水素化アモルファスシリコン酸化膜は、膜の屈折率を広範囲（n = 1.45 ～ 3.5）に渡って連続的に制御可能であり、またa-Si:Hの屈折率温度係数が他　シリコンフォトニクスとは、シリコン基板上に光素子を形成する技術であり、近年その技術開発が進んでいます。シリコンフォトニクスで利用される光導波路は、シリコン細線導波路と呼ばれ、そのコアサイズはサブミクロンオーダー（0.3μm×0.5μm）の非常に小さいものです。一方で、シリコン細線導波路と外部とをつなぐ光ファイバは、そのコアサイズが10μm程度ですので、導波路-光ファイバ間の結合効率が非常に低い（1%以下）ことが問題となります。そこで結合効率を改善するために必要となるのが、スポットサイズ変換器（SSC: Spot-Size Converter）です。シリコン細線導波路の入出力部に作りこむことによって、細線中の伝搬光フィールドサイズは光ファイバ中のそれと同程度まで大きくなり、結合効率は50%以上に改善されます。我々はシリコンベースのカスケード型アップテーパ導波路SSCを提案、設計、試作しています。シンプルな構造と作製工程が特長です。更なる結合効率の向上、SSCの短尺化を目指して、新たな構造設計、試作、実験に取り組んでいます。

研究報告

[テーパ型SSC]

  • 五十嵐開人, 依田秀彦, 近藤圭祐, 杉原興浩, “曲線テーパ導波路を用いたスポットサイズ変換器の挿入損失と偏波特性の評価,” 第13回電気学会東京支部栃木・群馬支所合同研究発表会, ETT-23-49, 2023年3月.
  • 五十嵐開人, 依田秀彦, 近藤圭祐, 杉原興浩, “直線/曲線テーパ導波路を用いたスポットサイズ変換器の挿入損失評価,” 第12回電気学会東京支部栃木・群馬支所合同研究発表会, ETT-22-41, 2022年3月.
  • 佐々木発輝, 依田秀彦, 大谷毅, “Si細線用ダウンテーパ型スポットサイズ変換器に形成したリッジ導波路部の光学特性評価,” 第11回電気学会東京支部栃木・群馬支所合同研究発表会, ETT-21-49, 2021年3月.
  • 佐々木発輝, 鳴瀬皓之, 依田秀彦, 大谷毅, 田中一郎, “DCパルススパッタによるa-SiOxNy成膜とその屈折率制御,” 第10回電気学会東京支部栃木・群馬支所合同研究発表会, ETT-20-77, 2020年3月.
  • 鳴瀬皓之, 赤沼啓伍, 依田秀彦, “Si細線導波路用ダウンテーパ型スポットサイズ変換器作製のためのリッジ導波路部の形成,” 第9回電気学会東京支部栃木・群馬支所合同研究発表会, ETT-19-12, 2019年3月.
  • 漆原陸, 大谷毅, 依田秀彦, “反応性スパッタ法による膜質制御と光学素子への応用,” 大学コンソーシアムとちぎ第15回学生＆企業研究発表会, 4-12, 2018年12月.
  • 赤沼啓伍, 高野周作, 依田秀彦, “Si細線導波路用ダウンテーパ型スポットサイズ変換器作製のための上部クラッド再形成,” 第8回電気学会東京支部栃木・群馬支所合同研究発表会, ETT-18-96, 2018年3月.
  • 高野周作, 谷口拓也, 依田秀彦, “Si細線導波路用ダウンテーパ型スポットサイズ変換器のための低屈折率部形成,” 第7回電気学会東京支部栃木・群馬支所合同研究発表会, ETT-17-75, 2017年3月.
  • 谷口拓也, 依田秀彦, 白石和男, “ギャップを設けた0.4μm幅垂直方向ダウンテーパ型スポットサイズ変換器の試作,” 第6回電気学会東京支部栃木・群馬支所合同研究発表会, ETT-16-59, 2016年3月.
  • K. Shiraishi, R. Takasaki, H. Yoda, H. Oshikiri, and C. S. Tsai, “A spot-size converter with vertical down taper for the coupling between single-mode fiber and silicon-wire waveguide,” in Proc. International Conference on Electronics Packaging (ICEP 2014), Toyama, Japan, April 23-25, 2014, paper P23, 4 pages.
  • 高崎竜太朗, 押切英也, 依田秀彦, ツェンツァイ, 白石和男, “ギャップを設けた垂直方向ダウンテーパ型スポットサイズ変換器の試作,” 信学総大, C-3-78, 2014年3月.
  • 高崎竜太朗, 押切英也, 依田秀彦, ツェンツァイ, 白石和男, “垂直方向ダウンテーパを用いたシリコン細線導波路用スポットサイズ変換器,” 信学ソ大, C-3-13, 2013年9月.
  • 鈴木光騎, 押切英也, 高崎竜太郎, 宮嶋淳, 依田秀彦, 白石和男, “シリコン細線導波路用セグメント型スポットサイズ変換器,” 第3回電気学会東京支部栃木・群馬支所合同研究発表会, ETT-12-59, 2013年3月.
