結言 - ポリマー材料を用いたマッハツェンダー導波路型光スイッチの作製及び評価

本研究ではポリマー材料のPDMSとポリイミド着目し、これらにμプロトンビームを照射した際に照射部の屈折率が増加する特性を活かし、PBW技術を用いて波長1.55 μm帯において動作する光スイッチ、ならびにシングルモードでの導波が可能な導波路の作製及びその評価を試みた。

第2章ではPDMSへPBW技術を用いた導波路作製を行った。過去の研究からPBWにおいて低照射量での導波路作製ではマルチモード導波路になる可能性が指摘された。そこで、高い照射量での導波路作製を行った際にシングルモード導波路の作製が行えるかの確認を行った。その結果、照射量60 nC/mm²から400 nC/mm²の範囲で180 nC/mm²を除きシングルモード導波路が作製されたことを確認した。

また、作製した導波路がPDMSの特性の一つである柔軟性を活かした状態を許容できるかの確認のため導波路の一部を曲げた状態での光導波の確認を行った。その結果、導波路の一部に曲げがある状態においても光導波が行われていることを確認した。

第3章では光スイッチとしての動作を持たせるための位相シフタの作製条件の最適化や、

最適化した位相シフタによる光スイッチとしての動作確認を行った。その結果、位相シフタ作製の手段としては熱が発生しにくいスパッタリング法、位相シフタの材料としてヒータ、電極共にTiを使用したものが設計値と最も差が少ないI-V特性を示した。

また、Ti により構成された位相シフタによる光スイッチとしての動作確認では、近視野像の光点の変化から印加電力1 W程度から熱による光スイッチとしての動作が行われることを確認した。しかし、PDMS 上に作製した位相シフタは電圧印加時のプローブなどでの破損が確認される。

そこで、今後の予定としてはPDMSとの親和性が高い金属の選定や作製方法を検討を行う必要がある。

また、光スイッチにおいても印加電力が目標値の30 mWと比べて非常に大きくなってしまったことから位相シフタのサイズや、配置する位置の最適化を検討していく必要がある。

第4章ではPDMSの課題を解決する材料としてポリイミドに着目した導波路作製を行った。PDMSの条件やSRIMによるシミュレーション結果を基に導波路の作製を試みたが、

照射直後には確認できた黒い線状の導波路と思わしきものが時間経過で消失することや、

照射部の変化がPDMSほど強くないため導波路の観察が困難であったが、導波路部に印を付けるなどの工夫を行うことで、一部試料での導波路の表面観察や、近視野像の確認を行い、ポリイミドにPBWを行うことでシングルモード導波路の作製が行えることを確認した。

今後の課題としては試料作製条件やPBW条件の最適化を行い、表面観察や近視野像の確認を行いやすいような試料作製を行う必要がある。

謝辞

本研究を行うに当たり、研究環境の提供及び丁寧かつ的確な助言で終始お世話になりました花泉修教授、三浦健太准教授、加田渉助教授の皆様に心よりの感謝を申し上げます。

PBW技術を使用した光デバイスの共同研究を行うに当たり、お忙しい中試料の作製、分析をしていただいた日本原子力開発機構の佐藤隆博氏、江夏昌志氏、石井保行氏、神谷富裕氏、八巻氏、木全氏、関係各位の皆様に心より感謝いたします。

本研究との共同研究を行うにあたり、多くの助言や協力をしていただいた芝浦工業大学の西川宏之教授、OBの加藤聖氏、池田篤弘氏、修士2年の佐野遼氏に心より感謝いたします。

本研究を行うに当たり研究環境の提供および多くの助言をしていただいた技術専門職員の野口克也氏に心より感謝いたします。

本研究を行うに当たり共に研究を行い、また、多くのご指導を頂いた本研究室の OB の久保田篤子氏、狩野圭佑氏に心より感謝いたします。

本研究を行うに当たり共に研究を行った、修士1年の新木潤氏、学部4 年の阿久津尚紀氏、三浦聡氏に心より感謝いたします。

本研究を行うにあたり様々な面でご助力いただき、研究室での研究生活を有意義な物にしていただいた同研究室の先輩方や同学年の皆様、後輩の皆様に心より感謝いたします。

本研究は多くの方々のご指導とご厚意の上で行われたものであり、この項を借りまして、

改めて関係者諸氏に感謝とお礼の気持ちを申し上げます。

参考文献

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ドキュメント内ポリマー材料を用いたマッハツェンダー導波路型光スイッチの作製及び評価 (ページ 65-68)