2次光非線形性を有するガラス材料の基盤研究とそのフォトニクスへの応用

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11694179
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 研究機関: 豊田工業大学
• 研究代表者: 生嶋 明 豊田工業大学, 大学院・工学研究科, 教授 (10029415)
• 研究分担者: JABRI Khaled 豊田工業大学, 大学院・工学研究科, PD研究員 (50309001) ; 藤原 巧 豊田工業大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (10278393)
• キーワード: ガラス材料、 / 2次光非線形性、 / ポーリング、 / 光導波路、 / 光ファイバ、 / フォトニクス

研究概要

本研究では、紫外光ポーリング(紫外光照射+高電場印加)という独自の方法により、ガラス材料に結晶レベルの2次光非線形性を発現させ、ガラス本来の高機能特性(高い透明度、広い透過波長域、賦形性など)とアクティブな特性を併せ持つ新フォトニクス材料及びそれを用いた新機能デバイスを創製することを目的とする。
本年度は、特に次の3点について研究を実施した。
(1)紫外光ポーリングによりガラスに発現する2次光非線形性の機構解明
(2)光集積回路用薄膜ガラスの2次光非線形性発現と最適化
(3)マイクロテーパー光ファイバのポーリングと2次光非線形性
先ず、2次光非線形性の機構解明について、紫外光ポーリングにより発現する大きな2次光非線形性の起因が、結晶化生成に伴う3次光非線形性の増大と、GeE'と呼ばれる欠陥生成に伴う空間電場形成の複合効果(χ^<(2)>=3E_<SC>χ^<(3)>)により説明できることを明らかにした(詳細は、発表リスト1〜4を参照)。また、これら機構解明の知見を活かして、薄膜ガラスにおいて発現する2次光非線形性の最適化を行ない、今までで最も大きな2次光非線形性(d定数=12.5pm/V)を得ることに成功している(発表リスト5〜6を参照)。さらに現在Bath大学提案のマイクロテーパーファイバへの適用を進めている。
これらの成果は、フォトニクスの応用において必須となる光スイッチなど、ガラスをベースとした全く新しいアクティブなデバイス創製に繋がることが期待される。

研究成果

• [文献書誌] A. J. Ikushima, T. Fujiwara: "A large second-order nonlinearity in glass"Photon, Sci. News. vol. 4. 12-17 (1999)
• [文献書誌] A. J. Ikushima, T. Fujiwara: "Large second-order nonlinearity in Ge-doped silica"Nonlinear Opt.. vol. 21. 515-524 (1999)
• [文献書誌] S. Matsumoto, T. Fujiwara, A. J. Ikushima: "Crystallization of GeO_2-SiO_2 glass by poling…"Opt. Lett.. vol. 24. 1404-1406 (1999)
• [文献書誌] M. Ohama, T. Fujiwara, A. J. Ikushima: "Induced defects and increase of second-order…"Jpn. J. Appl. Phys.. vol. 38. 157-160 (1999)
• [文献書誌] T. Fujiwara, et al.: "Origin and properties of second-order optical…"J. Non-Cryst. Solids. (2000)
• [文献書誌] J. Khaled, T. Fujiwara et al.: "Generation of second-harmonics in Ge-doped…"J. Appl. Phys.. (2000)