ナノ開口レーザプロセシングによる二次元フォトニック回路の研究

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微細構造表面技術を用いて光を操作する方法は、近年の微細構造加工の技術の目覚しい進歩により、大きな関心が寄せられるようになった。我々は、光の波長よりも短い格子定数Λで格子状に配列されたサブ波長ピラー構造によって等価屈折率を制御する回折光学素子を提案する。通常の回折光学素子は、多数回のエッチングによる階段状構造によって光の位相を制御するが、本方式では、ピラー径で等価屈折率を制御するため、一度のエッチングで作製できることが特徴である。任意の等価屈折率分布を構成できるため、ホログラムや回折格子等あらゆる素子に適用可能である。また、フェムト秒レーザによるサブ波長構造作製は、光学的に局所的加工が可能である。今年度は、可視領域において透明な石英を用いてサブ波長光学素子の設計・試作を行った。始めに石英基板上に100-3000nmの微細パターンを電子ビーム描画により作製し、反応性イオンエッチング法により微細ホールを形成する条件を明らかにした。ホール形状は、FIB加工による断面SEM測定、微細構造による回折光プロファイルを測定することによって計測した。この結果を利用し、3レベルの位相ホログラム、偏光分離素子の設計・試作を実施し、ほぼ設計通りの回折光を確認した。また、フェムト秒レーザを用いた微細加工の検討のために、Si基板上にTa金属膜による微細スリットを形成し、レーザパルスを照射した。FDTDシミュレーションによって予測された近接場効果による電場増幅を確認することが出来た。