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全赤外帯域で動作する高出力・狭帯域熱輻射光源の開発と近接場熱輻射増強の実現

Research Project

Project/Area Number 16J30002
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Electron device/Electronic equipment
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

井上 卓也  京都大学, 工学研究科, 特定助教

Project Period (FY) 2016-04-22 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2016)
Budget Amount *help
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2016: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Keywords熱輻射制御 / フォトニック結晶 / 量子井戸
Outline of Annual Research Achievements

熱輻射光源は様々な波長の光源として広く利用されるが,広帯域な輻射を示すためにパワー利用効率が低く,かつ輻射強度の上限が同温度の黒体輻射強度で制限される.本研究では,全赤外帯域で狭帯域に発光する熱輻射光源を開発するとともに,近接場光を利用して黒体輻射強度を超える熱輻射パワーの利用を可能とすることを目的としている.今年度の研究では,前者に関して,波長3-5um帯(中波長赤外線帯域)で狭帯域な熱輻射スペクトルを実現するため,同帯域でサブバンド間遷移による光吸収が得られるGaN/AlGaN量子井戸を材料として利用し,そこにフォトニック結晶構造を導入して共振作用により特定の波長の吸収率を増大することを検討した.作製に用いた量子井戸構造はGaN 3nm/Al0.4Ga0.6N 3nmの50周期構造からなり,波長4.1um付近にサブバンド間遷移による光吸収を示すことを,数値計算・実験の両面から確認した.フォトニック結晶構造は,上記のサブバンド間遷移による吸収帯域内に,単一の光共振モードが形成されるように,格子定数・ロッド半径を調整することで設計を行った.光源の作製においては,Si(111)基板上に成長したGaNエピウエハを利用し,フォトニック結晶構造は電子線描画およびドライエッチング法により作製した.作製光源をAr雰囲気化で600℃に加熱して熱輻射スペクトルの測定を行った結果、波長4.0um(波数2500cm-1)において,発光線幅が黒体輻射スペクトルの1/100程度に相当する狭帯域なスペクトルが確認された.今後は,作製光源の面積の拡大,動作波長域の拡大(3-10um),pn接合の導入による電圧変調動作を実現することが求められる.

Research Progress Status

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Report

(1 results)
  • 2016 Annual Research Report
  • Research Products

    (8 results)

All 2016

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] High-Q mid-infrared thermal emitters operating with high power-utilization efficiency2016

    • Author(s)
      T. Inoue, M. D. Zoysa, T. Asano, and S. Noda
    • Journal Title

      Optics Express

      Volume: 24 Issue: 13 Pages: 15101-15109

    • DOI

      10.1364/oe.24.015101

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] 近接場熱輻射伝達による狭帯域熱輻射増強2016

    • Author(s)
      井上卓也,浅野卓,野田進
    • Organizer
      第77回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      朱鷺メッセ (新潟県)
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 量子井戸のサブバンド間遷移とフォトニック結晶共振器の強結合系の熱輻射特性2016

    • Author(s)
      井上卓也,浅野卓,Faist Jerome, 野田進
    • Organizer
      第77回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      朱鷺メッセ (新潟県)
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] GaN/AlGaN多重量子井戸とフォトニック結晶に基づく中波長赤外熱輻射光源の開発(2) ―低屈折率基板を利用した大面積化の検討―2016

    • Author(s)
      Kang Daniel Dongyeon, 井上卓也,浅野卓,野田進
    • Organizer
      第77回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      朱鷺メッセ (新潟県)
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Highly efficient high-speed thermal emitters based on quantum wells and photonic crystals2016

    • Author(s)
      T. Inoue, T. Asano, M. D. Zoysa, and S. Noda
    • Organizer
      The 7th International Conference on Metamaterials, Photonic Crystals and Plasmonics
    • Place of Presentation
      Malaga (Spain)
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Two-wavelength switchable narrowband thermal emitters2016

    • Author(s)
      T. Inoue, A. Ji, M. D. Zoysa, T. Asano, and S. Noda
    • Organizer
      Compound Semiconductor Week 2016
    • Place of Presentation
      Toyama (Japan)
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Electrical wavelength switching of thermal emitters based on quantum wells and photonic crystals2016

    • Author(s)
      T. Inoue, A. Ji, M. D. Zoysa, T. Asano, and S. Noda
    • Organizer
      Conference on Lasers and Electro-Optics 2016
    • Place of Presentation
      San Jose (USA)
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] GaN-based photonic-crystal thermal emitters operating in the middle-wavelength infrared range2016

    • Author(s)
      D. D. Kang, T. Inoue, T. Asano, and S. Noda
    • Organizer
      Conference on Lasers and Electro-Optics 2016
    • Place of Presentation
      San Jose (USA)
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

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Published: 2016-05-17   Modified: 2024-03-26  

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