超小型、可量產的光子晶體波長分配器實現超小型、可量產的波長分配器。

2017-01-19 2022-09-22 miyahara

研究

2017-01-19

超小型、可大量生產的光子晶體波長解複器。

實現超小型、大量生產的波長解複用器。

我們可以與世界上任何地方的任何人進行通訊。WDM (波分復用) 通訊技術支援這個通訊世界。在本研究中，我們成功地以超小型、可大量生產的形式製造出用於 WDM 通訊的波分複用器。

波分多工 (WDM) 通訊是一種將許多需要傳送 (或接收) 的獨立訊號整合到單一傳輸路徑中以增加傳輸量的技術 [圖 1(a)]。利用這個特點，傳統上它被用於長距離通訊，例如洲際通訊，在這種情況下需要一次傳輸大量的資訊。環顧我們日常生活中使用的物品，可以發現許多都具有通訊功能。到目前為止，傳輸大量資訊的機會仍只限於長距離通訊，但鑑於通訊量不斷增加，我們希望能夠在伺服器與內部網路之間，甚至在單一個人電腦的晶片之間傳輸大量資訊。

我們對矽光子學感興趣已久，矽光子學是利用矽基元件實現光通訊的研究領域。矽與個人電腦晶片中使用的電子元件是相同的材料，因此當考慮在相同晶片中使用時，矽可以說是有很高的親和力。矽還具有比其他材料更強的捕光優勢，因此在製造光通信元件時，可以製造出比其他材料更小的元件。在矽光子學中，我們製造出稱為光子晶體的結構。如圖 1(b)所示，光子晶體在矽薄膜上具有週期性孔的結構。透過在此週期性結構中開啟或不開啟孔洞，可提供各種功能。

圖 1 (a) WDM 通訊的概念圖，訊號 1-5 經由波長多工器 (MUX) 合併與傳輸，再經由波長解多工器 (DeMUX) 分割。(b) 製成的波長分離器的掃描電子顯微圖。 (c) 顯示波長分路器運作原理的概念圖。(d) 上圖：透過加熱調變相應訊號的結果。(d) 底部：波長分離器的透射光譜。(d) 中央：2.5 Gbps 訊號輸入的眼圖。插圖顯示的是參考值。

在本研究中，我們利用光子晶體製造了一個用於 WDM 通訊的波長解複器。波長解複用器是一種在 WDM 通訊中將整合訊號分割回原始狀態的元件。製造元件的掃描電子顯微圖如圖 1(b)所示，波長分路器的工作原理如圖 1(c)所示。整合訊號從圖 1(c)的左側經由矽晶 (Si) 細線波導輸入，每個訊號在右上方向被分割。此時，信號會經過一個稱為變寬諧振器的結構，如圖 1(c) 左上方的放大視圖所示，然後再進行分割。透過使用變寬諧振器，只有特定的訊號可以通過。在眾多的諧振器結構中，我們選擇了變寬型的諧振器，因為我們之前的研究顯示，這種諧振器與我們的製造方法--光刻法--是相容的。圖 1(d)的下半部分顯示了製造出來的波長解調器的傳輸光譜，可以看出可以解調出八個訊號。圖 1(d)的上半部分顯示了如何透過加熱來調整波長分離器，以適應不同的訊號。舉例來說，只要對綠色信號施加 0-30 mW 的熱量，就可以將其調整為可容納 1568 到 1570 nm 的信號。2.5 Gbps 訊號輸入的紅色訊號的眼圖如圖 1(d)中央所示。將其與左上角所示的參考眼圖進行比較可以看出，2.5 Gbps 訊號的傳輸完全沒有問題。

我們使用光子晶體製作的波長解多路複用器的優點在於裝置面積可縮小到傳統玻璃製波長解多路複用器的 1/200,000。此外，我們所使用的製造方法稱為光刻法，與過去製造光子晶體結構所使用的電子束光刻法相比，具有可大量生產的優點。

本研究的基礎是：光學快報》第 25 卷第 2 期資訊發佈於.

本研究的部分經費由策略性資訊與通訊研發推廣計畫 (Strategic Information and Communications R&D Promotion Programme, SCOPE) 資助。