成果報告書詳細
管理番号20120000000226
タイトル*平成23年度中間年報 「省エネルギー革新技術開発事業/先導研究/高速・自己保持機能を有する光スイッチング回路の研究開発」
公開日2012/4/28
報告書年度2011 - 2011
委託先名学校法人慶應義塾 独立行政法人産業技術総合研究所 エピフォトニクス株式会社
プロジェクト番号
部署名省エネルギー部
和文要約和文要約等以下本編抜粋:1. 研究開発の内容及び成果等
【1】 PLZT導波路型光スイッチの開発(学校法人慶應義塾、独立行政法人産業技術総合研究所、エピフォトニクス株式会社)
(1)ラッチ制御パラメータ特定(1x2光スイッチ)
ラッチ機能を実現するためのメモリ効果制御因子と電圧保持回路の要件を、1x2光スイッチを試作して検討した。前者の方式については、屈折率書き込み後にゼロ電圧でスイッチをオンまたはオフに保つために、書き込み電圧および経過時間がパラメータとなることを把握した。材料組成に関しては、メモリ効果の大きい材料もあるが、スイッチとしての種々の特性を考慮し、現状組成を選択した。メモリ効果によるラッチ制御には、これらのパラメータとスイッチ設計の最適化を進める予定である。後者の方式については、スイッチ電極の漏れ電流が10-11 A/cm2程のため、0.01Fのコンデンサによって理論的には数百日の電圧保持の可能性があることが分かった。今後は電圧保持回路の検討を行う予定である。
光スイッチの挿入損失、偏波依存性、デバイスサイズなどの基本特性改善をシミュレーションと試作した1x2スイッチ特性から検証した。挿入損失に関しては、導波路コアの欠陥および微小なレジスト残渣が過剰損失や損失のばらつきをもたらしていることを特定し、前者は導波路作製プロセスの最適化によって解決し、後者は対策の検証中である。導波路コアの欠陥はコアとクラッドの屈折率差(デルタ)へ影響していたことも分かり、ロット間差や歩留まりを低減できる見込みである。偏波依存性は、熱処理および上記屈折率書き込み実験に並行して検討したポーリング処理によって大幅に改善した。デバイスサイズに関しても同様にポーリング処理によって内部バイアスを抑えることによって駆動電圧を低減できることが分かり、デバイスサイズ縮小に貢献する見込みである。
英文要約1(a) PLZT Waveguide type optical switch
We had measured memory characteristics of PLZT switches with various conditions. The storage time strongly depends on applied voltage to the PLZT waveguide. We had optimized operating conditions for long storage time. The memory function can be obtained with a capacitor connected to the PLZT waveguide. The leak current was less than 100 pA, therefore, a capacitor of 0.01 F is enough to obtain storage time of 100 days. We fabricated an 1x8 optical switch and it can be controlled with TTL signals by parallel IFs and an USB connector.
1(b) PLZT wavelength selective switch
We had designed 8-ch, 100-GHz-spacing wavelength selective switch and now under fabrication. 200-GHz type was fabricated and it showed good tuning characteristics with extinction ratio of more than 15 dB.
1(c) PLZT-PLC hybrid switch
The whole process flow to fabricate silica PLC was brushed up. Propagation loss was sufficiently lowered. The switch requires optical splitters, such as a directional coupler and MMI. Process conditions for dry-etching and CVD were optimized for forming narrow gaps. We fabricated a test chip, including 1x2 and 2x2 couplers.
2(a) Si-waveguide circuit for wavelength switch
For fabricating ring resonator and Mach-Zhender interferometer, we experimentally checked the narrowest gap that we could fabricate with reproducibility, and it proved to be 200nm. We had designed both circuits with FDTD simulation.
2(b) Phase-change materials for wavelength switch
We have developed an evaluation system of optical index at a wide range of temperature. The highest temperature reached 1000 degree C. Using InSb film, we calibrated the system. We also developed a system for evaluating thermo-conductivity over a wide range of temperature. The sample under test was placed in a furnace. The system was calibrated by using Mo films. We also developed high-speed measuring system for phase-change phenomena.
3 Energy-efficient photonic network using self-holding optical switches
We had estimated energy consumption in public optical networks. A core network consumes 20% of electricity, an access network consumes 20%, and users consume 60%. We researched on use of optical switches in optical line terminals. It showed that about 50% of energy was reduced by using optical switches.
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