メアンダ型電熱回折格子付SOI光導波路構造を有する熱光学空間変調器の開発

本研究の目的は、代表者らが独自に研究してきた金属回折格子付SOI（silicon-on-insulator）光導波路構造における光学特性を発展させ、金属回折格子を電熱線として利用することで、光強度と位相の両方を空間的に変調できる熱光学空間変調器を開発することである。構造が簡素で標準的な半導体集積回路の作製技術を利用できること、変調器単体をチップ内に多数配列すると光強度や位相に空間分布を持たせられること、各材料の熱的材料定数によって予測される動作速度が速いことから、液晶分子を利用した既存の空間変調器に代わる新しい標準になりうる。従来の光学技術を飛躍的に高度化するような革新的な熱光学空間変調器の開発に挑戦している。今年度は電磁界シミュレーションによって変調器単体のデバイス寸法や光入射条件等、光学的な条件について変調効果の性能を最大限に引き出す構造最適化を中心に検討した。その結果、温度100 Kの上昇に対して、変調器からの反射や透過のON/OFFを切り替えられる解析結果が得られ、位相としても最大で約250度の制御が可能と予測された。また、デバイス試作の検討も進めた。デバイスに対して熱を効率的に供給するためには、熱散逸を抑制する構造が必要で、特にSOI光導波路構造の薄膜化が重要となっていた。今年度はこの薄膜化に関する作製条件を中心に検討し、深堀可能な反応性イオンエッチング装置を利用することで、適切な加工の条件を見出した。

本研究の目的は、代表者らが独自に研究してきた金属回折格子付SOI（silicon-on-insulator）光導波路構造における光学特性を発展させ、金属回折格子を電熱線として利用することで、光強度と位相の両方を空間的に変調できる熱光学空間変調器を開発することである。構造が簡素で標準的な半導体集積回路の作製技術を利用できること、変調器単体をチップ内に多数配列すると光強度や位相に空間分布を持たせられること、各材料の熱的材料定数によって予測される動作速度が速いことから、液晶分子を利用した既存の空間変調器に代わる新しい標準になりうる。従来の光学技術を飛躍的に高度化するような革新的な熱光学空間変調器の開発に挑戦している。今年度は電磁界シミュレーションによって変調器単体のデバイス寸法や光入射条件等、光学的な条件について変調効果の性能を最大限に引き出す構造最適化を中心に検討した。その結果、温度100 Kの上昇に対して、変調器からの反射や透過のON/OFFを切り替えられる解析結果が得られ、位相としても最大で約250度の制御が可能と予測された。また、デバイス試作の検討も進めた。デバイスに対して熱を効率的に供給するためには、熱散逸を抑制する構造が必要で、特にSOI光導波路構造の薄膜化が重要となっていた。今年度はこの薄膜化に関する作製条件を中心に検討し、深堀可能な反応性イオンエッチング装置を利用することで、適切な加工の条件を見出した。