多層アレイ導波路回折格子と液晶空間光変調器を用いた波長選択スイッチの研究

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本研究の目的は、次世代型ネットワーク実現のためのキーデバイスである波長選択スイッチ(WSS)の開発を行い、高機能化のための設計手法を確立することである。当初の計画では「1×N型(1入力多出力型)WSS」および「N×N型(多入力多出力型)WSS」の開発としたが、動向調査によって、より大規模かつ柔軟なネットワーク実現のためには「光信号モニタ」の開発が必要であると考え、年度途中より取り組んだ。1、「1×N型WSS」 : ダブルパス型の新規な光学系を発案した。これにより導波路の製造誤差や、周囲温度変化による物性変化があったとしても、波長選択スイッチが正しく動作する。実験によりWSSを経由する信号に劣化示生じないことを明らかにし、計画にあった「温度無依存化」へ見通しを得た。当初は低損失化のための導波路製造工程開発も計画にあったが下記(2)(3)を優先したため、今後の課題とした。2、「N×N型WSS」 : WSSのモジュールの大半を占める分光光学系を、従来の約半分のサイズに低減する1-f光学系を導入し、小型化を実現した。上記光学系は、従来の2-f光学系よりもレンズの収差に対して損失が著しく悪化するため実用化が阻害されていたが、左右非対称な非球面レンズを導入するアイデアによりこれを解決した。WSSの動作実証・モジュール化を行い、ポート数が5×5、サイズが180m×170㎜×40㎜以下という、目標を上回る成果を達成した。3、「光信号モニタ」 : MMI(マルチモード干渉計)カプラを用いた新規な導波路型OSNR(光信号雑音比)モニタを提案した。位相シフタ等の能動素子を一切含まないため従来の構成よりも小型化・高速動作が可能となる点が画期的である。また、受光パワーを変数とし行列演算を行う際の係数を最適化することにより、導波路の製造誤差に対してもロバストに動作することを発見した。一般的なシリコン導波路の作製偏差に対し、±0.5dB以内の良好な精度でOSNRを測定できることを光伝搬シミュレーションにより明らかにした。以上(1)～(3)により、期待以上の成果が得られた。