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半導体光アンプ(SOA)は小型であるだけでなく、100 Gb/s以上で動作する高速光パルスの3R光再生中継デバイスや超高速スイッチングデバイスとして期待されている。しかし従来の量子井戸を利用したSOAでは量子井戸に平行なTE偏光成分の増幅利得が圧倒的に大きく、光ファイバ中を伝搬して偏波情報を失った入力信号を忠実に再生できない。量子ドットを利用すれば積層成長によるドット高さの制御が可能であり、TM利得増強によって偏波無依存光アンプが実現できる。本研究では、MBEを用いて異なる導波路幅、素子長の40層積層InAs/GaAsQDSOAデバイスを作製し、伝搬ELスペクトルと利得スぺクトルのモード解析を行った。スペクトルシミュレーションによりQDSOAデバイスはマルチモードとなっていることが明らかとなった。さらに、基本モードの光強度に重みをもたせたスペクトルシミュレーションではボトムだけでなくトップのスペクトル形状も実験結果に近づいており、マルチモードで動作するQDSOAでは基本モードへの引き込みが生じていることを示した。また、Hakki-Paoli法を用いた利得スペクトル解析によりマルチモードのQDSOAでは利得スペクトルに複数のピーク構造が現れた。等価屈折率法を用いた導波モード解析より、伝搬モードを制御するには導波路幅の制御が重要なカギを握っていることが明らかになった。これはシングルモードで動作する高利得QDSOAデバイス実現への重要な指標である。さらには、量子ドットの電子で満たされた基底準位を100fsのパルス光で励起したときの発光強度の減衰と20ps以下の超高速緩和現象を観測することに成功した。
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