電流注入利得スイッチレーザー活性層の限界駆動高速非線形性とその電気的制御

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21H01361
• 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): 2021-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 半導体レーザー / 利得スイッチ / 電流注入 / 限界駆動 / 非線形

研究実績の概要

前年度の試料作製・駆動系開発に続き、LDの周波数応答評価と利得スイッチ実験を行った。レーザーバーから、優良な特性を示した素子を選別して、チップ分割し、TOCANパッケージか高速電極パターンつきサブキャリアへ実装（マウントおよびワイヤボンディング）した。実装後素子について、CWおよびマイクロ秒パルス電流注入による定常LD特性評価を行った。パッケージ試料やサブキャリア試料へRFコネクタをつなぎ、ケーブル・バイアスティ、DCバイアス源および高速短パルス駆動電源へと接続した。各部品・素子の電気的帯域の劣化をチェックするために、ネットワークアナライザを用いた周波数応答評価を行い、利得スイッチ用の高速電気パルス励起が可能であることを確認した。利得スイッチ光パルス発生実験では、90-400ps幅の高速パルス電源、高速アンプ、可変減衰器からなる駆動電源系を用いた。高速フォトダイオード（PD）と高速サンプリングオシロスコープからなる測定系で、出力光パルスの励起強度依存性を計測した。低速のペデスタル成分を除去するため、角度可変フィルタを用いてスペクトル切出しを行って評価を行った。さらに、オートコリレータによる自己相関計測によるパルス計測を行った。光強度の不足を補うためには、利得スイッチ光パルスを2―3桁増幅する低自然放出光ノイズの希土類添加ファイバー光増幅器を用いた。パルスの詳細なスペクトルダイナミクス測定のために、長さの異なる線形分散補償用のファイバーを導入し、サンプリングオシロスコープ測定および自己相関測定を行った。駆動パルス電源をモード同期ファイバレーザーパルスと同期して相互相関計測を行うためのPLLシンセサイザの利用について調査検討した。デバイスパラメータや制御パラメータを連続変化させた系統的な測定に着手した。理論計算との比較研究にも着手した。

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

大学内ではコロナ禍の活動制限が続いたが、大学や共用設備の利用に関して強い制限がかからず、コロナ禍の影響は十分におりこんで計画を立案したことのおかげで、概ね計画通り順調に進捗した。

今後の研究の推進方策

自作の1030-1070nmの電流注入利得スイッチ半導体レーザーの他に、1300nm帯で30GHz直接変調帯域の高速電流注入半導体レーザー試料を入手して利得スイッチ測定が可能になったので、並行して実験を進める。デバイスパラメータを連続変化させた試料の詳細な実験計測により調査し、理論計算との比較を系統的に行い、学理確立を達成する。

