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論文

New application of NV centers in CVD diamonds as a fluorescent nuclear track detector

小野田 忍; 春山 盛善; 寺地 徳之*; 磯谷 順一*; 加田 渉*; 花泉 修*; 大島 武

Physica Status Solidi (A), 212(11), p.2641 - 2644, 2015/11

 被引用回数:6 パーセンタイル:33.5(Materials Science, Multidisciplinary)

Nitrogen-vacancy (NV) center in diamond is a luminescent point defect with applications of quantum computation and atomic scale sensors. One of the most important features of NV center is high emission rate. This enables single NV centers to be detected using a confocal laser scanning microscope. In this study, we propose a new application of NV centers as a single ion track detector. We perform 490 MeV Os ion irradiation to diamond grown by chemical vapor deposition (CVD) technique. After high temperature annealing at 1000 $$^{circ}$$C, the ion track is able to be visualized by using confocal laser scanning microscope. In short, we have successfully detected ion track in diamonds.

論文

NV centers in diamond used for detection of single ion track

春山 盛善; 小野田 忍; 加田 渉*; 寺地 徳之*; 磯谷 順一*; 大島 武; 花泉 修*

Proceedings of 11th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Applications (RASEDA-11) (Internet), p.184 - 187, 2015/11

We propose that diamond can be utilized as a new Fluorescent Nuclear Track Detector (FNTD) material. For this aim, we focus on Nitrogen Vacancy (NV) centers in diamond. One of the most important features of a NV center is a high emission rate, which enable us to observe single NV center. After high energy ion irradiation and subsequent annealing, we successfully observe Os ion tracks in various diamonds containing dense nitrogen impurity. However, Os ion track cannot be observed from diamond without nitrogen impurity. We found that the optimization of nitrogen impurity is a key issue for developing high sensitive FNTD based on diamond.

論文

Fabrication of microstructures embedded in SC-CVD diamond with a focused proton microbeam

加田 渉*; 神林 佑哉*; 三浦 健太*; 猿谷 良太*; 久保田 篤志*; 佐藤 隆博; 江夏 昌志; 神谷 富裕; 花泉 修*

Key Engineering Materials, 643, p.15 - 19, 2015/05

Micro-processing procedures have been extensively studied using a Proton Beam Writing (PBW) technique in order to fabricate two or three dimensional microscopic patterns in single-crystal chemical vapor deposition (SC-CVD) diamonds. In this study, various microscopic patterns were drawn on SC-CVD diamonds (3.0 mm $$times$$ 3.0 mm $$times$$ 0.5 mm IIa single-crystal) at various fluences with PBW using 0.75 and 3 MeV proton beams. The beam conditions of PBW other than the beam energy were as follows; a beam size of 1 $$mu$$m, a scanning area of 800 $$mu$$m $$times$$ 800 $$mu$$m and beam current of up to 100 pA. From the result of the observations based on the optical and electrical modification of SC-CVD, the microscopic patterns were fabricated in the diamonds by the micro-processing procedure varying fluence and beam energy. This result demonstrated that the micro-processing procedure with PBW enables us to fabricate the two or three dimensional microscopic patterns, which are optically and electrically modified, in SC-CVD diamonds by optimizing fluence and beam energy.

論文

Development of diagnostic method for deep levels in semiconductors using charge induced by heavy ion microbeams

加田 渉*; 神林 佑哉*; 岩本 直也*; 小野田 忍; 牧野 高紘; 江夏 昌志; 神谷 富裕; 星乃 紀博*; 土田 秀一*; 児島 一聡*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 348, p.240 - 245, 2015/04

 被引用回数:4 パーセンタイル:40.75(Instruments & Instrumentation)

