高密度集積限界の打破：逆設計されたニオブ酸リチウムマルチモードフォトニック回路

科学分野:

• フォトニクス
• 材料科学
• 集積光学

背景:

• 薄膜ニオブ酸リチウム（TFLN）は、フォトニック集積回路（PIC）の有望な材料です。
• 中程度の屈折率、CMOS非互換性、材料異方性などの課題が、高密度集積を妨げています。
• TFLNの優れた特性を維持しながら、シリコンフォトニクスに匹敵する高密度集積を実現することが重要な目標です。

研究 の 目的:

• TFLN PICコンポーネントの小型化のためのフォトニック逆設計手法の開発。
• TFLNベースのフォトニック回路の高密度集積の実現可能性の実証。
• 小型化されたTFLNデバイスを用いた大容量データ通信の実現。

主な方法:

• TFLNへのフォトニック逆設計方法論の適用。
• 超小型コンポーネントの実験的作製：モード分割（逆）多重化装置、マルチモード導波路交差部、導波路ベンダー。
• マルチモードフォトニック回路の構築と電気光学変調器との統合。

主要な成果:

• 超小型コンポーネントの実証：モード分割（逆）多重化装置（19×25 μm²）、導波路交差部（15×15 μm²）、および30 μmの曲げ半径。
• 0.06 mm²のチップ面積内に10個以上の導波路要素を高密度集積。
• マルチモード信号伝送による1チャネルあたり120 Gbpsの高速データ変調を実証。

結論:

• フォトニック逆設計は、TFLN PICの集積密度を大幅に向上させます。
• この進歩は、コンパクトで大容量の光通信システムの開発を促進します。
• この手法により、TFLNパッシブコンポーネントの面積密度が10倍になると予想されます。