Development of ultra-low power consumption semiconductor optical modulator integrated with antenna for next-generation radio-over-fiber systems

开发用于下一代光纤无线电系统的与天线集成的超低功耗半导体光调制器

• 批准号: 21H01841
• 负责人: 荒川 太郎
• 金额: $ 11.23万
• 依托单位: Yokohama National University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01841/
• 关键词: 光変調器; 光無線; アンテナ; 量子井戸; 光無線システム; 半導体

本研究では、次世代光ファイバー無線（RoF）システム実現のキーデバイスとなる超低電界動作アンテナ集積型半導体器光変調器を開発し、動作実証することを目的としている。今年度は、半絶縁性InP基板上にプリンテッドダイポールアンテナ集積直線導波路型位相変調器を作製し、その動作特性を評価した。成長法には有機金属気相成長法を用い、ファウンダリに作製を依頼した。次に、電子ビーム露光法および誘導結合プラズマドライエッチング法を用いて、直線導波路構造を有する位相変調器を作製し、上部にスリットアンテナを形成した。アンテナは有限要素法解析を用いて設計し、60 GHzの無線信号に強く共振するように設計した。 平面アンテナ中央部分に微小なギャップを設けており、 このギャップ直下にはpin 接合を有する五層非対称結合量子井戸光導波路が形成されている。 この構造により無線ミリ波信号受信時にその共振電界がギャップ部で増幅され、その電界が直下の導波路に垂直に印加される。その結果、FACQWの量子閉じ込めシュタルク効果により屈折率変化を生じ位相変調を実現した。作製したデバイスの電波受信特性および位相変調特性を評価した。ミリ波信号をデバイス上部から60.0GHz無線ミリ波信号を照射し、搬送光(波長1550nm)を変調し、受信電波により光変調が実現できていることが確認された。CSR (Carrer Sideband Ratio)は約60 dBでn型InP基板を用いた先行デバイスと比較して約3 dBの特性向上が見られた。さらに、60GHz無線信号の復調実験を行い、 7dBの信号対雑音比での復調も実証した。

This study aims to develop and demonstrate the ultra-low-voltage operation of integrated semiconductor optical modulators for the next generation of optical fiber radio (RoF) systems. This year's integrated linear waveguide phase modulator on a semi-insulating InP substrate is evaluated for its operation characteristics. Growth method Organic metal phase growth method Second, the electronic light exposure method and the induction combination method are used, and the linear waveguide structure is used to control the phase modulator, and the upper part is formed. Design for strong resonance of 60 GHz wireless signals using finite element analysis A five-layer asymmetric quantum well optical waveguide is formed in the central part of the plane. The structure of the radio signal when the resonance of the electric field is increased, the electric field of the vertical waveguide As a result, FACQW's quantum closure process has been implemented. We will evaluate the radio wave reception characteristics and phase modulation characteristics of the manufacturing equipment. The upper part of the radio signal is 60.0 GHz. The radio signal is irradiated, transmitted light (wavelength 1550nm) is modulated, and the received radio wave is modulated. CSR (Carrer Sideband Ratio) is about 60 dB higher than that of n-type InP substrate. Today, 60GHz wireless signal polymodulation implementation, 7dB signal to noise ratio polymodulation implementation

项目成果

Design of High-Order Series-Coupled Microring Resonator Wavelength Filter with Differential Evolution Method

微分进化法高阶串联耦合微环谐振器波长滤波器设计

• DOI: 10.35848/1347-4065/ac692f
• 发表时间: 2022
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics
• 影响因子: 1.5
• 作者: 時田茂樹;奥田弘礼;韓氷羽;梅原さおり;吉田斉;小川泉;仁木秀明;河仲準二;宮永憲明;南川丈夫;Yudai Udagawa and Taro Arakawa
• 通讯作者: Yudai Udagawa and Taro Arakawa

Proposal of compact multimode interference optical modulator with high extinction ratio

紧凑型高消光比多模干涉光调制器的提出

• DOI: 10.35848/1347-4065/ac6f41
• 发表时间: 2022
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics
• 影响因子: 1.5
• 作者: Choi Samuel;Ota Takeru;Nin Fumiaki;Shioda Tatsutoshi;Suzuki Takamasa;Hibino Hiroshi;Kento Sato and Takehito Suzuki;南川丈夫;Yuhei Kanesaka and Taro Arakawa
• 通讯作者: Yuhei Kanesaka and Taro Arakawa

Compact high-extinction-ratio multimode interference electroabsorption modulator

紧凑型高消光比多模干扰电吸收调制器

• 发表时间: 2021
• 作者: Antonia Lichtenegger;Pradipta Mukherjee;Junya Tamaoki;Lida Zhu;Lixuan Bian;Ibrahim Abd El-Sadek;Shuichi Makita;Konrad Leskovar;Makoto Kobayashi;Bernhard Baumann;Yoshiaki Yasuno;Y. Kanesaka and T. Arakawa
• 通讯作者: Y. Kanesaka and T. Arakawa

Design of Silicon Microring Resonator-Loaded Mach-Zehnder Modulator for Cryogenic Operation

用于低温操作的硅微环谐振器负载马赫曾德尔调制器的设计

• 发表时间: 2022
• 作者: 黒岩直輝;西剛史;太田弘道;助永壮平;柴田浩幸;Yoshitaka Yamato and Taro Arakawa
• 通讯作者: Yoshitaka Yamato and Taro Arakawa

Photoresistless fine Cu patterning on PEEK substates by electroless plating

通过化学镀在 PEEK 基材上进行无光致抗蚀剂精细铜图案化

• 发表时间: 2021
• 作者: Y. Shinobu;Y. Horiuchi;J-H. Noh;O. Takai;H. Honma;and T. Arakawa
• 通讯作者: and T. Arakawa