2014 Fiscal Year Annual Research Report
半導体デバイスにおける光渦励起軌道角運動量のコヒーレント制御
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14J11199
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
重松 恭平 北海道大学, 工学院, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2014-04-25 – 2017-03-31
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| Keywords | 光渦 / 四光波混合分光 / 面発光レーザー / 光帰還 / コヒーレント制御 / 励起子 / 軌道角運動量 / 窒化物半導体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、光渦のらせん位相がもたらす軌道角運動量(OAM)の半導体デバイスによるコヒーレント制御を目的とする。近年、光OAMを活用した光情報通信の多次元化が注目されており、半導体デバイスを用いた光OAMの保存・制御は、光通信の大容量化へとつながる。今年度は、1.面発光型半導体レーザー(VCSEL)に対する光帰還系の構築・出力OAM評価および2. 縮退四光波混合による半導体電子系への多次元OAMのコヒーレント変換を行った。
項目1では、VCSELに対する空間変調光帰還を実現するために、回折格子ホログラムを組み込んだ外部共振器を構築した。回折格子ホログラムによって光の強度や位相を空間制御することが可能であり、これによって制御されたレーザー光をレーザー媒質に戻す(光帰還)ことによって、媒質中の空間利得が変調され、出力OAMが変化することが期待できる。出力光のOAMを解析した結果、帰還光に付加された位相のらせん度に応じて、VCSELのOAMが変化することが明らかとなった。今後は、さらに自在にVCSELの出力OAMを制御するための帰還光の変調条件を理論・実験の両面から追及していく。
項目2では、多次元OAMのコヒーレント変換を実現するために、複数のOAM成分を持つ複合光渦パルスを発生させた。この複合光渦パルスに対する半導体電子系の四光波混合応答を観測した結果、OAMコヒーレンス緩和時間は、らせん度が大きい場合、励起子位相緩和時間よりも2桁大きいサブナノ秒に達することが明らかとなった。位相緩和時間よりも長い時間スケールで励起子がOAMを保存することは、デバイス応用の観点からも重要である。今後はこれまでに得られたOAMコヒーレントダイナミクスを基礎とし、3パルス励起四光波混合によって半導体電子系を介した多次元OAMの全光コヒーレント制御を目指す。
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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
今年度の研究計画に掲げた半導体電子系への多次元OAMのコヒーレント変換・コヒーレントダイナミクス観測が達成でき、さらに光帰還によるVCSELの出力OAM制御に関しても成果を得ることができたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在よりも、さらに自在にVCSELの出力OAMを制御するための帰還光変調条件を実験・理論の両面から明らかにする。これに加えて、半導体電子系を介した多次元OAMのコヒーレント制御に必要な、3パルス励起四光波混合実験系を構築する。
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