周期分極反転した酸化亜鉛による励起子共鳴非線形波長変換

使用周期性偏振氧化锌的激子共振非线性波长转换

基本信息

批准号：
18656004
负责人：
花田貴
金额：
$ 2.11万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-18656004/
关键词：
分子線エピタキシ光物性誘電体物性非線形

项目摘要

酸素プラズマ援用分子線エピタキシ法を用いて周期分極反転(PPI)酸化亜鉛(ZnO)薄膜の作製を行い、紫外からテラヘルツ領域の疑似位相整合(QPM)波長変換素子への応用の可能性を確認した。サファイア(0001)基板上に直接成長したZn0は0極性の(000-1)面となるが、厚さ3nm以上の岩塩構造MgO(111)バッファ層を挟んで成長したZn0はZn極性の(0001)面となる。これを利用して、サファイア上にMgO(111)バッファ層を成長したあと、フォトリソグラフィーを用いて周期的にMgOバッファ層をエッチングし、MgOバッファ層の有無によるストライプ状の周期構造を持つ基板を作製した後、ZnO薄膜を成長することでZnOの1次元PPI構造を得ることが出来た。これまでに紫外からテラヘルツ領域のQPMに対応できる分極反転周期580nmから60μmにわたってPPI構造を作製することに成功している。これらの分極ドメイン構造は2インチc面サファイア基板上に均質に作製された。チタンサファイアレーザー(波長790nm)を基本波とした第二高調波発生(SHG)実験を行った。試料に対して斜めに基本波を入射させ、光の感じる実効的な極性反転周期を変化させた結果、QPM条件の計算値と良く一致する極性反転周期でSHGの増強が確認された。さらに、ZnOの極性反転を引き起こすバッファ層の物質探索を行い、サファイア(0001)基板上の岩塩構造CrN(111)バッファ層上ではZn極性ZnOが成長し、CrNバッファ層を酸化させ得られたコランダム構造Cr203(0001)層上では0極性ZnOが成長することを見いだした。これを利用して、1次元PPI構造を作製したほか、レーザー干渉リソグラフィーを利用して2次元PPI構造も作製できた。この技術により2次元非線形フォトニック結晶の作製が可能になった。

采用氧等离子体辅助分子束外延技术制备了周期性偏振（PPI）氧化锌（ZnO）薄膜，并证实了其应用于紫外至太赫兹区域准相位匹配（QPM）波长转换器件的可能性。。直接在蓝宝石（0001）衬底上生长的Zn0具有0极性的（000-1）面，但是用厚度为3nm或以上的岩盐结构MgO（111）缓冲层生长的Zn0具有具有0极性的（0001）面。锌极性）侧。利用这一点，在蓝宝石上生长MgO(111)缓冲层之后，使用光刻对MgO缓冲层进行周期性蚀刻，以根据MgO缓冲层的存在或不存在来创建具有条纹周期性结构的衬底。通过生长ZnO薄膜获得了二维ZnO PPI结构。到目前为止，我们已经成功制备了偏振反转周期为580 nm至60 μm的PPI结构，该结构与紫外至太赫兹区域的QPM兼容。这些极化域结构均匀地制造在 2 英寸 c 面蓝宝石基板上。使用钛蓝宝石激光器（波长790nm）作为基波进行二次谐波发生（SHG）实验。通过使基波斜入射到样品上并改变光感知的有效极性反转周期，在与QPM条件下的计算值非常匹配的极性反转周期处确认了SHG增强。此外，我们寻找引起ZnO极性反转的缓冲层材料，发现Zn极性ZnO生长在蓝宝石（0001）基板上的岩盐结构CrN（111）缓冲层上，以及通过氧化CrN缓冲层获得的刚玉我们发现零极性 ZnO 生长在结构 Cr203(0001) 层上。利用这一点，他们能够制造一维 PPI 结构，以及使用激光干涉光刻技术制造二维 PPI 结构。该技术使得制造二维非线性光子晶体成为可能。