高Q値3次元フォトニック結晶ナノ共振器におけるレーザ発振

摘要

Three-dimensional photonic crystal (3D PhC) nanocavity is a key structure for realizing thresholdless lasers due to the existence of a complete photonic bandgap. However, all the 3D PhC cavities reported so far only demonstrate low quality (Q) factors, and the lasing oscillation has yet to be realized. We report here the fabrication of a 3D PhC nanocavity with a high-Q cavity mode, exhibiting a record Q factor of 38,500. Coupling this mode with quantum dots, we present the first demonstration of lasing oscillation in 3D PhC nanocavities under pulsed excitation at a low temperature. We show a systematic change in the laser characteristics, including the threshold and the spontaneous emission coupling factor by controlling the crystal size in the third dimension, which consequently changes the strength of photon confinement.%完全フォトニックバンドギャップを有する3次元フォトニック結晶中に形成されるナノ共振器では、光と物質の相互作用の究極的制御が可能となる。そのため、無間値レーザの実現などに向けた重要な技術基盤として期待されている。これまでに3次元フォトニック結晶の共振器性能は着実に向上しているが、Q値が不十分などの理由でレーザ発振は実現されていなかった。今回、我々は高品質半導体量子ドットをという世界最高Q値である共振器モード（Q~38，500）に結合させることにより、3次元フォトニック結晶ナノ共振器構造における低温でのパルスレーザ発振を初めて達成したので報告する。また、結晶サイズの制御によりレーザ特性の系統的な制御に成功した。