量子井戸サブバンド間遷移と2次元フォトニック結晶による熱輻射制御

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研究目的:熱輻射光源は,照明や分光分析などに広く応用されている.しかしながら,熱輻射光源の発光帯域は,応用上,必要とされる周波数帯域に比べて,非常に広く,光源のエネルギーの利用効率が低い.よって,所望の周波数帯域でのみ発光するように熱輻射を制御できれば,エネルギーの利用効率は大幅に改善できると考えられる.また,制御された熱輻射光源は,熱エネルギーを効率よく熱輻射に変換してから,太陽電池に入射して発電を行う高効率太陽光熱光発電にも応用できる.そこで,本研究では,所望の周波数で狭いスペクトル線幅をもって発光する熱輻射光源の実現を目指す.研究方法:従来の熱輻射制御に関する研究は主に,物質の光子系を制御することによって行ってきた.しかし,光子系の制御範囲は,物質の発光帯域に比べて,非常に狭く,これまで十分な熱輻射制御が実現できなかった.そこで,本研究ではまず,これまで制御されなかった物質の電子系を制御して,物質そのものの発光帯域を限定した上で,光子系を制御して強い熱輻射制御を行う.そこで,物質の電子系と光子系の制御には,それぞれ,量子井戸のサブバンド間遷移と2次元フォトニック結晶を採用した.研究成果:上記の方法によって,発光線幅は,従来の黒体光源の1/30程度と狭くできることを昨年度実証した.今年度は,本制御方式に基づく電流注入型光源を作製し,一定の投入パワー時に,本光源の熱輻射ピーク強度は,黒体の4程度まで増大化できることを実験で示した.これらの成果は,2011年8月と2012年3月の応用物理学会,2011年10月のIEEE Photonics Conference 2011国際学会にて発表した.