2022 Fiscal Year Research-status Report
High-speed processing of low-loss optical waveguides by controlling the distribution of electron excitation using spatial light modulation
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22K20399
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
吉崎 れいな 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (80967852)
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| Project Period (FY) |
2022-08-31 – 2024-03-31
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| Keywords | 超短パルスレーザ / 光導波路 / 内部改質 / 水晶 / 空間光変調器 / 屈折率計測 / 電子励起 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
超短パルスレーザによる透明材料への改質書き込みは光集積回路制作に必須の技術であるが，改質は透明材料内のレーザの非線形伝搬・吸収の結果生じるため，改質領域の能動的な制御が難しく，低損失な光導波路の高効率書き込みは実現していない．本研究は，超短パルスレーザ照射による透明材料への改質書き込みにおいて，改質領域の空間制御を実現し，低損失な光導波路の高効率書き込みを達成することを目的としている．
当該年度にはまず超短パルスレーザによって生じる透明材料内の電子励起領域分布と，結果生じる改質分布（屈折率分布）を定量的に明らかにした．具体的には，超短パルスレーザによって生じる励起電子密度を測るポンププローブ観察の機能と，加工直後の屈折率を測定するマッハツェンダー干渉計測法の機能とを組み込み，同一箇所で加工・測定ができる光学系を構築した．ポンププローブで観察された二次元の影絵（吸光度のマッピング）は，アーベル変換によって三次元の電子励起密度分布に変換される．マッハツェンダー干渉計で取得された干渉縞画像は，位相情報の抽出によって二次元の位相分布画像に変換され，同様のアーベル変換によって三次元の屈折率分布を得る．
定量計測結果を踏まえた加工条件を用いて，α水晶内に従来研究結果と比較して20倍以上高速な1.5 mm/sで，伝搬損失2.8 dB/cmの導波路書き込みに成功した．ここでは空間光変調器による二点同時集光を用いたシングルスキャン書き込みによって高速化を達成した．ただし，伝搬損失の達成目標は1 dB/cm未満であり，改善が必要である．この伝搬損失は，光導波路書き込み時の多数パルス照射に起因するクラックが原因であるため，今後多パルス照射の影響を解明することでクラック抑制ひいては伝搬損失の低減を行っていく．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
光導波路の書き込みに要求される電子密度や屈折率変化はあまり大きくはない．従って1パルスのレーザ照射による変化量は小さいため，計測自体が非常に困難である．具体的には当初構築する予定であった電子励起密度と屈折率変化を別の光学系で測定するシステムでは，そもそも屈折率分布の位置を特定できなかったり，両者間の関係を特定したりすることは困難であった．そこで同位置で両者を測定できる仕組みを開発した．測定システム開発後もノイズの少ない定量計測結果を得られるようになるまでにも多くの時間を要した．
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| Strategy for Future Research Activity |
当該年度は1パルスのレーザを照射したときの電子励起と屈折率変化を明らかにし，二点同時集光による高速な光導波路の書き込みに成功した．今後は(1)多数のパルスを照射時の現象解明，(2)電子励起と屈折率変化の関係のモデル化，(3)ビーム成型による改質領域の制御，の三つの方針のもと研究を進めることで，書き込む光導波路の低損失化を達成する．
(1)複数のパルスを近接して照射した際の加工現象及び改質領域の変化を明らかにし，クラックを発生させず，均一な屈折率変化分布を生成する方法を検討する．
(2)2022年度の電子励起と屈折率変化の計測結果の関係を簡便なモデルにすることで，求める屈折率分布を得るための電子励起分布の候補探索を可能にする．
(3)TypeⅢ型として知られるドーナッツ状の改質領域をシングルスキャンで得るためのビーム成型を達成する．
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Research Products
(1 results)
