2022 Fiscal Year Annual Research Report
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20H02648
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
松田 信幸 東北大学, 工学研究科, 准教授 (10587695)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
金森 義明 東北大学, 工学研究科, 教授 (10333858)
山田 博仁 東北大学, 工学研究科, 教授 (60443991)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | シリコンフォトニクス / 深掘エッチング / 水素アニール |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまで、深さ数μmのシリコン薄膜によるビームスプリッタを周期的に並べた自由空間型光干渉回路を設計するとともに、シリコン深掘エッチングを用いて素子の試作に成功した。通信波長帯光ファイバアレイとマイクロレンズアレイを用いた光入出力系を構築し、回路への光入力と取り出しを実現した。その際、製造可能な膜厚の最小値や薄膜高さ、製造誤差、表面荒れの度合い等の知見を得た。しかし、シリコン薄膜表面に存在するの微小な傾斜（傾斜角1度以下）により個々のシリコン薄膜のビームスプリッタとしての動作特性を劣化させることが判明した。
本年度は上記傾斜の問題の解決に取り組んだ。プロセス条件を変更し再度試作を実施した結果、目標とした傾斜角度0.1度を下回る微小な傾斜角を、膜厚7μm以上の試料について達成した。当該素子について薄膜反射率の波長依存性を評価した結果、従来試料に比べて干渉明瞭度がおよそ10%から80%へと大幅に向上し、薄膜動作がほぼ設計通りの特性へと大幅に改善された。これと同時に薄膜高さ（深掘深さ）も通過ビームのケラレが理論上ほぼ無い値へと改善することができた。一方で表面粗さは従来よりも増大したため、水素アニールによる表面状態改善を試みた。またこの試料を用い、干渉特性向上のための薄膜配置オフセットがビーム伝搬特性改善に有効であることを、複数ポートからビームを同時入力した際の実験によって確認することができた。さらに任意の2ポートから光を入力して光波干渉の干渉明瞭度を評価した結果、出力ビームについて95%以上の極めて高い干渉明瞭度を観測することができ、試作素子の多モード光干渉回路としての良好な動作を得ることに成功した。
ほか、多モード光干渉回路のユニタリ変換光回路としての応用についても研究を実施し、設計上の回路サイズを従来設計より約半分に縮小可能な新たな方式について実証することに成功した。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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