強誘電体周期分極反転構造を用いた電気光学デバイスに関する研究

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電気光学(EO)特性に優れ、高い光損傷耐性を示すMgO添加LiNbO3およびLiTaO3における短周期分極反転構造の作製技術の確立とEOデバイスへの応用を目指した。0.2mm厚MgO添加LiNbO3に周期3.6μmの分極反転構造作製を行った。電子ビーム描画により周期3.6μmのAl波板電極構造を形成した。-z面上にSiO2絶縁層を堆積し、Au一様電極を堆積した。結晶を150℃に加熱した状態で単一パルス電圧を印加し分極反転を行ったところ、高品質な周期分極反転構造が作製できた。作製した周期分極反転構造を用いてEO偏光変換型光変調器を構成した。デバイス出射後の水平・垂直偏光パワーの変調器印加電圧依存性を調べたところ、印加電圧が2.6kVのときに偏光変換効率が最大(90%)となり、変調器の波長受容幅の測定値は0.7nmは計算値0.6nmとよく一致した。0.5mm厚MgO添加LiTaO3に周期7.5μmの分極反転構造の作製を試みた。結晶+z面上に周期7.5μmのAl波板電極構造を形成し、-z面上にAu一様電極を堆積した。550℃の酸素雰囲気中で8時間の結晶アニーリングを行った後に電圧印加分極反転を行うことにより、周期分極反転構造の一様性を改善できることを当研究室において見出した。作製した周期分極反転構造を用いてEOブラッグ偏向型光変調器を構成した。透過光・回折光パワーの印加電圧依存性を調べたところ、印加電圧が110Vのときに回折光パワーが最大(透過光パワーが最小)となり、最大回折効率97%が得られた。レーザ光入射角度受容幅(半値全幅)の測定値0.16°は計算値0.15°とよく一致した。以上により、高光損傷耐性強誘電体結晶における周期分極反転作製技術が確立でき、デバイス応用可能性が実証できた。