立体湾曲シリコン導波路を用いた革新的空間光学の開拓

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16H04359
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: 榊原 陽一 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 電子光技術研究部門, 総括研究主幹 (40357091)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 吉田 知也 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 電子光技術研究部門, 研究員 (80462844) ; 渥美 裕樹 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 電子光技術研究部門, 研究員 (30738068)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: シリコンフォトニクス / 空間光学 / フェーズアレー

Outline of Annual Research Achievements

最近シリコンフォトニクスの空間光学への研究展開が海外で活発化しているが、基板面から面外方向に光を取り出すために回折格子カプラを用いている。本研究は、研究実施者らが最近開発した立体湾曲シリコン導波路カプラ（エレファントカプラ）をアレー状に複数個並べて面外方向に光を取り出し、それを干渉させて光ビームをステアリングする新しい素子の基盤的研究を遂行することを目的としている。エレファントカプラは、回折格子カプラにない本質的特長（点光源性、小さな配置間隔が可能）があり、それによりステアリング角度が大きくビームの収束性のよい独創的なデバイスが実現できると期待される。
このようなステアリング素子を実現するためには、多数のエレファントカプラを2um程度の挟ピッチで高精度に位置配置できる微細加工技術の確立が必要である。また、それぞれのカプラから出射される光の位相を個別に制御する必要があり、多数の熱型位相変調器のTiNヒーター電極にアクセス可能な電気プローブ技術の確立が必要である。さらに空間に放射された光ビームの強度プロファイルを評価する観察光学系の確立が必要である。
2016年度はこれらの要素技術の確立に注力し、新規に開発した高精度位置配置技術を用いることにより、複数のエレファントカプラを配置した表面出射型フェーズアレー素子のプロトタイプ構造の試作に成功した。また観察光学系構築が容易な端面出射型の2点出射型フェーズアレー素子を試作し、出射光の位相を干渉させ波長掃引によるビーム偏向の原理実証に成功した。さらにシリコン導波路の上部に設置する高集積の熱型位相変調器のTiNヒーター電極部に一括アクセス可能な専用プローブカードを開発した。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

エレファントカプラを高精度に位置配置できる微細加工技術の開発は順調に進んだ。また、狭ピッチで配置されたヒーター電極部に一括アクセス可能な専用プローブカードを開発できたことは、当初計画以上の進歩であった。一方、エレファントカプラ加工の中核プロセスであるイオン注入は、当初計画では産総研中央地区にある装置を存分に使用する予定であったが、年度の途中で頻繁に故障し最終的には年度末で廃棄処分となってしまったため、外部機関の装置の利用を模索せざるを得なくなった。幸い東北大学の共用装置が利用できるようになったが、使用環境の調整や新たな条件出し、遠路の往復や費用負担の増加などの理由により研究進捗に大きな影響が出た。そこでイオン注入実験の回数を減らして研究を進めるように方針を変更したため、当初計画から考えると進捗はやや遅れている。

Strategy for Future Research Activity

当初の計画で前提としていた産総研のイオン注入装置が利用できなくなってしまったことは極めて大きな研究環境の変化であるが、東北大学の共用装置の利用等でできる研究内容を精査し、できるだけ当初の目的の趣旨に沿う研究を展開していく。