IDでもっと便利に新規取得

ログイン


ここから本文です
現在位置:

掲示板のコメントはすべて投稿者の個人的な判断を表すものであり、
当社が投資の勧誘を目的としているものではありません。

  • >>23

    日本でロービジョン者は推定約145万人(1.1%程度)であると日本眼科医会研究班報告書2006-2008で報告されています。少々古いデータですが。
    日本だけで見れば確かに多くは無いですね。
    但し、世界的なデータはわかりませんが人口の多い国の高齢化が進んでいけば、必然的に多くはなっていくでしょう。

  • RETTISAの最新動向を投稿します。

    角膜不正乱視による視力低下症例に対するレーザ網膜走査型眼鏡の検討
    2021年4月21日『眼科』(Vol.63 No.4 4月号)
    ◾️要約抜粋
    角膜不正乱視のため眼鏡矯正視力が不良な患者を対象としてRETTISAメディカル視力補正効果および安全性の検証試験を実施した。
    対象は眼鏡矯正視力が0.3未満の円錐角膜患者15例16眼で、視力、読書速度、臨界文字サイズ、読書視力について、眼鏡矯正と本機器使用での比較を行った。
    本機器は眼鏡よりも有意な視力補正効果が得られた。また、読書速度、最大読書速度、臨界文字サイズ、読書視力の比較においても、本機器使用で眼鏡矯正よりも良い結果が得られ、読書速度、臨界文字サイズ、読書視力では統計的に有意な差を示した。
    有害事象として、結膜充血が1件、軽度の上咽頭炎が1件発言したが、いずれも因果関係は否定された。不具合の発生、重度の有害事象は認められなかった。
    本機器は角膜不正乱視により眼鏡矯正では十分な視力を獲得できない患者において有用かつ安全な視力補正の選択肢になると考えられる。

  • ◾️結論:
    主要評価項目であるVisit 1の2回目におけるLEW装用のlogMAR視力向上(眼鏡によ
    る矯正との比較)は、LEW 装用時−眼鏡矯正時の間における最小二乗平均の差は-0.395 (95%CI:[-0.549, -0.241])であり、治療効果の差に対する p 値は 0.001 未満であった。
    また、眼鏡矯正による視力向上に対する LEW 装用による視力向上は統計的に有意であ り、かつ差の点推定値が 0.2 を超えたことから視力が向上したといえる。
    視力向上による主観的な効果として、アンケート調査結果より「このデバイスの購入に 興味がありますか?」という質問に対して、「はい」と回答した例数(眼数)は 14 眼(87.5%)、
    「いいえ」と回答した例数(眼数)は 2 眼(12.5%)であった。また、自由記述においても 「見えないものが見えた」「読むのが楽になった」「眼鏡よりもよく見える」「裸眼(注: 眼鏡やコンタクトレンズなしに、の意)で見えてうれしい」といった、生活の質の向上に
    資することが示唆される回答が見られた。
    なお、慣れの個人差が有効性に与える影響に配慮して、ETDRS チャートを用いた有効性 主要評価前に全眼に対して習熟のためのトレーニング及び習熟確認を実施し、習熟不足と 判断された被験者はなかった。また、ETDRS チャートを用いた視力測定では、各測定回に おいて裸眼視力、眼鏡矯正視力、LEW 視力をそれぞれ測定する際に同一のチャートが用い られないようにし、記憶効果に最大限配慮した治験デザインとなっている。
    以上を踏まえ、副次評価項目において測定回における裸眼視力、眼鏡矯正視力、LEW 視 力それぞれの変化傾向を確認した結果、いずれも 0.01~0.1 程度であり 0.2 未満であった。 したがって、繰り返しの測定による結果に大きな差はなく、記憶の効果は明確に見られな かったと考えられる。
    安全性に関しては、本治験において有害事象が 2 件発生したものの、いずれも軽度かつ 治験機器との因果関係は否定された。加えて不具合も発生しなかった。
    以上のことから、本治験において本治験機器の有効性及び安全性が十分に示されたと結 論付ける。

  • レーザアイウェアの国内治験結果について投稿します。有料のため2021/04/20の『眼科』に掲載の内容はわかりかねますが、少し過去のものをピックアップします。
    ◾️参考文献
    前眼部疾患に起因する低視力患者を対象とした網膜走査型レーザアイウェアの検証的試験
    株式会社 QD レーザ 2019年2月15日