Deep level defects in semiconductors act as carrier traps Deep Level Transient Spectroscopy (DLTS) is known as one of the most famous techniques to investigate deep levels. However, DLTS does not well work for samples with high resistivity. To overcome this issue, DLTS using charge generated by ion incidence was proposed. Recently, we developed a deep level evaluation system based on Charge Transient Spectroscopy using alpha particles from $$^{241}$$Am (Alpha Particle Charge Transient Spectroscopy: APQTS) and reported the effect of deep levels in 6H SiC pn diodes generated by electron irradiation on the characteristics as particle detectors. In this study, we report the development of Charge Transient Spectroscopy using Heavy Ion Microbeams (HIQTS). The HIQTS can detect deep levels with micron meter spatial resolution since microbeams are applied. Thus, we can clarify the relationship between deep levels and device characteristics with micron meter resolution. When a 6H-SiC pn diode was irradiated with 12 MeV-oxygen (O) ions at 4$$times$$10$$^{9}$$ and 8$$times$$10$$^{9}$$ /cm$$^{2}$$, the charge collection efficiency (CCE) decreased to 71 and 52%, respectively. HIQTS signals obtained from those damaged regions using 15 MeV-O microbeams increased at measurement temperature ranges above 350 K, and the signals are larger with increasing 12 MeV-O ion fluence.

論文

Development of embedded Mach-Zehnder optical waveguide structures in polydimethylsiloxane thin films by proton beam writing

加田 渉*; 三浦 健太*; 加藤 聖*; 猿谷 良太*; 久保田 篤志*; 佐藤 隆博; 江夏 昌志; 石井 保行; 神谷 富裕; 西川 宏之*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 348, p.218 - 222, 2015/04

 被引用回数:6 パーセンタイル:54.79(Instruments & Instrumentation)

The Mach-Zehnder (MZ) optical structures were previously fabricated in a Poly-methyl-methacrylate (PMMA) thin film by Proton Beam Writing (PBW). The enhancement of optical transmittance in the structures is, however, required for industrial use. In this study, the MZ optical waveguides have been fabricated in a poly-dimethyl-siloxane (PDMS) thin film which has the higher optical permeability. The PDMS films were spin-coated on a silicon wafer (40 $$times$$ 20 $$times$$ 0.5 mm$$^3$$) with a thickness of approximately 30 $$mu$$m. The MZ waveguides were drawn by a 750 keV proton microbeam of 1$$mu$$m in diameter having the penetration depth of 18 $$mu$$m with fluence of 40-100 nC/mm$$^2$$. The beam writing was carried out combining an electric scanner and a mechanical sample-stage. The observation of the single-mode light propagation of 1.55 $$mu$$m fiber-laser in the MZ waveguides indicated that the optical transmittance have been successfully enhanced using PDMS.

論文

Mach-Zehnder polymer waveguides fabricated using proton beam writing

三浦 健太*; 佐藤 隆博; 石井 保行; 江夏 昌志; 桐生 弘武*; 小澤 優介*; 高野 勝昌*; 大久保 猛; 山崎 明義; 加田 渉; et al.

JAEA-Review 2012-046, JAEA Takasaki Annual Report 2011, P. 126, 2013/01

In this study, a PMMA-based MZ waveguide was fabricated utilizing PBW to develop a thermo-optic switch. A 10-$$mu$$m-thick PMMA film was firstly spin-coated onto the 15 $$mu$$m SiO$$_2$$ film as the under cladding. Cores of a MZ waveguide with 8 $$mu$$m width were secondary drawn at the dose of 100 nC/mm$$^2$$ in the PMMA film using PBW with H$$^+$$ beam of the size of $$sim$$1.1 $$mu$$m and beam current of $$sim$$50 pA at 1.7 MeV. The MZ waveguide was drawn by symmetrically coupling two Y junctions and its branching angle was set to 2$$^circ$$ to reduce optical branching loss. Finally a 10-$$mu$$m-thick PMMA film was deposited again on the sample as an upper cladding by spin-coating. The mode-field diameter of near field patterns with about 10 $$mu$$m width was observed at $$lambda$$= 1.55 $$mu$$m on the basis of a fundamental mode without no higher-order modes which required to develop our objective MZ type thermo-optic switch for optical-fiber telecommunication. The result of the observation showed that the PMMA-based single-mode MZ waveguide for $$lambda$$= 1.55 $$mu$$m was successfully fabricated using PBW. As the next step to develop the optical switch, we will form a Ti thin-film heater and A$$ell$$ electrodes on the MZ waveguide using photolithography and wet-etching processes.

論文

Fabrication of Mach-Zehnder polimer waveguides by a direct-drawing technique using a focused proton beam

三浦 健太*; 佐藤 隆博; 石井 保行; 桐生 弘武*; 小澤 優介*; 江夏 昌志; 高野 勝昌*; 大久保 猛; 山崎 明義; 加田 渉; et al.

