慶應義塾大学理工学部・教授の石榑崇明氏らの研究グループは大塚電子と共同で、樹脂や光学ガラスで形成された光導波路の屈折率とその温度依存性を、実際の導波路形状のまま非破壊で測定する技術を開発した（ニュースリリース）。さらに、この測定技術を活用し、25～75℃の温度範囲で光スポット径が変化しないアサーマル光導波路の実証にも成功した。CPO（Co-Packaged Optics）の高密度実装や、次世代光通信デバイスの開発への貢献が期待される。
生成AIの普及に伴い、データセンターでは通信の高速化・大容量化と消費電力の削減が求められている。その実現に向け、電子回路と光集積回路を同一パッケージ内に高密度実装するCPO技術の開発が進んでいる。CPOでは、光集積回路と光ファイバーを接続するための微細な光導波路が重要な役割を担う。
光導波路は、光を伝搬させるコアと、それを取り囲むクラッドで構成され、両者の屈折率差が光の閉じ込め特性を左右する。しかし、屈折率は温度によって変化するため、高温環境下では光の伝搬特性が変動し、接続損失などに影響する可能性がある。従来の屈折率測定では、材料をフィルム状やプリズム状などに加工する必要があり、実際の導波路形状のまま評価することが難しかった。
研究グループは、大塚電子の光波動場三次元顕微鏡（3D-OWFM、製品名：MINUK）を応用し、透明材料内部の三次元屈折率分布を非破壊で測定する手法を開発した。慶應義塾大学が開発した「モスキート法」で作製した円形コアを持つ樹脂製光導波路に適用し、コアとクラッドの屈折率差を実際の導波路形状のまま直接測定することに成功した。さらに、試料を加温しながら測定することで、屈折率差の温度依存性を評価できることを確認した。
この手法を用いて異なる樹脂材料を組み合わせた光導波路を評価したところ、材料の組み合わせによって屈折率差の温度依存性が異なることが明らかになった。そこで、温度変化による屈折率差の変動を抑えるようにコアとクラッドの材料を組み合わせた新たな光導波路を作製した。
その結果、屈折率差の温度依存性を従来の2種類の材料の組み合わせと比較して約1桁低減することに成功した。実際に導波路を伝搬する光を測定したところ、25℃から75℃まで温度を変化させても、モードフィールド径を4.2μmに維持できることを確認した。これにより、温度変化に対して光の閉じ込め特性が安定したアサーマル光導波路を実証した。
研究グループは今後、測定精度の向上や自動化を進めるとともに、シリコンなどの半導体材料への適用拡大を目指す。また、材料の熱光学定数と熱膨張係数の同時測定や、接着剤などの硬化過程の評価にも展開し、CPOをはじめとする次世代光電融合モジュールの実用化につなげるとしている。 なお、本成果は11月10日から12日に立命館大学朱雀キャンパスで開催される国際会議「IEEE CPMT Symposium（ICSJ2026）」で発表される予定である。
