カーボンナノチューブを利得媒体とするフォトニック結晶共振器レーザーの開発

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直接遷移型バンド構造を有する半導体的単層カーボンナノチューブは光通信波長帯で発光を示す。本研究ではこのナノチューブと共振器とを光結合させて室温でレーザー発振することを目指している。このためには１）ナノチューブ試料における光利得を高める工夫と２）共振器の局在道はモードと共振器モードをナノチューブの吸収・発光のそれぞれに同調させることを提案している。研究の初年度はナノビーム共振器において孤立架橋ナノチューブと光結合させることに成功し、ナノチューブ発光の８５％近くをナノビーム共振器に取り込ませることに成功した。一方で、シリコンフォトニック結晶共振器においてはフォトニックバンドギャップ外にある局在導波路モードをフォトニックバンドギャップ内にある共振器モードが空孔サイズ、格子定数などの設計値に応じて意のままに制御できることを世界で初めて示した。これらは、ナノチューブが１）ナノ光源として有力であり２）シリコンフォトニック結晶などの共振器構造と極めて相性が良いことを強く支持する結果である。初年度の結果を基に、幾つかのカイラル指数のナノチューブを狙って共振器構造を作成し、さらに飛躍的に光結合効率を高められることを今後実証していきたい。