  • 宮嶋淳, 阿部田拓未, 依田秀彦, 白石和男, “シリコン細線導波路用トンネル結合スポットサイズ変換器の試作,” 信学総大, C-3-39, 2013年3月.
  • K. Shiraishi, H. Yoda and Chen S. Tsai, “A two-port polarization-insensitive coupler module between single-mode fiber and silicon-wire waveguide,” Optics Express, vol. 20, no 22, pp. 24370-24375, Oct. 2012.
  • 畠山峻輔, 依田秀彦, 白石和男, “リブ型シリコン導波路用スポットサイズ変換器,” 応用物理学関係連合講演会, 18a-GP4-23, 2012年3月.
  • 永田大, 白石和男, 依田秀彦, ツェンツァイ, “垂直方向ダウンテーパを用いたシリコン細線導波路用スポットサイズ変換器,” 応用物理学関係連合講演会, 18p-F4-4, 2012年3月.
  • 大道寺龍弥, 白石和男, 依田秀彦, ツェンツァイ, “シリコン細線導波路用トンネル結合スポットサイズ変換器,” 応用物理学関係連合講演会, 18p-F4-3, 2012年3月.
  • 依田秀彦, 白石和男, “垂直方向ダウンテーパ型スポットサイズ変換器の散乱損失解析,” 信学ソ大, C-3-78, 2011年9月.
  • 永田大, 染谷貴之, 依田秀彦, 白石和男, “垂直方向ダウンテーパを用いたスポットサイズ変換器,” 信学総大, C-3-61, 2011年3月.
  • 畠山峻輔, 依田秀彦, 白石和男, “リブ型シリコン細線導波路用スポットサイズ変換器,” 信学会東京支部学生会研究発表会, 講演番号168, 2011年3月.
  • 大道寺龍弥, 染谷貴之, 依田秀彦, 白石和男, “低屈折率部の自動形成によるスポットサイズ変換器の小型化,” 信学会東京支部学生会研究発表会, 講演番号174, 2011年3月.
  • [Invited] K. Shiraishi, H. Yoda, and C. Tsai, “Miniaturized Spot Size Converters for Coupling between Single-Mode Optical Fibers and Silicon Photonic Circuits,” in Proc. 16th Microoptics Conference (MOC’10), Hsinchu,Taiwan, Oct.-Nov. 2010, paper TB2, 2 pages.
  • 石村友洋, 染谷貴之, 依田秀彦, チェン・ツァイ, 白石和男, “同時アップテーパによるスポットサイズ変換器の小型化,” 信学総大, C-3-41, 2010年3月.
  • [Invited] K. Shiraishi, and C. S. Tsai, “Silicon-Based Spot-Size Conversion Techniques for Efficient Coupling between Wire-Waveguides and Single-Mode Fibers,” in Proc. the 12th International Symposium on Microwave and Optical Technology (ISMOT 2009), New Delhi, India, Dec. 2009, paper ISMOT/09/I/422, 4 pages.
  • T. Ishimura, H. Yoda, K. Shiraishi, S. C. Tsai, and C. S. Tsai, “A SIMULTANEOS UP-TAPERING SPOT-SIZE CONVERTER FOR SILICON-WIRE WAVEGUIDES,” in Proc. 15th Microoptics Conference (MOC’09), Tokyo, Japan, Oct. 2009, paper L-2, 2 pages.
  • 石村友洋, 染谷貴之, 依田秀彦, チェン・ツァイ, 白石和男, “同時アップテーパから成るスポットサイズ変換器,” 信学ソ大, C-3-3, 2009年9月.
  • H. Yoda, K. Shiraishi, H. Furuhashi, A. Ohshima, H. Tsuchiya, and C. S. Tsai, “A Two-Port Single Mode Fiber-Silicon Wire Waveguide Coupler Module Using Spot Size Converters,” J. Lightwave Technol., vol. 27, no. 10, pp. 1315-1319, May, 2009.
  • 石村友洋, 大島昭彦, 依田秀彦, 土屋治彦, チェン・ツァイ, 白石和男, “二つの合成アップテーパから成るスポットサイズ変換器,” 信学総大, C-3-67, 2009年3月.
  • 大島昭彦, 石村友洋, 依田秀彦, 土屋治彦, 白石和男, “基板面に垂直な方向のダウンテーパを用いたスポットサイズ変換器,” 信学総大, C-3-66, 2009年3月.
  • H. Yoda, K. Shiraishi, A. Ohshima, T. Ishimura, and H. Tsuchiya, C. S. Tsai, “Spot-Size Converter with Graded-Index Up-Taper for Si-Wire Waveguides,” in Proc. Optical Fiber Communication Conference & Exposition and National Fiber Optic Engineers Conference (OFC/NFOEC 2009), San Diego, CA, Mar. 2009, paper OTuL7, 3 pages.
  • 石村友洋, 大島昭彦, 依田秀彦, ツェン・ツァイ, 白石和男, “縦続接続テーパから成るシリコン細線導波路用スポットサイズ変換器,” 電子情報通信学会光エレクトロニクス研究会, OPE2008-141, pp. 25-29, 2008年12月.
