【公開日：2024.07.25】【最終更新日：2024.05.21】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
23UT1137
利用課題名 / Title
ＭＥＭＳ波長可変レーザーの原子時計応用
利用した実施機関 / Support Institute
東京大学 / Tokyo Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者）/Internal Use (by ARIM members)
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）計測・分析/Advanced Characterization
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions
キーワード / Keywords
表面処理, 形状・形態観察,膜加工・エッチング/ Film processing/etching,ダイシング/ Dicing,光学顕微鏡/ Optical microscope,MEMS/NEMSデバイス/ MEMS/NEMS device,フォトニクスデバイス/ Nanophotonics device,フォトニクス/ Photonics,量子効果/ Quantum effect
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
年吉 洋
所属名 / Affiliation
東京大学生産技術研究所
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
肖 熠,MENON Vivek
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）,技術相談/Technical Consultation
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
UT-605：塩素系ICPエッチング装置
UT-900：ステルスダイサー
UT-850：形状・膜厚・電気特性評価装置群
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
超小型原子時計のルビジウムガスを励起する光源として、静電駆動型ＭＥＭＳファブリ・ペロ外部共振器を導入した波長可変型の面発光レーザー光学系を構築した。
実験 / Experimental
化合物半導体の面発光型ハーフVCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser)の外部共振器として、貼り合わせシリコン基板の両面を微細加工して、印加電圧の静電引力によって制御可能なＭＥＭＳファブリペロ干渉計ミラーを製作した。素子製作にあたり、ＭＥＭＳプロセス後のチップを個別に切り出すステルスダイシング装置を使用した。また、製作したミラーの平坦性評価にレーザー顕微鏡を使用した。
結果と考察 / Results and Discussion
レーザーダイオードチップとＭＥＭＳミラーを接合して、Fig. 1の概念図に示すような静電駆動型のＭＥＭＳ波長可変光源を構成した。この技術により、製造時ウエハ面内の発振波長のばらつきを794.98nmに合わせ込む手法を実験的に検討した。また、発振波長の時間的揺らぎの原因として、ＭＥＭＳミラーの高次モードの振動が主たる原因であることを構造解析により突き止め、これを解決する手段として、高次モードの機械的振幅を1/10以下に抑制する手法を考案し、Fig. 2に示すような形状の可動ミラー系を製作した。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
Fig. 1 Schematic illustration of MEMS wavelength tunable laser diode (4 mm x 4 mm x 2 mm in volume)
Fig. 2 A new MEMS mirror design having small higher-mode oscillation
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
本研究は、総務省・「令和４年度から新たに実施する電波資源拡大のための研究開発に係る提案公募」による「周波数資源の有効活用に向けた高精度時刻同期基盤の研究開発」のうち「原子時計主要構成部品の小型化の研究開発」の一環として、共同研究先のsantec株式会社とともに実施した。 東京大学微細加工拠点のスタッフにはいつも丁寧な技術支援を頂いており、感謝申し上げる。
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- Vivek Anand Menon, Yi Xiao, Mohammed Saad Khan, Changdae Keun, Keiji Isamoto, Nobuhiko Nishiyama, and Hiroshi Toshiyoshi, "ACTUATOR/REFLECTOR DECOUPLING FOR REDUCED EXCITATION OF SECONDARY MECHANICAL RESONANCE MODES IN MEMS-TUNABLE VCSELS," in Proc. The 37th IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS 2024), Jan. 21-25, 2024, Austin, Texas, pp. 1075-1078.
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件