NICT、米粒より小さい高速集積型受光素子を開発

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情報通信研究機構(NICT)は2017年9月14日、早稲田大学と共同で、多数の光信号を同時に受信し、高速に電気信号に変換する高速集積型受光素子を開発したと発表した。同素子は米粒よりも小さい約0.1mm2に32個の受光部を集積しており、光通信において多チャネルの光信号を一括受信し、チャネル別に10GHz以上の高速電気信号に変換する。今後は大容量光通信装置の小型化と、低消費電力化への貢献が期待できるという。

インターネットの急激な通信量増加に伴い、膨大な情報が集中するネットワークの幹線やデータセンターでは、光ファイバー/通信装置の設置スペースや、消費電力の削減が課題となっている。光ファイバーからの光信号は、これまで光通信路(コア)やモードごとに別々の光受信器で受信してきたが、コア数の増加につれて受信器の占有体積が大きくなるため、通信システム全体の省スペースや省電力化のため光受信器の小型化が望まれていた。

今回開発した高速集積型受光素子では、約0.1mm2に集積した32個の受光部で得られた電気信号は、後段の信号処理回路へ並列に伝送後、一括処理される。受光部からの信号を順次取り出す方式では、集積数が大きくなるに従い全信号の取り出しにかかる時間が増加するが、同素子では並列のため高速に取り出せる。また、波長多重伝送など多チャネル光信号の一括受信が可能なため、占有体積と消費電力を大幅に削減できるとしている。

今回の開発では、早稲田大学は素子間の信号の漏れを抑制するクロストーク制御技術を用いて集積化の設計を行い、NICTは高速受光素子技術、高密度集積技術により同素子を作製し、受信性能の評価を行った。同素子を、これまでにNICTが開発したマルチコアファイバー、マルチモードファイバーと直結して光信号の受信に成功したことにより、将来の光ファイバー用超小型受信器の実現性を確認したという。

さらに同素子は、2次元面上に到来する赤外光の強さと位相差を計測できることから、イメージセンサーやレーザー測距などへの応用も期待できるという。CCDイメージセンサーと比較して約1000倍~1万倍高速な10GHz以上で並列動作し、集積数を高めても動作速度への影響が小さいことから、フレームレートの高いイメージングなどに有効と考えられるとしている。

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