2013 Fiscal Year Research-status Report
大容量光伝送・光情報処理における出射ビーム制御低発振しきい値半導体レーザー
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24560429
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| Research Institution | Ritsumeikan University |
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Principal Investigator |
沼居 貴陽 立命館大学, 理工学部, 教授 (60261351)
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| Keywords | 半導体レーザー / 横モード |
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| Research Abstract |
半導体レーザーの出射ビームを単峰化した状態で高出力化するために、結合光導波路を備えたリッジ型半導体レーザー，および共振器の軸方向と垂直な方向に周期的な屈折率分布をもつリッジ型半導体レーザーについて、有限要素法を用いた解析をおこなった。
平成２５年度は、３次元解析と、屈折率分布の周期が段階的に変化するテーパー型屈折率分布の解析に着手する予定にしていた。xyz座標系において、３次元解析はx軸、y軸、z軸３方向の構造を対象とし、テーパー型はx軸１方向の構造を対象としている。当初の予定について方向の観点から見直すと、２方向の検討が欠落していることに思い至った。そこで、３次元のうちx軸とy軸の２方向に着目した。y軸の方向は半導体層の積層方向であり、積層方向の構造について検討したところ、特性が改善される傾向が見られたので、急遽研究テーマの優先順位を変更し、積層方向の構造の研究に注力した。
また、光導波路の幅が共振器軸の位置によってステップ状に変化するレーザーの研究にも着手した。高次横モードにおけるビームサイズの低減に着目し、回折限界よりも小さいサイズのビームサイズを実現する構造について研究した。
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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
結合光導波路の高さをリッジよりも低くしたレーザーおよび共振器軸に垂直な方向に周期的な屈折率分布をもつレーザーでは、安定な単峰性出射ビームが得られるが，通常のリッジ型半導体レーザーよりも発振しきい電流が大きくなるという問題があり、発振しきい電流を低減することが課題となっていた。
結合光導波路の高さをリッジよりも低くしたレーザーでは、結合光導波路の材質を窒化シリコンとすることで、安定な単峰性出射ビームを維持した状態で、通常のリッジ型半導体レーザーよりも発振しきい電流が低減できることを見出した。共振器の軸方向と垂直な方向に周期的な屈折率分布を有するレーザーでは、積層方向に誘電体である窒化シリコンを付加することで、従来の単純なリッジ型半導体レーザーよりも発振しきい電流を低減できることを見出した。
研究計画の段階では、構造とビーム形状の安定性、発振しきい電流との関係を明らかにすることを目的としていたのに対し、大幅に特性を改善できる見通しを得ることができ、当初の目的以上の結果を達成したと考えられる。さらに、光導波路の幅が共振器軸の位置によってステップ状に変化するレーザーでは、高次横モードにおいて、光導波路幅のステップ状変化とビームサイズの関係について研究し、回折限界よりも小さいサイズのビームサイズが得られる見通しを得た。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成２６年度は、結合光導波路の高さをリッジよりも低くしたレーザーでは、半導体層の積層方向への光の分布に着目して結合光導波路に対する光の結合を制御する構造の解析をおこなう。ビーム形状の安定性、発振しきい電流との関係を明らかにすることを目指し、平成２６年度末までに傾向の把握をする。さらに、平成２５年度の結果を上回る構造の創出を目指す。
共振器軸に垂直な方向に周期的な屈折率分布をもつ半導体レーザーについて、一定の周期をもつ屈折率分布だけではなく、屈折率分布の周期が段階的に変化するチャープ型について解析をおこなう。この構造において、周期数、水平方向の段差の間隔、凹部の幅、凸部の幅、凹凸の段差とビーム形状の安定性、発振しきい電流との関係を明らかにすることを目指し、平成２６年度末までに傾向の把握をする。さらに、平成２５年度の結果を上回る構造の創出を目指す。
光導波路の幅が共振器軸の位置によってステップ状に変化するレーザーでは、高次横モードだけでなく、基本横モードにおいて回折限界よりも小さいサイズのビームサイズを得ることを目指す。また、エバネッセント光を効率よく出射するための半導体レーザーとして、平成２６年度末までに、光導波路の角度とエバネッセント光の浸み出し、発振しきい電流との関係の傾向を把握する。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
平成25年度に未使用額11888円が生じた。この理由は、2013年第74回応用物理学会秋季学術講演会の初日に台風のためにJR東海道本線（琵琶湖線）が運休し、学会に参加できなかったことによる。
平成26年度は未使用額11888円を組み込んだ予算を全額使用する。
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