フォトニック結晶レーザの高性能化と発光制御の研究

提高光子晶体激光器性能及控制光发射的研究

基本信息

批准号：
04J01147
负责人：
酒井恭輔
金额：
$ 1.79万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2006
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-04J01147/
关键词：
2次元フォトニック結晶面発光レーザ DFBレーザ結合波理論閾値利得端面反射光ピンセット不透明微粒子径偏光ビーム三角格子点単峰性高出力キャリア閉じこめ層室温連続発振フォトニックバンド構造 TE-likeモード発振バンド端同定

项目摘要

本年度の研究では、1,フォトニック結晶レーザの極めて見通しの良い解析が可能となる2次元結合波理論の構築を目指すとともに、2,出射されたリング形状レーザビームを用いた光ピンセット効果の実証を行った。1,フォトニック結晶レーザの解析には、従来、平面波展開法およびFDTD法と呼ばれる数値計算法が用いられてきたが、両者とも、レーザ特性の基本的な物理的機構の理解を与えるものではなく、得られた結果の解釈と妥当性の判断が困難という問題があった。本研究では、周期的屈折率分布に基づく2次元面内での光の回折・結合現象を、より簡便にモデル化し、物理的に極めて見通しの良い理論の構築に成功した。実験との詳細な比較をも行い、その妥当性・有効性を示すことにも成功している。具体的には、TE偏光の場合に強く表れる上下方向への光の回折(面発光機能)をも取り込んだ計算を行い、各モードの閾値利得を導くと同時に、計算結果と実験結果とがうまく対応することを確認した。さらに、端面での反射等の影響を取り込んだ解析も行い、適切な端面反射の導入により、モードの選択性が格段に向上し、より安定な単一モードコヒーレント発振を実現することが可能になることを示した。(Appl.Phys.Lett.,Vol.89,pp.021101-1(2006))2,真円の格子点形状をもつフォトニック結晶レーザより出射するレーザビームの断面強度は、リング形状を示す。こうしたリング状ビームは、その内部に不透明な微粒子を捕捉することが可能であり、液中の微粒子を捕捉・操作する光ピンセットへの応用が期待されている。そこで、水中のタングステン微粒子(直径約5μm)にフォトニック結晶レーザより出射したリング状ビームを照射したところ、微粒子がビーム内部へ捕捉されることを確認した。その際の捕捉力は、10mWのビーム強度で0.5pN程度であり、操作に十分であることも分かった。(Electron.Lett.,Vol.43,No2,pp.107(2007))

在今年的研究中，我们的目标是（1）构建二维耦合波理论，从而能够对光子晶体激光器进行极其清晰的分析，以及（2）使用发射的环形激光束演示光镊效应。 1. 传统上使用平面波展开法和FDTD法的数值计算方法来分析光子晶体激光器，但这两种方法都无法理解激光特性的基本物理机制。很难解释所获得的结果并判断其有效性。在这项研究中，我们通过更简单地基于周期性折射率分布对二维平面中的光的衍射和耦合现象进行建模，成功地构建了一个具有非常好的物理视角的理论。我们还与实验进行了详细的比较，并成功证明了其有效性和有效性。具体来说，我们进行了计算，还加入了在TE偏振光情况下强烈出现的垂直光衍射（表面发射功能），以导出每个模式的阈值增益，同时，我们确认了计算结果和实验结果非常吻合。此外，我们还进行了纳入端面反射影响的分析，通过引入适当的端面反射，模式选择性显着提高，从而可以实现更稳定的单模相干振荡。 (Appl.Phys.Lett.,Vol.89,pp.021101-1(2006))2,从具有完美圆形晶格点形状的光子晶体激光器发射的激光束的截面强度呈现环形。这种环形光束可以将不透明粒子捕获在其内部，有望应用于捕获和操纵液体中粒子的光镊。因此，当我们用光子晶体激光器发出的环形光束照射水中的钨颗粒（直径约5μm）时，我们确认了颗粒被捕获在光束内。此时的捕获力在10mW的光束强度下约为0.5pN，这对于操作来说是足够的。（《电子通讯》，第 43 卷，第 2 期，第 107 页（2007 年））