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2015 年度 実施状況報告書

半導体量子ドット2波長レーザによるテラヘルツ波発生

研究課題

研究課題/領域番号 15K04710
研究機関国立研究開発法人情報通信研究機構

研究代表者

赤羽 浩一  国立研究開発法人情報通信研究機構, 光ネットワーク研究所 光通信基盤研究室, 主任研究員 (50359072)

研究分担者 川西 哲也  早稲田大学, 理工学術院, 教授 (40359063)
研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2018-03-31
キーワード量子ドット / 外部キャビティ / 2波長レーザ / 歪補償
研究実績の概要

本研究ではテラヘルツ波発生のための一つの手法である2つの波長のレーザレーザ光を用いた差周波発生に対して、発振が安定な2波長同時発振レーザを構築することを目的とした。この際、半導体量子ドットを光利得材料に用いることにより安定な2波長発振を実現することを目指した。平成27年度は波長1550nm帯で動作する2波長量子ドットレーザを外部キャビティ構造の採用により構築した。外部キャビティ構造の構成は、量子ドットゲインチップ、エタロンフィルタ、狭帯域フィルターを共振器内に有するものである。量子ドットゲインチップとしてはInP(311)B基板上に形成されたInAs自己組織化量子ドットレーザ構造を用いた。量子ドットは歪補償法を適用し、多重積層構造にすることにより大きな利得が得られるように設計した。これにより光通信波長帯である1550nm付近に置いて2つの波長のみが発振し、他の波長は抑制されるレーザ発振が観測された。2つの波長間隔はエタロンフィルタにより0.1THzに設計したが、観測された2波長発振の波長間隔もほぼ0.1THzとなり、良い一致を示した。2波長と他のノイズ成分との信号-ノイズ比は40dB以上あり、ノイズの少ない良好な光源が実現できた。また、2波長が真に同時に発振しているかどうかを確認するためのマイケルソン干渉計による干渉信号測定の実験も行い、2波長間隔に相当する0.1THzの周期でビート信号の測定に成功した。これらの結果より半導体量子ドットを光利得材料とした外部キャビティ構造の構築により2波長同時発振レーザが実現できた。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

当初目標としていた目標を着実に達成することが出来た。通信波長帯の量子ドットを用い、外部キャビティに組み込むことにより安定的な2波長同時発振レーザが実現できたため、研究は順調に進行している。

今後の研究の推進方策

平成28年度以降は27年度に得られた2波長レーザの高性能化を目指す。具体的には2波長の周波数間隔を可変にするため、エタロンフィルタの設計をより高周波の0.3THzや1THzにチューニングして周波数間隔の広い2波長発振レーザの実現を目指す。

次年度使用額が生じた理由

今年度は研究の実施が当初の予想より順調に進んだため、光学部品等の物品購入費が少なくて済んだため。

次年度使用額の使用計画

来年度以降はより高度な研究にシフトするためこれに必要な光学部品、電子部品等の物品購入に使用する予定である。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2016 2015

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 4件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Fabrication of InAs quantum dot stacked structure on InP(311)B substrate by digital embedding method2015

    • 著者名/発表者名
      Kouichi Akahane, Naokatsu Yamamoto, Tetsuya Kawanishi
    • 雑誌名

      Journal of Crystal Growth

      巻: 432 ページ: 15-18

    • 査読あり
  • [学会発表] 方解石エタロンフィルタによる2波長レーザの周波数間隔変化2016

    • 著者名/発表者名
      乾 勝貴、赤羽 浩一、山本 直克、菅野 敦史、川西 哲也、外林 秀之
    • 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、目黒区、東京都
    • 年月日
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [学会発表] Wavelength tunability of a two-mode semiconductor quantum dot laser in the telecom band2016

    • 著者名/発表者名
      Kouichi Akahane, Toshimasa Umezawa, Atsushi Kanno, Atsushi Matsumoto, Naokatsu Yamamoto, Tetsuya Kawanishi
    • 学会等名
      Photonics West 2016
    • 発表場所
      San Francisco, California, USA
    • 年月日
      2016-02-13 – 2016-02-18
    • 国際学会
  • [学会発表] Characteristics of Highly Stacked InAs Quantum-dot Laser Grown on Vicinal (001)InP Substrate2015

    • 著者名/発表者名
      Kouichi Akahane, Naokatsu Yamamoto, Toshimasa Umezawa, Atsushi Matsumoto, Tetsuya Kawanishi
    • 学会等名
      SSDM2015
    • 発表場所
      Sapporo Convention Center, Sapporo, Hokkaido
    • 年月日
      2015-09-27 – 2015-09-30
    • 国際学会
  • [学会発表] Control of Energy State of InAs Quantum Dot by Digital Embedding Method on InP(311)B Substrate2015

    • 著者名/発表者名
      Kouichi Akahane
    • 学会等名
      SemiconNano2015
    • 発表場所
      Hsinchu, Taiwan
    • 年月日
      2015-09-06 – 2015-09-11
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Change of Mode Separation for Two-mode Laser with Semiconductor Quantum Dots2015

    • 著者名/発表者名
      Kouichi Akahane, Naokatsu Yamamoto, Atsushi Kanno, Toshimasa Umezawa, Tetsuya Kawanishi
    • 学会等名
      Progress in Electromagnetics Research Symposium
    • 発表場所
      Prague, Czech Republic
    • 年月日
      2015-07-06 – 2015-07-09
    • 国際学会

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公開日: 2017-01-06  

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