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» 2022年06月01日 10時30分 公開

可視光で動作、有機電気光学ポリマー光変換器を開発立体ディスプレイなどに応用

情報通信研究機構(NICT)未来ICT研究所は、可視光で動作する有機電気光学ポリマーを開発し、これを用いて作製した光変調器が、波長640nm(赤色)で動作することを確認した。

[馬本隆綱,EE Times Japan]

可視光域での吸収を大幅に抑えるよう、EO分子の構造を設計

 情報通信研究機構(NICT)未来ICT研究所は2022年5月、可視光で動作する有機電気光学ポリマーを開発し、これを用いて作製した光変調器が、波長640nm(赤色)で動作することを確認したと発表した。立体ディスプレイやスマートグラスなど、次世代表示デバイスへの応用が可能とみている。

 光変換器は、電気信号を光信号に変換するためのデバイス。電気光学(EO)効果を持つ色素分子を結合・分散させた有機電気光学ポリマーは、無機誘電体のEO材料「LN(ニオブ酸リチウム)」と比較し、大きな電気光学係数と高速化に対応できるという特長があり、加工性にも優れている。ところが、これまでのEOポリマーを用いた光変換器は、可視光域(波長380〜780nm)での吸収損失が大きく、「波長1550nmなど近赤外光でしか利用できない」といった課題があった。

 そこで研究グループは、これまで蓄積してきた測定技術と分子設計技術をベースに、可視光域での吸収損失が小さく、高い電気光学係数を持つEOポリマーを開発した。具体的には、EO分子の構造を短く曲がりにくく設計した。これにより可視光域での吸収を、従来のEOポリマーと比べ2万分の1以下に抑えることができたという。

 新たに開発したEOポリマーを用いて、マッハ・ツェンダー型干渉計構造を設計し、微細加工プロセスを用いて光変調器を作製した。可視光域で動作させるには従来の光変調器より、導波路のサイズを小さくする必要があるため、リッジ型導波路を採用した。

可視光用EOポリマー光変調器の概略図と断面図(クリックで拡大) 出所:NICT

 開発した光変調器に電気信号を加えて、出射光の変調動作を評価した。この結果、波長640nmで性能指数は0.52V・cmとなった。これまで報告されているLN光変換器やEOポリマー光変換器に比べて、動作波長が短く性能指数も3分の1以下で、極めて高い効率を実現した。

開発品とこれまで報告された従来の光変調器における動作波長および、性能指数の比較 出所:NICT

 研究グループは今後、次世代表示デバイスへの応用に向け、開発した可視光用EOポリマーを用いて光フェーズドアレイを作製し、動作実証を行う。また、立体ディスプレイなどに活用するため、緑色や青色といった赤色以外のEOポリマー開発にも取り組む予定である。

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