Creation of the active fiber-type device by glass crystallization for next-generation light control
| Project/Area Number |
22KJ0290
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| Project/Area Number (Other) |
22J20307 (2022)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2023)
Single-year Grants (2022) |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 26020:Inorganic materials and properties-related
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
中村 拓真 東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2023-03-08 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000)
Fiscal Year 2024: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2023: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2022: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
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| Keywords | 二次非線形光学効果 / ポッケルス効果 / 光波制御素子 / 結晶化ガラス / 光ファイバ |
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| Outline of Research at the Start |
光信号の伝送系である光ファイバがSiO2系のガラスが主要材料なのに対し，制御系はLiNbO3などの強誘電体単結晶で構築される．これはガラスがその光学的等方性により光波制御能を持たないためであり，現行の光通信技術は両系の接続に際し大きな光損失を伴う．これを解決すべく，ガラスの結晶化及びそれによる機能性賦与に着目し，SiO2系のガラスファイバベースの光波制御素子開発を目指す．
これまでに，適切な熱処理により前駆体ガラスファイバの結晶化に伴う伝搬損失増を最小限とし，電場駆動の光波制御を実証した．今後は，結晶化後の特異構造を活用し，単なる材料の置き換えに留まらず，既存素子では不可能な光学応用を目指す．
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| Outline of Annual Research Achievements |
光信号の伝送系である光ファイバがSiO2を主成分とするガラスが主要材料であるのに対し，制御系はニオブ酸リチウムなどの強誘電体単結晶で構築される．両系で大きく性質の異なる材料が使われる最大の理由には，ガラスがその光学的等方性により原理的に光波制御能を持たないことが挙げられる．したがって，現行の光通信技術において，両系の接続は大きな光損失の発生が免れない．本研究課題は，これら課題の解決策として，ガラスの結晶化及びそれに伴う機能性の賦与に着目し，ガラスファイバベースの光波制御素子の開発を目指している．
これまでSrO-TiO2-SiO2系の前駆体ガラスファイバの合成及び結晶化には至っていたが，結晶化に伴って形成するボイド，すなわち光散乱中心の存在が大きな課題であった．一方で，適切な熱処理条件を選択することで，結晶化挙動を制御しボイド形成を完全に抑制可能であることを見出した．その結果，伝搬損失を既存材料と同等の値にまで低減させるに至るとともに，電圧駆動による光強度変調機能の実証に成功した．
また，電磁場解析に基づき，結晶化したガラスファイバにおける特異な構造を利用した応用方法について検討した．そして，単なる材料の置き換えに留まらない独自の応用が可能と示唆される結果が得られた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
1) SrO-TiO2-SiO2系の前駆体ガラスファイバを熱処理することで，非線形光学結晶Sr2TiSi2O8が放射状に配列した特異な分極構造を有する多結晶体ファイバを創製した．また，熱処理条件によってその結晶化挙動が大きく変化することとともに，適切な熱処理条件を見出し，伝搬損失を既存の光波制御素子と同等にまで改善させるに至った．
2) 上述のファイバ試料において，光の位相及び強度の印加電圧による変調を実証し，その性能についての定量評価を完了した．
以上のように当初の目的であるガラスファイバベースの光波制御素子の基盤を確立した．
3) 実応用へ向け，最適な光導波路構造（クラッド屈折率，コア径）の設計を行った．
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| Strategy for Future Research Activity |
現時点では単なる材料の置き換えに過ぎないことから，多結晶体ファイバの持つ特異な分極構造に着目し，独自の応用法を考案・実証する．
また，ポッケルス効果を示すことは同時に他の二次非線形光学効果を利用した素子としても期待できることから，ファイバレーザと高い互換性を有する波長変換ファイバとしての応用につても検討している．
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Report
(1 results)
Research Products
(11 results)
