半導体レーザーの動的電子相関理論

2012 年度 研究成果報告書

• 研究領域: 半導体における動的相関電子系の光科学
• 研究課題/領域番号: 20104008
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 小川 哲生 大阪大学, 大学院・理学研究科, 教授 (50211123)
• 研究期間 (年度): 2008 – 2012
• キーワード: 半導体レーザー / 光物理学 / 動的電子相関 / 量子光学 / 相転移

研究概要

半導体の電子励起多体状態と光子場との結合系を対象とし,動的電子相関効果を取り入れた非平衡光学応答理論を構築した。それをレーザー発振や発光過程に適用して,従来の現象論や自由電子近似に代わる新しい半導体レーザー理論体系や発光理論体系を整備した。特に,共振器ポラリトン凝縮と半導体レーザーの類似と相違が理論的に明らかになり,非平衡量子凝縮の基礎学術にも新しい知見をもたらした。微小共振器列を用いた光の量子状態の制御法に関する理論的な予測を行い,量子光学素子への応用につながる研究も進展した。

研究成果

• [雑誌論文] First-order superfluid-Mott -insulator transition for quantum optical switching in cavity QED arrays with two cavity modes (2013)
  • 著者名/発表者名: K.Kamide,M.Yamaguchi,T.Kimura,and T.Ogawa
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: 87 ページ: 053842/1-11
  • DOI: DOI:10.1103/PhysRevA.87.053842
  • 査読あり
• [雑誌論文] Excitons and biexcitons in symmetric electron-hole bilayers (2013)
  • 著者名/発表者名: R.Maezono, P. L. Rios, T.Ogawa, and R. J. Needs
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 110 ページ: 216407/1-5
  • DOI: DOI:10.1103/PhysRevLett.110.216407
  • 査読あり
• [雑誌論文] Surface polaritons with arbitrary magnetic and dielectric materials: New regimes, effects of negative index, and superconductors (2012)
  • 著者名/発表者名: C. H. Raymond Ooi, K. C. Low, R. Higa, and T. Ogawa
  • 雑誌名: Journal of the Optical Society of America B 巻: 29 ページ: 2691-2697
  • DOI: DOI:10.1364/JOSAB.29.002691
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fano-resonance gain by dephasing electron-hole Cooper pairs in semiconductors (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Kamide, M.Yoshita, H. Akiyama, M. Yamaguchi, and T.Ogawa
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 81 ページ: 093706/1-4
  • DOI: DOI:10.1143/JPSJ.81.093706
  • 査読あり
• [雑誌論文] BEC-BCS-laser crossover in Coulomb-correlated electron-hole-photon systems (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Yamaguchi, K. Kamide, T.Ogawa, and Y. Yamamoto
  • 雑誌名: New Journal of Physics 巻: 14 ページ: 065001/1-33
  • DOI: DOI:10.1088/1367-2630/14/6/065001
  • 査読あり
• [雑誌論文] 半導体レーザーにおける電子相関と多体利得 (2011)
  • 著者名/発表者名: 上出健仁,小川哲生
  • 雑誌名: 固体物理 特集号『動的光物性の新展開』 巻: 46 ページ: 757-769
  • 査読あり
• [雑誌論文] Semiclassical theory for a nonequilibrium steady state in microcavity semiconductor lasers (2011)
  • 著者名/発表者名: K.Kamide and T.Ogawa
  • 雑誌名: physica status solidi (c) 巻: 8 ページ: 1250-1253
  • DOI: DOI:10.1002/pssc.201000855
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantum master equations for composite systems:Is Born -Markov Approximation really valid? (2011)
  • 著者名/発表者名: M.Nakatani and T.Ogawa
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: Errantum80, 058001 ページ: 084401/1-9
  • DOI: DOI:10.1143/JPSJ.79.084401
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optical spectra and exciton in correlated insulators in electron-hole systems (2010)
