アライメントフリーなシリコン光チップとファイバ間の高効率結合デバイス

免对准硅光芯片与光纤之间的高效耦合装置

基本信息

批准号：
22K04248
负责人：
藤川知栄美
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Tokai University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

【はじめに】光配線による光接続（光インターコネクト）技術は，古典的なメタル配線におけるボトルネックとなっている多くの課題を克服する大きな解決策であると期待されている．一つのシリコン基板上に光導波路および電子回路が集積されたシリコン光チップは，高密度および大容量の将来の光配線実現の鍵である．シリコン光チップと光ファイバ間を光結合するための結合デバイスは，実用的な光結合効率，極めて微細でしかも容易なアライメントが要求される．本研究では，スポット径の異なるシリコン導波路と光ファイバ間の効率的な光接続，および簡易に作製可能な光結合用スポットサイズコンバータを提供することを目的としている．【提案したスポットサイズコンバータの試作および評価】２種類のスポットサイズコンバータを提案，設計，試作し，評価した．①標準シングルモードファイバ端面に自己形成光導波路（Self-Written Waveguide: SWW）技術を用いて作製するテーパピラー型スポットサイズコンバータと②シリコン光チップ端面に作製するスポットサイズエキスパンダである．試作，評価を行ったテーパピラー型スポットサイズコンバータは，標準シングルモードファイバ側から出射する紫外光を用いているためアライメントフリーであることから，従来のHiNAファイバを使用したテーパピラー型スポットサイズコンバータよりも高い結合効率を有することを確認した．また，シリコン光チップ側に，シリコン光チップからの出射光ビームを拡大し，標準シングルモードファイバのスポットサイズに一致させるスポットサイズコンバータを提案した．スポットサイズエキスパンダは，マイクロ光デバイスを用いた光結合における実装上の課題となるアライメント精度を緩和できることをシリコン光チップを用いた光結合実験により示した．

[简介]使用光接线的光学连接（光学互连）技术有望成为克服经典金属接线中许多瓶颈的主要解决方案。在单个硅基板上集成的具有光学波导和电子电路的硅光学芯片是实现未来高密度和大容量光接线的关键。用于硅光纤和光纤之间的光学耦合的耦合设备需要实用的光学耦合效率，并且极为易于对齐。这项研究旨在在硅波导之间提供具有不同斑点直径和光纤的硅波导之间的有效光学连接，以及可以轻松捏造的光耦合的点尺寸转换器。 [提议的点尺寸转换器的原型和评估]提出了两种类型的点大小转换器，设计，原型和评估。 1）使用标准的单模光纤端面上的自形光学波导（SWW）技术制造的锥形柱型斑点尺寸转换器，以及2）在硅光学芯片端面上制造的斑点尺寸扩展器。生产和评估的锥形支柱斑点尺寸转换器使用从标准的单模光纤侧发出的紫外线，它是不带对齐的，因此它已经证实，与使用常规HINA纤维的锥形柱子尺寸转换器相比，它具有更高的偶联效率。我们还提出了一个斑点尺寸转换器，该转换器会从硅光学芯片中扩大发射光束，以匹配硅光学芯片侧标准单模光纤的斑点。使用硅光学芯片的光学耦合实验表明，斑点尺寸扩展器可以减轻对齐精度，这是使用微光学设备的光学耦合的挑战。