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光変調器の高速化と集積化に関する研究

広帯域導波型光変調器

図1 広帯域導波型光変調器

導波型光変調器のピコ秒応答特性

図2 導波型光変調器のピコ秒応答特性

集積化光SSB変調器/光周波数変換器

図3 集積化光SSB変調器/光周波数変換器

 通信や情報処理の高速度化に対する要求はますます強くなり、これにこたえるものとして、光エレクトロニクス技術の担う役割の重要性が、近年とみに増大してきている。光エレクトロニクスは、光導波の概念が導入されたことによって新しい展開を示し、著しい進歩を遂げつつある。光変調技術についてみても、従来のバルク形構成によるデバイスではほとんど不可能ともいえるような低電力・広帯域動作が、導波形構成を適用することによって実現されるようになった。将来の光通信、光情報処理システムにおいてはこのような変調器が重要な素子になると予測され、これに関連した研究開発が、次第に活発に進められるようになってきている。

 末田正、井筒雅之の両氏は、光集積回路の概念が提唱された直後から、この分野の重要性に着眼し、以来精力的に研究活動を展開して数々の成果を挙げてきた。特に、光導波路構造を用いた光変調器に関しては、いち早く変調信号を進行波としてとらえた結合モード解析を展開し、予想される変調特性を解明すると共に素子設計法を明かにし、1976年には、進行波動作による最初の導波形光変調器を試作し、7.5GHzにわたる位相変調実験に成功している。また、この実験から、広帯域にわたって良好な変調特性を実現するためには変調器の電気回路的特性が重要であることを示し、1977年には、導波形進行波光変調に適した独自の新しい電極として非対称ストリップ型電極を提案してその特性を明らかにすると同時に、素子の試作実験によって11.5GHzの広帯域にわたる良好な変調周波数特性を報告している。引続き両氏は素子構成法・作成法の改良を進め、1980年には、試作したマッハツェンダー干渉計型光強度変調器によって18GHzの帯域にわたる変調実験結果を報告すると共に、変調器の特性解析・設計法を明かにしている。これらは、他に導波形光変調器の高速度性・広帯域性に着目した研究がほとんど皆無であった中で進められた先駆的研究であり、ここ数年来、内外で盛んに行われている高速光変調器ならびにその応用に関する研究への道を開いたものといえる。

 更に、このような超高速光変調器を集積化することによって、新しい機能実現の可能性を探る研究にもいち早く取組み、1981年には、二つのバランス形変調器を並列に接続した、単一側波帯光変調器/光周波数変換器の提案および試作回路を用いた2GHzにおける動作実験結果を報告している。引続き、43psの光パルス変調実験、ギガヘルツ帯信号掛け算光回路、4Gbit/sから1Gbit/sへのデマルチプレクサなど、光変調器の高速度性を生かすさまざまな可能性を具示してきた。また、導波形光変調器の構成に関連して、分岐導波路の動作機構を解明すると共に、新しい非対称分岐形ハイブリッド素子ならびにこれを応用した新しい光スイッチを実現している。

 このように、両氏は光変調器の高速化と集積化に関して、将来の重要性に着眼していち早く独自に研究を進め、常に先駆的役割を果たしてきた。

 この技術に対して、電子情報通信学会は、1989年、末田正氏、井筒雅之氏に業績賞を贈った。


文献

[1] Masayuki Izutsu, Takushi Itoh, and Tadashi Sueta、10 GHz Bandwidth Traveling-Wave LiNbO3 Optical Waveguide Modulator、1978年、IEEE J. Quantum Electronics, vol.QE-14, No.6, pp.394-395, 1978
[2] Masayuki Izutsu, Shinsuke Shikama, and Tadashi Sueta、Integrated Optical SSB Modulator/Frequency Shifter、1981年、IEEE J. Quantum Electronics, Vol.QE-17, No.11, pp.2225-2227, 1981
[3] Masayuki Izutsu and Tadashi Sueta、Picosecond pulse response of broadband guided-wave interferometric light modulators、1983年、IEEE J. Quantum Electronics, Vol.QE-19, No.4, pp.668-674, 1983

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