  • 著者名/発表者名: Y.Tomio and T.Ogawa
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 79 ページ: 104707/1-10
  • DOI: DOI:10.1143/JPSJ.79.104707
  • 査読あり
• [雑誌論文] Carrier dynamics in a quantum wire: Effects of microscopic scattering processes on intraband relaxation and optical properties (2010)
  • 著者名/発表者名: A.Ishikawa and T.Ogawa
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 79 ページ: 014706/1-8
  • DOI: DOI:10.1143/JPSJ.79.014706
  • 査読あり
• [雑誌論文] Auger recombination process of biexciton in semiconducting carbon nanotubes (2009)
  • 著者名/発表者名: K.Watanabe, K.Asano, and T.Ogawa
  • 雑誌名: physica status solidi (c) 巻: 6 ページ: 300-303
  • DOI: DOI:10.1002/pssc.200879897
  • 査読あり
• [雑誌論文] Exciton Mott transition and quantum condensation in electron-hole systems (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Ogawa
  • 雑誌名: physica status solidi (c) 巻: 6 ページ: 28-33
  • DOI: DOI:10.1002/pssc.200779880
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optical spectra and exciton Mott transition in correlated electron-hole systems (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Ogawa and Y.Tomio
  • 雑誌名: Journal of Luminescence 巻: 128 ページ: 1022-1024
  • DOI: DOI:10.1016/j.jlumin.2007.11.068
  • 査読あり
• [学会発表] 結合共振器列における光の熱平衡及び非平衡相転移 (2013)
  • 著者名/発表者名: 上出健仁,弓削達郎,山口真,小川哲生
  • 学会等名: 日本物理学会第68回年次大会
  • 発表場所: 広島大学東広島キャンパス
  • 年月日: 2013-03-28
• [学会発表] 共振器ポラリトン凝縮と半導体レーザーの接続理論(3) -利得スペクトル- (2013)
  • 著者名/発表者名: 山口真,上出健仁,新居良太,小川哲生,山本喜久
  • 学会等名: 日本物理学会第68回年次大会
  • 発表場所: 広島大学東広島キャンパス
  • 年月日: 2013-03-28
• [学会発表] 共振器ポラリトン凝縮と半導体レーザーの接続理論:自然放出過程の取扱い (2013)
  • 著者名/発表者名: 新居良太,山口真,上出健仁,小川哲生,山本喜久
  • 学会等名: 日本物理学会第68回年次大会
  • 発表場所: 広島大学東広島キャンパス
  • 年月日: 2013-03-28
• [学会発表] Lasing and polariton condensation in semiconductors (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Ogawa
  • 学会等名: The 3rd International Symposium on Terahertz Nanoscience (TeraNano III)
  • 発表場所: Honolulu, Hawaii, USA
  • 年月日: 20121210-12
• [学会発表] Cooperative phenomena in electron-hole and electron-hole-photon systems: Phase transition, crossover, and condensation (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Ogawa
  • 学会等名: The InternationalSymposium on Molecular Materials and Devices (ISSMMD2012)
  • 発表場所: Durham, UK
  • 年月日: 20120924-29
• [学会発表] First-order phase transition in two-mode Jaynes-Cummings Hubbard model for optical switching (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Kamide and T. Ogawa
  • 学会等名: The 11th International Workshop on Nonlinear Optics and Excitation Kinetics in Semiconductors (NOEKS11)
  • 発表場所: Stuttgart, Germany
  • 年月日: 20120923-27
• [学会発表] Excitons and polaritons in semiconductors: From one-body to many-body problems (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Ogawa
  • 学会等名: The 6th International Conference on Spontaneous Coherence in Excitonic Systems (ICSCE-6)
