半導体デバイスにおける光渦励起軌道角運動量のコヒーレント制御

半导体器件中光涡旋激发轨道角动量的相干控制

• 批准号: 14J11199
• 负责人: 重松 恭平
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: Hokkaido 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-14J11199/
• 关键词: 光渦; 励起子; 四光波混合分光; 軌道角運動量; 面発光レーザー; コヒーレント変換; 光帰還; 縮退四光波混合; 窒化ガリウム; コヒーレント制御; 窒化物半導体

本研究の目的は半導体デバイスを用いて光渦のらせん位相がもたらす軌道角運動量(OAM)を制御することである。半導体デバイスによる光OAMの制御は、OAMを用いた大容量光通信における光源や情報処理デバイスにつながる。本研究では、1. 空間変調光帰還による面発光レーザーのOAM制御および2. GaN励起子系に対する光OAMのコヒーレント変換・保存を行う。1.について、本年度は面発光レーザーのシングルOAMモード発振に成功した。従来、空間変調光帰還によるシングルOAMモード発振は難しく、出射光には光通信の実装する際の弊害となる他モード成分が混在していた。本年度は、光帰還における戻り光の制御に用いるホログラム回折格子の最適化に努め、現実的な光通信に適用し得る他モード抑圧比で特徴付けられるシングルOAMモード発振を実現した。2.について、本年度はGaN励起子系におけるOAM緩和メカニズムを明らかにした。昨年度以前における光渦を用いたコヒーレント分光の成果から、フリースタンディングのGaN結晶において、励起子重心運動のOAMはサブナノ秒程度保持されることが分かっていた。これに対し、本年度はc面サファイア基板上GaN薄膜について同様の評価を行い、励起子重心運動のOAMが数ピコ秒程度で失われる(OAM緩和)ことを明らかにした。c面サファイア基板上GaN薄膜の特徴の一つとして大きな欠陥密度を有することが挙げられ、これにより励起子散乱の空間不均一性が顕著であることが考えられる。このような励起子散乱の空間不均一性はOAM緩和を生じるのみならず、そのOAM依存性(昨年度以前に報告)を生じることを理論的に明らかにした。また、以前から取り組んでいる偏光渦を用いたコヒーレント分光について、本年度は励起子異方性の測定精度、確度、および感度の向上に努め、新規の偏光分光法として確立した。

Purpose this study の は semiconductor デ バ イ ス を with い て optical vortex の ら せ ん phase が も た ら す orbital angular exercise (OAM) を suppression す る こ と で あ る. Semiconductor デ バ イ ス に よ る optical OAM の royal は, OAM を with い た large capacity optical communication に お け る light や intelligence 処 Richard デ バ イ ス に つ な が る. This study で は, 1. Spatial variations dimming 帰 also に よ る face 発 light レ ー ザ ー の OAM suppression お よ び 2. GaN excitation screwdriver department に す seaborne る optical OAM の コ ヒ ー レ ン ト variations in line を う, kept. 1. に つ い て, this year's は 発 light レ ー ザ ー の シ ン グ ル OAM モ ー ド 発 vibration に successful し た. 従 and space - the dimming 帰 also に よ る シ ン グ ル OAM モ ー ド 発 vibration は difficult し く, emergent light に は optical communication の be loaded す る interstate の canker と な る he モ ー ド components mix し が て い た. は, light 帰 this year also に お け る 戻 り light の suppression に with い る ホ ロ グ ラ ム の inflexion grid optimization に Mr め, now be な optical communication に applicable し る his モ ー ド 圧 suppression than で 徴 pay especially け ら れ る シ ン グ ル OAM モ ー ド 発 vibration を be presently し た. 2. Youdaoplaceholder0 に に て て て, <s:1> GaN excitation line におけるOAM for this year メカニズムを Ming ら に に た た た. Last year ago に お け る optical vortex を use い た コ ヒ ー レ ン ト spectral の results か ら, フ リ ー ス タ ン デ ィ ン グ の GaN crystal に お い て, excitation screwdriver focus movement の OAM は サ ブ ナ ノ second degree maintain さ れ る こ と が points か っ て い た. こ れ に し polices, this year's は c サ フ ァ イ ア substrate GaN film に つ い て with others の review 価 を い, excitation screwdriver focus movement の OAM が number ピ コ second degree で lost わ れ る (OAM ease) こ と を Ming ら か に し た. C surface サ フ ァ イ ア substrate GaN film の, 徴 の a つ と し て big き な owe 陥 density を have す る こ と が 挙 げ ら れ, こ れ に よ り excitation screwdriver scattered の spatial heterogeneity a sexual が 顕 the で あ る こ と が exam え ら れ る. こ の よ う な excitation screwdriver scattered の spatial heterogeneity a sexual は OAM ease を raw じ る の み な ら ず, そ の OAM dependency (に report before yesterday annual) born を じ る こ と を theory に Ming ら か に し た. ま た, before か ら group take り ん で い る polarized vortex を with い た コ ヒ ー レ ン ト spectral に つ い て, this year's は excitation screwdriver square difference の measurement precision, the accuracy, お よ び sensitivity の に up Mr め, new rules の polarization spectrometry と し て establish し た.

项目成果

時空間分解偏光解析か ら明らかとなった励起子コヒーレントダイナミクスにおける回転対称性破れ

时空分辨偏振分析揭示激子相干动力学中的旋转对称性破缺

• 发表时间: 2016
• 作者: 重松恭平;鈴木雅人;山根啓作;森田隆二;戸田泰則
• 通讯作者: 戸田泰則

Snap-shot optical polarization spectroscopy using radially polarized pulses

使用径向偏振脉冲的快照光学偏振光谱

• DOI: 10.7567/apex.9.122401
• 发表时间: 2016
• 期刊: Applied Physics Express
• 影响因子: 2.3
• 作者: K. Shigematsu;M. Suzuki;K. Yamane;R. Morita;and Y. Toda
• 通讯作者: and Y. Toda

Single-Shot Measurements of Anisotropic Excitons via Four-Wave Mixing Spectroscopy with Radially Polarized Pulses

通过四波混合光谱和径向偏振脉冲单次测量各向异性激子

• 发表时间: 2016
• 作者: K. Shigematsu;M. Suzuki,K. Yamane;R. Morita;and Y. Toda
• 通讯作者: and Y. Toda

Coherent Dynamics of Uniaxially-Strained GaN Ex-citons Excited by Cylindrically Polarized Pulses

圆柱极化脉冲激发的单轴应变 GaN 激子的相干动力学

• 发表时间: 2015
• 作者: K. Shigematsu;S. Morimoto;M. Suzuki;K. Yamane;R. Morita;Y. Toda
• 通讯作者: Y. Toda

空間変調光帰還による面発光レーザーのラゲールガウスモード制御

使用空间调制光反馈的表面发射激光器的拉盖尔-高斯模式控制

• 发表时间: 2016
• 作者: 西坂拓馬;重松恭平;由利洋樹;山根啓作;森田隆二;淡路祥成;戸田泰則
• 通讯作者: 戸田泰則