相変化材料を用いたSi光マトリクススイッチ

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本研究では、相変化材料とシリコン導波路を用いた光マトリクススイッチの実現を目的としている。相変化光スイッチは超小型、高速応答性、自己保持機能といった特徴を兼ね備えた新規の光スイッチである。平面光回路型のマトリクススイッチは、複数の単位スイッチを組み合わせることで実現されるため、高性能なマトリクススイッチを得るためには、1×1、1×2、2×2といった単位スイッチの高性能化が必要不可欠である。今年度は2×2スイッチの設計を行った。空間スイッチとして方向性結合器型、波長スイッチとしてマッハ・ツェンダ干渉器型を提案した。1.方向性結合器型(DC:Directional Coupler)型2×2スイッチシリコンで構成される三平行導波路間の方向性結合をスイッチング原理としている。真ん中の導波路上には相変化材料が積層されており、アモルファスでクロス出力、結晶でバー出力が得られるように設計される。平行導波路長は、スーパーモードの等価屈折率を用いて算出することができる。FDTD解析によってスイッチング動作を実証した。2.マッハ・ツェンダ干渉器(MZI:Mach-Zehnder Interferometer)型2×2スイッチ波長スイッチを実現するために、マッハ・ツェンダ干渉器を利用した。二本のアーム導波路の長さを非対称にすることで、FSRを任意に決めることができる。両アーム上には相変化材料が積層される。実際にデバイスを試作し、透過スペクトルシフトの観測に成功した。