2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of structure-designable random laser and its characterization
| Project/Area Number |
17K06388
|
|---|
| Research Institution | Kyushu Institute of Technology |
|---|
Principal Investigator |
岡本 卓 九州工業大学, 大学院情報工学研究院, 教授 (40204036)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
|
| Keywords | ランダムレーザー / 格子状ランダム媒質 / 多重散乱 / 時間領域差分法 / 光硬化性樹脂 / 最適化手法 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
設計可能なランダムレーザー媒質の実現を目指し、格子状2次元ランダム増幅媒質の発光特性を時間領域差分 (FDTD) 法を用いて調査した。増幅媒質はレーザー色素をドープしたガラスや樹脂（屈折率1.5）を想定し、その中に気孔（屈折率1.0）をランダムに分散させた。媒質サイズを4×4マイクロメートル、ひとつの格子（散乱体）サイズを0.2マイクロメートルに固定した。最初に、前年度考案したアルゴリズムを用いて単一の発光スペクトルピークを示すランダムレーザー媒質を設計した。指標として、最大強度ピークと2番目に高いピークの強度比（ピーク強度比）を用いた。その結果、散乱体充填率5～15%で高いピーク強度比（平均で8程度）をもつ媒質の設計に成功した。
次に、特定の方向に出射するランダムレーザーの設計を行った。全発光強度に対する-45～+45度方向の出射光強度の割合を指標として用いた。結果として、散乱体充填率15%で平均0.5程度となり、完全ランダム (0.25) より有意に高い値が得られた。
最後に、実際の構造作製の際に生じる散乱体の大きさや位置の誤差が、発光スペクトルへ及ぼす影響を調べた。すべての散乱体について、その大きさが縦横に20nm伸縮した場合、また中心位置が20nm上下左右にずれた場合を計算した。その結果、どちらの場合も単一発光スペクトルを示していた媒質はその性質を失った（ピーク強度比1～2程度）が、出射方向を特定した媒質は、その性質をほぼ保持することが明らかとなった。
上記のシミュレーション実験に加え、光硬化性樹脂を用いて2次元ランダム増幅媒質の作製を試みた。その結果、硬化用に用いたスペックルパターンに対応した凹凸パターンをもつ媒質が得られた。ただし、同じパターンを用いての媒質の複製は困難であった。二光子吸収を用いるなど、より精度の高い製法が必要であることがわかった。
|
