高Ｑ値フォトニック結晶ナノ共振器を用いたシリコンラマンレーザーの出力向上

使用高 Q 光子晶体纳米腔提高硅拉曼激光器的输出

基本信息

批准号：
16J06619
负责人：
山下大喜
金额：
$ 1.6万
依托单位：
Osaka Prefecture University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-04-22 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

我々の研究グループは，高Q値ナノ共振器を用いたシリコン(Si)ラマンレーザの研究を行っている．このレーザは，小型な共振器長(<10 um)で低閾値発振(<1 uW)を達成しており，電子技術と光技術が融合した高性能Siチップにおける小型光源などへの応用が期待されている．現状，このレーザの出力は数百ナノワット程度で飽和してしまうため，高出力化は特に重要である．本研究では，このレーザの発振メカニズムを明らかにすることによって，出力の損失要因を特定し，高出力化・高性能化を目指す．前年度までに，ラマンレーザの時間領域測定を行い，2光子吸収と自由キャリア吸収による光損失に加えて，2光子吸収キャリアがもたらす屈折率変化による共振波長シフトも，レーザ出力低下の大きな要因であることを報告してきた．また，誘導ラマン散乱光励起（SRE）分光法と呼ばれる新しい利得スペクトル測定手法を用いて，Siラマンレーザの利得特性を明らかすることに成功した．この一つの測定法から，レーザ動作の励起波長の範囲，最大出力の励起条件，非線形光学損失を含むラマン利得などの様々なレーザ特性の詳細を明らかにすることが可能になった．これらの成果を，科学雑誌Physical Review Applied, Opticaにおいてそれぞれ発表した．以上の結果より高出力化に向けたデバイスデザインの指針が得られた．さらに，昨年度から引き続き，インコヒーレントでブロードなスペクトルを持つ光源を用いたラマンレーザ発振の研究を進めた．1 uW以下の超低閾値を持つナノ共振器レーザを作製し，励起効率を上げるために測定系を改善した結果，閾値の1/20の励起パワーに相当するラマン散乱スペクトルを観察することに成功した．

我们的研究小组正在使用高Q值纳米装饰剂研究硅（SI）拉曼激光器。该激光器具有较小的谐振器长度（<10 um），可实现低阈值振荡（<1 UW），预计将应用于结合电子和光学技术的高性能SI芯片中的小光源。当前，该激光的输出在大约几百纳米瓦室中饱和，因此增加输出尤为重要。在这项研究中，通过阐明该激光器的振荡机制，确定了输出损失的来源，目的是增加产出并提高性能。直到上一年，我们已经对拉曼激光器进行了时间域测量，并报告说，除了由两光子吸收和游离载体吸收引起的光损失外，由双光子吸收载体引起的折射率变化引起的谐振波长移位也是双光子吸收载体引起的，这也是激光功率下降的主要因素。此外，我们已经成功使用了一种称为刺激的拉曼散射光激发（SRE）光谱的新增益光谱测量技术来阐明Si Raman激光器的增益特性。这种测量方法使澄清各种激光特性的细节，例如激光操作的激发波长范围，最大功率的激发条件以及包括非线性光学损失的拉曼增益。这些结果在应用的《科学杂志》和《 Optica》中介绍。以上结果为设备设计提供了高输出的指南。此外，自去年以来，我们继续使用不连贯和广泛的光源来研究拉曼激光振荡。我们制造了一个超低阈值1 UW或更少的纳米谐振激光器，并提高了测量系统以提高激发效率，因此，我们成功地观察了与阈值1/20th的激发能力相对应的拉曼散射光谱。