Key Engineering Materials, 534, p.158 - 161, 2013/00

 被引用回数:5 パーセンタイル:92.66

We develop a thermo-optic switch of the Mach-Zehnder type polymer waveguide using proton beam writing (PBW). In this study, we succeeded in near field pattern Mach-Zehnder type single mode polymer waveguides at a wavelength of 1550 nm. The samples for the waveguides were composed with a 15-$$mu$$-thick under-cladding layer of SiO$$_2$$ deposited on a Si substrate using radio-frequency sputtering and a 10-$$mu$$m-thick PMMA film spin-coated onto the SiO$$_2$$ layer as a core layer. We wrote Mach-Zehnder type waveguides having a width of 8 $$mu$$m on the PMMA layer by PBW with a beam size of $$sim$$1 $$mu$$m and a beam current of 50 pA. After this writing, the 10-$$mu$$m-thick-PMMA layer was deposited again as an upper-cladding layer by spin-coating. In the observation of these waveguides, the light of laser of 1550-nm wavelength was injected into one side of the waveguide through a single-mode fiber. From the observation of the light emitted from the opposite side of the waveguides, near field patterns was observed using a vidicon camera with an optical microscope. The observation result demonstrated that the light traveled by single mode in the Mach-Zehnder type polymer waveguide. In the conference, we will report the development of the Mach-Zehnder type polymer waveguide in detail. In addition, the thermo-optic switch at the wavelength of 1550 nm by the Mach-Zehnder type polymer waveguide will also be briefly reported.

論文

Fabrication of Y-junction waveguides using proton beam writing

三浦 健太*; 佐藤 隆博; 石井 保行; 江夏 昌志; 上原 政人*; 桐生 弘武*; 高野 勝昌*; 大久保 猛; 山崎 明義; 加田 渉; et al.

JAEA-Review 2011-043, JAEA Takasaki Annual Report 2010, P. 126, 2012/01

We develop optical waveguides using Proton Beam Writing (PBW). In this study, Y-junction PMMA film waveguides at 1.55 $$mu$$m were fabricated using PBW. First, an SiO$$_2$$ film was deposited as an under-cladding on an Si substrate using radio-frequency sputtering. After a PMMA film was spin-coated on the SiO$$_2$$ film, the sample was baked at 120 $$^{circ}$$C. The thickness of PMMA film became 10 $$mu$$m by repeating these processes twice. Next, a Y-junction waveguides with the width of 8 $$mu$$m and branching angle of 2 $$^circ$$ were drawn in the PMMA film on the condition of the dose of 100 nC/mm$$^2$$ using PBW having a 1.7 MeV proton beam with the current of 10 pA and the size of about 1 $$mu$$m. Finally, a 10-$$mu$$m thick PMMA film was deposited again on the sample as an upper-cladding layer by spin-coating. The observation of an optical microscope showed that an objective Y-junction was successfully drawn using PBW. To observe near field patterns (NFPs), the laser light of wavelength at 1.55 $$mu$$n was injected through a single-mode fiber (SMF) from one side of the edge of the waveguide cleaved both sides of the sample. The two independent NFPs were observed form each branching waveguide using a vidicon camera at the opposite side of the waveguide. The observation result of the two NFPs with an optical power intensity ratio of 1:0.98 demonstrated that the light of 1.55 $$mu$$m was divided at almost equal ratio by this Y-junction.

論文

Fabrication of polymer optical waveguides for the 1.5-$$mu$$m band using focused proton beam

三浦 健太*; 町田 裕貴*; 上原 政人*; 桐生 弘武*; 小澤 優介*; 佐々木 友之*; 花泉 修*; 佐藤 隆博; 石井 保行; 江夏 昌志; et al.

