超音速フリージェットPVD法を用いた磁性薄膜集積型光非相反素子の創成

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光通信システムでは、光源に用いられる半導体レーザの発振安定化のため、光非相反素子である光アイソレータが必要不可欠である。近赤外領域では、光アイソレータを構成するとき、使用波長域で透明であり、大きな磁気光学効果を示す磁性ガーネットが用いられる。非相反移相効果を利用した導波路型光アイソレータは、ファラデー回転型素子のように位相整合条件を満足する必要が無く、印加磁界の制御も容易である。Siなどの高屈折率材料を導波層とする磁気光学導波路では、伝搬する光波に大きな非相反移相量が生じることが研究代表者により報告されている。本研究では、任意の位置に任意の材料を直接成膜できる超音速フリージェットPVD法により、Si導波層上に磁性ガーネット薄膜を直接成膜して磁気光学導波路を製作し、得られた磁気光学導波路を用いて光アイソレータや光サーキュレータを実現することで、シリコンフォトニクスの更なる発展に寄与する。当該年度において、超音速フリージェットPVD法により、SOI (Silicon On Insulator) 基板上に局所的にSiO2膜を成膜し、SiO2膜が堆積されていない部分へCe置換Y3Fe5O12 (Ce:YIG) を成膜することで磁気光学導波路を製作した。今回用いた導波路製作プロセスでは、Si、Ce:YIGどちらの媒質に対してもエッチングプロセスが不要である。磁気光学導波路はCe:YIG/Si/SiO2構造となっており、導波路内を伝搬する光波に大きな非相反移相量が生じることが期待できる。製作した磁気光学導波路に導波光学に基づいて光波を結合し、出力端における近視野像を観察したところ、光波が十分に閉じ込められて伝搬していることが確認できた。