チップスケールレーザアイソレータがフォトニクスを変革

　スタンフォード大学の研究者は、よく知られた材料と製造工程を利用して、効果的、パッシブ、超薄レーザアイソレータを構築した。これは、フォトニクスに新たな研究の道を開くことになる。
 

ナノスケールアイソレータは、いくつかの理由で有望である。まず、このアイソレータは、「パッシブ」である。外部入力、複雑なエレクトロニクス、磁気は不要。これらは、今日まで、チップスケールレーザにおける進歩を阻んできた技術課題である。これら付加的メカニズムは、集積フォトニクスアプリケーションには大きすぎ、チップ上の他のコンポーネントに妥協を強いる電気的干渉の原因になりうる。もう1つの利点は、その新しいアイソレータが一般的な、よく知られた半導体ベース材料でできていることである。つまり、既存の半導体加工技術を使って製造でき、潜在的に量産への道を容易にしている。

その新しいアイソレータは､リングのような形状である。それは、SiN製、最も一般的に利用されている半導体、シリコンベースの材料である。強力な一次ビームがそのリングに入り、フォトンがリングを時計回りにスピンし始める。同時に後方反射ビームが、反対方向からリングに戻り、反時計回りにスピンする。

「われわれが送り込んだレーザパワーは何度も円運動するので、これによりリング内部で強くなる。この増加するパワーは、弱い方のビームを変える、一方、強い方は、影響を受けない。反射された光、反射光だけが効果的に打ち消される」と、共同筆頭著者、Geun Ho Ahnは、弱い方のビームの共振を止める現象を説明している。
次に、一次ビームは、リングから出る。所望の方向で「アイソレート」されている。

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LFWJニュース 
Stanford Univニュース 

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超高感度フォトトランジスタを開発 ―深層学習や量子計算用シリコン光回路の高速制御が可能に―

東京大学大学院工学系研究科電気系工学専攻の竹中充 教授、落合貴也 学部生、トープラサートポン・カシディット 講師、高木信一 教授らは、STマイクロエレクトロニクスと共同で、JST 戦略的創造研究推進事業や新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）の助成のもと、シリコン光回路中で動作する超高感度フォトトランジスタの開発に成功しました。
 

　　光吸収層となるインジウムガリウム砒素（InGaAs）薄膜をシリコン光導波路上に貼り合わせ、InGaAs薄膜をトランジスタのチャネル、シリコン光導波路をゲートとした素子構造を新たに提案しました。シリコン光導波路を伝搬する光信号の一部がInGaAs層に吸収されてトランジスタの閾値電圧がシフトすることで光信号が増幅されるフォトトランジスタ動作を得ることに成功しました。シリコン光導波路をゲートとしたことで、光吸収を抑えつつ、効率的なトランジスタ動作が得られるようになったことで、光信号が100万倍に増幅される超高感度動作を実現しました。これは従来の導波路型トランジスタと比較して、1000倍以上高い感度であり、1兆分の１ワットと極めて微弱な光信号の検出も可能となりました。
今回新たに開発した導波路型フォトトランジスタを用いることでシリコン光回路中の光強度をモニターすることが可能となります。これにより、深層学習や量子計算で用いられるシリコン光回路を高速に制御することが可能となることから、ビヨンド2 nmにおいて半導体集積回路に求められる光電融合を通じた新しいコンピューティングの実現に大きく寄与することが期待されます。
本成果は、2022年12月9日（英国時間）に英国科学雑誌「Nature Communications」オンライン版にて公開されました。

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東大プレスリリース 

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世界最大容量1波長あたり1.2テラビット/秒の光伝送を実現するデジタルコヒーレント信号処理回路および光デバイスを開発

日本電信電話株式会社（本社：東京都千代田区、代表取締役社長：島田　明、以下「NTT」）は、世界最大容量1波長あたり1.2テラビット/秒の光伝送を実現するデジタルコヒーレント（※1）信号処理回路および光デバイスを開発しました。 

　独自に開発したデバイスを用いることで、光信号の変調速度を世界最高速の140ギガボーまで高速化し、従来比1.5倍となる1波長あたり1.2テラビット/秒を実現しています。また、800ギガビット/秒の光伝送距離を2倍以上に拡大することも可能となります。
　本成果により、現在広く普及している商用光伝送システム（1チャネルあたり100ギガビット/秒）に比較して、伝送容量は12倍に拡大され、ビットあたりの消費電力は1/10に低減される見込みです。本成果を用いた光伝送システムの高性能化と低消費電力化により、IOWN（※2）構想におけるオールフォトニクス・ネットワークの実現に貢献していきます。

