fumio Koyama
  • 学会等名: International Conference on Small Science, ICSS 2014
  • 発表場所: Eaton Hotel,Kowloon(HongKong)
  • 年月日: 2014-12-08 – 2014-12-11
  • 招待講演
• [学会発表] Microfabrication of 4H-SiC by Reactive Ion Etching Using XeF2 Plasma (2014)
  • 著者名/発表者名: Akihiro Matsutani,Fumio Koyama
  • 学会等名: 2014 International Symposium on Dry Process, DPS2014
  • 発表場所: Annex Hall of the PACIFICO YOKOHAMA
  • 年月日: 2014-11-27 – 2014-11-28
• [学会発表] Dry Etching of 4H-SiC using Ar/F2 Plasma (2014)
  • 著者名/発表者名: Akihiro Matsutani,Fumio Koyama
  • 学会等名: 27th International Microprocesses and Nanotechnology Conference, MNC2014
  • 発表場所: Hilton Fukuoka Sea Hawk
  • 年月日: 2014-11-04 – 2014-11-07
• [学会発表] VCSEL Photonics for High-Speed Optical Interconnects (2014)
  • 著者名/発表者名: Fumio Koyama
  • 学会等名: The 4th Annual World Congress of Nano Science & Technology-2014, Nano-S&T2014
  • 発表場所: Hilton Qingdao Golden Beach
  • 年月日: 2014-10-29 – 2014-10-31
  • 招待講演
• [学会発表] Improvement in Crosstalk of 200-Port Bragg Reflector Waveguides Array-based Wavelength Selective Switch (2014)
  • 著者名/発表者名: Xiaodong Gu,Kenya Suzuki,Yuichiro Ikuma,Akihiro Matsutani,Fumio Koyama
  • 学会等名: IEEE Photonics Conference, IPC2014
  • 発表場所: Hyatt Regency La Jolla(San Diego)
  • 年月日: 2014-10-12 – 2014-10-16
• [学会発表] High-speed Compact Electro-absorption Modulator Laterally Integrated with VCSEL (2014)
  • 著者名/発表者名: Hamed Dalir,Yuta Takahashi,Fumio Koyama
  • 学会等名: European Conference on Optical Communications, ECOC 2014
  • 発表場所: Palais des Festivals et des Congres(Cannes)
  • 年月日: 2014-09-21 – 2014-09-25
• [学会発表] 60-channel Wavelength Selective Switch on Bragg Reflector Waveguides Array with 125 Output-ports (2014)
  • 著者名/発表者名: Xiaodong Gu,Kazunori Seno,Hiromasa Tanobe,Fumio Koyama
  • 学会等名: European Conference on Optical Communications, ECOC 2014
  • 発表場所: Palais des Festivals et des Congres(Cannes)
  • 年月日: 2014-09-21 – 2014-09-25
• [学会発表] Ultra-compact and High-bandwidth (>30GHz) Modulator Integrated VCSEL with Transverse-mode Beating (2014)
  • 著者名/発表者名: Hamed Dalir,Yuta Takahashi,Fumio Koyama
  • 学会等名: IEEE International Semiconductor Laser Conference
  • 発表場所: Meria Palas Atenea(Palma de Mallorca)
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] Beam scanner integrated VCSEL with electro-thermal wavelength tuning (2014)
  • 著者名/発表者名: Toshikazu Shimada,Hamed Dalir,Akihiro Matsutani,Fumio Koyama
  • 学会等名: IEEE International Semiconductor Laser Conference
  • 発表場所: Meria Palas Atenea(Palma de Mallorca)
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] Athermal multi-wavelength VCSEL array employing thermally actuated micromachined mirrors (2014)
  • 著者名/発表者名: Masanori Nakahama,Takahiro Sakaguchi,Akihiro Matsutani,Fumio Koyama
  • 学会等名: IEEE International Semiconductor Laser Conference
  • 発表場所: Meria Palas Atenea(Palma de Mallorca)
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] High speed modulation and new functions of transverse coupled cavity VCSEL (2014)
  • 著者名/発表者名: Fumio Koyama,Hamed Dalir
  • 学会等名: iNOW2014, International Nano-Optoelectronics Workshop
  • 発表場所: Academic University, St.Petersburg(ロシア）
  • 年月日: 2014-08-10 – 2014-08-22
  • 招待講演
• [学会発表] Highly angular dependent high contrast grating mirror for transverse mode control of VCSELs (2014)
  • 著者名/発表者名: Shunya Inoue,Fumio Koyama
  • 学会等名: iNOW2014, International Nano-Optoelectronics Workshop
  • 発表場所: Academic University, St.Petersburg(ロシア）
  • 年月日: 2014-08-10 – 2014-08-22
• [学会発表] Highly Stable Operations of High Speed Transverse Coupled Cavity VCSELs (2014)
  • 著者名/発表者名: Hamed Dalir,Fumio Koyama
  • 学会等名: The OptoElectronics and Communication Conference 2014
  • 発表場所: The Melbourne Convention and Exhibition Centre
  • 年月日: 2014-07-06 – 2014-07-10
• [学会発表] Athermal and Widely Tunable VCSEL with Bimorph Micromachined Mirror (2014)
  • 著者名/発表者名: Masanori Nakahama,Takahiro Sakaguchi,Akihiro Matsutani,Fumio Koyama
  • 学会等名: The OptoElectronics and Communication Conference 2014
  • 発表場所: The Melbourne Convention and Exhibition Centre
  • 年月日: 2014-07-06 – 2014-07-10
• [学会発表] Large Enhancement in Modulation Bandwidth of Low-Voltage Slow Light Bragg Reflector Waveguide Modulator (2014)
  • 著者名/発表者名: Xiaodong Gu,Ayako Suzuki,Hamed Dalir,Akihiro Matsutani,Fumio Koyama
  • 学会等名: The OptoElectronics and Communication Conference 2014,
  • 発表場所: The Melbourne Convention and Exhibition Centre
  • 年月日: 2014-07-06 – 2014-07-10
• [学会発表] High-Contrast Grating Spatial Mode Filter for Widely Tunable Vertical Surface Emitting Laserfor (2014)
  • 著者名/発表者名: Shunya Inoue,Fumio Koyama
  • 学会等名: 19th Microoptics Conference, MOC2014
  • 発表場所: Campus Saint Jean d'Angely (Nice, France)
  • 年月日: 2014-06-24 – 2014-06-27
• [学会発表] High-speed modulation of transverse-coupled-cavity VCSELs (2014)
  • 著者名/発表者名: Fumio Koyama,Hamed Dalir
  • 学会等名: SPIE, Photonics Europe
  • 発表場所: SQUARE Brussels Meeting Centre(Brussels)
  • 年月日: 2014-04-14 – 2014-04-17
  • 招待講演
• [備考] フォトニクス集積システム研究センター
  • URL: http://vcsel-www.pi.titech.ac.jp/index-j.html
• [産業財産権] 光変調機能付き面発光レーザ (2014)
  • 発明者名: 小山二三夫，ハメド ダリル
  • 権利者名: 東京工業大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2014-162088
  • 出願年月日: 2014-08-08
  • 取得年月日: 2015-02-24