Key Engineering Materials, 497, p.147 - 150, 2012/00

 被引用回数:7 パーセンタイル:96.61

Proton beam writing (PBW) is an attractive technique for next-generation micro-fabrication. We study the fabrication of optical waveguides of polymer materials using PBW. In this study, the optical waveguides of photorefractive polysilane "GLASSIA" was fabricated. The samples for the waveguides were prepared as follows; (1) An under-cladding layer of SiO$$_2$$ having a thickness of $$sim$$15 $$mu$$m was deposited on a Si substrate using radio-frequency sputtering. (2) A polysilane layer having a thickness of $$sim$$10 $$mu$$m was spin-coated onto the SiO$$_2$$ layer as a core layer. Optical waveguides were drawn by scanning a 1.7 MeV focused proton beam with $$sim$$1 $$mu$$m size and beam current of 50 pA which was produced by a submicron focused ion beam system connected with the 3 MV single-ended accelerator at JAEA. The drawing was carried out on the dose of 100, 200, 300 nC/mm$$^2$$ each. After the drawing, the sample surfaces were observed using an optical microscope and AFM. The observation result showed that the refractive index was changed and the cores of the waveguides were formed. We will report the details of above observation results in the conference. The change ratio of the refraction index will also be reported on the basis of the obtained result by inserting light ($$lambda$$ = 1.55 $$mu$$m) into the waveguide structure through a single-mode fiber.

論文

Fabrication of polymer optical waveguides for the 1.5-$$mu$$m band using focused proton beam

三浦 健太*; 町田 裕貴*; 上原 政人*; 桐生 弘武*; 小澤 優介*; 佐々木 友之*; 花泉 修*; 佐藤 隆博; 石井 保行; 江夏 昌志; et al.

Key Engineering Materials, 497, p.147 - 150, 2011/12

 被引用回数:6 パーセンタイル:2.48

Single mode straight waveguides for a wavelength of 1.55-$$mu$$m were, so far, fabricated using a proton beam writing (PBW) technique. We report the fabrication of Y-junction polymer waveguides with a polymethyl methacralate (PMMA) layers as the expansion of these straight waveguides using PBW in the conference. The PMMA layers consisted of an under-cladding layer of SiO$$_2$$ having a thickness of $$sim$$ 15-$$mu$$m deposited on an Si substrate, a PMMA layer having a thickness of $$sim$$ 10-$$mu$$m spin-coated onto the SiO$$_2$$ layer and a Y-junction waveguide with a width of 8-$$mu$$m in a PMMA core layer. The Y-junction waveguides with the angle of 2$$^{circ}$$ were drawn using the 1.7 MeV proton beam with 1-$$mu$$m in diameter and a beam current of 10 pA for a dose of 100 nC/mm$$^2$$. After spin-coating the PMMA layer with $$sim$$ 10-$$mu$$m thickness as an upper cladding on the irradiated PMMA layer, the near field pattern (NFP) of an 8-$$mu$$m-width Y-junction waveguide was observed using a tunable-wavelength laser. The observation showed that the fabrication of waveguide was succeeded because its waveguide was single mode and the intensity ratio between the two outputted lights was the almost same; 1:0.96. We also briefly report the next plans of the measurement of the refractive indices of proton-irradiated PMMA and SiO$$_2$$ films and the fabrication of a thermo-optic polymer switch based on a Mach-Zehnder interferometer waveguide.

論文

Design and fabrication of novel photonic crystal waveguide consisting of Si-ion implanted SiO$$_{2}$$ layers

Umenyi, A. V.*; 本美 勝史*; 川尻 慎也*; 品川 晃祥*; 三浦 健太*; 花泉 修*; 山本 春也; 井上 愛知; 吉川 正人

Key Engineering Materials, 459, p.168 - 172, 2011/04

有限差分時間領域法(FDTD法)により、光通信で使われる波長1.55$$mu$$m領域を対象とした新たな光導波路を設計した結果、円孔の径を465nm、周期を664nmとした三角格子フォトニック結晶導波路が有効であることが予測された。そこで、400kVイオン注入装置を用い、照射エネルギー:80keV,照射量:1$$times$$10$$^{17}$$ion/cm$$^{2}$$の条件の下、Siイオンを熱酸化により形成されたSi基板上のSiO$$_{2}$$層に注入して導波路のコアとなる高屈折層を形成した。電子ビームレジストを塗布してEB描画装置で設計パターンを描画したフォトニック結晶表面を原子間力顕微鏡(AFM)を用いて調べた結果、円孔の径が466nm、周期が666nmとなり、設計値どおりのフォトニック結晶導波路が作製できていることが確認できた。

