アライメントフリーなシリコン光チップとファイバ間の高効率結合デバイス

免对准硅光芯片与光纤之间的高效耦合装置

基本信息

批准号：
22K04248
负责人：
藤川知栄美
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Tokai University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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

项目摘要

【はじめに】光配線による光接続（光インターコネクト）技術は，古典的なメタル配線におけるボトルネックとなっている多くの課題を克服する大きな解決策であると期待されている．一つのシリコン基板上に光導波路および電子回路が集積されたシリコン光チップは，高密度および大容量の将来の光配線実現の鍵である．シリコン光チップと光ファイバ間を光結合するための結合デバイスは，実用的な光結合効率，極めて微細でしかも容易なアライメントが要求される．本研究では，スポット径の異なるシリコン導波路と光ファイバ間の効率的な光接続，および簡易に作製可能な光結合用スポットサイズコンバータを提供することを目的としている．【提案したスポットサイズコンバータの試作および評価】２種類のスポットサイズコンバータを提案，設計，試作し，評価した．①標準シングルモードファイバ端面に自己形成光導波路（Self-Written Waveguide: SWW）技術を用いて作製するテーパピラー型スポットサイズコンバータと②シリコン光チップ端面に作製するスポットサイズエキスパンダである．試作，評価を行ったテーパピラー型スポットサイズコンバータは，標準シングルモードファイバ側から出射する紫外光を用いているためアライメントフリーであることから，従来のHiNAファイバを使用したテーパピラー型スポットサイズコンバータよりも高い結合効率を有することを確認した．また，シリコン光チップ側に，シリコン光チップからの出射光ビームを拡大し，標準シングルモードファイバのスポットサイズに一致させるスポットサイズコンバータを提案した．スポットサイズエキスパンダは，マイクロ光デバイスを用いた光結合における実装上の課題となるアライメント精度を緩和できることをシリコン光チップを用いた光結合実験により示した．

【简介】采用光互连的光互连技术有望成为克服传统金属互连诸多瓶颈的主要解决方案。硅光芯片将光波导和电子电路集成在单个硅基板上，是实现未来高密度、大容量光互连的关键。用于硅光芯片和光纤之间光耦合的耦合装置要求具有实用的光耦合效率、极其精细且易于对准。本研究的目的是在硅波导和具有不同光斑直径的光纤之间提供有效的光学连接，以及易于制造的光耦合光斑尺寸转换器。 [所提出的光斑尺寸转换器的原型制作和评估] 提出、设计、原型化和评估了两种类型的光斑尺寸转换器。它们是：(1) 使用自写波导 (SWW) 技术在标准单模光纤端面上制造的锥形柱光斑尺寸转换器，以及 (2) 在硅的端面上制造的光斑尺寸扩展器光学芯片。我们原型设计和评估的锥柱光斑尺寸转换器使用从标准单模光纤侧发射的紫外光，因此它是免对准的，因此它比使用传统HiNA光纤的锥柱光斑尺寸转换器具有更高的成本。证实其具有良好的结合效率。我们还提出了硅光学芯片侧的光斑尺寸转换器，可扩展从硅光学芯片发出的光束，以匹配标准单模光纤的光斑尺寸。我们通过使用硅光学芯片的光学耦合实验证明，光斑尺寸扩展器可以降低对准精度，这是使用微型光学器件的光学耦合中的一个安装问题。