微細導波路型高効率光波長変換デバイスに関する研究

微波导型高效光波长转换器件的研究

• 批准号: 15J00578
• 负责人: 田中 圭祐
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015-04-24 至 2017-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15J00578/
• 关键词: 非線形光学; ニオブ酸リチウム; 擬似位相整合; リッジ導波路; イオンスライス

1.研究目的LiNbO3薄膜結晶リッジ導波路型擬似位相整合第2高調波発生(QPM-SHG)デバイスの実現のためにイオンスライスLiNbO3薄膜結晶への周期分極反転構造・強光閉じ込めリッジ導波路の作製を行った．2.イオンスライス結晶における周期分極反転構造形成これまでLiNbO3薄膜結晶に周期分極反転構造を形成する際には，上部電極/薄膜結晶/絶縁層/基板結晶/下部電極という構造で電圧印加を行っていたため，分極反転電荷を検出することができず作製結果の再現性に乏しかった．そこで本研究では，SiO2光学バッファ層下部のAu電極層を介した電圧印加実験を行った．70 Vという比較的低電圧の単一パルス印加を行うことで，約8 mAの分極反転電流を観測し，1.8 μm周期分極反転構造形成に成功した．これはLiNbO3薄膜結晶厚さを0.7 μm，リッジ幅/高さを1.0 μm/0.4 μm，励起光波長を0.78 μmとした場合のQPM周期である．3.強光閉じ込めリッジ導波路作製低損失強閉じ込め導波路の有効な作製法として，LiNbO3結晶のLi+⇔H+プロトン交換部において化学的エッチング速度が増加するプロトン交換増速エッチング法をイオンスライス結晶に適用し，微細リッジ導波路の作製・特性評価を行った．200°Cの溶融安息香酸中におけるプロトン交換を1.2 h行った後，常温フッ硝酸エッチングを1 h行うことで，リッジ幅/高さが1.0 μm/0.4 μm (断面積0.7 μm2)である非常に微細な導波路を作製することができた． 波長1.55 μmにおけるTM /TE導波モード近視野像の光強度分布半値全幅はそれぞれ厚さ方向1.7 μm/1.8 μm，幅方向2.8 μm/2.6 μmであり，Ti拡散導波路やアニールプロトン交換導波路と比較してはるかに強い光閉じ込めが得られた．導波路の温度走査を行うことでファブリ-ペロー法により伝搬損失を求めたところ，TMモードで6 dB/cm，TEモードで7 dB/cmという結果を得た．

1. The research purpose LiNbO3 thin film crystallization リ ッ ジ guided wave type road quasi phase integration of high-profile wave 2 発 raw (QPM - SHG) デ バ イ ス の be presently の た め に イ オ ン ス ラ イ ス LiNbO3 thin film crystallization へ の cycle polarization reverse planning structure, strong light closed じ 込 め リ ッ ジ を line of the guided wave road の cropping っ た. 2. イ オ ン ス ラ イ ス crystallization に お け る cycle polarization reverse planning structure formation こ れ ま で LiNbO3 thin film crystallization に cycle polarization を planning structure to form す る interstate に は, upper electrode/film/never try layer/substrate crystallization/bottom electrode と い う tectonic line で electric 圧 Inca を っ て い た た め, Polarized reverse 転 charge を検 results in する する とがで ず ず ず fabrication results <s:1> reproducibility に lack of <s:1> った った. In this study, で った, the lower part of the SiO2 optical バッファ layer, the <s:1> Au electrode layer を, is electroplated by <s:1> た and experimentally を. 70 V と い う comparison of low electricity 圧 の 単 a パ ル ス Inca line を う こ と で, about 8 mA の points against planning current を 観 し, measuring 1.8 mu m cycle extremely inverse planning に success し structure formation た. こ れ は LiNbO3 thin film crystallization thick さ を 0.7 mu m, リ ッ ジ picture/high さ を 1.0 mu m / 0.4 mu m, wound up light wavelengths を 0.78 mu m と し た occasions の QPM cycle で あ る. 3. The light closed じ 込 め リ ッ ジ guided wave road as a strong system of low loss closed じ 込 め の guided wave roads are unseen な method for と し て, LiNbO3 crystals の Li + as indicated by H + プ ロ ト ン exchange department に お い て chemical エ ッ チ ン グ speed が raised す る プ ロ ト ン exchange raised speed エ ッ チ ン グ method を イ オ ン ス ラ イ ス crystallization し に apply, The manufacturing process and characteristic evaluation of the micro-fine リッジ waveguide circuit 価を industry った. 200 ° C の solution map of rongan breath sweet acid に お け る プ ロ ト ン exchange を line 1.2 h っ た, normal temperature フ ッ nitrate エ ッ チ ン グ を line 1 h う こ と で, リ ッ ジ picture/high さ が 1.0 mu m / 0.4 microns (area of 0.7 mu m2) で あ る very に imperceptible な guided wave road を cropping す る こ と が で き た. Wavelength of 1.55 microns に お け る TM/TE guided wave モ ー ド near vision like の light intensity distribution on a half numerical whole は そ れ ぞ れ 1.7 mu m / 1.8 microns thick さ direction, direction of 2.8 mu m / 2.6 mu m で あ り, Ti company, scattered wave guide way や ア ニ ー ル プ ロ ト ン exchange guided wave road と compare し て は る か に strong い light closed じ 込 め が have ら れ た. Guided wave road line の temperature walkthrough を う こ と で フ ァ ブ リ - ペ ロ ー method に よ り 伝 move め loss を o た と こ ろ, TM モ ー ド で 6 dB/cm, TE モ ー ド で 7 dB/cm と い た を う results.

项目成果

接合イオンスライスLiNbO3結晶におけるプロトン交換増速エッチングによるリッジ光導波路の作製・評価及びデバイス応用

在结离子切片 LiNbO3 晶体中使用质子交换增强蚀刻制造和评估脊形光波导和器件应用

• 发表时间: 2015
• 作者: 田中圭祐;栖原敏明
• 通讯作者: 栖原敏明

Non-destructive observation of ferroelectric domain inverted structures in MgO:LiNbO3 by scanning electron microscope

扫描电镜无损观察MgO:LiNbO3铁电畴倒置结构

• DOI: 10.1049/el.2014.3958
• 发表时间: 2015
• 期刊: Electronics Letters
• 影响因子: 1.1
• 作者: 中西貴士;加藤泰彦;松浦友亮;渡邉肇;K. Tanaka and T. Suhara
• 通讯作者: K. Tanaka and T. Suhara

Fabrication of 0.7 μm2 ridge waveguide in ion-sliced LiNbO3 by proton-exchange accelerated etching

通过质子交换加速刻蚀在离子切片 LiNbO3 中制造 0.7 μm2 脊形波导

• 发表时间: 2015
• 作者: 田中圭祐;栖原敏明;K. Tanaka and T. Suhara
• 通讯作者: K. Tanaka and T. Suhara

Fabrication of domain inverted ridge waveguide in ion-sliced LiNbO3 for wavelength conversion devices

• DOI: 10.1109/moc.2015.7416469
• 发表时间: 2015-10
• 期刊: 2015 20th Microoptics Conference (MOC)
• 作者: Keisuke Tanaka;T. Suhara