光周波数掃引法による光回路素子の非破壊的内部診断・特性評価システムの構築

光導波路や光ファイバーの内部診断・特性評価を目的として、半導体レーザを光源に用いたコヒーレントOFDR法(FMCW法)の構築を行った。光導波路診断を目的とする場合には1mm程度の空間分解能を目指し、光ファイバ診断の目的とする場合には1km以上の診断可能距離を目指してシステムを構築した。得られた結果は以下の通りである。1.光周波数掃引の非線形性により空間分解能が劣化することを示し、その解決法として、(1)ディジタルフィルタを用いて半導体レーザの変調波形を補正する方法、(2)方形波が重畳された三角波で半導体レーザを変調する方法の2つの方法を提案した。これらの方法を用いることにより空間分解能は約6倍向上し、理論値とほぼ等しい値(2mm)を得た。2.FMCWリフレクトメトリにおいて、理論的空間分解能より優れた空間分解能を得るため、受光信号を最大エントロピー法を用いてスペクトル解析する方法を提案した。最大エントロピー法を用いることにより、理論的空間分解能(7.5mm)を上回る空間分解能(2.5mm)を得た。また、拡張された最大エントロピー法を用いることにより、最高で100μm程度の空間分解能が得られることを実験的に示した。3.さらに長い診断距離を得るため、光の干渉を用いないシステムを構成した。参照光と反射光との光路長差が光源の可干渉距離よりも長いのが特徴であり、スペクトル線幅が狭いほど空間分解能は向上する。そのため、外部共振器構造の半導体レーザを光源に用いて非干渉のFMCWリフレクトメトリを構成し、11km遠方において空間分解能60mを得た。また、光ファイバの後方レイリー散乱光を高感度で検出できること、検出した後方レイリー散乱光から光ファイバの伝搬損失、コネクタ接続された光ファイバの接続損失の評価が可能であることを示した。The FMCW reflectometry using a laser diode as a light source was developed for diagnosing and characterizing optical waveguides and optical figers. The results of the study are as follows.1. The spatial resolution is found to be degraded due to nolinearity of the optical frequency sweep, and the two methods were developed to enhance the spatial resolution ; one is modifying the modulation waveform of the injection cuurent of the laser by using a digital filter, and the other is modulating the injection current of the laser with a triangular signal on which a rectangular signal is superimposed. The spatial resolution was improved by a factor of 6, and the experimental resolution agreed with the theoretical resolution.2. The maximum entropy method (MEM) was used to analyze the detected signal to achieve high spatial resolution. The spatial resolution by the MEM is smaller than the conventional theoretical resolution. The spatial resolution of about 100 mum was also achieved by using the extended MEM.3. The incoherent FMCW reflectometry was developed to diagnose long optical fibers. The spatial resolution can be improved by using a light source with narrow linewidth. The spatial resolution of 60 m was achieved at the far end of an 11 km-long optical fiber. The Rayleigh backscattering in the fiber was also detected, and the propagation loss of the fiber and the connection loss of two fibers were estimated.研究課題/領域番号:08555090, 研究期間(年度):1996-1997出典：「光周波数掃引法による光回路素子の非破壊的内部診断・特性評価システムの構築」研究成果報告書　課題番号08555090(KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所）)　　　本文データは著者版報告書より作

Hole-injection-type and electron-injection-type silicon avalanche photodiodes fabricated by standard 0.18-μm CMOS process

金沢大学理工研究域電子情報学系A hole-injection-type and an electron-injection-type Si avalanche photodiode (APD) were fabricated by a standard 0.18-μm complementary metaloxidesemiconductor process. The avalanche amplifications are observed below 10 V of the bias voltage, and the maximum avalanche gains were 493 and 417 for the hole-injection-type and the electron-injection-type APDs, respectively. The maximum bandwidth is 3.4 GHz, and the gain-bandwidth products were 90 and 180 GHz for the hole-injection-type and the electron-injection-type APDs, respectively. © 2006 IEEE

3電極DFBレーザを用いた可変波長フィルタの研究

金沢大学工学部研究課題/領域番号:03750237, 研究期間(年度):1991出典：研究課題「3電極DFBレーザを用いた可変波長フィルタの研究」課題番号03750237（KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所）） （https://kaken.nii.ac.jp/ja/grant/KAKENHI-PROJECT-03750237/）を加工して作

