2014 Fiscal Year Research-status Report
生産性と光学特性に秀でたチューナブル波長選択フィルタチップの継続開発
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26420298
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| Research Institution | Utsunomiya University |
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Principal Investigator |
依田 秀彦 宇都宮大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30312862)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 光波長フィルタ / 光デバイス / 透明ヒータ膜 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
(1)温度制御(TO)型チューナブルフィルタ(BPF)
■異なる2つの材料系を用いてTO-BPFを作製し，耐熱性（吸収率の温度依存性）を評価した．a-Si:D/SiNxでは熱処理温度450℃まで吸収率は増加せず，a-Si:D/SiOxでは400℃まで増加し450℃で破壊した．SiNxによる高温時の吸収率増加の抑制を実証した．■TO-BPFを2mm角×0.05mm厚に小型薄型加工して消費電力効率を向上させた（0.30W/20nm）．■ファイバコリメータ（市販品）とTO-BPFチップを組み合わせ省スペース（5cm長×2cm幅）モジュールを試作した．V溝加工アルミ板上に2つのコリメータを対向させて配置し（光軸ずれ0.2mm，結合効率12%）さらに光軸調整用に平行平板を傾けて挿入して結合効率を86%に改善した．■光学モニタ系に市販の帯域可変フィルタを導入し光源線幅1nmに拡げて可干渉性を抑えたが，光量安定性は改善されなかった．■TO-BPF成膜後のポストアニール前後の中心波長シフト量を調べ，350℃程度まで短波長側，それ以上で長波長側へのシフトを確認した．■コリメータ光学系と恒温/高温チャンバを組み合わせてTO-BPF中心波長温度係数（dλ/dT）評価系を構築し，150℃以上高温時にチャンバの振動が大きく光学系に伝わり，dλ/dT測定精度劣化の原因であることを突き止めた．
(2)電圧制御(EO)型チューナブルフィルタ
■EO-BPFの構成要素について検討した（フィルタ構造，屈折率変化量と波長シフトの関係，PLZT薄膜の形成プロセス条件，透明シード層と電極層，サファイア基板選択，誘電体交互多層膜ミラーの耐熱性）．■シード層兼電極層として新たにITiOを採用し，格子定数不整合な基板上にITiO(222)面，PLZT(110)面が支配的な結晶性をもつことを実証した．■PLZTと誘電体交互多層膜ミラーを用いて1キャビティ型EO-BPFを試作した．電気及光学特性の評価系を構築中であり今後評価を行う．
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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
(1)温度制御型フィルタに関して：特性はまだ目標に達していないものの，作製や実験を着実に進めて成果を積み重ねることができている。一方，労力を費やした割に性能向上が進まなかった課題（dλ/dTの高精度評価，ファイバ端面へのTO-BPF形成），時間不足で取り組めなかった課題（半自動化とマルチキャビティTO-BPFの作製，光学モニタ系の安定性と再現性の向上，高温時の損失低減）もある。達成度は75%程度である。
(2)電圧制御型フィルタに関して：EOフィルタ構造と作製要素技術の実験的再検討を行い，EOフィルタをプロトタイプ試作まで到達した．さらに当初想定していない成果（透明シード層兼電極層としてITiOの実証）があった．一方，労力を費やした割に進展しなかった課題（電気光学効果の評価系完成，更なる結晶性向上）もある。達成度は65-70%程度である．
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| Strategy for Future Research Activity |
(1)温度制御型チューナブルフィルタ
●最大温度変化300℃を低減するため，中心波長の異なる複数TO-BPFの並列化を検討する．●ファイバ端面にTO-BPFを形成した省スペースモジュールを試作する．●VB制御プログラムを改良し，成膜シーケンスと膜厚制御判断を半自動化することで，２～３キャビティ多層膜フィルタを半自動で試作する．●諸問題の解決（光学モニタ系の安定性/再現性，高温時の透過率減少，SiNの高速成膜条件出し，更なる省消費電力化，透明ヒータ膜の高温時破壊抑制，dλ/dTの高精度評価）を進める．
(2)電圧制御型チューナブルフィルタ
●EO効果確認実験系を早期に立ち上げ，前年度末に試作したEO-BPF試料の強誘電性特性，dλ/dVおよびdn/dVを評価する．●大きな屈折率変化量をもつPLZTを見つけるため，組成比の異なるPLZTを用いてEO-BPFを作製してdn/dVを評価する．●大きなdλ/dVが得られる可能性をもつ液晶をEO-BPFに導入できないか理論的/実験的検討を行う．●諸問題の解決（多層膜ミラー層の高速成膜，ITiOとPLZTの結晶性向上，ITiOの損失低減）を進める．
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| Causes of Carryover |
■H26年度終了時に予算を残した理由：
①光学モニタ系の安定性向上を目的として，備品として帯域可変フィルタの購入を当初予定していた．しかし購入前にデモ品を借りて試したところ，期待通りの安定性は得られなかったため，購入を見送った．また安定性を改善するには別のアプローチが必要なことがわかった．
②H27年度の予算が前年度と比べてだいぶ少なく，H27年度に多少余裕をもたせて予算を確保して研究進展具合に応じて柔軟に適切な物品を購入するため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
■H27年度の研究費の使用計画：
光学モニタ系の安定性向上を図るため，偏波依存性が限りなく小さな光ファイバカプラ，反射損失の極力小さな光アイソレータや真空コネクタ等の購入に充てる．
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