    ◾️序文:
    網膜走査型レーザアイウェア(以下 LEW)は、眼鏡型フレームにカメラ及び超小型プロ
    ジェクタを内蔵しており、カメラによる眼前の撮像を超小型プロジェクタからの微弱なレ ーザ光として網膜に投影する機器である。この LEW は、前眼部(角膜や水晶体)の屈折力 を使わずに網膜像を形成する Maxwell 視光学系を採用することで、主に前眼部の屈折異常
    (不正乱視)に起因する低視力(網膜は機能している)、特に従来の眼鏡で矯正できない不 正乱視に対する視力補正の新たな選択肢になると期待されている。なお、レーザ光源によ る Maxwell 視光学系を用いた視覚支援機器については、米国ワシントン大学(走査方式) 及び大阪市立大学(LCD を用いた空間光変調方式)でも過去に開発されており、ともに臨 床研究(加齢性黄斑変性などを対象)も実施されているが、当時は赤色レーザダイオード を用いた単色の機器であり、解像度が不十分であった。近年、可視光レーザ技術や MEMS
    (Micro Electro Mechanical System)技術の発展に伴いフルカラー、かつ視覚支援に十分な解 像感を持つ投影が可能になり、(株)QD レーザにより開発が進められている。
    LEW は眼鏡のように装用する着脱可能な機器であることから、ハードコンタクトレンズ 装用時の違和感や痛みは生じにくく、フェイキック IOL(Intraocular Lens)、角膜内リング、 角膜熱形成、コラーゲン・クロスリンキング、レーザ手術及び角膜移植といった外科的治 療法と比較しても低リスク(低侵襲性)と考えられる。また、オートフォーカスを搭載し ており、1 台で様々な距離に対応可能である(フリーフォーカス)。視力補正と同時に手を 使った作業が可能なことから利便性が高く、より自然な外観でロービジョンエイドに用い ることができる非医療的な優位性が挙げられる。従来のロービジョンエイドが拡大やコン トラスト強調等の「何を見せるか」という点でのみ視覚支援をするのに対し、本機器は視 野の中央部に等倍で眼前の視覚情報をそのまま網膜投影することにより、結果的に視力向 上を期待できる点が医療的効果として考えられる部分である。
    今回の試験では、前眼部疾患に起因する低視力患者を対象とした LEW の安全性及び有効 性を検証することにした。

    ◾️治験の目的: 前眼部疾患(主に不正乱視)に起因する低視力患者を対象として網膜走査型レーザアイウ ェアによる視力補正の有効性及び安全性を検証する。

    ◾️対象:
    前眼部疾患(主に不正乱視)に起因する低視力

    ◾️使用した治験の方法: 試験デザイン:単群、非盲検、多施設共同 目標症例(眼)数:15 眼(12 例程度)

  • 上市後に長期的な使用でも特に人体への重大な悪影響が無ければ、医療機器としてのレーザアイウェアだけでも大きな売上になりそうです。

    ◆ 成長戦略
    同社はこれまでレーザアイウェア事業における医療用機器の展開のために多 額の開発投資を行ってきたが、欧州での承認が近いこともあり、医療用機器 の上市の目途が立ちつつある。今後は、レーザアイウェア事業を成長ドライバ ーにすることが、成長戦略の主軸となる。そのために、アイウェア事業におい ては、以下の 3 点を進めていくとしている。
    (1) アイウェアの量産体制の確立と低コスト化
    (2) コスト低下に応じた販売価格の順次引き下げによるアイウェアの普及 (3) アイウェアの普及に対応できる国内外での販売体制の整備
    また、レーザデバイス事業も成長を続けていくとしている。短期的には、既存 のレーザ製品分野で、顧客認証を獲得していくことで新規顧客の獲得を進め ていくとしている。その上で、中長期的には、シリコンフォトニクス等の期待分 野でのシェア獲得を目指していくとしている。

    ◆ 医療機器としての網膜走査型レーザアイウェアに対する規制
    本格的な展開を目指している網膜走査型レーザアイウェアは、医療機器とし ての規制を受ける。既に日本での医療機器製造販売の承認を取得し、欧州 でも近く取得が見込まれるが、何らかの要因で遅延したり、取得ができなかっ たりする可能性もある。また、取得後に承認が取り消される事態が発生した場 合には、同社の成長シナリオの修正を余儀なくされる可能性も考えられる。

