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。

使用氧血浆辅助分子束外在法制造了周期性偏振（PPI）氧化锌（ZnO）薄膜，并证实了其在准相匹配（QPM）波长转换元件中的潜在应用到Ultraviolet中的紫外线转换元件到Terahertz区域。直接在蓝宝石（0001）底物上生长的Zn0变为0极（000-1）的表面，而Zn0则具有岩石盐结构MGO（111）缓冲层，其厚度为3 nm或更多，是Zn Polar（0001）的表面。使用此情况，在蓝宝石上种植MGO（111）缓冲层后，使用光刻将MGO缓冲层定期蚀刻，以制备具有条纹样周期性结构的底物，并具有MGO缓冲层或不存在MGO缓冲层，然后在Zno薄膜中生长Zno薄膜，一维PPI的Zno结构。到目前为止，PPI结构已通过极化倒置周期成功制造，为580 nm至60μm，可以容纳紫外线中的QPM到Terahertz区域。这些极化结构域结构是在2英寸C平面蓝宝石底物上均匀制造的。使用钛蓝宝石激光器（波长：790 nm）作为基本波进行第二次谐波生成（SHG）实验。基本波倾斜地入射在样品上，并且光线更改了有效的极性反转周期，因此，在极性反转周期中确认了SHG的增加，与QPM条件的计算值相匹配。此外，进行了搜索引起ZnO极性反转的缓冲层的材料，发现Zn极性ZnO在岩盐盐结构CRN（111）sapphire（0001）底物上生长，零极极性Zno在Corundum CR203（0001）层上生长在零极性ZnO上，由氧化3（0001）层均通过氧化层的层化。使用它，我们能够使用激光干扰光刻创建一维PPI结构以及二维PPI结构。这项技术使制造二维非线性光子晶体成为可能。