シリコンカーバイドを用いたフォトニック結晶共振器の高性能化とその応用

利用碳化硅提高光子晶体谐振器的性能及其应用

• 批准号: 16J07917
• 负责人: 山口 祐樹
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2016
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2016-04-22 至 2019-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J07917/
• 关键词: シリコンカーバイド; フォトニック結晶; ナノ共振器; 高Q値化; 第二高調波発生

申請者は、SiCを用いた高Q値共振器を用いた低損失高効率な光デバイスの実現を目指しており、本研究課題では、共振器を作製する際に用いる基板の光学品質の向上による共振器の高Q値と、これを活かしたデバイス実現を目指している。本年度は、前者についてはSICOI基板作製手法の変更による高Q値化を、後者については非線形光学現象の1つである第二高調波発生の変換効率の向上を検討した。前者に関しては、従来の水素イオンを打ち込む方法である薄膜転写法から研削・研磨・プラズマエッチングによる薄膜化法に作成手法を変更してSiC層の薄膜化を図り最大Q値300,000まで改善し、それぞれの基板のSiC層につきTEM観察を行うことでSiC層の欠陥の多寡について定性的な観測が出来た。一方で、これら高Q値共振器の実現可否はSICOI基板の平行度に依存しており、この平行度はSiC薄膜化工程における作製精度による。要求精度はフォトニック結晶導波路の形成方向にもよるが厳密な方向で1/1000°程度であり、薄膜化において非常に高い精度が求められる。したがって、SiC薄膜化工程の精度向上を今後の検討による改善が期待される。後者に関しては、非線形光学現象として第二高調波発生をCW光源により観察を行い、FDTD法によるシミュレーションを用いてフォトニック結晶共振器内での変換効率を算出した。その結果、他の材料を含めたフォトニック結晶共振器の中で最も高い変換効率を3倍上回る世界最高の変換効率を実現した。これは将来的に、光回路中における波長変換素子としての効果が期待できる。

申请人的目的是使用SIC使用高Q值谐振器实现低损失和高效的光学设备，在本研究主题中，该公司的目标是实现一种设备，通过提高构造谐振器和高级Q值时使用高Q值谐振的设备来利用高Q值的谐振器，并提高使用的基质质量。今年，我们调查了前者，以通过更改SICOI底物制造方法来增加Q值，并为后者提高第二次谐波生成的转换效率，这是非线性光学现象之一。关于前者，薄膜转移的方法是植入氢离子的常规方法，使用磨削，抛光和等离子体蚀刻更改为薄膜方法，而SIC层变薄，将最大Q值提高到300,000。通过对每种底物的SIC层进行TEM观测，可以对SIC层中缺陷数量进行定性观察。另一方面，是否可以实现这些高Q值谐振器取决于SICOI底物的并行性，并且这种并行性取决于SIC稀疏过程中的制造精度。所需的精度取决于形成光子晶体波导的方向，但确切的方向约为1/1000°，并且需要极高的精度才能变薄。因此，预计SIC稀疏过程的准确性将通过未来的研究提高。关于后者，作为非线性光学现象，使用CW光源观察了第二个谐波波的产生，并使用FDTD方法使用模拟计算光子晶体谐振器中的转换效率。结果，我们达到了世界上最高的转化效率，是光子晶体谐振器（包括其他材料）中最高转化效率的三倍。这可以预期将来作为光电路中的波长转换元件有效。

项目成果

高Q値SiCフォトニック結晶ナノ共振器における第二高調波発生(2)

高 Q 值 SiC 光子晶体纳米腔中二次谐波的产生 (2)

• 发表时间: 2016
• 作者: 山口祐樹;田昇愚;宋奉植;浅野卓;野田進
• 通讯作者: 野田進