京セラと東北大学が新型光学チップ技術を共同開発 反射光を最大95%削減可能に

京セラ(Kyocera)と東北大学(Tohoku University)が共同で開発した新しい光学チップ技術は、高速データセンターが直面する増大する問題を解決する有望な技術であり、約95%の反射光を削減することで性能を向上させる。この技術はレーザーアニール技術を利用し、光アイソレータを直接シリコンフォトニックチップに統合する。このプロセスは対象領域のみを加熱し、チップ全体を高温にさらすことはない。光アイソレータは、レーザ光源に向かって光が逆方向に伝播するのを防ぐ役割を果たし、反射光はレーザを妨害し、光通信システムの性能を低下させる。

人工知能のワークロードがデータセンターにより多くの情報を処理させる中、シリコンフォトニクス技術が開発されており、より高速で高効率な接続を提供することを目指している。

光アイソレータの技術的利点

この技術は光信号を使用してデータを伝送および処理し、レーザー加熱技術が統合の問題を解決する。従来の光アイソレータは一般に磁気光学ガーネットに依存しており、これは約600度またはそれ以上の温度に加熱する必要がある結晶材料であり、反射光を抑制するために必要な特性を発達させる。しかし、シリコンフォトニックチップ全体をその温度に加熱すると、電極、配線、およびその他のコンポーネントが損傷する可能性がある。京セラと東北大学は、近赤外レーザーをアイソレータ形成領域のみに向けることでこの問題を解決し、レーザーは約700マイクロメートルx700マイクロメートルの領域に焦点を当てる。

この局所加熱により、磁気光学ガーネットが結晶化され、周囲のシリコンフォトニック回路が同様の熱負荷を受けることはない。

将来の応用と発展

この方法により、光アイソレータはコンパクトな光学回路や共同パッケージ光学(Co-Packaged Optics, CPO)との統合がより容易になる。CPOは光学および電子コンポーネントを同じ半導体パッケージ内に配置し、これにより信号経路が減少し、信号損失や消費電力の削減につながる可能性がある。光リンクにとって、システムがより小型化し、コンパクトになるにつれて、光が所定の方向に伝播することを維持することがますます重要になる。したがって、直接製造されたアイソレータは、将来の高速ネットワークで使用されるコンパクトな光子回路の主要な統合障壁を取り除くことができる。

研究者はシリコン導波路上に光アイソレータを製造し、前進光と逆反射光を区別する能力をテストした。このデバイスは光通信波長範囲内で13.6デシベルのアイソレーション比を達成し、研究者によると、これは約95%の反射光削減に対応する。電子顕微鏡検査により、レーザー処理された磁気光学ガーネットがシリコン導波路上で正しく結晶化されたことが示され、実験で示された動作結果を支持している。この成果は、京セラと東北大学の初期の研究に基づいており、光学回路に直接統合できる光アイソレータの開発を目指している。

これらの企業は現在、光学損失を削減し、効率を向上させ、このプロセスを大規模生産により適したものにするために技術の改善を目指している。これらの改善が実現すれば、直接統合された光アイソレータは将来の高密度光学システムにおいて役割を果たす可能性があり、特にデータセンターが人工知能関連のワークロードに対処するためにシリコンフォトニクス技術やCPOを採用するようになる中で。関連する研究は「IEEE Access」誌に掲載されている。

新技術によるデータセンターへの影響

人工知能がデータセンターにおける高速データ伝送の需要を推進する中、京セラと東北大学の共同開発による新型光学チップ技術が特に重要となっている。反射光を削減し、光アイソレータの集積性を向上させるこの技術は、光通信システムの性能を向上させるだけでなく、消費電力を効果的に削減し、将来の高密度光学システムの需要に適応することができる。シリコンフォトニクス技術の発展に伴い、この技術の成功はデータセンターの運用効率と持続可能性に深い影響を与えることになる。