マイクロマシンを用いた微小共振器波長可変光フィルタ

2005 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 04J04597
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: WIGANES 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 特別研究員(DC1)
• Keywords: 光フィルタ / マイクロマシン / 波長可変化 / 微小共振器 / 半導体多層膜 / 光ネットワーク / 静電気力 / 熱応力

Research Abstract

提案した2重共振器構造を持つ波長可変光フィルタの製作・評価を行っている。半導体多層膜の層数を増やすことで共振器内のQ値を高め、フィルタの狭帯域化を図った。製作した波長可変光フィルタは、上部ミラー18.5ペア、真ん中のミラー45.5ペアと下部ミラー16.5ペアのGaAs/Ga_<0.2>Al_<0.8>As多層膜からなる。理論検討により、本構造を用いて、フィルタ帯域幅0.6nm、100GHzチャンネル間隔、データ速度40Gbpsでの動作が可能であることが判った。
製作したマイクロマシンフィルタの片持ち梁の長さと幅はそれぞれr80μmと10μm、ミラーの直径は18μmである。p-nジャンクションの特性を利用した静電気駆動と熱応力駆動を組み合わせることで、共振波長のブルーとレッド・シフトが可能になり、広帯域波長可変動作を達成することが可能となる。実験により、印加電力17Vで波長可変幅8nm、フィルタ波長の温度依存性0.12nm/K、スイッチング時間115μsを確認した。p-nジャンクションの降伏電圧が8Vであるため、電圧8V以上で熱駆動、電圧8V以下で静電気駆動動作をする。フィルタ波長の可変動作として静電気と熱応力の両方を利用することで、2重共振器構造を持つフィルタの広帯域波長可変動作、高速スイッチングが可能であることを実験的に実証した。
また、2重共振器構造を持つフィルタの透過スペクトルの形状を検討した。スペクトル形状は矩形に近いほど良いため、透過スペクトルの1dBバンド幅と10dBバンド幅の比として定義される性能指数で評価した。測定されて性能指数は0.31(計算結果:0.36)であった。通常の波長を可変光フィルタの性能指数は0.13であり、実験的に2重共振器構造を持つフィルタの優位性を確認した。