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光局在モードを制御した新規ランダム構造の共振器性能評価に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 15J01516
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 光工学・光量子科学
研究機関北海道大学

研究代表者

煮雪 亮  北海道大学, 情報科学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2015-04-24 – 2017-03-31
研究課題ステータス 完了 (2016年度)
配分額 *注記
1,700千円 (直接経費: 1,700千円)
2016年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2015年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
キーワードZnO / ランダムレーザー / 不規則 / ナノロッド / ポラリトン / 励起子 / 制御 / ランダム構造 / レーザー / モード制御 / 共鳴特性
研究実績の概要

本研究は、光学特性が制御された新規ランダム構造を用いた簡便安価に作製可能な光反応場・光デバイスの実現に向け、新規ランダム構造における共振器効果の検証及びその特性評価を目的としている。前年度までに確立した制御方法により、従来のランダムレーザーとは異なる、2段階のしきい値を持つ特異な発振特性を観測した。そこで本年度は、この特異な発振特性の解明を目的とし、利得媒質であるZnOのキャリア状態解析を行った。その結果、1段階目のレーザー発振には励起子が、2段階目には電子正孔プラズマが関与していることを明らかにした。通常ZnOランダムレーザーは電子正孔プラズマ由来であるが、本制御方法の適用により従来制御された規則的な共振器で観測されるような励起子由来のレーザー発振をランダム構造において初めて観測することに成功した。さらにこの結果に加え、スペクトル変化の様子がポラリトンレーザーの特徴とよく一致していることから、励起子-光子間の強結合状態がランダム構造内でも実現できる可能性を示唆する結果を得ることに成功した。
これまで制御方法を確立したことから、次に発光デバイス応用を目指し、ナノロッドアレイランダムレーザーの実現を目指した。レーザー誘起水熱合成法により、短時間でロッド径の異なるZnOナノロッドアレイ構造を作製し、各構造においてランダムレーザー発振の観測に成功した。さらに、ロッド径の最適化により低しきい値化も実現し、今後、上記制御方法の適用により、高性能なナノロッドアレイランダムレーザーの実現が期待できる。
これらの結果は、不規則な構造中においても任意に発振モード等の光学特性を制御可能なことを示すだけでなく、この制御により励起子-光子間の強結合状態を誘起できる可能性を示していることから、ランダム構造を用いた光反応場や発光デバイス等を実現する上で重要な知見となる。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 研究成果

    (9件)

すべて 2017 2016 2015

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 3件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 3件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 4件)

  • [雑誌論文] Double threshold behavior in a resonance-controlled ZnO random laser2017

    • 著者名/発表者名
      R. Niyuki, H. Fujiwara, T. Nakamura, Y. Ishikawa, N. Koshizaki, T. Tsuji, and K. Sasaki
    • 雑誌名

      APL Photonics

      巻: 2 号: 3 ページ: 036101-036101

    • DOI

      10.1063/1.4974334

    • NAID

      120006220002

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] ZnO nanorod array random lasers fabricated by a laser-induced hydrothermal growth2016

    • 著者名/発表者名
      H. Fujiwara, T. Suzuki, R. Niyuki and K. Sasaki
    • 雑誌名

      New J. Phys.

      巻: 8 号: 10 ページ: 103046-103046

    • DOI

      10.1088/1367-2630/18/10/103046

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Toward single-mode random lasing within a submicro-metre-sized spherical ZnO particle film2016

    • 著者名/発表者名
      R. Niyuki, H. Fujiwara, Y. Ishikawa, N. Koshizaki, T. Tsuji and K. Sasaki
    • 雑誌名

      Journal of Optics

      巻: 18(3) 号: 3 ページ: 035202-035202

    • DOI

      10.1088/2040-8978/18/3/035202

    • NAID

      120005763175

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] 白色光照射によるグラフェン粉末混入ZnOランダム構造における 発振モード変化2016

    • 著者名/発表者名
      煮雪 亮、藤原 英樹、笹木 敬司
    • 学会等名
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東京工業大学大岡山キャンパス
    • 年月日
      2016-03-19
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] White Light Induced Mode Switching in a Graphene Flake Mixed ZnO Random Laser2016

    • 著者名/発表者名
      R. Niyuki, H. Fujiwara, and K. Sasaki
    • 学会等名
      Photonics and Fiber Technology, Nonlinear Photonics (NP)
    • 発表場所
      Sydney, Australia
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Realization of Low Threshold ZnO Nanorod Array Ranodm Lasers Using a Laser-Induced Hydrothermal Synthesis2016

    • 著者名/発表者名
      H. Fujiwara, T. Suzuki, R. Niyuki, and K. Sasaki
    • 学会等名
      Photonics and Fiber Technology, Nonlinear Photonics (NP)
    • 発表場所
      Sydney, Australia
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Characteristic analysis of resonance-controlled ZnO random laser2015

    • 著者名/発表者名
      Ryo Niyuki, Hideki Fujiwara, Toshihiro Nakamura, Takeshi Tsuji, and Keiji Sasaki
    • 学会等名
      The 4th International Workshop on Microcavities and Their Applications
    • 発表場所
      Hokkaido University (Japan)
    • 年月日
      2015-12-02
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Double threshold behavior in a resonance-controlled ZnO random laser2015

    • 著者名/発表者名
      Ryo Niyuki, Hideki Fujiwara, Toshihiro Nakamura, Yoshie Ishikawa, Naoto Koshizaki, Takeshi Tsuji, and Keiji Sasaki
    • 学会等名
      Frontiers in Optics
    • 発表場所
      Fairmont San Jose, San Jose, California, USA
    • 年月日
      2015-10-22
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 硫酸バリウム粒子薄膜を用いた紫外域におけるラマン増幅の観測2015

    • 著者名/発表者名
      煮雪 亮, 藤原 英樹, 中村 俊博, 安達 定雄, 笹木 敬司
    • 学会等名
      第76回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      愛知県名古屋国際会議場
    • 年月日
      2015-09-14
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書

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公開日: 2015-11-26   更新日: 2024-03-26  

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