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

基于电子和光子状态控制的高效高速热辐射光源的研制

• 批准号: 14J04729
• 负责人: 井上 卓也
• 金额: $ 1.79万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-04-25 至 2017-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J04729/
• 关键词: 熱輻射光源; フォトニック結晶; 量子井戸; サブバンド間遷移; 中赤外; 熱輻射; 中赤外光源

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。

Thermal radiation light source は others 々 の な wavelength light source と し て hiroo く using さ れ る が, hiroo 帯 domain な radiation を shown す た め に エ ネ ル ギ ー, low using rate of unseen が く か つ 応 answer speed が extremely め て 遅 い と い う subject を have す る. This study で は, necessary な narrow い 帯 domain の み で high working rate に 発 し light, か つ そ の radiation intensity, wavelength を high-speed に - adjustable may な thermal radiation light source の open 発 を purpose と し て い る. This year, <s:1> research on で で, じめに じめに, and the utilization efficiency of thermal radiation light sources <s:1> エネ ギ ギ じめに is taken from に to んだ. Specific に は, GaAs/AlGaAs quantum well opens と 2 dimensional フ ォ ト ニ ッ ク crystallization を group み close わ せ た line light source の structure optimization を う こ と で, black body light と compare し て line width 1/100 が と under extremely め て narrow い 発 light ス ペ ク ト ル を be し now, don't 帯 な wavelength domain へ の thermal radiation line loss の な significantly inhibit を っ た. に at the same time, フ ォ ト ニ ッ ク crystallization with を え る weeks 囲 の substrate の shrink の や, current injection heating line を う た め の の wire thread change line を う こ と で, フ ォ ト ニ ッ ク の fields other than crystal で raw じ る thermal radiation heat loss や 伝 guide line loss の inhibit も い, light の さ ら な る low consumption power line を っ た. Emissivity for making light source の を review 価 し た as a result, the calculating results agree good と く す る ス ペ ク ト ル が have ら れ, に when the same power input, the black body radiation intensity of light more than 12 times の の の radiation を す, high working rate, narrow 帯 domain thermal radiation light source の card be に successful し た. 続 い て, thermal radiation light source の さ ら な る high functional を refers し て, electric 圧 Inca に よ り を 発 wavelength variations change さ せ ら れ る thermal radiation light source の open 発 を line っ た. Before the annual の research で は, thermal radiation light source の 発 light intensity の な high-speed - transfer of electricity 気 の card be に successful し た が, today back to は, different な る wavelength で す 発 light る plural の high-speed thermal radiation light source を - adjustable type, the same チ ッ プ に set on product change す る こ と で, high-speed wavelength for cutting action を be し now, Youdaoplaceholder0 uses the principle of た, た, シ, グ, グ to actually prove that を works った. The above <s:1> achievements are related to に て, the applicant に 2 <s:1> academic papers を writing に, そ うち うち うち 1 て, 雑 journal <s:1> paper を decoration った. Youdaoplaceholder0, 2 hosted speeches を including む, the majority of the student associations issued reports を and った. は な お, applicants, the following year か ら learn vibration PD と し て new た な research topic に group take り む た め, annual の を の for research the topic of the next fire い た し ま す.

项目成果

波長切替可能な狭帯域熱輻射光源

波长可切换窄带热辐射光源

• 发表时间: 2015
• 作者: 大瀧真俊;井上卓也，De Zoysa Menaka，浅野卓，野田進
• 通讯作者: 井上卓也，De Zoysa Menaka，浅野卓，野田進

量子井戸とフォトニック結晶に基づく高効率・高速熱輻射光源の開発

基于量子阱和光子晶体的高效高速热辐射光源的研制

• 发表时间: 2015
• 期刊: 信学技報(IEICE Technical Report)
• 作者: T. Inoue;M. D. Zoysa;T. Asano;and S. Noda;井上卓也，デゾイサメナカ，浅野卓，野田進
• 通讯作者: 井上卓也，デゾイサメナカ，浅野卓，野田進

量子井戸とフォトニック結晶に基づく狭帯域・高速熱輻射光源の開発

基于量子阱和光子晶体的窄带高速热辐射光源的研制

• 发表时间: 2015
• 期刊: 信学技報(IEICE Technical Report)
• 作者: T. Inoue;M. D. Zoysa;T. Asano;and S. Noda;韓昌完・小原愛子・上月正博;井上卓也，デゾイサメナカ，浅野卓，野田進
• 通讯作者: 井上卓也，デゾイサメナカ，浅野卓，野田進

Demonstration of single-mode high-Q thermal emitters operating with high power-utilization efficiency

以高功率利用效率运行的单模高 Q 热发射器演示

• 发表时间: 2016
• 作者: T. Inoue;M. D. Zoysa;T. Asano;and S. Noda
• 通讯作者: and S. Noda

狭帯域熱輻射光源の電圧高速変調 -実験的進展-

窄带热辐射光源高速电压调制-实验进展-

• 发表时间: 2014
• 作者: 井上卓也;Menaka De Zoysa;浅野卓;野田進
• 通讯作者: 野田進