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2021 Fiscal Year Annual Research Report

1次元・2次元回折の相互作用を利用した大面積・高輝度フォトニック結晶レーザの実現

Research Project

Project/Area Number 20K22483
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

吉田 昌宏  京都大学, 工学研究科, 助教 (20880636)

Project Period (FY) 2020-09-11 – 2022-03-31
Keywordsフォトニック結晶レーザ / フォトニック結晶 / 半導体レーザ
Outline of Annual Research Achievements

本研究では,フォトニック結晶の2次元共振作用をレーザ発振に利用した半導体レーザ(フォトニック結晶レーザ)において,180度および90度回折効果の相互作用を利用することによる大面積単一モード発振の実現を目的としている。
本年度は、大面積単一モード発振を可能とするために重要となる180度回折と90度回折の打ち消し合いを生じさせるために、二重格子フォトニック結晶における空孔径や空孔間距離などの構造パラメータを調整して設計・試作を行ったレーザデバイスについて、発光スペクトル測定に基づく回折効果の実験的評価を行った。そして、実際に作製した構造における消失性干渉の度合いを定量的に評価し、理論解析との比較を行いながら試作を重ねることで、大面積単一モード発振が期待できる構造を実現するための設計パラメータ及び作製プロセス条件を見出すことに成功した。
また、上述のフォトニック結晶構造に関する検討と並行して、大面積デバイスを駆動する上で重要となる、面内の電流注入分布についても、有限要素法を用いた数値解析によって検討した。デバイスの各層のドーピング密度・組成・厚さと、ビーム出射側(基板側)の窓電極の開口径などを調整することで、大面積デバイスの全面に適切な電流注入を行うことが可能な設計を行った。
以上の検討を踏まえ、直径1mmの共振領域を導入したフォトニック結晶レーザを作製し、特性評価を行った。その結果、直径1mmサイズでの単一モード発振の実現に成功し、さらに、光出力としても10Wを超える高出力が得られた。以上のように、本研究の目標としていたミリメートル級の大面積における単一モード発振の実証に成功した。

  • Research Products

    (21 results)

All 2022 2021 Other

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (18 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Self-consistent analysis of photonic-crystal surface-emitting lasers under continuous-wave operation2021

    • Author(s)
      Katsuno Shumpei、Inoue Takuya、Yoshida Masahiro、Zoysa Menaka De、Ishizaki Kenji、Noda Susumu
    • Journal Title

      Optics Express

      Volume: 29 Pages: 25118~25118

    • DOI

      10.1364/OE.427783

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Light Detection Functionality of Photonic-Crystal Lasers2021

    • Author(s)
      De Zoysa Menaka、Inoue Takuya、Yoshida Masahiro、Ishizaki Kenji、Kunishi Wataru、Gelleta John、Noda Susumu
    • Journal Title

      IEEE Journal of Quantum Electronics

      Volume: 57 Pages: 1~8

    • DOI

      10.1109/JQE.2021.3091153

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 高輝度1mmΦフォトニック結晶レーザーの系統的評価とレーザーマーキング動作の実現2022

    • Author(s)
      吉田 昌宏、石崎 賢司、井上 卓也、勝野 峻平、De Zoysa Menaka、和泉 孝紀、初田 蘭子、野田 進
    • Organizer
      第69回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] フォトニック結晶レーザーの高輝度化(>1GW/cm2/sr)とLiDARの小型化2022

    • Author(s)
      國師 渡、宮井 英次、De Zoysa Menaka、石崎 賢司、吉田 昌宏、西村 健太郎、澁谷 夢人、井上 恵介、野田 進
    • Organizer
      第69回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] 分割電極フォトニック結晶レーザーの連続駆動時におけるビーム形状と電流分布の関係の機械学習の検討 (II)2022

    • Author(s)
      中川 祐一朗、De Zoysa Menaka、井上 卓也、勝野 俊平、吉田 昌宏、石崎 賢司、初田 蘭子、野田 進
    • Organizer
      第69回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] フォトニック結晶レーザーの固有スペクトル線幅の評価2022

    • Author(s)
      井上 卓也、Kim Taejoon、勝野 峻平、吉田 昌宏、De Zoysa Menaka、野田 進
    • Organizer
      第69回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] 2つの楕円空孔から成る二重格子フォトニック結晶のフォトニックバンド構造の解析2022

