グレーティング素子を用いた情報処理用モノリシック光集積回路の研究

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本研究は半導体導波路を用いてレーザ光源とグレーティング素子を集積した各種モノリッシック光集積回路を実現するための基礎的な諸問題を検討することを目的とした。得られた成果を以下に要約する。1.量子井戸(SQW)分布帰還(DFB)レーザと導波型グレーティング素子の集積化を可能にするため、分布屈折率分離閉込めヘテロ構造(GRIN-SCH)導波路を用いた各種グレーティング素子の理論解析を初めて行い、高効率と良好な波面変換機能を実現できることを示し、設計法を確立した。2.半導体導波路における3次回折グレーティング結合器について、多層反射膜構造を用いた低次回折・不用放射の抑圧について理論的に解析し、高効率化が図れることを明らかにした。3.ディープサブミクロンの極微細曲線構造を有するグレーティング素子を半導体導波路内に作製するため、電子ビーム直接描画と2段階反応生イオンエッチング転写による加工を検討し、作製技術を確立した。4.モノリッシック光集積回路の例として、(1)3種のグレーティング素子(集光グレーティングカップラ,グレーティングビームスプリッタ,分布ブラッグ反射器)、GRIN-SCH-SQW DFBレーザと2素子のフォトダイオードを集積化した光集積位置・変位センサ、(2)2種のグレーティング素子(集光グレーティングカップラ,グレーティングビームスプリッタ)、GRIN-SCH-SQW DFBレーザと4素子のフォトダイオード集積した光集積ディスクピックアップヘッドの構成を提案し、全体的な設計と理論性能予測を行った。5.実際に(1)の光集積位置・変位センサを作製し、実験によりデバイスが実働しサブミクロンの変位計測機能が実現できたこと示した。また(2)の光集積ディスクピックアップヘッドのプロトタイプを作製し、実験的に重要な基本機能を確認した。これにより本研究のアプローチの有効性を実証できた。