  • レーザアイウェアの動向を投稿します。

    ◾️参考文献
    新規上場会社紹介レポート(一般社団法人 証券リサーチセンター 発行) 2021年2月9日発行

    レーザアイウェア事業
    レーザアイウェア事業は、これまで培ってきた半導体レーザの技術をベース としたレーザ網膜投影技術を使ったメガネ型ディスプレイ(網膜走査型レー ザアイウェア)の製品開発と製造を行う事業である。
    網膜走査型レーザアイウェアは、メガネ型フレームに内蔵された超小型レー ザプロジェクタから網膜に直接映像を投影することで、画像やデジタル情報 を見せることができる製品である。装着した人の視力やピント調整能力を必 要とせずに見ることができるため、ロービジョン注 4 や一部の社会的失明者注 5 に対する視覚支援機器として用いられる。
    製品には、民生用機器「V シリーズ」と医療用機器「R シリーズ」の 2 つの系 統がある。「V シリーズ」は、18 年 7 月に「RETISSA® Display」として販売が 始まり、19 年 12 月には「RETISSA® Display II」が販売開始となった。
    網膜にレーザ光を当てる関係上、「R シリーズ」は、医療用機器としての承認 が必要となる。日本では 20 年 1 月に医療機器製造販売承認を取得済みで あり、欧州でも 19 年 10 月に治験が終了し、現在は承認待ちである。
    製造はレーザデバイス事業と同様、ファブレスでの製造となる。製造委託先 はミネベアミツミ(6479 東証一部)やオーディオテクニカ(東京都町田市)等 である。レーザデバイス事業と異なるのは、前工程でつくられる半導体ウェ ハは汎用品に近いものなので、前工程も自社では行っていない(協力会社 が他社から調達する)点である。そのため、製造プロセスにおいて同社は開 発・設計に特化できている。
    販売は、民生用機器については、法人顧客に対しては同社が直接販売し、 個人顧客に対しては販売パートナー(販売代理店)経由での販売となる。販 売パートナーとしては、シード(7743 東証一部)、東京メガネ(東京都世田谷 区)、カシオ計算機(6952 東証一部)、加賀FEI(旧富士通エレクトロニクス、 神奈川県横浜市)等がある。また、医療用機器としては、参天製薬(4536 東 証一部)と販売支援の契約を締結している。

    ◆ QD レーザの強み
    レーザアイウェア事業に関連して、レーザ網膜投影について、(1)レーザ網 膜投影技術の製品化に世界で最初に成功した技術力、(2)特許戦略に基 づいた関連特許の保有、(3)事業展開に必要な各種許諾の保有が挙げら れる。

    ◆ 市場環境(2)~ レーザアイウェア事業 WHO(世界保健機関)の「GLOBAL DATA ON VISUAL IMPAIRMENTS 2010」によると、ロービジョン人口は世界で約 2.5 億人存在すると言われてい る。現在は拡大鏡や拡大読書器といった生活用具で対応するしかないが、 用途が限定的であり、また操作性も良くないという問題があるとされている。 同社の製品は、そうした市場に一から参入していくものである。
    同社によると、人口や適用可能割合、製品単価から、日米欧での潜在市場 規模は、ロービジョン市場 7,087 億円、高齢者向けの市場 1,917 億円、合計 9,004 億円と推定している。

    ◆ 競合(2)~ レーザアイウェア事業 レーザアイウェア事業に関しては、網膜走査型レーザアイウェアはこれから 市場を形成していく分野であるため、同社製品と直接競合するものを提供 する企業は見当たらない。また、同社の知的財産戦略により、設計等のノウ ハウ面での先行優位性が保たれており、同社の技術を使わないで同様の 製品を開発することは難しいものと考えられる。

  • ( 6 )その他の課題
    シリコンフォトニクスの試作に関して、EUにはEuropractice(IMEC, Leti, IHP)やSTMicroelectronics、 米国にはAIM Photonicsのファウンドリ(シャトル)サービスがある。また、シンガポールの科学技術庁が IME(Institute of microelectoronics)のシリコンフォトニクス部門を法人化することを決定し、少量・多 品種生産ができるアドバンスト・マイクロ・ファウンドリ( AMF )が発足した。日本では産総研を主体とした シリコンフォトニクス・コンソーシアムがシャトルサービスを開始し、産総研のスーパークリーンルームでウェ ハ・プロセスが行える体制が構築されている。独自ファブを持たない日本の大学・企業は個別にシンガポー ルの IME を利用することが多かったが、研究開発としては産総研のシリコンフォトニクス・コンソーシアムの シャトルサービスを利用する動きや、また商用としてはジャパンセミコンダクター( JSC )を生産ファブとして 利用する動きも出てきている。このようなファブは世界中の人、金、技術、情報等が集まるハブとして機能を 持つため、ファブを国内に持つことは、シリコンフォトニクスに限らず、ナノフォトニクス、さらにはナノテク 全般で国の競争力を強化するために重要になると考えられる。このような共同利用の仕組みを構築し、持続 可能な形で運営していくには、少なくともファブの維持費をまかなえる程度の多数の参加者を国内外の多様な 分野から集める必要があり、そのためには継続的な国・学会・業界等のリーダーシップが求められる。
    集積フォトニクスやナノフォトニクスの研究には高度な技術が要求されるため、研究者や企業にとって新た に参入することは必ずしも容易ではない。産総研でのMWP(Multi Project Wafer)試作が利用できるよう になったことは、今後の国内関係研究の活性化に大きく貢献すると期待できる。一方、今後重要となる化合 物半導体の加工・集積についても同様な取り組みが実施されることが望まれる。企業が請け負うことも考えら れるが、設備投資や運転経費などを考えると、国の施策としての検討も必要と考えられる。集積フォトニクス はさまざまな技術が必要とされる領域融合研究であり、異なった分野を専門とする研究者間の共同研究が本 質的に重要である。異分野の研究者間の連携・融合をより強力に推し進めるための、大型プロジェクトやそ の他の枠組みの積極的な活用が望まれる。