  • 大島昭彦, 石村友洋, 依田秀彦, 土屋治彦, C. S. Tsai, 白石和男, “縦続接続テーパ導波路を用いたシリコン細線導波路用スポットサイズ変換器,” 信学ソ大, C-3-23, 2008年9月.
  • H. Yoda, K. Shiraishi, A. Ohshima, T. Ishimura, H. Tsuchiya, and C. S. Tsai, “Spot-size converters for a two-port single-mode fiber-silicon wire waveguide coupler module,” in Proc. 5th International Conference on Group IV Photonics, Sorrento, Italy, Sep. 2008, W28, 3 pages.
  • 大島昭彦, 依田秀彦, 白石和男, “GI型屈折率分布をもつシリコン細線導波路用スポットサイズ変換器”, 応用物理学関係連合講演会, 29p-ZG-14, 2008年3月.
  • K. Shiraishi, H. Yoda, A. Ohshima, H. Ikedo, and C. S. Tsai, “A silicon-based spot-size converter between single-mode fibers and Si-wire waveguides using cascaded tapers,” Appl. Phys. Lett., vol. 91, 141120 (3 pages), Oct. 2007.
  • 依田秀彦, 白石和男, “高屈折率差導波路用スポットサイズ変換,” エレクトロニクス実装学会 第32回光回路実装技術公開研究会, 2007年10月.
  • K. Shiraishi, H. Yoda, H. Ikedo, and C. S. Tsai, “A spot-size converter using a nonlinear vertical up-taper for efficient coupling of a single-mode fiber to a Si-wire waveguide,” in Proc. 4th International Conference on Group IV Photonics, Tokyo, Japan, Sep. 2007, paper WP20, 3 pages.
  • [招待講演] 依田秀彦, 池戸秀樹, チェン・ツァイ, 白石和男, “縦続接続テーパ導波路を用いたシリコン細線用スポットサイズ変換器,” 信学ソ大, C-3-9, 2007年9月.
  • 古橋洋志, 池戸秀樹, 大島昭彦, 依田秀彦, 土屋治彦, 白石和男, Chen S. Tsai, “縦続接続テーパ導波路を用いたシリコン細線用スポットサイズ変換器の試作,” 信学総大, C-3-93, 2007年3月.
  • H. Yoda, H. Ikedo, H. Tsuchiya, K. Shiraishi, and C. S. Tsai, “Fabrication of Cascaded Perpendicular Up Tapers for Si-Wire Waveguides,” in Proc. Optical Fiber Communication Conference & Exposition and the National Fiber Optic Engineers Conference (OFC/NFOEC 2007), Anaheim, CA, Mar. 2007, paper JThA26, 3 pages.
  • H. Ikedo, H. Furuhashi, H. Yoda, H. Tsuchiya, K. Shiraishi, and C. S. Tsai, “A Spot-Size Converter for Si-Wire Waveguides Utilizing Cascaded Up-Tapers With a Conversion Factor of 14,” in Proc. 10th International Symposium on Contemporary Photonics Technology (CPT 2007), Tokyo, Japan, Jan. 2007, paper LM-13, 1 page.
  • 池戸秀樹, 古橋洋志, 依田秀彦, 土屋治彦, 白石和男, “縦列接続テーパ導波路を用いたスポットサイズ変換器,” 信学ソ大, CS-3-9, 2006年9月.
  • H. Yoda, H. Ikedo, T. Ketsuka, A. Irie, K. Shiraishi and Chen S. Tsai, “A High-performance Micro GRIN-Chip Spot-Size Converter Formed with Focused Ion-Beam,” IEEE Photonics Technology Letters, vol. 18, no. 14, pp. 1554-1556, Jul. 2006.
  • 毛塚貴裕, 池戸秀樹, 依田秀彦, 入江晃亘, ツェン・ツァイ, 白石和男, “グレーデッド形高屈折率導波路を用いたスポットサイズ変換器,” 信学総大, C-3-57, 2006年3月.
  • H. Ikedo, T. Ketsuka, H. Yoda, L. R. Nunes, K. Shiraishi, and C. S. Tsai, “Efficient Fiber-Coupling Scheme for Si-Wire Waveguides By Using Two Cascaded Perpendicular Up Tapers,” in Proc. 9th International Symposium on Contemporary Photonics Technology (CPT 2006), Tokyo, Japan, Jan. 2006, paper LM-10, 1 page.
  • H. Ikedo, H. Yoda , L. R. Nunes, K. Shiraishi, and C. S. Tsai, “Novel spot-size conversion scheme for Si-wire waveguides by using two cascaded perpendicular up-tapers,” in Proc. 11th Microoptics Conference (MOC ’05), Tokyo, Japan, Oct./Nov. 2005, paper PD9, pp. 18-19.
  • H. Ikedo, H. Yoda, K. Shiraishi, and C. S. Tsai, “A silicon-based spot-size converter using an up-taper waveguide connected with a GRIN slab chip,” in Proc. 11th Microoptics Conference (MOC ’05), Tokyo, Japan, Oct./Nov. 2005, paper H12, pp. 140-141.
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