全反射型空間光変調器の開発

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本空間変調素子はプリズムの底面に種々の光学薄膜を堆積し、それらの膜の光学定数が書き込み光の強度により変化することで、読み出し光の反射率を変調すものである。本素子の最も基本的な構成はプリズム/誘導体薄膜1/誘電体薄膜2/誘電体3である。この構成で、プリズムと誘電体薄膜2の屈折率は誘電体薄膜1と誘電体3の屈折率より高い必要がある。この系において、プリズム側から光を入射した場合、誘導体2が光導波路として作用する。誘電体の少なくとも1つに吸収がある場合、導波モードに対応した入射角において、反射光は鋭い吸収を示す。計算機シミュレーションによりこの吸収ディップの特性を調べた結果、以下のことが分かった。1)吸収ディップの幅は薄膜の消衰係数(屈折率の虚部)が大きいほど広くなる。2)吸収ディップの深さは薄膜の消衰係数がある値のときに最も深くなり、その値から離れるにしたがって浅くなる。3)吸収ディップが最も深くなる消衰係数の値は誘電体薄膜2の厚さに依存する。4)高次の導波路モードほど屈折率変化に対するディップのシフト量が大きい。5)吸収ディップの屈折率変化に対するシフト量と幅の比を、表面プラズモンを用いた変調素子のそれと比較した結果、変調効率が約3倍に向上することなどが分かった。スライドグラス上に誘電体薄膜1、2として、それぞれテフロン薄膜、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)薄膜をスピンコートにより累積することを試みた。PMMA膜に関しては堆積した膜の表面状態が溶媒により著しく影響を受けることが分かった。種々の溶媒を試した結果、酢酸エチルセルソルプが最も良い結果を与えた。PMMA膜はテフロン膜の上に直接累積することは出来なかったが、間にSiO_2膜をスパッタすることにより累積が可能となった。