光の非線形伝播を用いたシリコン光デバイス構造の高速計測の基礎研究

利用光的非线性传播对硅光学器件结构进行高速测量的基础研究

• 批准号: 22H01552
• 负责人: 小西 毅
• 金额: $ 11.32万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01552/
• 关键词: 非線形光学効果; シリコンフォトニクス; 構造モデリング; データ同化

本研究では，シリコンフォトニクスにおける光デバイスの品質検査のために必要不可欠な構造評価について，SEMやAFMなどを用いた方法とは全く異なる新しいアプローチの開拓を“目的”として、シリコン光デバイスの現在の構造評価技術の高速化に対して，初めて着想した光の非線形伝播による全く異なる構造評価アプローチの可能性を検証し、その有用性を明らかとすることを目指している．具体的には，①構造の評価方法の原理確認，②構造の評価方法の精度の検討，③適用可能な構造の自由度の項目について検討を行う．今年度は，①構造の評価方法の原理確認について，主に伝播計算の高速化と構造の評価方法の原理確認を目指す．シリコンデバイスの伝播計算シミュレーションには有限差分時間領域法が一般的に用いられるが，計算時間が長く高速化には適していない．そこで，スプリットステップフーリエ変換法を用いた高速化を新しく検討し，シミュレーションで与えた基本的な構造の推定確認を行った．その結果，基本構造であるテーパー型の導波路に対して，数秒程度の計算時間内で2.87%の推定誤差での構造推定を実現した.その結果を、SPIE Photonics West 2023（招待講演）をはじめ2件の国際会議発表を行った．また，シミュレーションによる原理確認と並行して，分担者の東京工業大学において試作した基本構造導波路デバイスに光結合デバイスを接続した評価用デバイスの準備を終えた．また、独自にデバイス構造の顕す光学特性の蓄積の試みとして、例えば4×4MMIの接続部にテーパを入れることで位相誤差が小さくなり、フィルタとしてのクロストークが改善される様子などを確認し、評価デバイスの探索を行った。

在这项研究中，我们旨在开发一种与使用SEM，AFM等的方法完全不同的结构评估方法，这对于硅光子学中的光学设备的质量检查至关重要，并通过验证其通过光的非线性传播来验证完全不同的结构评估方法来阐明其有用性，该方法首先是在井期间进行评估的，即在井井有条上进行构想。具体而言，我们将考虑以下内容：1）结构评估方法的原理，2）结构评估方法的准确性，以及3）可以应用结构自由度的项目。今年，我们的目标是：1）确认结构评估方法的原理，主要是为了加快传播计算的速度并确认结构评估方法的原理。有限的差异时间域方法通常用于硅设备中传播计算的模拟，但不适用于长时间计算和更快的速度。因此，我们使用拆分型傅立叶变换方法研究了一种新的加速方法，并确认了模拟给出的基本结构。结果，在仅几秒钟的计算时间内实现了锥形波导的基本结构，结构估计为2.87％。结果在两个国际会议上提出，包括Spie Photonics West 2023（邀请演讲）。此外，与通过模拟验证原理的验证同时，我们完成了评估设备的准备，在该设备中，光耦合设备在Tokyo Technology Institute of Tokentute of Teconce Partnert的原型基本结构波导装置连接到了原型。此外，作为试图积累设备结构中明显的光学特性，我们确认，通过敲击例如4×4 MMI的连接部分，减少了相位误差并改善了滤波器，并搜索了评估设备。