Development of ultra-low power consumption semiconductor optical modulator integrated with antenna for next-generation radio-over-fiber systems

开发用于下一代光纤无线电系统的与天线集成的超低功耗半导体光调制器

• 批准号: 21H01841
• 负责人: 荒川 太郎
• 金额: $ 11.23万
• 依托单位: Yokohama National University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01841/
• 关键词: 光変調器; 光無線; アンテナ; 量子井戸; 光無線システム; 半導体

本研究では、次世代光ファイバー無線（RoF）システム実現のキーデバイスとなる超低電界動作アンテナ集積型半導体器光変調器を開発し、動作実証することを目的としている。今年度は、半絶縁性InP基板上にプリンテッドダイポールアンテナ集積直線導波路型位相変調器を作製し、その動作特性を評価した。成長法には有機金属気相成長法を用い、ファウンダリに作製を依頼した。次に、電子ビーム露光法および誘導結合プラズマドライエッチング法を用いて、直線導波路構造を有する位相変調器を作製し、上部にスリットアンテナを形成した。アンテナは有限要素法解析を用いて設計し、60 GHzの無線信号に強く共振するように設計した。 平面アンテナ中央部分に微小なギャップを設けており、 このギャップ直下にはpin 接合を有する五層非対称結合量子井戸光導波路が形成されている。 この構造により無線ミリ波信号受信時にその共振電界がギャップ部で増幅され、その電界が直下の導波路に垂直に印加される。その結果、FACQWの量子閉じ込めシュタルク効果により屈折率変化を生じ位相変調を実現した。作製したデバイスの電波受信特性および位相変調特性を評価した。ミリ波信号をデバイス上部から60.0GHz無線ミリ波信号を照射し、搬送光(波長1550nm)を変調し、受信電波により光変調が実現できていることが確認された。CSR (Carrer Sideband Ratio)は約60 dBでn型InP基板を用いた先行デバイスと比較して約3 dBの特性向上が見られた。さらに、60GHz無線信号の復調実験を行い、 7dBの信号対雑音比での復調も実証した。

这项研究旨在开发和证明超低电场式天线集成的半导体光学调节器的运行，该调制器将成为实现下一代光纤无线电（ROF）系统的关键设备。今年，在半胰岛INP底物上制造了印刷的偶极天线积分线性波导相调节器，并评估了其工作特性。使用金属有机蒸气相生长进行生长方法，并要求制剂。接下来，使用电子束暴露法和电感耦合的血浆干蚀刻方法来制造具有线性波导结构的相位调节器，并在顶部形成缝线天线。天线是使用有限元分析设计的，旨在与60 GHz无线电信号强烈共鸣。在平面天线的中央部分提供了一个小的间隙，并在间隙下方形成了五层不对称耦合量子井井光学波导。接收无线电毫米波信号时，该结构会扩大间隙部分的共振电场，并将电场垂直于下方的波导延伸。结果，FACQW的量子限制鲜明效应导致折射率和相位调制的变化。评估了制造设备的无线电接收特性和相位调制特性。已证实，从设备顶部用60.0GHz无线电波信号照射毫米波信号，调节载波光（波长：1550nm），并通过接收到的无线电波来实现光学调节。 CSR（Carrer边带比）约为60 dB，与先前使用N型INP INP底物相比，与先前的设备相比，观察到的特征改进约为3 dB。此外，在60GHz无线电信号上进行了解调实验，以证明以7dB的信噪比解调。

项目成果

Proposal of compact multimode interference optical modulator with high extinction ratio

紧凑型高消光比多模干涉光调制器的提出

• DOI: 10.35848/1347-4065/ac6f41
• 发表时间: 2022
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics
• 影响因子: 1.5
• 作者: Choi Samuel;Ota Takeru;Nin Fumiaki;Shioda Tatsutoshi;Suzuki Takamasa;Hibino Hiroshi;Kento Sato and Takehito Suzuki;南川丈夫;Yuhei Kanesaka and Taro Arakawa
• 通讯作者: Yuhei Kanesaka and Taro Arakawa

Design of High-Order Series-Coupled Microring Resonator Wavelength Filter with Differential Evolution Method

微分进化法高阶串联耦合微环谐振器波长滤波器设计

• DOI: 10.35848/1347-4065/ac692f
• 发表时间: 2022
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics
• 影响因子: 1.5
• 作者: 時田茂樹;奥田弘礼;韓氷羽;梅原さおり;吉田斉;小川泉;仁木秀明;河仲準二;宮永憲明;南川丈夫;Yudai Udagawa and Taro Arakawa
• 通讯作者: Yudai Udagawa and Taro Arakawa

Design of Silicon Microring Resonator-Loaded Mach-Zehnder Modulator for Cryogenic Operation

用于低温操作的硅微环谐振器负载马赫曾德尔调制器的设计

• 发表时间: 2022
• 作者: 黒岩直輝;西剛史;太田弘道;助永壮平;柴田浩幸;Yoshitaka Yamato and Taro Arakawa
• 通讯作者: Yoshitaka Yamato and Taro Arakawa

Compact high-extinction-ratio multimode interference electroabsorption modulator

紧凑型高消光比多模干扰电吸收调制器

• 发表时间: 2021
• 作者: Antonia Lichtenegger;Pradipta Mukherjee;Junya Tamaoki;Lida Zhu;Lixuan Bian;Ibrahim Abd El-Sadek;Shuichi Makita;Konrad Leskovar;Makoto Kobayashi;Bernhard Baumann;Yoshiaki Yasuno;Y. Kanesaka and T. Arakawa
• 通讯作者: Y. Kanesaka and T. Arakawa

Design of High-Extinction-Ratio Multimode Interference Optical Modulator Using Machine Learning

利用机器学习设计高消光比多模干涉光调制器

• 发表时间: 2022
• 作者: 長谷川 達也;楠美 友悟;浅原 彰文;清水 亮介;美濃島 薫;Reimi Kaseda and Taro Arakawa
• 通讯作者: Reimi Kaseda and Taro Arakawa