半導体レーザー利得スイッチから超放射へのクロスオーバーと超短パルス発生限界解明

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18H01469
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 秋山 英文 東京大学, 物性研究所, 教授 (40251491)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 半導体レーザー / 利得スイッチ / 超放射 / 光物性 / 非線形性

研究実績の概要

GaAs多重量子井戸試料に対して測定した、高密度キャリアが反転分布を形成した状態における位相緩和時間と反転分布状態寿命の測定データを解析し、反転分布の形成度合ごとの半導体中の位相緩和時間との相関を抽出した。実験データで、励起キャリア密度が増加すると位相緩和が測定限界程度まで高速化するが、反転分布を超えた高密度励起状態では位相緩和時間が再び長くなる様子が定性的に得られているので、励起キャリア密度についての較正を行い、理論との比較を行った。
半導体ブロッホ方程式における散乱項を２次摂動までのレベルで計算し、実験で得られた位相緩和時間の励起密度依存性の特徴を解析し、位相緩和におけるキャリア間のクーロン相互作用や位相空間充填の寄与を解析した。学外の理論研究者とも議論を行い、定式化や解析の正当性を確かめた。
結果として、高密度励起下での位相緩和時間が400fs以上になっているという実験結果が理論的にも説明可能であるとの結論を得た。この結果から、半導体レーザーからの利得スイッチ型の短パルス発生において、超放射の寄与が発生する可能性について肯定的な結論が得られた。
測定用試料として、これまでは不純物や欠陥など外因的効果を制御したMBE成長GaAs量子井戸を用いて実験を行ってきたが、MOCVD成長InGaAs量子井戸試料、InGaN量子井戸試料、新規太陽電池やLED材料として注目を集めているハロゲン化鉛ペロブスカイト材料に対しても、光励起利得スイッチ測定を行い、普遍的なパルスダイナミクスの特徴を確認した。

現在までの達成度 (段落)

