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2012 Fiscal Year Annual Research Report

半導体レーザーの動的電子相関理論

Planned Research

Project AreaOptical science of dynamically correlated electrons in semiconductors
Project/Area Number 20104008
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

小川 哲生  大阪大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (50211123)

Project Period (FY) 2008-04-01 – 2013-03-31
Keywords半導体レーザー / 動的相関電子系 / ポラリトン凝縮 / 電子正孔液滴 / 半導体マクスウェル・ブロッホ方程式 / 超蛍光 / 光子統計
Outline of Annual Research Achievements

昨年度の成果をさらに拡張し,(1)励起子ポラリトン凝縮と半導体レーザー動作とのクロスオーバー理論の構築, (2)BCS結合レーザー発振状態での発光スペクトルと利得スペクトルの解析,(3)ポラリトン凝縮とレーザー発振における自然放出の役割の解明,(4)結合微小共振器アレイにおける光の量子状態の相転移理論に取り組んだ。(1)擬熱平衡状態での励起子ポラリトン凝縮状態と,非平衡定常系でのレーザー発振状態とのつながりを解明するために,クロスオーバー理論を開発し,「BCS結合レーザー発振状態」という新しい状態が出現することを明らかにした。 (2)その「BCS結合レーザー発振状態」での発光スペクトルと利得スペクトル形状を理論的に導出し,実験的に観測可能な特徴を明らかにした。実験とも比較中である。(3)(1)の理論で無視されている自然放出過程を取り入れた理論的枠組みを構築中である。(4)内部に二準位原子系を含む微小共振器アレイでは,内部電磁場の量子状態が,共振器間結合定数を変化させると相転移を起こす。その熱平衡状態と非平衡定常状態での様相を解明し,1次相転移と2次相転移が生じうることを明らかにした。

Research Progress Status

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (34 results)

All 2013 2012

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results) Presentation (29 results) (of which Invited: 8 results)

  • [Journal Article] Surface polaritons with arbitrary magnetic and dielectric materials: New regimes, effects of negative index, and superconductors2012

    • Author(s)
      C. H. Raymond Ooi, K. C. Low, R. Higa, and T. Ogawa
    • Journal Title

      Journal of the Optical Society of America B

      Volume: 29 Pages: 2691-2697

    • DOI

      DOI:10.1364/JOSAB.29.002691

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Fano-resonance gain by dephasing electron-hole Cooper pairs in semiconductors2012

    • Author(s)
      K. Kamide, M.Yoshita, H. Akiyama, M. Yamaguchi, and T.Ogawa
    • Journal Title

      Journal of the Physical Society of Japan

      Volume: 81 Pages: 093706/1-4

    • DOI

      DOI:10.1143/JPSJ.81.093706

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] BEC-BCS-laser crossover in Coulomb-correlated electron-hole-photon systems2012

    • Author(s)
      M. Yamaguchi, K. Kamide, T.Ogawa, and Y. Yamamoto
    • Journal Title

      New Journal of Physics

      Volume: 14 Pages: 065001/1-33

    • DOI

      DOI:10.1088/1367-2630/14/6/065001

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Analysis of gain-switching characteristics including strong gain saturation effects in low-dimensional semiconductor lasers2012

    • Author(s)
      Shaoqiang Chen, Masahiro Yoshita, Takashi Ito, Toshimitsu Mochizuki, Hidefumi Akiyama, Hiroyuki Yokoyama, Kenji Kamide, and Tetsuo Ogawa
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 51 Pages: 098001/1-2

    • DOI

      10.1143/JJAP.51.098001

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Dissipation and detection of polaritons in ultrastrong coupling regime2012

    • Author(s)
      Motoaki Bamba and Tetsuo Ogawa
    • Journal Title

      Physical Review A

      Volume: 86(6) Pages: 063831/6

    • DOI

      10.1103/PhysRevA.86.063831

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 「光と物質の相互作用に応じて外界との接続は決定される」2013

