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主な研究内容

機能材料研究部

光ガラス・半導体・異種材料融合集積デバイス技術

どんな技術?

研究の方向性

インターネットやスマートフォンの普及により光通信ネットワークの大容量化、省電力化が求められています。材料のポテンシャルを引き出すことで極限性能を追求し、多様なネットワークの構成を可能にする光デバイス技術の創出により未来のネットワークインフラを支えていきます。

技術分野

光ガラス、光半導体技術とそれらを融合した異種材料集積技術を用い情報通信ネットワークを支える光部品、モジュールおよび材料等を主軸として研究を進めています。

なにが特長?

石英系平面光波回路(PLC)デバイス

ファイバ形成技術とLSI加工技術を応用した作製技術と導波光学に基づく設計技術による光信号を光のまま処理する光集積回路です。低損失性、高信頼性、優れた量産性と高い設計自由度という特長を活かし、光ネットワーク構築に必要な機能を、小型・高性能な光集積回路として実現することができます。

光半導体デバイス

InPなどの化合物半導体を用いた高性能な半導体レーザや高速波長可変光源、小型光変調器などの光半導体集積デバイスです。高い発光効率をもつ化合物半導体の特性を生かし、低消費電力で高速な光信号を生成できるデバイスを結晶成長から微細加工プロセス、パッケージ化まで一貫して研究開発を行っています。

異種材料集積デバイス

波長合分波や光源といった光デバイスの機能には、材料ごとに得意な領域があります。そのため、小型で高機能なデバイスを実現する上で、石英ガラスや化合物半導体といった異種材料からなるデバイスを上手に集積することが重要です。最適な個別素子を集積するハイブリッド集積技術や、材料同士を融合して各素子を作製するヘテロジニアス集積技術を利用することで、目的の機能に応じた様々な異種材料集積デバイスを実現することができます。

図1 解説図

なにができる?

石英系PLC-波長合分波器

アレイ導波路回折格子(AWG)は、波長ごとに光を取り出したり、複数の波長をまとめる機能を持たせた、光回路型の波長合分波器です。石英系PLCのAWGは波長分解能が高く、高密度な光波長多重伝送(WDM)を実現できるため、世界中のWDMシステムで採用されています。

図2 石英系PLC-波長合分波器

EA変調器集積DFBレーザアレイ

メトロ・アクセス系と呼ばれる短距離光ネットワークに用いられる光源です。半導体レーザからの出力光をEA変調器により高速な光信号に変換し、さらにそれを4チャネル分束ねることで大容量な情報を伝送できます。また、広い温度範囲で低消費電力に光信号の生成が可能なため、光ネットワークのグリーン化に貢献します。

図3 EA変調器集積DFBレーザアレイ

  • 図3 EA変調器集積DFBレーザアレイ
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ヘテロジニアス集積型コヒーレントレシーバ

コヒーレントレシーバは100/400-Gb/sといった大容量コアネットワーク構築に必要なデバイスです。石英系PLCの得意な高性能な偏波分離素子・干渉計と、InP系の高速な受光素子の組み合わせることで、より高性能なレシーバが期待できます。この組み合わせをヘテロジニアス集積技術を用いて実現することで、異種材料からなる素子を高密度かつ高光結合効率に集積したデバイスの作製に成功しました。

図4 ヘテロジニアス集積型コヒーレントレシーバ

  • 図4 ヘテロジニアス集積型コヒーレントレシーバ
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略称

PLC
: Planar Lightwave Circuit (平面光波回路)
InP
: Indium Phosphide (リン化インジウム)
AWG
: Arrayed Waveguide Grating (アレイ導波路回折格子)
WDM
: Wavelength Division Multiplex (波長分割多重)
EA変調器
: Electro-Absorption (電界吸収型) 変調器
DFBレーザ
: Distributed Feedback (分布帰還型)レーザ
PD
: Photodiode (フォトダイオード)
LD
: Laser Diode (レーザダイオード)
MMI
: Multi Mode Interferometer (多モード干渉導波路)
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