| 研究概要 |
本研究の目的は,半導体量子井戸励起子を用いることで,チャージダイポールの励起過程を制御し,さらには励起子と光の強結合による新たなコヒーレントチャージダイポールの状態を励起し,これらのチャージダイポールを用いた超短電圧パルス(<1ps)やTHz帯電磁波の発生,およびチャージダイポールの動的な制御を実現することであった.本年度はこれまでの結果をふまえ,量子井戸構造に垂直な電圧印加が可能なマイクロストリップライン構造におけるサブピコ秒電圧パルスの発生の研究を行った.マイクロストリップライン構造におけるサブピコ秒電圧パルス発生はこれまでに研究がほとんど行われておらず,その実現には大きな困難を伴った.特に単純なストリップラインでは,ストリップライン間への光アクセスができないため,電圧パルス発生および検出ができないという大きな問題がある.
本研究では,マイクロストリップライン中にギャップを設けることで,一旦表面に平行な直流電界領域を形成し,この領域にサブピコ秒レーザ光を照射することで電圧パルスを発生させ得ることを予測し,これを実現した.電圧パルスの観測においても同様なインラインギャップを利用した.この結果立ち上がり時間数100fsの電圧信号をマイクロストリップライン上で発生・伝搬させ得ることを明らかにした.また,これに関連して,複線構造であるマイクロストリップ線路でなく,単線のストリツプ線路においても表面波としてサブピコ秒電圧パルスを伝搬させ得ることを予測し,実験的に観測した.
一方,サブピコ秒電界パルスによるポラリトンモード振動制御の観測方法として4光波混合の手法を用いることが考えられるが,共振器ポラリトンモード振動による4光波混合において,励起子間斥力相互作用が量子井戸に印加された直流電界で1桁以上変化していることを明らかにした.これは本研究にとどまらず,これまでいわば制御不能なパラメータと考えられていた励起子間相互作用を電界で制御し得ることを示しており,今後の半導体量子井戸の光非線形物性研究,およびそのデバイス応用において重要な意味をもつ.
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