低温成長GaAsにおける光吸収のプラズモニック増強とテラヘルツ波検出応用

2020 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 18K04980
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分30020:光工学および光量子科学関連
• 研究機関: 広島大学
• 研究代表者: 角屋 豊 広島大学, 先進理工系科学研究科(先), 教授 (90263730)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: テラヘルツ / 光伝導アンテナ / 低温成長GaAs / プラズモニクス / 非線形吸収

研究成果の概要

本研究はテラヘルツ時間領域分光，特に1.5μm帯パルスレーザーを使用するシステムで使用される光伝導アンテナの高性能化を主目的とした．極低雑音性を有する低温成長GaAsにおいて，励起光の非線形吸収を金属ナノパターンにおけるプラズモン共鳴とファブリペロー共鳴で増強することでTHz波発生・検出感度を向上させる．基板側に分布ブラッグ反射器を組み込むことで，電子線露光法を用いた素子作製に対応し，かつ高増強度が得られるデバイス構造を明らかにした．また低温成長GaAsにおける線形，非線形吸収の定量化を行った．さらに低温成長GaAs光伝導アンテナにおける信号および雑音の素子パラメータ依存性を明らかにした．

自由記述の分野

光デバイス工学

研究成果の学術的意義や社会的意義

安定性，価格，小型化に優れたErドープファイバーレーザー駆動のテラヘルツ時間領域分光システムの高性能化が実現し，応用範囲が広がる．またファイバーを用いた可搬型のTHz波発生・検出素子が可能になり，極低温，強磁場等の特殊な環境下でのテラヘルツ時間領域分光が容易になる．また，プラズモニクス研究としては，半導体等の実用上重要な基板に設けたメタルナノパターンにおける近接場増強の理学と工学が進展する．一方，半導体光物性的には，低温成長GaAsにおける線形，非線形吸収が定量化され，この材料における非線形光学応答の物理的理解が進む．