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【この講座で学べること】
・シリコンフォトニクスおよび集積光デバイスの基本原理
・デバイスの設計・作製・評価における重要な考え方
・光通信、データセンター、光電融合、LiDAR、センシング、テラヘルツ応用などへの展開と最新の研究開発動向
【講座概要】
近年、データセンターやAIシステムにおける通信容量の増大と消費電力の増加を背景として、光回路を小型チップ上に集積するシリコンフォトニクス技術への関心が高まっています。本講座では、導波光学の基礎から、シリコンフォトニクスおよび集積光デバイスの動作原理、設計・作製・評価における重要な考え方までを体系的に解説します。さらに、異種材料を組み合わせたヘテロジニアス集積技術を取り上げ、光通信、データセンター、光電融合、LiDAR、センシング、テラヘルツ通信などへの応用例を紹介します。これらを通じて、シリコンフォトニクス技術の導入可能性の検討、新規研究開発テーマの立案、共同研究および外部技術評価に役立つ知識を習得することを目的とします。
１．シリコンフォトニクスの概要
1.1 データセンター・AI時代における光インターコネクトの役割
1.2 シリコンフォトニクスの特徴と基本構成
1.3 光導波路、光変調器、光検出器および光源の集積
1.4 シリコンフォトニクスの利点と材料上の制約
２．光導波路と光伝搬の基礎
2.1 電磁波としての光
2.2 全反射と導波条件
2.3 導波モードの形成
2.4 シリコン導波路の特徴
３．シリコン集積光デバイスの設計技術
3.1 シリコン光導波路の導波原理とモード設計
3.2 方向性結合器およびMMIカプラの設計
3.3 マッハ・ツェンダー干渉計の動作原理と位相制御
3.4 リング共振器の共振条件、FSRおよびQ値の設計
3.5 波長フィルタおよび波長合分波回路の設計
４．ヘテロジニアス集積光デバイス
4.1 異種材料集積の必要性とIII-V族半導体、SiN、LiNbO3の特徴
4.2 シリコンフォトニクスを用いた波長可変・狭線幅レーザー
4.3 シリコン光回路とLiNbO3光変調器を組み合わせた高速光送信器
５．集積光デバイスの評価技術
5.1 透過スペクトルを用いた光回路の基本評価
5.2 導波路損失、結合効率および共振器Q値の評価
5.3 ヘテロジニアスレーザの基本特性の評価
６．シリコンフォトニクスの応用展開
6.1 波長多重光通信と大容量・低消費電力光送信器
6.2 FMCW LiDARと光フェーズドアレイによるビーム制御
6.3 二波長レーザーを用いたテラヘルツ波の発生
6.4 光電融合によるテラヘルツ通信・センシングへの展開
【質疑応答】
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