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2015 年度 実績報告書

高屈折率コア/電気光学ポリマー導波路構造の低電圧動作光変調器

研究課題

研究課題/領域番号 26289108
研究機関九州大学

研究代表者

横山 士吉  九州大学, 先導物質化学研究所, 教授 (00359100)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワード電気光学 / ポリマー / 光導波路 / 光変調 / シリコン / ハイブリッド / 高周波
研究実績の概要

本研究の目的は、電気光学(EO)ポリマーを用いた光導波路変調器の低電圧動作を実現するため、高屈折率光導波路を応用したハイブリッド導波路を設計・作製し、その高性能な光変調特性を実証することである。本年度は、これまでに進めてきた最適化構造をもとに光導波路作製を進め光変調の低電圧動作と高速応答特性を評価した。
本研究ではこれまでに高屈折率コアとしてTiO2を選定してハイブリッド導波路を進めてきているが、本年度は新たにシリコンを用いた導波路作製を行った。これによって研究の目標とする光集積への展開が期待できる。作製したシリコン/EOポリマーハイブリッド光導波路の基本的な光学特性評価を進めると同時に、マッハツェンダー型変調器に応用することで動作電圧2Vで10MHz応答の強度変調特性を確認することができた。さらにシリコン光集積回路への結合のためシリコン細線導波路との融合についても、低損失の導波路結合を実現した。本成果はApp.Phys.Lett.に報告した。
さらなる光変調の広帯域化を目指し、作製したシリコン/EOポリマーハイブリッド導波路に進行波型電極を集積した高速光変調器の試作を行った。変調光の透過スペクトル解析から~40GHzレベルの帯域特性を得ることができた。さらに電極構造をCPW型からサンドイッチ型に改良した光導波路を作製することによって、半波長電圧の低減と高周波応答特性を兼ね備えたハイブリッド型デバイスの作製を実現した。

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

本年度は、ハイブリッド型光導波変調器の低電圧動作と高速応答を実現するため、TiO2、またはシリコンとEOポリマーを融合したデバイス作製と光学特性評価に注力して研究を進めた。その結果、光導波路の電気光学定数として100pm/Vレベルの特性を実現した。また、動作帯域をギガヘルツレベルに高めるため、高周波伝送が可能な電極作製を行った。その結果、最高で40GHzの明確な変調動作を確認することができた。これらの結果は、応用物理系誌(Appl. Phys.Lett.)に採択された。本年度の進展は、本研究課題で最終目的とするポリマー応用の超高速光導波路デバイスの小型化と低電圧動作につなげる上でも重要である。

今後の研究の推進方策

本年度までに、研究目標とするデバイスEO特性の高性能化を実現する基礎特性を評価し、低電圧動作と高速応答に関する知見を得た。動作電圧の低減に関しては、導波路構造のさらなる改良によって最適化することが可能であり、最終的に1V台のデバイス駆動を目指す。また、高速動作については当初、10GHzレベルの応答を目指していたが、これまでの研究で40GHz越えの応答も期待できる。そのためさらに導波路構造の高精度化を進め、最終目標の達成とEOポリマー応用の高性能光導波路デバイスの実現を目指す。

次年度使用額が生じた理由

本年度は、シリコンEOポリマーハイブリッド導波路構造を初めて作製し、特性評価の結果目標を大きく上回る広帯域特性を実現できる可能性が示唆された。次年度でその詳細を評価する予定であるが、翌年度分と併せて研究設備費に投入した方が、より高度な測定と成果が得られると判断した。

次年度使用額の使用計画

シリコンEOポリマーハイブリッド光導波路の評価を行うため、高周波測定用部材を購入する。

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (13件) (うち国際学会 7件、 招待講演 6件)

  • [国際共同研究] カールスーエ工科大学(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      カールスーエ工科大学
  • [雑誌論文] Ultra-thin silicon/electro-optic polymer hybrid waveguide modulators2015

    • 著者名/発表者名
      Qiu Feng, Hiromu Sato, Andrew M. Spring, Daisuke Maeda, Masa-aki Ozawa, Keisuke Ozawa, Isao Aoki, Akira Otomo, Shiyoshi Yokoyama
    • 雑誌名

      Appl. Phys. Lett.