  • 発表場所: Stanford University, USA
  • 年月日: 20120827-31
• [学会発表] Bose-Einstein condensation and lasing in Coulomb-correlated electron-hole-photon systems (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Yamaguchi, K. Kamide, T. Ogawa, Y. Yamamoto
  • 学会等名: The 6th International Conference on Spontaneous Coherence in Excitonic Systems (ICSCE-6)
  • 発表場所: Stanford University, USA
  • 年月日: 20120827-31
• [学会発表] Condensation and lasing in electron-hole-photon systems (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Ogawa
  • 学会等名: The International Workshop on Optical Science of Dynamically Correlated Electron Systems
  • 発表場所: Kussharo, Japan
  • 年月日: 20120807-11
• [学会発表] Fano resonance gain in semiconductor lasers (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Kamide and T. Ogawa
  • 学会等名: The International Workshop on Optical Science of Dynamically Correlated Electron Systems
  • 発表場所: Kussharo, Japan,
  • 年月日: 20120807-11
• [学会発表] Stability of semiconductor lasers, electron-hole-photon condensates, and their hybrids between kinetic and thermal-equilibrium regime (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Kamide, M. Yamaguchi, Y. Yamamoto, and T. Ogawa
  • 学会等名: The 10th International Conference on Excitonic Processes in Condensed Matter, Nanostructured and Molecular Materials (EXCON2012)
  • 発表場所: Groningen, The Netherlands
  • 年月日: 20120701-06
• [学会発表] Crossover among BEC, BCS and laser in Coulomb-correlated electron-hole-photon system (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Yamaguchi, K. Kamide, T. Ogawa, and Y. Yamamoto
  • 学会等名: The 10th International Conference on Excitonic Processes in Condensed Matter, Nanostructured and Molecular Materials (EXCON2012)
  • 発表場所: Groningen, The Netherlands
  • 年月日: 20120701-06
• [学会発表] Cooperative phenomena in population-inversion states of semiconductors: lasing and polariton condensation (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Ogawa
  • 学会等名: The 1st DYCE Asia Workshop
  • 発表場所: Tokyo, Japan
  • 年月日: 20120423-24
• [学会発表] 2モード結合微小共振器列による光スイッチング (2012)
  • 著者名/発表者名: 上出健仁,小川哲生
  • 学会等名: 日本物理学会2012年秋季大会
  • 発表場所: 横浜国立大学
  • 年月日: 2012-09-19
• [学会発表] 半導体二層膜の中密度域におけるバイエキシトン気体 (2012)
  • 著者名/発表者名: 前園涼,小川哲生,パブロ・ロペス・リオス,リチャード・ニーズ
  • 学会等名: 日本物理学会2012年秋季大会
  • 発表場所: 横浜国立大学
  • 年月日: 2012-09-18
• [学会発表] 半導体レーザー/ポラリトン凝縮クロスオーバーにおける定常発振状態の線形安定性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 上出健仁,山口真,山本喜久,小川哲生
  • 学会等名: 日本物理学会2012年秋季大会
  • 発表場所: 横浜国立大学
  • 年月日: 2012-09-18
• [学会発表] 二準位系集団からの協力的発光のスペクトル解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 新居良太,上出健仁,山口真,小川哲生
  • 学会等名: 日本物理学会2012年秋季大会
  • 発表場所: 横浜国立大学
  • 年月日: 2012-09-18
• [学会発表] 共振器ポラリトン凝縮と半導体レーザーの接続理論(2) -発光スペクトル- (2012)
  • 著者名/発表者名: 山口真,上出健仁,山本喜久,小川哲生
  • 学会等名: 日本物理学会2012年秋季大会
  • 発表場所: 横浜国立大学
  • 年月日: 2012-09-18
• [学会発表] 共振器ポラリトン凝縮と半導体レーザーの接続理論 (2012)
