テラヘルツ波発生デバイスのための高屈折率材料TiO薄膜の作成

Development of a new device with contact grating for terahertz wave generation

吉田 芙美子; 田中 桃子; 永島 圭介

Yoshida, Fumiko; Tanaka, Momoko; Nagashima, Keisuke

放射性廃棄物内に含まれるCs中のCsを、Cs等の放射性同位体から高純度・高効率で分離回収するために、振動励起準位を利用した同位体分離の研究が進められている。励起にはテラヘルツ領域の光源が必要となるため、高い変換効率を持つ新しいデバイスの設計がなされた。しかし、デバイスの製作には、高い屈折率を持つ薄膜をLiNbO上に作成し、その上に回折格子を刻む必要がある。屈折率の高い材料として、ルチル構造のTiO薄膜は有望な材料の一つとしてあげられる。本研究では、屈折率が1030nmで2.5以上を持つTiO薄膜を作成することを目標とした。ルチル型のTiO薄膜は高い屈折率を持つことから光学薄膜としての応用が期待され、これまで多くの方法で膜が作成されてきた。しかし、どの方法もわれわれの目標である2.5以上の屈折率を持っていない。そこで、従来の方法とは異なる方法で膜を作成した。金属Tiを基板上に蒸着し、それを高温で酸化・結晶化することで、TiO薄膜の密度を上げた。条件を最適化した結果、1030nmで2.7の屈折率を持つ薄膜の作成に成功した。

We have proposed a new device with contact grating for intense terahertz wave generation. It is important to prepare the contact grating with a high refractive index material because high diffraction efficient is expected with higher refractive index. Therefore, we focused on TiO rutile crystal, which has the highest refractive index within oxidized materials. However, there are no TiO rutile thin films with higher refractive index than 2.5 at about 1 um. We adopted a method of oxidizing a Ti thin film, in which a Ti thin film was deposited by electronbeam evaporation and annealed in air for crystallization to a rutile crystal. Various TiO thin films were prepared under different conditions. The annealing temperature, annealing time, and heating rate of the Ti thin films were optimized to obtain a transparent TiO thin film with a high refractive index, and low coefficients of absorption and scattering. The highest refractive index was achieved by this method.