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ナノ構造半導体励起子による巨大非線形応答の実現

纳米结构半导体激子实现巨大的非线性响应

基本信息

批准号：
18860053
负责人：
小島磨
金额：
$ 1.74万
依托单位：
Kobe University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (Start-up)
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

ナノメータスケールで構造制御した半導体薄膜中に閉じ込められた励起子を対象として、100Gb/s〜1Tb/sクラスの超高速光スイッチングデバイスの実現を目標としている。薄膜の膜厚を100nm程度として、励起子を弱く閉じ込めることで、量子井戸構造などよりも非常に大きな非線形光学応答が得られる現象(非局所誘起エネルギー・サイズ二重共鳴効果)に注目している。膜厚110nmのGaAs薄膜を試料として、縮退四光波混合(Degenerate Four Wave Mixing, DFWM)法および過渡回折格子(Transient Grating, TG)法により、閉じ込め励起子の位相緩和および密度緩和を測定することで、光学非線形応答を評価した。光学非線形応答測定には、パルス幅100フェムト秒程度のパルスレーザーを用いるが、不確定性原理により40meV程度のエネルギー広がりを有する。一方、膜厚が100nm程度の場合、励起子に対する量子閉じ込め効果が小さいために、比較的狭いスペクトル領域に複数の励起子準位が存在する。したがって、閉じ込め励起子系の応答測定にフェムト秒パルスレーザーを用いた場合、複数の励起子準位が励起されることになる。複数の励起子準位が同時に励起された条件下でのDFWM信号測定では、DF脳信号の減衰時間は、非局所応答により最も光学非線形性が強い量子数が2の閉じ込め励起子によって決定されるが、複数の励起子準位が励起されたことに起因する量子ビートによる振動構造が重畳するため、パルス幅と同程度の超高速応答が出現することが明らかとなった。つまり、複数の励起子準位を励起することで、単一励起子準位の応答とは異なる、新たな光学応答を得られることを示しており、これは、励起子の光学非線形性を利用した、超高速スイッチングデバイスの実現への知見を与えるものと考えられる。

ナノメータスケールでstructural controlしたsemiconductor thin film in the closed circuit breaker, 1 00Gb/s~1Tb/s クラスのSuper high-speed light スイッチングデバイスの実 Present をtarget としている. The thickness of the film is about 100nm, the exciter is weak and closed, and the quantum well structure is very thin. The non-linear optical response to the large non-linear optical sensor is a phenomenon that attracts attention. GaAs thin film sample with a film thickness of 110nm and Degenerate Four Wave Mixing (DFWM) method using Transient Grating, TG) method is used, the phase relaxation of the closed じ込めenergized driver is used, the density relaxation is measured, and the optical non-linear response is evaluated. Optical non-linear response measurement of には, パルス width 100フェムトsecond level のパルスレーザーをUse the uncertainty principle and the 40meV degree of uncertainty principle. On the one hand, when the film thickness is about 100nm, the quantum closed effect of the driver is small, and the narrow field of comparison is the existence of the complex driver quasi-position.したがって, closed じ込めenergized screwdriver system の応Answer measurement にフェムトsecond パルスレWhen ーザーを uses いた, the plural number of ののになるされることになる. Measurement of DFWM signal and DFWM signal under the conditions of complex excitation level and simultaneous excitation. Decay time, non-local response, maximum optical nonlinearity, strong quantum number, closed circuit of 2, exciting driver,ってdetermination されるが、plural のenergizer quasi-position がactivation されたことにcause するquantum ビートによるvibration The structure is the same as the structure of the high speed and the high speed of the パルス amplitude.つまり, the plural number of の力応狠を利起することで, the single 単力丝器综合级の応Answer とはdifferentなる, the new たなoptical 応 Answer を得られることをshows しており, これは, のoptical nonlinearity of the exciting driver, した, ultra-high speed スイッチングデバイスの実成への知见を and えるものと卡えられる.