  • ( 5 )科学技術的課題
    当面、シリコンフォトニクスにとってもっとも重要な適用領域は光インターコネクトであり、この領域で重要 な主な指標は、高帯域密度(単位例:Tbps/cm2、Tbps/cm )、低消費電力(単位例:mW/Gbps、pJ/ bit )、低コスト(単位例:ドル /Gbps )の 3 つである。高帯域密度化のためには、高速化と高密度化が必 要であり、前者は前記の400 Gbps実現に向けた取り組みが行われているが、後者は特に光トランシーバに 接続する光ファイバのピッチによって制限されていることが多く、この部分の研究開発を加速する必要がある。 消費電力は主にLSIと光変調器/受光器間の電気配線の静電容量と電圧振幅で決まるため、低消費電力化 の鍵は、この電気配線を短縮する実装構造・方法を電子デバイスの実装構造・方法と整合させることにある。 低コスト化のためには、シリコンフォトニクス製品のエコシステムを既存のエレクトロニクスのエコシステムに 整合させる必要がある。前述の米国のAIM Photonicsは、これをめざした動きである。
    ナノフォトニクス分野全体でみると、引き続き新奇な現象や従来の常識を打ち破るような特性が達成され続 けており、アカデミックな成果は出続けていくものと思われる。一方、ナノフォトニクスの根幹を支えるナノ加 工技術に関しては、依然、研究室レベルの技術に頼るところが多い。今後は大規模集積化と大量生産が可能 なナノフォトニクス作製技術の開発が重要なポイントになる。シリコンフォトニクスのなかにどれほどナノフォ トニクスに関連した作製技術を導入できるか、または、既存のシリコンフォトニクス技術で作製可能なナノフォ トニクス構造の範囲を広げていくかが鍵となると思われる。
    集積フォトニクスでは、高性能光素子を実現する物理と高度な加工・プロセス技術、それらの特性を劣化 させることなく大規模集積化する技術が必要である。単体素子で高性能な素子も集積化には適さないことも 少なくない。デバイス開発においても性能の追求とともに集積化を意識した研究開発が今後重要になってくる。 集積化技術においては、プロセス整合性やスループット、更には歩留まりやコストも考慮して、個々のデバイ ス性能を最大限に引き出す技術の開発が求められる。特に光子 1 つひとつを扱う量子集積光回路では、個々 のデバイスに極限的性能が求められるため、古典光を用いる集積フォトニクス以上に高度な技術開発や新た な発想が求められることが予想される。また、一般に集積化技術は既存デバイスに対応して技術開発が行わ れるが、集積フォトニクスのパラダイムシフトをもたらしうるデバイスや材料の革新に対して柔軟に対応できる 手法の開発も期待される。その観点から、研究開発が活発となっているハイブリッド集積技術の更なる高度 化に対する期待は大きい。一方、量子応用を含む集積光回路の一層の高機能化・高性能化をめざし、今後 はナノフォトニクスデバイスの導入も進むことが予想される。そのため、シリコンフォトニクス作製技術を含め 加工技術の一層の微細化・高精度化も重要になると考えられる。

  • [ 注目すべき国内外のプロジェクト ]
    米国では、集積フォトニクスに関して2015年に始まったAIM Photonics(American Institute for Manufacturing Integrated Photonics)での取り組みに加え、2017年からはデータセンターのエネル ギー効率化をめざすENLITENED(ENergy-efficient Light-wave Integrated Technology Enabling Networks that Enhance Dataprocessing)プログラムがスタートしている。また DARPAのもとで2019 年からパッケージ総バンド幅100Tbps、エネルギーコスト1 pJ/bitをめざすPIPES(Photonics in the Package for Extreme Scalability)、2020年からLUMOS(Lasers for Universal Microscale Optical Systems )などの大型プロジェクトが続々と立ち上がっている。 LUMOS はシリコンなどの光集積回路に光利 得を有する化合物半導体を集積するハイブリッド集積をめざすもので、集積ハイパワーレーザや可視域への 応用も視野に計画されている。量子集積フォトニクスやダイヤモンド量子フォトニクスについては NSF、EFRI、 ACQUIREプログラムやMITRE Quantum Moonshotプログラムなどの支援の下で活発な研究活動が行わ れており、世界をリードしている。
    欧州ではHorizon 2020のなかで、集積フォトニクスに関するプロジェクトが多く進行している。シリコン フォトニクスを含む光エレクトロニクス関連のプロジェクトは、2015〜2020年の間で42.4 Mユーロで12プ ロジェクトが登録されており、STMicroelectronicsをファブとして利用して、伝送容量2 Tbps、消費電力2 mW/Gbps、コスト0.2 ユーロ/Gbpsが目標値となっている。ハイブリッド集積に関係するプロジェクトとして、 Southampton大学などを中心にIII-V半導体のSOI基板への集積や量子ドットレーザの直接成長技術を対 象としたPICTURE(Photonic Integrated Circuits using a Thin and UnifoRm Bonding LayEr)プロジェ クトが 2020 年末まで予定されている。また、2019 年には、転写プリント法を用いた異種材料集積・光電集 積により高速光トランシーバの実現をめざす CALADAN プロジェクトが IMEC や Gent 大学(ともにベルギー) などが参加してスタートした。このプロジェクトではコスト目標 0.1 ユーロ/Gbpsが掲げられている。その他、 S2QUIP(Scalable Two-Dimensional Quantum Integrated Photonics)など、量子集積フォトニクスに関するプロジェクトも進行中である。
    日本においては、2022 年 3 月まで技術組合光電子融合基盤技術研究所( PETRA )をベースに、総バンド
    幅10 Tbpsを目標としたNEDOプロジェクト「超低消費電力型光エレクトロニクス」が進行中である。2017 年には同技術をベースにして光トランシーバの製造、販売を司る会社(アイオーコアー)が設立されている。 また、2019 年度から NEDO 先導研究プログラムで「異種材料集積による 10 テラビット級低消費電力光伝送 デバイス技術開発」が開始されている。さらに、2020 年度には JST 未来社会創造事業大規模プロジェクト型
    「トリリオンセンサ時代の超高度情報処理を実現する革新的デバイス技術」の公募が行われて「スピントロニ クス光電インターフェースの基盤技術の創成」が採択され、新たな展開が開始されると期待される。

