フォトニック結晶レーザの熱マネジメントとCW高輝度動作の実現

光子晶体激光器的热管理及连续波高亮度工作的实现

基本信息

  • 批准号:
    22KJ2020
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 1.6万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for JSPS Fellows
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    2023-03-08 至 2025-03-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

既存の半導体レーザは,小型・安価・高効率・高制御性をいった特長をもつ一方で,高ビーム品質を維持可能な光出力に限界があり,レーザ加工用光源としての応用が困難であった.本研究は,2次元フォトニック結晶をレーザ共振器として利用することで既存の半導体レーザの課題を解決可能としたフォトニック結晶レーザについて,上記応用を目指し,連続的な電流注入による動作(CW動作)における熱マネジメントおよび高出力・高ビーム品質動作(=高輝度動作)の実現を目標としている.本年度は,まず,デバイス温度を,十分な内部量子効率・利得が維持可能な温度に抑える実装技術の確立に取り組んだ.また,高輝度動作を実現するためのデバイス設計を検討するために,電流・熱・光の相互作用を考慮し,確立した実装条件下における放熱特性を取り入れたフォトニック結晶レーザのCW発振特性解析を行った.その結果,フォトニック結晶面内の不均一な温度分布によって生じる屈折率分布(バンド端周波数分布)が,共振器面内の光分布の偏りや,ビーム拡がりの増大等を生じることが明らかとなった.そこで,この不均一なバンド端周波数分布を打ち消すように,フォトニック結晶の格子定数の面内分布を補償構造として導入した場合のCW発振特性解析を行ったところ,高輝度CW動作が期待できることがわかった.そして,高輝度CW動作の実証に向けて,大面積の共振領域全体で利得を得られるような電流注入を実現可能な電極や2次元フォトニック結晶に導入する補償構造等,デバイス構造の設計を行った.さらに,これらの設計に基づいて,デバイス作製に着手した.
尽管现有的半导体激光器具有小型、廉价、高效和高度可控的特点,但其能够保持高光束质量的光输出受到限制,使得它们难以用作激光加工的光源。本研究针对光子晶体激光器的上述应用,通过采用二维光子晶体作为激光谐振器,通过连续电流注入工作(CW工作)来解决现有半导体激光器的问题并实现。高输出和高光束质量操作(=高亮度操作)。今年,我们首先致力于建立一种安装技术,将器件温度抑制到能够保持足够的内部量子效率和增益的温度。此外,为了考虑器件设计以实现高亮度操作,我们分析了光子晶体激光器的CW振荡特性,考虑了电流、热和光的相互作用,并结合了既定安装条件下的散热特性。我做到了。结果表明,光子晶体面内温度分布不均匀所引起的折射率分布(带端频率分布)会导致腔面内的光学分布产生偏差,从而导致光束扩展增加。塔。因此,我们分析了当引入光子晶体晶格常数的面内分布作为补偿结构来抵消这种不均匀的带边频率分布时的连续波振荡特性,发现高亮度连续波操作可以可以理解。为了演示高亮度连续波操作,我们将设计器件结构,包括可以实现电流注入以获得跨大谐振区增益的电极,以及引入二维光子晶体的补偿结构。 。此外,基于这些设计,我们开始制造该设备。

项目成果

期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
3mmΦフォトニック結晶レーザーのCW発振特性解析
3mmΦ光子晶体激光器连续振荡特性分析
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    勝野 峻平;吉田 昌宏;井上 卓也;De Zoysa Menaka;野田 進
  • 通讯作者:
    野田 進
On-demand lasing-state control of PCSEL by manipulating current injection distribution under QCW operation incorporating deep learning
通过结合深度学习在 QCW 操作下操纵电流注入分布来按需控制 PCSEL 激光状态
  • DOI:
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Izumi Koki;De Zoysa Menaka;Nakagawa Yuichiro;Gyoja Naoki;Inoue Takuya;Katsuno Shumpei;Yoshida Masahiro;Ishizaki Kenji;Hatsuda Ranko;Noda Susumu
  • 通讯作者:
    Noda Susumu
超大面積フォトニック結晶レーザーの発振安定性の理論解析
超大面积光子晶体激光器振荡稳定性理论分析
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    井上 卓也;勝野 峻平;和泉 孝紀;吉田 昌宏;石﨑 賢司;De Zoysa Menaka;野田 進
  • 通讯作者:
    野田 進
超大面積フォトニック結晶レーザーにおけるバンド端周波数分布の影響の解析
超大面积光子晶体激光器带边频率分布影响分析
  • DOI:
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    井上 卓也;吉田 昌宏;前田 健太郎;勝野 峻平;野田 進
  • 通讯作者:
    野田 進
温度補償構造を導入した大面積フォトニック結晶レーザーにおける面内周波数分布の評価
采用温度补偿结构的大面积光子晶体激光器的面内频率分布评估
  • DOI:
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    勝野 峻平;吉田 昌宏;阿部 竜也;De Zoysa Menaka;石﨑 賢司;井上 卓也;野田 進
  • 通讯作者:
    野田 進
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