研究成果

• [雑誌論文] Shear-strain controlled high-harmonic generation in graphene (2023)
  • 著者名/発表者名: Tamaya Tomohiro、Akiyama Hidefumi、Kato Takeo
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 107 ページ: L081405
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.107.L081405
  • 査読あり
• [雑誌論文] Output-power equivalence of two- and four-terminal photovoltaic-thermoelectric hybrid tandems (2023)
  • 著者名/発表者名: Sakuma Jun、Kamide Kenji、Mochizuki Toshimitsu、Takato Hidetaka、Akiyama Hidefumi
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 16 ページ: 014003～014003
  • DOI: 10.35848/1882-0786/acb12d
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optimisation of Sb2S3 thin-film solar cells via Sb2Se3 post-treatment (2023)
  • 著者名/発表者名: Wang Rui、Qin Deyang、Ding Xiaolei、Zhang Qipei、Wang Youyang、Pan Yanlin、Weng Guoen、Hu Xiaobo、Tao Jiahua、Chu Junhao、Akiyama Hidefumi、Chen Shaoqiang
  • 雑誌名: Journal of Power Sources 巻: 556 ページ: 232451～232451
  • DOI: 10.1016/j.jpowsour.2022.232451
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Quantum yield of near-infrared bioluminescence with firefly luciferin analog: AkaLumine (2023)
  • 著者名/発表者名: Ono Ryohei、Osawa Keita、Takahashi Yutaka、Noguchi Yoshifumi、Kitada Nobuo、Saito-Moriya Ryohei、Hirano Takashi、Maki Shojiro A.、Shibata Keisei、Akiyama Hidefumi、Kanno Ken-ichiro、Itabashi Hideyuki、Hiyama Miyabi
  • 雑誌名: Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry 巻: 434 ページ: 114270～114270
  • DOI: 10.1016/j.jphotochem.2022.114270
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photo-cleaving and photo-bleaching quantum yields of coumarin-caged luciferin (2023)
  • 著者名/発表者名: Kumagai Ryo、Ono Ryohei、Sakimoto Shu、Suzuki Chiharu、Kanno Ken-ichiro、Aoyama Hiroshi、Usukura Junko、Kobayashi Masataka、Akiyama Hidefumi、Itabashi Hideyuki、Hiyama Miyabi
  • 雑誌名: Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry 巻: 434 ページ: 114230～114230
  • DOI: 10.1016/j.jphotochem.2022.114230
  • 査読あり
• [雑誌論文] Revealing Sub-Cell Degradation of Multi-Junction Solar Cells by Absolute Electroluminescence Imaging (2022)
  • 著者名/発表者名: Wang Youyang、Li Liying、Hu Xiaobo、Jia Yun、Weng Guoen、Luo Xianjia、Chen Shaoqiang、Akiyama Hidefumi
  • 雑誌名: Proc. of 2022 IEEE 49th Photovoltaics Specialists Conference 巻: 54 ページ: 0468-0471
  • DOI: 10.1109/PVSC48317.2022.9938663
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Gain-switching in CsPbBr3 microwire lasers (2022)
  • 著者名/発表者名: Tian Jiao、Weng Guoen、Liu Yuejun、Chen Shengjie、Cao Fuyi、Zhao Chunhu、Hu Xiaobo、Luo Xianjia、Chu Junhao、Akiyama Hidefumi、Chen Shaoqiang
  • 雑誌名: Communications Physics 巻: 5 ページ: 160
  • DOI: 10.1038/s42005-022-00938-8
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Diagnosis and Breakeven Analysis of GaInNAs Subcell Incorporated in Monolithic Lattice-Matched Five-Junction Solar Cell (2022)
  • 著者名/発表者名: Zhu Lin、Huang Shanshan、Akiyama Hidefumi
  • 雑誌名: IEEE Journal of Photovoltaics 巻: 12 ページ: 1487～1494
  • DOI: 10.1109/JPHOTOV.2022.3195090
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Theoretical modeling and ultra-thin design for multi-junction solar cells with a light-trapping front surface and its application to InGaP/GaAs/InGaAs 3-junction (2022)
  • 著者名/発表者名: Zhu Lin、Wang Yongtao、Pan Xu、Akiyama Hidefumi
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 30 ページ: 35202～35202
  • DOI: 10.1364/OE.466168
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A new lock-in amplifier-based deep-level transient spectroscopy test and measurement system for solar cells (2022)
  • 著者名/発表者名: Jia Yun、Ding Xiaolei、Wang Rui、Wang Youyang、Zheng Shiqi、Hu Xiaobo、Weng Guoen、Chen Shaoqiang、Sakurai Takeaki、Akiyama Hidefumi
  • 雑誌名: Solar Energy 巻: 244 ページ: 507～515
  • DOI: 10.1016/j.solener.2022.08.062
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Defect‐induced current coupling in multi‐junction solar cells revealed by absolute electroluminescence imaging (2022)
  • 著者名/発表者名: Wang Youyang、Li Liying、Jia Yun、Hu Xiaobo、Weng Guoen、Luo Xianjia、Chen Shaoqiang、Zhu Ziqiang、Chu Junhao、Akiyama Hidefumi
