微小共振器のコヒーレント・チャージダイボールによるTHz帯電気信号の発生

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12305006
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 山西 正道 広島大学, 工学部, 教授 (30081441)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 田中 健一 広島大学, 工学部, 助手 (50304407) ; 角屋 豊 広島大学, 工学部, 助教授 (90263730) ; 五神 真 東京大学, 大学院・工学研究科, 教授 (70161809)
• Keywords: 半導体微小共振器 / 共振器ポラリトン / 量子閉じ込めスタルク効果 / THz帯電磁波 / 超短電圧パルス / 高効率THz電磁波発生素子

Research Abstract

本研究の目的は,半導体微小共振器中の量子井戸励起子を用いることで,チャージダイポールの励起過程を制御し,さらには励起子と光の強結合による新たなコヒーレントチャージダイポールの状態(ポラリトン)を励起し,これらのチャージダイポールを用いた超短電圧パルス(<1ps)やTHz帯電磁波の発生,およびチャージダイポールの動的な制御を実現することである.本年度は,励起ダイポールに起因する超高速の電圧信号発生技術の確立を行った.具体的には多重量子井戸構造を成長したGaAs基板を薄化する技術,電圧パルス信号を検出する測定系を構築した.またこれらを用いて,量子井戸構造上に形成したコプレーナストリップライン間をサブピコ秒レーザパルスで励起することで,電圧信号を発生し,ラインを伝搬した電圧パルスを別の箇所での透過スペクトルの変化として観測した.得られた電圧パルスは数100fsの立ち上がり時間を示しており,THz電圧パルスの発生・伝搬・検出技術が確立できていることを確認した.この実験においては実励起キャリアを用いているため,電圧パルスはステップ関数的になると予想されたが,実際にはステップ関数的成分とデルタ関数的パルス状成分の重畳からなっているという結果を得た.パルス状成分はサブピコ秒パルスによって生成されるダイポールの時間微分(または2階の時間微分)を源とする近接場電磁波動に起因すると考えられる。この点に着目すると,半導体微小共振器に超短垂直電圧パルスを印加できる可能性がある。
また本研究と関連し,微小共振器を用いた高効率THz帯電磁波発生方法を提案し,従来バルク半導体表面からの電磁波放射としては最も高強度であるとされていたInAs表面を用いる方法と比較して1桁以上の高効率化を実現した.

Research Products

• [Publications] Y.Kadoya 他: "Microcavity-induced enhancement of THz-wave radiation from semiconductor surfaces excited by short laser pulses"Abstract of International THz workshop. 63-63 (2000)
• [Publications] M.Yamanishi 他: "THz-Electromagnetic Wave Radiation from Semiconductor Microcavities in Strong-and Weak-Coupling Regime (Invited)"Abstracts of IEEE LEOS 2000. 238-239 (2000)