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

基本信息

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

项目摘要

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。

今年，为了提高光子晶体激光器的功率输出，我们进一步改善了到目前为止我们已经构建的3D耦合波理论，并设计了适用于高功率输出操作的光子晶体激光器结构。由于光子晶体激光器使用具有二维周期性结构的光子晶体作为谐振器，因此诸如孔形，深度和光子晶体周期数之类的参数决定了光提取效率和输出功率。在这项研究开始时，首席研究人员进行了研究，重点是光子晶体孔的垂直设计自由，并找到了重要的设计指南，可以通过将不对称性引入孔的侧壁，使光萃取的效率提高了约10倍的传统垂直侧壁。基于此设计制造的样品导致了一种理论的稳定，单个振荡模式，在连续室温条件下达到了高达0.5W的光学输出，M2至1的出色特性，并具有高达1.5W的光输出，优异的光束扩展角度为3°或更少。今年，我们分析了导致高输出模式不稳定性的因素，并发现由于平面中的光学衍射效应太强，因此基本模式和高阶模式之间阈值增益的差异变得很小，从而导致单模稳定性的降低。此外，提出了一种新的双晶格点结构作为一种抑制平面中光反馈效果的结构，并发现与常规结构相比，模式稳定性可以提高10倍以上。我们已经开发了一个具体的设备结构分析，并成功设计了一种高功率设备，该设备可维护最高5W或更多的单个模式。此外，将设计的双晶格点结构与初始实验结果进行了比较，并确认了振荡模式的理论和相应的变化以及抑制平面衍射的效果。这些理论分析和相关的结果在科学期刊（例如自然光子学，物理学评论信，光学字母等）中介绍。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

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

DOI：
发表时间：
2014
期刊：
影响因子：
0
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

DOI：
发表时间：
2014
期刊：
影响因子：
0
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

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-

DOI：
发表时间：
2014
期刊：
影响因子：
0
作者：
ジョンゲレタ;梁永;北川均;野田進
通讯作者：
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

DOI：
发表时间：
2015
期刊：
影响因子：
0
作者：
北川均;梁永;中川翔太;Gelleta John;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

DOI：
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作者：
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野田進其他文献

電気的制御機構を有するフォトニック結晶の作製のためのプロセス評価

具有电控机制的光子晶体制造工艺评估

DOI：
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
0
作者：
仲代匡宏;浅野卓;野田進
通讯作者：
野田進

近赤外低温カソードルミネッセンスを用いたSOI基板の内部欠陥評価

使用近红外低温阴极发光评估 SOI 衬底的内部缺陷

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
生田俊輔;藤本正直;浅野卓;野田進;高橋和
通讯作者：
高橋和

High Q silicon nanocavities operating in a 1.2 μm wavelength band

在 1.2 μm 波段工作的高 Q 硅纳米腔

DOI：
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
0
作者：
川勝太郎;浅野卓;野田進;高橋和;安田孝正，岡野誠，大塚実，関三好，横山信幸，高橋和;Yasushi Takahashi;Takamasa Yasuda and Yasushi Takahashi;Taro Kawakatsu and Yasushi Takahashi;Hiroko Okada and Yasushi Takahashi
通讯作者：
Hiroko Okada and Yasushi Takahashi

Antigen-antibody reaction in high Q silicon nanocavities

高Q硅纳米腔中的抗原抗体反应

DOI：
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
0
作者：
川勝太郎;浅野卓;野田進;高橋和;安田孝正，岡野誠，大塚実，関三好，横山信幸，高橋和;Yasushi Takahashi;Takamasa Yasuda and Yasushi Takahashi;Taro Kawakatsu and Yasushi Takahashi;Hiroko Okada and Yasushi Takahashi;Satoshi Yasuda and Yasushi Takahashi
通讯作者：
Satoshi Yasuda and Yasushi Takahashi