二光子共鳴による新しい非線形光学現象と固体の電子構造解明のための応用

1993 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 05452035
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 井上 久遠 北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (30021934)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 南 不二雄 東京工業大学, 理学部, 教授 (30200083) ; 吉田 幸司 北海道大学, 電子科学研究所, 学術振興会特別研究員
• Keywords: 非線形光学 / II-VI超格子 / 励起子 / 二光子共鳴 / 第2高調波発生 / 共鳴効果

Research Abstract

1.チタンサファイアレーザー装置を駆使して、二光子共鳴による光第2高周波(SHG)発生現象、二光子吸収現象、並びに共鳴ハイパーラマン散乱現象(二光子励起フオノンラマン散乱)の詳しい実験を進めた。本年度は、エピタキシヤル成長させたZnSe薄膜、Zns薄膜並びに各種のZnSe/ZnS超格子(量子井戸)の試料について詳しい測定を行った。通常の、最低次では発生しえない(電気双極子近似)偏光配置で、入射光フォトンの2倍のエネルギーに1S励起子、あるいは2P励起子エネルギーが一致するとき、強いSHG光が通常の前方方向に発生する現象を初めて見いだした。また、その共鳴効果の程度が、非共鳴の場合に比べて3桁以上である事実を、水晶の非共鳴SHG強度との比較により明らかにした。
2.上記の現象が、半導体薄膜の電子構造、特に量子閉じ込め励起子構造並びに励起子の束縛エネルギーを導出するのに優れた方法であることを実例により明らかにした。現在、盛んに研究がなされているII-VI化合物半導体のエピタキシヤル薄膜結晶は下地にGaAsを用いているが、本現象は2光子共鳴なので、この下地を除去する必要もなく、又、信号の観測は容易なので、新しい分光法として非常に優れていることがわかった。
3.ZnS/ZnSe超格子で、2光子共鳴による光学フォノンのハイパーラマン散乱現象を世界で初めて観測した。電子構造を解明する新しい分光法としての可能性が十分に考えられるので、詳しく調べている。
4.世界で未だ全く研究されていない、ブリュスター角配置での2光子反射スペクトルの実験に着手した。その前段階として、これも又殆ど研究されていない、1光子のブリュスター反射分光に関する詳しい実験を行い、II・VI半導体薄膜の電子構造解明並びに評価のための優れた手段であることを明らかにした。

Research Products

• [Publications] 井上久遠,黒田隆,南不二雄,吉田幸司,藤安洋: "Study of electronic structure instrained ZnSe/GaAs thin films by nonlinear-optical and Brewster-angle reflection spectroscopies" Journal of Crystal Growth. (印刷中). (1994)
• [Publications] 南不二雄,吉田幸司,井上久遠,藤安洋: "Two-photon spectroscopy in ZnSe/ZnS quantum wells" Journal of Crystal Growth. (印刷中). (1994)