Short-pulse high-power operation of photonic crystal surface-emitting lasers introducing refractive index gradation

引入折射率梯度的光子晶体表面发射激光器的短脉冲高功率运行

基本信息

批准号：
20H02655
负责人：
井上卓也
金额：
$ 7.49万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

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す。2022年度は、まず、2021年度に作製した周波数勾配を導入した直径1mmのPCSELについて、より高振幅電流を注入した際の詳細な発振特性の評価を行った。その結果、25Aの電流注入で、100Wを超えるピーク出力が得られることを明らかにするとともに、さらに高電流を注入した際には、フォトニック結晶面内を光が往復するような特異な発振現象が生じることを見出した。また、上記の特異な発振現象が生じる原因を数値計算により明らかにし、より安定な高ピーク出力パルス発振を得るための設計指針を明らかにした。続いて、2021年度に当初の計画を超えて設計を行っていた、周波数勾配と可飽和吸収領域を同時に導入したPCSELについても、実際にデバイス作製を行い、その発振特性の評価を行った。その結果、20Aの電流注入において、パルス幅30ps未満、ピーク出力180W級の高ピーク出力・短パルス発振を実証することに成功した。さらに、上記のPCSELにおいて、分散補償媒質を用いたパルス圧縮の実験を行った結果、パルス幅10ps程度、ピーク出力300W程度のパルス発振が得られ、PCSELのさらなる高ピーク出力・短パルス発振動作が実現した。以上を通して、本研究課題の最終目標（ピーク出力100W～1kW級）を1年前倒しで達成することが出来た。

在这项研究中，我们提出了一种新方法，用于在表面发射半导体激光器（光子晶体激光器：PCSEL）中使用光子晶体振荡的二维共振效应，通过引入短暂的频率梯度和较高的峰值（带的峰值），并实现较小的峰值（带峰值的峰值），并使用二维晶体振荡的峰值（带有较高的峰值），该效果（带有较高的峰）峰值输出为100 W至1 kW，同时从不使用外部放大器的单个光源中保持远光质量。 In fiscal 2022, we first evaluated the oscillation characteristics in detail when a higher amplitude current was injected for PCSELs with a diameter of 1mm, which introduced the frequency gradient produced in fiscal 2021. As a result, it was revealed that a peak output of more than 100 W can be obtained with current injection of 25A, and that when a higher current is injected, a singular oscillation phenomenon occurs in which light通过光子晶体的平面往复。此外，已经通过数值计算揭示了上述奇异振荡现象的原因，并且已经阐明了获得更稳定的高峰值输出脉冲振荡的设计指南。接下来，我们实际上还为PCSEL制造了该设备，PCSEL同时引入了频率梯度和饱和吸收区域，这些设备是在2021年的原始计划之外设计的，并评估了PCSEL的振荡特性。结果，当注入20 A时，我们成功地证明了高峰值输出和短脉冲振荡，脉冲宽度小于30 ps，峰值输出为180 W类。此外，在上述PCSEL中，使用分散补偿介质进行了脉冲压缩的实验，并进行了脉冲振荡，并触发了峰值峰值和峰值的峰值，峰值的峰值均约为300 W的峰值，该峰值的峰值输出了约300 W的峰值，该峰值的峰值均可获得300 W的峰值，该峰值均可获得300 W的峰值，该峰值均可获得300 W的峰值，该峰值均可获得300 W的峰值，该峰值均可获得300 W的峰值，该峰值的峰值均为300 W的峰值脉冲量。 PCSEL的操作。通过上述，提前一年实现了该研究主题的最终目标（峰值输出100W至1kW级别）。

项目成果

期刊论文数量（105）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

2次元フォトニック結晶面発光レーザ

2D光子晶体面发射激光器

DOI：
发表时间：
2006
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

Towards optimization of photonic-crystal surface-emitting lasers via quantum annealing

DOI：
10.1364/oe.476839
发表时间：
2022-11-21
期刊：
OPTICS EXPRESS
影响因子：
3.8
作者：
Inoue, Takuya;Seki, Yuya;Noda, Susumu
通讯作者：
Noda, Susumu

量子アニーリングを活用したフォトニック結晶レーザーの構造最適化に成功

利用量子退火成功实现光子晶体激光器的结构优化

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

Self-Q-switched photonic-crystal lasers with band-edge frequency gradation

具有带边频率梯度的自调Q光子晶体激光器

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Takuya Inoue;Ryohei Morita;Kazuki Nigo;Masahiro Yoshida;Kenji Ishizaki;Menaka De Zoysa;and Susumu Noda
通讯作者：
and Susumu Noda

多点ビーム同時出射可能な複合変調フォトニック結晶レーザーの広FOV・高効率動作の検討

可同时多点光束发射的复合调制光子晶体激光器的宽视场和高效运行研究