High-speed processing of low-loss optical waveguides by controlling the distribution of electron excitation using spatial light modulation

超短パルスレーザによる透明材料への改質書き込みは光集積回路制作に必須の技術であるが，改質は透明材料内のレーザの非線形伝搬・吸収の結果生じるため，改質領域の能動的な制御が難しく，低損失な光導波路の高効率書き込みは実現していない．本研究は，超短パルスレーザ照射による透明材料への改質書き込みにおいて，改質領域の空間制御を実現し，低損失な光導波路の高効率書き込みを達成することを目的としている．当該年度にはまず超短パルスレーザによって生じる透明材料内の電子励起領域分布と，結果生じる改質分布（屈折率分布）を定量的に明らかにした．具体的には，超短パルスレーザによって生じる励起電子密度を測るポンププローブ観察の機能と，加工直後の屈折率を測定するマッハツェンダー干渉計測法の機能とを組み込み，同一箇所で加工・測定ができる光学系を構築した．ポンププローブで観察された二次元の影絵（吸光度のマッピング）は，アーベル変換によって三次元の電子励起密度分布に変換される．マッハツェンダー干渉計で取得された干渉縞画像は，位相情報の抽出によって二次元の位相分布画像に変換され，同様のアーベル変換によって三次元の屈折率分布を得る．定量計測結果を踏まえた加工条件を用いて，α水晶内に従来研究結果と比較して20倍以上高速な1.5 mm/sで，伝搬損失2.8 dB/cmの導波路書き込みに成功した．ここでは空間光変調器による二点同時集光を用いたシングルスキャン書き込みによって高速化を達成した．ただし，伝搬損失の達成目標は1 dB/cm未満であり，改善が必要である．この伝搬損失は，光導波路書き込み時の多数パルス照射に起因するクラックが原因であるため，今後多パルス照射の影響を解明することでクラック抑制ひいては伝搬損失の低減を行っていく．

超短パルスレーザによる透明材料への改質書き込みは光集積回路制作に必須の技術であるが，改質は透明材料内のレーザの非線形伝搬・吸収の結果生じるため，改質領域の能動的な制御が難しく，低損失な光導波路の高効率書き込みは実現していない．本研究は，超短パルスレーザ照射による透明材料への改質書き込みにおいて，改質領域の空間制御を実現し，低損失な光導波路の高効率書き込みを達成することを目的としている．当該年度にはまず超短パルスレーザによって生じる透明材料内の電子励起領域分布と，結果生じる改質分布（屈折率分布）を定量的に明らかにした．具体的には，超短パルスレーザによって生じる励起電子密度を測るポンププローブ観察の機能と，加工直後の屈折率を測定するマッハツェンダー干渉計測法の機能とを組み込み，同一箇所で加工・測定ができる光学系を構築した．ポンププローブで観察された二次元の影絵（吸光度のマッピング）は，アーベル変換によって三次元の電子励起密度分布に変換される．マッハツェンダー干渉計で取得された干渉縞画像は，位相情報の抽出によって二次元の位相分布画像に変換され，同様のアーベル変換によって三次元の屈折率分布を得る．定量計測結果を踏まえた加工条件を用いて，α水晶内に従来研究結果と比較して20倍以上高速な1.5 mm/sで，伝搬損失2.8 dB/cmの導波路書き込みに成功した．ここでは空間光変調器による二点同時集光を用いたシングルスキャン書き込みによって高速化を達成した．ただし，伝搬損失の達成目標は1 dB/cm未満であり，改善が必要である．この伝搬損失は，光導波路書き込み時の多数パルス照射に起因するクラックが原因であるため，今後多パルス照射の影響を解明することでクラック抑制ひいては伝搬損失の低減を行っていく．