令和2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

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Direct generation of sub-picosecond pulse via multi-section gain switching (2021)
  • 著者名/発表者名: Nakamura Takahiro、Ito Takashi、Nakamae Hidekazu、Kim Changsu、Hazama Yuji、Kobayashi Yohei、Kuroda Ryunosuke、Akiyama Hidefumi
  • 雑誌名: Optics Letters 巻: 46 ページ: 1277～1277
  • DOI: 10.1364/OL.409822
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fabricating over 7%-efficient Sb2(S,Se)3 thin-film solar cells by vapor transport deposition using Sb2Se3 and Sb2S3 mixed powders as the evaporation source (2021)
  • 著者名/発表者名: Hu Xiaobo、Tao Jiahua、Wang Rui、Wang Youyang、Pan Yanlin、Weng Guoen、Luo Xianjia、Chen Shaoqiang、Zhu Ziqiang、Chu Junhao、Akiyama Hidefumi
  • 雑誌名: Journal of Power Sources 巻: 493 ページ: 229737～229737
  • DOI: 10.1016/j.jpowsour.2021.229737
  • 査読あり
• [雑誌論文] Adaptive automatic solar cell defect detection and classification based on absolute electroluminescence imaging (2021)
  • 著者名/発表者名: Wang Youyang、Li Liying、Sun Yifan、Xu Jinjia、Jia Yun、Hong Jianyu、Hu Xiaobo、Weng Guoen、Luo Xianjia、Chen Shaoqiang、Zhu Ziqiang、Chu Junhao、Akiyama Hidefumi
  • 雑誌名: Energy 巻: 229 ページ: 120606～120606
  • DOI: 10.1016/j.energy.2021.120606
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhanced Magneto-Optical Kerr Effect of GaAs-Based P-N Junctions in the Terahertz Range (2021)
  • 著者名/発表者名: Miyagawa Keita、Nagai Masaya、Ashida Masaaki、Kim Changsu、Akiyama Hidefumi
  • 雑誌名: Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves 巻: 42 ページ: 325～337
  • DOI: 10.1007/s10762-021-00779-6
  • 査読あり
• [雑誌論文] Superior single-mode lasing in a self-assembly CsPbX3 microcavity over an ultrawide pumping wavelength range (2020)
  • 著者名/発表者名: Weng Guoen、Yan Jiyu、Chen Shengjie、Zhao Chunhu、Zhang Hanbing、Tian Jiao、Liu Yuejun、Hu Xiaobo、Tao Jiahua、Chen Shaoqiang、Zhu Ziqiang、Akiyama Hidefumi、Chu Junhao
  • 雑誌名: Photonics Research 巻: 9 ページ: 54～54
  • DOI: 10.1364/PRJ.409884
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electron-Hole Plasma Lasing Dynamics in CsPbClmBr3-m Microplate Lasers (2020)
  • 著者名/発表者名: Weng Guoen、Tian Jiao、Chen Shengjie、Yan Jiyu、Zhang Hanbing、Liu Yuejun、Zhao Chunhu、Hu Xiaobo、Luo Xianjia、Tao Jiahua、Chen Shaoqiang、Zhu Ziqiang、Chu Junhao、Akiyama Hidefumi
  • 雑誌名: ACS Photonics 巻: 8 ページ: 787～797
  • DOI: 10.1021/acsphotonics.0c01512
  • 査読あり
• [雑誌論文] In situ wavelength tuning of quantum-dot single-photon sources integrated on a CMOS-processed silicon waveguide (2020)
  • 著者名/発表者名: Katsumi Ryota、Ota Yasutomo、Osada Alto、Tajiri Takeyoshi、Yamaguchi Takuto、Kakuda Masahiro、Iwamoto Satoshi、Akiyama Hidefumi、Arakawa Yasuhiko
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 116 ページ: 041103～041103
  • DOI: 10.1063/1.5129325
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantum-mechanical hydration plays critical role in the stability of firefly oxyluciferin isomers: State-of-the-art calculations of the excited states (2020)
  • 著者名/発表者名: Noguchi Yoshifumi、Hiyama Miyabi、Shiga Motoyuki、Akiyama Hidefumi、Sugino Osamu
  • 雑誌名: The Journal of Chemical Physics 巻: 153 ページ: 201103～201103
  • DOI: 10.1063/5.0031356
  • 査読あり
• [雑誌論文] Exciton Localization and Enhancement of the Exciton-LO Phonon Interaction in a CsPbBr3 Single Crystal (2020)
  • 著者名/発表者名: Shibata Keisei、Yan Jiyu、Hazama Yuji、Chen Shaoqiang、Akiyama Hidefumi
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry C 巻: 124 ページ: 18257～18263
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.0c06254
  • 査読あり
• [雑誌論文] Theoretical Study of the Wavelength Selection for the Photocleavage of Coumarin‐caged D‐luciferin (2020)
  • 著者名/発表者名: Usukura Junko、Hiyama Miyabi、Kurata Maki、Hazama Yuji、Qiu Xing‐Ping、Winnik Francoise M.、Akiyama Hidefumi、Koga Nobuaki
  • 雑誌名: Photochemistry and Photobiology 巻: 96 ページ: 805～814
  • DOI: 10.1111/php.13212
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantitative immunohistochemistry using an antibody-fused bioluminescent protein (2020)
  • 著者名/発表者名: Wang Ke-Yong、Wu Chun、Shimajiri Shohei、Enomoto Toshiteru、Kubota Hidehiro、Akiyama Hidefumi、Ohmiya Yoshihiro
