ハイブリッドナノフォトニクスによる印刷マイクロレーザーと量子光集積回路の統合研究

本研究では、基課題研究における代表者独自のインクジェット印刷法を高度に発展させ、微小励起光源として利用できるマイクロディスクレーザーと量子光集積回路を統合することを研究目的とする。当該年度は、海外での結合導波路チップの改良・作製を経て、国内でマイクロディスクレーザーの統合を進めた。結合導波路チップの改良・作製（海外）では、前年度までに最適化した印刷クラッド層の形状・構造および統合するマイクロディスクレーザーの発振波長を考慮したデザインで、Si3N4（n = 2.02）から成る結合導波路チップ（コの字型導波路の両端にグレーティングカプラ）を電子ビーム描画装置などのツールを用いて新たに作製した。印刷法によるマイクロディスクレーザーの実装（国内）では、まずフッ素系高分岐ポリマー（n = 1.45）を用いて導波路上にクラッド層を印刷実装した。その後、トリアジン系高分岐ポリマー（n = 1.76）をホスト材料とするマイクロディスクレーザーを、伝搬光が局在するディスクエッジ付近のポジションを狙って実装した。波長600 nm付近に蛍光ピークをもつRhodamine6GとPyrromethene597の二種類のレーザー色素を添加したマイクロディスクについて実装を行った。そして、AFMを用いて三次元的な形状プロファイルを評価し、良好な垂直結合型の集積化が達成された。その後、光励起を用いた顕微分光法により、レーザー発振およびレーザー光の導波路への結合について評価を行った。その結果、Rhodamine6Gを用いたマイクロディスクにて良好なレーザー発振を得、導波路へのレーザー光の結合および結合位置について実験的に知見を得た。また、屈折率マッチングを考慮した、チタニアナノ粒子（n = ~2.5）と高分岐ポリマーの混合分散インクによる無機有機ハイブリッドマイクロディスクに関する良好な知見も得た。

本研究では、基課題研究における代表者独自のインクジェット印刷法を高度に発展させ、微小励起光源として利用できるマイクロディスクレーザーと量子光集積回路を統合することを研究目的とする。当該年度は、海外での結合導波路チップの改良・作製を経て、国内でマイクロディスクレーザーの統合を進めた。結合導波路チップの改良・作製（海外）では、前年度までに最適化した印刷クラッド層の形状・構造および統合するマイクロディスクレーザーの発振波長を考慮したデザインで、Si3N4（n = 2.02）から成る結合導波路チップ（コの字型導波路の両端にグレーティングカプラ）を電子ビーム描画装置などのツールを用いて新たに作製した。印刷法によるマイクロディスクレーザーの実装（国内）では、まずフッ素系高分岐ポリマー（n = 1.45）を用いて導波路上にクラッド層を印刷実装した。その後、トリアジン系高分岐ポリマー（n = 1.76）をホスト材料とするマイクロディスクレーザーを、伝搬光が局在するディスクエッジ付近のポジションを狙って実装した。波長600 nm付近に蛍光ピークをもつRhodamine6GとPyrromethene597の二種類のレーザー色素を添加したマイクロディスクについて実装を行った。そして、AFMを用いて三次元的な形状プロファイルを評価し、良好な垂直結合型の集積化が達成された。その後、光励起を用いた顕微分光法により、レーザー発振およびレーザー光の導波路への結合について評価を行った。その結果、Rhodamine6Gを用いたマイクロディスクにて良好なレーザー発振を得、導波路へのレーザー光の結合および結合位置について実験的に知見を得た。また、屈折率マッチングを考慮した、チタニアナノ粒子（n = ~2.5）と高分岐ポリマーの混合分散インクによる無機有機ハイブリッドマイクロディスクに関する良好な知見も得た。