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強誘電体薄膜を用いたチューナブル光学デバイスに関する研究

铁电薄膜可调谐光学器件的研究

基本信息

批准号：
09J07990
负责人：
島宏美
金额：
$ 0.9万
依托单位：
Tokyo University of Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2010
项目状态：
已结题

项目摘要

現在、光ネットワークシステムでは、スイッチや変調器など、様々な光デバイスが使用されており、システム全体の小型化・低コスト化・高信頼化を実現するための技術開発が進められている。こういった光デバイスの小型化に対するブレークスルーとして、数μmの大きさでプリズムやフィルタなどの光部品が形成できるフォトニック結晶が注目されている。フォトニック結晶中では、結晶の周期に応じて特定の波長領域の光が透過できないため、光の閉じ込めや急峻な曲げなどが可能であり、微小光回路などとしての応用が期待されている。しかし、これまでに提案・試作されてきたフォトニック結晶は、受動型素子であり光の偏向角や透過帯域などの特性を自由に変化させることができない。光ネットワークシステムを構成するためには、光スイッチや光変調器など、外部からの電圧や熱に応じて特性を自由に変化させることができる能動型素子を作製することが必要となる。本研究の課題は、強誘電体薄膜を用いた新しいチューナブル光学デバイスの創製である。平成22年度は、新規強誘電体光学材料としてBiFeO_3についてエピタキシャル薄膜を作製し、その熱光学特性を調べた。結果、温度上昇に伴い、多結晶膜においては屈折率が減少し、エピタキシャル膜においては増加するという傾向が見られた。この現象は、温度上昇に伴う屈折率増加がGaussian振動子における振動子の半値幅を表すパラメータB_nの広がりにより生じ、温度上昇に伴う屈折率減少が熱膨張により生じると考えることで理解できる。つまり、エピタキシャル膜は多結晶膜に比べ、基板拘束により熱膨張が抑制されたことで、温度上昇に伴う屈折率が増加したものと考えた。また、BFO薄膜の熱光学係数は、基板を変化させることで-0.8～+0.8×10^<-4>K^<-1>と負から正の範囲で制御可能であることを明らかにした。また、集束イオンビーム加工が可能な複合ビーム加工観察装置を用いることで、サブμmの線幅を持つ微細加工に成功した。

At present, the technology development of optical fiber optic system is progressing due to the miniaturization, low cost and high signal quality of optical fiber optic system. The miniaturization of optical components in the film is related to the formation of optical components in the film. In the crystal, the period of the crystal is changed, and the light in the specific wavelength field is transmitted, and the light is closed, and the rapid curve is possible, and the small optical circuit is expected to be used. The angle of deflection of light and the characteristics of transmission band change freely. The composition of the optical system is necessary for the control of the active elements of the optical modulator, the external voltage and thermal characteristics. The subject of this study is to create a new optical system for ferroelectric thin films. In 2002, the new regulations on ferroelectric optical materials were issued. BiFeO_3 thin films were prepared and their thermo-optical properties were adjusted. As a result, the refractive index of polycrystalline films decreased and increased with increasing temperature. This phenomenon is accompanied by an increase in refractive index due to temperature rise, an increase in the half-amplitude of the Gaussian oscillator, and an increase in refractive index due to temperature rise. For example, if the temperature rises, the refractive index increases. The thermo-optical coefficient of BFO thin films is-0.8~+0.8 ° <-4>K^<-1>In addition, it is possible to use the inspection device for complex processing. In addition, it is possible to successfully carry out micro-processing with the width of μm.