| 研究課題/領域番号 |
20H02176
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
本久 順一 北海道大学, 情報科学研究院, 教授 (60212263)
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| 研究分担者 |
冨岡 克広 北海道大学, 情報科学研究院, 准教授 (60519411)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 半導体ナノワイヤ / ナノワイヤレーザ / ベクトル光波 |
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| 研究実績の概要 |
令和3年度は、有機金属気相選択成長法により作製したGaAs/InGaAs/GaAs コアマルチシェル構造ナノワイヤの発光特性について前年度に引き続いて評価を行った。特に発光により得られたビームの形状、およびその偏光状態の詳細評価を行い、ナノワイヤがレーザ発振した場合に、ベクトル光波が放出されていることを確認した。具体的には、まず、試料を低温でパルス光励起した場合、半値幅の狭い発光ピークが複数観測され、そしてその強度が励起光強度とともに非線形的に増大することが明らかとなった。これによりナノワイヤのレーザ発振の兆候が確認されたが、この時得られた発光像を観測したところ、中心部の強度が弱い、ドーナツ形状となっていることが確認された。そして、そのピーク近傍のスペクトルをバンドパスフィルターで切り出し、その偏光状態を解析したところ、ビームの広がりの範囲内で、軸対称の偏光分布となっていることを確認した。これらの結果より、観測されたナノワイヤから放射されたビームは、中心に特異点を含むベクトル光波となっており、ナノワイヤが期待どおりWGM型のベクトル光波源として機能することが示された。また、得られた実験結果をさらに詳細に検討したところ、低次のベクトル光波であるTEモードやTMモードを反映した偏光分布ではなく、高次のベクトル光波が得られている可能性が示唆された。そして、このような明瞭な軸対称の偏光分布、特に特異点はナノワイヤがレーザ発振している場合にのみ得られ、連続光励起の時に観測されていたナノワイヤの共振モードに起因する発光ピークに対しては得られていないことから、連続光およびパルス光励起の元で得られる発光ピークの起源となるモードは異なること、および基本モードではナノワイヤはレーザ発振していないと判断される。
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| 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
令和2年度終了時点では、ナノワイヤから得られた発光の偏光の分布が、ビーム広がりの範囲内で軸対称となっていること、および偏光の方位から低次のベクトル光波の発生と判断していたが、ベクトル光波に固有の特異点は観測されておらず、そのためにも安定な実験系を構築し、長時間にわたりより信頼性の高いデータを取得する必要性があった。今回、ビーム中心に特異点を確認したことはその課題を解決したという成果であるが、何より、ベクトル光波が発生していることの明瞭な証拠である。そして当初の予想どおり、高次のベクトル光波が発生していると判断されることも含め、非常に大きな成果が実験的に得られた。もう一つの課題であった理論面の検討に関しても、定量的な実験との比較にまでは至っていないが、実験結果の定性的な説明という面では方向性が明らかとなり進展している。令和3年度もコロナ禍による研究活動の制限の影響は無視できるものではなかったが、対研究はおおむね順調に進展していると判断する。
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| 今後の研究の推進方策 |
現在行っている、ナノワイヤから放出される光の偏光状態の詳細評価を継続して行うとともに、高次のベクトル光波で偏光の方位角の任意性が解消されているのか否かといった、実験的にも理論的にも未解明の部分について研究を行い、高次のベクトル光波に関する知見を深める。また、これまで検討してきたWGMに加え、金属クラッド型構造のナノワイヤを用いたTEもしくはTMといった低次のベクトル光波の発生が可能な構造を設計し、その作製と評価を行う。また、損失を低減し利得を向上させることにより、より低しきい値、さらには室温でレーザ発振が得られるナノワイヤ構造およびその実現法について検討する。同時に、p形・n形のドーピングを施したナノワイヤを作製し、ナノワイヤの電流注入発光特性、および発光の偏光状態を評価する。
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