    • Author(s)
      馬場 基彰,小川 哲生
    • Organizer
      日本物理学会第68回年次大会 29aEG-10
    • Place of Presentation
      広島大学東広島キャンパス
    • Year and Date
      2013-03-29
  • [Presentation] 「結合共振器列における光の熱平衡及び非平衡相転移」2013

    • Author(s)
      上出 健仁,弓削 達郎,山口 真,小川 哲生
    • Organizer
      日本物理学会第68回年次大会 28pEH-5
    • Place of Presentation
      広島大学東広島キャンパス
    • Year and Date
      2013-03-28
  • [Presentation] 「共振器ポラリトン凝縮と半導体レーザーの接続理論(3) -利得スペクトル-」2013

    • Author(s)
      山口 真,上出 健仁,新居 良太,小川 哲生,山本 喜久
    • Organizer
      日本物理学会第68回年次大会 28pEH-9
    • Place of Presentation
      広島大学東広島キャンパス
    • Year and Date
      2013-03-28
  • [Presentation] 「共振器ポラリトン凝縮と半導体レーザーの接続理論:自然放出過程の取扱い」2013

    • Author(s)
      新居 良太,山口 真,上出 健仁,小川 哲生,山本 喜久
    • Organizer
      日本物理学会第68回年次大会 28pEH-10
    • Place of Presentation
      広島大学東広島キャンパス
    • Year and Date
      2013-03-28
  • [Presentation] 「高強度電場下のグラフェンにおけるキャリアダイナミクスの理論」2013

    • Author(s)
      玉谷 知裕,石川 陽,小川 哲生,田中 耕一郎
    • Organizer
      日本物理学会第68回年次大会 28pEJ-11
    • Place of Presentation
      広島大学東広島キャンパス
    • Year and Date
      2013-03-28
  • [Presentation] 「半導体電子正孔系の光学スペクトルに基づく非平衡励起子密度分布の導出」2013

    • Author(s)
      石川 陽,秋山 英文,小川 哲生
    • Organizer
      日本物理学会第68回年次大会 28pPSB-29
    • Place of Presentation
      広島大学東広島キャンパス
    • Year and Date
      2013-03-28
  • [Presentation] First-order phase transition in two-mode Jaynes-Cummings Hubbard model for optical switching2012

    • Author(s)
      K. Kamide and T. Ogawa
    • Organizer
      The 11th International Workshop on Nonlinear Optics and Excitation Kinetics in Semiconductors (NOEKS11)
    • Place of Presentation
      Stuttgart, Germany
    • Year and Date
      20120923-27
  • [Presentation] 「半導体中のキャリア間相互作用と平衡・非平衡現象」(招待講演)2012

    • Author(s)
      小川 哲生
    • Organizer
      応用物理学会量子エレクトロニクス研究会「太陽電池と量子エレクトロニクス-発光デバイス・光物性の研究実績をどう生かすか-」
    • Place of Presentation
      上智大学軽井沢セミナーハウス
    • Year and Date
      2012-12-22
    • Invited
  • [Presentation] Lasing and polariton condensation in semiconductors (招待講演)2012

    • Author(s)
      Tetsuo Ogawa
    • Organizer
      The 3rd International Symposium on Terahertz Nanoscience (TeraNano III)
    • Place of Presentation
      Honolulu,Hawai
    • Year and Date
      2012-12-10 – 2012-12-12
    • Invited
  • [Presentation] Cooperative phenomena in electron-hole and electron-hole-photon systems: Phase transition, crossover, and condensation (招待講演)2012

    • Author(s)
      Tetsuo Ogawa
    • Organizer
      The International Symposium on Molecular Materials and Devices (ISSMMD2012)
    • Place of Presentation
      Durham, UK
    • Year and Date
      2012-09-24 – 2012-09-29
    • Invited
  • [Presentation] 「半導体二層膜の中密度域におけるバイエキシトン気体」2012

