光の非線形伝播を用いたシリコン光デバイス構造の高速計測の基礎研究

本研究では，シリコンフォトニクスにおける光デバイスの品質検査のために必要不可欠な構造評価について，SEMやAFMなどを用いた方法とは全く異なる新しいアプローチの開拓を“目的”として、シリコン光デバイスの現在の構造評価技術の高速化に対して，初めて着想した光の非線形伝播による全く異なる構造評価アプローチの可能性を検証し、その有用性を明らかとすることを目指している．具体的には，①構造の評価方法の原理確認，②構造の評価方法の精度の検討，③適用可能な構造の自由度の項目について検討を行う．今年度は，①構造の評価方法の原理確認について，主に伝播計算の高速化と構造の評価方法の原理確認を目指す．シリコンデバイスの伝播計算シミュレーションには有限差分時間領域法が一般的に用いられるが，計算時間が長く高速化には適していない．そこで，スプリットステップフーリエ変換法を用いた高速化を新しく検討し，シミュレーションで与えた基本的な構造の推定確認を行った．その結果，基本構造であるテーパー型の導波路に対して，数秒程度の計算時間内で2.87%の推定誤差での構造推定を実現した.その結果を、SPIE Photonics West 2023（招待講演）をはじめ2件の国際会議発表を行った．また，シミュレーションによる原理確認と並行して，分担者の東京工業大学において試作した基本構造導波路デバイスに光結合デバイスを接続した評価用デバイスの準備を終えた．また、独自にデバイス構造の顕す光学特性の蓄積の試みとして、例えば4×4MMIの接続部にテーパを入れることで位相誤差が小さくなり、フィルタとしてのクロストークが改善される様子などを確認し、評価デバイスの探索を行った。

本研究では，シリコンフォトニクスにおける光デバイスの品質検査のために必要不可欠な構造評価について，SEMやAFMなどを用いた方法とは全く異なる新しいアプローチの開拓を“目的”として、シリコン光デバイスの現在の構造評価技術の高速化に対して，初めて着想した光の非線形伝播による全く異なる構造評価アプローチの可能性を検証し、その有用性を明らかとすることを目指している．具体的には，①構造の評価方法の原理確認，②構造の評価方法の精度の検討，③適用可能な構造の自由度の項目について検討を行う．今年度は，①構造の評価方法の原理確認について，主に伝播計算の高速化と構造の評価方法の原理確認を目指す．シリコンデバイスの伝播計算シミュレーションには有限差分時間領域法が一般的に用いられるが，計算時間が長く高速化には適していない．そこで，スプリットステップフーリエ変換法を用いた高速化を新しく検討し，シミュレーションで与えた基本的な構造の推定確認を行った．その結果，基本構造であるテーパー型の導波路に対して，数秒程度の計算時間内で2.87%の推定誤差での構造推定を実現した.その結果を、SPIE Photonics West 2023（招待講演）をはじめ2件の国際会議発表を行った．また，シミュレーションによる原理確認と並行して，分担者の東京工業大学において試作した基本構造導波路デバイスに光結合デバイスを接続した評価用デバイスの準備を終えた．また、独自にデバイス構造の顕す光学特性の蓄積の試みとして、例えば4×4MMIの接続部にテーパを入れることで位相誤差が小さくなり、フィルタとしてのクロストークが改善される様子などを確認し、評価デバイスの探索を行った。