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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J06619/
• 关键词: フォトニック結晶; ナノ共振器; シリコンラマンレーザ; 非線形光学効果; 時間領域測定; モード結合理論; 半導体微細加工技術; 半導体プロセス技術

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值纳米谐振器对硅（SI）拉曼激光进行研究。该激光器的阈值振荡（<1 UW）具有较小的谐振器长度（<10 um），并有望在相结合的电子技术和光学技术的高性能SI芯片中应用完毕。目前，高输出尤其重要，因为该激光器的输出在数百个纳米瓦特中饱和。在这项研究中，通过阐明该激光器的振荡机制，确定了输出损失因子，旨在提高产量和更高的性能。到上一年，应测量拉曼激光器的时间区域测量，除了由于吸收两个光子的吸收而引起的光损失以及自由载体的吸收，由于折射率变化而引起的共振波长度移动在两个光吸收载体中，也是激光输出减少的主要因素。此外，我们使用称为诱导的拉曼散射（SRE）照明方法的新增益谱测量方法成功地阐明了Si Raman激光器的增益特性。通过这种测量方法，可以阐明各种激光特性的细节，例如激光操作的激发波长的范围，最大输出的激发条件以及拉曼增益，包括非线性光学损失。这些结果发表在《科学杂志》应用和Optica中。从上述结果获得了高输出设备设计的指南。此外，自去年以来，我们使用带有长尾小节和宽光谱的光源进行了有关拉曼激光振荡的研究。 1具有UW的超低阈值，改善测量系统以提高激发效率，成功地观察了与阈值的1/20激发能力相同。

项目成果

ナノ共振器シリコンラマンレーザの励起波長依存性

纳米腔硅拉曼激光器的激发波长依赖性

• 发表时间: 2017
• 作者: Daiki Yamashita;Yasushi Takahashi;Takashi Asano and Susumu Noda;山下大喜，高橋 和，浅野 卓，野田 進
• 通讯作者: 山下大喜，高橋 和，浅野 卓，野田 進

ヘテロ構造共振器の高次モード対を用いたシリコンラマレーザ発振

在异质结构谐振器中使用高阶模式对的硅喇嘛激光振荡

• 发表时间: 2018
• 作者: Daiki Yamashita;Takashi Asano;Susumu Noda;and Yasushi Takahashi;山下大喜，浅野 卓，野田 進，高橋 和;栗原 潤，山下大喜，浅野 卓，高橋 和，野田 進
• 通讯作者: 栗原 潤，山下大喜，浅野 卓，高橋 和，野田 進

発振励起スペクトルによるナノ共振器シリコンラマンレーザの光利得の研究

利用振荡激发光谱研究纳米腔硅拉曼激光器的光学增益

• 发表时间: 2017
• 作者: Daiki Yamashita;Takashi Asano;Susumu Noda;and Yasushi Takahashi;山下大喜，浅野 卓，野田 進，高橋 和;栗原 潤，山下大喜，浅野 卓，高橋 和，野田 進;山下大喜，高橋 和，浅野 卓，野田 進
• 通讯作者: 山下大喜，高橋 和，浅野 卓，野田 進

Lasing Dynamics of Optically-Pumped Ultralow-Threshold Raman Silicon Nanocavity Lasers

光泵浦超低阈值拉曼硅纳米腔激光器的激光动力学

• DOI: 10.1103/physrevapplied.10.024039
• 发表时间: 2018
• 期刊: Physical Review Applied
• 影响因子: 4.6
• 作者: Yamashita Daiki;Takahashi Yasushi;Kurihara Jun;Asano Takashi;Noda Susumu
• 通讯作者: Noda Susumu

ナノ共振器シリコンラマンレーザの時間領域測定（Ⅱ）

纳米腔硅拉曼激光器的时域测量（二）

• 发表时间: 2016
• 作者: Daiki Yamashita;Yasushi Takahashi;Takashi Asano and Susumu Noda;山下大喜，高橋 和，浅野 卓，野田 進;山下大喜，高橋 和，浅野 卓，野田 進
• 通讯作者: 山下大喜，高橋 和，浅野 卓，野田 進