微小デジタル光デバイスの基礎研究

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本研究は,光通信ネットワークにおいて,伝送光信号のデジタル処理を電子回路の助けを借りずに行う微小なデジタル光デバイスを実現するための基礎研究である.平成14年度は,具体的には以下の項目の研究を行った.(1)微小光導波路の解析と試作:微小デジタル光デバイスを実現する上で鍵となるのは,コンパクトに光配線を行う曲率半径の小さい光導波路である.ここでは,従来と全く異なる発想によるプラズモンモード金属光導波路を研究した.このような新しい光導波路の理論解析,数値解析を通じて光伝搬メカニズムを解明するとともに,同光導波路を試作し,光通信波長(1.55μm)における伝搬特性を測定評価した.(2)サブバンド間遷移巨大・超高速光非線型性発現のための超格子構造の設計:本研究では,高効率・超高速光非線型性の実現に,半導体多重ヘテロ接合におけるサブバンド間遷移を用いる.本年度はGaN/AlN超格子のサブバンド間遷移波長を設計するツールを開発した.(3)超格子形成のための結晶成長技術の検討:上記のサブバンド間遷移を実現するGaN/AlN超格子構造の有機金属気相エピタキシャル成長法(MOVPE)を研究し,単原子層で急峻に切り替わる界面を形成する方法および,転位密度を低減する新たな構造を開発した.これを利用して,MOVPEとしては世界最短のサブバンド間遷移波長(1.68μm)を実現した.(5)光フリップフロップ動作検証実験:コンパクトな全光フリップフロップをInGaAsP/InP系材料のMOVPEにより試作,開発し,数dBm程度の極めて低い制御光パワーで,全光フリップフロップが可能であることを実証した.