高消光比InPビーム偏向型1×N光スイッチの設計と試作

崔 洙赫

アイテムタイプ

学位論文 / Thesis or Dissertation

言語

日本語

その他のタイトル

Design and fabrication of high-extinction ratio InP beam-deflecting 1×N optical switch

著者

崔洙赫

著者別名

Choi Sooheuk

著者所属

東京大学大学院工学系研究科電気系工学専攻
Department of Electrical Engineering and Information Systems, Graduate School of Engineering, The University of Tokyo

Abstract

光通信システムは波長多重化方式等の導入によりますますと高速化され、2004年には既に光ファイバー一本当たり1 Tb/sのトラフィックを達成したが、これから要求されるトラフィック量はその千倍以上の1 Tb/sを超えると予測されているのでより高速の光スイッチング技術が必要になると思われている。本研究はそういう要求に応え、光電変換の要らない光ルータ内の光スイッチの提案、設計を目的にしている。既存のルータから光電変換過程を省略することにより高速、しかも省電力な光通信が実現できると思われる。本研究ではIII-V族のInGaAsP系化合物を用いたビーム偏向型の1×N光スイッチの研究に焦点を合わせ、その設計を改善し、デバイスを試作し、評価した。デバイスの設計ではスラブ導波路の上クラッドをエッチングすることでコリメートレンズを半導体化合物上に再現するようにした。なお、偏向素子である三角プリズムはスラブ導波路上の特定部分に金属を蒸着することで再現するようにした。高消光比のスイッチングに向けてはコリメートレンズのより厳密な設計が必要であるため、その動作を等価屈折率法および光線光学と光波光学的な議論を並行することで解析した。プリズムの動作原理に関しては半導体内の電流注入による屈折率変調効果とスネルの法則に起因して解析した。その後はそれぞれの設計結果を合わせて具体的なデバイス全体の設計に移った。1×7のスイッチングができるように出力ポートを7つ設計し、BPMでスイッチとしての動作を確認した。デバイスの試作はレンズの界面がきれいに作製されるよう、ドライエッチングと補助的なウェットエッチングを行った。プリズムはウェットエッチングでInGaAsのコンタクト層を作り、その後Ti/Auを蒸着することで作製した。作製されたデバイスから9～15 dBの入出力損失と6～9 dBを消光比を得ることで7箇所の出力ポートの中5箇所のスイッチングに成功した。シミュレーションでは5 dB以下の入出力損失と15 dB以下の消光比を得たが、消光比の低下原因としてはレンズ部の等価屈折率をシミュレーション上の理論値にちょうど一致させるのが難しいのでレンズの集光効果が劣化されること、または作製プロセス上に発生するスラブ導波路とレンズのアラインメントのずれがポート間のクローストークを大きくすることなどが考えられる。等価屈折率の調整にはその本質的な難しさがあると思われるが、レンズ作製の問題は作製プロセスを改善することで解決されると予想され、BPMからその妥当性も検証された。本研究において、ビーム偏向型光スイッチの小型化と共に消光比の向上を成し遂げるためのデバイスの設計改善に成功した。単体のスイッチで得られた消光比は6～9 dB程度であったが、複数の光スイッチをカスケードにすることやN×Nのスイッチにすると消光比はその分大きくなるので、そういうシステムを構築することによりビーム偏向型の光スイッチについても今後のOPSルータへの応用可能性が期待される。

発行年

2012-09-27

日本十進分類法

549

学位名

修士(工学)

学位

master

研究科・専攻

工学系研究科電気系工学専攻

学位授与年月日

2012-09-27

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偏向型光スイッチ

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