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2012 Fiscal Year Annual Research Report

面発光型半導体レーザ(VCSEL)の特性の改善とその応用に関する研究

Research Project

Project/Area Number 22560035
Research InstitutionNiigata University

Principal Investigator

佐藤 孝  新潟大学, 自然科学系, 教授 (10143752)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 大平 泰生  新潟大学, 自然科学系, 准教授 (10361891)
大河 正志  新潟大学, 自然科学系, 教授 (90213644)
Project Period (FY) 2010-04-01 – 2013-03-31
KeywordsVCSEL / 周波数雑音 / 物理乱数生成
Research Abstract

面発光型半導体レーザ(VCSEL)の特性改善を行い、より広い分野に応用可能なレーザとすることを目的として研究を行った。VCSELは通常の半導体レーザと比べてその電流経路が大きく異なる。このため、磁界を電流と平行に印加して電流の拡散を防ぐことで、高いキャリア密度を実現し、光出力の増加そして横シングルモード化を目指す研究を行った。
またVCSELは広帯域な周波数雑音特性(20GHz程度)を持つので、吸収線付近でVCSELが発振していると、レーザ光強度が高速でスイッチングされ大きな光強度雑音が観測される。この光強度雑音が物理乱数として利用できると我々は考えている。この周波数雑音特性を利用した超高速物理乱数の生成を行う。平成24年度には、Fabry-Perot型半導体レーザを使用して40Gb/sの超高速物理乱数生成に成功した。これを更に高速化するため、VCSELを用いて実験を行った。そのためには、VCSELの発振の中心周波数を安定化が必要である。但し、この際の制御は比較的「遅い」制御のみとしてVCSELの瞬時瞬時の周波数はVCSEL自身の揺らぎに任せるようにする。これで、VCSELの発振の中心周波数はRb原子の吸収線に一致し、瞬時瞬時の発振周波数はその高速周波数雑音により凡そ数GHzの範囲で変動するという状況が実現される。その結果、Rbセルが周波数変化を光強度変化に変換する装置の役割を果たし、半導体レーザの周波数雑音から光強度雑音が生成された。この信号を高速のA/Dコンバーターで2進数に変換し、例えばその最下位のビットを集めて2進数の列を作るとそれは目的とする物理乱数となる。実験の結果、高速の乱数生成に成功し、国際会議その他で報告した。

Current Status of Research Progress
Reason

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (8 results)

All 2013 2012

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (7 results)

  • [Journal Article] Frequency noise characteristics of a diode laser and its application to physical random number generation2013

    • Author(s)
      Shinya Maehara
    • Journal Title

      Optical Engineering

      Volume: 52 Pages: 1 - 7

    • DOI

      0.1117/1.OE.52.1.014302

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Oscillation characteristic change of a vertical cavity surface emitting laser in a magnetic field2012

    • Author(s)
      Shinichi Tabira
    • Organizer
      IEEE信越支部ポスターセッション
    • Place of Presentation
      長岡技術科学大学
    • Year and Date
      20121110-20121110
  • [Presentation] Oscillation frequency stabilization of a semiconductor laser diode using the Rb saturated absorption spectroscopy and advanced technology2012

    • Author(s)
      Kohei Takada
    • Organizer
      IEEE信越支部
    • Place of Presentation
      新潟大学
    • Year and Date
      20121013-20121013
  • [Presentation] Physical-Random Number Generation Using a VCSEL's Frequency Noise Characteristic2012

    • Author(s)
      Kohei Kawakami
    • Organizer
      IEEE信越支部セッション
    • Place of Presentation
      新潟大学
    • Year and Date
      20121013-20121013
  • [Presentation] Physical-random number generation using laser diode's noise characteristics -Consideration about the influence of laser diode's oscillation frequency stabilization-2012

    • Author(s)
      Takahiro SAITO
    • Organizer
      IEEE信越支部セッション
    • Place of Presentation
      新潟大学
    • Year and Date
      20121013-20121013
  • [Presentation] 磁界印加時における面発光型半導体レーザの発振波長シフトの研究2012

    • Author(s)
      河野桂子
    • Organizer
      電子情報通信学会信越支部大会
    • Place of Presentation
      新潟大学
    • Year and Date
      20121013-20121013
  • [Presentation] 半導体レーザの周波数雑音を用いた物理乱数の生成~発振周波数安定化が物理乱数に及ぼす影響に関する考察~2012

    • Author(s)
      古川元一
    • Organizer
      電子情報通信学会信越支部大会
    • Place of Presentation
      新潟大学
    • Year and Date
      20121013-20121013
  • [Presentation] 直接変調方式による半導体レーザの発振周波数の安定化とその応用2012

    • Author(s)
      松木航平
    • Organizer
      電子情報通信学会信越支部大会
    • Place of Presentation
      新潟大学
    • Year and Date
      20121013-20121013

URL: 

Published: 2014-07-24  

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