電子・光子両状態制御に基づく高効率・高速熱輻射光源の開発

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熱輻射光源は様々な波長の光源として広く利用されるが，広帯域な輻射を示すためにエネルギー利用効率が低く，かつ応答速度が極めて遅いという課題を有する．本研究では，必要な狭い帯域のみで高効率に発光し，かつその輻射強度・波長を高速に変調可能な熱輻射光源の開発を目的としている．今年度の研究では，はじめに，熱輻射光源のエネルギー利用効率の向上に取り組んだ．具体的には，GaAs/AlGaAs量子井戸と2次元フォトニック結晶を組み合わせた光源の構造最適化を行うことで，黒体光源と比較して線幅が1/100以下と極めて狭い発光スペクトルを実現し，不要な波長帯域への熱輻射損失の大幅な抑制を行った．同時に，フォトニック結晶を支える周囲の基板の体積の縮小や，電流注入加熱を行うための電線の細線化を行うことで，フォトニック結晶以外の領域で生じる熱輻射損失や熱伝導損失の抑制も行い，光源のさらなる低消費電力化を行った．作製光源の熱輻射特性を評価した結果，計算結果と良く一致するスペクトルが得られ，同一電力投入時に，黒体輻射光源の12倍以上の強度の輻射を示す，高効率・狭帯域熱輻射光源の実証に成功した．続いて，熱輻射光源のさらなる高機能化を目指して，電圧印加により発光波長を変化させられる熱輻射光源の開発を行った．前年度の研究では，熱輻射光源の発光強度の電気的な高速変調動作の実証に成功したが，今回は，異なる波長で発光する複数の高速変調型熱輻射光源を，同一チップ上に集積化することで，高速波長切替動作を実現し，それを利用した赤外センシングの原理実証を行った．以上の成果に関して，申請者は2本の学術論文を執筆し，そのうちの1つは，雑誌の表紙を飾った．また，2件の招待講演を含む多数の学会発表を行った．なお，申請者は，翌年度から学振PDとして新たな研究課題に取り組むため，翌年度の本課題の研究費を辞退いたします。