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。

在本研究中，我们的目标是实现一种高灵敏度、高速集成光电场传感器，用于测量微波电路上的近场电场。为此，我们使用了集成光波导和盘形光学器件的元件。我们正在研究光电场传感器。WGM（回音壁）模），它充当具有非常高Q值的光学谐振器。如果这样的光学谐振器由具有高二阶非线性光学常数的材料制成，则当施加电场时，折射率会发生变化，谐振波长也会发生变化。目的是利用这种效应来实现高灵敏度的电场传感器。作为基础实验，截至去年，使用了由LiNbO_3制成的光学谐振器。通过使用该装置，我们成功地检测了电场并演示了测量原理，与传统方法相比，我们实现了 17 dB 的改进。基于此结果，我们已经开始设计和制造。我们提高了盘形谐振器的制造精度，并将LiNbO_3盘的Q值从大约10^6提高到10^7以上。我们还证明了光学外差法可以应用于该方法，并证明使用低速光电二极管进行检测是可能的。由此，可以使用饱和光强度高的光电二极管，并且可以进一步提高灵敏度。此外，在该方法中，利用由于普克尔斯效应而引起的盘型光学谐振的谐振波长的偏移来检测电场，但是谐振波长也根据元件温度而变化。因此，我们开发了一种控制输入光波长的方法，以始终保持最大的检测灵敏度。结果，我们成功地在 30 分钟内将灵敏度波动保持在 3dB 以下。