Study on a phase-change optical switch for low-power-consumption reconfigurable photonic networks

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GST、GSSTをシリコン光導波路上に装荷した場合の材料寸法と位相変化、損失の関係を検討した。Si光導波路上でGST、GSST等の相変化材料を装荷する部分は、長さ100 ミクロンのテーパ導波路により、2.0 ミクロンまで幅を広げる。相変化材料の幅は1.0 ミクロンと仮定する。マッハツェンダー型光スイッチをプッシュプル動作させる場合に90度の位相変化が必要である。約1.8 ミクロンのGST長が必要であり、アモルファス状態での損失が約1 dB、結晶状態での損失が約14 dBとなる。一方、GSST膜厚が30 nmの場合に、90度の位相変化が得られるとき、約1.7 ミクロンのGSST長が必要であり、アモルファス状態での損失が1 dB未満、結晶状態での損失が約5 dBとなる。GSTよりも高性能なマッハツェンダー型光スイッチを構成できることを示している。クロスポイント型では、導波路の交差部に相変化材料の円形薄膜を装荷する。プッシュプル動作のためにマッハツェンダー光回路の二つのアームには、90度の位相差を与えている。GSTの場合、直径0.86 ミクロンの薄膜を装荷すれば、交差あたり90度の位相変化が得られるので、各アームに一つのクロスポイントがあればスイッチ動作が可能である。一方、GSSTの場合は、直径0.95 ミクロンの薄膜を装荷すれば、交差あたり90度の位相変化が得られる。各アームに二つのクロスポイントがあれば良い。シリコン光導波路に直接電流を注入して加熱する光スイッチ、pn接合部を加熱する光スイッチ、TiNヒータによって加熱する光スイッチ、上部から光を照射して加熱する光スイッチとその構成要素を切り出した素子などが搭載されたシリコンベース回路の試作も実施した。