| 研究課題/領域番号 |
22K04248
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| 研究機関 | 東海大学 |
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研究代表者 |
藤川 知栄美 東海大学, 情報理工学部, 教授 (70319375)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| キーワード | スポットサイズコンバータ / 自己形成光導波路 / 光結合 / 光硬化性樹脂 / シリコン光チップ / シリコン導波路 / アレイ化 |
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| 研究実績の概要 |
【はじめに】光配線による光接続（光インターコネクト）技術は，古典的なメタル配線におけるボトルネックとなっている多くの課題を克服する大きな解決策であると期待されている．一つのシリコン基板上に光導波路および電子回路が集積されたシリコン光チップは，高密度および大容量の将来の光配線実現の鍵である．シリコン光チップと光ファイバ間を光結合するための結合デバイスは，実用的な光結合効率，極めて微細でしかも容易なアライメントが要求される．本研究では，スポット径の異なるシリコン導波路と光ファイバ間の効率的な光接続，および簡易に作製可能な光結合用スポットサイズコンバータを提供することを目的としている．
【提案したスポットサイズコンバータのアレイ化に関する試作および評価】昨年度提案したシングルモードファイバ端面に自己形成光導波路（Self-Written Waveguide: SWW）技術を用いてシリコン光チップ端面に作製するスポットサイズエキスパンダについて，そのアレイ化を試みた．シリコン光チップ端面に試作し，評価を行ったスポットサイズエキスパンダは，シリコン光チップからの出射光ビームを拡大し，標準シングルモードファイバのスポットサイズに一致させるスポットサイズコンバータであり，光結合における実装上の課題となるアライメント精度を緩和できる．シリコン光チップでは，シリコン導波路が平行して配置されていることが多く，これを考慮してスポットサイズエキスパンダをアレイ化する方法の提案と試作を行った．作製したスポットサイズエキスパンダアレイの形状評価を行った．
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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
昨年の実施状況報告における今後の研究の推進方策では，（１）シミュレーションによるテーパピラー型デバイスの最適作製条件の検討，（２）スポットサイズエキスパンダのアレイ化を予定していた．テーパピラー型デバイスよりもスポットサイズエキスパンダのほうが，実装上のアライメント精度を緩和できることから有用と判断し，（１）の具体的な検討を保留し，（２）のアレイ化の検討を優先した．シリコン光チップ端面に，アレイ化したスポットサイズエキスパンダの作製を試みた．入手したシリコン光チップのシリコン導波路の配置の都合上3チャネル（個）以上の作製が困難であったことから，現在のアレイ化数は2チャネル（個）である．そのため，まずはスライドガラス基板上に3個以上のアレイ化スポットエキスパンダの作製を試みた．スライド基板上に作製した4チャネル（個）のスポットサイズエキスパンダの直径および曲率半径について，電子顕微鏡を用いてその形状を撮影／計測し，再現性を得た．
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| 今後の研究の推進方策 |
（１）2023年度にアレイ化を試みたスポットサイズエキスパンダのアレイ化数の増加を試みる．まず（a）シリコン光チップの端面に作製した2個のアレイ化スポットサイズエキスパンダの結合効率の評価を行う．同時並行で，（b）形状再現性の改善が期待できるフォトマスク転写法を用いて，スポットサイズエキスパンダを作製することを試みる．実際にシリコン光チップとファイバとの光結合実験を行い，評価する予定である．
（２）シミュレーションにより，テーパピラー型デバイス（スポットサイズコンバータ）の最適作製条件を検討する．自己形成光導波路（SWW）技術では，紫外光が樹脂中を光が伝搬しながら樹脂の屈折率を変化させ光導波路を形成する．使用する紫外光の波長および光硬化性樹脂の種類ごとに，作製されるSWW形状が異なることがわかっている．紫外光の回折による影響と，紫外光が屈折率を変化させながら樹脂中を伝搬することと，実際に作製されるデバイス形状にはどちらがより影響を及ぼすか，評価・検討を行う．実験とシミュレーションを同時並行で進めることにより，いずれの作製パラメータが実際に形成されるデバイスの形状に大きく影響を及ぼすのか，の知見を得て，所望の形状のスポットサイズコンバータを作製する予定である．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
【理由】提案した結合デバイスの結合効率の評価を容易にするための計測システム一式として設計し購入予定であったが，予備実験中に既存の実験に必須である実験装置が故障したことから優先順位を考慮し購入計画変更の必要が生じた．
【使用計画】アレイ化した提案光結合デバイスの結合効率の評価に使用する計測システムに必要な実験装置の購入に使用する予定である．
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