ディスク型マイクロ光共振器によるモノリシック光電界センサアレイに関する研究

本研究では,マイクロ波回路上の近傍電界計測のための高感度かつ高速な集積型光電界センサの実現を目指す.そのため光導波路とディスク型光共振器をアレイ状に集積化した素子を用いた光電界センサの研究を行う.ディスク型光共振器は,側面で全反射を繰り返すことに基づくWGM (Whispering Gallery Mode)を利用することによって,非常に高いQ値を有する光共振器として働く.このような光共振器を二次非線形光学定数の高い物質で作製すれば,電界を印加した際にポッケルス効果によって屈折率が変化し,共振波長がシフトする.この効果を用いた高感度な電界センサの実現を目的とする.昨年度までに,基礎実験として,LiNbO_3製の光共振器を用いることにより,電界の検出を行い,測定原理を実証することに成功した.感度に関しては,従来手法に対して17dBの向上を実現している.この結果を踏まえて,GaAs導波路の設計および製作に着手した.本年度は,ディスク型共振器の作製精度を向上させ、LiNbO_3ディスクにおいてQ値を10^6程度から10^7以上まで向上させた。また、光ヘテロダイン法を本方式に適用できることを明らかにし、低速フォトダイオードを用いた検出が可能であることを示した。これにより、飽和光強度の高いフォトダイオードを利用することが可能となり、感度を更なる向上の可能性が明らかとなった。また、本手法では、ディスク型光共振の共振波長がポッケルス効果によってシフトすることを利用して電界の検出を行うが、共振波長は素子温度によっても変化する。そのため、常に検出感度が最大に保つための入力光波長の制御手法を開発した。この結果、30分間における感度揺らぎを3dB以下に保つことに成功した。

本研究では,マイクロ波回路上の近傍電界計測のための高感度かつ高速な集積型光電界センサの実現を目指す.そのため光導波路とディスク型光共振器をアレイ状に集積化した素子を用いた光電界センサの研究を行う.ディスク型光共振器は,側面で全反射を繰り返すことに基づくWGM (Whispering Gallery Mode)を利用することによって,非常に高いQ値を有する光共振器として働く.このような光共振器を二次非線形光学定数の高い物質で作製すれば,電界を印加した際にポッケルス効果によって屈折率が変化し,共振波長がシフトする.この効果を用いた高感度な電界センサの実現を目的とする.昨年度までに,基礎実験として,LiNbO_3製の光共振器を用いることにより,電界の検出を行い,測定原理を実証することに成功した.感度に関しては,従来手法に対して17dBの向上を実現している.この結果を踏まえて,GaAs導波路の設計および製作に着手した.本年度は,ディスク型共振器の作製精度を向上させ、LiNbO_3ディスクにおいてQ値を10^6程度から10^7以上まで向上させた。また、光ヘテロダイン法を本方式に適用できることを明らかにし、低速フォトダイオードを用いた検出が可能であることを示した。これにより、飽和光強度の高いフォトダイオードを利用することが可能となり、感度を更なる向上の可能性が明らかとなった。また、本手法では、ディスク型光共振の共振波長がポッケルス効果によってシフトすることを利用して電界の検出を行うが、共振波長は素子温度によっても変化する。そのため、常に検出感度が最大に保つための入力光波長の制御手法を開発した。この結果、30分間における感度揺らぎを3dB以下に保つことに成功した。