ディスク型マイクロ光共振器によるモノリシック光電界センサアレイに関する研究

基于盘式微光学谐振腔的单片光电场传感器阵列研究

基本信息

批准号：
17710122
负责人：
笹川清隆
金额：
$ 2.3万
依托单位：
National Institute of Information and Communications Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17710122/
关键词：
電磁界計測光導波路非線形光学

项目摘要

本研究では,マイクロ波回路上の近傍電界計測のための高感度かつ高速な集積型光電界センサの実現を目指す.そのため光導波路とディスク型光共振器をアレイ状に集積化した素子を用いた光電界センサの研究を行う.ディスク型光共振器は,側面で全反射を繰り返すことに基づくWGM (Whispering Gallery Mode)を利用することによって,非常に高いQ値を有する光共振器として働く.このような光共振器を二次非線形光学定数の高い物質で作製すれば,電界を印加した際にポッケルス効果によって屈折率が変化し,共振波長がシフトする.この効果を用いた高感度な電界センサの実現を目的とする.昨年度までに,基礎実験として,LiNbO_3製の光共振器を用いることにより,電界の検出を行い,測定原理を実証することに成功した.感度に関しては,従来手法に対して17dBの向上を実現している.この結果を踏まえて,GaAs導波路の設計および製作に着手した.本年度は,ディスク型共振器の作製精度を向上させ、LiNbO_3ディスクにおいてQ値を10^6程度から10^7以上まで向上させた。また、光ヘテロダイン法を本方式に適用できることを明らかにし、低速フォトダイオードを用いた検出が可能であることを示した。これにより、飽和光強度の高いフォトダイオードを利用することが可能となり、感度を更なる向上の可能性が明らかとなった。また、本手法では、ディスク型光共振の共振波長がポッケルス効果によってシフトすることを利用して電界の検出を行うが、共振波長は素子温度によっても変化する。そのため、常に検出感度が最大に保つための入力光波長の制御手法を開発した。この結果、30分間における感度揺らぎを3dB以下に保つことに成功した。

在这项研究中，我们旨在实现高度敏感和高速集成的光场传感器，以测量微波电路上的近电场。为此，我们将使用在数组中积分光波导和磁盘型光谐振器的元素研究光场传感器。磁盘型光学谐振器基于侧面反复的总反射（耳语画廊）。通过使用模式），它是具有极高Q值的光谐振器。当这种光学谐振器是用具有高次级非线性光学常数的材料制造的时，当应用电场时折射效应而引起的折射率变化，谐振波长偏移。目的是使用此效果实现高度敏感的电场传感器。到去年，通过使用Linbo_3作为基本实验的光学谐振器，我们成功地检测到了电场并证明了测量原理。在敏感性方面，我们已经对传统方法提高了17dB的改善。基于这些结果，我们已经开始设计和制造GAAS波导。今年，我们提高了磁盘型谐振器的制造精度，Linbo_3磁盘的Q值已从约10^6提高到10^7以上。此外，已经揭示了可以将光学杂项方法应用于此方法，并且可以使用缓慢的光电二极管检测。这使得可以使用具有高饱和强度的光电二极管，并且已经揭示了可以进一步提高灵敏度。此外，在这种方法中，通过利用磁盘型光学共振的谐振波长的事实检测到电场，但磁场效应会移动，但是共振波长也会根据设备温度而变化。因此，我们开发了一种控制输入光波长的方法，以确保始终确保最大的检测灵敏度。结果，将30分钟内的灵敏度波动保持在3dB以下。