Siクラスターを増感材とした高効率石英系光導波路アンプの開発

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13555108
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: 林 真至 神戸大学, 工学部, 教授 (50107348)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 杉田 彰夫 日本電信電話(株), フォトニクス研究所, 主幹研究員 ; 藤井 稔 神戸大学, 工学部, 助手 (00273798) ; 森脇 和幸 神戸大学, 自然科学研究科, 助教授 (50322194)
• Keywords: 光増幅器 / 希土類元素 / 導波路 / エネルギー移動 / シリコン / ナノ結晶

Research Abstract

本年度は、以下の点について研究を実施した。
1)Siナノ結晶から希土類イオンへのエネルギー移動のメカニズムの解明:
本年度は特に希土類イオンとしてYb^<3+>に着目し、Yb^<3+>の電子遷移エネルギーに対してSiナノ結晶のバンドギャップエネルギを種々変化させ、エネルギー移動のメカニズムを詳細なPL測定により探った。その結果、Siナノ結晶からYb^<3+>へのエネルギー移動過程のみならず、隣接するSiナノ結晶間でのYb^<3+>を介したエネルギー移動、さらにフォノン吸収を伴ったYb^<3+>からSiナノ結晶へのエネルギー移動の過程が存在する事が明らかとなった。
2)Siナノ結晶-Er共添加SiO_2膜の光増幅作用:
同時スパッタリング法により、Siナノ結晶-Er共添加SiO_2膜スラブ導波路を作製した。その導波路に対して、Variable Stripe Length法を適用し光増幅作用の実証し、増幅ゲインを見積もることを試みた。実験の結果、励起長を長くするとともに指数関数的に増大する光強度が観測され、光増幅効果が存在することが判明した。さらに、データーの解析より求めたゲイン係数は、約900cm^<-1>となり、非常に高い値が得られた。
3)平面導波路の作製:
実用可能な導波路型光増幅器を開発するために、光リソグラフィーおよびRIEによる一次元導波路の作製の為の基礎的なデーターを収集した。各種材料に対するRIEのエッチング率、マスクの耐性、マスクの除去等に関する基礎的なデーターがほぼ出揃い、本格的な導波路作製の段階に到達した。

Research Products

• [Publications] Kei Watanabe: "Resonant excitation of Er^<3+> by the energy transfer from Si nanocrystals"Journal of Applied Physics. Vol.90, No.9. 4761-4767 (2001)
• [Publications] Kimiaki Toshikiyo: "Effects of P doping on photoluminescence of Si_<1-x>Ge_x alloy nanocrystals embedded in SiO_2 matrices : Improvement and degradation of photoluminescence efficiency"Journal of Applied Physics. Vol.90, No.10. 5147-5151 (2001)