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2次元フォトニック結晶面発光レーザーの理論的研究

二维光子晶体面发射激光器的理论研究

基本信息

批准号：
16760038
负责人：
宮井英次
金额：
$ 2.05万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2006
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16760038/
关键词：
フォトニック結晶半導体レーザー面発光レーザー光波解析

项目摘要

フォトニック結晶のバンド端における零群速度効果を利用することにより、大面積単一モードレーザー発振が可能となる。この性質により、高出力動作のほか、従来の半導体レーザーにはない自由度の高いビームパターン制御を実現できる。フォトニック結晶レーザーでは発振に選ばれるモードはほぼ1つに絞られているが、サンプルによっては多モード発振するものがある。通常の発振モードと異なるモードは、バンド端ではなく非バンド端における零群速度効果に起因して発振していると考えられている。そこで、発振モード選択性を向上させ、安定動作を確保するため、この非バンド端モードの性質を理論的に詳細に解析した。非バンド端モードでは、ある結晶軸方向に沿って光がジグザグに進行し、群速度が遅くなる。さらに、結晶軸方向を逆向きに伝搬する光とも結合できるので、3方向に進行する光がエネルギーの流れを打ち消しあい、最終的に群速度が零となる。時間領域差分(FDTD)法を用いたシミュレーションにより、非バンド端モードでは1つの結晶軸方向における光閉じ込め効果が非常に強いことが分かった。しかしながら、バンド端からずれると面垂直方向の光閉じ込めは弱くなるので、非バンド端モードではトータルのQ値は低くなる。実験的には非バンド端モードでの発振は起こっているので、零群速度以外の発振メカニズムが存在すると考えられる。そこで今回、従来無視していたTM偏波に着目した。TMモードは電場の振動方向が面に垂直であるため、面垂直方向には放射されにくい。したがって、TMモードと結合することにより、TE非バンド端モードの垂直方向の光閉じ込めが強くなり、発振に至ると予想される。これを確認するため、FDTD法により解析を行った結果、現実のデバイス構造ではTE-TM結合が起こり、非バンド端モードの垂直方向のQ値が高くなって発振している可能性が高いことが分かった。

フォトニック Crystallization のバンドEnd における Zero group speed effect を Utilization することにより、large area 単一モードレーザー発尊がpossible となる.この性により, high force action のほか, 従来の Semiconductor レーザーにはない Degree of freedom の高いビームパターンcontrol を実appears できる.ばれるモードはほぼ1つにStretching られているが、サンプルによっては多モード発尊するものがある. Normally the same as the normal one, the different one as the normal one, the normal one as the non-バンド endにおけるzero group speed effect にcause して発尊していると卡えられている. Detailed analysis of そこで, 発动モード选択性をUPさせ, stable action をENSURE するため, この无バンドEnd モードの properties を theory. The direction of the non-バンドモードでは, the direction of the crystal axis is along the direction of the light, and the group velocity is the same.さらに、The direction of the crystal axis is reversed and きに伝 is moved and the するlight is combined with できるので、3 directions are advanced行する光がエネルギーの流れを打ち eliminateしあい, the final speed of the group is zero zero. Time Domain Difference (FDTD) method is used for the FDTD method and the non-FDTD method.ドでは1つのThe direction of the crystal axis is the same as the light closing effect.しかしながら, バンドEnd からずれるとsurface vertical direction の光closure じ込めはWeak くなるので, non-バンドEnd モードではトータルのQ値はlow くなる.実験's には不バンドENDモードでの発sensitizationこっているので, the existence of the の発尊メカニズムが other than the zero group speed is the すると卡えられる.そこでThis time, I will ignore the していたTM partial wave and focus on the eyes. The vibration direction of the electric field of TM is perpendicular to the surface, and the vibration direction is vertical to the surface.したがって, TMモードと合することにより, TE non-バンドENDモードのvertical directionの光closureじ込めが强くなり、発动に到ると于愿される.これをConfirmationするため, FDTD method によりanalysis を行った results, current のデバイス structure ではTE-TM combination The vertical direction of the non-バンドENDモードのQつが高くなって発动しているpossibilityが高いことが分かった.