同等のチャープ化された4相シフトサンプリングブラッググレーティングに基づく広帯域同調フォトニックフィルタ

Kernekoncepter

本稿では、独立して同調可能なデュアルパスバンドを備えた、シリコンオンインシュレータ（SOI）プラットフォーム上に集積されたフォトニックフィルタ（PF）について述べています。

Resumé

等価チャープ化4相シフトサンプリングブラッググレーティングに基づく広帯域同調フォトニックフィルタの概要

本論文は、シリコンオンインシュレータ（SOI）プラットフォーム上に集積された、独立して同調可能なデュアルパスバンドを備えた新規なフォトニックフィルタ（PF）設計について詳述しています。この設計では、2つのπ位相シフト（π-PS）と2つのマイクロヒーター（MH）の熱光学相互作用を備えた、等価チャープ化24 4相シフト側壁サンプリングブラッググレーティング（4PS-SBG）を活用しています。

グレーティングの等価チャープにより、2つのパスバンドの光子が空間的に分離され、パスバンド波長の独立した同調が可能になります。この等価チャープは、ナノメートルスケールのシードグレーティング周期を調整するよりも製造の複雑さを大幅に軽減する、ミクロンレベルのサンプリング周期を線形に変調することによって実現されます。2つのMHが2つのPSポイントの位置に配置されています。熱光学効果を利用して2つのPSの位相振幅を変更することにより、パスバンドの位置を正確に調整できます。26 4PS-SBGとMHの統合により、マルチMRRおよびSBSフィルタと比較して設計の柔軟性が向上し、狭帯域で調整可能、かつカスタマイズ可能なマルチパスバンドフィルタの開発が可能になります。

集積化されたPFは、387 GHzの周波数間隔同調範囲を示し、単一パスバンドで-3 dBの帯域幅16 GHzを達成しました。さらに、光周波数分割実験で半導体モード同期レーザー（SMLL）を使用することにより、PFは阻止帯域スペクトル範囲内の干渉信号を抑制し、100 GHzから400 GHzまでの優れた光周波数分割性能を達成し、最大サイドモード抑制比（SMSR）は10 dBを超えました。

Vigtigste indsigter udtrukket fra

Widely Tunable Photonic Filter Based on Equivalent Chirped Four-Phase-Shifted Sampled Bragg Gratings

by Simeng Zhu, ... kl. arxiv.org 10-11-2024

https://arxiv.org/pdf/2410.07788.pdf

Dybere Forespørgsler

この技術は、テラヘルツ（THz）PFアプリケーションにどのように拡張できるでしょうか？

この技術は、テラヘルツ（THz）領域のフォトニックフィルタ（PF）アプリケーションにも拡張できます。テラヘルツ波は、セキュリティイメージング、分光法、高速通信など、さまざまな分野で大きな可能性を秘めています。
テラヘルツPFへの拡張方法：

材料の検討: シリコンはテラヘルツ波長では吸収が大きいため、テラヘルツ領域で透過率の高い別の材料プラットフォーム（窒化シリコン、ポリマー、メタマテリアルなど）を検討する必要があります。
構造のスケーリング: テラヘルツ波の波長は光波よりもはるかに長いため、導波路、グレーティング、その他の構造の寸法を適切にスケーリングする必要があります。
分散特性の考慮: テラヘルツ領域では材料の分散特性が重要になるため、設計において分散を考慮する必要があります。

利点:

小型化: 集積フォトニクス技術により、テラヘルツシステムの小型化が可能になります。
広帯域チューニング: 本技術の広帯域チューニング機能は、テラヘルツ領域でも有効です。
集積化: 他のテラヘルツコンポーネントとの集積化により、より複雑なテラヘルツシステムを実現できます。

熱クロストークを完全に排除することは可能でしょうか？もし可能であれば、どのような方法が考えられるでしょうか？

熱クロストークを完全に排除することは非常に困難ですが、最小限に抑えるための対策はいくつかあります。
熱クロストーク低減方法:

ヒーター構造の最適化: ヒーターの形状、サイズ、配置を最適化することで、熱の拡散を制御し、隣接する位相シフタへの影響を最小限に抑えることができます。例えば、断熱トレンチを導入することで、熱の横方向への拡散を抑制できます。
材料の熱伝導率の低減: 熱伝導率の低い材料をクラッドやバッファ層に用いることで、熱の拡散を抑制できます。
個別温度制御: 各マイクロヒーターに独立した温度制御機構を設けることで、より正確な位相制御が可能となり、熱クロストークの影響を補償できます。
光位相シフタの利用: 熱光効果ではなく、光位相シフタを用いることで、原理的に熱クロストークを発生させない位相制御が可能です。ただし、光位相シフタは一般的に高価で、挿入損失が大きいという課題があります。

この技術が実用化された場合、どのような分野への応用が期待されるでしょうか？具体的な例を挙げてください。

この技術が実用化されれば、光通信、マイクロ波フォトニクス、センシングなど、幅広い分野への応用が期待されます。
具体的な応用例:

高速光通信: 次世代の光通信システムにおいて、信号の多重化/逆多重化、ルーティング、スイッチングなどを行うための、小型で広帯域な光フィルタとして利用できます。
マイクロ波フォトニクス: レーダー、センサー、通信システムなど、高周波信号処理が必要とされる分野において、周波数変換、ビームフォーミング、信号フィルタリングなどの機能を実現する、高性能なマイクロ波フォトニックフィルタとして利用できます。
光センシング: 環境モニタリング、医療診断、構造ヘルスモニタリングなど、高感度、高分解能なセンシング技術が求められる分野において、特定の波長を選択的に検出するための光フィルタとして利用できます。
利点:

小型化: 集積フォトニクス技術により、従来のバルク光学系に比べて大幅な小型化が可能になります。
低コスト: 半導体製造プロセスを用いた量産により、低コスト化が期待できます。
低消費電力: 熱光効果を利用した位相制御は、電気光効果に比べて消費電力が低減できます。
これらの利点を活かすことで、様々な分野において、高性能、低コスト、省エネルギーなシステムの実現に貢献することが期待されます。