Creation of the active fiber-type device by glass crystallization for next-generation light control

光信号の伝送系である光ファイバがSiO2を主成分とするガラスが主要材料であるのに対し，制御系はニオブ酸リチウムなどの強誘電体単結晶で構築される．両系で大きく性質の異なる材料が使われる最大の理由には，ガラスがその光学的等方性により原理的に光波制御能を持たないことが挙げられる．したがって，現行の光通信技術において，両系の接続は大きな光損失の発生が免れない．本研究課題は，これら課題の解決策として，ガラスの結晶化及びそれに伴う機能性の賦与に着目し，ガラスファイバベースの光波制御素子の開発を目指している．これまでSrO-TiO2-SiO2系の前駆体ガラスファイバの合成及び結晶化には至っていたが，結晶化に伴って形成するボイド，すなわち光散乱中心の存在が大きな課題であった．一方で，適切な熱処理条件を選択することで，結晶化挙動を制御しボイド形成を完全に抑制可能であることを見出した．その結果，伝搬損失を既存材料と同等の値にまで低減させるに至るとともに，電圧駆動による光強度変調機能の実証に成功した．また，電磁場解析に基づき，結晶化したガラスファイバにおける特異な構造を利用した応用方法について検討した．そして，単なる材料の置き換えに留まらない独自の応用が可能と示唆される結果が得られた．

光信号の伝送系である光ファイバがSiO2を主成分とするガラスが主要材料であるのに対し，制御系はニオブ酸リチウムなどの強誘電体単結晶で構築される．両系で大きく性質の異なる材料が使われる最大の理由には，ガラスがその光学的等方性により原理的に光波制御能を持たないことが挙げられる．したがって，現行の光通信技術において，両系の接続は大きな光損失の発生が免れない．本研究課題は，これら課題の解決策として，ガラスの結晶化及びそれに伴う機能性の賦与に着目し，ガラスファイバベースの光波制御素子の開発を目指している．これまでSrO-TiO2-SiO2系の前駆体ガラスファイバの合成及び結晶化には至っていたが，結晶化に伴って形成するボイド，すなわち光散乱中心の存在が大きな課題であった．一方で，適切な熱処理条件を選択することで，結晶化挙動を制御しボイド形成を完全に抑制可能であることを見出した．その結果，伝搬損失を既存材料と同等の値にまで低減させるに至るとともに，電圧駆動による光強度変調機能の実証に成功した．また，電磁場解析に基づき，結晶化したガラスファイバにおける特異な構造を利用した応用方法について検討した．そして，単なる材料の置き換えに留まらない独自の応用が可能と示唆される結果が得られた．