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光波長の数十倍の広いストライプ幅をもつブロードエリア半導体レーザにおいては、活性層方向の発振領域が定まらず、光の自己収束効果とキャリアの空間ホールバーニングにより、時間的に十ps程度で数ミクロンの空間大きさを持つフィラメントと呼ばれる構造が発生し、これが時間と空間を不規則に移動する。これによりレーザビームの質が著しく劣化するため、ブロードエリア半導体レーザの応用において障害となっている。この現象は、レーザの持つ非線形生によるカオスであるが、これまで研究がほんとんどなされていなかった。本研究においては、ゲインガイド型、インデクッスガイド型のレーザモデルに基づきレート方程式を導入し、フィラメント現象の解析を行った。この結果、フィラメント構造の統計的性質を明らかにすることができた。また、このフィラメント構造は、キャリアの拡散、光の回折パラメータに強く依存することもわかった。このカオス的不安定性を抑制する方法として、外部戻り光あるいは光注入により安定化を行う方法について理論的検討を行い、強光注入によりマクロなビーム形状のトップハット性が著しく改善できることが明らかにされた。また、これらの理論に基づく実験を行い、戻り光を用いた方法により縦多モード発振するブロードエリア半導体レーザを単一モード化でき、そのときのビームプロファイルも単包化されたガウス型に近いものが得られることも判明した。
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