    • Author(s)
      前園 涼,小川 哲生,パブロ・ロペス・リオス,リチャード・ニーズ
    • Organizer
      日本物理学会2012年秋季大会 18aFB-7
    • Place of Presentation
      横浜国立大学
    • Year and Date
      2012-09-18
  • [Presentation] 「半導体レーザー/ポラリトン凝縮クロスオーバーにおける定常発振状態の線形安定性」2012

    • Author(s)
      上出 健仁,山口 真,山本 喜久,小川 哲生
    • Organizer
      日本物理学会2012年秋季大会 18pHB-1
    • Place of Presentation
      横浜国立大学
    • Year and Date
      2012-09-18
  • [Presentation] 「二準位系集団からの協力的発光のスペクトル解析」2012

    • Author(s)
      新居 良太,上出 健仁,山口 真,小川 哲生
    • Organizer
      日本物理学会2012年秋季大会 18pHB-6
    • Place of Presentation
      横浜国立大学
    • Year and Date
      2012-09-18
  • [Presentation] 「共振器ポラリトン凝縮と半導体レーザーの接続理論(2) -発光スペクトル-」2012

    • Author(s)
      山口 真,上出 健仁,山本 喜久,小川 哲生
    • Organizer
      日本物理学会2012年秋季大会 18pHB-9
    • Place of Presentation
      横浜国立大学
    • Year and Date
      2012-09-18
  • [Presentation] 「光と物質の超強結合:定常状態での発光はスクイーズするか?」2012

    • Author(s)
      馬場 基彰,小川 哲生
    • Organizer
      日本物理学会2012年秋季大会 19pAK-11
    • Place of Presentation
      横浜国立大学
    • Year and Date
      2012-09-18
  • [Presentation] 「2モード結合微小共振器列による光スイッチング」2012

    • Author(s)
      上出 健仁,小川 哲生
    • Organizer
      日本物理学会2012年秋季大会 19pAK-12
    • Place of Presentation
      横浜国立大学
    • Year and Date
      2012-09-18
  • [Presentation] 「まとめーレーザーとは何か?」2012

    • Author(s)
      小川 哲生
    • Organizer
      シンポジウム 『非平衡電子系の新展開 - 精密制御と機能探索』
    • Place of Presentation
      愛媛大学
    • Year and Date
      2012-09-11
  • [Presentation] Excitons and polaritons in semiconductors: From one-body to many-body problems (招待講演)2012

    • Author(s)
      Tetsuo Ogawa
    • Organizer
      The 6th International Conference on Spontaneous Coherence in Excitonic Systems (ICSCE-6)
    • Place of Presentation
      Stanford University, USA
    • Year and Date
      2012-08-27 – 2012-08-31
    • Invited
  • [Presentation] Bose-Einstein condensation and lasing in Coulomb-correlated electron-hole-photon systems2012

    • Author(s)
      Makoto Yamaguchi, Kenji Kamide, Tetsuo Ogawa, and Yoshihisa Yamamoto
    • Organizer
      The 6th International Conference on Spontaneous Coherence in Excitonic Systems (ICSCE-6)
    • Place of Presentation
      Stanford University,USA
    • Year and Date
      2012-08-27 – 2012-08-31
  • [Presentation] Photoluminescence of exciton-polariton condensates in high excitation regime2012

    • Author(s)
      Tomoyuki Horikiri, Makoto Yamaguchi, Kenji Kamide, Yutaka Shikano, Tim Byrnes, Kenichiro Kusudo, Natsuko Ishida, Yasuhiro Matsuo, Andreas Loffler, Sven Hofling, Tetsuo Ogawa, Alfred Forchel
    • Organizer
      The 6th International Conference on Spontaneous Coherence in Excitonic Systems (ICSCE-6)
    • Place of Presentation
      Stanford University,USA
    • Year and Date
      2012-08-27 – 2012-08-31
  • [Presentation] BEC-BCS-Laser crossover in semiconductor electron-hole-photon systems2012

