紫外線感応樹脂を用いて形成した誘電体導波路を具備するGaP結晶からのテラへルツ波発生高効率化

摘要

ガリウムリン(GaP)結晶は非線形光学効果による差周波発生を用いたテラへルツ波(THz波)光源結晶として、室温で0.5THz～6.0THzまでの広帯域な発生特性を示し、高い損傷しきい値を持つことからTHz波の実用化に向けて非常に有用である。また、結晶の厚さが発生するTHz波と同程度であるようなスラブ型導波路を具備したGaP結晶を用いることにより、二つの近赤外励起光とTHz波が結晶内で常に同軸であるようなコリニア位相整合での発生が可能となる。このため、バルク状GaP結晶におけるノンコリニア位相整合に比べて高い変換効率が期待される。しかし平行平板状の結晶そのものを用いる、大気/GaP構造でのTHz波発生では階段的な屈折率の変化による出射面の拡がりや伝搬損失により結晶内からの発生THz波の取り出しは効率的ではない。本稿ではそれらの問題をコア/クラッド層の屈折率差を緩和することによって解決すべく、 GaP結晶に紫外線感応樹脂を用いたクラッド層を設けた誘電体/GaP構造を提案し、そのTHz波発生高効率化ついて述べる。%Terahertz (THz) wave generation from various Gallium Phosphide (GaP) waveguides has been reported. The present THz generation was based on collinear phase matched difference frequency generation method (DFG) via waveguide effects. Collinear phase matched DFG is attractive in view of compact and highly efficient THz generator. We fabricated dielectric polymer/GaP waveguide structures and THz generation characteristics were shown. THz generation features of this waveguide structure is superior to that of the conventional Air (as a clad)/GaP (as a core) structure. In conventional Air/GaP structure, THz wave extraction from inside the GaP is not efficient due to the internal total reflection in addition with the high propagation loss and large beam divergence angle. In order to overcome these problems, refractive index difference between core and cladding layer should be reduced, then refractive index will change gradually from GaP crystal to air. This waveguide structure was realized by the addition of cladding layer on GaP. Cladding layer is made of UV sensitive polymer for the fabrication of patterned waveguide structures. This has advantage on appropriate refractive index (1.15～1.20) and high transparency (70%～90%) in THz region.