光学メタサーフェスと薄膜光検出器アレイを集積したワンチップ高速光受信器を実証 ~多様な光信号方式に対応した2次元アレイ受信器が可能に~

2025-11-24 東京大学

東京大学の研究グループは、光学メタサーフェスとInGaAs薄膜光検出器アレイを石英基板上で一体集積した世界初のワンチップ高速光受信器を実証した。基板の両面にメタサーフェスと薄膜光検出器を集積し、入力光の偏波成分複素振幅成分を所望の検出器に直接集光させる設計を採用。これにより、70 GHz超の広帯域光検出とともに、320 GbpsのPAM4、240 Gbpsの64QAM光信号の受信に成功した。従来の導波路型受信器と異なり面入射型で2次元並列化が容易なため、多チャンネル化を自然に拡張でき、チップ間光配線、自由空間光通信、大容量空間分割多重、光コンピューティングなど多様な応用に展開可能である。本研究は超小型・多機能・高速の次世代光トランシーバ実現に向けた重要な基盤技術となる。

光学メタサーフェスと薄膜光検出器アレイを集積したワンチップ高速光受信器を実証 ~多様な光信号方式に対応した2次元アレイ受信器が可能に~
光学メタサーフェスと薄膜光検出器アレイを集積したワンチップ高速光受信器の模式図

<関連情報>

機能的メタサーフェスを備えた超高速ワンチップ光受信機 Ultrafast one-chip optical receiver with functional metasurface

Go Soma,Tomohiro Akazawa,Eisaku Kato,Kento Komatsu,Mitsuru Takenaka,Yoshiaki Nakano & Takuo Tanemura
Nature Communications  Published:24 November 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-025-65984-6

Abstract

High-speed optical receivers are crucial in modern optical communication systems. While complex photonic integrated circuits (PICs) are widely employed to harness the full degrees of freedom (DOFs) of light for efficient data transmission, their waveguide nature inherently constrains two-dimensional spatial scaling to accommodate a large number of optical signals in parallel. Here we present a scalable optical receiver platform that fully exploits the high spatial parallelism and ultrabroad bandwidth of light, while leveraging all DOFs—intensity, phase, and polarization. Our solution integrates a thin metasurface, composed of silicon nanoposts, with ultrafast membrane photodetectors on a compact chip. The metasurface provides all the functionalities of conventional PICs for normal-incident spatially parallelized light, enabling high-speed detection of optical signals in various modulation formats, including simultaneous detection of 320-gigabit-per-second four-channel four-level pulse amplitude modulation (PAM4) signals and coherent detection of 240-gigabit-per-second 64-ary quadrature amplitude modulation (64QAM) signals.

0403電子応用
ad
ad
Follow
ad
タイトルとURLをコピーしました