| 研究課題/領域番号 |
26249047
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
水本 哲弥 東京工業大学, 理工学研究科, 教授 (00174045)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | 光ルータ / シリコンフォトニクス / 光アイソレータ / 光サーキュレータ / 磁気光学 / 直接接合 |
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| 研究実績の概要 |
光信号をルーティング処理する光ルータを構成するために必要なシリコン光集積回路の開発を進め、光ルータ実現の基礎を構築することが本研究の目的である。光ルータに必要な機能をシリコンプラットフォーム上で実現するため、プラズマ処理による表面活性化接合による異種材料集積技術を確立し、光ルータに必要な光回路を製作する。本研究では、(1)光信号のルーティング処理に必要な波長変換器、(2)波長スイッチ、光バッファなどの光信号ルーティング機能、(3)波長変換器、光信号ルーティングデバイス等を集積した光信号ルーティング回路の実現を目指している。
平成26年度では、光ルータ機能に必要な波長変換器、波長スイッチ、光バッファなどの個々の光回路の開拓を目的として研究を行った。主な成果は、次のとおりである。
(1)波長変換器：波長変換器を構成する光アイソレータとTE-TMモード変換器を集積化し、光アイソレータとTEモード動作の能動素子との集積化の目途を得た。今後は、光アイソレータの低損失化と半導体光増幅器の形成に必要な化合物半導体GaInAsPをSi上に接合した後に、光アイソレータに必要な磁気光学ガーネットを接合する技術を開拓する必要がある。
(2)波長スイッチ：1550 nm波長帯において、複数の波長信号に対して波長ごとに経路を選択するスイッチ機能を実現するために、波長選択スイッチを検討した。波長合分波器としてアレイ導波路格子とマイクロリング共振器を、経路切替えスイッチとして熱光学効果を用いた光スイッチを構成要素として検討し、on/off比9 dB、波長間隔8 nmの4チャネル波長選択スイッチの動作実証に成功した。
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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
当初計画していた異種材料の接合について、ほぼ目的どおりの成果が達成されている。すなわち、磁気光学ガーネット及びIII-V族化合物半導体を、プラズマ活性化接合法によりシリコン導波路上に直接集積することに成功している。
この異種材料接合技術を利用して、ルーティング回路を構成する個別の光回路素子についても検討を開始している。特に、波長変換器を構成する際に必要な逆方向伝搬を阻止する光アイソレータについて、これまで実現されていなかったTEモード光に対する動作の実現と動作波長範囲の広帯域化を達成している。これらは、波長変換に必要な光学活性層がTEモードで動作するためにその動作モードに対応することと、光学利得の波長範囲を有効に利用するために必要な特性であり、波長変換器用のデバイスとして必要な所期の動作を実現することができた。
また、波長を選択して経路切替えを行う波長選択スイッチについても、選択波長のスイッチング動作を達成している。
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| 今後の研究の推進方策 |
波長変換器に適用するために、TEモードで動作する光アイソレータの挿入損失の低減を図る必要がある。磁気光学ガーネット材料の光吸収低減と導波路構造の最適化及び適切なクラッド層装荷によってこの課題を解決したい。また、光学的活性媒質と組み合わせて光回路で使用することを考慮すると、光アイソレータの動作特性を温度無依存化する必要がある。磁気光学ガーネットの屈折率及び磁気光学特性の温度係数を明確化し、この結果を用いて温度無依存光アイソレータのデバイス設計・製作を行い、温度無依存動作を達成する。光アイソレータについては、これらの特性改善を図る。
波長選択スイッチについては、挿入損失の低減とon/off消光比の改善が必要である。波長選択機構を再検討し、低損失な合分波を実現する。また、on/off消光比の改善については、スイッチング素子であるマッハツェンダ干渉計の合分岐素子の等分岐比実現と干渉導波路間の損失ばらつきの改善によって達成を目指す。
最終的には、各光回路素子を集積化してルーティングに必要な機能の実現を目指す。
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