High-speed imaging using semiconductor optical phased array

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 18H03769
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 21:Electrical and electronic engineering and related fields
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Tanemura Takuo 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (90447425)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 光集積デバイス / イメージング / 光フェーズドアレイ

Outline of Final Research Achievements

We aimed to develop an imaging method using a large-scale optical phased array integrated on a semiconductor chip. First, an optical phased array with 128 thermo-optic phase controllers integrated on a silicon chip was designed and fabricated, and ghost imaging was successfully demonstrated. In addition, by connecting it to a multimode fiber, a high-resolution two-dimensional imaging function was demonstrated. Furthermore, we proposed and fabricated a non-redundant optical phased array and achieved more than 19,000 resolvable points. For high-speed applications, we designed and fabricated carrier-injection-based device on InP and demonstrated nanosecond-order response time.

Free Research Field

集積フォトニクス

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、まず、ゴーストイメージング手法を光集積フェーズドアレイ素子に初めて導入することで、従来課題であった精密な光位相制御を不要とし、素子の作製誤差や環境変化に依存しない計測手法を新しく実証した。さらに、解像可能点数が光位相シフタ数の二乗でスケールする非冗長アレイ構成を新たに見出し、波長掃引を用いない光フェーズドアレイ素子の実証例としては過去最大となる空間分解点数を達成した点も、学術的意義が大きい。光集積フェーズドアレイを用いた小型かつ実用的なイメージング素子の実現可能性を実証したことにより、LIDAR（ライダー）や医療／生体イメージングなど、広範な産業分野への応用が期待される。