平成２１年度　実績報告書

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研究部門成果報告フォトニックデバイス部門1.はじめに 本研究室では、将来の光通信・光情報処理や光センシングの発展を支えるための先端的な光電子デバイスの研究を行っている。光技術と電子技術の融合により従来の限界を超える高性能や新機能を持つ多くのデバイスが実現できる。また光の量子論的特性の活用により量子情報通信や量子コンピューティングなど将来の可能性を開拓できると期待される。導波型非線形光学デバイスと集積半導体量子井戸レーザに重点を置いて、種々の具体的な応用をもつ新たな集積量子フォトニックデバイスを考案し、理論解析と設計を行い、プロセス要素技術を確立し、デバイス試作と実験で可能性を実証することを目的として研究を行っている。以下に平成21年度成果の概要を報告する。2.多焦点出力グレーティング結合器集積分布ブラッグ反射型(DBR)レーザ 高スペクトル純度で単一モード発振する高出力の半導体分布ブラッグ反射型(DBR)レーザを中心とするモノリシック光集積回路の研究を続けている。本年度は特に本グループ提案による曲線DBRグレーティングを用いたDBRレーザと位相変調集光グレーティング結合器を集積化した多焦点出力レーザを実現した。検体配列と微小流路を用いたバイオ蛍光センシングなど各種光センシングのための励起光源としての応用、光通信や光ディスプレイへの応用を目指している。これまで研究してきた集光グレーティング結合器のパターンをセグメント分割し2次元周期的2値位相シフトを与えることにより、効率を低減させることなく等強度の3×3スポットアレイ栖原 敏明●集積量子フォトニックデバイス 本グループは将来の光通信や量子情報処理、光センシングのための半導体レーザや非線形光学素子を要素とする集積量子フォトニックデバイスに関する研究を推進している。本年度は、半導体レーザ関係では、バイオセンシングやレーザディスプレイの光源への応用を目指した多焦点グレーティング結合器集積GaInP DBRレーザの実現、コヒーレントTHz波発生用2波長集積AlGaAs DBRレーザの実現などの成果を得た。また量子情報処理への応用を目指した導波型非線形光学デバイスの研究を進め、伝令付単一光子を得るための非縮退光子対発生デバイスの作製と従来より1桁以上高い量子効率の達成、新規な集積2波長偏波エンタングル光子対発生デバイスの提案と作製および機能実証などの成果を得た。を出力する結合器を実現できることを示し、この結合器を集積化したGaInP 量子井戸DBRレーザを作製し、閾値電流30mA,注入電流70mAで出力0.2mWの3×3焦点を得て有効性を実証した 。次に、この集積DBRレーザを4組アレイ集積化することにより図1のように6×6焦点の光出力を得るデバイスを設計・作製し、設計に近いマルチスポット出力を得た。また結合器パターンに逐次最適化計算で決定する連続位相変調を加えることによりn×nスポットアレイ出力結合器を設計する手法を開発し、GaInP 量子井戸DBRレーザ発振器とテーパ型レーザパワー増幅器およびこの多焦点出力結合器を集積した多焦点出力レーザを設計・作製してその動作を実証した。フォトニックデバイス部門大阪大学大学院工学研究科電気電子情報工学専攻図1 多焦点グレーティング結合器集積DBRレーザアレイの構造と出力光スポットアレイ[1]40

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