プロトンビーム直接描画を用いたフレキシブル光集積デバイスの実現

• 研究課題/領域番号: 15K04731
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 量子ビーム科学
• 研究機関: 群馬大学
• 研究代表者: 花泉 修 群馬大学, 大学院理工学府, 教授 (80183911)
• 研究分担者: 三浦 健太 群馬大学, 大学院理工学府, 准教授 (40396651) ; 加田 渉 群馬大学, 大学院理工学府, 助教 (60589117)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2017年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円); 2016年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2015年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
• キーワード: 光導波路 / 集束イオンビーム / PBW / フレキシブル光回路 / PDMS / PMMA / ポリイミド / MED-610 / 量子ビーム / イオンマイクロビーム / フレキシブル / polyimide

研究成果の概要

多様な周辺環境への近接が可能となる高分子薄膜内に光集積素子を内包させたフレキシブル光導波路を形成する微細加工技術を開発した。集束陽子線による微細加工(PBW)法により、厚さ 数十μm程度の自立高分子薄膜にマッハツェンダー（ＭＺ）型光導波路を形成した。ブラッグピーク近傍の高密度エネルギー付与を利用し、薄膜深部のみに局所的屈折率変化を誘発した。微細加工部をコア部、周辺領域をクラッド部とすることで、継ぎ目ない薄膜に光導波路が実装された。MZ導波路の一部に電極を付与し、熱光学効果による光スイッチング機能についても確認した。本技術により、任意の機能性高分子内部に光伝送路実装が実現できる。

研究成果

• [国際共同研究] University of Jyvaskyla/University of Helsinki/Tezted Oy(Finland)
• [国際共同研究] ArminLabs Gmb(Germany)
• [雑誌論文] Fabrication and evaluation of flexible Mach-Zehnder waveguide structure embedded in a polydimethylsiloxane thin film using a proton microbeam (2016)
  • 著者名/発表者名: Raj Kumar Parajuli, Ryota Saruya, Naoki Akutzu, Satoshi Miura, Wataru Kada, Shunsuke Kawabata, Yoshinori Matsubara, Takahiro Satoh, Masashi Koka, Naoto Yamada, Tomihiro Kamiya, Kenta Miura, and Osamu Hanaizumi
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 6S1
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Focused microbeam irradiation technique for the fabrication of micro-meter scale optical structures (2017)
  • 著者名/発表者名: W. Kada, T. Satoh, S. Kawabata, M. Haruyama, Y. Suda, S. Miura, K. Kasuya, R. Saruya, M. Koka, N. Yamada, K. Miura, S. Onoda, H. Kraus, G. Astakhov, T. Kurobori, T. Ohshima, T. Kamiya, and O. Hanaizumi
  • 学会等名: 24th International Scientific Meeting on Vacuum Science and Technique
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ポリマー材料を用いたマッハツェンダー型 光スイッチの作製に関する研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 粕谷 建太，三浦 聡，王 酉申，海野 陽平，鈴木 孝明，加田 渉， 三浦 健太，花泉 修， 佐藤 隆博，江夏 昌志，山田 尚人
  • 学会等名: 電気学会バイオ・マイクロシステム研究会「バイオ・マイクロシステムとそのプロセス技術および一般
• [学会発表] 集束陽子線微細加工技術による高分子薄膜内包型Mach‐Zehnder光導波路・光スイッチの開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 加田渉, 三浦聡, 猿谷良太, 佐藤隆博, KUMAR Parajuli Raj, 川端駿介, 三浦健太, 江夏昌志, 神谷富裕, 花泉修
  • 学会等名: 第59回放射線化学討論会
  • 発表場所: 国立研究開発法人 量子科学技術研究開発機構 高崎量子応用研究所
  • 年月日: 2016-09-20
• [学会発表] 集束陽子マイクロビームによりPDMS薄膜内部に埋め込み加工されたMach-Zehnder導波路型光スイッチング素子の開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 三浦 聡, 猿谷 良太, 川端 駿介, 三浦 健太, 加田 渉, 江夏 昌志, 佐藤 隆博, 神谷 富裕, Parajuli Raj Kumar, 花泉 修
  • 学会等名: 第77回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ（新潟）
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] 集束陽子線微細加工技術によるフレキシブル電子回路基板内部への光導波路構造の埋込形成 (2016)
  • 著者名/発表者名: 高橋龍平, 三浦聡, 猿谷良太, 川端駿介, 三浦健太, 加田渉, 江夏昌志, 佐藤隆博, 神谷富裕, 花泉修
  • 学会等名: 第77回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ（新潟）
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] 集束イオンビームを利用した光材料開発と その場分析技術の開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 加田渉
  • 学会等名: 荷電粒子ビームの工業への応用第１３２委員会 第２２３回研究会
  • 発表場所: 東京理科大学 森戸記念館
• [学会発表] Fabrication and in situ evaluation of integrated micro-optical devices by a focused proton microbeam technique (2015)
  • 著者名/発表者名: Wataru Kada
  • 学会等名: 第25回日本MRS年次大会 International Symposium E-1 (Innovative Material Technologies Utilizing Ion Beams)
  • 発表場所: 横浜産業貿易センタービル
  • 年月日: 2015-12-08
  • 招待講演
• [学会発表] Fabrication of Flexible Mach-Zehnder Waveguide in PDMS Film using Focused Proton Microbeam (2015)
  • 著者名/発表者名: Ryota Saruya, Hijiri Kato, Shunsuke Kawabata, Kenta Miura, Wataru Kada, Yoshinori Matsubara, Akihito Yokoyama, Masashi Koka , Takahiro Satoh, Parajuli Raj Kumar, Yasuyuki Ishii, Tomihiro Kamiya, Hiroyuki Nishikawa , and Osamu Hanaizumi
  • 学会等名: The 11th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Applications (11th RASEDA) The 7th International Conference on Advanced Micro-Device Engineering (7th AMDE)
  • 発表場所: City Performing Arts Center, Kiryu, Gunma, Japan
  • 年月日: 2015-11-11
  • 国際学会
• [学会発表] Fabrication and in-Situ Evaluation of Completely-Flexible MZ Waveguide Structure Embedded in PDMS Thin Film Using Focused Proton Microbeam (2015)
  • 著者名/発表者名: Raj Kumar Parajuli, Ryota Saruya, Kenta Miura, Wataru Kada, Shunsuke Kawabata, Yoshinori Matsubara, Hijiri Kato, Akihito Yokoyama, Masashi Koka, Takahiro Satoh, Yasuyuki Ishii, Tomihiro Kamiya, Hiroyuki Nishikawa, and Osamu Hanaizumi
  • 学会等名: 28th International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC2015)
  • 発表場所: Toyama International Conference Center, Toyama, Japan
  • 年月日: 2015-11-10
  • 国際学会
• [備考] 群馬大学花泉研究室ホームページ
  • URL: http://www.el.gunma-u.ac.jp/~hana/
• [備考] 群馬大学花泉研究室 ホームページ
  • URL: http://www.el.gunma-u.ac.jp/~hana/