  • ○ハイブリッド集積技術
    ハイブリッド実装およびハイブリッド集積に関する研究はこれまでもその重要性は認識されてきたが、モノ リシック集積の限界を打破し集積フォトニクスの可能性をさらに広げるため、その重要性がますます高まって いる。フリップチップ実装など個々のチップを集積・実装する技術はすでに広く利用されていているが、最近 の話題として光硬化で形成したポリマー導波路を用いたチップ間の光接合技術(光ワイヤリング)の進展が あげられる。隣接して配置された半導体レーザアレイとシリコン導波路チップの接続、シリコン導波路から光 ファイバへの接続が 0.4 〜 0.7 dB 程度の損失で実現されている。
    基板貼り合わせ技術は、シリコン基板上に大面積一括で化合物半導体薄膜などの異種材料を接合できる技 術であり、広く利用されている。国内では東京工業大学のグループなどで光集積をめざした貼り合わせ技術 の研究が進んでいる。また、NTT グループは、InP 系薄膜の貼り合わせと再成長技術を用いてメンブレンレー ザの研究を進めている。最近ではエバネッセント結合によりレーザ出力のシリコン導波路への結合にも成功し、 集積フォトニクスの光源技術の 1 つとして注目されている。さらに、この技術を適用できる材料系が拡大しており、高速光変調器への応用が可能な強誘電体や、オンチップ光非線形素子への応用をめざした GaP のシリ コン基板上への貼り合わせなどが報告されている。
    転写プリント法は、デバイス加工を施した後に光回路上に集積することができる技術である。集積化したい 光素子にゴムを押しつけ急速に引き剥がすことで素子をピックアップする。その後、光回路上の所望の場所に 配置し、ゆっくりとゴムを引き剥がすことで光素子が光回路上に集積される。一連の作業は光学顕微鏡下で 行われるが、研究室レベルではかなり高精度(位置合わせ誤差100 nm以下)が実現されており、本手法を 用いたシリコン光回路への化合物半導体光素子や量子光源の集積が報告されている。個々のデバイスを集積 する技術としてマイクロプローブを用いた手法も知られており、ダイヤモンド量子光回路をはじめ量子フォトニ クスの分野を中心に利用されている。これらの手法は、スループット向上の課題があるが、材料を選ばない 集積技術であるとともに、良質なデバイスを選別し導入することができるのが魅力である。
    シリコン基板上への化合物半導体の直接成長に関する研究の歴史は長い。シリコンでは実現が困難な高効 率光源をシリコン基板上に直接形成できる魅力は大きい。近年、応用上重要な温度安定性や反射光耐性に優 れた量子ドットレーザをシリコン基板上に直接形成する技術が大きく進展しており、米国、欧州、中国、国 内では東京大学のグループからシリコン上直接成長による量子ドットレーザの発振が報告されている。 UCSB のグループからは、Si 基板上への直接成長で形成した受動モードロック量子ドットレーザとそれを用いたテラ ビット超の伝送容量実験などが報告されている。

