6G通信に向けたテラヘルツ光スイッチを開発―単層シリコン基板で導波路とMEMSの一体化を世界初実証―

2026-05-07 東北大学

東北大学大学院工学研究科の研究グループは、6G通信向けとなるテラヘルツ帯用光スイッチを開発し、単層シリコン基板上で導波路とMEMSを一体形成することに世界で初めて成功した。次世代6G通信では超高速・大容量通信を実現するため、300GHz級のテラヘルツ波を高効率で制御する小型・低消費電力デバイスが求められている。研究では、MEMS技術を活用し、従来必要だった複雑な多層構造を用いず、単層シリコン基板のみで光スイッチを構築した。開発したデバイスは300GHzで動作し、消光比13.69dBという高いスイッチ性能と、3.6mWの低消費電力を実現した。さらに、動的なオン・オフ制御をシンプルな構造で達成した点も特徴である。今回の成果は、フォトニック集積回路の小型化・省電力化を進め、将来の6G通信機器や高性能センサー、遠隔医療、リアルタイム3D通信などへの応用が期待される。研究成果は『IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology』に掲載された。

6G通信に向けたテラヘルツ光スイッチを開発―単層シリコン基板で導波路とMEMSの一体化を世界初実証―
図1. 単層シリコン基板上に作製したテラヘルツ光スイッチの外観写真 (a)全体写真、(b)拡大写真

<関連情報>

高抵抗単結晶シリコン基板上に一体成形された可動式シリコン導波路を備えたテラヘルツ光スイッチ Terahertz Optical Switches with Movable Silicon Waveguides Monolithically Fabricated on High-Resistivity Single-Crystal Silicon Substrates

Kohei Chiba; Yoshiaki Kanamori
IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology  Published:16 April 2026
DOI:https://doi.org/10.1109/TTHZ.2026.3683533

Abstract

Photonic integrated circuits (PICs) based on dielectric waveguides are being developed for Beyond 5G/6G communication systems. Variable passive elements, essential for PICs, present challenges for downsizing and low power consumption in the terahertz range. Variable passive elements based on micro-electromechanical systems (MEMS) are promising solutions; however, the previous terahertz variable passive elements based on MEMS have complex structures processed on all layers of silicon-on-insulator (SOI) substrates. They can be fabricated on a single layer of silicon substrate, which is cheaper than an SOI substrate. However, to the best of our knowledge, there have been no demonstrations. We proposed a terahertz optical switch, which is one of the variable passive elements, based on comb-drive actuators fabricated on a single layer of silicon substrate. A comb-drive actuator was designed for 200 μm displacement at 104.5 V. An optical switch was designed for an extinction ratio of 18.9 dB at 300 GHz. The device was fabricated on a single layer of high-resistivity single-crystal silicon substrate, achieving a displacement of 185.4 μm at 93 V and an extinction ratio of 13.69 dB at 300 GHz. The optical switch part measured 5.65 mm long and power consumption was only 3.6 mW, outperforming previous works. While conventional comb-drive actuators are fabricated on SOI substrates, our design was fabricated on a single layer of silicon substrate. The proposed single-layer comb-drive actuator can be applied to variable phase shifters, directional couplers, and add/drop filters. This work addresses key challenges in terahertz variable passive elements and contributes to the advancement of terahertz PICs for Beyond 5G/6G communications.

 

 

0404情報通信
ad
ad
Follow
ad
タイトルとURLをコピーしました