光導波路の屈折率を「実形状」のまま非破壊測定：光電融合モジュールの開発を加速

慶應義塾大学と大塚電子は、樹脂や無機ガラスを用いた光導波路の屈折率やその温度依存性について、実際の形状のまま非破壊で高精度に測定できる技術を共同開発した。温度変化に強いアサーマル光導波路の実証にも成功しており、次世代光電融合モジュールの実用化に弾みをつける。

[馬本隆綱，EE Times Japan]

温度変化に強い「アサーマル光導波路」の実証にも成功

　慶應義塾大学理工学部物理情報工学科の石榑崇明教授と山岸泰輝氏（修士課程2年）、久家康太郎氏（学部4年）らによる研究グループは2026年11月、樹脂や無機ガラスを用いた光導波路の屈折率やその温度依存性について、実際の形状のまま非破壊で高精度に測定できる技術を大塚電子と共同開発したと発表した。温度変化に強いアサーマル光導波路の実証にも成功しており、次世代光電融合モジュールの実用化に弾みをつける。

　データセンターなどでは通信の大容量化や高速化の要求が高まっている。これを可能にするため、半導体集積回路の近傍に光信号を送受信するための光集積回路（PIC）を配置するCPO（Co-Packaged Optics）技術が注目されている。ここではPICと光ファイバーをつないで、より高速な伝送を可能にするために樹脂や無機ガラスを使った光導波路デバイスの活用が想定されている。

左図はPICと光ファイバーをレンズなどでつなぐ現行のCPO実装形態、右図は導波路素子で光配線を行う将来のCPO実装形態［クリックで拡大］ 出所：慶應義塾大学

　ただ、PIC動作時には温度が最大100℃程度に達する可能性もあり、CPOに組み込まれる光導波路には高温下でも安定した動作が求められる。このため、光導波路を構成する「コア」と「クラッド」の屈折率差（Δn）について、温度依存性を把握しておく必要がある。ところが、実際の光導波路状態で屈折率差やその温度依存性を測定することは極めて難しかった。

　そこで今回、大塚電子が保有する光波動場3次元顕微鏡（3D-OWFM）「MINUK」を用いることにした。実験では、慶應義塾大学が開発した「モスキート法」により作製された円形断面コアを有する樹脂製光導波路の内部屈折率分布測定を行い、実導波路形状のままで屈折率差を直接計測することに成功した。

モスキート法で作製された屈折率分布型円形コア光導波路の構造［クリックで拡大］ 出所：慶應義塾大学

3D-OWFMの外観および、光が試料を透過する測定の模式図［クリックで拡大］ 出所：慶應義塾大学

　測定時に試料を加熱することで、屈折率差の温度依存性（d(Δn)/dT）を評価する手法も確立した。この手法を用いて、異なる樹脂材料を組み合わせた2種類の導波路を評価した。導波路A（コアA／クラッドA）は正のd(Δn)/dTを、導波路B（コアB／クラッドB）は負のd(Δn)/dTを示した。

　これとは別に、コアBとクラッドAを組み合わせた導波路Cを新たに作製し評価した。この結果、d(Δn)/dTは導波路AやBに比べ1桁も小さく、ほぼゼロに近い値となった。導波路Cを伝搬する実際の信号光を計測したところ、25〜75℃の温度変化に対し4.2μmの光スポット径を安定して維持できることを確認した。

左図は導波路A、Bにおける屈折率差の温度依存性（25〜100℃）。右図は導波路A、B、Cにおける屈折率差の温度依存性（25℃で規格化）［クリックで拡大］ 出所：慶應義塾大学

3種のコア・クラッド組み合わせで作製したポリマー光導波路の出射光強度分布とモードフィールド径の温度依存性［クリックで拡大］ 出所：慶應義塾大学

　研究グループは今後、測定技術の高度化と適用材料の拡大、熱光学定数と熱膨張係数の同時測定手法の確立などに取り組む。