  • 著者名/発表者名: 山口真,上出健仁,小川哲生,山本喜久
  • 学会等名: 日本物理学会第67回年次大会
  • 発表場所: 関西学院大学西宮上ヶ原キャンパス
  • 年月日: 2012-03-26
• [学会発表] 二準位系間の相関が超蛍光/超放射の光子統計に与える影響 (2012)
  • 著者名/発表者名: 新居良太,上出健仁,山口真,小川哲生
  • 学会等名: 日本物理学会第67回年次大会
  • 発表場所: 関西学院大学西宮上ヶ原キャンパス
  • 年月日: 2012-03-26
• [学会発表] Physics of excitons: From single-body characteristics to many-body phenomena (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Ogawa
  • 学会等名: Summer School on "Modern Progress of Fundamental Physics
  • 発表場所: Danang, Vietnam
  • 年月日: 20111201-03
• [学会発表] Photoinduced cooperative phenomena in electron-hole and electron-hole-photon systems (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Ogawa
  • 学会等名: International Symposium on "Trends in Nanomaterials: From Biomacromolecules to Inorganics
  • 発表場所: Bandung, Indonesia
  • 年月日: 20111107-11
• [学会発表] Single-mode laser operation with many-body gain in semiconductor microcavities (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Kamide, M. Yoshita, H. Akiyama, and T. Ogawa
  • 学会等名: The International Conference on Optics of Excitons in Confined Systems (OECS12)
  • 発表場所: Paris, France
  • 年月日: 20110912-16
• [学会発表] Many-body model for single-mode laser operations in semiconductor microcavities (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Kamide and T. Ogawa
  • 学会等名: The International Quantum Electronics Conference and The Conference on Lasers and Electro-Optics (IQEC/CLEO Pacific Rim 2011)
  • 発表場所: Sydney, Australia
  • 年月日: 20110828-0901
• [学会発表] Phase transition and crossover in electron-hole-photon systems (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Ogawa and K. Kamide
  • 学会等名: The 4th International Conference on Photoinduced Phase Transitions and Cooperative Phenomena (PIPT 4)
  • 発表場所: Wroclaw, Poland
  • 年月日: 20110628-0702
• [学会発表] 共振器ポラリトン凝縮におけるゆらぎの理論 (2011)
  • 著者名/発表者名: 山口真,上出健仁,小川哲生
  • 学会等名: 日本物理学会2011年秋季大会
  • 発表場所: 富山大学五福キャンパス
  • 年月日: 2011-09-24
• [学会発表] 結合微小共振器列の量子相からの発光スペクトル (2011)
  • 著者名/発表者名: 近藤祐介,上出健仁,小川哲生
  • 学会等名: 日本物理学会2011年秋季大会
  • 発表場所: 富山大学五福キャンパス
  • 年月日: 2011-09-24
• [学会発表] 半導体レーザーにおける多体利得の分類 (2011)
  • 著者名/発表者名: 上出健仁,吉田正裕,秋山英文,小川哲生
  • 学会等名: 日本物理学会2011年秋季大会
  • 発表場所: 富山大学五福キャンパス
  • 年月日: 2011-09-24
• [学会発表] 強励起利得スイッチイング半導体レーザーの動的周波数シフト (2011)
  • 著者名/発表者名: 上出健仁,横山弘之,陳少強,吉田正裕,秋山英文,山口真,小川哲生
  • 学会等名: 日本物理学会2011年秋季大会
  • 発表場所: 富山大学五福キャンパス
  • 年月日: 2011-09-23
• [学会発表] 微小共振器半導体レーザーの微視的理論II:発振閾値と揺らぎスペクトル (2011)
  • 著者名/発表者名: 上出健仁、小川哲生
  • 学会等名: 日本物理学会第66回年次大会
  • 発表場所: 新潟大学五十嵐キャンパス
  • 年月日: 2011-03-25
• [学会発表] Phase transition and crossover in exciton and polariton systems (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Ogawa
  • 学会等名: Alexei Ivanov Memorial Symposium
  • 発表場所: Cardiff, UK
  • 年月日: 2011-02-23
• [学会発表] Semiclassical theory for a nonequilibrium steady state in microcavity semiconductor lasers (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Kamide and T. Ogawa
