Photonic crystal laser: 短パルス・短波長化：
impulsion courte/courte longueur d’onde:
kurzer Puls/kurze Wellenlänge:
short pulse/short wavelength:
光子晶體激光器：短脈衝短波長：
ーワット級の高ビーム品質！GaN系を開発ー
スタンレー電気
京都大学11月7日、
「共振器としてフォトニック結晶を用いた半導体レーザー」を開発した。
GaN材料で構成：
GaN系材料で構成した結果、
「ワット級出力で高ビーム品質」を実現し、
短パルス・レーザー発振に成功した。英科学誌「Nature」：
「Communications Materials」に掲載された。
従来の端面発光型レーザー：
従来の端面発光型レーザーは、
「高出力化目的で光出射面積を拡大する」と、
「ビーム品質が劣化する問題点」を抱えていた。
また、
ビーム形状は楕円のため、
「レンズなどの光学系を用いる必要」があり、
「レーザーの応用の幅」を制限していた。
今回のフォトニック結晶レーザー：
フォトニック結晶レーザーは、そうした問題を解決できる。
今回の研究：
フォトニック結晶レーザーにより、
「ワット級の高出力・高ビーム品質化の実現」を目指した。
重要なポイントは、次の3点だ。
1つ目：
過去のデバイス層構造独自解析を実施した。
デバイス面内方向の「光の漏れが大きな値であったこと」が判明。
「層構造や共振器サイズを最適化」し、面内損失を十分に低減。
2つ目：「GaNフォトニック結晶形成法を確立」し、「フォトニック結晶形成方法を見直し」
従来のフォトニック結晶形成：
「SiO2層を下敷きにした手法」を用いていた。
この手法では空孔が不均一になりやすく、
それにより光の共振が乱されるので、
「レーザー特性の悪化要因」を突き止めた。有機金属気相成長法(MOVPE法)の条件を整え、GaN結晶成長を制御。
SiO2を用いずに、空孔形成する手法を開発。
「極めて均一で、高品質フォトニック結晶形成」を作製した。3つ目：
「正方格子・2重格子フォトニック結晶構造を採用」
「高出力化が期待できる正方格子構造を採用すること」にした。
これら3点：
デバイス作製したところ、
「GaN特有の結晶面で囲まれた、極めて均一な空孔形成」が確認された。
青色波長の威力：
「ワット級出力で、ビーム拡がり角が～0.2度」
狭いビームの出射に成功した。
TECH+（テックプラス）
https://news.mynavi.jp/techplus/article/20221108-2507371/
Laser à cristal photonique : impulsion courte et courte longueur d’onde :
– Qualité des feux de route de classe Watt ! Système GaN développé
stanley électrique
Université de Kyoto
7 novembre,
Nous avons développé un “laser à semi-conducteur utilisant un cristal photonique comme cavité”.
Composé de matériau GaN :
En raison d’être composé de matériaux à base de GaN,
Atteindre une qualité de faisceau élevée avec une sortie de classe watt,
Réussite en oscillation laser à impulsions courtes.
Revue scientifique britannique “Nature”:
Publié dans Matériel de communication.
Laser conventionnel à émission latérale :
Lasers conventionnels à émission latérale
“Étendre la zone d’émission de lumière dans le but d’un rendement élevé,”
Il y avait un “problème de détérioration de la qualité du faisceau”.
encore,
Puisque la forme du faisceau est elliptique,
Il est nécessaire d’utiliser un système optique tel qu’une lentille,
Cela limitait la “largeur d’application du laser”.
Ce laser à cristal photonique :
Les lasers à cristaux photoniques peuvent résoudre ces problèmes.
Les recherches en cours:
Avec un laser à cristal photonique,
L’objectif était d’atteindre un rendement élevé de classe watt et une qualité de faisceau élevée.
Les trois points importants sont :
Le premier:
Nous avons effectué une analyse unique de la structure en couches des anciens appareils.
Il a été constaté que “la fuite de lumière était une grande valeur” dans la direction dans le plan du dispositif.
Réduisez suffisamment la perte dans le plan en optimisant la structure de la couche et la taille de la cavité.
Deuxième:
“Mise en place de la méthode de formation des cristaux photoniques GaN” et “examen de la méthode de formation des cristaux photoniques”
Formation conventionnelle de cristaux photoniques :
Ils ont utilisé la “méthode d’utilisation d’une couche de SiO2 comme sous-couche”.
Avec cette méthode, les pores ont tendance à être non uniformes,
Cela perturbe la résonance de la lumière, donc
Nous avons identifié la “cause de la détérioration des caractéristiques du laser”.
Les conditions de la méthode d’épitaxie en phase vapeur organométallique (méthode MOVPE) sont ajustées pour contrôler la croissance des cristaux de GaN.
Développement d’une méthode pour créer des postes vacants sans utiliser de SiO2.
Une “formation de cristaux photoniques de haute qualité très uniforme” a été produite.
