混晶半導体超格子のレーザー発振及び非線型光学応答の理論的研究

超格子半導体構造を非線形光学媒質として用いたとき、非線型感受率が大きいことが素子として極めて重要である。第1に、2次元超格子の量子井戸系の3次の非線型感受率【X^((3))】が、【10^(-2)】esuと異常に大きくなる謎を解明した。2次元系では、励起子は量子井戸の幅のゆらぎや、格子欠陥にとらえられて束縛励起子を形成する。そのとき、巨大振動子効果が働き、バルク結晶の自由励起子の系に比して数桁大きな【X^((3))】が期待され、実験事実を説明できた。第2に、O次元超格子系にあたる量子ドットや、ガラス中に折出した半導体超微結晶の示す非線型応答を理論的に解析した。励起子の重心運動のみが量子化される程度の超微結晶で適当に非共鳴の条件下では、【X^((3))】がバルクに比して約1万倍の増強が期待できる事を示した。この巨大非線形感受率を実現するには、直径60【A!゜】程度のCuCl結晶が有望と思われる。これは、励起子効果によって、超微結晶全体にわたるコヒーレントな励起が形成され、しかも、その超微結晶中に複数個の励起子を形成するときに生じる相互作用が、励起子を非線型性を示しうる非調和振動子にさせる2つの量子効果が生じた巨大非線型感受率である。第3に、半導体レーザーの注入電流を変動させることによって、そのレーザー光のコヒーレンスを制御することを理論的に解明した。まず、Good-Cavityの場合には、変調振幅を増大するとともに、モード同期に至る過程を明らかにできた。とくに、放射光の振幅と位相とを2つのオーダーパラメータとして、2つがオーダーしたモード同期状態の前段階として、振幅はオーダーしても、位相が乱雑な一つの相が存在することが確かめられた。Bad-Cavityでは、パルス発振状態の他に、2つの光カオス、すなわちローレンツカオスと準周期型カオスの存在が確かめられ、それらの特性の解析が行なわれた。よって、これを光源とするインコヒーレント分光に対する基礎づけもできた。

超格子半導体構造を非線形光学媒質として用いたとき、非線型感受率が大きいことが素子として極めて重要である。第1に、2次元超格子の量子井戸系の3次の非線型感受率【X^((3))】が、【10^(-2)】esuと異常に大きくなる謎を解明した。2次元系では、励起子は量子井戸の幅のゆらぎや、格子欠陥にとらえられて束縛励起子を形成する。そのとき、巨大振動子効果が働き、バルク結晶の自由励起子の系に比して数桁大きな【X^((3))】が期待され、実験事実を説明できた。第2に、O次元超格子系にあたる量子ドットや、ガラス中に折出した半導体超微結晶の示す非線型応答を理論的に解析した。励起子の重心運動のみが量子化される程度の超微結晶で適当に非共鳴の条件下では、【X^((3))】がバルクに比して約1万倍の増強が期待できる事を示した。この巨大非線形感受率を実現するには、直径60【A!゜】程度のCuCl結晶が有望と思われる。これは、励起子効果によって、超微結晶全体にわたるコヒーレントな励起が形成され、しかも、その超微結晶中に複数個の励起子を形成するときに生じる相互作用が、励起子を非線型性を示しうる非調和振動子にさせる2つの量子効果が生じた巨大非線型感受率である。第3に、半導体レーザーの注入電流を変動させることによって、そのレーザー光のコヒーレンスを制御することを理論的に解明した。まず、Good-Cavityの場合には、変調振幅を増大するとともに、モード同期に至る過程を明らかにできた。とくに、放射光の振幅と位相とを2つのオーダーパラメータとして、2つがオーダーしたモード同期状態の前段階として、振幅はオーダーしても、位相が乱雑な一つの相が存在することが確かめられた。Bad-Cavityでは、パルス発振状態の他に、2つの光カオス、すなわちローレンツカオスと準周期型カオスの存在が確かめられ、それらの特性の解析が行なわれた。よって、これを光源とするインコヒーレント分光に対する基礎づけもできた。