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NTTのニュース 

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垂直入射型コヒーレント光受信器を開発 ――Beyond 5G用の超高速・超小型光トランシーバ実現に期待――

東京大学大学院工学系研究科の種村拓夫准教授、相馬豪 大学院生（研究当時）、中野義昭 教授らを中心とする研究グループと株式会社KDDI総合研究所は、国立研究開発法人情報通信研究機構（NICT）委託研究「Beyond 5G 研究開発促進事業」のもと、コヒーレント光受信器の新規構造を実証することに成功した。 

　光検出部の直上に金属ナノ格子型偏光子を集積することで、上面から垂直に入力した高速な光信号の複素振幅を、実部と虚部の成分に分離して受信出来ることを初めて示した。

従来のコヒーレント光受信器は、半導体基板の側面から光を入力し、複雑な導波路からなる光回路内を伝搬することで複素振幅の各成分を検出する構成。大容量化に向けて、多数のチャンネルを集積することが求められるが、従来構造では1次元方向に導波路を並べるしかなく、10チャンネル以上の並列化は困難だった。これに対して今回の成果で実証した構造は、垂直入射型かつ超小型のため、100チャンネル以上の2次元並列化も可能になる。テラビット級光受信器を安価に実現でき、Beyond 5Gネットワークの構築に直結する技術だと期待される。

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LFWJのニュース 
東大・KDDIのプレスリリース
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（株）SteraVision:可動部が一切ない自動運転用ソリッドステートLiDARを開発

NEDOの「戦略的省エネルギー技術革新プログラム」で（株）SteraVisionは2019年12月から燃費効率の良い自動走行システムの実現に向け「長距離・広視野角・高解像度・車載用LiDARの開発」に取り組んでおり、世界で初めてスキャナー（MultiPol）の可動部を一切なくし、量産性を向上させたソリッドステートLiDARを開発した｡ 

　開発したソリッドステートLiDARはデジタル信号を加えることで光ビームの方向をスキャンできるようにしたもので、モーターなどで光ビームを移動させる従来方式で指摘されていた信頼性の問題を解消した。さらに、スキャナー（MultiPol）とFMCWという光コヒーレント技術を組み合わせ、肉眼では確認できない遠方や濃霧、煙などのいわゆる“霧の先”を見ると同時に、速度も検出することを可能にした。

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LFWJのニュース 
NEDOのニュース 
 

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Sheffield､ウルトラマイクロディスプレイと可視光通信デバイス開発

次世代スマートフォン､スマートウォッチ､VRヘッドセットの解像度向上､スピードと効率向上を実現するマイクロディスプレイ製造の革命的な新方法をシェフィールド大学(University of Sheffield)の研究チームが開発している｡同大学の電子&電気工学部､Tao Wang教授をリーダーとする大型新プロジェクトでハーバードおよびMITと協力して､研究者は､究極的なマイクロディスプレイと可視光通信デバイスを開発するためにマイクロレーザダイオード(microLDs)を使用している｡ 

　マイクロディスプレイは､スマートフォン､スマートウォッチ､AR/VRデバイスに現在使用されている｡可視光通信技術は､Wi-Fi､5Gよりも遙かに広帯域で効率がよい可能性があり､RF放射が規制された､あるいは航空機､病院､水中､危険環境などで機能しないところで使うことができる｡

これらの技術双方の主要コンポーネントは､III-窒化物可視LEDsであるが､代わりにLDsを使うとデバイスは､より高解像度､高速､高効率になる｡

EPSRC(工学･物理科学研究評議会)が助成する190万ポンドプロジェクトで､シェフィールド主導チームは､マイクロスケール光源とトランジスタをシングルチップに集積する革新的新方法を開発している｡グローバルマイクロディスプレイ市場は､2025年までに42億ドルに達すると予想されており、可視光通信市場は､2030までに80億ドルを超える見込である｡シェフィールド主導プロジェクトは､すでにMicrosoft､Sony､Plesseyなどの世界的技術企業によりサポートされている｡

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Sheffield大学のニュース 
 

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Vector Photonics､単一モノリシック1.3µmチップで4波長デモ

