日立製作所中央研究所（所長：西野壽一／以下、日立）は、このたび次世代のメトロ系（都市内）ネットワークへの適用を目指して、世界最小サイズの集積化チップを用いた、外形がわずか2.4mm×1.9mmの40ギガビット／秒向け光送信器の開発に成功しました。これは、日立独自の "低インピーダンス駆動方式"により、駆動電圧が世界最小値である、0.7Vの光変調器を駆動回路IC上に搭載することによって、大幅な小型化を実現したものです。本成果は、メトロ系ネットワークにおいて需要の急増する光送信器を、飛躍的に小型・低消費電力化する基本技術です。   なお、本研究は通信・放送機構の委託研究「フォトニックネットワークに関する光アクセス網高速広帯域通信技術の研究開発」の一環として実施されたものです。   インターネットの急速な普及とブロードバンド化の進展に伴い、通信需要は今後も急拡大することが見込まれています。将来の通信需要の伸びに対応するには、ルータなどの通信機器に高速の光送信器を多数配置することが必要となり、光送信器の小型化・低消費電力化が重要な課題となります1)。 このような背景から、今回、日立は次世代の40ギガビット／秒動作の光送信器に向けて、小型・低消費電力の両立を可能とする技術を開発しました。   今回、日立が試作した集積化光送信器チップのサイズは2.4mm×1.9mm、さらに、吸収型半導体光変調器の駆動電圧は従来の1/3の0.7Vであり、いずれも40ギガビット／秒クラスでは世界最小の値です。今回開発した技術は、次の二つの技術です。 （１）ハイブリッド集積化方式による超小型光送信器の実現 駆動回路ICの上に、別個の半導体プロセスで製造した吸収型半導体光変調器を直接搭載するハイブリッド集積化方式を開発し、従来にない、超小型の光送信器を実現しました。この結果、光変調器と駆動回路IC間の距離が一挙に短縮され、インピーダンス整合が不要となりました。また、消費電力の低減によって発熱も減少し、温度上昇による光変調器の性能劣化も防止できることを実証しました。 （２）低インピーダンス駆動方式による消費電力の低減 ハイブリッド集積化技術によって、インピーダンス整合が不要になったため、駆動回路に出力抵抗の小さな低インピーダンス駆動回路を用いることで、充放電時定数を小さくし、光変調器の容量制限を解消しました。この結果、低電圧設計の吸収型半導体光変調器を駆動できるようになり、光送信器の消費電力を大幅に低減できます。   今後、日立は本成果を活用しIC・光デバイスの構造の最適化や信頼性向上の検討を進め、光送受信器のさらなる高密度化技術の開発に取り組んでいきます。また、将来的には低コスト化を図るために、駆動回路IC部をインジウム・リン系の化合物半導体から、シリコン・ゲルマニウム系の半導体に移行する道も模索していきます。   なお、本成果は2003年9月21日から開催されたヨーロッパ光通信国際会議「ECOC 2003」にて、日本時間の25日に発表されました。 【注釈】 1)送信器の小型化の課題 40ギガビット／秒クラスの高速通信領域になると、光送信器の構成部品である半導体光変調器の動作速度が問題になってきます。これは、信号の速度が光送信をスムーズに行う為には、駆動回路の出力抵抗と、半導体光変調器の構造で決まる静電容量で制限されてしまうためであり、その対策として、半導体光変調器の変調器長を短くし、高速化の阻害要因である静電容量を小さくする方法が考えられます。しかし、単に変調器長を短くするだけでは、変調器の本来の目的である光信号の変調効率が低下してしまい、効率を改善するために、2V以上の大きな駆動電圧をかけなければならず、消費電力が大きくなってしまうという課題がありました。 図  外形2.4mm×1.9mmの世界最小の集積化光送信器チップ

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