フォトニック結晶レーザの単一モード高出力化に関する研究

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フォトニック結晶レーザの単一モード高出力化において、本研究では、高出力向上を目指して、結合波理論や群論を導入し、格子構造の最適設計を行い、昨年の結果を大幅に上回る、出力2Wの単一モード発振に成功した。また、本年度では、高出力化に加えて、より実用性を向上させるため、その機能性の追求をも行った。まず、ビーム出射方向の自在な制御に向けた検討を行った。通常では、Γ点と呼ばれる対称性の高い点でのバンド端を用いており、必ず面垂直方向にビームを出力する。そこで、ビーム出射方向を制御するために、非Γ点のバンド端を用いることを提案した。格子配列を適切に設計することで、任意の非Γ点に、バンド端を形成することができる。今回は、面心長方格子と呼ばれる格子を基本として、格子角度を変化させ、解析を行った。実際に、デバイスを作製した結果、単一モードでの良好な発振が得られ、最大45度に渡る広い範囲に出力するビームが観測された。このようなデバイスは,モバイルレーザディスプレイやレーザプリンター,チップ間光コミュニケーション,レーザ内蔵の無線カプセル内視鏡などの応用に重要になると考えられる.次に、ビーム形状制御に向けた検討を行った。対称性に着目し、共振器の設計を行った結果、高次の共振モードを用いることで、高次の対称性を有するビーム形状や偏光が得られることを明らかにした。実際にデバイスを作製し、従来の1次の偏光ビーム(方位偏光や径偏光)に対して、2次、3次の高次偏光ヒトムの生成に成功した。このようなビームは、微粒子のトラップや、微小焦点の実現など、産業的にも、学術的にも、重要であると考えられる。