フォトニック結晶表面発光レーザ(PCSE)会社､Vector Photonics Ltd(2020年3月､グラスゴー大学スピンアウト)のシニア開発エンジニア､Dr. Calum Hillは､International Semiconductor Laser Conference (ISLC)､ポストデッドラインプレゼンテーション｢1.3μm発光､モノリシックオール半導体PCSELs｣を発表する｡ISLC会議では､多くのフォトニクス企業や学術組織が画期的な半導体開発を発表する｡これは業界待望の会議である｡ 

Calum によると､Vector Photonicsの発表も例外ではない｡｢Vector Photonicsは､PCSELで簡単なピッチ変更により単一のモノリシックチップで多波長がどのように可能になるかを実証できる｡われわれは､同一ウエファ上で1298～1340nmの間で4隣接PCSELsのレーザ発振を実証した｡各チャネルは､CWDMデータコムアプリケーションに適しており､SMSR計測は35dB以上だった｡ 

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オンチップで光ビームを操作

　横浜国立大学の馬場教授らの研究グループは、スローライトと呼ばれる現象を利用して、光ビームを自在に操作する半導体チップを開発した。
　従来、使われていた回転ミラーなどを半導体に置き換えることで、小型、軽量、高速、低消費電力、高い自由度、低価格などが可能になる。車載用ライダーセンサなど、幅広い応用が期待される。
研究成果は、国際科学雑誌「Optica」に掲載された。
【研究成果】
光を遅くするスローライト現象を利用することで、光ビームが大きく偏向できることを発見、これを利用した 2 次元光ビーム操作を実現した。
　従来、同様の技術では回転ミラーのようなメカが必要だった。今回の技術は、メカを一切使わずに、光ビームを幅広く偏向できる点で、従来技術とは全く異なる。

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EX-PRESSのニュース
横浜国大のニュース
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EMCORE､5G向けモデル1999 6GHz帯域同軸レーザモジュール

EMCORE Corporationは､次世代ワイヤレスファイバオプティックリンクアプリケーション向けにModel 1999同軸DFBレーザモジュールを発表した｡
　1999レーザモジュールは､6GHzを超える広帯域を特徴としており､5G､DAS､Lバンドおよびワイヤレス遠隔リンクアプリケーション向けに設計されている｡
EMCOREの新しい1999レーザモジュールは､ウルトラリニア､同軸DFBレーザモジュールで､5Gワイヤレス光リンクに最適化された1270-1550nmで動作する｡その設計は､一貫した高信頼ワイヤレス信号配信5Gネットワークの増加するデータ要求を満たすために帯域と信号インテグリティを強化するものとなっている｡
　10dBmまでの光出力を特徴としている1999レーザは､強化された温度範囲-40 °C to +75℃で優れた光性能を提供｡消費電力は極めて低い｡1999は､高安定には外部TECで冷却できる｡あるいは､TECなしで､さらに消費電力を下げることも可能｡製品は､モニターPDとアイソレータとともにコンパクト気密封止アセンブリされている｡これは､多様な送信機構成に柔軟に組み込めるようにするためである｡

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LFWJのニュース
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青色半導体レーザー装置の世界最高出力1kWを達成

NEDOプロジェクトにおいて、（株）島津製作所と大阪大学は、青色半導体レーザー装置の世界最高出力1kWを実現しました。これは、同プロジェクトで昨年達成した出力の10倍です。 この高出力化によって、従来の青色半導体レーザー技術では難しいとされている数ミリメートル厚の銅や金のレーザー切断加工の実現に向けて前進しました。本技術は、航空・宇宙・電気自動車などの産業において、部品加工に活用されることが期待されます。

なお、（株）島津製作所と大阪大学は、1月30日から2月1日まで東京ビッグサイトで開催される「TCT Japan 2019」に、今回開発した青色半導体レーザー光源、光源を搭載した加工装置、実際に加工したサンプルなどを出展し、デモンストレーションを行います。
そしてこのたび、（株）島津製作所と大阪大学は、青色半導体レーザー装置の世界最高出力1kWを実現しました。これは、同プロジェクトで開発した出力100Wの従来品※8の10倍の出力です。この成果は、青色半導体レーザー光源単体の高出力化および高輝度化の実現と、5本のレーザーを集約して1つの光ファイバーに束ねるレーザービームコンバイニング技術の新開発によるものです｡

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島津製作所からのニュース
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AOI､400Gシリコンフォトニクス光モジュールをサンプル提供

