偏光双安定面発光半導体レーザを用いた超高速光信号処理の研究

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14350027
• Research Institution: Yamagata University
• Principal Investigator: 河口 仁司 山形大学, 工学部, 教授 (40211180)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 片山 健夫 山形大学, 工学部, 助手 (80313360) ; 高橋 豊 山形大学, 工学部, 助教授 (00260456)
• Keywords: 半導体レーザ / 光双安定 / 面発光半導体レーザ / 偏光スイッチング / 3R中継 / 全光型バッファメモリ / スピン偏極電子 / スピン注入

Research Abstract

偏光双安定面発光半導体レーザを用いた全光型3R中継の提案と理論的検討、全光型バッファメモリの提案、およぴスピン偏極電子注入素子に関する研究を行い、以下の点について成果を得た。
1.全光型3R中継
面発光半導体レーザ(VCSEL)の偏光双安定性を用いて、光3R(Regenerating, Reshaping, and Retiming)が実現可能なことを数値解析より明らかにした。100Gbit/sまで3R機能をもつことが確認された。ビットレートが160Gbit/sと超高速になった場合には、光利得は得られないが、アイ開口が改善できることがわかった。又、面発光半導体レーザの共振器長を短くすること、バイアス電流を上昇することにより、より高速の動作が可能なことがわかった。
2.全光型バッファメモリの提案
偏光双安定性をもつ面発光半導体レーザのアレイを用いて、光パケット交換用の全光型バッファメモリが実現できることを考案し、その後、二次元アレイ面発光半導体レーザを用いて、記録情報を二次元アレイ内で一括転送し記録できる、シフトレジスタ機能をもたせることが可能なことを見い出した。
3.スピン偏極電子注入光素子
注入したスピン偏極電子が半導体内を伝導する間にどのように緩和するかを明らかにするため、円偏光フェムト秒パルスで光励起し、自然放出光の偏光特性の時間変化から、電子のスピン偏極度と緩和時間を評価している。初期的なデータでは、スピンはかなり長時間にわたって保存されていることがわかった。より詳細な検討を可能にするため、中間層をはさんで井戸幅の異なる二つの量子井戸をもつ素子を作製した。現在、それぞれの量子井戸からの発光の偏光度の差から中間層でのスピン緩和を測定している。

Research Products

• [Publications] Y.Takahashi, H.Kawaguchi: "Strain-dependence of the gain saturations in InGaAsP/InP quantum-well gain media"IEEE J. Quantum Electron.. Vol.38,No.10. 1384-1389 (2002)
• [Publications] H.Kawaguchi: "All-optical signal processing using a bistable VCSEL(招待論文)"4th International Conference on Transparent Optical Networks. Th. C. 3. 151-155 (2002)
• [Publications] H.Kawaguchi, Y.Yamayoshi: "All-optical 3R regeneration using an ultrafast polarization bistable VCSEL"CLEO 2002. CThO38. 531-532 (2002)
• [Publications] H.Kawaguchi: "All-optical signal processing using ultrafast polarization bistable VCSELs"PS 2002. TuB3. 72-74 (2002)
• [Publications] 山吉康弘, 河口仁司: "偏光双安定面発光半導体レーザを用いた全光学的3R中継器の動作特性の解析"電子情報通信学会 信学技報. LQE2002-119. 67-72 (2002)
• [Publications] Y.Sato, M.Yamaguchi, Y.Takahashi, Y.Kawamura, H.Kawaguchi: "Spin relaxation measurement of the spin-polarized electrons during transport in GaAs using double-quantum well heterostructure"to be published in EQEC 2003. (未定). (2003)
• [Publications] 大沢研, 山吉康弘, 河口仁司: "λ共振器InGaAs/GaAs面発光半導体レーザ実験的検討"第57回応用物理学会東北支部学術講演会. 6aB11. 210 (2002)
• [Publications] 佐藤祐喜, 山口雅剛, 高橋豊, 河村裕一, 河口仁司: "光励起スピン偏極電子のスピン輪送緩和特性"第50回応用物理学関係連合講演会. 30aZH-13. 1570 (2003)