      巻: 107 ページ: 123302-1-6

    • DOI

      10.1063/1.4931490

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Electro-optic polymer for ultra fast optical modulator2016

    • 著者名/発表者名
      Shiyoshi Yokoyama
    • 学会等名
      10th International COnference on Optics-photonics Design and Fabrication
    • 発表場所
      WeingartenGermany
    • 年月日
      2016-03-01
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Hybrid EO polymer modulator to CMOS compatible waveguides2016

    • 著者名/発表者名
      Shiyoshi Yokoyama
    • 学会等名
      SPIE Photonics West 2016
    • 発表場所
      San FransiscoUnited States of America
    • 年月日
      2016-02-16
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Low-loss hybrid ultra-thin silicon and polymer waveguide and modulator application2016

    • 著者名/発表者名
      Shiyoshi Yokoyama
    • 学会等名
      SPIE Photonics West 2016
    • 発表場所
      San FransiscoUnited States of America
    • 年月日
      2016-02-16
    • 国際学会
  • [学会発表] Hybrid Thin Slicon Nitride and Electro-optic polymer Waveguide Modulators2015

    • 著者名/発表者名
      Masaaki Ishino, Shiyoshi Yokoyama
    • 学会等名
      The 15th Microoptics Coference
    • 発表場所
      福岡国際会議場
    • 年月日
      2015-10-27
    • 国際学会
  • [学会発表] Electro-optic Side-chain Polymers Containing Adamantyl Groups and Hih-hyperpolar Chromophores vis the Huisgen Reaction and their Optical properties2015

    • 著者名/発表者名
      Shogo Takeuchi, Andrew Spring, Kazuhiro Yamamoto, Shiyoshi Yokoyama
    • 学会等名
      The 15th Microoptics Coference
    • 発表場所
      福岡国際会議場
    • 年月日
      2015-10-27
    • 国際学会
  • [学会発表] Fabrication of No-bias MMI-MZI Modulator Based on EO Polymer2015

    • 著者名/発表者名
      Hiromu Sato, Kazuhiro Yamamoto, Shiyoshi Yokoyama
    • 学会等名
      The 15th Microoptics Coference
    • 発表場所
      福岡国際会議場
    • 年月日
      2015-10-27
    • 国際学会
  • [学会発表] Electro-optic polymer modulatoer for low-driving voltage and large bandwidth application2015

    • 著者名/発表者名
      Shiyoshi Yokoyama
    • 学会等名
      2015 CRL Forum International
    • 発表場所
      東京工業大学
    • 年月日
      2015-10-19
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 電気光学ポリマー:先端研究と実用化2015

    • 著者名/発表者名
      横山士吉
    • 学会等名
      東京工業大学繊維工学科創立60周年記念シンポジウム
    • 発表場所
      東京工業大学
    • 年月日
      2015-10-16
    • 招待講演
  • [学会発表] シリコン導波路とポリマー融合による新しい光デバイスの作製2015

    • 著者名/発表者名
      横山士吉
    • 学会等名
      第64回高分子討論会
    • 発表場所
      東北大学
    • 年月日
      2015-09-17
    • 招待講演
  • [学会発表] ハイブリッド有機・シリコン光導波路の応用2015

    • 著者名/発表者名
      Shiyoshi Yokoyama
    • 学会等名
      日本学術振興会「先端ナノデバイス・材料テクノロジー第151委員会」
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2015-07-03
    • 招待講演
  • [学会発表] クリック反応を用いたサイドチェーン型電気光学ポリマーの合成と光学特性2015

    • 著者名/発表者名
      竹内将吾, SPRING ANDREW, 山本 和広, 横山士吉
    • 学会等名
      第64回高分子学会年次大会
    • 発表場所
      札幌
    • 年月日
      2015-05-28
  • [学会発表] FTCを主骨格とする電気光学色素/ポリマーの分散特性と光学評価2015

    • 著者名/発表者名
      三浦裕喜, SPRING ANDREW, 山本 和広, 横山士吉
    • 学会等名
      第64回高分子学会年次大会
    • 発表場所
      札幌
    • 年月日
      2015-05-28
  • [学会発表] 全ポリマーEO導波路の作製2015

    • 著者名/発表者名
      佐藤洸, 山本 和広, 横山士吉, 安井圭, 小澤雅昭, 大土井啓祐, 大友明
    • 学会等名
      第64回高分子学会年次大会
    • 発表場所
      札幌
    • 年月日
      2015-05-28

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公開日: 2017-01-06  

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