Troisième:
“Utilisation d’une structure cristalline photonique à réseau carré/double réseau”
Il a été décidé d’adopter une structure en treillis carré dont on peut s’attendre à ce qu’elle augmente la production.
Ces 3 points :
Quand j’ai fabriqué l’appareil,
“Une formation de lacunes extrêmement uniforme entourée de plans cristallins uniques au GaN” a été confirmée.
Puissance de la longueur d’onde bleue :
“Sortie de classe Watt avec une divergence de faisceau d’environ 0,2 degrés”
A réussi à émettre un faisceau étroit.
TECH+ (Tech Plus)
Photonischer Kristalllaser: kurzer Puls und kurze Wellenlänge:
– Wattklasse Fernlichtqualität! Entwickeltes GaN-System
Stanley elektrisch
Universität Kyoto
7. November,
Wir haben einen “Halbleiterlaser mit einem photonischen Kristall als Hohlraum” entwickelt.
Bestehend aus GaN-Material:
Da es aus Materialien auf GaN-Basis besteht,
Hohe Strahlqualität mit Leistung der Wattklasse erreichen,
Erfolgreiche Kurzpuls-Laseroszillation.
Britisches Wissenschaftsjournal “Nature”:
Veröffentlicht in Kommunikationsmaterialien.
Herkömmlicher kantenemittierender Laser:
Herkömmliche kantenemittierende Laser
“Erweiterung der Lichtaustrittsfläche zwecks hoher Leistung”,
Es gab ein “Problem, dass sich die Strahlqualität verschlechterte”.
wieder,
Da die Strahlform elliptisch ist,
Es besteht die Notwendigkeit, ein optisches System wie eine Linse zu verwenden,
Es begrenzte die “Breite der Laseranwendung”.
Dieser photonische Kristalllaser:
Photonische Kristalllaser können solche Probleme lösen.
Aktuelle Forschung:
Mit einem photonischen Kristalllaser
Ziel war es, eine hohe Leistung der Wattklasse und eine hohe Strahlqualität zu erreichen.
Die drei wichtigen Punkte sind:
Der erste:
Wir haben eine einzigartige Analyse der Schichtstruktur vergangener Geräte durchgeführt.
Es wurde herausgefunden, dass “Lichtaustritt ein großer Wert” in der Richtung der Vorrichtung in der Ebene war.
Reduzieren Sie den In-Plane-Verlust ausreichend, indem Sie die Schichtstruktur und die Kavitätsgröße optimieren.
Zweite:
“Etablierung des photonischen Kristallbildungsverfahrens von GaN” und “Überprüfung des photonischen Kristallbildungsverfahrens”
Herkömmliche photonische Kristallbildung:
Sie verwendeten die “Methode, eine SiO2-Schicht als Unterlage zu verwenden”.
Bei diesem Verfahren neigen die Poren dazu, ungleichmäßig zu sein,
Dies stört die Resonanz des Lichts, also
Wir haben die „Ursache der Verschlechterung der Lasereigenschaften“ identifiziert.
Die Bedingungen für das metallorganische Dampfphasenepitaxieverfahren (MOVPE-Verfahren) werden angepasst, um das GaN-Kristallwachstum zu steuern.
Entwicklung einer Methode zur Bildung von Leerstellen ohne Verwendung von SiO2.
Es wurde eine “sehr gleichmäßige photonische Kristallformation hoher Qualität” erzeugt.
Dritte:
“Einsatz einer photonischen Kristallstruktur mit quadratischem Gitter / Doppelgitter”
Es wurde entschieden, eine quadratische Gitterstruktur zu übernehmen, die voraussichtlich die Leistung erhöhen wird.
Diese 3 Punkte:
Als ich das Gerät herstellte,
“Extrem gleichmäßige Fehlstellenbildung, umgeben von Kristallebenen, die einzigartig für GaN sind”, wurde bestätigt.
Leistung der blauen Wellenlänge:
“Leistung der Watt-Klasse bei einer Strahldivergenz von ~0,2 Grad”
Es gelang, einen schmalen Strahl zu emittieren.
TECH+ (TechPlus)
Wide-bandgap GaN-based watt-class photonic-crystal lasers
Communications Materials
Introduction
Remarkable progress
has been made in the development of high-power, broad-area, edge-emitting GaN-based semiconductor lasers,
which can emit light of blue-violet-to-green wavelengths1,2,3.
However,
the oscillation of multi-lateral modes in these lasers
significantly deteriorates their beam quality (and thus their brightness),
which limits their range of applications.
For example,
they cannot be utilized directly for the processing (cutting, melting, and deforming) of difficult-to-process materials to which their lasing wavelengths are well-matched,
such as copper and carbon fiber reinforced plastics (CFRP).
Copper is an important material
for electric cars, and CFRP is an important material for reducing the weight of cars and airplanes;
thus,
the machining of these materials with lasers is expected to contribute to future, carbon-neutral transportation.
In addition,
GaN-based semiconductor lasers can be applied to illumination including adaptive driving beam (ADB) and laser displays,
but before doing so their beam quality should be significantly improved without compromising their high output power.