2017 Fiscal Year Annual Research Report
Innovative Optical Isolators based on Surface Plasmon Polariton using Ferromagnetic Metals
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16H04346
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
清水 大雅 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50345170)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
Zayets Vadym 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (10357080)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 電子デバイス・機器 / 電子・電気材料 / スピンエレクトロニクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究代表者の清水は、強磁性金属/貴金属積層プラズモン導波路とシリコン導波路間の非相反結合と消光比について解析し、非相反な方向性結合を利用することにより34 umの導波路長で消光比10.8 dB、損失13.4 dBをもつプラズモン光アイソレータを設計した。強磁性金属がもたらす非相反性と貴金属が示す低伝搬特性を組み合わせ、低伝搬損失と非相反性を両立させる強磁性金属/貴金属ハイブリッドプラズモン導波路を設計した。貴金属である金を導入した場合、導入しない場合と比較して性能指数が約20 %増大することがわかった。強磁性金属や貴金属層の膜厚や位置の最適化について解析するために、組み合わせ最適化計算を用いた。これまでの強磁性金属プラズモン導波路光アイソレータにはないアプローチであり、今後の研究に役立つと考えている。
また、前年度に設計した長距離伝搬プラズモン光導波路をSi細線導波路と集積すべく、モード形状を変換するテーパー型Si光導波路を作製し、PMMA導波路との結合損失を実験により求めた。結合損失は1端面あたり13 dBと設計より約10 dB大きくなった。これはスピンコートとEB描画、現像プロセスで得られる有機材料のPMMAの膜厚が1.3 umと設計値である2.2 umと比べて小さく、伝搬する光の一部がSOI基板のSi基板と結合し、放射したためと考えられる。
研究分担者のZayetsは強磁性金属とシリコン細線導波路からなるプラズモン導波路の集積プロセスをリフトオフプロセスを用いて確立した。プラズモン導波路とSi細線導波路の間で0.7dB/umの伝搬損失と大きくはない結合損失を達成した。損失のさらなる低減に向けてリフトオフを用いない新しい作製工程の開発を開始した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究計画に沿って研究を進めている。論文を2報、国際会議発表を3報、国際会議招待講演1件, 国内会議招待講演2件を発表しており、最終年度に研究成果をまとめたい。
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| Strategy for Future Research Activity |
強磁性金属プラズモン導波路光アイソレータの実証に向けて、素子構造の設計方法における精度を向上（光閉じ込め次元数：増）し、電子線描画プロセス・反応性イオンエッチング・強磁性金属製膜方法を向上させる。
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