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グラフェンマイクロヒーターによるシリコンチップ上高性能光スイッチ-次世代大容量光通信,光集積回路,量子情報チップへの応用が期待-慶應義塾大学

 慶應義塾大学の研究グループは,原子オーダーで薄い炭素材料であるグラフェンを用いたマイクロヒーターをシリコンフォトニクスと融合することにより,高性能なシリコンチップ上光スイッチを実現した。本技術は,光通信における通信経路の高速な切り替えや,シリコンチップ上に集積した光集積回路や光量子情報チップなど,新たなシリコンチップ上光デバイスへの応用が期待される。  光スイッチは,光信号の経路を電気信号に変換することなくダイレクトに切り替える素子であり,光通信においては,データを転送する通信経路の切り替えに用いられるなど,高速通信を支える重要な素子である。現在,様々な方式の光スイッチが開発されているが,次世代の高集積で小型な光スイッチとしては,シリコンチップ上に集積した光導波路を用いた光スイッチが注目されている。この方式では,ヒーターによる加熱によって屈折率を変化させる熱光学効果で動作する光スイッチが主流となっているが,現在の金属によるヒーターでは,スイッチ速度や効率といった性能向上の限界が課題となっていた。  今回,従来の金属に代わり,優れた熱特性を有するグラフェンを用いて,シリコンフォトニクスデバイスに対してダイレクトにグラフェンマイクロヒーターを形成した新しい光スイッチを開発した。その結果,従来の金属ヒーターと同様の素子構造の光スイッチにおいても大幅に性能が向上し,応答時間が数マイクロ秒という極めて高速な光スイッチを実現した。本技術により,2次元系材料であるグラフェンは,シリコンフォトニクスにおける光スイッチ用材料として極めて有望であることが示された。今後,次世代の大容量光通信用チップ,光インターコネクトや光集積回路,量子情報チップなど,様々なチップ上集積光デバイス技術への応用が期待される。

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