半導体の結晶特性と非線形光学効果による遠赤外光発生機構

基于半导体晶体特性和非线性光学效应的远红外光产生机制

• 批准号: 06J05304
• 负责人: 齊藤 恭介
• 金额: $ 1.79万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2008
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-06J05304/
• 关键词: 遠赤外光; 非線形光学; フォノン; GaP; 光導波路

これまで半導体GaP結晶を用いて光-フォノン相互作用に基づく遠赤外光発生の研究を行い、結晶性および結晶サイズが発生機構に影響を及ぼすことを確認している。本研究では、結晶性・非線形光学効果・導波路構造の観点に基づきフォノンの挙動を理解し、半導体結晶特性と非線形光学効果による遠赤外光発生機構の解明を目的としている。今年度は、遠赤外光閉じ込めが可能な導波路構造の作製および差周波混合における高効率遠赤外光発生について検討した。遠赤外光の2次元方向閉じ込めが可能な導波路構造としてリブ型およびフォトニック結晶導波路構造に着目した。半絶縁性GaP結晶を用いてフォトジングラフィーおよび誘導結合プラズマ反応性イオンエッチング(ICP-RIE)により各種導波路構造を形成する。リブ型導波路については、厚さ350μmのGaP基板に対して、リブ高さ200μmおよびリブ幅1mm〜200μmの構造を作製した。フォトニック結晶導波路として、直径160μmの空気円柱が格子定数200μmの三角格子配列した構造に対し、1列のみ格子配列を除いた線欠陥を導入することにより遠赤外光に対する導波路構造とした。作製した導波路構造を用いて、波長1μm帯の近赤外光を用いた差周波混合による遠赤外光発生特性の検討を行った。リブ導波路から発生した周波数位置は、導波路断面積が減少するに従い高周波数側ヘシフトした。これは導波路断面積に依存して実効屈折率が変化し、それにより位相整合条件が変化するためである。遠赤外光の発生効率は、リブ型断面積の縮小に伴って増加し、リブ幅200μmの構造においてバルクGaP結晶と比較しておよそ9倍に向上した。次に、線欠陥を導入したフォトニック結晶導波路対して遠赤外光発生を検討したところ線欠陥導波路特有の伝搬モードに基づく発生を確認した。これはリブ型導波路ではみられないフォトニック結晶導波路特有の現象である。

The effect of crystal growth mechanism on semiconductor GaP crystal growth was studied by the interaction of crystal growth and crystal growth. This study aims to understand the crystalline, nonlinear optical effects, fundamental characteristics of waveguide structures, and the dynamics of semiconductor crystals, nonlinear optical effects, and the illumination of far-infrared light emitting mechanisms. This year, the optical transmission of far red light is possible. The operation of waveguide structure and the mixing of different frequencies are discussed. 2-D directional closure of far-infrared light is possible due to the presence of crystal waveguide structures. Semi-insulating GaP crystals can be used to form various waveguide structures by means of ICP-RIE. The structure of thin waveguide with thickness of 350μm and width of 1mm ~ 200 μm shall be manufactured. The crystal waveguide structure is composed of 160μm hollow columns and 200μm triangular lattices. A study of the characteristics of near-infrared light emission in the wavelength band of 1μm was carried out. The frequency position of the waveguide is reduced, and the cross-section area of the waveguide is reduced. The refractive index varies depending on the waveguide area, and the phase integration condition varies depending on the waveguide area. The emission rate of far-infrared light is 9 times higher than that of GaP crystal in the structure of 200μm. Second, the introduction of line defects, crystal waveguide for the remote red light generation, research, line defects waveguide unique to the transfer of basic light generation confirmed. This phenomenon is unique to crystalline waveguides.

项目成果

THz Generation From GaP Rod-Type Waveguides

• DOI: 10.1109/lpt.2006.890098
• 发表时间: 2007-03
• 期刊: IEEE Photonics Technology Letters
• 影响因子: 2.6
• 作者: 著者 Tanabe;Nishizawa Tadao;Jun-Ichi Suto;Ken Saito;K. Kyosuke;Oyama Tomoyuki;Yutaka;Jun-Ichi Nis

GaP導波路構造によるテラヘルツ波発生の高効率化

利用GaP波导结构实现高效率太赫兹波产生

• 发表时间: 2007
• 期刊: 信学技報 107
• 作者: Zhou;Murayama;Nesbit;Kyosuke Saito;齊藤恭介;K. Saito;Kyosuke Saito;齊藤 恭介
• 通讯作者: 齊藤 恭介

Terahertz-wave generation by GaP rib waveguides via collinear phase-matched difference-frequency mixing of near-infrared lasers

• DOI: 10.1063/1.3094012
• 发表时间: 2009-03-15
• 期刊: JOURNAL OF APPLIED PHYSICS
• 影响因子: 3.2
• 作者: Saito, Kyosuke;Tanabe, Tadao;Nishizawa, Jun-ichi
• 通讯作者: Nishizawa, Jun-ichi

GaP導波路構造におけるテラヘルツ波発生の高効率化および偏光制御

GaP波导结构中太赫兹波的高效率产生和偏振控制

• 发表时间: 2008
• 期刊: 信学技報 108
• 作者: Zhou;Murayama;Nesbit;Kyosuke Saito;齊藤恭介
• 通讯作者: 齊藤恭介

Optical properties of GaP photonic crystals in terahertz region

太赫兹区GaP光子晶体的光学特性

• 发表时间: 2007
• 作者: Zhou;Murayama;Nesbit;Kyosuke Saito;齊藤恭介;K. Saito;Kyosuke Saito;齊藤 恭介;Jun-ichi Nishizawa;J.Nishizawa;Kyosuke Saito;Kyosuke Saito
• 通讯作者: Kyosuke Saito