Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

光集積回路 / 偏波 / 応用光学・量子光工学 / 光物性 / 半導体超微細化 / フォトニックネットワーク / 情報通信工学 / 偏光制御 / 光通信 / 半導体集積フォトニクス / 偏波制御 / 光通信システム

本研究では，半導体光集積回路内で光の偏波状態を自在に制御・検出する技術を実現し，一連の偏波処理光集積回路を創製することを目的とした．インジウムリン（InP）基板上にハーフリッジ型偏波変換素子と量子井戸型変調器や受光素子をモノリシックに集積することで，小型かつ高効率な偏波変調素子と偏波アナライザが実現できることを提案し，素子の試作と実証に成功した．さらに，これらの素子を用いることで，高速な多値ストークスベクトル変調信号を復調できることを実証した．これらの技術は，次世代の光通信システムをはじめとし，光センシング，量子演算など，多様な分野への応用が期待される．

フォトニックネットワーク / 電子デバイス・機器 / 光物性

速度40Gbps以上で対応可能な光信号処理による誤り検出・訂正技術の実現を目標とした。
まず畳み込み符号よりも誤り検出・訂正の性能を高くできる巡回ハミング符号を対象とすることを決定し、割り算回路に用いるSOA-MZI型全光スイッチを用いた排他的論理和(XOR)回路の動作検討を行った。SOA利得の測定結果を簡易かつ高精度に表現できる新たなモデルを確立した。更にXORの動作をレート方程式により解析した結果、速度10Gbpsにおいて良好なXOR動作を実証し、最小構成の割り算回路の基本動作を実験的に実証した。
以上の結果を元にSOA-MZI型光XOR回路とフィードバック回路の従属接続構成による割り算回路の動作特性を解析にて検証し、所望の符号化および復号化が可能である結果が得られた。

光物性 / フォトニックネットワーク / 光導波路 / 光メモリ / 光スイッチ

1.研究の目的本研究では、光メモリ材料である相変化材料と低損失かつ高機能な石英導波路を集積化し、自己保持型光スイッチ及び光時間スイッチを実現するための基礎技術、及び自己保持機能のある光スイッチを活用する光ノード処理技術を確立することを目的とする。大容量光通信の課題の一つに、ネットワークノードにおける消費電力の増加が挙げられる。ノードの主たる構成要素である光スイッチの低消費電力化には、自己保持機能を有するスイッチの利用が有効である。
2.光スイッチの設計石英導波路ではなく、Si細線導波路を前提としてスイッチ構造を検討した。その結果、二つのSi細線導波路間に相変化材料導波路を配置する方向性結合型の光スイッチを考案した。ここで、相変化材料の複素屈折率は、波長1.55ミクロン帯で、アモルファス状態が3.6+0.01i、結晶状態が5.1+0.5iと仮定した。素子寸法は、わずか3μm×21μmであり、きわめて微小な光スイッチである。
3.相変化材料の屈折率評価波長1.55ミクロン帯における、相変化材料の屈折率評価結果の報告は非常に少ない。そこで、相変化材料薄膜の複素屈折率の波長依存性を評価した。その結果、アモルファス状態が3.62+0i、結晶状態が3.2+1.25iとなり、アモルファス状態における吸収が非常に小さいことが分かった。光スイッチが動作する際に、アモルファス状態のときに光が相変化材料を透過するように設計すれば、低損失な光スイッチを構成することが可能になると考えられる。

フォトニックネットワーク / 電子デバイス・機器 / 光物性 / フナトニックネットワーク

速度40Gbps以上の超高速光通信で必須の誤り検出・訂正技術の、高速化にともなう消費電力増大と処理遅延増加の課題を解決するため、本研究では速度40Gbps以上の高速な光信号の誤りを検出する光信号処理手法の確立を目指した。
まず光信号処理に適した符号と回路構成の選定を行った。構成については光信号が伝送しながらにして受信側で誤りの存在を検出可能とするコンセプトを基本とした。隣接2ビットの排他的論理和を情報ビットと同ビットレートの検査ビットとした場合、両者の和は元の情報ビットを1ビットシフトした符号となる。従って、波長多重された情報ビット列と検査ビット列を波長分波器で分離した後、両者を足し合わせた(排他的論理和)結果を元の符号に対して1ビットシフトした符号列と同時にバランスド型受信器で検出することにより、誤りがない場合には出力は0となり、誤りがあれば出力が発生する方式を提案した。
誤り訂正の能力がどの程度あるかを検証するため、一定ビット数の中に発生する全誤りパターンに対して誤り訂正後も誤りのままである残留確率をフレーム誤り率と定義し、解析的に導出した。その結果、誤り訂正を行わない場合と比較して、受信感度の改善として1.5dBが見込まれる結果が得られた。
次に、符号化器・復号化器のキーデバイスであるSOA-MZI型全光排他的論理和(XOR)の最適動作条件をレート方程式を用いて解析的に検討し、実験的に動作実証を行った。制御光パワー条件と高速化のために用いるプッシュ・プル回路の分岐比・時間遅延量の最適条件を導出した。またSOA-MZI型全光XOR回路の10Gbpsおよび40Gbpsでの動作検討を行い、10Gbpsでは充分な信号品質が得られたが、40Gbpsではパターン効果による信号品質劣化の問題が見られた。特性改善のためには、より高速なSOAを用いるとともに、SOA-MZIに用いられる2個のSOAの特性をなるべく合わせる必要がある。
この結果をもとに、3段の全光XOR回路を接続した符号化器・復号化器の動作解析を行った。40Gbpsの速度において、パターン効果の影響が見られるものの受信信号に誤りが無いときとあるときの誤り検出信号の強度差が6dB程度得られる結果となった。
最後に誤り検出の動作検証を行った。キャリア回復時間が130psであることを考慮して10Gbpsで測定し、受信信号に誤りが無いときに誤り検出信号はオール0となること、誤りが含まれるときにレベル1の信号が生成できることを実証した。

【研究連携者】
松谷晃宏	東京工業大学	技術部	技術専門員	(Kakenデータベース)
小西毅	大阪大学	工学研究科	准教授	(Kakenデータベース)
和田尚也	独立行政法人情報通信研究機構	情報通信部門	研究マネージャー	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
斉木敏治 (斎木敏治)	慶應義塾大学	理工学部	准教授	(Kakenデータベース)
山中直明	慶應義塾大学	理工学部	教授	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
松谷晃宏	東京工業大学	技術部	技術専門員	(Kakenデータベース)
小西毅	大阪大学	大学院・工学研究科	准教授	(Kakenデータベース)
和田尚也	東京工業大学	情報通信研究機構	研究マネージャ	(Kakenデータベース)