大きな2次非線形性を持つ石英系ガラス多層薄膜光導波路の作製と紫外への波長変換

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09650047
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Research Institution: Shizuoka University
• Principal Investigator: 岡本 尚道 静岡大学, 工学部, 教授 (40022173)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 江上 力 静岡大学, 工学部, 助手 (70262798) ; 杉原 興浩 静岡大学, 工学部, 助教授 (30222053)
• Keywords: 石英ガラス / ポーリング / 2次非線形光学特性 / 青色第2高調波発生 / 光導波路 / 単一モードチャネル導波路 / チェレンコーフタイプ位相整合

Research Abstract

最近、光学的等方性を有するガラス材料をポーリングすることにより、2次の非線形性が発現し、短波長への波長変換素子や光変調器への応用が期待されている。しかし、非線形ガラス材料を用いた薄膜光導波路デバイス加工は行われておらず、従って高効率な短波長変換素子の報告はなかった。
本研究では、高周波スパッタリング及びゾルゲル法を用いて、各種ガラス基板上にゲルマニウムドープ石英ガラス薄膜を堆積させ、熱ポーリングを行うことにより、2次非線形性の発現とその機構の解明、及び導波路デバイス加工と位相整合SHGの観測を行った。作製したガラスサンプルのポーリング処理により0.4pm/V(石英基板)の非線形性を得た。また、非線形性の光学的安定性の評価を行った。石英基板上にスパッタリングで堆積した薄膜について加速試験を行い、アレニウスプロットを用いて非線形性の寿命は310年と評価された。そして紫外高エネルギーのN_2レーザ光照射でも劣化はなく、紫外領域での高い安定性を示し、実用が可能であることがわかった。次に、この薄膜光導波路に基本波レーザ光を導波させ、緑及び青色のチェレンコフ放射型位相整合SHGを観測した。更に、フォトリソグラフィ技術を用いて初めて単一モードチャネル導波路を作製し、基本波光を伝搬させたところ、これ迄より1桁以上高効率の位相整合SHGを観測した。また、ゾルゲル法を用いてソーダライムガラス基板上にゲルマニウムドープ石英ガラス薄膜を合成し、ポーリング処理を行うことにより、非線形性がゲルマニウムドープ量に大して線形に増大していることをが明らかになり、ゲルマニウムドープ量30%のとき1.7pm/Vの大きな非線形性を得た。

Research Products

• [Publications] 杉原、江上、岡本他: "Cerenkov-type frequency doubling from thermally poled silicate glass wavequide" Int.Workshop on Structure & Functional Opt.Prop.of Silica Glasses. Jul.10. 67-70 (1998)
• [Publications] 杉原、江上、岡本他: "Thermally poled silicate thin films with large SHG" J.Opt.Soc.Am.B. 15・1. 421-425 (1998)