シリコンＣＭＯＳフォトニック結晶スローライト構造の光レーダー応用

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フォトニック結晶スローライト構造を利用した非機械式・高解像度光レーダーの実現を目指す．自動車の運転支援や産業用ロボットのセンサ応用に大きな需要が見込まれ，シリコンフォトニクスの高密度集積技術により切手サイズの超小型システムが期待される．光レーダーにおいて，特に重要な要素部品が非機械式光ビーム偏向素子である．従来の機械式偏向素子は高コスト，低速，機械振動に弱いといった問題があった．MEMSミラーは低コスト大量生産が可能であるが，光ビームの回折を制御するために直径数mmのサイズにすると，慣性により低速になるという問題があった．そこで光フェーズドアレイ，回折格子といった完全非機械式が研究されている．前者では多数の光放射器をアレイ集積し，それぞれに適当な位相差を与えて干渉させることで任意のビーム形成が可能である．しかしわずかな位相誤差がビーム品質を大きく劣化させるため大規模アレイでの高解像度が難しい．後者はより単純で，複雑な位相調整なしに高品質なビームが得られるが，偏向角の波長感度が小さく，大きな偏向角>10°を得るためには>70 nmの広帯域な波長掃引光源や>0.5という大きな屈折率可変の機構が必要な点が問題であった．またいずれのデバイスにおいても光レーダーで150 m以上先の遠方にある物体をセンシングするときには，光の往復時間がマイクロ秒オーダーとなるので，そもそもセンシングのスループットが上がらない点も問題であった．これらの問題に対して，本研究では，大きな群屈折率をもつスローライトの利用による偏向角感度の増大と波長分割多重の導入による並列化で高スループットセンシングを提案・実証した．これらを光レーダーに搭載することで，高スループットな非機械式・高解像度光レーダーの実現が期待できる．