マルチコアファイバを用いた超大容量空間多重光ファイバ伝送技術の研究

本年度は，スイス連邦工科大学の電磁界研究室のProf.Leutholdのグループに滞在し，主にシリコンフォトニクス技術を用いたマルチコアファイバのファンインファンアウトデバイスに関する研究を行った．上記デバイスをシリコンフォトニクスプラットフォーム上で実現するための要素技術として必要不可欠なのが垂直グレーティング結合器である．一般的なグレーティング結合器は，後方反射光を抑圧するために基板垂直面に対して一定の結合角で光ファイバを結合するよう設計される．結合角を直角に設計する場合，グレーティングはブラッグ反射条件を満たしてしまうため高結合効率を実現するのは難しい．本研究では，第一次回折光の回折角を垂直に保ちながら，後方反射光である第二次回折光をサブ波長構造によって抑制する構造を提案した．さらに同構造にブレーズド構造も組込むことで垂直結合と高結合効率を両立可能な構造とした．数値解析において，シングルモードファイバとの結合効率は一定のグレーティング周期を持つ構造で78%を示し，さらにアポダイゼーションを施した構造では結合効率は86%まで向上することを明らかにした．デバイスはIBMチューリヒのBinnig and Rohrer Nanotechnology Centerにて製作された．製作デバイスを用いた結合実験では，周期構造において55%，アポダイズド構造において63%と垂直グレーティング結合器では最高の結合効率を示した．また提案デバイスは，二段階のエッチングプロセスのみによって製作可能であるため，従来のCMOSプロセスとの互換性は非常に高いことも特筆できる．上記デバイスをマルチコアファイバのコア配置に対応するように二次元集積することで，マルチコアファイバの入出力デバイスが実現可能である．本研究ではこれまでに，二次元集積デバイスの試作器を製作済みである．

本年度は，スイス連邦工科大学の電磁界研究室のProf.Leutholdのグループに滞在し，主にシリコンフォトニクス技術を用いたマルチコアファイバのファンインファンアウトデバイスに関する研究を行った．上記デバイスをシリコンフォトニクスプラットフォーム上で実現するための要素技術として必要不可欠なのが垂直グレーティング結合器である．一般的なグレーティング結合器は，後方反射光を抑圧するために基板垂直面に対して一定の結合角で光ファイバを結合するよう設計される．結合角を直角に設計する場合，グレーティングはブラッグ反射条件を満たしてしまうため高結合効率を実現するのは難しい．本研究では，第一次回折光の回折角を垂直に保ちながら，後方反射光である第二次回折光をサブ波長構造によって抑制する構造を提案した．さらに同構造にブレーズド構造も組込むことで垂直結合と高結合効率を両立可能な構造とした．数値解析において，シングルモードファイバとの結合効率は一定のグレーティング周期を持つ構造で78%を示し，さらにアポダイゼーションを施した構造では結合効率は86%まで向上することを明らかにした．デバイスはIBMチューリヒのBinnig and Rohrer Nanotechnology Centerにて製作された．製作デバイスを用いた結合実験では，周期構造において55%，アポダイズド構造において63%と垂直グレーティング結合器では最高の結合効率を示した．また提案デバイスは，二段階のエッチングプロセスのみによって製作可能であるため，従来のCMOSプロセスとの互換性は非常に高いことも特筆できる．上記デバイスをマルチコアファイバのコア配置に対応するように二次元集積することで，マルチコアファイバの入出力デバイスが実現可能である．本研究ではこれまでに，二次元集積デバイスの試作器を製作済みである．