  • 雑誌名: Progress in Photovoltaics: Research and Applications 巻: 30 ページ: 1410～1422
  • DOI: 10.1002/pip.3601
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Differences in radiation damage to carrier lifetimes in the neutral and depletion regions of InGaP and GaAs solar cells (2022)
  • 著者名/発表者名: Nakamura Tetsuya、Imaizumi Mitsuru、Sato Shin-ichiro、Ohshima Takeshi、Akiyama Hidefumi、Okada Yoshitaka
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 132 ページ: 115701～115701
  • DOI: 10.1063/5.0099106
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photo-bleaching of firefly luciferin with UV irradiation (2022)
  • 著者名/発表者名: Kumagai Ryo、Ono Ryohei、Akiyama Hidefumi、Itabashi Hideyuki、Hiyama Miyabi
  • 雑誌名: Chemical Physics Letters 巻: 792 ページ: 139414～139414
  • DOI: 10.1016/j.cplett.2022.139414
  • 査読あり
• [学会発表] GaAsにおける光誘起異常ホール伝導ダイナミクス(I)：逆スピンホール効果のテラヘルツ周波数特性と微視的起源 (2023)
  • 著者名/発表者名: 藤本知宏, 栗原貴之, 室谷悠太, 神田夏輝, 玉谷知裕, 金昌秀, 秋山英文, 加藤岳生, 松永隆佑
  • 学会等名: 日本物理学会2023年春季大会
• [学会発表] GaAsにおける光誘起異常ホール伝導ダイナミクス(II)：光照射中の振動構造の起源 (2023)
  • 著者名/発表者名: 藤本知宏, 栗原貴之, 室谷悠太, 神田夏輝, 玉谷知裕, 金昌秀, 秋山英文, 加藤岳生, 松永隆佑
  • 学会等名: 日本物理学会2023年春季大会
• [学会発表] せん断応力を用いたグラフェンの高次高調波スイッチング (2023)
  • 著者名/発表者名: 玉谷知裕, 秋山英文, 加藤岳生
  • 学会等名: 日本物理学会2023年春季大会
• [学会発表] 窒素δドープGaAs 中の等電子トラップに局在した励起子分子の束縛エネルギーに関する研究 (2023)
  • 著者名/発表者名: 矢野 裕子，高宮 健吾，藤川 沙千恵，八木 修平，矢口 裕之，小林 真隆，秋山 英文
  • 学会等名: 第70回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] Universal lossless coupling formula for 2-terminal PVTE hybrids: Theory and experiments (2022)
  • 著者名/発表者名: Kenji Kamide, Jun Sakuma, Toshimitsu Mochizuki, Hidetaka Takato, Hidefumi Akiyama
  • 学会等名: 33rd International Photovoltaic Science and Engineering Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Lossless hybridization in series-connected PVTE hybrid tandems for output-power optimization (2022)
  • 著者名/発表者名: Jun Sakuma, Kenji Kamide, Toshimitsu Mochizuki, Hidetaka Takato, Hidefumi Akiyama
  • 学会等名: 33rd International Photovoltaic Science and Engineering Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Revealing Sub-Cell Degradation of Multi-Junction Solar Cells by Absolute (2022)
  • 著者名/発表者名: Youyang Wang, Liying Li, Xiaobo Hu, Yun Jia, Guoen Weng, Xianjia Luo, Shaoqiang Chen, Hidefumi Akiyama
  • 学会等名: Electroluminescence Imaging 2022 IEEE 49th Photovoltaics Specialists Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Absolute EL measurement and Internal-radiative-efficiency analysis for re-designing CPV cells (2022)
  • 著者名/発表者名: Hidefumi Akiyama
  • 学会等名: 18th International Conference on Concentrator Photovoltaic Systems
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 直列2端子PVTEハイブリッドの普遍的ロスレス結合公式 (2022)
  • 著者名/発表者名: 上出健仁、佐久間惇、望月敏光、高遠秀尚、秋山英文
  • 学会等名: 第83回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] 二端子直列太陽電池-熱電素子タンデムの出力最大化設計手法 (2022)
  • 著者名/発表者名: 佐久間惇、上出健仁、望月敏光、高遠秀尚、秋山英文
  • 学会等名: 第83回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] 利得スイッチ1270 nm DFB 半導体レーザーによる5.3ps パルス発生 (2022)
  • 著者名/発表者名: 小林真隆、中村考宏、中前秀一、松井康浩、秋山英文
  • 学会等名: 第83回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] ヘテロpn接合による太陽電池効率と耐放射線性の向上 (2022)
  • 著者名/発表者名: 中村徹哉、今泉充、浅見明太、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、佐藤真一郎、大島武
  • 学会等名: 第16回分子科学討論会
• [学会発表] バルクGaAsのスピン選択光励起によるテラヘルツ異常ホール伝導ダイナミクスの観測 (2022)
  • 著者名/発表者名: 藤本知宏, 栗原貴之, 室谷悠太, 神田夏輝, 金昌秀, 秋山英文, 松永隆佑
  • 学会等名: 日本物理学会2022年秋季大会
• [学会発表] 量子細線および利得スイッチレーザーの性能を支配する半導体非線形性 (2022)
  • 著者名/発表者名: 秋山 英文
  • 学会等名: 応用物理学会中国四国支部主催・若手半導体研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 太陽電池の限界効率理論と超高効率化への基礎課題 (2022)
  • 著者名/発表者名: 秋山英文
  • 学会等名: 学振125/R031委員会合同研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 新たな太陽電池の絶対EL評価の基礎と応用 (2022)
  • 著者名/発表者名: 秋山英文
  • 学会等名: 第19回「次世代の太陽光発電システム」シンポジウム（第2回日本太陽光発電学会学術講演会）
  • 招待講演
• [学会発表] カチオンチャネルロドプシンC1C2のチャネル開閉におけるレチナールの構造変化とプロトン移動の役割 (2022)
  • 著者名/発表者名: 井上圭一、柴田桂成、小田和正、西澤知宏、挾間優治、小野稜平、濡木理、秋山英文
  • 学会等名: 第22回日本蛋白質科学会年会
• [学会発表] hoto-bleaching of firefly luciferin (2022)
  • 著者名/発表者名: Ryo Kumagai, Ryohei Ono, Hidefumi Akiyama, Hideyuki Itabashi, Miyabi Hiyama
  • 学会等名: 第37回化学反応討論会