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高Ｑ値フォトニック結晶ナノ共振器を用いたシリコンラマンレーザーの出力向上

使用高 Q 光子晶体纳米腔提高硅拉曼激光器的输出

基本信息

批准号：
16J06619
负责人：
山下大喜
金额：
$ 1.6万
依托单位：
Osaka Prefecture University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-04-22 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

我々の研究グループは，高Q値ナノ共振器を用いたシリコン(Si)ラマンレーザの研究を行っている．このレーザは，小型な共振器長(<10 um)で低閾値発振(<1 uW)を達成しており，電子技術と光技術が融合した高性能Siチップにおける小型光源などへの応用が期待されている．現状，このレーザの出力は数百ナノワット程度で飽和してしまうため，高出力化は特に重要である．本研究では，このレーザの発振メカニズムを明らかにすることによって，出力の損失要因を特定し，高出力化・高性能化を目指す．前年度までに，ラマンレーザの時間領域測定を行い，2光子吸収と自由キャリア吸収による光損失に加えて，2光子吸収キャリアがもたらす屈折率変化による共振波長シフトも，レーザ出力低下の大きな要因であることを報告してきた．また，誘導ラマン散乱光励起（SRE）分光法と呼ばれる新しい利得スペクトル測定手法を用いて，Siラマンレーザの利得特性を明らかすることに成功した．この一つの測定法から，レーザ動作の励起波長の範囲，最大出力の励起条件，非線形光学損失を含むラマン利得などの様々なレーザ特性の詳細を明らかにすることが可能になった．これらの成果を，科学雑誌Physical Review Applied, Opticaにおいてそれぞれ発表した．以上の結果より高出力化に向けたデバイスデザインの指針が得られた．さらに，昨年度から引き続き，インコヒーレントでブロードなスペクトルを持つ光源を用いたラマンレーザ発振の研究を進めた．1 uW以下の超低閾値を持つナノ共振器レーザを作製し，励起効率を上げるために測定系を改善した結果，閾値の1/20の励起パワーに相当するラマン散乱スペクトルを観察することに成功した．

The research of high Q resonator is carried out in the research of high Q resonator. Small resonator length (<10 um) and low threshold transmission (<1 uW) are expected to achieve this goal. Electronic technology and optical technology are combined to achieve high performance. The status quo, the output of the hundreds of saturation, high output is particularly important. This study is aimed at identifying the main causes of output loss and improving output performance. In the previous year, the main reason for the decrease in power was the increase in light loss due to the absorption of 2 photons. A new method for measuring the gain of Si by light scattering excitation (SRE) is proposed. This measurement method includes the excitation wavelength range of the excitation action, the excitation condition of the maximum output, the non-linear optical loss, the gain and the characteristics of the excitation. Physical Review Applied, Optica, Science and Technology. As a result of the above, the high output power is reduced to zero. In the past year, the study of resonator vibration was carried out with ultra-low threshold value below 1 uW, and the excitation efficiency was improved. The results showed that the threshold value was 1/20 of the excitation efficiency.