シリコンフォトニクスの基礎から最新の集積光デバイス応用まで

シリコンフォトニクスは、シリコン基板上に光導波路、光分岐・合波器、波長フィルタ、光変調器、受光器、レーザ光源などを集積する技術であり、光通信、データセンター、光電融合、LiDAR、センシングなど、幅広い分野で重要性が高まっています。特に近年は、半導体微細加工技術を活用した小型・低消費電力・高機能な光集積デバイスへの期待が大きく、次世代の情報通信・計測システムを支える基盤技術として注目されています。 　本セミナーでは、シリコンフォトニクスの基本的な考え方から、代表的な集積光デバイスの動作原理、設計・評価上のポイント、実用化に向けた課題までを分かりやすく解説します。また、光通信・光電融合、LiDAR、センシング、テラヘルツ応用などの最新動向も紹介し、シリコンフォトニクス技術を今後の研究開発、技術調査、応用展開に活用するための視点を提供します。 　本セミナーを受講することで、シリコンフォトニクスおよび集積光デバイスの基本原理、代表的なデバイス構成、設計・作製・評価における重要な考え方を体系的に理解できます。また、光通信、データセンター、光電融合、LiDAR、センシング、テラヘルツ応用などへの展開について、最新の研究開発動向を把握することができます。これにより、シリコンフォトニクス技術の導入可能性の検討、新規研究開発テーマの立案、製品企画・技術調査、共同研究や外部技術評価に活用できる知識を習得できます。

1. シリコンフォトニクスの概要と技術背景
   1. データセンター・AI時代における要求
   2. 電気配線の限界と光配線の優位性
   3. シリコンフォトニクスの基本構成
      1. 光源・光導波路・光変調器・光検出器
      2. 電子回路との対応関係
   4. 代表的な光トランシーバ構成
      1. IM/DD方式
      2. コヒーレント方式
2. 光導波路と光伝搬の基礎
   1. 電磁波としての光の記述
   2. 全反射と導波条件
   3. 導波モードの形成
      1. 定在波としての理解
      2. モードの離散化
   4. シリコン導波路の特徴
      1. 高屈折率コントラスト
      2. 小型化・高集積化
3. パッシブ光デバイス
   1. 光合分波器
      1. 方向性結合器
      2. MMIカプラ
   2. 干渉デバイス
      1. マッハ・ツェンダー干渉計 (MZI)
      2. 位相制御と特性設計
   3. 共振デバイス
      1. リング共振器
      2. 波長フィルタとFSR設計
   4. 偏波制御デバイス
      1. 偏波分離器
      2. 偏波回転器
4. アクティブ光デバイス
   1. 光変調器
      1. キャリア注入型・空乏型変調器
      2. 高速化と帯域特性
   2. 光スイッチングデバイス
      1. 動作原理
      2. 応答速度と損失
   3. 光検出器
      1. Geフォトダイオード
      2. 受光特性と帯域
   4. シリコンフォトニクスの制約
      1. 発光素子の不在
      2. 温度依存性・損失
5. ヘテロジニアス集積技術
   1. 異種材料集積の必要性
      1. III-V族半導体との集積
      2. SiN・LiNbO3との融合
   2. ヘテロジニアス光源
      1. 波長可変レーザ
      2. 狭線幅化技術
   3. 光回路モニタリング技術
      1. インラインモニタ
      2. フィードバック制御
   4. ヘテロジニアストランスミッタ
      1. レーザ・変調器集積
      2. 高速動作と低消費電力化
6. 応用分野と今後の展望
   1. 光通信応用
      1. データセンター光インターコネクト
      2. IM/DD方式とコヒーレント通信
      3. WDM技術と大容量化
   2. 光電融合応用
      1. CPO・光I/Oへの展開
      2. 電子回路と光回路の融合に向けた課題
   3. センシング応用
      1. LiDAR
      2. FMCW方式の原理
      3. 光フェーズドアレイによるビームステアリング
   4. THz波応用
      1. 二波長レーザによるTHz波生成
      2. THzセンシング・通信応用
   5. 産業動向と今後の展望
      1. ファウンドリーとエコシステム
      2. 今後の技術課題と展望