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高Q値フォトニック結晶ナノ共振器を用いたシリコンラマンレーザーの出力向上

Research Project

Project/Area Number 16J06619
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Optical engineering, Photon science
Research InstitutionOsaka Prefecture University

Principal Investigator

山下 大喜  大阪府立大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2016-04-22 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000)
Fiscal Year 2018: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2017: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2016: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywordsフォトニック結晶 / ナノ共振器 / シリコンラマンレーザ / 非線形光学効果 / 時間領域測定 / モード結合理論 / 半導体微細加工技術 / 半導体プロセス技術
Outline of Annual Research Achievements

我々の研究グループは,高Q値ナノ共振器を用いたシリコン(Si)ラマンレーザの研究を行っている.このレーザは,小型な共振器長(<10 um)で低閾値発振(<1 uW)を達成しており,電子技術と光技術が融合した高性能Siチップにおける小型光源などへの応用が期待されている.現状,このレーザの出力は数百ナノワット程度で飽和してしまうため,高出力化は特に重要である.
本研究では,このレーザの発振メカニズムを明らかにすることによって,出力の損失要因を特定し,高出力化・高性能化を目指す.前年度までに,ラマンレーザの時間領域測定を行い,2光子吸収と自由キャリア吸収による光損失に加えて,2光子吸収キャリアがもたらす屈折率変化による共振波長シフトも,レーザ出力低下の大きな要因であることを報告してきた.また,誘導ラマン散乱光励起(SRE)分光法と呼ばれる新しい利得スペクトル測定手法を用いて,Siラマンレーザの利得特性を明らかすることに成功した.この一つの測定法から,レーザ動作の励起波長の範囲,最大出力の励起条件,非線形光学損失を含むラマン利得などの様々なレーザ特性の詳細を明らかにすることが可能になった.これらの成果を,科学雑誌Physical Review Applied, Opticaにおいてそれぞれ発表した.以上の結果より高出力化に向けたデバイスデザインの指針が得られた.
さらに,昨年度から引き続き,インコヒーレントでブロードなスペクトルを持つ光源を用いたラマンレーザ発振の研究を進めた.1 uW以下の超低閾値を持つナノ共振器レーザを作製し,励起効率を上げるために測定系を改善した結果,閾値の1/20の励起パワーに相当するラマン散乱スペクトルを観察することに成功した.

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • 2016 Annual Research Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2018 2017 2016 Other

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Strongly asymmetric wavelength dependence of optical gain in nanocavity-based Raman silicon lasers2018

    • Author(s)
      Yamashita Daiki、Asano Takashi、noda Susumu、Takahashi Yasushi
    • Journal Title

      Optica

      Volume: 5 Issue: 10 Pages: 1256-1256

    • DOI

      10.1364/optica.5.001256

    • NAID

      120006895586

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Lasing Dynamics of Optically-Pumped Ultralow-Threshold Raman Silicon Nanocavity Lasers2018

    • Author(s)
      Yamashita Daiki、Takahashi Yasushi、Kurihara Jun、Asano Takashi、Noda Susumu
    • Journal Title

      Physical Review Applied

      Volume: 10 Issue: 2 Pages: 024039-024039

    • DOI

      10.1103/physrevapplied.10.024039

    • NAID

      120006719639

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Ex- citation Wavelength Dependence of a High-Q Nanocavity-based Raman Silicon Laser2018

    • Author(s)
      Daiki Yamashita, Takashi Asano, Susumu Noda, and Yasushi Takahashi
    • Organizer
      Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO):QELS Fundamental Science 2018
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ナノ共振器シリコンラマンレーザのSLD光源励起2018

    • Author(s)
      山下大喜,浅野 卓,野田 進,高橋 和
    • Organizer
      第65回応用物理学会春季学術講演会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] ヘテロ構造共振器の高次モード対を用いたシリコンラマレーザ発振2018

    • Author(s)
      栗原 潤,山下大喜,浅野 卓,高橋 和,野田 進
    • Organizer
      第65回応用物理学会春季学術講演会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 発振励起スペクトルによるナノ共振器シリコンラマンレーザの光利得の研究2017

    • Author(s)
      山下大喜,高橋 和,浅野 卓,野田 進
    • Organizer
      第64回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜
    • Year and Date
      2017-03-14
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] ナノ共振器シリコンラマレーザの高出力化に向けた検討2017

    • Author(s)
      栗原 潤,山下 大喜,浅野 卓,高橋 和,野田 進
    • Organizer
      第64回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜
    • Year and Date
      2017-03-14
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Lasing dynamics of microwatt-threshold Raman silicon lasers using high-Q nanocavities2017

    • Author(s)
      Daiki Yamashita, Yasushi Takahashi, Takashi Asano and Susumu Noda
    • Organizer
      SPIE Photonics West OPTO 2017
    • Place of Presentation
      The Moscone Center (San Francisco)
    • Year and Date
      2017-01-28
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ナノ共振器シリコンラマンレーザの励起波長依存性2017

    • Author(s)
      山下大喜,高橋 和,浅野 卓,野田 進
    • Organizer
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] ナノ共振器シリコンラマンレーザの時間領域測定(Ⅱ)2016

    • Author(s)
      山下大喜,高橋 和,浅野 卓,野田 進
    • Organizer
      第77回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      朱鷺メッセ(新潟)
    • Year and Date
      2016-09-13
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Remarks] 第78回応用物理学会秋季学術講演会Poster Award受賞

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Remarks] 平成29年度(前期)学生団体・個人顕彰「学長顕彰」受賞

    • Related Report
      2017 Annual Research Report

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Published: 2016-05-17   Modified: 2024-03-26  

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