磁気光学効果を利用した超高速空間光位相変調器に関する研究

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多結晶磁性ガーネット膜の磁化が、応力により変化する機構を詳細に調べた。本研究で利用している多結晶磁性ガーネット膜は、残留磁化が大きく、外部磁界、応力に対してほぼ直線的に磁化が変化するというMOSLMに適した性質を有している。しかし、なぜそのような性質のガーネット膜が得られるかについては明らかになっていなかった。この性質が多結晶構造に由来するものと考え、磁化特性と粒径との関係を詳細に調べた。その結果、ガーネット粒子間の磁気的結合が極めて弱い場合、孤立粒子の集合体として振舞うため、大きな残留磁化と直線的な磁化変化を実現できることが分かった。このことにより、MOSLMに適したガーネット膜を作成する上での明確な指針を得られた。上記モデルに基づくシミュレーションより、従来はMOSLMに不適としていたビスマス置換ガドリニウム鉄ガーネットを検討し、磁性フォトニック結晶(Magneto-Photonic Crystal: MPC)にした際のKerr回転角、反射率、応力による磁化変調量を調べた。その結果、Kerr回転角25度(変調量50度)・反射率10%・保磁力変化量700eであり、今まで検討した材料中最高の性能指数(Kerr回転角・反射率・磁化変調量の積)を示した。64×64画素規模のパッシブマトリクス型デバイスを試作した。ガーネット膜のピクセル化、スパッタによる薄膜PZTの作成、マトリクス型電極の作成に際し、MPCのKerr回転角が大きく減少した。これは本デバイスのコンセプトが応力によるKerr回転角変調であり、これに適した組成のガーネットを用いているため、MPCのKerr回転角が成膜応力等の影響を非常に受けやすいためであると考えている。スパッタ電力や熱処理プロセスの最適化によりデバイスにかかる応力を緩和することで、MPCの性能への影響が少ないプロセスを開発する必要がある。試作したデバイスにおいては、0.1度(飽和Kerr回転角3度)のKerr回転角変調を確認した。