フォトニック結晶導波路モードと量子ドット内電子準位共鳴によるキャリア緩和促進

2010 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21760034
• Research Institution: Wakayama University
• Principal Investigator: 尾崎 信彦 和歌山大学, システム工学部, 准教授 (30344873)
• Keywords: フォトニック結晶 / 量子ドット / 超高速パルス分光 / 光非線形象

Research Abstract

本研究は、量子ドット(QD)を埋め込んだフォトニック結晶導波路(PC-WG)の最適設計によって、QD内の励起キャリアの緩和時間制御を目指した。キャリア緩和時間制御の具体的な方法として、PC-WGモードにおける低群速度領域(高フォトン状態密度)の波長を量子ドットのバンドギャップエネルギーに共鳴もしくは非共鳴させることによって、緩和時間を短くもしくは長くすることを試みた。研究実施は2年計画で、2年目にあたるH22年度は、サンプルの光学測定を中心に研究を推進した。QD埋め込みPC-WGは、MBE法と電子線リソグラフィー、ドライエッチングにより作製した。その際、PCの格子定数を系統的に変化させて導波路を作製し、そのサンプルをPL測定と2波長ヘテロダインポンプ・プローブ法により光学的に評価した。まず、導波路内のPL測定によって、埋め込まれたQDからの不均一発光強度の一部が強められていることが確かめられた。これは、パーセル効果によって低群速度領域におけるQDの発光が増強されたためであり、増強された発光波長はPCの格子定数変化とともにシフトした。この結果はシミュレーション計算結果ともよく一致し、QDのバンドギャップエネルギーと低群速度領域波長の共鳴、非共鳴状態をPCの格子定数で精度よく制御できることを示している。また、ポンプ・プローブ法によるQD内のキャリア緩和時間の測定結果から、QDの励起準位間エネルギーが低群速度領域波長と共鳴した際、量子ドット内のキャリア緩和が速くなる傾向を見出した。これは、本研究の目的であるQD内励起キャリアの緩和速度制御の可能性が示唆される結果であり、QDの強い光非線形性を利用した全光型超高速繰り返しスイッチ素子への応用が期待される。

Research Products

• [Journal Article] Wideband Operation of 2D Photonic Crystal Directional Coupler with Topology Optimized Waveguide Bends (2010)
  • Author(s): Yoshinori Watanabe, Naoki Ikeda, Yoshiaki Takata, Yoshinori Kitagawa, Nobuhiko Ozaki, Yoshimasa Sugimoto, Kiyoshi Asakawa
  • Journal Title: Journal of Nonlinear Optical Physics & Materials Volume: 19 Pages: 543-550
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Nanophotonics technology for advanced quantum dot/photonic crystal device and metal/semiconductor plasmonic device (2010)
  • Author(s): Y.Sugimoto, N.Ikeda, D.Tsuya, N.Ozaki, H.Oda, A.Yamanaka, A.Miura, T.Nomura, D.Inoue, H.Fujikawa, S.Ohkouchi, Y.Watanabe, Y.Koide, K.Satoh, K.Asakawa
  • Journal Title: Proc.of Photonics Global Conference (PGC) 2010 Pages: 1-5
• [Presentation] 2次元フォトニック結晶スラブ線欠陥導波路を用いたInAs量子ドットレーザーに関する研究 (2011)
  • Author(s): 浜田直樹, 小田久哉, 山中明生, 尾崎信彦, 池田直樹, 杉本喜正
  • Organizer: 第46回応用物理学会北海道支部学術講演会
  • Place of Presentation: 室蘭工業大学
  • Year and Date: 2011-01-08
• [Presentation] フォトニック結晶導波路に埋込んだ量子ドットにおける光励起とキャリア緩和過程制御 (2010)
  • Author(s): 尾崎信彦, 宗石達矢, 北川嘉則, 池田直樹, 杉本喜正, 浅川潔
  • Organizer: 応用物理学会励起ナノプロセス研究会第六回研究会
  • Place of Presentation: ビッグ・アイ国際障害者交流センター(堺市)
  • Year and Date: 2010-11-02
• [Presentation] Evolution of Nanophotonics from Semiconductor Photonic Crystal Device to Metal/Semiconductor Plasmonic Device (2010)
  • Author(s): K.Asakawa, Y.Sugimoto, Y.Watanabe, N.Ikeda, N.Ozaki, D.Kumar V, T.Nomura, D.Inoue, A.Miura, H.Fujikawa, K.Sato
  • Organizer: 5^<th> Int.Conf.Advanced Optoelectronics and Lasers (CAOL 2010)
  • Place of Presentation: Sevastopol, Crimea, Ukraine
  • Year and Date: 2010-09-11
• [Presentation] Fabrication and characterization of an all-optical flip-flop based on photonic crystal waveguides and two-color quantum dots (2010)
  • Author(s): N.Ozaki, Y.Takata, Y.Kitagawa, N.Ikeda, S.Nakamura, S.Ohkouchi, A.Watanabe, Y.Watanabe, Y.Sugimoto, K.Asakawa
  • Organizer: OSA Int.Conf.Nanophotonics 2010
  • Place of Presentation: Tsukuba, Japan
  • Year and Date: 2010-06-01
• [Presentation] Wideband operation of 2D photonic crystal directional coupler with topology optimized waveguide bends (2010)
  • Author(s): Y.Watanabe, N.Ikeda, Y.Takata, Y.Kitagawa, N.Ozaki, Y.Sugimoto, K.Asakawa
  • Organizer: OSA Int.Conf.Nanophotonics 2010
  • Place of Presentation: Tsukuba, Japan
  • Year and Date: 2010-06-01
• [Book] Ch.9 Photonic crystal all-optical switches (Optical switches-Materials and design-) (2010)
  • Author(s): K.Asakawa, Y.Sugimoto, N.Ikeda, Y.Watanabe, N.Ozaki, Y.Takata, Y.Kitagawa, S.Ohkouchi, S.Nakamura, A.Watanabe, X.Wang
  • Total Pages: 241-275(35)
  • Publisher: Woodhead Publishing Limited