高出力フォトニック結晶レーザに関する研究

高功率光子晶体激光器研究

• 批准号: 14F04999
• 负责人: 野田 進
• 金额: $ 0.77万
• 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 2015-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14F04999/
• 关键词: フォトニック結晶; 半導体レーザ; 結合波理論

本年度は、フォトニック結晶レーザの高出力化に向けて、これまで構築してきた3次元結合波理論の更なる高度化を図り、高出力化動作に適したフォトニック結晶レーザ構造の設計を行った。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ため、フォトニック結晶の孔形状、深さや周期数などのパラメータが、光取り出し効率や出力パワーを決定する。本研究開始段階において、研究代表者は、フォトニック結晶孔の垂直方向の設計自由度に着目した研究を進め、孔の側壁に非対称性を導入することで、光取り出し効率が従来の垂直側壁の場合の約10倍増大し、高出力動作に適応できる重要な設計指針を見出した。この設計に基づいて作製した試料では、理論通りの安定した単一発振モードが得られ、室温連続条件にて光出力0.5Wまで、ビーム品質M2～1をもち、さらに光出力1.5Wまで、ビーム拡がり角が3°以下という優れた特性を実現していた。本年度は、高出力時のモード不安定化の要因について分析した結果、面内の光回折効果が強すぎるために、基本モードと高次モードの閾値利得差が小さくなり、単一モード安定性を低下させることを明らかにした。さらに、面内の光フィードバック効果を抑制する構造として、新たに二重格子点構造を提案し、モード安定性を従来の構造よりも10倍以上向上させられることを見出した。すでに、具体的なデバイス構造の解析を発展させ、5W以上まで単一モードを維持する高出力デバイスの設計に成功した。また、設計した二重格子点構造について、初期的な実験結果との比較を行い、理論と対応する発振モードの変化や面内回折の抑制効果を確認した。これら理論解析及び関連の成果は、科学雑誌Nature Photonics, Physics Review Letters, Optics Lettersなどにおいて発表した。

This year, the design of high-power crystallization structure was carried out in the construction of three-dimensional combination wave theory and the improvement of high-power crystallization structure. The crystal resonator is composed of two dimensional periodic structures, and the crystal hole shape, depth, period number and output force are determined by light extraction. At the beginning of this study, the research representatives pointed out that the design freedom of the vertical direction of the crystal hole was studied, the asymmetry of the sidewall of the hole was introduced, the light extraction efficiency was increased by about 10 times in the case of the vertical sidewall, and the important design guidelines for high force operation were observed. This design is based on the preparation of the test sample, theoretical stability, single vibration, room temperature continuous conditions, light output of 0.5W, quality of M2~1, light output of 1.5W, angle of less than 3°, excellent performance. This year, the main causes of instability at high output are analyzed, and the results of in-plane optical reflection are improved. The threshold gain difference between basic and high output is reduced, and the stability of single output is reduced. In addition, the in-plane structure of the light source is more than 10 times higher than the structure of the new double lattice point structure. The design of high output power equipment for more than 5W was successfully developed by analyzing the specific equipment structure. The results of the initial phase of the design are compared with those of the initial phase of the design, and the results of the initial phase of the design are confirmed. Nature Photonics, Physics Review Letters, Optics Letters, etc.

项目成果

フォトニック結晶レーザの大面積高出力動作に向けたダブルホール孔形状の設計

用于光子晶体激光器大面积、高输出运行的双孔设计

• 发表时间: 2014
• 作者: 北村恭子;野田進;李潤植，北村恭子，浅野卓，石崎賢司，野田進;梁永，北川均，ジョンゲレタ，石崎賢司，北村恭子，野田進
• 通讯作者: 梁永，北川均，ジョンゲレタ，石崎賢司，北村恭子，野田進

フォトニック結晶レーザにおける3次元空孔形状の影響の検討

三维孔形状对光子晶体激光器影响的研究

• 发表时间: 2014
• 作者: 北村恭子;野田進;李潤植，北村恭子，浅野卓，石崎賢司，野田進;梁永，北川均，ジョンゲレタ，石崎賢司，北村恭子，野田進;西本昌哉，石崎賢司，前川享平，梁永，北村恭子，野田進
• 通讯作者: 西本昌哉，石崎賢司，前川享平，梁永，北村恭子，野田進

フォトニック結晶レーザにおける不均一ポンピング効果の理論解析

光子晶体激光器非均匀泵浦效应的理论分析

• 发表时间: 2015
• 作者: 北川 均;梁 永;中川 翔太;Gelleta John;野田 進
• 通讯作者: 野田 進

Coupled-wave analysis for photonic-crystal surface-emitting lasers (XIV) -Effect of external reflection on the TE resonant mode-

光子晶体表面发射激光器的耦合波分析（XIV）-外部反射对 TE 谐振模式的影响-

• 发表时间: 2014
• 作者: ジョン ゲレタ;梁永;北川均;野田進
• 通讯作者: 野田進

Watt-class high-power, high-beam-quality photonic-crystal lasers

• DOI: 10.1038/nphoton.2014.75
• 发表时间: 2014-05-01
• 期刊: NATURE PHOTONICS
• 影响因子: 35
• 作者: Hirose, Kazuyoshi;Liang, Yong;Noda, Susumu
• 通讯作者: Noda, Susumu