2021 Fiscal Year Research-status Report
A study on ultra-sensitive sensor using horizontal slot waveguides with localized light in very small area
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20K04628
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| Research Institution | Kanagawa Institute of Technology |
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Principal Investigator |
中津原 克己 神奈川工科大学, 工学部, 教授 (70339894)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | スロット導波路 / センサ / 局在光 / 薄膜積層技術 / 選択的エッチング技術 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、微細な空洞領域を有する水平スロット導波路の形成技術を確立し、そのスロット内の極微小領域に局在した光による高感度なセンシングを実現するデバイスの開発を行っている。これまでに水平スロット導波路用の薄膜積層技術、細線導波路形成技術ならびに選択的エッチング技術の開発を進め、製作した中空スロット導波路の境界面が平坦で滑らであることを確認した。また、センシング部分となる中空スロット構造を保持するために接続する構造を検討し、高屈折率媒質である五酸化ニオブとその間に挟まれる二酸化ケイ素で構成される二酸化ケイ素水平スロット導波路を製作し、その導波特性を得ることともに、中空スロット導波路と低接続損失で接続されることを明らかにした。この研究過程において、五酸化ニオブと二酸化ケイ素を一括して加工するドライエッチングに関して、様々な条件を調べ、高RFパワーでの加工条件においてエッチング面の粗さが低減することを見出している。
また、中空水平スロット導波路の導波特性を評価するために、導波路の側壁に周期構造を形成したバーティカルグレーティング構造を製作し、導波路幅に対応した波長特性を得ることにより、中空スロット導波路特有の特性を実証することに成功している。
さらに、高感度なセンサを実現するための導波路構造の検討として、スロット部分を3層積層したマルチスロット構造の検討を行い、素子の特性を理論的に解析した。その結果をもとに、マルチスロット導波路の製作条件を検討し、試作した3層スロット導波路において導波光を確認し、センシング動作の実証段階に進んでいる。
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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
研究計画初年度である2020年度に生じた新型コロナウイルス感染拡大による行動制限の影響が残るものの、導波特性の数値解析手法、薄膜積層技術、細線導波路形成技術、選択的エッチング技術等の要素技術の開発を進めることができている。素子製作においては、導波路の側壁にバーティカルグレーティング構造を形成した中空スロット導波路を製作し、その構造を反映した波長特性を得ることに成功している。また、五酸化ニオブと二酸化ケイ素を一括して加工するドライエッチングについては、継続的に技術改善を図り、高RFパワーでの加工条件においてエッチング面の粗さが低減することを見出している。
さらに、高感度なセンサを実現するための導波路構造として、スロット部分を3層積層したマルチスロット構造の検討を進め、試作した3層スロット導波路において導波光を確認し、センシング動作の実証段階に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
中空水平スロット導波路の試作と特性評価を繰り返し行い、継続的な特性改善を図る。また、現在、開発を行っている分布反射器を用いた共振器センサに加え、マイクロリング共振器等を用いた新たな構造の検討を進める。基本センサ素子の動作実証ならびに特性改善を進めながら、評価結果を詳細に分析し、センサ素子製作プロセスの改善を図る。さらに、センサ感度の向上のために検討を進めているマルチスロット構造を用いた共振器の設計ならびに試作を進める。また、さらなるセンサ感度向上に向けて、分布帰還形水平スロット導波路について理論的に検討し、製作技術の開発に取り組む。本研究で得られた知見をまとめることで、微小領域に局在した光に起因した屈折率変化、非線形光学効果を利用する高感度な導波路形光センサならびにセンシングシステムの構築を図る。また、センシング以外の他分野への応用展開についても技術的検討を行う。
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