発表されたこと
これまでのシリコン光変調器は、十分に光を変調するのに数ミリの長さが必要でした。長いと多くの素子を並べにくく、速く動かすのも難しくなります。速くすると信号の波形が崩れるため、それを直すデジタル信号処理（DSP）が複雑になり、駆動に高い電圧が要るぶん回路の電力も増えていました。
研究グループは、シリコンに細かい穴を規則正しく並べた構造で光をゆっくり進ませ、短い素子でも低い電圧で変調できるようにしました。さらに、外の電子回路が担っていた波形の補正を、変調器の構造そのものに組み込みました。結果は、光の強さを4段階に切り替える方式で毎秒200ギガビット（受信側で簡単なDSPを使用）、DSPなしでも毎秒180ギガビットです。駆動電圧は1.5ボルトで、素子の面積は電極を含めて0.4平方ミリです。
DEEPPOINTの解説
減らしたのは光の部品の電力より、まわりの電子回路の仕事
光変調器は電気の信号を受けて光を点滅させる部品で、電力を使うのは変調器本体だけではありません。崩れた波形を直すDSPと、高い電圧で変調器を動かす駆動回路も電力を使います。今回の成果は、波形の補正を光の側に持たせて、DSPをほとんど不要にしたことです。
駆動電圧は1.5ボルトで、オン・オフ方式で毎秒140ギガビットに抑えれば0.6ボルトまで下がります。これで、先端の半導体（CMOS）の回路から直接動かしやすくなります。部品単体の数字より、まわりの回路ごと電力を削れる点が、データセンター向けには大きな意味を持ちます。
産総研の300ミリのラインで試作
素子は、産総研の300ミリウエハーに対応した製造装置で、1枚のウエハーに複数の設計を相乗りさせる汎用の工程（MPW）で作られています。特別な一点ものの試作でなく、共通の工程で作れたことは、企業が設計を持ち込んで試せる道があることを意味します。
想定する使い道は、計算用のチップのすぐそばに多数の光の送受信部品を並べる「コパッケージド・オプティクス（CPO）」です。数ミリが0.32ミリになると、同じ面積に並べられる数が大きく変わります。研究はNEDOの事業や科研費、日本ルメンタム、キーサイト・テクノロジーなどの支援を受けています。
今後の注目点
実用化の時期、多数の素子を並べたときの性能、温度が変わったときの安定性と長期の信頼性は、発表には書かれていません。今後は、複数の変調器を一つのチップにまとめた実証や、支援企業による製品化の動きが注目されます。
参照資料
この記事は、AIアシスタントが調査したニュースを掲載しています。 本文の図は、内容を説明するために作成した概念図です。カバー画像はAIで生成したイメージです。
