2023 Fiscal Year Annual Research Report
Short-pulse high-power operation of photonic crystal surface-emitting lasers introducing refractive index gradation
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20H02655
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
井上 卓也 京都大学, 工学研究科, 助教 (70793800)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | フォトニック結晶レーザー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、フォトニック結晶の２次元共振作用をレーザー発振に利用した面発光型半導体レーザー（フォトニック結晶レーザー：PCSEL）において、屈折率勾配（バンド端周波数勾配）の導入という新たな短パルス・高ピーク出力化の手法を提案し、外部増幅器を用いない単一光源から、高ビーム品質を維持しつつ、パルス幅数10ps未満, ピーク出力100W～1kW級の短パルス・高ピーク出力発振を実現することを目指した。
前年度までに、周波数勾配型PCSELにおいて、パルス幅10ps程度、ピーク出力200～300W程度のパルス発振を実証し、１年前倒しで、当初の研究目標を達成していた。最終年度の2023年度は、上記の周波数勾配型PCSELのピーク出力のさらなる増大の実現に向けた検討を行った。はじめに、これまでに得られた実験結果と、対応する数値解析結果の詳細な比較を行い、利得関数や屈折率変化関数等、解析に用いる種々の物理パラメータの更新を行った。次に、周波数勾配型フォトニック結晶レーザーの面内に導入する周波数勾配分布とフォトニック結晶の結合係数について、粒子群最適化による自動最適化を行ったところ、可飽和吸収領域を導入しなくとも、単一のデバイスにおいて、1kW級のピーク出力が得られるデバイス構造の設計に成功した。最後に、最適化を行ったデバイス構造の作製を行い、その過渡応答特性の評価を行ったところ、50 Aの注入電流において、パルス幅30ps未満、ピーク出力540W超の高ピーク出力・短パルス発振が得られ、前年度までに得られたピーク出力をさらに2倍程度向上させることに成功した。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Presentation] 直径500μmGaN系PCSELの高ビーム品質動作2024
Author(s)
十鳥 雅弘, 小泉 朋朗, 江本 渓, De Zoysa Menaka, 森本 峻介, 小川 健志, 北村 篤史, 井上 卓也, 石崎 賢司, 吉田 昌宏, 勝野 峻平, 野田 進
Organizer
第71回応用物理学会春季学術講演会
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[Presentation] GaN系フォトニック結晶レーザーを用いた水中3次元ToF-LiDARの開発(III)2024
Author(s)
小川 健志, De Zoysa Menaka, 十鳥 雅弘, 江本 渓, 小泉 朋朗, 森本 峻介, 北村 篤史, 和泉 孝紀, 井上 卓也, 石崎 賢司, 野田 進
Organizer
第71回応用物理学会春季学術講演会
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[Presentation] 分割領域を有するワット級フォトニック結晶レーザーの周波数変調動作2024
Author(s)
仲野 秀栄, 井上 卓也, 森田 遼平, De Zoysa Menaka, 石﨑 賢司, 石村 昇太, 西村 公佐, 高橋 英憲, 釣谷 剛宏, 鈴木 正敏, 野田 進
Organizer
第71回応用物理学会春季学術講演会
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[Presentation] 機械学習とCMA-ESを活用した連続駆動分割電極PCSELのリアルタイム発振モード状態制御2023
Author(s)
和泉 孝紀, De Zoysa Menaka, 行舎 直起, 小林 宇翔, 井上 卓也, 勝野 峻平, 吉田 昌宏, 石﨑 賢司, 初田 蘭子, 浅野 卓, 野田 進
Organizer
第84回応用物理学会秋季学術講演会
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[Presentation] フォトニック結晶レーザーの発振状態制御のための面内温度分布制御機構の導入2023
Author(s)
小林 宇翔, 和泉 孝紀, De Zoysa Menaka, 行舎 直起, 井上 卓也, 勝野 峻平, 吉田 昌宏, 石﨑 賢司, 初田 蘭子, 浅野 卓, 野田 進
Organizer
第84回応用物理学会秋季学術講演会
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[Presentation] 二重格子構造を導入した変調フォトニック結晶レーザーによる狭発散角多点同時ビーム出射2023
Author(s)
石崎 賢司, 坂田 諒一, 今村 陽, 井上 卓也, 田中 聡記, De Zoysa Menaka, 小松原 望, 前田 修, 太田 浩紀, 山田 和義, 中村 仁, 山口 圭治, 初田 蘭子, 野田 進
Organizer
第84回応用物理学会秋季学術講演会
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[Presentation] GaN系PCSELの共振器面積拡大によるCW高出力化2023
Author(s)
十鳥 雅弘, 小泉 朋朗, 江本 渓, De Zoysa Menaka, 森本 峻介, 小川 健志, 井上 卓也, 石崎 賢司, 吉田 昌宏, 勝野 峻平, 野田 進
Organizer
第84回応用物理学会秋季学術講演会
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