テラヘルツ帯半導体光源の高性能化に向けた高精度評価技術の構築

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本研究は、テラヘルツ (THz) 周波数帯における標準光源として期待される量子カスケードレーザ (QCL) について、幅広い共振器内THz電場強度におけるQCL利得および導波路応答を検証し、またそれによりQCLの開発・設計 に有用な実験的フィードバックを与えることを目的としている。これまで、Free-running動作下のQCLについてTHz利得応答を3桁におよぶ広範囲のTHz電界強度に渡って系統的に検証し、しきい値となる電界強度を境に低電界側では透過利得はレーザーのクランプ利得に近い値で一定値となり、高電界側では指数的に減少し100kV/cm付近で0となることを観測することに成功した。今年度は、引き続きその利得の変化を引き起こす内部機構について実験、シュミレーション両面から検討した。具体的にはTHz透過測定測定の際にバンドパスフィルタと高抵抗Si基盤によるTHz波減衰器を組み合わせてこれまでより広範囲の電場強度に対するTHz応答の検証をより再現性良く行えるよう系の再構築を行った。また本実験に用いたQCLの利得は単一のブロードな特性を示すことが分かっているが、一方、QCL内での多重反射を経た透過THz波のスペクトルには複数のピークが観測されていた。これらピークと横モードを含めた多モードの励起との関連性について調べるために昨年度までに構築した密度行列法による利得計算と時間領域差分法(FDTD法)を組み合わせた伝搬シュミレーションを発展させて検証を行った。