相変化材料を用いたSi光マトリクススイッチ

采用相变材料的硅光矩阵开关

• 批准号: 10J08683
• 负责人: 田中 大輝
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Keio University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2010
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2010 至 2012
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10J08683/
• 关键词: 光スイッチ; 相変化材料; Si細線導波路; シリコンフォトニクス; シリコン細線導波路; 交差導波路

本研究では、相変化材料とシリコン導波路を用いた光マトリクススイッチの実現を目的としている。相変化光スイッチは超小型、高速応答性、自己保持機能といった特徴を兼ね備えた新規の光スイッチである。平面光回路型のマトリクススイッチは、複数の単位スイッチを組み合わせることで実現されるため、高性能なマトリクススイッチを得るためには、1×1、1×2、2×2といった単位スイッチの高性能化が必要不可欠である。今年度は2×2スイッチの設計を行った。空間スイッチとして方向性結合器型、波長スイッチとしてマッハ・ツェンダ干渉器型を提案した。1.方向性結合器型(DC:Directional Coupler)型2×2スイッチシリコンで構成される三平行導波路間の方向性結合をスイッチング原理としている。真ん中の導波路上には相変化材料が積層されており、アモルファスでクロス出力、結晶でバー出力が得られるように設計される。平行導波路長は、スーパーモードの等価屈折率を用いて算出することができる。FDTD解析によってスイッチング動作を実証した。2.マッハ・ツェンダ干渉器(MZI:Mach-Zehnder Interferometer)型2×2スイッチ波長スイッチを実現するために、マッハ・ツェンダ干渉器を利用した。二本のアーム導波路の長さを非対称にすることで、FSRを任意に決めることができる。両アーム上には相変化材料が積層される。実際にデバイスを試作し、透過スペクトルシフトの観測に成功した。

本研究旨在利用相变材料和硅波导实现光矩阵开关。相变光开关是一种新型光开关，具有超紧凑、高速响应、自保持功能等特点。平面光路型矩阵开关是通过组合多个单元开关来实现的，因此为了获得高性能的矩阵开关，需要组合1×1、1×2、2×等高性能单元开关2. 化是必要的。今年，我们设计了一个2×2的开关。我们提出了定向耦合器类型作为空间开关和马赫-曾德尔干涉仪类型作为波长开关。 1.定向耦合器（DC）型2×2开关 开关原理是由硅制成的三平行波导之间的定向耦合。中间波导上层叠有相变材料，设计为在非晶态下可以获得交叉输出，在晶态下可以获得条形输出。平行波导长度可以使用超模的等效折射率来计算。通过 FDTD 分析演示了开关操作。 2.采用Mach-Zehnder干涉仪(MZI)实现2×2开关波长开关。通过使两个臂波导的长度不对称，可以任意确定FSR。相变材料层压在两个臂上。他们实际上制造了一个原型设备并成功地观察到了透射谱偏移。

项目成果

Small-sized self-holding optical switch using phase-change material

采用相变材料的小型自保持光开关

• 发表时间: 2011
• 作者: Akihito Kano;Takeshi Fukumoto;Kouhei Ohtani;Akihide Yoshihara;Tbshiaki Ohara;Shigeyuki Tajima;Ken Izumori;Keiji Tanaka;Takeo Ohkouchi;Yutaka Ishida;Yoko Nishizawa;Kazuya Ichimura;Yasuomi Tada;Kenji Gomi;Kazuya Akimitsu;D.Tanaka
• 通讯作者: D.Tanaka

相変化材料を用いたリブ型光ゲートスイッチ

采用相变材料的肋型光闸开关

• 发表时间: 2011
• 作者: 大石高路;吉村和晃;山口和也;水野哲孝;加野彰人・福元健志・大谷耕平・何森 健・田島茂行・小原敏明・重松由夫・大河内武夫・石田 豊・市村和也・多田安臣・五味剣二・秋光和也;D.Tanaka;D. Tanaka;加野彰人・福元健志・大谷耕平・何森健・田島茂行・小原敏明・重松由夫・大河内武夫・石田豊・市村和也・多田安臣・五味剣二・秋光和也;田中大輝
• 通讯作者: 田中大輝

導波路型光保護素子及び導波路型光保護装置

波导型光保护元件及波导型光保护装置

• 发表时间: 2010

Demonstration of 1000-times switching of phase-change optical gate with Si wire waveguides

硅线波导相变光闸1000次开关演示

• 发表时间: 2011
• 期刊: Electronics Letters
• 影响因子: 1.1
• 作者: 大石高路;吉村和晃;山口和也;水野哲孝;加野彰人・福元健志・大谷耕平・何森 健・田島茂行・小原敏明・重松由夫・大河内武夫・石田 豊・市村和也・多田安臣・五味剣二・秋光和也;D.Tanaka
• 通讯作者: D.Tanaka

相変化材料を用いた導波路型光ゲートスイッチにおけるスイッチング動作

使用相变材料的波导型光闸开关的开关操作

• 发表时间: 2010
• 作者: Y.Lee;K.Kakushima;K.Shiraishi;K.Natori;H.Iwai;田中大輝
• 通讯作者: 田中大輝