自己クローニング型フォトニック結晶を用いた偏光分離素子と光システム応用

フォトニック結晶とは、屈折率の異なる材料を光の波長の1/2程度の周期で配列した多次元周期構造である。フォトニック結晶の光学特性の1つである伝搬特性の偏波や伝搬方向に対する強い依存性(異方性)を利用し、我々研究グループが発見した自己クローニング法により作製することで、フォトニック結晶の実用的なデバイス応用を行なう。本研究では、自己クローニング型2次元フォトニック結晶からなる偏光分離素子と偏波選択回折格子を開発する。(1)偏光分離素子の特性改善素子の全損失を0.1dB以下にするためには、膜の吸収損失は0.02dB/μm以下が要求される。堆積した膜をスパッタエッチングしても、ダメージによる損失増加が起こらないようなプロセス条件を探索する。SiO2膜堆積の際にH2ガスを5%混入することにより、低損失、低屈折率膜を得られることが分かった。また微小な損失を測定するための測定方法を開発し、0.001dB/μm以下の精度を実現した。(2)可視光用フォトニック結晶の複屈折率の評価可視域(400〜700nm)で動作するフォトニック結晶の作製プロセスを検討した。材料にはTa_2O_5とSiO_2を用いた。特にTa_2O_5については高屈折率、低吸収、低分散となるプロセス条件を確立した。さらに2次元フォトニック結晶を自己クローニング法により作製し、入出射光の偏波状態の変化から複屈折率を測定した。厚さ2μm(10周期積層)で1/2波長の位相差を実現し、フォトニック結晶の優位性を示した。

フォトニック結晶とは、屈折率の異なる材料を光の波長の1/2程度の周期で配列した多次元周期構造である。フォトニック結晶の光学特性の1つである伝搬特性の偏波や伝搬方向に対する強い依存性(異方性)を利用し、我々研究グループが発見した自己クローニング法により作製することで、フォトニック結晶の実用的なデバイス応用を行なう。本研究では、自己クローニング型2次元フォトニック結晶からなる偏光分離素子と偏波選択回折格子を開発する。(1)偏光分離素子の特性改善素子の全損失を0.1dB以下にするためには、膜の吸収損失は0.02dB/μm以下が要求される。堆積した膜をスパッタエッチングしても、ダメージによる損失増加が起こらないようなプロセス条件を探索する。SiO2膜堆積の際にH2ガスを5%混入することにより、低損失、低屈折率膜を得られることが分かった。また微小な損失を測定するための測定方法を開発し、0.001dB/μm以下の精度を実現した。(2)可視光用フォトニック結晶の複屈折率の評価可視域(400〜700nm)で動作するフォトニック結晶の作製プロセスを検討した。材料にはTa_2O_5とSiO_2を用いた。特にTa_2O_5については高屈折率、低吸収、低分散となるプロセス条件を確立した。さらに2次元フォトニック結晶を自己クローニング法により作製し、入出射光の偏波状態の変化から複屈折率を測定した。厚さ2μm(10周期積層)で1/2波長の位相差を実現し、フォトニック結晶の優位性を示した。