光局在モードを制御した新規ランダム構造の共振器性能評価に関する研究

受控光学局域模新型随机结构腔体性能评估研究

基本信息

批准号：
15J01516
负责人：
煮雪亮
金额：
$ 1.09万
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：
2015
资助国家：
日本
起止时间：
2015-04-24 至 2017-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、光学特性が制御された新規ランダム構造を用いた簡便安価に作製可能な光反応場・光デバイスの実現に向け、新規ランダム構造における共振器効果の検証及びその特性評価を目的としている。前年度までに確立した制御方法により、従来のランダムレーザーとは異なる、2段階のしきい値を持つ特異な発振特性を観測した。そこで本年度は、この特異な発振特性の解明を目的とし、利得媒質であるZnOのキャリア状態解析を行った。その結果、1段階目のレーザー発振には励起子が、2段階目には電子正孔プラズマが関与していることを明らかにした。通常ZnOランダムレーザーは電子正孔プラズマ由来であるが、本制御方法の適用により従来制御された規則的な共振器で観測されるような励起子由来のレーザー発振をランダム構造において初めて観測することに成功した。さらにこの結果に加え、スペクトル変化の様子がポラリトンレーザーの特徴とよく一致していることから、励起子－光子間の強結合状態がランダム構造内でも実現できる可能性を示唆する結果を得ることに成功した。これまで制御方法を確立したことから、次に発光デバイス応用を目指し、ナノロッドアレイランダムレーザーの実現を目指した。レーザー誘起水熱合成法により、短時間でロッド径の異なるZnOナノロッドアレイ構造を作製し、各構造においてランダムレーザー発振の観測に成功した。さらに、ロッド径の最適化により低しきい値化も実現し、今後、上記制御方法の適用により、高性能なナノロッドアレイランダムレーザーの実現が期待できる。これらの結果は、不規則な構造中においても任意に発振モード等の光学特性を制御可能なことを示すだけでなく、この制御により励起子－光子間の強結合状態を誘起できる可能性を示していることから、ランダム構造を用いた光反応場や発光デバイス等を実現する上で重要な知見となる。

这项研究旨在验证新的随机结构中的谐振效果，并评估这些设备的特性，旨在使用具有控制的光学特性的新型随机结构来实现一个简单且廉价地制造的光电反应场和光学设备。使用直到上一年建立的控制方法，我们观察到具有两个阶段阈值的独特振荡特征，这与常规的随机激光不同。因此，今年，为了阐明这种独特的振荡特征，我们分析了增益介质Zno的载体状态。结果，揭示了激发子参与第一阶段激光振荡，而电子孔等离子体参与了第二阶段。通常，ZnO随机激光器是从电子孔等离子体中得出的，但是通过应用这种控制方法，我们成功地观察到了源自激光源的激光振荡，例如第一次以传统控制的常规共振器观察到的激光器，这是第一次以随机结构为单位。此外，除了这一结果外，光谱变化与极化激光的特征非常吻合，我们已经成功获得的结果表明，即使在随机结构内，激子和光子之间的强耦合状态也可以实现。通过先前建立的控制方法，下一个目标是实现纳米棒阵列随机激光器，旨在应用发光设备。使用激光诱导的水热合成，在短时间内制造了具有不同杆直径的ZnO纳米射线阵列结构，并在每个结构中成功观察到随机激光振荡。此外，通过优化杆直径可以实现低阈值，并且将来可以通过应用上述控制方法来实现高性能的纳米棒随机激光器。这些结果不仅表明，即使在不规则结构中也可以任意控制诸如振荡模式之类的光学性能，而且还表明了可能通过该控制引起的激子和光子之间的强耦合，这对于实现光电反应场和使用随机结构的光线很重要。