ナノ開口レーザプロセシングによる二次元フォトニック回路の研究

纳米孔径激光加工二维光子电路研究

基本信息

批准号：
15656089
负责人：
津田裕之
金额：
$ 2.11万
依托单位：
Keio University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

微細構造表面技術を用いて光を操作する方法は、近年の微細構造加工の技術の目覚しい進歩により、大きな関心が寄せられるようになった。我々は、光の波長よりも短い格子定数Λで格子状に配列されたサブ波長ピラー構造によって等価屈折率を制御する回折光学素子を提案する。通常の回折光学素子は、多数回のエッチングによる階段状構造によって光の位相を制御するが、本方式では、ピラー径で等価屈折率を制御するため、一度のエッチングで作製できることが特徴である。任意の等価屈折率分布を構成できるため、ホログラムや回折格子等あらゆる素子に適用可能である。また、フェムト秒レーザによるサブ波長構造作製は、光学的に局所的加工が可能である。今年度は、可視領域において透明な石英を用いてサブ波長光学素子の設計・試作を行った。始めに石英基板上に100-3000nmの微細パターンを電子ビーム描画により作製し、反応性イオンエッチング法により微細ホールを形成する条件を明らかにした。ホール形状は、FIB加工による断面SEM測定、微細構造による回折光プロファイルを測定することによって計測した。この結果を利用し、3レベルの位相ホログラム、偏光分離素子の設計・試作を実施し、ほぼ設計通りの回折光を確認した。また、フェムト秒レーザを用いた微細加工の検討のために、Si基板上にTa金属膜による微細スリットを形成し、レーザパルスを照射した。FDTDシミュレーションによって予測された近接場効果による電場増幅を確認することが出来た。

由于微结构加工技术最近取得的显着进展，利用微结构表面技术操纵光的方法引起了人们的极大兴趣。我们提出了一种衍射光学元件，该元件使用布置在晶格常数Λ短于光的波长的晶格中的亚波长柱结构来控制等效折射率。普通衍射光学元件使用通过多次蚀刻创建的阶梯状结构来控制光的相位，但这种方法的独特之处在于，它可以通过单次蚀刻工艺来制造，因为等效折射率是由柱直径控制的。由于可以配置任意的等效折射率分布，因此可以应用于全息图、衍射光栅等各种元件。此外，使用飞秒激光器的亚波长结构制造允许局部光学处理。今年，我们使用石英设计并制作了亚波长光学元件原型，该元件在可见光区域是透明的。首先，我们通过电子束写入在石英基板上制作了100-3000 nm的精细图案，并明确了通过反应离子蚀刻形成精细孔的条件。孔形状通过使用FIB处理的截面SEM测量以及通过测量由于微观结构引起的衍射光轮廓来测量。利用这些结果，我们设计并制作了三级相位全息图和偏振分离元件的原型，并确认衍射光几乎符合设计。此外，为了研究使用飞秒激光的微细加工，我们在Si基板上形成了由Ta金属膜制成的细缝，并用激光脉冲照射它们。我们能够确认由于 FDTD 模拟预测的近场效应而产生的电场放大。