Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

WDM / 波長合分波器 / GRINポリマーロッドレンズ / 屈折率分布 / 波長多重通信 / 分合波デバイス / 屈折率分布型レンズ / フッ素化ポリマー / 回折格子

本研究では、ポリマー光ファイバー(POF)-WDM(波長多重通信)ネットワークに利用する多波長合分波(MUX/DEMUX)素子を提案した。現在、石英系シングルモードファイバーで使用されるDWDMシステム中のMUX/DEMUXには、多層膜フィルターやアレイ導波路素子などが用いられており、これらの素子は、100波長以上を多重化する。一方、POFネットワークでは、数波長を合分波するCWDMシステムの適用が期待されている。これは、通信容量の増大という機能を付加するためのみでなく、IPネットワーク内での波長ルーティング機能を付加させ、フォトニックネットワークをも可能にするためである。この場合、MUX/DEMUXもファイパーと同様、低価格であることが望まれる。
具体的な素子設計として、GRINポリマーロッドレンズをコリメーターとして、グレーティングと組み合わせた構成を提案している。光ファイバーシステム中で利用されるGRINロッドレンズでは、球面収差を低減するために屈折率分布を最適化しなければならない。本研究では、屈折率分布を最適化するために、コア部を二層に分けて重合させる2段階界面ゲル重合法を適用している。その結果、2段階界面ゲル重合法により理想的な屈折率分布を有するGRINポリマーロッドレンズの作製に成功した。
MUX/DEMUX素子は、1/4ピッチ長を有するGRINロッドレンズの一端面にグレーティングを張り合わせて作製した。性能評価は、白色光を1-mのGI型POFを通してGRINロッドレンズに入射し、その分光特性を調べる方法にて行った。実際に作製した素子において、波長に依存して、レンズ端結像位置が異なる結果が確認され、MUX/DEMUX素子機能を有する事が明らかになった。この結果はグレーティングの回折角より計算される出射パターンとほぼ一致しており、今後、レンズ形状、長さ、グレーテイングの最適設計により高効率MUX/DEMUX素子の作製が可能となる事を明らかにした。

半導体光デバイス / 多モード干渉導波路 / アレー導波路 / 光スイッチ / 波長変換素子 / 光アド・ドロップ素子 / 半導体レーザ / 波長多重通信 / マルチモード導波路 / 分岐器 / トランスバーサルフィルタ / 回折格子

本研究は、高度波長多重通信への適用を目標に、単一モード導波路を基礎とした従来の光デバイスと比較して、コンパクトなばかりでなく高機能性が期待できる多モード導波路もしくはマルチ導波路を利用した下記の種々の半導体光機能デバイスについて、新規デバイスの提案並びにデバイス実現に向けて解析および実験両面から基礎的な検討を行ったものである。
1) 多モード干渉型光スイッチ(MIPS)は、多モード干渉導波路中央部の屈折率変調領域などの構造最適化により、550μm程度のコンパクトな素子長で-20dB以下の優れたクロストーク特性などが得られることがわかった。実際に作製検討を行い、基本的なスイッチング特性を達成し、また、スイッチ、分配などの多機能が同一素子構造で達成できることを確認した。
2) 多モード干渉型波長変換素子(MIWC)は多モード干渉導波路を活性領域としたもので、構造上生じる活性導波路とアクセス導波路間の段差による不整を解決すべく作製プロセスの最適化を行なった。その結果、基本的な相互利得変調特性を実験的に確認し、波長変換動作実現のめどを得た。
3) 高性能狭帯域光アド・ドロップ素子は、密度変調回折格子を導入した構造において、有効利用帯域35nm以上で約-30dBの低サイドロプ特性を達成できることを理論的に明らかにした。また、斜め回折格子の導入により、偏光無依存な波長選択が可能なことを示した。
4) 光コヒーレントトランスバーサルフィルタ用として、極めてコンパクトな反射型アレー導波路を考案し、基礎的な設計によりその有効性を確認した。
5) 多モード干渉導波路集積半導体レーザは、数μmの多モード干渉導波路の装荷により-4dBという比較的低い損失の単一モードファイバとの結合特性が簡易に得られることや、また、マルチビーム化への応用も可能であることを示した。
今後、これらの成果を基礎に、実用レベルの特性を有するデバイスを実現すべく実験的検討をさらに推進する予定である。