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ホーム > ニュース > プレスリリース > シリコンフォトニクスを利用した超小型集積光スイッチを開発

シリコンフォトニクスを利用した超小型集積光スイッチを開発 ~シリコン光集積回路の基盤技術を確立~

2011年3月7日
日本電気株式会社

NECはこのたび、シリコンフォトニクス技術(シリコン半導体を利用した光回路)を利用して、シリコンチップ上の多数の光素子で構成した超小型集積光スイッチを開発しました。

このたび開発した光スイッチは、LSI製造向け標準CMOSプロセスを活用して形成したシリコン光導波路をベースに、局所的な加熱により屈折率を変化させて光路を切り替えるスイッチ素子64個と、多重化した光信号を波長毎に分離・合流する光合分波素子を作成し、12mm×3mmのシリコンチップ上に集積したものです。

本光スイッチは、微細加工が可能なシリコン光導波路を用いることで、従来の石英光導波路を用いた光スイッチと比べて約1/100の面積となる集積化を実現しました。また、低コスト化を実現するために、既存の標準CMOSプロセスを利用できるよう、最適なシリコン光導波路の形状とサイズで光回路設計を進め、偏光無依存化(注1)や、集積化した光路切替素子の特性均一化を実現しました。
これらを実現することで、今後の広域光ネットワークやデータセンター内光ネットワークなどで求められる様々な仕様の光スイッチに向け、複雑な構成を追加することなく光集積回路を実現できる基盤技術を確立しました。

このたび開発したシリコン光スイッチの特長は以下の通りです。

  1. 小型・低電力の光スイッチを開発
    12mm×3mmのシリコンチップに光路切替素子64個と光合分波素子を集積化した光スイッチを作成。加熱部長さを100umとし、印加電力約35mW、切替時間約15usで動作する光路切替素子を集積化し、従来の石英光導波路に比べチップ面積を約1/100、電力を約1/10とする小型・低電力の光スイッチを実現。また、標準CMOSプロセスを活用できるため作成コストの大幅な低減が可能。

  2. 素子特性均一化・偏光無依存化を実現する光集積回路基盤技術を確立
    チップ作成時のCMOSプロセスで発生する特性ばらつきを最小限に抑える光導波路の形状とサイズで光回路設計を行うことにより、光路切替素子の加熱条件の均一化や偏光無依存化を実現。開発した光スイッチは、光集積回路の基盤技術として、多数の光路切替素子の集積・接続を実現するもので、複雑な構成を追加することなく用途に応じた様々な仕様の光スイッチ開発に利用可能。

広域光ネットワークやデータセンター内光ネットワークでは、低電力化や装置運用効率化の観点から、光スイッチの導入が様々な領域で検討されています。特に、広域光ネットワークでは、40Gbps、100Gbpsと高速化が進むにつれて、ROADM(注2)に配備される光送受信器の消費電力とコストが上昇していくため、台数を最小限に抑えた効率的な運用が求められています。このため、ROADMにおいては、光経路の自由な設定を可能にする光スイッチの必要性が高まっています。

しかし、従来の空間光学系や石英光導波路を利用した光スイッチでは、サイズ・電力が大きいなどの課題がありました。また、昨今、小型化が可能なシリコンフォトニクス技術を利用した光スイッチの開発が進んでいますが、要素デバイスレベルの技術に留まっており、集積化に向けた基盤技術の確立が求められています。

このたび開発した光スイッチは、光集積回路の基盤技術を確立し、様々な仕様への展開を可能にするものです。
NECは今後もシリコンフォトニクス技術の研究開発を進め、次世代光ネットワークやITシステムで必要となる様々な光通信装置の小型化・省電力化に貢献してまいります。

なおNECはこのたびの成果を、米国・ロサンゼルスで開催される国際会議OFC2011(3月6~10日)にて、シンガポールのIME(Institute of Microelectronics)との共同研究として3月8日に発表します。

以上

(注1) 偏光無依存特性

偏光と呼ばれる光波の振動方向に依存しない特性。光ネットワークにおいてファイバ上を伝送される光信号は、偏光が一定に保たれていないため、光信号に対して行先の切り替えなどの制御を行う光スイッチには偏光無依存特性が必要とされる。

(注2) ROADM(Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer)

波長多重化した光信号が伝送される光ネットワークにおいて、波長毎に光信号の分離・合流を行う装置。

私たちNECグループは、
「人と地球にやさしい情報社会をイノベーションで実現する
グローバルリーディングカンパニー」を目指しています。

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NEC 知的資産R&D企画本部 広報グループ
URL: 新しいウィンドウを開きます。http://www.nec.co.jp/contact/

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