ＩＩＩ－Ｖ族半導体フォトニック結晶導波路における共伝搬・逆伝搬スローライト系

III-V族半导体光子晶体波导中的同向/反向传播慢光系统

• 批准号: 17J08770
• 负责人: 近藤 圭祐
• 金额: $ 2.83万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-04-26 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17J08770/
• 关键词: スローライト; 面発光レーザー; III-V族半導体; ビームステアリング; レーザーレーダー; 半導体光デバイス; フォトニック結晶; 非線形工学; 光偏向器

本年度はIII-V族半導体スローライトデバイスの研究、特に、非機械式のビームステアリングデバイスの研究に従事した。非機械式ビームステアリングデバイスは近年、レーザーレーダー（LiDAR）などへの産業応用が注目されており、本研究室のスローライト導波路はこれを実現する上で大変有望である。この導波路は、内部を伝搬する光を面発光レーザーと似た要領で導波路外へ放射し、入力光波長のスキャンによって放射光の偏向角をスキャンすることできる。本研究ではスローライト導波路を並列にアレイ化し、これとコリメートレンズを組み合わせることで、2次元的なビーム偏向を目指した。昨年度までに初期的な概念実証に取り組み、ビーム解像度270×7を得たが、本年度は更なる解像度の向上とハイパワー化のためにアレイの大規模化と導波路の長尺化に取り組んだ。横方向ビーム解像度は導波路のアレイ数により決まり、これを昨年度の4倍以上に増やすことで横方向ビーム解像度を32に向上させた。また、導波路を長尺化させることにより縦方向ビーム解像度の向上を狙った。しかし、導波路長を伸ばすと、ここで利用したいスローライトモードとは異なる屈折率差導波モードが利得を奪い始め、結果、導波路が不要な発振を起こしてしまうという問題があった。そこで、屈折率差導波モードがカットオフ条件となるウェハを用いて発振を抑制することで、導波路長を昨年度の3倍の3 mmまで延長できた。製作デバイスの不均一性の影響があり、単純に3倍の解像度とはいかなかったが、縦方向解像度を380まで向上できた。結果、2次元ビーム解像度を380 × 32得ることができた。さらに、屈折率差導波モードのカットオフによる発振の抑制と導波路の長尺化により、放射出力は昨年度までの30倍の200 mW以上まで向上した。以上の研究成果に関して、国際会議で2件の口頭発表を行った。

This year は III - V semiconductor ス ロ ー ラ イ ト デ バ イ ス の research, special に, non mechanical の ビ ー ム ス テ ア リ ン グ デ バ イ ス の research に 従 matter し た. The mechanical ビ ー ム ス テ ア リ ン グ デ バ イ ス は in recent years, レ ー ザ ー レ ー ダ ー (LiDAR) な ど へ 応 の industry with が attention さ れ て お り, our lab の ス ロ ー ラ イ ト guided wave road は こ れ を be presently す る で large variations are expected to で あ る. は こ の guided wave road, internal を 伝 move す る を surface 発 light レ ー ザ ー と like た essentials で guided wave road outside へ radiation し, into the light wavelength の ス キ ャ ン に よ っ て ray の deviation Angle を ス キ ャ ン す る こ と で き る. This study で は ス ロ ー ラ イ ト を tied for guided wave road に ア レ イ し, こ れ と コ リ メ ー ト レ ン ズ を group み close わ せ る こ と で, 2 yuan な ビ ー ム bias を refers し た. Early last year ま で に な concept be に み り group, ビ ー ム resolution 270 x 7 を た が, this year's は more な る resolution の upward と ハ イ パ ワ ー change の た め に ア レ イ の large scale と の guided wave road long feet turn に group take り ん だ. Transverse direction ビ ー ム resolution は guided wave road の ア レ イ number に よ り definitely ま り, こ れ を yesterday more than 4 times the annual の に raised や す こ と で transverse direction ビ ー ム resolution を 32 に upward さ せ た. ま た, guided wave road を ruler さ せ る こ と に よ り 縦 direction ビ ー ム resolution の を up previously っ た. し か し, guided wave road long を stretch ば す と, こ こ で using し た い ス ロ ー ラ イ ト モ ー ド と は different な る inflectional rate differential guided wave モ ー ド が gains を duo い め, result, guided wave が don't な 発 vibration を up こ し て し ま う と い う problem が あ っ た. そ こ で, poor rate of inflectional guided wave モ ー ド が カ ッ ト オ フ conditions と な る ウ ェ ハ を with い て 発 vibration を inhibit す る こ と で, guided wave road long を yesterday three times the annual の の 3 mm ま で extended で き た. Making デ バ イ ス impact の の heterogeneity が あ り 3 times, 単 pure に の resolution と は い か な か っ た を が, 縦 direction of the resolution 380 ま で upward で き た. As a result, the two-dimensional ビ ビ ム ム resolution を380 × 32 gives る た とがで た た た. さ ら に, poor rate of inflectional guided wave モ ー ド の カ ッ ト オ フ に よ る 発 vibration の inhibit と の guided wave road long feet turn に よ り, radiation output は yesterday annual ま で の 30 times more than 200 mW の ま で upward し た. The above <s:1> research results are related to に て and international conferences で, and two <s:1> oral presentations are made を and った.

项目成果

Adiabatic wavelength redshift by dynamic carrier depletion using p-i-n-diode loaded photonic crystal waveguides

使用 p-i-n 二极管加载光子晶体波导通过动态载流子耗尽实现绝热波长红移

• DOI: 10.1103/physreva.97.033818
• 发表时间: 2018
• 期刊: Physical Review A
• 影响因子: 2.9
• 作者: Kondo K.;Baba T.
• 通讯作者: Baba T.

Two-dimensional beam steering device based on VCSEL slow-light waveguide array with amplifier function

基于具有放大器功能的VCSEL慢光波导阵列的二维光束控制装置

• 发表时间: 2019
• 作者: K. Kondo;X. Gu;Z. Ho;A. Matsutani;and F. Koyama
• 通讯作者: and F. Koyama

Photonic Crystal Slow-Light Beam Steering Device With Surface Diffraction Grating

具有表面衍射光栅的光子晶体慢光光束控制装置

• 发表时间: 2017
• 作者: K. Kondo;T. Tatebe;Xiaodong. Gu;Fumio Koyama;T. Baba
• 通讯作者: T. Baba

High-performance on-chip autocorrelator using a rib waveguide loaded with two-photon absorption diodes

使用装载有双光子吸收二极管的肋形波导的高性能片上自相关器

• DOI: 10.1364/ol.43.000719
• 发表时间: 2018
• 期刊: Optics Letters
• 影响因子: 3.6
• 作者: Kondo Keisuke;Baba Toshihiko
• 通讯作者: Baba Toshihiko

Two-dimensional beam steering using slow-light waveguide deflector array with optical gain

使用具有光学增益的慢光波导偏转器阵列的二维光束控制

• 发表时间: 2018
• 作者: K. Kondo;X. Gu;Z. Ho;A. Matsutani;and F. Koyama
• 通讯作者: and F. Koyama