  • ○シリコンフォトニクス
    シリコンフォトニクスによる光トランシーバの開発ターゲットは800 Gbpsに移っている。100 Gbpsをアナ ログ 2 値振幅変調で行うことは駆動電子回路の高速化の観点で困難だと予想され、多値変調、波長多重、マ ルチコアファイバを用いた空間多重、フューモードファイバを用いたモード多重など、いずれかと組み合わ せて実現されるものと予想される。また、LSIからの電気信号インターフェースとしてQSFP(quad small formfactor pluggable)やon-board opticsを用いる標準化も進められてきており、高速コンピューティン グにおける光インターコネクトの重要性が益々重要となってきている。
    シリコンフォトニクスにおいて重要課題の 1 つであるレーザ光源の実装技術に関しては、PETRA が行ってい るフリップチップ実装が主流となりつつあるが、従来の化合物半導体レーザの貼り合せ技術に代わって、量子 ドットを Si 上に直接成長する技術が目覚ましく進歩してきており、実用レベルの光出力と閾値が達成されてい る。また、最近では所定位置にレーザ素子を貼り合わせるトランスファー・プリンティング技術も完成度を増 しており、光集積回路への機能デバイスの表面実装技術も今後注目される。
    光スイッチの研究開発が活発化している。これは、現在データセンターなどで用いられている電気のパケッ トスイッチが帯域・遅延時間・消費電力などの観点でシステム全体のボトルネックになりつつあり、その解決 手段として光サーキットスイッチに対する期待が高まっているためである。2 次元 MEMSとシリコン導波路を 組み合わせた構成で、従来に比べて約 1 桁低損失な光スイッチが報告されており、小型・低価格・大規模化 を同時に実現できる方式として注目されている。
    ○量子集積フォトニクス
    シリコンフォトニクスを利用した量子光回路が進展している。シリコンモノリシック光集積回路では、オンデ マンドで決定論的に単一光子の生成が可能な単一光子源の集積化が困難なため、ハイブリッド集積技術を用 いた量子光回路の実現を目指す研究が加速している。化合物半導体量子ドットからなる量子光源を用いたハ イブリッド集積量子光回路の研究が欧米を中心に進んでいる。国内では転写プリント法(後述)を用いて量 子ドット単一光子源を CMOS ファウンドリで作製した光回路に集積する研究などがある。最近の成果として注 目されるのは、MIT のグループによる AlN 光回路にダイヤモンド色中心を用いた単一光子源 128 チャンネル を集積した量子光回路の報告である。この報告は量子光源の集積にとどまるものであるが、今後量子中継器 や量子演算チップへの展開が期待されている。ダイヤモンドを用いた量子情報技術はさまざまな形で進展して おり、日本はダイヤモンドに関する高い材料技術を有するものの、その集積化をめざした取り組みでは海外グ ループが大きくリードしている。

  • ( 4 )注目動向
    [ 新展開・技術トピックス ] ○光配線・光電子融合
    光配線では伝送容量の増加をめざしたシリコンフォトニクス光集積回路の多チャンネル化に関する研究が 各国で進んでいる。国内ではPETRA(技術研究組合光電子融合基盤技術研究所)が25 mm2に12チャン ネルが集積された300 Gbps光送受信機を実現しており、2020年にはインテルから総バンド幅1.6 Tbpsの シリコンフォトニクス光集積回路が報告されている。また、波長多重技術による大容量化の検討も進んでおり、 PETRAは小型16波長多重光回路を実現し、世界に先駆けて1波長あたり32 Gbpsの高速信号伝送に成功 している。光電子融合技術については、MIT を中心とした米国のグループがポリシリコン層を光学層に用いて バルク CMOS や FinFET との一括集積が可能なプラットフォームを開発し、CMOS 集積 WDM 光チップの作 製と動作実証を報告するなどの進展がみられる。
    ○光演算技術、不揮発光メモリ
    光を用いたアナログ演算、特にニューラルネット演算の研究開発が急速に活発化している。ニューラルネッ ト演算においてもっとも負荷が大きい演算はベクトル行列積演算(積和演算)であるが、光を用いると積和 演算を高速、低消費電力に実行できる点がもっとも注目されている。Mach-Zehnder 干渉器( MZI )をマト リックス状に集積した回路で任意のユニタリ行列演算ができることが従来から知られていたが、MIT のグルー プは特異値分解を用いてこの回路で任意の行列演算ができることを利用したニューラルネット演算器を提案し、 シリコンフォトニクスを用いて作製した集積回路で 5 入力信号について原理実証している。彼らはこの方式を、 Recurrent neural network(RNN)やConvolutional neural network(CNN)に用いることを提案し ている。 Stanford 大学のグループは、逆発展による学習も光で行う回路を提案している。この方式では、上 述の MZI によるマトリックス回路において各 MZI に受光器を配置し、この測定データを用いて光を伝搬させ ながら学習を行う。
    オンチップ光メモリとして最近注目を集めているのが、相変化材料を用いた不揮発性光メモリである。これ は Ge2Sb2Te( GST )を導波路上に装荷した構造で、GST が結晶相とアモルファス相で大きく異なる光学特 性を示すことを利用したものである。2019 年には、この構造を活かしたニューロモルフィックコンピューティ ングの光アクセラレータが報告された。これは、SiN 光導波路およびリング共振器からなる光回路であるが、 一部に GST が装荷されており光強度に応じて応答が変化するように工夫されており、4 ニューロンの光回路で 文字認識などに成功している。
    ○ LiDAR とオンチップ光コム
    LiDAR 応用では、光フェーズドアレイアンテナ方式と日本発のスローライト方式の検討が進んでいる。前者 については、3 次元集積技術を用いた光フェーズドアレイと駆動 CMOS の単一チップ集積と、それを用いたコ ヒーレント LiDAR のデモンストレーションなどの進展がみられる。また、スローライト方式は JST-ACCEL プロジェクトで研究開発が進んでおり、フォトニック結晶スローライト導波路を用いて高い解像度で広角なビー ムスキャンニングが報告されるなど進展をみせている。オンチップ光コムは SiN マイクロリング共振器などに おける非線形光学効果を利用した光コム発生技術である。化合物半導体光増幅器と SiN チップに形成された ループミラーで構成された励起用レーザと、同じ SiN チップ上に形成された高 Q 値リング共振器を用いた乾 電池駆動のオンチップ光コムなども報告されており、実応用が近づきつつある。

