일본 독립 행정법인 산업기술 종합연구소(AIST) 나노 디바이스 센터 집적 실증실 및 나노 일렉트로닉스 연구부문의 연구원들은 실리콘 포토닉스에 의한 광집적회로(광IC)와 광섬유와의 직접 광결합 기술의 고도화를 일본 전기 주식회사(NEC)의 협력에 의해 달성했다.
이 기술은 광섬유의 신호광을 광IC의 광도파로에 고효율로 입출력하기 위한 기술이다. 기존의 직접 결합에서는 광섬유에 비해 광도파로가 현격히 좁다는 것과 양자의 굴절률 차이로 인해 광신호의 손실이 큰 것이 과제였다.
이번에 광도파로를 전해지는 신호 광의 직경과 결합 단면의 굴절률을 동시에 변환할 수 있는 새로운 구조의 광변환기를 적용하는 것으로, 단면 부근의 광손실 1dB 이하가 가능한 고효율의 광결합 기술을 개발할 수 있었다. 이 기술에 의해 광IC와 표준적인 광섬유와의 저손실 광결합이 가능하게 되어, 광결합을 위한 조립 공정도 용이해져 다채널 광IC의 저비용화에 공헌할 수 있을 것으로 기대된다.
이 기술의 상세한 내용은 응용 물리학지 Applied Physics Express에 2012년 2월 6일에 온라인 게재된다.
휴대 전화나 PC 등 정보통신기기를 통해 동영상 등의 대용량 데이터가 다루어질 기회가 증가해 그것들을 전송하는 광섬유 통신망의 부하가 늘어나고 있다. 대용량의 데이터를 보다 고속으로 전송하기 위해 통신망의 고밀도화가 진행되었지만, 거기에 따라 광신호를 제어하는 장치(노드 장치)의 수가 급속히 증가해 소비 전력의 증대가 우려되게 되었다. 이 문제를 해결하기 위해서 노드 장치를 초저소비 전력의 광IC로 대체하는 기술의 연구가 활발해지고 있다. 향후, 광섬유 통신망을 통해서 전송되는 데이터량이 더욱 더 증가할 것으로 예상되지만, 광IC를 이용해 대처하려면 다수의 광섬유를 용이하게 결합하기 위한 다채널 광결합 기술이 필요하다. 하지만 기존의 광변환기를 이용하는 기술에서는 표준적인 광섬유와의 직접 결합에 의해 고효율이면서 용이하게 다채널 광결합을 실현할 수 없었다.
최근, 실리콘 칩상에 실리콘의 광회로를 집적화 하는 기술인 실리콘 포토닉스가 주목을 끌고 있다. 산업기술 종합연구소에서는 실리콘 포토닉스에 근거하는 통신용 광IC의 연구 개발을 실시하고 있는데, 광IC를 구성하는 광도파로의 저손실 성능에서는 세계의 최고 수준을 유지하고 있다.
광IC의 실현에는 광IC 안에서 광신호를 처리하는 여러가지 광학 소자의 개발이 필요하지만, 그것과 동시에 중요한 것이, 광섬유로부터 광IC에 광신호를 입출력하기 위한 광변환기의 개발이다. 광신호는 전기신호와는 달라 배선을 단지 연결한 것 만으로는 쉽게 신호가 통하지 않는다. 광IC 안의 광도파로는 광섬유보다 훨씬 가늘기 때문에, 광 빔의 직경을 변환할 수 있는 광변환기를 광IC에 탑재할 필요가 있다. 그러나, 지금까지의 광변환기에는 표준적인 광섬유를 직접 결합 가능한 확대/축소 기능이 없었기 때문에 렌즈를 사용하거나 광섬유 측에도 광변환기를 장착해야 해 결합할 수 있는 채널 수가 한정되거나 조립에 많은 공정수를 필요로 하는 것이 문제가 되고 있었다.
여기서 그 해결을 도모하기 위해 광IC의 광도파로와 광섬유를 맞대는 것만으로 광결합할 수 있는 고효율 한편 조립의 용이한 광결합 기술의 고도화에 임해 왔다.
이번에 고도화한 기술은 장거리 통신용의 광IC뿐만이 아니라 비교적 단거리인 광인터커넥터용의 광 IC로 적용도 가능하다. 장래적으로는, 산업기술 종합연구소에서 전개되는 신규 프로젝트나 공동 연구등의 골조를 통해서, 본 기술을 다양한 광IC개발에 제공하는 것으로 대용량 정보사회를 지탱하는 채널 광 IC의 표준적인 광결합 기술로서 보급을 도모해 갈 예정이다.