2015 Fiscal Year Research-status Report
プロトンビーム直接描画を用いたフレキシブル光集積デバイスの実現
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15K04731
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| Research Institution | Gunma University |
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Principal Investigator |
花泉 修 群馬大学, 大学院理工学府, 教授 (80183911)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
三浦 健太 群馬大学, 大学院理工学府, 准教授 (40396651)
加田 渉 群馬大学, 大学院理工学府, 助教 (60589117)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 光導波路 / 量子ビーム / イオンマイクロビーム / PBW / フレキシブル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高分子材料の薄膜内部に光集積素子を内包させ、多様な周辺環境への近接が可能なフレキシブル光導波路の開発を行う。イオンビーム微細加工(Proton Beam Writing: PBW)により、生体親和性の高い高分子材料であるPDMSの材料深部に高密度な屈折率変化を誘発できる。この変化を利用し、厚さ数μm程度のPDMS薄膜のみで構成された材料内包型の光導波路を実装し、光変調・演算を可能とする。さらに、技術応用として、高温・高湿度環境や折り曲げ等の機械的刺激に導波路を暴露させながら光学特性を評価する。これにより、将来、光信号処理機能が付帯されたウェアラブル集積型光学素子の要素技術を創生する。本年度は、当初の研究計画どおり、高分子材料であるPDMS試料内部にマッハツェンダー(MZ)型の光導波路をPBW微細加工により形成した。量子機構高崎研に設置された3MVシングルエンド加速器集束イオンビーム措置を利用し、縦: 30 mm× 横: 40 mm× 厚み: 10-40μm程度のPDMS薄膜内部に、加工精度1μm程度で、２分岐構造を有するシングルモードの光導波路を薄膜内部に形成した。本PDMS薄膜を支持基板上から剥離させ、光導波路を自己保持型の高分子薄膜中に形成することに新規に成功した。光導波路の評価として、1.55μmの赤外光を入力とした近視野像観察装置を利用した。光導波路が平坦な平面に置かれた状態と、曲率半径 1.5 mm程度の円柱に巻きつけた状態の両条件において、光導波路内部での光伝播が確認できた。さらに、ＭＺ型光導波路構造の片側分岐部分に熱光学効果発現を目的としたヒータ電極を形成し、外部電源のON/OFFにより光伝播の制御を試みた。このうち、Ti製の薄膜電極を付加した複数のフレキシブル光導波路素子において、近視野像の出力が、外部電圧印加により明滅する様子を確認することができた。
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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
本年度に予定していた自立薄膜PDMS基板での光導波を確認し、さらに次年度以降に計画していた折り曲げなどの機械的変動を加えながらの光伝播に成功した。これに加えて光導波路表面にTi電極を形成し、そのスイッチング動作を確認するなど想定を上回る成果を得た。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度で得られた成果を元に、工学的な達成項目を数値計算や理論的考察などを加えながら議論し、現象の体系的な理解を図るとともに、研究達成目標を追加し、新たな開発目標を定める。
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| Causes of Carryover |
光導波路の評価において、光学部品の導入を予定していたが、本年度内に計画していた光学評価については既存設備で代用できたため、予算執行計画を変更することとなり、未使用額が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
光導波路開発において複数種類の導波路が開発されているため、次年度以降の光導波路応用において用途に合わせた光学系の構築が必要である。この際に幾つかの光学部品導入が必要であり、未使用額はその購入経費に充てることで活用する。
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Research Products
(4 results)
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[Journal Article] Fabrication and evaluation of flexible Mach-Zehnder waveguide structure embedded in a polydimethylsiloxane thin film using a proton microbeam2016
Author(s)
Raj Kumar Parajuli, Ryota Saruya, Naoki Akutzu, Satoshi Miura, Wataru Kada, Shunsuke Kawabata, Yoshinori Matsubara, Takahiro Satoh, Masashi Koka, Naoto Yamada, Tomihiro Kamiya, Kenta Miura, and Osamu Hanaizumi
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Journal Title
Japanese Journal of Applied Physics
Volume: 6S1
Pages: 印刷中
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Presentation] Fabrication of Flexible Mach-Zehnder Waveguide in PDMS Film using Focused Proton Microbeam2015
Author(s)
Ryota Saruya, Hijiri Kato, Shunsuke Kawabata, Kenta Miura, Wataru Kada, Yoshinori Matsubara, Akihito Yokoyama, Masashi Koka , Takahiro Satoh, Parajuli Raj Kumar, Yasuyuki Ishii, Tomihiro Kamiya, Hiroyuki Nishikawa , and Osamu Hanaizumi
Organizer
The 11th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Applications (11th RASEDA) The 7th International Conference on Advanced Micro-Device Engineering (7th AMDE)
Place of Presentation
City Performing Arts Center, Kiryu, Gunma, Japan
Year and Date
2015-11-11 – 2015-11-13
Int'l Joint Research
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[Presentation] Fabrication and in-Situ Evaluation of Completely-Flexible MZ Waveguide Structure Embedded in PDMS Thin Film Using Focused Proton Microbeam2015
Author(s)
Raj Kumar Parajuli, Ryota Saruya, Kenta Miura, Wataru Kada, Shunsuke Kawabata, Yoshinori Matsubara, Hijiri Kato, Akihito Yokoyama, Masashi Koka, Takahiro Satoh, Yasuyuki Ishii, Tomihiro Kamiya, Hiroyuki Nishikawa, and Osamu Hanaizumi
Organizer
28th International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC2015)
Place of Presentation
Toyama International Conference Center, Toyama, Japan
Year and Date
2015-11-10 – 2015-11-13
Int'l Joint Research