  • [ 研究開発の動向 ]
    集積フォトニクスの主要ターゲットの 1 つが、光配線・光インターコネクトであり、将来的にはチップ内へ の導入も期待されている。この光配線の実現に向けた研究開発は国内外で継続的に進められており、シリコ ンフォトニクス技術を用いた多チャンネル光送受信機や光モジュールなど、各国で多くの取り組みが進んでい る。また、最近の動向として、ニューラルネットワークやニューロモルフィックコンピューティングなどの新た なコンピューティング技術への応用をめざした研究が進められている。集積フォトニクス技術で実現されたこ れらの専用プロセッサ(フォトニックアクセラレータ)に関連する研究が欧米を中心に盛り上がっている。国 内でも JST-CREST「新たな光機能や光物性の発現・利活用を基軸とする次世代フォトニクスの基盤技術」で 光パスゲートコンピューティングなどの研究が進んでいる。量子情報の分野でも集積フォトニクスの活用が進 んでいる。シリコン光回路を用いた光量子状態の生成や量子テレポーテーションの実現など多くの進展がみら れ、化合物半導体量子ドットやダイヤモンド色中心を用いた高性能単一光子源や超伝導体単一光子検出器を シリコン /SiN の光回路に集積して量子集積光回路を実現しようとする試みがある。
    集積フォトニクスは情報処理分野以外への応用も広がりをみせている。自動運転における測距・センサ技術 として重要なLiDAR(Light Detection and Ranging、Laser Imaging Detection and Ranging)につ いては、大規模光集積回路の実現が可能なシリコンフォトニクスを活用した非機械式ビームスキャニングによ る高精度・小型化・低コスト化の実現が期待されている。ここでは、比較的高パワーなレーザダイオードが 必要であるが、人間の目に損傷を与えないアイセーフの観点から、従来の通信波長帯で使用されていた近赤 外あるいは中赤外領域の光が適している。集積フォトニクスを活用したオンチップ光コムも注目を集めつつあ り、計測や分光のほかマイクロ波フォトニクスへの応用に関する研究が多く報告されている。さらに、オンチッ プ加速器やオンチップ光ジャイロスコープ、光集積回路を用いた超解像イメージングなど、欧米を中心に集積 フォトニクスの新たな応用研究も進んでいる。
    超小型化と低消費エネルギー化をめざして、さまざまなナノフォトニクス技術がデバイスに応用され始めて いる。発光デバイスとしては、ミクロンスケールまたはそれ以下の超小型のレーザがさまざまなシステムで実 現されている。フォトニック結晶ナノ共振器構造を用いたレーザでは、極低しきい値での室温連続電流注入発 振が達成されている。受光器としては、フォトニック結晶をベースとしたさまざまな超小型受光器が研究され ており、プラズモニクスによる光アンテナ効果を利用した小型化も図られている。光変調器、スイッチ関連で は、シリコンフォトニクスを中心にさまざまな電気光学変調器が開発されているが、近年プラズモニクス構造 をベースとして非線形ポリマーを組み合わせた素子が開発され、性能が飛躍的に向上しつつある。光メモリと しては、微小共振器を用いた双安定レーザ型が欧州で研究され、日本ではフォトニック結晶ナノ共振器を用い た光非線形双安定スイッチ型が研究されている。
    シリコンフォトニクスを中心に発展してきた集積フォトニクスの更なる高機能化・高性能化を実現するため、 各種光素子をそれぞれに適した材料で実現し集積化する異種材料集積(ハイブリッド集積)技術への注目・ 期待がこれまで以上に高まっている。基板貼り合わせ技術や転写プリント法などの新たな集積化技術、シリコン基板上への直接成長技術など、1 つのチップ上へのハイブリット集積技術が大きく進展している。また、個々 のチップを集積化する実装技術においても光ワイヤリングと呼ばれる手法などで進展がみられる。さらに、強 誘電体を含むさまざまな材料のシリコン基板へのハイブリッド集積とその光機能実証が報告されるなど、集積フォトニクスの可能性が広がりつつある。