    • Author(s)
      Makoto Yamaguchi, Kenji Kamide, Tetsuo Ogawa, and Yoshihisa Yamamoto
    • Organizer
      The International Workshop on Optical Science of Dynamically Correlated Electron Systems
    • Place of Presentation
      Kussharo,Japan
    • Year and Date
      2012-08-07 – 2012-08-11
  • [Presentation] Light-matter ultrastrong coupling: Can we observe squeezed light emission?2012

    • Author(s)
      Motoaki Bamba, Cristiano Ciuti, and Tetsuo Ogawa
    • Organizer
      The International Workshop on Optical Science of Dynamically Correlated Electron Systems
    • Place of Presentation
      Kussharo,Japan
    • Year and Date
      2012-08-07 – 2012-08-11
  • [Presentation] Condensation and lasing in electron-hole-photon systems (招待講演)2012

    • Author(s)
      Tetsuo Ogawa
    • Organizer
      The International Workshop on Optical Science of Dynamically Correlated Electron Systems
    • Place of Presentation
      Kussharo,Japan
    • Year and Date
      2012-08-07 – 2012-08-11
    • Invited
  • [Presentation] Fano resonance gain in semiconductor lasers (招待講演)2012

    • Author(s)
      Kenji Kamide and Tetsuo Ogawa
    • Organizer
      The International Workshop on Optical Science of Dynamically Correlated Electron Systems
    • Place of Presentation
      Kussharo,Japan
    • Year and Date
      2012-08-07 – 2012-08-11
    • Invited
  • [Presentation] Stability of semiconductor lasers, electron-hole-photon condensates, and their hybrids between kinetic and thermal-equilibrium regime2012

    • Author(s)
      Kenji Kamide, Makoto Yamaguchi, Yoshihisa Yamamoto, and Tetsuo Ogawa
    • Organizer
      The 10th International Conference on Excitonic Processes in Condensed Matter, Nanostructured and Molecular Materials (EXCON2012)
    • Place of Presentation
      Groningen,The Netherlands
    • Year and Date
      2012-07-01 – 2012-07-06
  • [Presentation] Cooperative emission from interacting two-level systems in a cavity2012

    • Author(s)
      Ryota Nii, Kenji Kamide, Makoto Yamaguchi, and Tetsuo Ogawa
    • Organizer
      The 10th International Conference on Excitonic Processes in Condensed Matter, Nanostructured and Molecular Materials (EXCON2012
    • Place of Presentation
      Groningen,The Netherlands
    • Year and Date
      2012-07-01 – 2012-07-06
  • [Presentation] Crossover among BEC, BCS and laser in Coulomb-correlated electron-hole-photon system2012

    • Author(s)
      Makoto Yamaguchi, Kenji Kamide, Tetsuo Ogawa, and Yoshihisa Yamamoto
    • Organizer
      The 10th International Conference on Excitonic Processes in Condensed Matter, Nanostructured and Molecular Materials (EXCON2012
    • Place of Presentation
      Groningen,The Netherlands
    • Year and Date
      2012-07-01 – 2012-07-06
  • [Presentation] Cooperative phenomena in electron‐hole and electron‐hole‐photon systems (招待講演)2012

    • Author(s)
      Tetsuo Ogawa
    • Organizer
      US-Japan TeraNano Workshop in Nanophotonics and Nanoelectronics
    • Place of Presentation
      Buffalo,USA
    • Year and Date
      2012-05-10 – 2012-05-11
    • Invited
  • [Presentation] Cooperative phenomena in population-inversion states of semiconductors: lasing and polariton condensation (招待講演)2012

    • Author(s)
      Tetsuo Ogawa
    • Organizer
      The 1st DYCE Asia Workshop
    • Place of Presentation
      Tokyo Japan
    • Year and Date
      2012-04-23 – 2012-04-24
    • Invited

URL: 

Published: 2018-02-02  

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