光によるQ値可変を実現する半導体多層膜共振器の創製

研制出通过光实现 Q 值变化的半导体多层膜谐振器

基本信息

批准号：
21656084
负责人：
北田貴弘
金额：
$ 2.05万
依托单位：
The University of Tokushima
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2010
项目状态：
已结题

项目摘要

光共振器の性能指数であるQ値を超短パルス光によって可変し得る半導体多層膜共振器の創製を目指し、高機能過飽和吸収媒体として共振器層に利用する量子ドットの特性評価を行うとともに、その光非線形性の向上を実現した。加えて、開発した量子ドット構造を有するGaAs/AlAs多層膜共振器を分子線エピタキシー法により作製した。歪緩和InGaAs層に埋め込んだEr添加InAs量子ドット試料の電気的特性を評価したところ、Er添加濃度を増大させると高抵抗化する現象が見られた。Er添加による光励起キャリアの緩和の顕著な高速化は、Si添加試料でみられた伝導キャリアの生成によるポテンシャル障壁の遮蔽効果によるものではないことが明らかとなった。歪緩和InGaAsバリア層のIn組成を高くし、適切な結晶成長条件にて試料を作製すると、量子ドットの光非線形を示す透過率変化の大きさが、従来の試料よりも8倍程度大きくなった。作製した量子ドット試料のキャリア緩和時間は3ピコ秒で、超高速な応答特性も示していた。2層のEr添加InAs量子ドットを配置した共振器層と2つのGaAs/AlAsブラッグ反射多層膜(15層)で構成する共振器構造を作製した。量子ドット形成後にエピタキシャル成長させるGaAs/AlAsブラッグ反射多層膜の成長温度を高くすることで、比較的良好な共振器構造が作製できることがわかった。本研究で作製した量子ドット多層膜共振器試料を利用することで、超短パルス光による超高速Q値可変を実現する可能性は高いと思われる。今後、共振器特性をさらに改善し、共振器Q値の時間応答ならびに光非線形特性について実験的検証を実施したい。

为了创造一种半导体多层谐振器，其Q值（光学谐振器的品质因数）可以随超短脉冲光而改变，我们将评估谐振器层中使用的量子点作为高功能过饱和吸收介质的特性我们实现了其光学非线性的改进。此外，采用分子束外延技术制备了具有量子点结构的GaAs/AlAs多层谐振器。当我们评估嵌入应变弛豫 InGaAs 层中的掺铒 InAs 量子点样品的电学特性时，我们发现电阻随着掺铒浓度的增加而增加。很明显，由于添加Er而导致的光激发载流子弛豫的显着加速并不是由于在Si掺杂样品中观察到的由于传导载流子的产生而产生的势垒的屏蔽效应。当应变弛豫InGaAs势垒层的In成分增加并且在适当的晶体生长条件下制备样品时，表示量子点的光学非线性的透射率的变化幅度大约是普通材料的8倍。常规样品。所制备的量子点样品的载流子弛豫时间为3皮秒，并且还表现出超快响应特性。我们制造了一个谐振器结构，该结构由两个带有 Er 掺杂 InAs 量子点的谐振器层和两个 GaAs/AlAs 布拉格反射多层（15 层）组成。我们发现，通过提高量子点形成后外延生长的GaAs/AlAs布拉格反射多层膜的生长温度，可以制造出相对较好的谐振器结构。通过使用本研究中制造的量子点多层薄膜谐振器样品，似乎很有可能实现使用超短脉冲光的超快 Q 因子调谐。未来，我们希望进一步改善谐振腔特性，并对谐振腔Q值的时间响应和光学非线性特性进行实验验证。