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

基本信息

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

项目摘要

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。

本研究的目的是开发并演示超低场操作天线集成半导体光调制器的运行，该调制器将成为实现下一代光纤无线电（RoF）系统的关键器件。今年，我们在半绝缘 InP 衬底上制造了集成线性波导相位调制器的印刷偶极子天线，并评估了其工作特性。生长方法采用金属有机气相外延法，委托铸造厂生产。接下来，采用电子束曝光法和感应耦合等离子体干法刻蚀法制作具有线性波导结构的相位调制器，并在顶部形成狭缝天线。该天线采用有限元分析设计，可与 60 GHz 无线信号产生强烈谐振。在平面天线的中心设置一个小间隙，在该间隙的正下方形成具有pin结的五层非对称耦合量子阱光波导。利用这种结构，当接收到无线毫米波信号时，谐振电场在间隙中被放大，并且电场垂直地施加到正下方的波导。结果，FACQW的量子限制斯塔克效应引起折射率变化，实现了相位调制。对所制作的器件的电波接收特性和相位调制特性进行了评价。经证实，可以通过从设备顶部发射60.0GHz无线毫米波信号并利用接收到的无线电波调制载波光（波长1550nm）来实现光调制。 CSR（Carrer 边带比）约为 60 dB，与之前使用 n 型 InP 衬底的器件相比，提高了约 3 dB。此外，我们对60GHz无线信号进行了解调实验，演示了信噪比为7dB的解调。