半導体デジタル全光デバイスの特性解析と試作評価

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InP系1.55μm帯多モード干渉結合器(multiple mode interference coupler ; MMI)型双安定半導体レーザ(bistable laser diode ; BLD)に基づく全光フリップフロップに関し研究を行い,特に分布ブラッグ反射鏡(distributed Bragg reflector ; DBR)を導入する検討を行った.分布ブラッグ反射鏡を導入した場合、全体の素子のサイズおよび、横モード抑圧比(side mode suppression ratio : SMSR)が重要になってくる.素子サイズを小さくするためには、高い屈折率コントラストを持つブラッグ反射鏡を設計する必要があるが、一方で、このような反射鏡を用いると横モード抑圧比が小さくなってしまう.数値計算による解析により、現行のリッジ導波路を用いた場合でも、ブラッグ反射鏡の屈折率コントラストを最適化することで、素子長1mm程度、横モード抑圧比30dB程度のデバイスが実現可能であることが分かった.これにより,従来の劈開端面を用いる同型光フリップフロップでは難しかった同一基板上への集積化が可能になり,フリップフロップを縦続接続して回路化することができる.DBRを適切に設計すると,所望の波長での単一モード出力が得られる.波長変換や波長多重出力も可能である.競合モードの抑制による高速スイッチングや光信号の単一方向性の確保も期待される.現在,双安定特性の観点からDBRミラーの最適設計シミュレーションを行ってる.最適デバイスパラメータが決定されれば,直ちに素子の試作に移行する予定である.