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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

Research Project

Project/Area Number 15J01516
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Optical engineering, Photon science
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

煮雪 亮  北海道大学, 情報科学研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2015-04-24 – 2017-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2016)
Budget Amount *help
¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
Fiscal Year 2016: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2015: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
KeywordsZnO / ランダムレーザー / 不規則 / ナノロッド / ポラリトン / 励起子 / 制御 / ランダム構造 / レーザー / モード制御 / 共鳴特性
Outline of Annual Research Achievements

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。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2016 Annual Research Report
  • 2015 Annual Research Report
  • Research Products

    (9 results)

All 2017 2016 2015

All Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 3 results,  Acknowledgement Compliant: 2 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results)

  • [Journal Article] Double threshold behavior in a resonance-controlled ZnO random laser2017

    • Author(s)
      R. Niyuki, H. Fujiwara, T. Nakamura, Y. Ishikawa, N. Koshizaki, T. Tsuji, and K. Sasaki
    • Journal Title

      APL Photonics

      Volume: 2 Issue: 3 Pages: 036101-036101

    • DOI

      10.1063/1.4974334

    • NAID

      120006220002

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] ZnO nanorod array random lasers fabricated by a laser-induced hydrothermal growth2016

    • Author(s)
      H. Fujiwara, T. Suzuki, R. Niyuki and K. Sasaki
    • Journal Title

      New J. Phys.

      Volume: 8 Issue: 10 Pages: 103046-103046

    • DOI

      10.1088/1367-2630/18/10/103046

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Toward single-mode random lasing within a submicro-metre-sized spherical ZnO particle film2016

    • Author(s)
      R. Niyuki, H. Fujiwara, Y. Ishikawa, N. Koshizaki, T. Tsuji and K. Sasaki
    • Journal Title

      Journal of Optics

      Volume: 18(3) Issue: 3 Pages: 035202-035202

    • DOI

      10.1088/2040-8978/18/3/035202

    • NAID

      120005763175

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 白色光照射によるグラフェン粉末混入ZnOランダム構造における 発振モード変化2016

    • Author(s)
      煮雪 亮、藤原 英樹、笹木 敬司
    • Organizer
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      東京工業大学大岡山キャンパス
    • Year and Date
      2016-03-19
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] White Light Induced Mode Switching in a Graphene Flake Mixed ZnO Random Laser2016

    • Author(s)
      R. Niyuki, H. Fujiwara, and K. Sasaki
    • Organizer
      Photonics and Fiber Technology, Nonlinear Photonics (NP)
    • Place of Presentation
      Sydney, Australia
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Realization of Low Threshold ZnO Nanorod Array Ranodm Lasers Using a Laser-Induced Hydrothermal Synthesis2016

    • Author(s)
      H. Fujiwara, T. Suzuki, R. Niyuki, and K. Sasaki
    • Organizer
      Photonics and Fiber Technology, Nonlinear Photonics (NP)
    • Place of Presentation
      Sydney, Australia
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Characteristic analysis of resonance-controlled ZnO random laser2015

    • Author(s)
      Ryo Niyuki, Hideki Fujiwara, Toshihiro Nakamura, Takeshi Tsuji, and Keiji Sasaki
    • Organizer
      The 4th International Workshop on Microcavities and Their Applications
    • Place of Presentation
      Hokkaido University (Japan)
    • Year and Date
      2015-12-02
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Double threshold behavior in a resonance-controlled ZnO random laser2015

    • Author(s)
      Ryo Niyuki, Hideki Fujiwara, Toshihiro Nakamura, Yoshie Ishikawa, Naoto Koshizaki, Takeshi Tsuji, and Keiji Sasaki
    • Organizer
      Frontiers in Optics
    • Place of Presentation
      Fairmont San Jose, San Jose, California, USA
    • Year and Date
      2015-10-22
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 硫酸バリウム粒子薄膜を用いた紫外域におけるラマン増幅の観測2015

    • Author(s)
      煮雪 亮, 藤原 英樹, 中村 俊博, 安達 定雄, 笹木 敬司
    • Organizer
      第76回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      愛知県名古屋国際会議場
    • Year and Date
      2015-09-14
    • Related Report
      2015 Annual Research Report

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Published: 2015-11-26   Modified: 2024-03-26  

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