技術研究組合

光電子融合基盤技術研究所

情報通信システム化技術

技術研究組合光電子融合基盤技術研究所

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情報通信システム化技術の概要

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 5Gネットワークでは基地局エリアが細分化（スモールセル）。面的にサービス展開する「ポスト5G」では従来の4Gに比べて約100倍の基地局アンテナが必要。基地局装置は一層の小型化が求められる。
 多数の基地局アンテナの接続にTWDM‑PONを用いて光ファイバをシェアすることにより設備コストを削減。小型化する基地局装置に内蔵できる超小型の光トランシーバーが必要。

TWDM-PON構成を用いた基地局アンテナ接続網
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アプローチ、特徴技術

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開発課題
 光ファイバー通信網を通ってくる光信号は不定偏波 ⇒偏波無依存受信 多分岐に伴う信号光減衰⇒⾼感度受信 ONUを5Gスモールセルアンテナに内蔵
⇒小型実装
アプローチ
 TWDM-PON⽤光回路

 上り下り各4波⻑多重の送受信機能をシリコンフォトニクス技術により集積 偏波ダイバーシティによる偏波無依存受信 アバランシェフォトダイオード(APD)導⼊による⾼感度化 シリコン導波路ベースの横型APD ⻑波⻑(〜1600nm)まで⾼感度

 光電子集積インターポーザを用いたONU小型化実装

 光送受信集積チップを電気回路基板に埋め込んで⼀体化 ポリマーミラーを用いた低損失で偏波無依存の光結合構造を開発
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成果 １ （TWDM-PON集積チップ）

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 TWDM-PON 集積チップ

偏波ダイバーシティ構成
TE偏光

4TM偏光

TWDM-PON集積チップ

10Gbps×4波⻑受信波形（偏波無依存）

2019年7月 プレスリリース

H. Ono, et al., OECC 2019, WD3-3• 偏波ダイバーシティによる４波⻑偏波無依存受信⇒小型集積・偏波無依存を実現
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成果 ２ （ アバランシェフォトダイオード ）技術研究組合光電子融合基盤技術研究所

 横型SAM-APD
光吸収領域
SiO2p+‑Sip‑Si

SiO2GeSOI
Si substrate>130 A/W

Al

SiO2n+‑Sin‑Si
BOX

増倍領域

横型SAM‑APDの断面構造
波⻑1600nm付近で⾼感度を得るために、・電極による吸収損を受けない横型p‑i‑n接合
・光吸収領域と増倍領域を分離したSAM構造
波⻑1600nm帯における受光感度

2019年3月 プレスリリース

・受光感度 〜130A/W
・高周波数応答10GHz以上⇒受光器の⾼感度化を実現
最⼩受信感度 -22dBm（BER=10-3）
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TWDM-PON規格に対するPD受光感度目標値

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挿入損
トランシーバ最小受光感度(dBm) 規格値-28

ファイバ結合損（ミラー）(dB)3

導波路損失（1dB/cm×10mm導波）(dB)

1

WDM1フィルタ挿入損(dB)

0.5

PBS, PR挿入損(dB)

0.5

AWG挿入損失(dB)

1.5

PD 最小受光感度 (dBm) 目標値-34.5

 TWDM‑PONの規格で要求されるトランシーバ最⼩受信感度達成するためには、APD単体での最⼩受信感度は‑34.5dBmが必要 これまでの試作実績は、横型SAM‑APDで得た‑22dBm

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PD最小受信感度改善の見通し

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SACM‑APDの導入と構造最適化
 TWDM‑PONの仕様条件（波⻑〜1600nm、10Gbps）では、APD単体での最⼩受信感度は理論的に‑37dBmまで改善可能
 増倍領域に隣接するチャージ領域を備える、SACM構造を導入

SiO2p+‑Sip‑Si

SiO2Ge
SOI

チャージ領域Al

SiO2+‑Si
p‑‑Si nn‑SiBOX

Si substrate

増倍領域

横型SACM‑APDの断面構造

SACM‑APDのチャージ領域のドーピング最適化によりTWDM‑PON規格の要求感度が実現できる⾒通しを得た
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成果 ３ （光電子集積インターポーザを用いた小型化実装）

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 光電子集積インターポーザを用いた光トランシーバモジュール試作

ポリマーミラー

光電子集積インターポーザ

ONU用モジュール

光電子集積インターポーザ on SFP+基板⇒光結合部の偏波無依存化、10cm×2cm×2cmの⼩型化のための技術を確⽴
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トランシーバモジュール

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送信光（TE偏波）

DBR-LD 1

SOA

SSC

DBR-LD 2

EAMod

MMI
DBR-LD 3

送信経路

DBR-LD 4

送信光源モジュール（InPチップ）
送信光（TE偏波）
GC

送信光（TE偏波）

1524-1544nm
TEMirror

受信光
受信経路（不定偏波）

WDM

AWG（双方向型）PBS

PDArrayTM

1596-1603nm

PRTE

トランシーバモジュール（Siチップ）
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デモ実証システム

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トランシーバモジュール
デモ系全景

局舎側
Sync

評価基板

SMUでも可

PPG

DCPS

DCPS

送信光源モジュール

DataOut

Driver

BiasBoard

基地局アンテナ側
SMU

TLS
WDM

SMU

ISOA

LN‑MOD

TLS
WDM

DCPS

Pol.
controller

SMF

TEC

ILD ITE
モジュール
評価基板

1530/1600nm
Trig

SOS

Opt

一部PMFが入る

可変WDM

EDFA

BiasT

SMU

DataOut

RF AMP

光ファイバ

RFケーブル

PPG

DCケーブル
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トランシーバーモジュール評価

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 モジュール No.1
 上り送信評価

Ch.1

Ch.2

Ch.3

Ch.4

ER:2.67 dB

ER:2.56 dB

ER:2.89 dB

ER:2.52 dB

1534.720 nm

1534.925 nm

TETETM

TM1603.5nm

1604.3nm

1533.720 nm

1533.455 nm

 下り受信評価
TE
測定不可

TM
測定不可
1601.9nm

1602.7nm
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トランシーバーモジュール評価

技術研究組合光電子融合基盤技術研究所

 モジュール No.2
 上り送信評価

Ch.1

Ch.2

Ch.3

Ch.4

ER:2.66 dB

ER:2.53 dB

ER:2.95 dB

ER:2.47 dB

1533.695 nm

1534.690 nm

1534.950 nm

MaxMax

Max

Min

Min

Min

1533.440 nm

 下り受信評価
測定不可

測定不可
1601.9nm

1602.7nm
121603.5nm

1604.3nm

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まとめ

技術研究組合光電子融合基盤技術研究所

 成果１ TWDM‑PON集積チップ
偏波ダイバーシティによる４波⻑偏波無依存受信⇒小型集積・偏波無依存を実現

 成果２ アバランシェフォトダイオード
受光感度 〜130A/W⇒小型集積・受光器の⾼感度化を実現

 成果３ 光電子集積インターポーザを用いた小型化実装
光結合部の偏波無依存化⇒10cm×2cm×2cmの⼩型化のための技術を確⽴

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