希土類ドープ光導波路による光増幅素子の作製とその光導波路レーザへの応用

金沢大学自然科学研究科本研究は、希土類元素中の遷移金属であるEr(エルビウム)をドープしたガラスに、光導波路を作製して光導波路形光増幅器を開発するとともに、この光導波路形光増幅器を用いてレーザ発振器を構成することを目的としている。まず,光導波路基板として、Erが0.5wt%含まれたクラウンガラスを特注により入手し、その基板表面に、幅7μm、長さ25mmの直線光導波路を作製した。光導波路は、電界イオン交換法によりAg^+イオンを基板表面に拡散させることにより作製した。このように作製した光導波路に励起光(波長1.48μmあるいは波長0.98μm)を入射したところ、1.535μm〜1.542μmの波長において蛍光を観測することができた。そこで、波長1.48μmの励起光を用いて波長1.536μmの信号光の増幅実験を行った。その結果、増幅度は励起光強度が大きいほど、また、信号光強度が小さいほど大きいことがわかり、現在のところ、最大5dBの増幅度を得た。しかしながら、光導波路と光を入出力するための光ファイバとの結合損失が大きく、全体としては正の利得を得ることはできなかった。Erイオンの高濃度化あるいは光導波路の長尺化により、正の利得が得られるものと考えている。また、基板上にリング共振器を構成してレーザ発振を得るための基礎実験として、Erドープ光ファイバを用いた光ファイバリングレーザについて研究を行い、共振器内の光の閉じ込めを強くすることにより、閾値励起光強度は低くなるがスロープ効率は低下することがわかった。また、強度雑音スペクトルにおいて、数10kHzの雑音周波数に緩和振動によるピークが存在することが明らかとなった。研究課題/領域番号:06750377, 研究期間(年度):1994出典：研究課題「希土類ドープ光導波路による光増幅素子の作製とその光導波路レーザへの応用」課題番号06750377（KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所）） （https://kaken.nii.ac.jp/ja/grant/KAKENHI-PROJECT-06750377/）を加工して作

Design of dispersion flattened photonic crystal fiber with a large core and a concentric missing ring

金沢大学大学院自然科学研究科電子科学金沢大学工学部Novel structure of an index-guiding photonic crystal fiber (PCF) is proposed for flattened dispersion characteristics. As compared with the conventional PCFs, the proposed PCF has a following feature in its structure; the first ring area contains no air holes, and the third ring area also contains no air holes. Then the proposed PCF has a large core and a concentric missing ring. The chromatic dispersion was numerically simulated by the semi-vector finite difference method. The chromatic dispersion becomes almost flat in 1300 ∼ 1650 nm wavelength range when the air hole diameter is about 0.35 times the air hole spacing. Especially the chromatic dispersion is -1 ∼ 0 (ps/nm/km) in the above wavelength range when the air hole spacing is 1.25 μm and the air hole diameter is 0.43 μm

Chromatic dispersion measurements of long optical fibers by means of optical ranging system using a frequency-shifted feedback laser

金沢大学工学部In this paper, we describe the experimental results on the chromatic dispersion measurement of long optical fibers by means of optical ranging system using a wavelength-tunable frequency-shifted feedback (FSF) laser. The optical ranging system using an FSF laser has high spatial resolution of several centimeter over 10-km measurement range, and then the dependence of the group delay time of the lightwave in the optical fibers on the wavelength can be directly measured. The chromatic dispersion and the zero-dispersion wavelength of an 80-km-long dispersion shifted fiber was estimated, which are in good agreement with the result by the phase method