口頭

Siイオンを注入した石英板からの青色発光帯の観測と発光強度のアニール温度依存性

三浦 健太*; 種村 豪*; 花泉 修*; 山本 春也; 高野 勝昌; 杉本 雅樹; 吉川 正人

no journal, , 

溶融石英板にSiイオンを注入し、その後アニール処理を行うことでSiナノ結晶を作製した。Siイオンの注入実験は、イオン照射研究施設(TIARA)にて行った。Siイオン照射条件は、エネルギー80keV,照射量1$$times$$10$$^{17}$$ions/cm$$^{2}$$とし、室温で照射した。イオン注入後のアニール処理は、群馬大学内の電気炉により空気中で25分間行った。アニール温度は、1100$$^{circ}$$C, 1150$$^{circ}$$C, 1200$$^{circ}$$Cの3種類とした。これらの試料をHe-Cdレーザ(波長325nm)にて励起し、室温におけるPLスペクトルを測定したところ、すべての試料において、波長400nm付近をピークとする青色発光スペクトルが観測された。今回作製した試料においてはアニール温度1200$$^{circ}$$Cでピーク強度が最大になり、その強度は、アニール温度1100$$^{circ}$$Cの試料でのみ観測される長波長側のピークに対し、約4.2倍であった。この発光は、Siナノクリスタルと溶融石英基板界面の遷移層からの発光であると考えられた。

口頭

Observation of blue light emission from Si ion implanted fused silica substrates

三浦 健太*; 種村 豪*; 花泉 修*; 山本 春也; 高野 勝昌; 杉本 雅樹; 吉川 正人

no journal, , 

Siイオンを注入した石英基板は、1100$$^{circ}$$Cのアニールによって赤色から近赤外域の発光を示し、しかも100cm$$^{-1}$$という大きな光利得が観測されていることから、Si系発光デバイスへの応用が期待できる。そこで今回は、TIARA内のイオン注入装置を用い、溶融石英基板(10mm$$times$$10mm$$times$$1mmt)に室温でSiイオンの注入を行った。注入エネルギーは80keVとし、注入量は1$$times$$10$$^{17}$$ions/cm$$^{2}$$とした。注入後、同一試料をダイヤモンドワイヤーソーで4分割し、そのうち3試料を電気炉にて1100$$^{circ}$$C, 1150$$^{circ}$$C, 1200$$^{circ}$$Cで25分間のアニールを行った。波長325nmのHe-Cdレーザにて励起したところ、この3つの試料すべてから、これまで観測されていなかった青色のフォトルミネッセンスが発現することを見いだした。発光ピーク波長は400nm付近であり、アニール温度によらず、ほぼ一定であった。1150$$^{circ}$$C以上のアニールにより、アニール温度1100$$^{circ}$$Cの試料から見られる従来の長波長側の発光ピークを抑制し、青色発光ピークのみを発現させることができた。今回の実験では、このピーク強度はアニール温度1200$$^{circ}$$Cで最大となった。

口頭

Siイオンを注入した石英基板からの青色発光

三浦 健太*; 種村 豪*; 本美 勝史*; 花泉 修*; 山本 春也; 高野 勝昌; 杉本 雅樹; 吉川 正人

no journal, , 

溶融石英板にSiイオンを注入し、その後アニール処理を行うことでSiナノ結晶を作製した。Siイオンの注入実験は、イオン照射研究施設(TIARA)にて行った。Siイオン照射条件は、エネルギー80keV,照射量1$$times$$10$$^{17}$$ions/cm$$^{2}$$とし、室温で照射を行った。Siイオンを注入した1枚の溶融石英基板(10mm$$times$$10mm$$times$$1mm$$^{t}$$)をダイヤモンドワイヤーソーで4分割し、それぞれ1100$$^{circ}$$C, 1150$$^{circ}$$C, 1200$$^{circ}$$C, 1250$$^{circ}$$Cでアニールを行った。アニール処理は電気炉により空気中で行った。アニール時間はいずれも25分間とした。これら4つの試料をHe-Cdレーザ(波長325nm)にて励起し、室温におけるフォトルミネッセンススペクトルを測定したところ、すべての試料において、波長400nm付近をピークとする青色発光スペクトルが観測された。この波長をピークとする発光は、Siイオンを注入した石英材料からはこれまで観測されていなかった。1150$$^{circ}$$C以上のアニールにより、青色発光ピークのみを発現させることができ、このピーク強度は、アニール温度1200$$^{circ}$$Cで最大となった。

