シリコンカーバイドを用いたフォトニック結晶共振器の高性能化とその応用

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申請者は、SiCを用いた高Q値共振器を用いた低損失高効率な光デバイスの実現を目指しており、本研究課題では、共振器を作製する際に用いる基板の光学品質の向上による共振器の高Q値と、これを活かしたデバイス実現を目指している。本年度は、前者についてはSICOI基板作製手法の変更による高Q値化を、後者については非線形光学現象の1つである第二高調波発生の変換効率の向上を検討した。前者に関しては、従来の水素イオンを打ち込む方法である薄膜転写法から研削・研磨・プラズマエッチングによる薄膜化法に作成手法を変更してSiC層の薄膜化を図り最大Q値300,000まで改善し、それぞれの基板のSiC層につきTEM観察を行うことでSiC層の欠陥の多寡について定性的な観測が出来た。一方で、これら高Q値共振器の実現可否はSICOI基板の平行度に依存しており、この平行度はSiC薄膜化工程における作製精度による。要求精度はフォトニック結晶導波路の形成方向にもよるが厳密な方向で1/1000°程度であり、薄膜化において非常に高い精度が求められる。したがって、SiC薄膜化工程の精度向上を今後の検討による改善が期待される。後者に関しては、非線形光学現象として第二高調波発生をCW光源により観察を行い、FDTD法によるシミュレーションを用いてフォトニック結晶共振器内での変換効率を算出した。その結果、他の材料を含めたフォトニック結晶共振器の中で最も高い変換効率を3倍上回る世界最高の変換効率を実現した。これは将来的に、光回路中における波長変換素子としての効果が期待できる。