シリコンの選択酸化による細線光導波路の作製に関する研究

Si光導波路は通常、クラッドとなる部分のSiをエッチングすることにより作製されるが、エッチング壁面の荒れにより光導波路の伝搬損失が比較的大きくなっている。本研究は、クラッドとなる部分のSiのみを選択的に酸化してSi光導波路を作製することを目的とする。すなわち、コアとなるSiの上部に選択酸化用マスク(シリコン窒化膜を利用)を形成して酸化を行う。このとき、酸化は深さ方向だけでなく横方向にも進行するので、コアとクラッドの境界が滑らかになり、伝搬損失の低減が期待できる。シリコン窒化膜厚40nm、1100℃、7時間のウェット酸化条件において、シリコン窒化膜は酸化されてSiO_2に変換されるとともにSi表面が若干酸化されたが、Si光導波路形成に十分な酸化防止性能があることがわかった。選択酸化マスク幅を3μmとして、Si光導波路の作製を行った。シリコン窒化膜のエッチングについて検討した結果、希フッ酸によるウェットエッチングではパターニングが困難であったので、フロンガスによるドライエッチングを行った。断面の顕微鏡観察により、酸化によりシリコン窒化膜下部のSiは酸化されず、シリコン窒化膜がない部分のSiが酸化されてSiコアが形成されることを確認した。作製したSi光導波路の伝搬損失は6.3dB/cm、結合損失は29.8dBであった。同時に作製した従来法によるSi光導波路は、伝搬損失10.3dB/cm、結合損失27.0dBであり、本方法により伝搬損失が低減できることを実証した。結合損失は増加したが、これは、Si上部が酸化されたことによるコア厚減少によるものと考えている。本研究で作製したSi光導波路は多モードであるので、今後は単一モードのSi光導波路の作製が必要である。We propose and demonstrate a fabrication process of Si photonic wire waveguides by selective oxidation of Si. In the proposed method, an optical waveguide pattern is delineated using a Si_3N_4 film on a SOI wafer, and the SOI wafer is thermally oxidized. The Si under the Si_3N_4 film is not oxidized and works as a core, and the Si without the Si_3N_4 film is oxidized and works as a clad. The roughness at the core/clad interface is smoothed while the oxidation process because of isotropic nature of thermal oxidation, and then the propagation loss is reduced.When a 40 nm-thick Si_3N_4 film is used, the Si_3N_4 film is converted to SiO_2 and a portion of the Si layer is also oxidized after 7 hours wet oxidation at 1100℃. Although the Si is slightly oxidized, the thickness of the remaining Si layer is sufficient to fabricate Si photonic wire waveguides, and then the Si_3N_4 film can be used as an oxidation-resistant film.A Si photonic wire waveguide is fabricated by using a 3 μm-wide Si_3N_4 film. Selective oxidation is clearly observed from the cross-sectional microscope image and the scanning microscope image. The propagation loss and the coupling loss of the fabricated waveguide are 6.3 dB/cm and 29.8 dB, respectively. As compared to the Si photonic wire waveguide fabricated by dry etching process, the propagation loss is decreased by 4 dB and the coupling loss is increased by 3 dB, and therefore the proposed method is useful to reduce propagation loss of the Si photonic wire waveguide. The increase of the coupling loss is attributed to reduced thickness of the Si layer during the oxidation process.研究課題/領域番号:17560032, 研究期間(年度):2005-2006出典：「シリコンの選択酸化による細線光導波路の作製に関する研究」研究成果報告書　課題番号17560032 (KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所）)　　　本文データは著者版報告書より作

Mach-Zehnder interferometric optical switch using MEMS phase shifter

金沢大学理工研究域電子情報学系We propose a novel type Mach-Zehnder interferometric optical switching device using micro-electro mechanical systems (MEMS) as a phase shifter. As the analytical result, the amount of stretch length is 70nm at the applied voltage of 60 V per one phase shifter. The π-shift is achieved using cascade connections of 4-7 shifters. ©2009 IEEE.9th International Conference on Numerical Simulation of Optoelectronic Devices, NUSOD 2009; Gwangju; 14 September 2009 through 17 September 2009; Category number CFP09817; Code 7884

微細構造くし型電極を持つ光検出器によるテラヘルツ帯光信号検出の基礎的研究

金沢大自然科学研究科研究課題/領域番号:13650374, 研究期間(年度):2001出典：研究課題「微細構造くし型電極を持つ光検出器によるテラヘルツ帯光信号検出の基礎的研究」課題番号13650374（KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所）） （https://kaken.nii.ac.jp/ja/grant/KAKENHI-PROJECT-13650374/）を加工して作