LSI上の集積に向けたアモルファスシリコン3次元光回路の実現

本研究では多層構造の光回路を実現するためにa-Si:Hを用いた多層導波路間の信号伝送用層間グレーティングカプラの研究進めてきた。これまで設計及び作製を行ってきた層間グレーティングカプラはUniformな回折格子を有しており、層間の距離に依存して結合効率が変化していた。そこで、回折格子から出てくる光の放射光分布を進行方向に対して左右対象となるようにするアポダイゼーションを導入することで受光側のグレーティングカプラでの反射や透過を無くす構造検討を行った。その結果、放射光波形は進行方向に対して対象性を持つようになり、1μm～4μmの層間距離における層間グレーティングカプラの結合効率が90%以上を維持できるよう設計した。さらには回折格子の中心周期を620nmから665nmまで長くすることによって結合効率の3dB帯域が従来の60nmから200nm以上にまで改善した。また、上記の層間グレーティングカプラに加え、本博士論文のテーマである3次元光回路に用いられる外部への信号取り出し用ファイバグレーティングカプラの設計も行った。ここではグレーティングカプラからの放射光分布をファイバのモード分布に近づける必要がある。設計としては回折格子の溝幅を50nmから230nmまで徐々に増やすアポダイゼーションをすることで90%以上の結合効率が数値計算で得られた。次に、作製誤差などを考慮して最初の短い溝幅を周期的に並べた穴に置き換えた構造を提案し、設計した。最も小さい線幅を100nm以上に制限しており、直線のみのグレーティングに比べてもほぼ同等の特性である87%の結合効率を数値計算により得た。実際に作製した素子では露光条件の関係上、設計した回折格子の溝幅より大きい溝幅になった。その結果、グレーティングカプラとファイバとの結合効率は70%になっている。

本研究では多層構造の光回路を実現するためにa-Si:Hを用いた多層導波路間の信号伝送用層間グレーティングカプラの研究進めてきた。これまで設計及び作製を行ってきた層間グレーティングカプラはUniformな回折格子を有しており、層間の距離に依存して結合効率が変化していた。そこで、回折格子から出てくる光の放射光分布を進行方向に対して左右対象となるようにするアポダイゼーションを導入することで受光側のグレーティングカプラでの反射や透過を無くす構造検討を行った。その結果、放射光波形は進行方向に対して対象性を持つようになり、1μm～4μmの層間距離における層間グレーティングカプラの結合効率が90%以上を維持できるよう設計した。さらには回折格子の中心周期を620nmから665nmまで長くすることによって結合効率の3dB帯域が従来の60nmから200nm以上にまで改善した。また、上記の層間グレーティングカプラに加え、本博士論文のテーマである3次元光回路に用いられる外部への信号取り出し用ファイバグレーティングカプラの設計も行った。ここではグレーティングカプラからの放射光分布をファイバのモード分布に近づける必要がある。設計としては回折格子の溝幅を50nmから230nmまで徐々に増やすアポダイゼーションをすることで90%以上の結合効率が数値計算で得られた。次に、作製誤差などを考慮して最初の短い溝幅を周期的に並べた穴に置き換えた構造を提案し、設計した。最も小さい線幅を100nm以上に制限しており、直線のみのグレーティングに比べてもほぼ同等の特性である87%の結合効率を数値計算により得た。実際に作製した素子では露光条件の関係上、設計した回折格子の溝幅より大きい溝幅になった。その結果、グレーティングカプラとファイバとの結合効率は70%になっている。