集束イオン線のマイクロ・ナノ照射効果によるシリカガラスの3次元誘起構造

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15510112
• Research Institution: Shibaura Institute of Technology
• Principal Investigator: 西川 宏之 芝浦工業大学, 工学部, 助教授 (40247226)
• Keywords: 集束イオン線 / マイクロ / ナノ / 照射効果 / 屈折率変化 / 誘起構造 / シリカガラス / 光学素子

Research Abstract

2003年度においては、(a)照射基板の選定、(b)集束イオン線照射実験、(c)マイクロ・ナノ照射効果、および(d)誘起構造の安定性の4点に関する検討を行った。(a)照射基板として、従来から実績のあるシリカガラス基板を用い、(b)集束イオン線照射実験は、原研高崎研協力研究の下(期間:2003〜2005度)において実施し、深さ方向の多重照射実験およびステージ走査による広域照射実験を行った。さらに(c)マイクロ・ナノ照射効果については屈折率変化の定量および機構を明らかにし、光学素子形成のための基礎データを得た。具体的には二光束干渉顕微鏡による屈折率変化の深さ方向分布を測定し、飛程で5×10^<-3>程度の極大値を示し、飛跡においても10^<-4>オーダーの屈折率変化を示した。原子間力顕微鏡による表面形状観察から見積もられるガラス内部の高密度化屈折率変化を算出し、Lorentz-Lorenzの関係式より算出した屈折率分布と比較したところ、良い一致が確認された。顕微ラマン分光により高密度化による屈折率変化機構の裏づけを得た。エネルギー損失シミュレーションによる電子励起エネルギー損失と屈折率変化の深さ方向分布が一致することから、高密度化とそれに伴う屈折率変化の駆動力は電子励起によることを示した。また、軽イオンおよび重イオン照射における屈折率変化の描画分解能の検討を行ったところ、H^+マイクロビーム照射で幅1μm走査の場合、イオンの飛程での屈折率変化領域はビーム走査幅の10倍程度である。H^+などの軽イオンによる照射効果は飛程が長く、光ファイバあるいは埋め込み型の導波路に対し有効である。しかし、同時にイオンの拡がりが生じるので、高分解能を得るには飛跡における照射効果を利用する必要がある。(d)の照射効果安定性については、500℃程度の比較的高温まで安定に屈折率変化が持続することが明らかとなった。

Research Products

• [Publications] T.Souno, H.Nishikawa, M.Hattori, Y.Ohki, E.Watanabe, M.Oikawa, T.Kamiya, K.Arakawa: "Characterization of ion-implanted silica glass by micro-photoluminescence and Raman spectroscopy"Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. B 210. 277-280 (2003)
• [Publications] M.Hattori, Y.Ohki, M.Eujimaki, T.Souno, H.Nishikawa, E.Watanabe, M.Oikawa, T.Kamiya, K.Arakawa: "Characterization of refractive index changes of silica glass induced by ion microbeam"Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. B 210. 272-276 (2003)
• [Publications] H.Nishikawa, K.Fukagawa, T.Yanagi, Y.Ohki, E.Watanabe, M.Oikawa, T.Kamiya, K.Arakawa: "Effects of Ion Microbeam Irradiation on Silica Glass"Proceedings of The 8th IUMRS International Conference on Advanced Materials, Symposium A-9, Innovative Nanomaterials Using Ion Technology, A9-09-009, Oct. 8-13. 96 (2003)
• [Publications] 深川一成, 西川宏之, 渡辺英紀, 柳崇, 大木義路, 及川将一, 神谷富裕, 荒川和夫: "シリカガラスへの重イオンマイクロビーム照射効果(II)"第64回応用物理学会学術講演会講演予稿集No.2,1p-YE-7. No.2. 814 (2003)
• [Publications] 深川一成, 西川宏之, 渡辺英紀, 柳 崇, 大木義路, 及川将一, 神谷富裕, 荒川和夫: "シリカガラスへのイオンマイクロビーム照射効果のドーズ依存性"第51回応用物理学関係連合講演会講演予稿集 No.2,28a-ZT-12/II. No.2. 986 (2004)
• [Publications] 中村知晴, 柳 崇, 大木義路, 深川一成, 西川宏之, 渡辺英紀, 及川将一, 神谷富裕, 荒川和夫: "イオンマイクロビーム照射によるシリカガラスの微細構造変化、"第51回応用物理学関係連合講演会講演予稿集 No.2,28p-ZT-6/II. No.2. 984 (2004)