電流注入利得スイッチレーザー活性層の限界駆動高速非線形性とその電気的制御
| Project/Area Number |
21H01361
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 21050:Electric and electronic materials-related
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
秋山 英文 東京大学, 物性研究所, 教授 (40251491)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,940,000 (Direct Cost: ¥13,800,000、Indirect Cost: ¥4,140,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Fiscal Year 2021: ¥11,180,000 (Direct Cost: ¥8,600,000、Indirect Cost: ¥2,580,000)
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| Keywords | 半導体レーザー / 利得スイッチ / 電流注入 / 限界駆動 / 非線形 |
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| Outline of Research at the Start |
これまでの光励起実験から、半導体レーザーの利得スイッチ動作で限界的に強い駆動（限界駆動）を行うと、共振器寿命限界を破る超短光パルス発生が可能なことが見えてきた。本研究では、電流注入型の半導体レーザーにおいてピコ・フェムト秒の限界駆動利得スイッチパルスを直接発生するため、レーザーダイオード活性層内部の高速極端非線形性の学術的理解と制御に取り組む。膜構造および共振器構造の新規設計と、DCバイアス・多ステップパルス励起などの電気的制御を通じて、限界駆動下での高速極端非線形性を積極的に活用する方法を系統的に探り、学理につなげる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年度の試料作製・駆動系開発に続き、LDの周波数応答評価と利得スイッチ実験を行った。レーザーバーから、優良な特性を示した素子を選別して、チップ分割し、TOCANパッケージか高速電極パターンつきサブキャリアへ実装（マウントおよびワイヤボンディング）した。実装後素子について、CWおよびマイクロ秒パルス電流注入による定常LD特性評価を行った。パッケージ試料やサブキャリア試料へRFコネクタをつなぎ、ケーブル・バイアスティ、DCバイアス源および高速短パルス駆動電源へと接続した。各部品・素子の電気的帯域の劣化をチェックするために、ネットワークアナライザを用いた周波数応答評価を行い、利得スイッチ用の高速電気パルス励起が可能であることを確認した。利得スイッチ光パルス発生実験では、90-400ps幅の高速パルス電源、高速アンプ、可変減衰器からなる駆動電源系を用いた。高速フォトダイオード（PD）と高速サンプリングオシロスコープからなる測定系で、出力光パルスの励起強度依存性を計測した。低速のペデスタル成分を除去するため、角度可変フィルタを用いてスペクトル切出しを行って評価を行った。さらに、オートコリレータによる自己相関計測によるパルス計測を行った。光強度の不足を補うためには、利得スイッチ光パルスを2―3桁増幅する低自然放出光ノイズの希土類添加ファイバー光増幅器を用いた。パルスの詳細なスペクトルダイナミクス測定のために、長さの異なる線形分散補償用のファイバーを導入し、サンプリングオシロスコープ測定および自己相関測定を行った。駆動パルス電源をモード同期ファイバレーザーパルスと同期して相互相関計測を行うためのPLLシンセサイザの利用について調査検討した。デバイスパラメータや制御パラメータを連続変化させた系統的な測定に着手した。理論計算との比較研究にも着手した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
大学内ではコロナ禍の活動制限が続いたが、大学や共用設備の利用に関して強い制限がかからず、コロナ禍の影響は十分におりこんで計画を立案したことのおかげで、概ね計画通り順調に進捗した。
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| Strategy for Future Research Activity |
自作の1030-1070nmの電流注入利得スイッチ半導体レーザーの他に、1300nm帯で30GHz直接変調帯域の高速電流注入半導体レーザー試料を入手して利得スイッチ測定が可能になったので、並行して実験を進める。デバイスパラメータを連続変化させた試料の詳細な実験計測により調査し、理論計算との比較を系統的に行い、学理確立を達成する。
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Report
(2 results)
Research Products
(49 results)
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[Journal Article] Quantum yield of near-infrared bioluminescence with firefly luciferin analog: AkaLumine2023
Author(s)
R. Ono, K. Osawa, Y. Takahashi, Y. Noguchi, N. Kitadad, R. Saito-Moriya, T. Hirano, S. A. Makid, K. Shibata, H. Akiyama, K. Kanno, H. Itabashi, and M. Hiyama
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Journal Title
Journal of Photochemistry & Photobiology, A: Chemistry
Volume: 434
Pages: 114270-114270
DOI
Related Report
Peer Reviewed
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