2019 Fiscal Year Annual Research Report
Extreme characteristic semidonductor laser diode
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19H02201
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
浜本 貴一 九州大学, 総合理工学研究院, 教授 (70404027)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
上野 芳康 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (00345422)
加藤 和利 九州大学, システム情報科学研究院, 教授 (10563827)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | フォトンフォトン共振 / アクティブMMIレーザー / 周波数応答特性 / UTC-PD / 超高速 / 直接変調 / テラヘルツ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、半導体レーザの極限性能を追求し、本質的な理論限界である数百THzまでの超高速応答特性を目指した基礎研究を進めることを目的とする。特に本研究では、従来の研究をさらに進展させ、複数のフォトン・フォトン共振現象等による半導体レーザの極限性能実現に向けた基礎研究を行うことを目的とし、そのデバイス構造としては、アクティブMMIレーザーを適用し、研究を進めていく。
当該年度においては、複数のフォトン・フォトン共振を発現するアクティブMMIレーザ素子（1x3-MMI構造）を用いた構造を有するデバイス特性を用い、ベクトルネットワークを使用して高周波応答特性を評価することとし、特に複数フォトン・フォトン共振についての実験的評価を進めた。その結果、20GHz付近、及び60GHz付近と2つのフォトン・フォトン共振を確認することに成功した。なお、保有するベクトルネットワークアナライザの特性評価は70GHzまでが限界であるため、これ以上の周波数領域における応答特性評価は実施できていない。
また本研究では、100GHz超の周波数応答特性評価技術はまだ十分に確立されていない状況を鑑み、100GHz超の周波数応答特性評価技術として、モードロックレーザ光を用いた評価方法「位相同期光コムスペクトルプローブ法」の導入検討を進めた。UTC-PDを導入し、100GHz超領域の周波数解析ができる評価系を構築を目指したが、当初想定していた製品仕様の入手ができないことが判明し、新ためて方式検討を行った。併せてEA変調器を用いた原理検証を実施し、提案測定方式の基本原理を確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
R1年度においては以下のような進捗を得ている。
(1) アクティブMMI-LD評価分析
アクティブMMIレーザにおけるフォトン・フォトン共振現象の制御方法を検討する目的で、実際に2つのフォトン・フォトン共振を有すると考えられる素子構造の周波数応答特性を進めた。その結果、特にフォトン・フォトン共振周波数については、ほぼ予想通り20GHz付近、並びに60GHz付近と、2つの共振ピークを観測することに成功した。また、従来の緩和振動周波数を超える周波数では一旦強いダンピングが生じているものの、60GHz付近では再びその強度が回復し、0dBに近い特性が実験的に確認されえた。従って、PPR設定周波数に加え、その強度等もデバイスパラメータの工夫などにより制御できる可能性が示唆される、という貴重な実験結果が得られたと考えられる。
(2) 超高速評価系構築
位相同期光コムスペクトルプローブ法の原理確認については、その測定基本原理について実験的な検証を試みた。具体的には導入を予定しているUTC-PDの代わりに通常のPDを用い、対象デバイスとしてEA変調器を用いて原理検討を進めた。その結果、基本的には提案方式により周波数応答特性評価が可能であることを確認した。一方で、想定以上の強度ばらつきが生じており、今後対策が必要であることを明らかにした。なお、当初予定していたUTC-PD仕様が入手困難となったため、今後は仕様変更等を検討したうえで、R2年度中にも改めてUTC-PD等を導入し、100GHz超の周波数応答特性評価系を構築していく予定に変更した。このため、測定系工区については遅れが生じた。
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| Strategy for Future Research Activity |
予定していた計画が進捗するよう以下のように今後研究推進していく。
(1) アクティブMMI-LD構造の検討
前年度までに明らかにしたフォトン・フォトン共振現象について、理論的検討を進め、特にその共振ピーク位置の微調整やその強度などについて、特にデバイス注入電流などを用いた制御が可能かどうか検討を進めていく。これらにより、将来の1Tbps超高速変調を目指した100GHz超周波数応答のための構造に関する知見を得たうえで、基礎的設計技術を構築していく。
(2) 超高速評価系構築
当初導入を予定していたUTC-PD仕様導入が困難となったため、入手可能な仕様を前提とした評価系について改めて検討を進めたうえで、UTC-PD導入を進めていく。またこの仕様変更に伴い、新たに必要となる外付け部品の必要性、並びに仕様などを検討したうえで、UTC-PDからRFプローブ迄の必要部材を問題なく接続構築できる評価ステージ等について、設計・自作を進めていく。併せて前年度に課題として明らかになった、応答特性強度ばらつきについてその原因分析を進めたうえで、対策検討を進めていく。
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