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本研究は、ダイレクトボンディング法を用いることにより製作可能となる、SiO_2/Si/磁性ガーネット構造の磁気光学導波路を用いた導波路形光アイソレータに関する研究を目的としている。SiO_2/Si/磁性ガーネット構造の磁気光学導波路により構成される様々な動作原理に基づく光アイソレータを設計・試作し、その特性を評価することを目的としている。最終的には、開発した素子と半導体レーザ等の他の光素子とのモノリシック集積化を目指している。
研究する光アイソレータは、SiO_2/Si/磁性ガーネット構造の磁気光学導波路を用いる。素子を実現するためには、Siと磁性ガーネットを直接貼り合わせる必要がある。Siと磁性ガーネットの強固なボンディングを目指し、試料の表面処理、貼り合わせた後の熱処理について検討した。次に、SOI基板と磁性ガーネットのボンディングを行い、実際にSiO_2/Si/磁性ガーネット構造の磁気光学導波路が実現可能であることを確認した。
SiO_2/Si/磁性ガーネット構造の磁気光学導波路を伝搬するTMモードが前進波と後退波で異なる伝搬定数を有することを利用した非相反移相形光アイソレータを波長1.55μmで設計した。設計に際して、SiO_2/Si/磁性ガーネット構造の磁気光学導波路で生じる非相反移相効果の大きさを計算した。磁性ガーネットを導波層として用いる通常の構造の磁気光学導波路の非相反移相効果の大きさも併せて計算した。その結果、SiO_2/Si/磁性ガーネット構造の磁気光学導波路は、極めて大きな非相反移相効果を示すことが分かった。
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