光電融合技術向けポリマー光導波路の開発

1．緒言

近年，生成AI（Artificial Intelligence）の急速な普及やクラウドサービスの拡大に伴い，データセンター内で処理・伝送されるデータ量は爆発的に増加している。また，機械学習におけるデータセットの巨大化とトレーニングに要する演算量は増大の一途を辿っている。これに対応するため，スイッチASIC（Application Specific Integrated Circuit）などの半導体チップの処理能力は飛躍的に向上しているが，従来の電気配線による信号伝送では，高周波帯域における伝送距離の限界や消費電力の増大が深刻な課題となりつつある。この「帯域幅と消費電力の壁」を打破する技術として，光インターコネクトをASICの近傍に実装するCo-Packaged Optics（CPO）および光電融合技術が注目を集めており，その導入が始まっている。

これらの通信容量拡大を支える技術として，高密度光配線を容易に形成可能なポリマー光導波路およびその材料の開発が進められている。ポリマー光導波路は，その薄さやフレキシブル性を生かした狭小な光トランシーバや情報通信端末内における光インターコネクション構造への適用が想定される。また，パッケージ基板，インターポーザやPIC（Photonic Integrated Circuit）の光配線層の形成に適用することも可能である。ポリマー光導波路は無機系の光導波路と比較して，プロセスが簡便であり，大面積での生産が可能なため，量産性に優れ，低コスト化が期待できる特徴を持つ。一方，ポリマー材料は無機材料と比較して一般的な通信波長帯における伝搬損失が大きいことが知られているため，短距離（伝搬損失が許容可能な距離）の光伝送路への適用が検討されているとともに，低伝搬損失材料の開発が進められている。さらに，CPOの重要な課題の一つとして，ASICと共に実装される高密度な光配線を有するPICと光ファイバの高効率な光結合の実現が挙げられる。一般に，PICの導波路コアサイズはサブミクロンオーダーであるのに対し，シングルモード光ファイバ（SMF）のコア径は約9 µmであり，両者のモードフィールド径（MFD）や光配線ピッチには大きな乖離が存在するため，その不整合を解消する材料としてポリマー光導波路が注目されている。本稿では，シングルモードおよびマルチモードポリマー光導波路用材料やその適用事例について概説する。