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实现低质量和高效率的光学设备，在此研究主题中，生产谐振设备时使用的板的光学质量得到了改善公司旨在实现谐振器的高Q值以及使用此功能的设备。在这个财政年度，由于SICOI底物创建方法的变化，对前者的转化效率（这是非线性光学现象之一）进行了检查，以提高第二次超音波生成的转换效率，这是非线性光学现象之一。关于前者，通过磨削，抛光和等离子体蚀刻来将常规氢离子转移到薄膜的方法将SIC层降低到最大Q值300,000。基板的SIC层，对SIC层缺陷的定性观察可能是一个定性观察。另一方面，可以实现这些高Q值共振剂取决于SICOI底物的并行性，并且该平行取决于SIC薄膜的产生。请求精度在严格的方向上约为1/1000°，具体取决于光子晶体导电波道的方向，并且稀疏膜需要非常高的精度。因此，预计将来的考试将提高SIC薄归档过程的准确性。对于后者，通过CW光源观察第二个超音波作为非线性光学现象的发生，并使用FDTD方法的模拟来计算光子晶体谐振器中的转换效率。结果，从光子晶体谐振器（包括其他材料）的最高转化效率（包括其他材料）中，世界上最高的转化效率是三倍。这可以预期将来作为光学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