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

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。

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。