口頭

プロトンビーム描画による波長1.5$$mu$$m帯用PMMA導波路の試作

三浦 健太*; 町田 裕貴*; 上原 政人*; 花泉 修*; 石井 保行; 佐藤 隆博; 高野 勝昌; 大久保 猛; 山崎 明義; 井上 愛知; et al.

no journal, , 

プロトンビーム描画(Proton Beam Writing: PBW)は、次世代の微細加工技術として注目されているが、PMMAへのプロトン照射による屈折率向上効果を利用することによって、光導波路形成への応用も可能である。今回われわれは、PBWを利用したPMMA導波路を提案し、8$$sim$$13$$mu$$mで、長さ10mm程度の直線導波路を6種類試作した。波長1.55$$mu$$mで伝搬長$$sim$$6mmの光を導波路に導入し導波路の状態を評価した。試作した導波路のうち幅8$$mu$$mのもので、波長1.55$$mu$$mの光伝搬(シングルモード)を確認でき、光導波路として良好であることもわかった。発表では光導波路の構造,製作方法、及び観察結果について報告する。

口頭

UV and visible light emitting fused-silica substrates fabricated by Si-ion implantation

Umenyi, A. V.*; 本美 勝史*; 三浦 健太*; 花泉 修*; 山本 春也; 井上 愛知; 吉川 正人

no journal, , 

近年、量子閉じ込め効果を利用したSi系発光材料が注目され、その一種であるSiナノクリスタルは、SiとSiO$$_{2}$$との同時スパッタ,SiO$$_{2}$$媒質へのSiイオン注入等の手法により作製されている。本研究では、溶融SiO$$_{2}$$基板へのSiイオンの照射量を変えることによって、紫外域である波長370nm付近に発光ピークが発現することを新たに見いだしたので報告する。溶融SiO$$_{2}$$基板へのSiイオン注入は、原子力機構・TIARA内の400kVイオン注入装置を用いて行った。Siイオン照射条件は、エネルギー80keV,照射量$$sim$$2$$times$$10$$^{17}$$ions/cm$$^{2}$$とし、室温で照射を行った。試料を1100$$sim$$1250$$^{circ}$$Cでアニール処理後に励起光源としてHe-Cdレーザ(波長325nm)を使用したフォトルミネッセンス(PL)スペクトルを測定した。その結果、アニール温度によらず、波長370nm付近をピークとする紫外発光ピークが観測され、そのピーク強度は、アニール温度1250$$^{circ}$$Cで最大となることを見いだした。本研究で見いだされた紫外発光ピークは、単一の発光ピークであるため新たな紫外発光材料・基板としての応用が期待できる。

口頭

Siイオン注入による紫外発光する石英基板の作製と高温アニールによる発光強度の増大

三浦 健太*; 本美 勝史*; 花泉 修*; 山本 春也; 杉本 雅樹; 吉川 正人; 井上 愛知

no journal, , 

近年、量子閉じ込め効果を利用したSi系発光材料が注目され、その一種であるSiナノクリスタルは、SiとSiO$$_{2}$$との同時スパッタ,SiO$$_{2}$$媒質へのSiイオン注入等の手法により作製されている。本研究では、溶融SiO$$_{2}$$基板へのSiイオンの照射量を変えることによって、紫外域である波長370nm付近に発光ピークが発現することを新たに見いだしたので報告する。溶融SiO$$_{2}$$基板へのSiイオン注入は、TIARA内の400kVイオン注入装置を用いて行った。Siイオン照射条件は、エネルギー80keV,照射量2$$times$$10$$^{17}$$ions/cm$$^{2}$$とし、室温で照射した試料を1100, 1200, 1250$$^{circ}$$Cでアニール処理後にフォトルミネッセンス(PL)スペクトルを測定した結果、アニール温度によらず、波長370nm付近をピークとする紫外発光ピークが観測され、そのピーク強度は、アニール温度1250$$^{circ}$$Cで最大となることを見いだした。本研究で見いだされた紫外発光ピークは、単一の発光ピークであるため新たな紫外発光材料・基板としての応用が期待できる。

