その際、コンパクトでかつ機能性に優れたマルチ導波光エレメントである多モード干渉導波路を用いた。光スイッチに関しては、これまでに提案し検討を進めてきた多モード干渉導波路の中央部分の長手方向に屈折率変調領域を設けたInGaAsP/InP多モード干渉型光スイッチ(MIPS)について、注入電流の広がり、すなわち変調領域のぼやけを低減するために上部クラッド層厚を薄くすることにより、2×2構造によりいずれのポートからの光入力においても約-10dB以下という良好なクロストーク特性を実現した。解析により約70nmの波長範囲にわたり偏光無依存な光スイッチングが可能なことを示した。多ポート化への拡張が可能な部分屈折率変調多モード干渉型光スイッチ(MIPS-P)を考案し、解析により3×3構造においてすべてポート間の低損失、低クロストークなスイッチング動作のみならず2ポートからの3dB光分岐動作という高機能性を有することを示した。明確化するために溝構造を導入して素子を作製し、基本的なその効果を確認した。利用したデバイスについて検討を行った。その結果、電流注入により約7dBの純利得並びに約23dBのオンーオフ比を得た。約-25dBmという低パワーにより利得飽和を確認するともに、2nm離れた2波長により相互利得変調効果を達成した。これらの結果により波長変換動作の見通しが得られた。インターネットを中心とした通信需要の爆発的な増大により、光ファイバ通信において超高速ネットワーク化が熱望されている。インターネットを中心とした通信需要の爆発的な増大により、光ファイバ通信において超高速ネットワーク化が熱望されている。目標とされるシステムは、情報を一定のパケットに分割し、それらを高速にルーティングを行う光パケットスイッチングによる超高速フォトニックネットワークの構築であり、そのキーデバイスとしてナノ秒で動作する高速光スイッチが上げられている。材料として、キャリアの閉じ込めに優れたInAlGaAs/InAlAsを取り上げ、これを用いたMIPS-Pに対して低クロストーク、偏光無依存のための導波路構造のエッチング深さ条件について解析を行い、0.3um程度のミドルメサとすることが有効であるなどの最適構造を明らかにした。ICPエッチングにより注意深く実際に素子を作製し、TEモードにおいて初期状態、変調時ともに-20dB以下の低クロストークと24mAの低電流でのスイッチングなどが実現された。他方、TMモードにおいては初期状態においてクロストークが-15dBと芳しくなかった。その原因として、多モード導波路長が最適値からずれていたと考えられた。変調し、約4ns以下の応答時間の高速光スイッチングを実現した。その応答波形に若干の遅い応答成分があり、その原因は電流分布の不均一などによるものと推定された。高速な応答特性を有する高性能化やこの高速スイッチングを活かしたデバイスへの応用を目指し、光パケットスイッチングの構築に寄与していきたい。研究成果概要:インターネットの進展に対応して望まれている次世代フォトニックネットワークの構築に対応すべく、基幹ネットワーク系における光パケットスイッチング用高速光スイッチの特性向上の検討及び広帯域LAN/アクセス系用高機能光デバイス開発を行った...インターネットの進展に対応して望まれている次世代フォトニックネットワークの構築に対応すべく、基幹ネットワーク系における光パケットスイッチング用高速光スイッチの特性向上の検討及び広帯域LAN/アクセス系用高機能光デバイス開発を行った。前者として、当研究室で提案、開発してきた半導体高速光スイッチである部分屈折率変調多モード干渉導波路型光スイッチ(MIPS-P)について、これまでに実際に電流パルス変調により数ナノ秒の高速応答を確認してきたが、過渡応答に不用な振動成分や遅い成分があることが問題であった。そこで、一層の高速化を図るべく、その原因について理論的に検討し、注入キャリアの変調領域からの拡散によるものであることを明らかにした。その考察を元に、キャリア拡散を抑圧すべく電流狭窄構造の機能に加えて、位相変調を寄り確実に行う素子構造としてマッハツェンダ型多モード干渉導波路型光スイッチ(MIPS-MZI)を新たに提案し、基本特性を解析により明らかにした。-30dB以下の低クロストークをより低い電流で光スイッチングを達成可能であることを分かった。現在素子作製に向けて準備を進めている。