2017 旭硝子財団 助成研究発表会 要旨集

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さい方が524 nWとなり，閾値で比べると，高Q値の方が優れている．一方，Q値が低いサンプルの方は，発振後の出力飽和が軽減されており，最大出力が大きくなる傾向が見られる．これは，Q値が低くなったことによって，共振器内光密度が下がり，強励起域での出力損失要因である2光子吸収と自由キャリア吸収が抑制できたからと思われる．発振可能な範囲で，なるべくQ値を下げた共振器構造を用いれば，出力向上が期待できる． C) 1.3 µm帯で動作するシリコンラマンレーザーの作製 これまで作製してきたラマンレーザーの動作波長は，1.55 µm帯であった．動作波長を短波化すれば，ラマン散乱確率が高まり，出力向上が得られと期待される．また，波長多重通信への応用を考えた場合でも，1.3 µm帯で動作するシリコンラマンレーザーを実現しておくことは重要である．光素子の性能を変えずに，動作波長だけを変えるには，デバイスサイズをスケール則に従って縮小するのが最善である．そこで，トップシリコン層の厚みを185 nmに薄膜化したSOI基板を作製して，1.3 µm帯のラマンシリコンレーザーを作製した． 図4に測定した共振スペクトルを示す．狙い通りの波長帯にストークスナノ共振モードの波長を設定できており，Q値も従来と同等の値が得られた．詳細は割愛するが，1.55 µm帯と同様に，閾値1 µW以下でレーザー発振を確認できており，出力の飽和が抑えられる傾向が見られている．動作波長をシリコンのバンドギャップ付近である1.2 µmまで短波化すれば，大きな出力向上が期待できる． 3. 今後の展開 3年間の研究で，ラマンシリコンレーザーの出力を，0.1 µWから1.0 µWまで向上できた．重要な改善手法は，1) 周波数差をシリコンのラマンシフトに高精度で一致させること．2) 2つのナノ共振モードのQ値を発振可能な範囲でなるべく下げること．3) ナノ共振器の体積を増やすことである．本研究により，発振メカニズムを深く理解できたため，これらの改善手法を組み合わせることで，近いうちに出力10 µWは達成可能と考えている．2020年をめどに，超小型電流注入シリコンレーザーを開発できると考えている． 4. 参考文献 [1] H. Rong, R. Jones, et. al., Nature 433, 725 (2005). [2] H. Rong, et. al., Nature Photonics 1, 232 (2007). [3] Y. Takahashi, et. al., Nature 498, 470 (2013). 5. 連絡先 住所：大阪府堺市中区学園町1-2 電話：072-254-8129 e-mail：y-takahashi@pe.osakafu-u.ac.jp 図2 (a) 体積を大きくしたナノ共振器構造．(b) 従来構造と新構造でのレーザー出力． 図3 レーザー出力のQ値依存性． 図4 開発した1.3 µm帯ラマンレーザーの共振スペクトル． −145−