2012 Fiscal Year Annual Research Report
サーマルフリーフォトニクスを目指した極限共鳴光学応答の開拓
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24244048
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Research Institution | Osaka Prefecture University |
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Principal Investigator |
石原 一 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60273611)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
芦田 昌明 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (60240818)
一宮 正義 大阪歯科大学, 歯学部, 講師 (00397621)
沈 用球 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (20336803)
余越 伸彦 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (90409681)
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| Project Period (FY) |
2012-05-31 – 2016-03-31
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| Keywords | 光物性 / 光スイッチ / 半導体物性 / 量子閉じ込め / ナノ材料 |
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| Research Abstract |
２４年度について、実験的には、特に幅の広いモードを全周波数的に捉えることが出来るように質の良い超短パルスを発生させる準備、及び高品質な薄膜の作製準備に注力した。具体的には以下のような研究を進めた。
[1]複数の超短パルスレーザーを用い、10数fs～100fs のパルス幅でCuCl薄膜を励起した場合の非線形効果を測定し、励起子モードの輻射幅に対してスペクトル幅が広すぎても効率が低下することを確認した。[2]巨大な輻射幅を持つ励起子モードの励起に適したパルス成形のため、パルス幅、中心波長をマニュアル調整可能な超短パルスレーザーを導入しその調整を行った。[3]CuCl原料の改善により薄膜の更なる高品質化を達成し、発光スペクトルにおいてもモード構造が出現することを確認した。発光スペクトルでの輻射補正を含む励起子準位の観測は初めての例である。[4]CuCl薄膜の光カー効果測定に成功し、モード構造を持つスペクトルと数100fsの高速スイッチング動作を確認した。[5]CuClに加えて、室温での活性がさらに高いと期待されるZnO薄膜における縮退四光波混合スペクトルを測定し、励起子構造を確認した。[6]CuCl薄膜の縮退四光波混合において入射角の変化によるスペクトル形状、緩和時間の変化を確認した。
また、理論的には次の研究を進めた。
[1]偏光回転計測によって非線形性の大きさと速度を同時計測できように、理論的にこれに対応した物理量を計算する定式化を行った。[2]従来、実時間での超短パルス応答を、時間軸上の方程式を解くことで計算していたが、定常状態の非線形応答の解からこれを構成できるようにした。このことによりこれまで不可能であった多層膜等、複雑な構造の試料に対する計算が可能になった。[3]ZnO薄膜のモード構造を計算し、A,B励起子が本来輻射的に結合していることを明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
２４年度について、実験的には、特に幅の広いモードを全周波数的に捉えることが出来るように質の良い超短パルスを発生させる準備、及び高品質な薄膜の作製準備に注力したが、励起子モードの輻射幅に対してスペクトル幅が広すぎても効率が低下することなどが確認でき、また巨大な輻射幅を持つ励起子モードの励起に適したパルス成形の準備も順調に進んでいる。また試料作製においては、CuCl原料の改善により薄膜の更なる高品質化が達成でき、発光スペクトルにおいてもモード構造が出現することを確認できた。これは想定以上の品質の良い試料が出来ていることを示唆しており、今後の非線形測定に期待が持てる。さらにCuCl薄膜の光カー効果測定に成功し、モード構造を持つスペクトルと数100fsの高速スイッチング動作を確認できたことは当初計画を超えた成果である。さらに当初計画にはなかったZnO薄膜における縮退四光波混合スペクトルの測定と励起子構造の確認を行うことが出来た。
また、理論的には、計画にあった非マルコフ的な緩和の導入については遅れがあるが、実時間での超短パルス応答を、定常状態の非線形応答の解から構成できるようになったのは重要な進展で、これによりこれまで不可能であった多層膜等、複雑な構造の試料に対する計算が可能になった。また、実験でのZnO薄膜の分光に対応してZnO薄膜のモード構造が計算でき、さらにA,B励起子が本来輻射的に結合しているなどの新しい知見を得られたのは、計画以上の進展である。
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| Strategy for Future Research Activity |
25年度は下記のように理論的研究、及び測定装置の構築・適用の開始を行う。
理論的研究：1）実験データの解析とフィードバック。2）薄膜中のポラリトン固有モード、励起子分子モードの計算と、高速モードを経由するRHPSの計算、及び結果に基づく実験提案。3）超高速モードを用いた光スイッチ、超低雑音「もつれ光子対」生成の理論デモ。
1）では過渡回析分光・四光波混合分光・偏光回転等で得られた信号を、モード解析、実時間解析等により解析し、実験で狙い通りの信号が得られているかを検討する。2）これまで申請者はクロスオーバー領域の固有モードを明らかにする有望な手法として「非縮退誘導励起共鳴ハイパー・パラメトリック散乱(PHPS)法」を考案している。実験ではこの手法によりRHPSに関与する準位を同定するが、理論では薄膜中のポラリトン固有モード、励起子分子モードの計算とともに、本実験手法で実際にモードが同定出来るように信号の計算を行う。3）従来フォノン散乱に抑制され低温でしか観測されなかった励起子による光スイッチ動作が、室温かつ無散逸で可能であることを理論デモし、実験提案する。
実験的研究：前年度に準備した超短パルス紫外光による非線形分光測定とその膜厚依存性の研究を進めると同時に、その結果を踏まえて最適試料において誘導励起RHPSの実験も行う。２５年度は、測定系の調整、及び性能テストを入念に行い、年度後半から予備的な測定を開始、その翌年度より超高速モードを経由するRHPS信号の特性評価を開始し、超低雑音「もつれ光子対」計測の条件を明らかにする。
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[Journal Article] Polarization dependence of four-wave mixing via biexcitons in CuCl microcavities2012
Author(s)
S. Matsuura, Y. Mitsumori, H. Kosaka, K. Edamatsu, K. Miyazaki, Y. Kanatani, D. Kim, M. Nakayama, G. Oohata, H. Oka, H. Ajiki, and H. Ishihara
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Journal Title
physica status solidi (c)
Volume: 9
Pages: 2505-2508
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] Polarization dependence of four wave mixing via biexcitons in CuCl microcaviteis
Author(s)
S. Matsuura, Y. Mitsumori, H. Kosaka, K. Edamatsu, K. Miyazaki, Y. Kanatani, D. Kim, M. Nakayama, G. Ohata, H. Oka, H. Ajiki and H. Ishihara
Organizer
5th International Conference on Opticai, Optoelectronic and Photonic Materials and Applications (ICOOPMA2012)
Place of Presentation
新公会堂（Nara）
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