ビーム出射方向制御可能なフォトニック結晶レーザの研究

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本年度は、ビーム出射方向制御可能なフォトニック結晶レーザの高性能化に向けて、昨年度までに構築してきた3次元結合波理論の高度化を図り、様々なフォトニック結晶構造に対する体系的な解析を行った。フォトニック結晶レーザは2次元周期構造であるフォトニック結晶を共振器として利用している。そのため、フォトニック結晶の格子配列、孔形状や組み合わせた格子の相対的位置などのパラメータが、出射ビームの方向や出力を決定する。また、レーザの発振モードは、面積の増大や、発振閾値以上での動作において、電流注入や誘導放出による不均一なキャリア分布による影響を受ける。そのため、モード間利得差の低下によって多モード化し、意図しない方向へのビーム出射や出力の飽和などをもたらす。そこで、昨年度までに、構築してきた、任意な格子配列と孔形状に対してその動作特性を高速かっ高精度に解析可能な3次元結合波理論に対して、今年度は、大面積動作時や、閾値以上でのモードの安定性や競合などを議論できるように、空間ホールバーニングの影響を取りこむよう理論を拡張した。また、この理論によって得られる解析結果と実験とを比較評価し、拡張した理論は実験をよく説明できていることを確認した。これらの成果は、科学雑誌Apptied Physics Letters, Nature Photonicsなどにおいて発表した。今後、この理論を用いることで、ビーム出射方向を安定かつ自在に制御可能なフォトニック結晶の設計指針が得ることができ、高出力化動作も含めた、体系的な設計が可能になると期待できる。