2012 Fiscal Year Annual Research Report
ビーム出射方向制御可能なフォトニック結晶レーザの研究
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11J06022
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
梁 永 京都大学, 大学院・工学研究科, 特別研究員DC1
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| Keywords | フォトニック結晶 / レーザ / ビーム出射方向 / 3次元結合波理論 |
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| Research Abstract |
本年度は、ビーム出射方向制御可能な結晶構造を設計するための理論構築にむけて、フォトニック結晶レーザの非Γ点共振モードにおける光の回折と結合を定式化し、斜めビーム出射モードの発振特性を定量的に理解できる3次元結合波理論を構築した。フォトニック結晶レーザは共振器として2次元周期構造であるフォトニック結晶を利用している。従って、その動作特性(光出力)はフォトニック結晶の構造によって決まる。しかし、2次元フォトニック結晶構造には、格子点の形状、厚さ、厚み方向の形状、周期数など多くの設計パラメータが存在する。昨年度、Maxwell方程式をもとにフォトニック結晶中における伝搬光の結合の様子を定式化し、面内の発振状態(面内結合)と垂直方向の回折光(出力)を定量的に計算できる、3次元結合波理論の構築に着手した。今年度の研究では、この理論を大幅に拡張し、斜め方向へビームを出射させるフォトニック結晶レーザにおける光の振る舞い(斜め方向への回折と結合)を定式化するとともに、実際のデバイスに対応した有限サイズ効果の解析並びに、フォトニック結晶の格子配列(正方格子、面心長方格子及び三角格子)そのものの変化の解析をも可能とする理論へと発展させた。さらに、非Γ点共振モードの特性評価を行い、拡張した理論は実験結果をよく再現できていることを確認した。これらの成果は、米国科学雑誌Optics Express, Physical Review Bなどにおいて発表した。今後、この理論により、様々な格子構造を組み合わせた結晶構造における斜めビーム出射モードの動作特性を定量的に解析するとともに、高出力化動作も含めた、体系的な設計が可能になるものと期待される。
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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
当初の計画どおり、フォトニック結晶レーザを設計するための理論(3次元結合波理論)を大幅に拡張し、斜めビーム出射モードだけでなく、2次元共振状態が形成可能な全ての格子配列(正方格子、面心長方格子及び三角格子)について定量的な解析が可能な理論へと発展させた。さらに、実験評価を行い、理論モデルの妥当性を確認した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、上記で確立した理論を用いて、異なる格子構造による様々な組み合わせなどについても具体的に計算し、レーザ共振器の動作特性(閾値、ビーム偏光、ビームパターンなど)がどのように変化するか、系統的に解析する。同時に、これらの特性を実験によっても、実際にデバイスを作成し、評価する。こうした理論と実験双方の検討により、ビーム出射方向を自在に制御可能な高性能デバイスの設計指針を示す。さらに、ビーム出力の向上なども含めて、フォトニック結晶レーザ全体としての物理の体系化を行う。
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