Applied Optoelectronics, Inc. (AOI)は､シリコンフォトニクス技術に基づいた400G光モジュールのサンプル提供を発表した｡
AOIからのニュース
モジュールは､AOIのシリコンフォトニクスプラットフォームをオンボードオプティクス(OBO)の仕様に適合するように設計されている｡これは､AOIが活動メンバーになっているオンボードオプティクスコンソーシアム(COBO)が先頃発表したversion 1.1オンボード光モジュール仕様で説明されているものである｡

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LFWJの記事
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光ファイバーとシリコン光導波路を結合する技術

 半導体デバイス技術に関する国際会議「IEDM」では、カンファレンスの前々日に「チュートリアル(Tutorial)」と呼ぶ技術セミナーを開催している。2017年12月に開催されたIEDMでは、6件のチュートリアルが開催された。

 その中から、シリコンフォトニクスに関する講座「Silicon Photonics for Next-Generation Optical Interconnects(次世代光接続に向けたシリコンフォトニクス)」が興味深かったので、その概要をシリーズでお届けしている。講演者は、ベルギーの研究開発機関imecのJoris Van Campenhout氏である。

 なお講演の内容だけでは説明が不十分なところがあるので、本シリーズでは読者の理解を助けるために、講演の内容を適宜、補足している。あらかじめご了承されたい。

光ファイバーとシリコン光導波路を結合する技術 (1/2) - EE Times Japan

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4K/HDRプロジェクタ導入で直面した18Gbps伝送問題。光ファイバーHDMIを検証

 HDMIは、いまや最も身近なマルチメディア伝送規格といえる。映像、音声、Ethernet(HDMI-HEC)までが伝送でき、オーディオビジュル機器のみならず、パソコンやゲーム機、車に至るまで普及した。

 伝送速度は、最初期の4.95Gbpsから、フルHD解像度に対応した10.2Gbps(HDMI 1.3)を経て、4K/60pに対応(HDMI 2.0)と進化し、ついに18Gbpsにまで高速化された。超高速な電気信号を導線(本稿では、電気を通すための金属線の意)でパラレル方式に送るHDMIの伝送手法は、そろそろ物理的な限界に到達しようとしている。長尺ケーブルになると外界ノイズの影響や信号損失が大きくなりがちで、「映像が映らない」という症状が起こる。

 フルHDの60fps伝送程度であれば、10m近くの長いケーブルでも送れることが多い。しかし、これが4Kの60fps伝送、あるいは4K/HDR映像の伝送になると、さらにシビアになり、HDMIのケーブル長が5mを超えると厳しくなる。

【ミニレビュー】4K/HDRプロジェクタ導入で直面した18Gbps伝送問題。光ファイバーHDMIを検証 - AV Watch

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高速光通信機能を搭載したFPGAアクセラレータボード発売

 アバールデータは2017年8月21日、FPGAによるハードウェアアクセラレーションに高速光通信機能を搭載したFPGAアクセラレータボード「APX-AA10L1」を発売した。クラウドコンピューティング市場で求められるビッグデータの高速処理ボードとして、データセンターなどのシステムに適している。

 同ボードは、アクセラレータ処理にインテルのFPGA「Arria 10GX」を搭載。分散／統合処理向けには40Gbpsの高速通信が可能な光モジュールを2チャンネル、メモリは72bit幅のDDR4を2系統搭載している。

高速光通信機能を搭載したFPGAアクセラレータボード発売 - MONOist（モノイスト）
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光ファイバーの融着接続機をIoT化、業界初の「SumiCloud」

 住友電気工業は、国際情報通信技術見本市「CeBIT 2017」（2017年3月20～24日、ドイツ・ハノーバー）において、光ファイバーを溶融接続するのに用いる融着接続機をIoT（モノのインターネット）化した融着接続管理システム「SumiCloud」を展示した。2015年半ばから販売している製品だ。

 光ファイバーを接続する上で最も信頼性の高い手法とされているのが溶融接続である。溶融接続には専用の装置である融着接続機が用いられている。しかし、工事現場などで融着接続機による溶融接続の状態を管理する手法としては、作業者が自身で写真を取ってメールするなど手間のかかるやり方が一般的だった。

 住友電気工業は、従来よりも小型軽量の融着接続機「TYPE-71C＋」に無線LAN接続機能を付加し、連携するスマートフォンから融着接続に関するさまざまな情報をクラウド上で一括管理できるシステムとしてSumiCloudを開発した。

詳しい情報はこちら。
光ファイバーの融着接続機をIoT化、業界初の「SumiCloud」 - MONOist（モノイスト）
http://monoist.atmarkit.co.jp/mn/articles/1703/24/news071.html

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