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 |
Section | 一般 |
Review Section |
Basic Section 21050:Electric and electronic materials-related
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Research Institution | The University of Tokyo |
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 |
Completed (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 |
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 |
電流注入利得スイッチ半導体レーザーに、通常の最大定格を大きく超える限界的に強い駆動を高速電気パルスで加えること(限界駆動)によって、非摂動領域の極端非線形応答を引き出して、超短光パルスを発生する方法を研究した。 実験において、パッケージ済み試料と、高速短パルス駆動電源をつなぐ際に、高速電気パルスのバンド幅の劣化や反射などを起こさずにつなぐために、新たな冶具を開発した。開発した冶具を用いてRFコネクタを経由する方法と経由しない方法の両方について、実験を行った。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。高速短パルス駆動電源自体のジッターの影響を低下が問題になることが解ったので、それを回避する方策を工夫した。多数の試作素子の測定結果から、それぞれのデバイスパラメータおよび電気的制御パラメータに対して、パルス幅、立ち上がり、立下り、遅延、チャープなどのデータを抽出し、それらをデータベース化した。また、市販品中で最速の変調帯域 30 GHzの1270 nm DFB-LDの利得スイッチ動作の実験も進めた。約90psの幅の電気パルスを注入し、分散補正用にシングルモードファイバを透過させ、それ以外のスペクトルフィルタリングや非線形パルス圧縮など付加的な手法を用いることなく、最短の5.3psパルス幅のフーリエ限界に近い光パルスを発生・評価分析した。 これらの実験結果を、理論計算と比較した。理論計算としては、2012年Chenらの非線形利得レート方程式理論と比較した。DFBレーザーについては、伝送行列法(TMM法)を用いて素子を詳細にモデル化し、その素子モデルに対して、非線形利得レート方程式理論計算を行った。パルスの線形チャープと非線形チャープの様子が、理論と実験で定性的によく一致した。
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Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(67 results)
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[Journal Article] Twisting and Protonation of Retinal Chromophore Regulates Channel Gating of Channelrhodopsin C1C22023
Author(s)
Keisei Shibata, Kazumasa Oda, Tomohiro Nishizawa, Yuji Hazama, Ryohei Ono, Shunki Takaramoto, Reza Bagherzadeh, Hiromu Yawo, Osamu Nureki, Keiichi Inoue, Hidefumi Akiyama
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Journal Title
Journal of the American Chemical Society
Volume: 145
Issue: 19
Pages: 10779-10789
DOI
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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
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[Presentation] レチナール発色団のねじれとプロトン化によるチャネルロドプシンC1C2のチャネル開閉メカニズム2023
Author(s)
柴田桂成, 小田和正, 西澤知宏, 挾間優治, 小野稜平, 寶本俊輝, Reza Bagherzadeh, 八尾寛, 濡木理, 井上圭一, 秋山英文
Organizer
第8回フォトニクスワークショップ
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