2023 年度研究成果報告書

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

研究課題

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研究課題/領域番号	21H01361
研究種目	基盤研究(B)
配分区分	補助金
応募区分	一般
審査区分	小区分21050:電気電子材料工学関連
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
研究成果の概要	GaAs基板上成長の1000nm波長帯の高品質InGaAs量子井戸活性層を用い、リッジ型導波路レーザー構造を作製した。多数の自作LD素子から、8-12ピコ秒の高速短パルス発生を発生した。バイアス印加・多ステップパルス励起などの電気的制御で、利得スイッチ成分を抑制した矩形パルスを発生した。市販で最速の変調帯域 30 GHzのDFB-LD素子を入手し、利得スイッチ実験を行い、約90ps幅の電気パルス注入とシングルモードファイバ分散補正により、スペクトルフィルタリングや非線形パルス圧縮など付加的な手法を用いることなく、最短の5.3psパルス幅のフーリエ限界に近いパルスを得た。
自由記述の分野	半導体物理学
研究成果の学術的意義や社会的意義	半導体中の非平衡高密度多体キャリアが有する非摂動領域の極端非線形性と高速性を理解し、電子工学的に活用する道筋が拓かれた。半導体レーザーの極端非線形性は、基礎物理学としても難敵であるが、活性層膜構造、共振器構造、電極構造、パッケージ構造や、バイアス、多ステップパルス励起などの電気的制御手法を駆使することで、限界駆動下での高速極端非線形性を積極的に引き出すことは可能であり、電流注入半導体レーザーから高速パルスを直接発生することが可能であることが示された。MOPA化してシード光源としてこの半導体レーザーを用いれば、堅ろう・高自由度・高制御性の光源システム構築が可能になる。