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2021 年度 実績報告書

利得特性を制御した量子ドットによる超広帯域波長掃引光源の開発とOCTへの応用

研究課題

研究課題/領域番号 20H02183
研究機関和歌山大学

研究代表者

尾崎 信彦  和歌山大学, システム工学部, 准教授 (30344873)

研究分担者 池田 直樹  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 技術開発・共用部門, 主任エンジニア (10415771)
渡辺 英一郎  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 技術開発・共用部門, エンジニア (10469786)
久保 隆史  和歌山県立医科大学, 医学部, 博士研究員 (30316096)
赤阪 隆史  和歌山県立医科大学, 医学部, 特別研究員 (70322584)
研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
キーワード量子ドット / 波長掃引光源 / 光コヒーレンストモグラフィー(OCT) / 分子線エピタキシー(MBE)
研究実績の概要

本研究は、自己組織化InAs量子ドット(QD)を用いて、近赤外波長で広帯域な掃引幅を持った波長掃引レーザ光源(SS)を開発し、医療用断層イメージング技術である光コヒーレンストモグラフィー(OCT)への応用を目指している。InAs-QDは格子歪により自己組織的に成長するナノ結晶であり、一定のサイズ分布を有するため、広帯域な発光および光学利得を示す。また、発光波長が生体サンプル内により深く浸透する近赤外波長帯にあり、成長条件によって発光中心波長を制御できる。これらの特長を利用して、近赤外波長帯において広帯域な波長可変レーザを実現し、波長掃引型OCT(SS-OCT)光源とすることで、OCT画像の高分解能と高画像深度を両立させることが狙いである。
これまでに、成長条件を最適化することで生体透過性の高い波長(1~1.1 um)帯で広帯域な発光および利得特性を示すよう制御されたQDを作製し、それらのQDを含有する光利得チップを外部共振器に導入することでQDベースの波長掃引レーザ光源(QD-SS)の開発に成功している。2021年度は、このQD-SSの利得特性および掃引レーザ特性を詳細に調べ、広帯域化、高強度化に向けた外部共振器の最適化などを行った。また、QD-SSを導入したOCTシステムを立ち上げ、制御系やデータ処理などのプログラム開発を行い、実用性の高いものに仕上げることができた。今後このシステムを使った画像取得と性能評価を実施し、研究目的達成に向け推進していく。

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

研究開始当初は新型コロナウイルス感染拡大による緊急事態宣言の影響で、実験や出張が困難であったため進捗に遅れが生じたが、その後、2021年度末までにQD-SS作製やSS-OCTシステムの立ち上げは達成できており、当初計画に対しておおむね順調に進展していると判断した。

今後の研究の推進方策

現在までにQD-SS作製やSS-OCTシステムの立ち上げなど、重要な内容は実施できているので、今後は立ち上げたSS-OCTによるテストサンプル画像取得と性能評価を進め、OCTシステムとしての有用性の評価を行っていく予定である。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 3件) 産業財産権 (1件)

  • [国際共同研究] グラスゴー大学(英国)

    • 国名
      英国
    • 外国機関名
      グラスゴー大学
  • [雑誌論文] Near-infrared dual-wavelength surface-emitting light source using InAs quantum dots resonant with vertical cavity modes2022

    • 著者名/発表者名
      Oshima Jin、Ozaki Nobuhiko、Oda Hisaya、Watanabe Eiichiro、Ohsato Hirotaka、Ikeda Naoki、Sugimoto Yoshimasa、Hogg Richard A.
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 61 ページ: SD1003-1~5

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ac5b24

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] In-situ estimation of emission wavelength of embedded InAs QDs using RHEED intensity measurements2022

    • 著者名/発表者名
      Ozaki Nobuhiko、Ikuno Daigo
    • 雑誌名

      Journal of Crystal Growth

      巻: 588 ページ: 126657-1~4

    • DOI

      10.1016/j.jcrysgro.2022.126657

    • 査読あり
  • [学会発表] 1um帯広帯域高強度発光InGaAs薄膜の成長条件の検討2022

    • 著者名/発表者名
      祝出 航佑、尾崎 信彦
    • 学会等名
      第69回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] Near-infrared dual-wavelength surface-emitting light source using a vertical cavity resonating with discrete emission wavelengths of InAs quantum dots2021

    • 著者名/発表者名
      J. Oshima, N. Ozaki, H. Oda, E. Watanabe, H. Ohsato, N. Ikeda, Y. Sugimoto, and R. Hogg
    • 学会等名
      34th International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC 2021)
    • 国際学会
  • [学会発表] Broadband Emission from Stacked InAs Quantum Dots Embedded with GaAs Layers Under Various Growth Rates for Broadband Light Source Applications2021

    • 著者名/発表者名
      T. Wang, J. Oshima, H. Ohsato, E. Watanabe, N. Ikeda, Y. Sugimoto, and N. Ozaki
    • 学会等名
      21st Int. Conf. Molecular Beam Epitaxy (21st ICMBE)
    • 国際学会
  • [学会発表] Influence of In Segregation on InAs Quantum Dots Growth in Dot-in-a-Well2021

    • 著者名/発表者名
      N. Okada, D. Ikuno, T. Wang, J. Oshima, and N. Ozaki
    • 学会等名
      21st Int. Conf. Molecular Beam Epitaxy (21st ICMBE)
    • 国際学会
  • [学会発表] InAs量子ドットを利用した近赤外多波長面発光レーザの検討2021

    • 著者名/発表者名
      大島 仁、尾崎 信彦、小田 久哉、渡辺 英一郎、大里 啓孝、池田 直樹、杉本 喜正、R. Hogg
    • 学会等名
      第82回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] 1ミクロン帯広帯域発光InGaAs薄膜の作製と評価2021

    • 著者名/発表者名
      祝出 航佑、尾崎 信彦
    • 学会等名
      応用物理学会関西支部2021年度第2回講演会
  • [学会発表] 新規半導体ナノ材料によるOCT用近赤外広帯域光源2021

    • 著者名/発表者名
      尾崎 信彦
    • 学会等名
      MOBIO産学連携オフィス テーマ別大学・高専合同シーズ発表会
  • [産業財産権] 多波長光源及び多波長光源システム2021

    • 発明者名
      尾崎信彦、大島 仁
    • 権利者名
      和歌山大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2021-136639

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公開日: 2022-12-28  

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