  • ( 3 )研究開発領域の概要 [ 本領域の意義 ]
    光・フォトニクス技術は、光通信、照明や表示機器のほか太陽光発電など日々の生活で広く利用されてい るだけでなく、加工技術や測量技術を活用した製造業、農業、漁業の分野、光コヒーレンストモグラフィー ( OCT )や内視鏡など医療の現場などにも浸透している。また、最近では高度なサイバーフィジカルシステム (CPS)によるSociety 5.0の実現に向けて、現実世界の様々なものの形や位置情報などのセンシング・イメー ジングデータの取得、ビッグデータの高速・低消費電力な高度情報処理といった IoT/AI 分野への光・フォト
    ニクス技術の期待も高まりつつある。このように、光・フォトニクス技術は、現在および将来における安全・ 健康・快適な生活を実現するうえで欠くことのできない基幹技術の 1 つである。集積フォトニクス技術はこの 光・フォトニクス技術の一領域であり、各種光デバイスを高度に集積化することにより、光のもつ高速性と低 遅延性、低消費電力性を最大限に活かすとともにコストの低減を実現し、新たな機能と価値の創造をめざす ものである。ここでは、主に光通信・光配線、光コンピューティング、光センシングなどの光デバイスの高度 な集積化が必須になる応用領域と、その基盤となるシリコンフォトニクス、ナノフォトニクス、ナノ材料、ハイ ブリッド集積技術などについて記載する。
    近年のIoTやビッグデータ解析等の普及により、通信の主体は従来の人と人の間から機械と機械の間に移っ ており、さらに AI の普及により機械学習・深層学習による膨大な学習データを処理する必要から、データセ ンター等のシステムで処理される情報量のニーズは今後も爆発的に増大すると予測される。これらの莫大な データを解析して新たな価値を創出するためには、これまで以上に高速かつエネルギー効率の高い情報処理 技術が不可欠である。また、自動運転など実時間性が重要な応用では、低遅延な情報伝送・処理が必須で ある。これらの要求を満たすために重要な役割を担うのが、光配線や光の特性を活かした新たなコンピュー ティング技術であり、それらを実現するシリコンフォトニクスやナノフォトニクスなど集積フォトニクスへの期 待が高まっている。また、量子情報分野においては、量子情報の媒体である光子に対する量子演算をスケー ラブルで安定して実現するプラットフォームとして、集積量子フォトニクスの発展が期待されており、計測や分光技術においても、システムの小型化・安定化などを可能にする集積フォトニクス技術が注目されている。そ のなかでも、シリコンフォトニクスは、設計・製造・組み立て・検査等の全ての段階で、既存のシリコン電子 デバイスとの互換性を図ることにより、既存のシリコン・エレクトロニクスの膨大なリソースを活用することが 可能になり、チップ間やチップ内光配線に適用できるほど小型化・低コスト化ができる技術として期待されている。

  • 全然畑違いのプラントエンジニアですが、調べたシリコンフォトニクス関連の動向を投稿してみます。
    ◾️参考文献
    2021年3月
    (研究開発の俯瞰報告書)ナノテクノロジー・材料分野(2021年)/CRDS-FY2020-FR-03

    2.3.2 集積フォトニクス
    ( 1 )研究開発領域の定義
    光の持つ多様な機能を利用して、高性能 / 高機能な光デバイスやそれらを集積化したモジュール・装置・シ ステムを実現することにより、光の持つ高速性と低遅延性、低消費電力性を最大限に活かすとともにコストの 低減を実現し、新たな機能と価値の創造をめざす研究開発領域である。光の技術は情報通信、医療・バイオ、 加工、分析・計測、映像、照明、発電などの幅広い応用分野への適用が期待されており、用いる材料の高 品質化、デバイスの高性能化・小型化・低消費電力化・高信頼化、多様なデバイスの集積による高機能化・ 多機能化、多様な材料・デバイスの集積化技術などの研究開発課題がある。
    ( 2 )キーワード
    光配線、光電子融合、光集積回路、ハイブリッド集積、シリコンフォトニクス、ナノフォトニクス、量子フォ トニクス、プラズモニクス、フォトニック結晶、メタマテリアル、微小共振器、トポロジカルフォトニクス、光 ニューラルネット、光コンピューティング、フォトニックアクセラレータ、オンチップ光コム、光スキャニング、 光相変化材料、薄膜強誘電体、ナノカーボン、二次元材料

  • QDレーザーに関する情報の交換掲示板です。
    量子ドットレーザーに詳しい方
    眼科医様
    どしどし有意義な投稿お願いします。

読み込みエラーが発生しました

再読み込み