2016 Fiscal Year Research-status Report
磁性体スピンの全光励起歳差運動を用いた偏波変調信号の多重伝送
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16K04927
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
西林 一彦 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 特任講師 (20361181)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 磁気光学効果 / 光デバイス / 偏波変調信号 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
GaAs/AlAs/GaAs導波路の作製方法を確立した。導波路は電子ビームリソグラフィ装置を用いて作製した基板をエッチング加工により幅 2um、高さ 0.5nm、長さ 2mm のリッジ型の直線型である。また、導波路と外部との光結合のための顕微測定系を構築した。導波路への光入力部に長焦点対物レンズを、出力部にシングルモードファイバを用いた。導波路に入射したレーザーパルス(900nm)の光検出を達成した(光入出力比<0.1%)。GaAs層の光吸収によるエネルギー損失が無視できなかったため、近赤外領域の波長の光を幅広く用いることが見込めるAlGaAs型導波路の有効性と意義を確認した。
AlGaAs/AlAs/GaAs導波路の作製工程を確立した(Al組成30%)。AlGaAs導波路は幅1μmのリッジ型とした。しかし現時点でAlGaAs層は下地層の界面欠陥に起因する点欠陥や酸化の影響を持ったため、今後はその排除が必要であると分かった。次に磁化の歳差運動を含む磁気光学効果を発現する導波路に適した[Co/Pd]多層膜の作製のため、スパッタ法による磁性膜への影響を調べた。RF法はDC法に比べて磁性体の磁気異方性定数をCo層の膜厚で系統的に制御できることが分かった。今後の光誘起歳差運動の信号を大きくするための指針を得た。
導波路の電磁場解析のためビーム伝搬法プログラムを導入した。今年度は基本的な構造・光学定数条件を用いて、モード分割機能を有するY分岐路の設計を行った。次年度に続く磁気光学効果の評価と合わせることでモード選択的な偏波変調信号の分離出力が可能になると期待される。
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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
リッジ型AlGaAs/AlAs/GaAs導波路の作製工程の確立とそれに導波路内の光伝送および光出力の検出を達成した。導波路の電場分布解析を構造の作製行程へフィードバックすることで効率的に進めた。最終的には導波路内に存在しうるモードの電場分布と入力光の形状の重ね合わせ成分を大きくすることで光結合効率の大きな改善が見られた。
光導波路への光結合のための顕微測定系の構築を予定通り進めたが、作製した導波路からの光の入出力比が小さい。導波路の最適化に加えて入出力部分における光損失が大きいと見込まれたため、次年度は光学配置の検討により光結合効率の改善を測る。
40μmの[Co/Pd]多層膜を有するGaAs導波路の作製工程を確立した。しかしこの複合導波路の磁気光学効果の評価のためには導波路からの出力光強度の増加が必要であるため遅れており、次年度の早期での達成を図る。導波路内の電磁場分布計算は、今年度にビーム伝搬法ソフトウェアを導入し有限要素法プログラムにより行った。本年度はGaAs導波路構造の作製工程の確立の重要性が高まったため、対角項のみのモード計算が主となった。特に研究の後半期を考慮し磁気光学効果のモード分割を目的とした非対称型Y分岐路の設計に取り組み、初歩的な構造において機能性の発現を確認できた。次年度は磁気光学材料の非対角項を用いた磁気光学効果の空間発展を重点的に行う。
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| Strategy for Future Research Activity |
顕微光学系の再検討によりGaAs系光導波路の出力光強度の大幅な増大を図り、まず直線型の[Co/Pd]/GaAs/AlAs/GaAs導波路からの磁気光学信号を自由空間に設置したバランス系で光検出する。本年度は光導波路への光結合に対物レンズ(入射側)とシングルモードファイバ(出力側)を用いたが、次年度は両側にレンズドファイバ(スポット径: 2um)と精密ステージを導入し、導波路と入力光の結合効率を改善する。磁性体による磁気光学信号は磁石を用いた[Co/Pd]層の磁化を反転することで発生させる。これと並行して導波路上の[Co/Pd]部分(～40 umサイズ) を空間選択的に光励起するための顕微光学系を現在運用しているシステムに組み込むことでパルス光を用いたポンプ・プローブ磁気光学測定系を構築する。これを用いてポンプ光を磁性体部に照射したときに導波路を伝送したプローブ光が受ける磁気光学効果の光検出を図る。
導波路内を伝播する光における磁気光学効果の空間的発展は、導入したビーム伝搬法ソフトウェアを用いて評価する。このプログラムは磁性体の誘電率テンソルの非対角項を用いた磁気光学効果の計算において屈折率の選択に制約があるため、計算する導波路の構造条件を実際の測定で用いるデバイスと同じにすることで定性的な理解を図る。Y分岐路の設計は実際のデバイス構造を元にした電磁場計算で作製可能な構造条件を求める。
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| Causes of Carryover |
研究計画初年度の主目的の一つであった導波路での光導波を達成し、次に出力光の検出の安定性を高めるためにファイバ入射システム(THORLAB社製NanoMax3軸ステージ)の導入を画策したが、価格が28万円と残高を上回ったため、次年度の購入とした。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
前年度に導入を計画したファイバ入射システム(THORLAB社製NanoMax3軸ステージ; 28万円)を導入する。
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Research Products
(3 results)
