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本研究の目的となる表面プラズモンを扱う光電子集積回路の開発に向け、以下の要素技術の確立を行った。
１．表面プラズモン導波路解析手法の習得
前年度まで、導波路の設計には、解析領域の全域をセル化し、各セルごとの電磁界を計算する有限差分時間領域法(以下、FDTD法)を用いていた。しかし、微細構造や、表面プラズモン励起部、検出部を含む大領域の解析が進むにつれ、その依存性の取得が困難となる。そこで、導波路の特性方程式を展開する転移行列法による解法を設計に応用した。結果、表面プラズモン導波路を代表する薄膜導波路、金属-誘電体-金属(MIM)導波路、IMI導波路といった様々な構造で、FDTD法と同様の伝搬特性(実効屈折率、伝搬損失)を短時間で導出できることが確認された。本成果は、後述する誘電体表面プラズモン導波路への設計にも用いられ結果を出しており、全般的な表面プラズモン導波路の解析を容易にした。
２．誘電体表面プラズモン導波路の電気バイアス・光信号同時伝達可能性の提示
金属上に誘電体を付与する事で作製される誘電体表面プラズモン導波路(以下、DLSP導波路)を、既存の電子集積回路の作製プロセスであるCMOS互換プロセスを用いて作製した。DLSP導波路は、前年度まで研究を進めていた薄膜導波路では困難であった任意の導波路パターニングを可能とする。また、作製した導波路に表面プラズモンを伝搬させると同時に、金属部へ電気バイアスを印可し、表面プラズモンがレーザ光の特性(コヒーレント性)を持ちつつ伝搬可能であるか検証した。結果、DLSP導波路が、表面プラズモンの伝搬と電気バイアスの印可を可能とすることが実証された。光信号(表面プラズモン)と電気バイアスの同時伝送線路は、伝搬光を伝える誘電体導波路では実現が困難と考えられるため、本成果は表面プラズモンの特性を活かした新規伝送線路への展開が期待される。
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