システムに対応したチューナブルバンド選択インターリーバスイッチを開発した。高精度波長フィルタを実現するための高品質シリコン導波路ブラッググレーティングを電子ビーム露光とDeep-RIE及びICP-RIEを駆使して作製する技術を確立した。周期は1次回折格子に対応した約230nm、深さは約1μm位までの深さが実現できた。研究室で提案した中モードサイズ導波路を用いて、マイケルソン干渉系に上記ブラッグ回折格子を装荷し、また位相調整用に電極を形成した前記インターリーバを作製し、実際にITUに準拠した波長間隔0.8nm、選択バンド幅4nm、波長可変幅2nmで、選択波長群を間欠的にスイッチング可能なインターリーバスイッチを実現し、今後の低コスト高機能光LAN用光デバイスの有効性を明らかにした。研究成果概要:化合物半導体、ポリマー、そしてシリコンの材料を用いて、それぞれハイエンド向けの光パケットスイッチング用高速光スイッチ、ローエンド向けの加入者系/インターコネクション用光スイッチ、そして、汎用光プラットフォーム向けとして機能波長フィ...化合物半導体、ポリマー、そしてシリコンの材料を用いて、それぞれハイエンド向けの光パケットスイッチング用高速光スイッチ、ローエンド向けの加入者系/インターコネクション用光スイッチ、そして、汎用光プラットフォーム向けとして機能波長フィルタの検討を行った。共通するキーワードは環境を考慮した低消費電力と高機能動作である。化合物半導体では、キャリア閉じ込めに優れていることから低電流動作が期待できるInAlGaAsを用いてマッハツェンダ(MZ)干渉計型により、3.5mAというこれまでにない低電流動作(消費電力として約4mW)を達成した。同時にキャリア注入特有の数ナノ秒という高速な光スイッチング動作を-20dB以下の低クロストークで実現した。MZ光スイッチの有効性を実証した。化合物半導体光スイッチとして、屈折率変調機構を有するアレー導波路とスリットを導入した多モード干渉導波路カップラを用いることにより、これまでにない短い素子長での機能光スイッチが実現可能であることを提案し、解析によりその基本特性を示した。他方、ポリマーにおいては、熱特性の優れたSU-8をコア、PMGIをクラッド層に用い、やはり光スイッチとして優れた基本特性が期待できるMZ型を用いて、そして導波路としてクラッド層で埋め込んだ矩形のチャンネル導波路構造により完全偏光無依存により6mWの低消費電力動作を実現した。クロストークも-20dB以下であった。シリコンにおいては、SOI基板を用いて、低損失特性に優れた中モード型導波路において、アーム導波路を最適にずらしたマイケルソン干渉計構造に回折格子による反射器、そして導波路や反射器に熱光学効果を用いた屈折率変調領域を導入することにより、波長可変バンド選択インターリーバ波長選択光スイッチを実現した。バンド幅として約4チャンネル分の3nm、チャンネル間隔が100GHzの0.8nmで、波長可変量として6nmで、偶・奇チャンネル間のスイッチング動作を実現し、転送効率の向上した波長多重通信への適用が期待される。研究成果概要:化合物半導体及びポリマー材料を用いて、それぞれハイエンド向けの光パケットスイッチング用高速光スイッチ、ローエンド向けの加入者系/インターコネクション用光スイッチについて、一層の低消費電力動作及び、実用に向けての課題の解決の観点から...化合物半導体及びポリマー材料を用いて、それぞれハイエンド向けの光パケットスイッチング用高速光スイッチ、ローエンド向けの加入者系/インターコネクション用光スイッチについて、一層の低消費電力動作及び、実用に向けての課題の解決の観点から検討を行った。化合物半導体においては、InAlGaAsマッハツェンダ(MZ)干渉計型光スイッチについて、実用上克服が不可欠な偏光無依存動作について、低クロストーク化のために優れた干渉効果を示すハイメサ導波路による多モード干渉(MMI)カプラを、そして電流注入時に偏光無依存な位相変調が可能なミドルメサ導波路による移相領域を組み合わせたハイブリッド導波路構造を考案し、5mAという低電流動作(消費電力として約6mW)でかつ目的に偏光依存性が極めて低いナノ秒のスイッチング動作を実現し、考案した構造の有効性を実証することが出来た。動作波長も約30nmと光増幅器の1バンドをほぼカバーする特性が得られた。