  • 雑誌名: BioTechniques 巻: 69 ページ: 302～306
  • DOI: 10.2144/btn-2020-0006
  • 査読あり
• [雑誌論文] High performance single-mode vertical cavity surface emitting lasers based on CsPbBr3 nanocrystals with simplified processing (2020)
  • 著者名/発表者名: Zhao Chunhu、Tao Jiahua、Tian Jiao、Weng Guoen、Liu Huimin、Liu Yuejun、Yan Jiyu、Chen Shengjie、Pan Yanlin、Hu Xiaobo、Chen Shaoqiang、Akiyama Hidefumi、Chu Junhao
  • 雑誌名: Chemical Engineering Journal 巻: - ページ: 127660～127660
  • DOI: 10.1016/j.cej.2020.127660
  • 査読あり
• [雑誌論文] Lasing operation in the CsPbBr3 perovskite micron hemisphere cavity grown by chemical vapor deposition (2020)
  • 著者名/発表者名: Zhang Hanbing、Zhao Chunhu、Chen Shengjie、Tian Jiao、Yan Jiyu、Weng Guoen、Hu Xiaobo、Tao Jiahua、Pan Yanlin、Chen Shaoqiang、Akiyama Hidefumi、Chu Junhao
  • 雑誌名: Chemical Engineering Journal 巻: 389 ページ: 124395～124395
  • DOI: 10.1016/j.cej.2020.124395
  • 査読あり
• [雑誌論文] Absolute electroluminescence imaging with distributed circuit modeling: Excellent for solar‐cell defect diagnosis (2020)
  • 著者名/発表者名: Hong Jianyu、Wang Youyang、Chen Yuanjing、Hu Xiaobo、Weng Guoen、Chen Shaoqiang、Akiyama Hidefumi、Zhang Yingbin、Zhang Bo、Chu Junhao
  • 雑誌名: Progress in Photovoltaics: Research and Applications 巻: 28 ページ: 295～306
  • DOI: 10.1002/pip.3236
  • 査読あり
• [雑誌論文] Modeling and design for low‐cost multijunction solar cell via light‐trapping rear texture technique: Applied in InGaP/GaAs/InGaAs triple junction (2020)
  • 著者名/発表者名: Zhu Lin、Hazama Yuji、Reddy Anurag、Watanabe Kentaroh、Nakano Yoshiaki、Sugiyama Masakazu、Akiyama Hidefumi
  • 雑誌名: Progress in Photovoltaics: Research and Applications 巻: 28 ページ: 251～265
  • DOI: 10.1002/pip.3217
  • 査読あり
• [雑誌論文] Practical target values of Shockley-Read-Hall recombination rates in state‐of‐the‐art triple‐junction solar cells for realizing conversion efficiencies within 1% of the internal radiative limit (2020)
  • 著者名/発表者名: Nakamura Tetsuya、Imaizumi Mitsuru、Akiyama Hidefumi、Okada Yoshitaka
  • 雑誌名: Progress in Photovoltaics: Research and Applications 巻: 28 ページ: 417～424
  • DOI: 10.1002/pip.3251
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantitative study of electron tunneling dynamics in asymmetric coupled InGaN/GaN quantum wells (2020)
  • 著者名/発表者名: Weng Guoen、Liu Yuejun、Chen Shaoqiang、Ito Takashi、Hu Xiaobo、Zhao Chunhu、Liu Jianping、Chu Junhao、Akiyama Hidefumi
  • 雑誌名: Applied Optics 巻: 59 ページ: 6231～6231
  • DOI: 10.1364/AO.396999
  • 査読あり
• [雑誌論文] Importance of Interfacial Passivation in the High Efficiency of Sb2Se3 Thin-Film Solar Cells: Numerical Evidence (2020)
  • 著者名/発表者名: Chen Yuanjing、Wang Youyang、Wang Rui、Hu Xiaobo、Tao Jiahua、Weng Guo-En、Zhao Chunhu、Chen Shaoqiang、Zhu Ziqiang、Chu Junhao、Akiyama Hidefumi
  • 雑誌名: ACS Applied Energy Materials 巻: 3 ページ: 10415～10422
  • DOI: 10.1021/acsaem.0c01203
  • 査読あり
• [学会発表] 絶対EL計測に基づく太陽電池の内部損失評価と設計 (2021)
  • 著者名/発表者名: 秋山 英文
  • 学会等名: 第68回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] ヘテロ接合太陽電池における狭ギャップベース層のEL強度と広ギャップエミッタ層不純物濃度の相関 (2021)
  • 著者名/発表者名: 中村 徹哉、今泉 充、ヤンワチラークン ワラーコン、杉山 正和、秋山 英文、岡田 至崇
  • 学会等名: 第68回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] ファイバーピグテール付きSi導波路上への量子ドット-ナノ共振器結合系の転写プリント集積 (2021)
  • 著者名/発表者名: 勝見 亮太、太田 泰友、田尻 武義、岩本 敏、秋山 英文、Reithmaier J. P.、Benyoucef M.、荒川 泰彦
  • 学会等名: 第68回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] 量子細線から短パルス利得スイッチ半導体レーザーへ―内在する多体効果と光非線形性― (2021)
  • 著者名/発表者名: 秋山英文
  • 学会等名: レーザー学会第41回年次大会
  • 招待講演
• [学会発表] 超高速利得スイッチ半導体レーザー (2020)
  • 著者名/発表者名: 秋山英文
  • 学会等名: Photonic Device Workshop
  • 招待講演
• [学会発表] GaAsを用いた非摂動論的な高次高調波発生の特性 (2020)
  • 著者名/発表者名: 玉谷知裕, 夏沛宇, Faming Lu, 金井輝人, 石井順久, 板谷治郎, 金昌秀, 秋山英文, 加藤岳生
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] 第一原理MD計算による水溶液中のオキシルシフェリン異性体の安定性機構の解明 (2020)
  • 著者名/発表者名: 野口良史, 樋山みやび, 志賀基之, 秋山英文, 杉野修
  • 学会等名: 日本物理学会2020年秋季大会
• [学会発表] 円偏光THzパルスを用いたGaAsエピ膜の磁気光学Kerr分光 (2020)
  • 著者名/発表者名: 宮川 敬太、永井 正也、芦田 昌明、金 昌秀、秋山 英文
  • 学会等名: 第81回 応用物理学会 秋季学術講演会
• [学会発表] 転写プリント法による通信波長帯量子ドット単一光子源のSi導波路上集積 (2020)
  • 著者名/発表者名: 勝見 亮太、太田 泰友、田尻 武義、岩本 敏、秋山 英文、Reithmaier J. P.、Benyoucef M.、荒川 泰彦
  • 学会等名: 第81回 応用物理学会 秋季学術講演会