ペロブスカイト誘電体における電気光学効果の理論的解析と発現機構の解明

強誘電体光変調器の駆動原理である電気光学効果の解析を行った.光変調器は基幹ネットワークに応用される強誘電体系,Siフォトニクスなどで応用される半導体系などがあり,一般に強誘電体系は半導体系に比べ高速変調が可能であるという特徴を持っている.しかしながら全ての強誘電体が高速変調可能ではなく,材料によって変調効率や高速変調特性は異なる.本研究ではなぜ高速変調が可能なのか,どういった材料が高特性を示すかを明らかにすることを目的とした.電気光学効果による変調を支配する要素として本研究では誘電分極に着目し、誘電分極と電気光学効果の関係を導いた.具体的には、高速駆動時に電気光学定数の緩和を示したランタン添加チタン酸ジルコン酸鉛(PLZT)と示さなかったニオブ酸リチウム(LN)についてインピーダンスアナライザ、ネットワークアナライザ、FT-IRを用いて広帯域の誘電率周波数特性を測定した。PLZTは周波数に対し誘電率を大きく緩和させたが、LNの誘電率は周波数に対してほとんど変化しなかった。これはPLZTの誘電分極が周波数に対し大きく緩和するが、LNの誘電分極はほぼ緩和しないことを意味する。さらにPLZT、LN変調器の高周波駆動時の特性から、各材料の電気光学効果の周波数依存特性を予想した。加えて誘電分極と電気光学定数の関係式を構築し、各周波数における電気光学定数を計算した。この結果、測定値と計算値は一致し、周波数に対する誘電分極の変化が電気光学効果の緩和に影響を与えていることが明らかとなった。すなわち、光変調器の高速駆動時の特性緩和は誘電分極の緩和によって決定されることが明らかになった。

強誘電体光変調器の駆動原理である電気光学効果の解析を行った.光変調器は基幹ネットワークに応用される強誘電体系,Siフォトニクスなどで応用される半導体系などがあり,一般に強誘電体系は半導体系に比べ高速変調が可能であるという特徴を持っている.しかしながら全ての強誘電体が高速変調可能ではなく,材料によって変調効率や高速変調特性は異なる.本研究ではなぜ高速変調が可能なのか,どういった材料が高特性を示すかを明らかにすることを目的とした.電気光学効果による変調を支配する要素として本研究では誘電分極に着目し、誘電分極と電気光学効果の関係を導いた.具体的には、高速駆動時に電気光学定数の緩和を示したランタン添加チタン酸ジルコン酸鉛(PLZT)と示さなかったニオブ酸リチウム(LN)についてインピーダンスアナライザ、ネットワークアナライザ、FT-IRを用いて広帯域の誘電率周波数特性を測定した。PLZTは周波数に対し誘電率を大きく緩和させたが、LNの誘電率は周波数に対してほとんど変化しなかった。これはPLZTの誘電分極が周波数に対し大きく緩和するが、LNの誘電分極はほぼ緩和しないことを意味する。さらにPLZT、LN変調器の高周波駆動時の特性から、各材料の電気光学効果の周波数依存特性を予想した。加えて誘電分極と電気光学定数の関係式を構築し、各周波数における電気光学定数を計算した。この結果、測定値と計算値は一致し、周波数に対する誘電分極の変化が電気光学効果の緩和に影響を与えていることが明らかとなった。すなわち、光変調器の高速駆動時の特性緩和は誘電分極の緩和によって決定されることが明らかになった。