光電流を従来の340倍に増幅する超小型光回路モニタを開発 ~ AIデータセンターやLiDAR向け光回路を高精度化~

2026-03-19 早稲田大学

早稲田大学の研究チームは、シリコンフォトニクス光集積回路向けに、超小型かつ高感度な光回路モニタを開発した。マルチモード干渉を利用した独自構造により、光の減衰を抑えつつ電極配置を最適化し、フォトコンダクティブゲインを活用して光電流を増幅。従来のシリコンPIN型検出器に比べ約340倍の検出感度を達成した。デバイス長4.7μm、挿入損失0.03dBと低損失・超小型・低消費電力を両立し、増幅器不要のシンプル構造も特徴である。AIデータセンターやLiDAR向け光集積回路の高精度制御・大規模化に貢献し、次世代光通信やセンシング技術の基盤として期待される。

光電流を従来の340倍に増幅する超小型光回路モニタを開発 ~ AIデータセンターやLiDAR向け光回路を高精度化~
図:マルチモード干渉を利用した光回路モニタ

<関連情報>

シリコンフォトニック集積回路向けマルチモード干渉に基づく小型・超低損失インライン光パワーモニタ Compact and Ultra-Low-Loss Inline Optical Power Monitor Based on Multimode Interference for Silicon Photonic Integrated Circuits

Tomohiro Kita; Kiyoharu Tsujishita
Journal of Lightwave Technology  Published:04 March 2026
DOI:https://doi.org/10.1109/JLT.2026.3670843

Abstract

We propose and experimentally demonstrate an ultrasmall, low-loss inline photodetector based on multimode interference in a silicon multimode waveguide. Periodic self-focusing enables heavily doped electrodes to be placed close to the waveguide with negligible loss. The detector provides <0.1 dB insertion loss over a wide wavelength range with a total length of 4.7 μm. Owing to photoconductive operation, short electrode spacing, and a photoconductive gain of approximately 340, a sensitivity of 75 mV/mW is achieved with a few microwatts of electrical power consumption. Integration into a silicon ring resonator confirms accurate monitoring of resonant transmission, with enhanced sensitivity of 234 mV/mW at resonance. These results establish a compact, low-power monitor suitable for dense photonic integrated circuits.

0403電子応用
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