口頭

Fabrication of polymer optical waveguides using proton beam writing

町田 裕貴*; 上原 政人*; 三浦 健太*; 花泉 修*; 石井 保行; 佐藤 隆博; 高野 勝昌; 大久保 猛; 山崎 明義; 井上 愛知; et al.

no journal, , 

Development of a polymer optical switch using planer polymer waveguides has been recently of importance in the field of optical fiber communication in order to reduce the size of an optical switch and optical loss in a waveguide. The straight planer polymer waveguides with core sizes from 2 to 16 $$mu$$m in the interval of 2 $$mu$$m were fabricated by irradiating the PMMA films using Proton Beam Writing (PBW) with 1.7 MeV proton beam of about 1 $$mu$$m in diameter as a preliminary study. The observation of the near-field patterns using a vidicon camera showed that the straight waveguides with core sizes of 10 $$mu$$m or less worked as a single-mode waveguides of 1550 nm. We report the fabrication method of the planer polymer waveguides of irradiating straight lines using PBW in PMMA films spin-coated on a Si substrate covered with SiO$$_2$$ in the conference. The results of the fabrication of the straight polymer waveguides and the observation of near-field patterns are also explained in the symposium. In the next studies, a thermo-optic polymer switch based on a Mach-Zehnder interferometer waveguide will be fabricated after the measurements of the refractive indices of proton-irradiated PMMA films and SiO$$_2$$ layers.

口頭

プロトンビーム描画による波長1.5$$mu$$m帯用シングルモードPMMA導波路

三浦 健太*; 町田 裕貴*; 上原 政人*; 花泉 修*; 石井 保行; 佐藤 隆博; 高野 勝昌; 大久保 猛; 山崎 明義; 井上 愛知; et al.

no journal, , 

プロトンビーム描画(Proton Beam Writing: PBW)は、近年、次世代の微細加工技術として注目されているが、その一方で、新たな光導波路描画技術としても知られている。これまでにPMMAへのプロトン照射による屈折率向上効果を利用することによって、マスクレスでPMMA導波路を直接描画する試みが報告されており、可視波長(632.8nm)でシングルモードとなるチャネル導波路も試作されている。しかしながら、これまで、この手法では、光通信波長帯(波長1.5$$mu$$m帯など)での動作を目指した検討は行われていなかった。そこでわれわれは、PMMA薄膜へのPBWによる直接描画による、波長1.5$$mu$$m帯用の光導波路デバイスの実現を目指している。今回われわれは、PBWを利用したPMMA導波路として、新たに提案,試作し、長さ10mm程度の直線導波路を作製,評価したところ、波長1.55$$mu$$mの光伝搬(シングルモード)を確認できたので、報告する。

口頭

プロトンビーム描画による波長1.5$$mu$$m帯用PMMA導波路の試作,2

三浦 健太*; 町田 裕貴*; 上原 政人*; 花泉 修*; 石井 保行; 佐藤 隆博; 高野 勝昌; 大久保 猛; 山崎 明義; 井上 愛知; et al.

no journal, , 

本研究は集束プロトンビーム描画(Proton Beam Writin、PBW)を用いてPMMAの照射部の改質を行うことで、小型かつ、省出力で動作する光スイッチの製作を目的としている。これまでに、PBWを用いてPMMAの導波路を試作し、波長1.55$$mu$$mにおけるシングルモード伝搬を初めて実証した。今回コア幅を4$$sim$$16$$mu$$mの範囲で変えた複数のPMMA直線導波路を同一基板上に作製し、シングルモードとマルチモードの境界になる幅を実験から特定することによって、この導波路構造におけるシングルモード条件を明らかにしたので報告する。具体的にはコア幅を、4$$sim$$16$$mu$$mの範囲で2$$mu$$m刻み(設定値)で変えた導波路の製作と、波長1.55$$mu$$mにおける幅8$$mu$$mの導波路の近視野像(基本モード)及び幅10$$mu$$mの導波路の近視野像(高次モード)の観察結果を示す。この結果から、PMMA導波路がシングルモードとなる幅の最大値は、8$$sim$$10$$mu$$mの範囲であることがわかった。発表ではこれに加えて、これらの導波路の伝搬損失の評価やコア層の厚さの最適化に関しても言及する。

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