High-speed processing of low-loss optical waveguides by controlling the distribution of electron excitation using spatial light modulation

通过空间光调制控制电子激发分布来高速处理低损耗光波导

• 批准号: 22K20399
• 负责人: 吉崎 れいな
• 金额: $ 1.83万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-08-31 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K20399/
• 关键词: 超短パルスレーザ; 光導波路; 内部改質; 水晶; 空間光変調器; 屈折率計測; 電子励起; レーザ微細加工; レーザ内部加工; 空間光変調; 超短パルスレーザ; 光導波路; 内部改質; 水晶; 空間光変調器; 屈折率計測; 電子励起; レーザ微細加工; レーザ内部加工; 空間光変調

超短パルスレーザによる透明材料への改質書き込みは光集積回路制作に必須の技術であるが，改質は透明材料内のレーザの非線形伝搬・吸収の結果生じるため，改質領域の能動的な制御が難しく，低損失な光導波路の高効率書き込みは実現していない．本研究は，超短パルスレーザ照射による透明材料への改質書き込みにおいて，改質領域の空間制御を実現し，低損失な光導波路の高効率書き込みを達成することを目的としている．当該年度にはまず超短パルスレーザによって生じる透明材料内の電子励起領域分布と，結果生じる改質分布（屈折率分布）を定量的に明らかにした．具体的には，超短パルスレーザによって生じる励起電子密度を測るポンププローブ観察の機能と，加工直後の屈折率を測定するマッハツェンダー干渉計測法の機能とを組み込み，同一箇所で加工・測定ができる光学系を構築した．ポンププローブで観察された二次元の影絵（吸光度のマッピング）は，アーベル変換によって三次元の電子励起密度分布に変換される．マッハツェンダー干渉計で取得された干渉縞画像は，位相情報の抽出によって二次元の位相分布画像に変換され，同様のアーベル変換によって三次元の屈折率分布を得る．定量計測結果を踏まえた加工条件を用いて，α水晶内に従来研究結果と比較して20倍以上高速な1.5 mm/sで，伝搬損失2.8 dB/cmの導波路書き込みに成功した．ここでは空間光変調器による二点同時集光を用いたシングルスキャン書き込みによって高速化を達成した．ただし，伝搬損失の達成目標は1 dB/cm未満であり，改善が必要である．この伝搬損失は，光導波路書き込み時の多数パルス照射に起因するクラックが原因であるため，今後多パルス照射の影響を解明することでクラック抑制ひいては伝搬損失の低減を行っていく．

使用超短脉冲激光器对透明材料进行修改是创建光学集成电路的必不可少的技术，但是由于在透明材料中改革了非线性传播和激光吸收激光的结果，因此对修饰区域的积极控制非常困难，并且低损失光学波导的高效率写入尚未实现。这项研究旨在通过超短脉冲激光照射为透明材料编写透明材料时，以实现对修饰区域的空间控制，从而获得了低损失光学波导的高效率写作。在这个财政年度，我们首先定量地揭示了通过超短脉冲激光器产生的透明材料中电子激发区的分布以及由此产生的改革分布（折射率分布）。具体而言，我们已经建立了一个光学系统，该光学系统可用于在同一位置进行加工和测量，并结合了泵探针观察的功能，该功能测量了由超短脉冲激光器产生的激发电子密度，以及Mach-Zehnder干涉仪的功能，该量度可在处理后立即测量折射率。用泵探头观察到的二维阴影图（吸光度映射）通过ABEL的转化转换为三维电子激发密度分布。通过提取相位信息，通过Mach-Zhhnder干涉仪获得的干涉条纹图像将转换为二维相分布图像，并通过类似的ABEL转换获得了三维折射率分布。使用基于定量测量结果的处理条件，我们以1.5 mm/s的α-Quartz成功编写了波导，这比以前的研究结果快20倍，并且传播损失为2.8 dB/cm。在这里，通过使用空间光调节器的两点同时聚焦来通过单扫描写作来提高速度。但是，实现传播损失的目标小于1 dB/cm，需要改进。这种传播损失是由光学波导写作过程中的多个脉冲照射引起的裂纹引起的，因此，通过阐明将来多重脉冲照射的影响，裂纹将被抑制，然后又减少了传播损失。