研究発表

In this paper, we theoretically analyze the optical loss in multimode waveguides based optical links including optical path conversion via a 45-degree mirror using a ray-trace simulator. We focus on some waveguide structural parameters: the cladding thickness, the core size, and the refractive index of the core and cladding material, and confirm the optimum waveguide parameters for GI circular-core waveguides for realizing low-loss light coupling. In addition, we experimentally investigate the optical loss of GI circular-core polymer optical waveguides fabricated using the Mosquito method. The fabricated waveguide exhibits low optical insertion loss and low inter-channel crosstalk even after mirror fabrication on its one end.

Using the Mosquito method, we fabricate low-loss multimode polymer optical waveguides with graded-index (GI) perfect circular cores for the applications to on-board optical interconnection. Originally we used siloxane based monomers. In this paper, novel organic-inorganic hybrid materials (SUNCONNECT®) are selected to confirm the applicability of wide-range polymers to the Mosquito method. Here, a dip is observed on the upper perimeter of the obtained core cross-sections particularly when using a straight needle with a wall-thickness of more than 75 m. Such a core-shape deformation increases the coupling loss with circular-core optical fibers. So, the flow of core and cladding monomers while dispensing the core with the needle scan is visually observed. It is confirmed that the edge of the straight needle chips off the upper perimeter of the core when the core monomer is dispensed, leading to the dip. Therefore, the straight needle is replaced for a curved one to change the dispensing direction for eliminating the dip. Finally, we successfully demonstrate a 1.65-dB lower loss in a 5-cm long waveguide compared to the one having the core with a dip.

更なる高密度配線への期待から，GI型コア多層並列導波路が注目されつつある．Mosquito法は，簡易なプロセスでGI型コアの多層並列コア構造を形成できる導波路作製法であるが，この多層並列構造は，液体状コアモノマーを液体状クラッドモノマー中にディスペンスして形成するため，液体の流動の影響によるコア位置決め精度の低下が未だ課題として残されている．本研究では，Mosquito法による多層並列コア構造形成の可能性確認を目的として，実際に12チャネル×2層の多層導波路を作製した．またニードル走査プログラムを補正することで，優れた水平方向位置精度を実現した．最後に，得られた12チャネル×2層多層導波路の光学特性を測定することで，実際の位置ずれと損失の関係を評価した．

In this paper, we report on the applications, as SM optical waveguides as well as lens arrays for optical connectors, of our organic-inorganic hybrid material, “SUNCONNECT®”. With respect to waveguide application, fabrication and optical property of GI (graded-index) optical waveguide and SI (step-index) optical waveguide was explained. In addition, lens array for optical coupling was fabricated by using conventional imprint mold.

We theoretically analyze the optical loss in multimode waveguide based optical links including optical path conversion via a 45-degree mirror using a ray-trace simulator. We demonstrate a benefit of GI circular-core waveguides over the conventional SI square-core waveguide.

We present a pitch conversion structure (250 - 125 μm pitch) in multimode polymer optical waveguides for high density interconnects, and investigate how to improve the coupling efficiency with a 12-ch. MMF ribbon.

We fabricate multilayer graded-index circular core multimode polymer parallel optical waveguides using the Mosquito method by optimizing the needle scan program, and realize a high core-position accuracy with a 125-μm vertical and horizontal pitch.

オンボード光インターコネクトに向けて光導波路を基板に実装する際に，光導波路と他の光素子との接続点でのアライメント精度ならびにミスアライメントに伴う損失は，技術課題の一つである．そこで本研究では，ミスアライメントの許容量を高め，接続損失を低減できる光導波路の実現を目指して，コア径が導波路軸方向に徐々に変化するテーパ構造を有する屈折率分布（GI）型ポリマー光導波路を検討した．作製手法には樹脂原料の相互拡散によりGI型屈折率分布を形成可能なMosquito法を応用する．実際に導波路軸に沿って円形のコア形状を保ちながら変化するテーパ状のポリマー光導波路の作製に成功した．テーパ導波路を設計する際に樹脂原料の相互拡散現象を数式的に表現できる拡散方程式を数値計算して，屈折分布を理論的に導く手法を導入した．この屈折率分布のシミューレション結果と実測結果を比較し，妥当性を議論する．

近年，オンボード光インターコネクト技術として，プリント基板上にマルチモードポリマー光導波路を実装した光配線板が注目されている．これまで我々は， Mosquito法によって円形屈折率分布(GI)型コアを有するポリマー光導波路を作製し，従来の矩形階段屈折率(SI)型ポリマー光導波路と比較して，低伝搬損失，低チャネル間クロストークとなることを報告してきた．加えて，Mosquito法は，基板に鉛直な方向に複数コアを多段配列した，「多段並列光導波路」を容易に作製可能であることを示してきた．しかしながら，この多段導波路では，円形GI型コアであっても，鉛直方向近接コアへのクロストークが極めて高くなる現象が見られた．本研究では，多段導波路に見られた高クロストークの要因を解析するとともに，導波路の作製工程を再検討することで，多段導波路のチャネル間クロストークを減少させることに成功した．これにより，更なる導波路の高密度配線化が可能となる．

High performance computing (HPC)のさらなる高性能化を見据え，光インターコネクト技術の導入が期待されており，マルチモードポリマー光導波路を用いた光配線板が検討されている．光配線板では，光源としてVCSEL(垂直面発光レーザ)を用いることが想定されているため，光源-導波路間・導波路-受光器間の結合部に，導波路端に形成した45°ミラーによる直角光路変換が必要とされる．この45°ミラーを介した光結合の際に生じる損失は，光配線板上の導波路ベース光リンクを構成する上で懸念事項となっている．本研究では，45°ミラーを形成した光導波路による，オンボード・ボード間光配線のリンクロスを，光線追跡シミュレーションにより計算し，低リンクロスを実現する光導波路の最適構造を議論する．

我々は，データセンタネットワーク配線の主流であったマルチモードファイバ（MMF）との高い接続性に重きを置いてポリマー光導波路の研究開発をを進めてきた．その中から考案したモスキート法は，マルチモードのみならずシングルモード導波路，さらには，従来のリソグラフィを応用した手法では作製が困難な導波路素子を容易に作製できることが分かってきた．本稿では，これまでに我々が報告してきたポリマー光導波路のオンボード光配線への適合性について紹介する．

ボード上の自由な光配線パターンの実現に向け，交差構造と曲げ構造両方を併せ持つ，シャフリング構造を有する低損失屈折率分布（GI）型ポリマー光導波路の作製を試みた．初めに，S字曲げ光導波路と交差光導波路をそれぞれ単独に作製することで，曲げ損失と交差損失を個々に見積もり，その結果を基にシャフリング構造を最適設計して作製した．得られたGI型シャフリング光導波路は，損失が交差角度に依存しないため，交差角度を低角にすることで，シャフリング構造に要する面積を低減でき，高密度化にも貢献することが明らかになった．更なる高密度配線化を目指し，最密シャフリング光導波路を作製した結果，GI型コアにて交差角度を30oにすることで，シャフリング損失が0.28 dBという非常に低損失な最密シャフリング光導波路の作製に成功した．