  • 学会等名: 10th International Workshop on Nonlinear Optics and Excitation Kinetics in Semiconductors (NOEKS 10)
  • 発表場所: Paderborn, Germany
  • 年月日: 20100816-19
• [学会発表] Crossover of laser-like behavior in a microcavity polariton condensate (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Kamide and T. Ogawa
  • 学会等名: 30th International Conference on the Physics of Semiconductors (ICPS 2010)
  • 発表場所: Seoul, Korea
  • 年月日: 20100725-30
• [学会発表] BEC-BCS crossovers in electron-hole and electron-hole-photon systems (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Ogawa
  • 学会等名: 9th International Conference on Excitonic and Photonic Processes in Condensed and Nano Materials (EXCON 2010)
  • 発表場所: Brisbane, Australia
  • 年月日: 20100711-16
• [学会発表] From exciton to photon condensation via polariton in electron-hole-photon systems (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Ogawa and K. Kamide
  • 学会等名: 17th International Conference on Dynamical Processes in Excited States of Solids (DPC 10)
  • 発表場所: Argonne, USA
  • 年月日: 20100620-25
• [学会発表] Photoinduced phase transitions: "DYCE"optical physics (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Ogawa
  • 学会等名: The 4th Yamada Symposium on Advanced Photons and Science Evolution 2010 (APSE 2010)
  • 発表場所: JICA Osaka
  • 年月日: 20100614-18
• [学会発表] 微小共振器半導体レーザにおける定常発振状態の微視的理論 (2010)
  • 著者名/発表者名: 上出健仁,小川哲生
  • 学会等名: 日本物理学会2010年秋季大会
  • 発表場所: 大阪府立大学中百舌鳥キャンパス
  • 年月日: 2010-09-17
• [学会発表] 電荷不均衡電子正孔系の光物理 (2010)
  • 著者名/発表者名: 小川哲生
  • 学会等名: 日本物理学会第65回年次大会
  • 発表場所: 岡山大学津島キャンパス
  • 年月日: 2010-03-20
• [学会発表] Crossover from excitonic to photonic condensation in microcavity polariton systems (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Kamide and T. Ogawa
  • 学会等名: International Conference on Optics of Excitons in Confined Systems (OECS 11)
  • 発表場所: Madrid, Spain
  • 年月日: 20090907-11
• [学会発表] Quantum cooperative phenomena in photoexcited insulators: Exciton Mott transition and electron-hole pair condensation (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Ogawa
  • 学会等名: Statistical Physics: Modern Trends and Applications
  • 発表場所: Lviv Polytechnic National University, Lviv, Ukraine
  • 年月日: 20090623-25
• [学会発表] Quantum cooperative phenomena in photoexcited insulators: Electron-hole plasma and exciton gas (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Ogawa
  • 学会等名: International Workshop on Warm Dense Matter (WDM2009)
  • 発表場所: Hakone, Japan
  • 年月日: 20090316-19
• [学会発表] 共振器ポラリトン系におけるボース凝縮のエキシトン-光子クロスオーバ:基底エネルギー (2009)
  • 著者名/発表者名: 上出健仁,小川哲生
  • 学会等名: 日本物理学会2009年秋季大会
  • 発表場所: 熊本大学黒髪キャンパス
  • 年月日: 2009-09-22
• [学会発表] 共振器ポラリトン系におけるボース凝縮のエキシトン-光子クロスオーバ:変分波動関数,内部構造 (2009)
  • 著者名/発表者名: 上出健仁,小川哲生
  • 学会等名: 日本物理学会2009年秋季大会
  • 発表場所: 熊本大学黒髪キャンパス
  • 年月日: 2009-09-22
• [備考]
  • URL: http://www.dyce-opt.org/