    • Author(s)
      吉田 渓介、吉田 昌宏、井上 卓也、野田 進
    • Organizer
      第69回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] 非エルミート一方向性光放射・反射導波路の設計と光局在現象2022

    • Author(s)
      野口 直哉、井上 卓也、吉田 昌宏、野田 進
    • Organizer
      第69回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] 例外点近傍のフォトニック結晶レーザーにおける機械学習を用いた3次元格子点形状モデリング2022

    • Author(s)
      初瀬 史哉、北村 恭子、宮川 晶、宮井 英次、石崎 賢司、吉田 昌宏、初田 蘭子、メーナカ デ ゾイ サ、井上 卓也、野田 進
    • Organizer
      第69回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] 温度補償構造を導入したフォトニック結晶レーザーのCW動作特性評価2022

    • Author(s)
      勝野 峻平、吉田 昌宏、井上 卓也、De Zoysa Menaka、石﨑 賢司、野田 進
    • Organizer
      第69回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] 3mmΦ大面積フォトニック結晶レーザーの電気的特性の解析と電極構造設計2022

    • Author(s)
      和泉 孝紀、吉田 昌宏、勝野 峻平、De Zoysa Menaka、井上 卓也、石﨑 賢司、野田 進
    • Organizer
      第69回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] 29-W Continuous-Wave Operation of Photonic-Crystal Surface-Emitting Laser (PCSEL)2021

    • Author(s)
      Katsuno Shumpei、Yoshida Masahiro、Izumi Koki、Inoue Takuya、Ishizaki Kenji、De Zoysa Menaka、Hatsuda Ranko、Gelleta John、Enoki Kentaro、Noda Susumu
    • Organizer
      27th International Semiconductor Laser Conference (ISLC)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] InP系二重格子フォトニック結晶レーザーの高出力化2021

    • Author(s)
      伊藤 友樹、河野 直哉、藤原 直樹、井上 大輔、小笠原 誠、井上 尚子、八木 英樹、柳沢 昌輝、吉田 昌宏、井上 卓也、メーナカ デゾイサ、石崎 賢司、野田 進
    • Organizer
      第82回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] 非エルミートフォトニック結晶におけるディラックコーンの形成2021

    • Author(s)
      吉田 昌宏、井上 卓也、Gelleta John、石崎 賢司、吉田 渓介、和泉 孝紀、De Zoysa Menaka、野田 進
    • Organizer
      第82回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] 二重格子フォトニック結晶における様々な例外点形成に関する考察2021

    • Author(s)
      吉田 渓介、吉田 昌宏、井上 卓也、野田 進
    • Organizer
      第82回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] 非エルミート・ディラック点における一方向光放射/反射現象2021

    • Author(s)
      井上 卓也、吉田 昌宏、Gelleta John、野田 進
    • Organizer
      第82回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] フォトニック結晶レーザーの30W級CW動作の実現2021

    • Author(s)
      勝野 峻平、吉田 昌宏、和泉 孝紀、De Zoysa Menaka、石﨑 賢司、井上 卓也、野田 進
    • Organizer
      第82回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] 二重格子フォトニック結晶共振器の結合係数制御とバンド構造変化2021

    • Author(s)
      和泉 孝紀、吉田 昌宏、石﨑 賢司、榎 健太郎、勝野 峻平、井上 卓也、De Zoysa Menaka、野田 進
    • Organizer
      第82回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] 分割電極フォトニック結晶レーザーの連続駆動時におけるビーム形状と電流分布の関係の機械学習の検討2021

    • Author(s)
      中川 祐一朗、片桐 光陽、De Zoysa Menaka、井上 卓也、勝野 俊平、吉田 昌宏、石崎 賢司、初田 蘭子、野田 進
    • Organizer
      第82回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] フォトニック結晶レーザーの波長・偏波合波システムの構築:原理実証2021

    • Author(s)
      榎 健太郎、井上 陽子、河崎 正人、國師 渡、吉田 昌宏、井上 卓也、De Zoysa Menaka、石﨑 賢司、初田 蘭子、野田 進
    • Organizer
      第82回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Remarks] フォトニック結晶レーザー搭載LiDARの大幅な小型化(体積1/3)に成功

    • URL

      https://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research-news/2021-07-14-1

URL: 

Published: 2022-12-28  

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