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ゲルマニウムをベースにしたフォトニクスは、斬新なセンサーとより高速なインターネットに有望です

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ゲルマニウムをベースにしたフォトニクスは、斬新なセンサーとより高速なインターネットに有望です

2017-06-04

可視光よりも長いがマイクロ波よりも短い波長を有する中赤外光は、リモートセンシングおよび通信技術において多くの重要な用途を有する。日本の研究者は、中赤外光の通過を効果的に導くことができるいくつかの新しいフォトニックコンポーネントの成功した動作を実証しました。この研究は、二酸化炭素のような重要な分子について、より高速なインターネットと敏感な検出器につながるかもしれません。チームはアナハイム、カリフォルニア、米国で3月20-24日に開催された光ファイバー通信会議および展示会(ofc)でその結果を発表します。


研究者は材料ゲルマニウム(GE)から新しいコンポーネントを作りました。ゲルマニウムは周期律表の同じ欄にあり、同様の電気的性質を有することを意味する第4族半導体である。ゲルマニウムには、中赤外光を透過させ、導くのに特に適したいくつかの特性があると、ジンカン博士は述べています。電気工学・情報システム学科玉木竹中グループ、東京大学、東京。


ゲルマニウムは中赤外領域で高い光透過性を持ち、中赤外光が容易に通過することができます。シリコンと比較して、ゲルマニウムは他の多くの光学的に興味深い特性を有する。これらはより高い屈折率を含み、それは光がより遅くそれを通過することを意味する。ゲルマニウムはまた、より大きな3次非線形性、例えば、光線を増幅または自己焦点化するために利用され得る光学効果を有する。自由キャリア効果が強く、電荷を運ぶ電子と正孔が光を変調するのに役立つことを意味します。ゲルマニウムはまた、シリコンよりも強い熱光学効果を有し、これは、屈折率が温度によってより容易に制御され得ることを意味する。


「これらの特性により、Geベースのデバイスの性能が向上し、中赤外線で新しい機能が実現する可能性があります」とKang氏は述べています。さらに、ひずみゲージとゲスンベースの材料で作られたレーザーの最近の進歩は、光生成と光ステアリングの両方のコンポーネントを同じフォトニックチップ上に組み込むための有望な材料となっているという。


kangらは、グレーティングカプラー、mmiカプラー、マイクロリング共振器など、ゲルマニウム製の基本的なフォトニック導波管部品を設計し、テストしました。自由空間から導波路に光を効率的に結合するために格子結合器が使用され、その逆もあり、mmiカプラは導波路における光信号処理のためのルータまたはカプラとして用いられ、マイクロリング共振器は、 。


チームが直面した最大の課題は、ゲルマニウムウェハの研磨とエッチングを含むデバイス製造プロセスを制御することだった、とカン氏は述べた。


\"現在、Geのデバイス性能は、中赤外線のためのGeベースのフォトニックコンポーネントの研究が全く新しいため、最先端のSiベースのものほど良くはないかもしれません。製造プロセスは、 \"彼は言った。 \"それにもかかわらず、Geベースのデバイスには本質的な利点があると考えています。


中赤外領域のゲルマニウムの魅力的な光学特性は、類似のシリコンデバイスよりも最適化されたGe導波路がよりコンパクトであり、より多くのチップが同じ空間に収まることを意味する、とKang氏は指摘する。


二酸化炭素のような多くの重要な分子は、振動状態を変化させるときに中赤外線を吸収して放出するので、中赤外線フォトニクスが新しいセンサーの基礎となる可能性があります。カンの報告によると、炭素排出量、隠れた爆発物、肝臓病や癌などの健康状態を監視し検出することは、すべてGEベースのセンサーで可能である、とKangは述べた。


Geベースのフォトニックチップはまた、光ファイバ通信の帯域幅を増加させる可能性がある。 「一般的な意味では、インターネットをもっと早くすることができる」とカン氏は語った。


今のところ、カン氏と彼の同僚は、製作技術の向上に取り組んでいます。その後、光スイッチなどのより多くのデバイスを構築し、同じチップ上にgesnレーザーとGe導波路デバイスを統合する予定です。


さらに探る:imecは50GHz帯の導波管の電磁波吸収変調器を実証

詳細:プレゼンテーション:「中赤外線フォトニクスのためのGe-on-insulator上のGe受動導波路コンポーネントの設計と特性」、ジアン・カン、シャオユ、ミツル・テカカ、および高木慎一による

提供者:optical society of america


ソース:phys


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