分光計測に適した広帯域集積Mid-IRマッハツェンダ干渉計

多くのフォトニックアプリケーションが中赤外（mid-IR）スペクトル領域の光の利用を基盤にしている｡たとえば、フリースペース光通信は､3 ～ 5および8 ～ 13μmの大気透過ウインドウを利用する｡また､吸収帯域が､2 ～ 20μmのいわゆるフィンガープリント域にある有機物質の分析に､多様性があって重要な分光技術領域が活用される｡
　Mid-IR光計測器は一般にバルク光学システムをベースにしており､これは機能はよいが､大きく複雑で高価になる｡Mid-IRのアプリケーション､特に分光計は､光集積回路（PIC）への変更によって実現する光学系の微小化の恩恵を受ける｡
　多くのmid-IR PICコンポーネントがすでに設計され実証されている｡これらは､カルコゲナイドガラス､ゲルマニウム･オン･シリコン（Ge on Si）､シリコン･オン･サファイア､ゲルマニウム･オン･シリコンナイトライド､その他など､多様な光学材料で作製されている｡これらのコンポーネントには､波長合波器（MUX）､アレイ導波路グレーティング（AWG）､リング共振器､マッハツェンダ干渉計（MZI）､その他が含まれる｡とはいえ､これらのどれも1μmを超えるmid-IR波長範囲の機能がなく､従って､真にブロードバンドではない｡
　仏パリサクレー大と伊ミラノ工科大の研究者たちは､集積mid-IR導波路MZIを作製することで1μmの帯域限界を破り､3μmのスペクトル動作範囲を実現した（1）｡デバイスは､3μm全体で10dBを超える消光比であり、傾斜Si1-xGex基板上に作製されたSi0.2Ge0.8からなる。
　研究者は、Si1-xGexアロイを用いる選択をした。その材料によりバンドギャップ、屈折率、光閉じ込め、分散を大きく制御できるだけでなく、Geは15μmまで透明だからである。つまり、合金がGeリッチであれば、mid-IRの長波長側が利用できるかもしれないということである。

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出典元
https://ex-press.jp/wp-content/uploads/2018/01/wn1_photonic_integrated_circuits.pdf