Study on polarization stabilization of long wavelength GaAsBi surface emitting laser utilizing anisotropic gain

利用各向异性增益的长波长GaAsBi面发射激光器偏振稳定性研究

• 批准号: 19K04514
• 负责人: 下村 哲
• 金额: $ 2.83万
• 依托单位: Ehime University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19K04514/
• 关键词: ガリウムひ素ビスマス; 長波長帯面発光レーザ; 偏光安定化; 量子井戸; 光変調反射分光スペクトル; 基板温度制御; サーモグラフィ; 温度急冷ステージの設計; 基板ホルダー温度分布; 基板ホルダー冷却速度; GaAsBi/GaAs 量子井戸; (221)B GaAs 基板; GaAsBi; 半導体レーザ; 偏光異方性利得; 光デバイス; 面発光レーザー

２０２２年度　研究実績の概要【①光学的品質と偏光特性を維持しつつBi組成の増加】裏面にAlを全面蒸着した2-インチGaAs基板の基板温度の測定を波長7.5-14 μmの赤外線を検出するサーモグラフィで熱画像を撮影して行った。裏面のヒーターの形状が全く観測されないことから, 厚さ0.5 μmのAl薄膜でヒーターの赤外線を遮断できることを確認した。融点156℃の金属を使って 放射率 e = 0.76、融点227℃の金属を使って放射率 e = 0.68、由展327℃の金属を使って放射率 e = 0.65を得た。GaAs基板の20 mm のスパンで基板温度が340℃から345℃の間に収まること、基板の端から5mmでは温度が320℃に下がることがわかった。一方、面内分布を分子線エピタキシー装置で観測する場合、像を望遠レンズで２倍に拡大すれば詳細な測定が可能になる。赤外線用望遠レンズを構成する焦点距離50 mm、直径40 mmの凸レンズの作製を完了した。【②偏光が生じる機構の解明】ホトリフレクタンスとホトルミネッセンススペクトルを分光器１スキャンで両方同時に測定する装置の構築において、メカニカルなチョッパーを廃し、液晶シャッタによるタングステンランプ光のon/off 2f制御、レーザの冷気電流の外部制御による on/off 3f制御、 ホトリフレクタンススペクトルを5fシグナルで測定する電子制御を実現した。【③光通信帯O-bandのGaAsBi/GaAs量子井戸面発光レーザの試作】面発光レーザの集光用の球面型マイクロレンズアレイの作製を引き続き行い、曲率半径108μmのレンズの作製に成功した。2021年度は曲率半径 526μmのレンズで、厚さ350μm 2インチのGaAs基板で作る面発光レーザには、まだ曲率半径が大き過ぎであった。今回この問題が解決可能であることが実証された。

2022年研究成果总结【①在保持光学品质和偏振特性的同时增加Bi成分】通过检测波长7.5-14的红外线来测量整个背面沉积有Al的2英寸GaAs基板的基板温度μm 热图像是使用热成像技术拍摄的。由于完全没有观察到加热器背面的形状，因此证实加热器的红外线可以被厚度为0.5μm的薄Al膜阻挡。使用熔点为 156°C 的金属，我们得到发射率 e = 0.76，使用熔点为 227°C 的金属，我们得到发射率 e = 0.68，使用熔点为 327°C 的金属，我们得到发射率 e = 0.68 ，我们得到发射率 e = 0.65。结果发现，在20mm跨度的GaAs衬底上，衬底温度在340℃到345℃之间，并且在距衬底边缘5mm处温度降至320℃。另一方面，当使用分子束外延装置观察面内分布时，可以通过使用长焦镜头将图像放大两倍来进行详细测量。我们已经完成了焦距为50毫米、直径为40毫米的凸透镜的制作，该凸透镜构成了红外长焦镜头。 [② 阐明偏振光发生的机制] 在构建一种在光谱仪的一次扫描中同时测量光反射和光致发光光谱的装置时，我们取消了机械斩波器并使用液晶快门来控制钨灯的开/关我们使用激光器冷电流的外部控制实现了开/关 3f 控制，并使用 5f 信号测量光反射光谱的电子控制。 [③ O波段光通信频段GaAsBi/GaAs量子阱面发射激光器的试制] 我们继续制作用于面发射激光器聚焦光的球面微透镜阵列，并成功制作了半径为曲率108微米。 2021年，透镜的曲率半径为526μm，对于由厚度为350μm、2英寸的GaAs衬底制成的面发射激光器来说仍然太大。现在已经证明这个问题是可以解决的。

项目成果

(221)A, B GaAs基板上のGaAsBi/GaAs量子井戸のホトルミネッセンス

(221)A, B GaAs 衬底上 GaAsBi/GaAs 量子阱的光致发光

• 发表时间: 2019
• 作者: 清水彩花;山本巧;神原誉;下村哲
• 通讯作者: 下村哲

GaAs基板を用いたマイクロレンズの設計

使用GaAs衬底的微透镜设计

• 发表时间: 2019
• 作者: 神原 誉;佐々木 大志;今岡 達也;下村 哲
• 通讯作者: 下村 哲

GaAsBi/GaAs 量子井戸のホトルミネッセンス(PL)、ホトリフレクタンス(PR)スペクトル

GaAsBi/GaAs 量子阱的光致发光 (PL) 和光反射 (PR) 光谱

• 发表时间: 2021
• 作者: 行武 幸将;清水 彩花;林 拓馬;長尾 嘉大;下村 哲
• 通讯作者: 下村 哲

室温における(100)GaAsGaAsBi/GaAs 量子井戸の PLおよび PRスペクトル

(100)GaAsGaAsBi/GaAs量子阱的室温PL和PR光谱

• 发表时间: 2023
• 作者: Yoshinori Tatematsu;Kyoya Takayama;Yuto Maeda;Tatsuya Ueyama;Taisei Ogura;Kazuki Nakagawa;Ryota Kamiya;Masafumi Fukunari;Yuusuke Yamaguchi;and Teruo Saito;大塚敦生，伊藤涼音，日景 隆，山本 学;鎌倉 広太郎，下村 哲, 行武 幸将，張 成銘
• 通讯作者: 鎌倉 広太郎，下村 哲, 行武 幸将，張 成銘

GaAs 基板へのマイクロレンズの作製

GaAs 衬底上微透镜的制造

• 发表时间: 2022
• 作者: 菊井 大輝;国土 泰介;小瀧 誉之春;政本 真哉;下村 哲
• 通讯作者: 下村 哲