他方、ポリマーにおいては、熱特性の優れたSU-8をコア、PMGIをクラッド層に用いたMZ型光スイッチにより、導波路構造や電極位置の最適化により、これまでよりもさらに低い3.5mWというポリマーによる熱光学効果(TO)光スイッチでは最少の低消費電力を完全偏光無為損で実現した。同時にスイッチング時間もTO型ではかなり低い約100マイクロ秒の高速動作や初期的な安定動作も確認し、ポリマーTO光スイッチが実用的であることを示した。製造コストの低減が可能なインプリント技術をポリマーデバイスに適用すべく、サブミクロンの回折格子を有する導波路型光フィルターを作製、基本特性を実証し、ナノインプリントのポリマー光デバイスへの適用性を示した。スイッチング速度の観点から光パケットスイッチング(OPS)実現に資する特性を有していると考えられる。入出力ポートが2x2と小規模であり、実用のためにはこれを拡張する必要があった。ポートのポート数拡大の検討を行った。素子作製方法は、用いたマスクパターンの違い以外は、上記の2x2光スイッチと同じである。mmであり、従来報告の同様のポート規模の強誘電体のスイッチと比較するとオーダーで小さく、化合物半導体を用いたスイッチにおいてもサイズの小さな部類に属すると考えられる。作製素子は、一部の出力ポートを除いて入力光の偏光に関係なく20dB以上の消光比のスイッチング動作を示し、スイッチング電流も約6mAと低電流であった。2スイッチにおける挿入損失と比較して大きな増加がなかった事から単位スイッチ間における結合損失など、カスケード接続に由来する超過損失は大きくない可能性が見出された。同様に本結果は、素子の挿入損失の主な原因がファイバと素子端面における結合損失である事を示唆している。MZ-OSのポート数拡張性に対して、これを単位スイッ素としたカスケード接続の有用性が示された。今回の素子では、実は導波路の欠損などにより全ルートの光接続は達成しておらず、両端で接続されたのは2ルートに止まっている。多ポートになるほど素子サイズは大きく複雑になることから、素子作製行程中での光導波部分での1箇所での欠損でも大きな致命傷になるため、格段の注意を要することが認識された。上述のように光スイッチ単体の特性向上と同時に、多ポート化への展開のためには、作製プロセスの高精度化と大面積高均一化が不可欠である。そこで、高精度半導体プロセスを活用することとした。そのために、まず通常のミドルメサで導波路を形成した場合のスイッチ規模とサイズについて算出した。その結果、16x16ノンブロック構成が1インチサイズ以内で収まること、また全ハイメサ構造では1インチサイズでは32x32ノンブロックスイッチマトリクスが可能であることなどが分かった。現状の素子特性を鑑みた現実的な目標設定として最大で8x8規模のノンブロック光スイッチマトリクスの作製を想定し、そのために素子レイアウトの最適化及びマスク設計を行った。ポリマー光スイッチの低消費電力動作を実現すべく、電極材料及び熱の閉じ込めためのトレンチの導入の検討を行った。ポリマー光スイッチの低消費電力動作を実現すべく、電極材料及び熱の閉じ込めためのトレンチの導入の検討を行った。電極についてはヒータ温度上昇率の点で検討を行い、ポリマーとの密着性も考慮した電極材料を採用し、3次元4x4光スイッチにおいて約5mWの動作を実現した。他方、トレンチの効果について2次元2x2光スイッチで検討を行い、約5mWの低消費電力動作を確認した。して、斜め反射面の形成を試みた。ポリマー露光時に紫外光の斜め入射により実現し、その有効性を実証した。ポリマー介在層を用いたシリコン基板上チップ接合技術を概ね確立した。研究成果概要:LSI内のグローバル配線や積層LSI間の光インターコネクション用として、3次元ポリマー光スイッチを開発した。ポリマーとしてSU-8とPMGIを用いて、2層導波路内に複数のマッハツェンダ型光スイッチと、その層間を方向性結合器または多...LSI内のグローバル配線や積層LSI間の光インターコネクション用として、3次元ポリマー光スイッチを開発した。ポリマーとしてSU-8とPMGIを用いて、2層導波路内に複数のマッハツェンダ型光スイッチと、その層間を方向性結合器または多モード干渉導波路で接続した全体で5層構造構造からなる。熱膨張係数の異なる2種類のポリマーにおいて、積層時の歪みやクラックの発生を防止すべく、各層ごとにステップ型の徐熱・徐冷のベーキングを行い、3次元4x4ポート光スイッチを実現した。