半導体高速光スイッチと積層型多重リング共振器の集積化による高性能光バッファの実現

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【研究目的】本研究の目的は、リング共振器導波路の光群遅延特性を利用した、光バッファの実現である。特に、報告者により提案された従来のリング共振器を垂直方向へ積層化する積層型多重リング共振器構造(提案素子)によって、従来素子と比較して遅延時間や動作帯域の拡大を図る事に本研究の目的がある。更にこの提案素子を報告者がこれまでに手掛けてきた、光の進行方向を高速に切り換える光スイッチと同一基板上へ集積化する。【積層型多重リング共振器の設計と作製】まず本研究の始めとして、提案の積層型多重リング共振器の光バッファとしての性能を数値計算によって見積もった。その結果、提案素子は従来素子と比較して遅延量100ピコ秒を与える帯域幅が、1.6GHzから4.4GHzと3倍程度となり広帯域化し得る事が示された。また実験に置いても、提案素子を作製するために必要なSiとSiO_2の多層膜の形成も試みた。結果として従来のスパッタ法により素子を作製する上で許容できる精度にて形成できる事が示された。更に、提案素子を作製する準備として単層のリング共振器の作製についても手掛けた。作製素子は120ピコ秒程度の光遅延特性を有している事が実験的に見積もられている。【高速光スイッチの多ポート化】一方で、光スイッチとの集積化の観点からは、これまではそのスイッチの入出力ポートが2x2ポートであったが、より多くの多重リング共振器を集積化する観点から、光スイッチの多ポート化が必要であった。そこで従来の2x2ポートの光スイッチを単位光スイッチとして、これを直列接続(カスケード接続)する事でポート数の拡張を図った。結果として、直接接続された単位スイッチ群は従来の2x2ポートと比較して遜色のない特性を示し、これまでの2x2ポート光スイッチが4x4ポートへと問題無く拡張された。