京大ら，新たなフォトニック結晶構造でレーザーを高輝度化

京都大学らは，独自の「2重格子フォトニック結晶」共振器を用いて，半導体レーザーの高輝度化（＝高出力・高ビーム品質動作）に成功した（ニュースリリース）。

来たるべき超スマート社会（Society5.0）においては，スマートモビリティー（自動車やロボットの自動運転）やスマート製造の核となる高度センシングや光加工のための，高輝度半導体レーザーが必要とされている。しかしながら，従来の半導体レーザーは，高輝度化のため，光出射面積を増大し高出力化を図ろうとすると，ビーム品質が劣化し，逆に輝度が低下するという問題があった。

従来の半導体レーザーの限界を打破し，高安定・高輝度半導体レーザー実現の決め手となるとして「フォトニック結晶レーザー」が期待されている。このレーザーは，フォトニック結晶の活用により，原理的に，大面積でも単一モード動作（＝高ビーム品質動作）が可能という特長がある。

そのため，フォトニック結晶レーザーの発光面積を拡大していくことで，光出力を増大させつつも，高い集束性を得ることができ，従来の半導体レーザーの限界を超える輝度を得ることが可能となると期待される。

今回研究グループは，このフォトニック結晶レーザーの心臓部となるフォトニック結晶共振器として，「2重格子フォトニック結晶」という，2つのフォトニック結晶をｘおよびｙ方向に4分の1波長だけずらして重ねた独自の共振器構造を提案した。

この新たな共振器を用いることで，500μmφ以上という従来の半導体レーザーの1万倍以上の大面積であっても，単一モード動作を実現した。これにより，狭出射角（＜0.3°）で，10W級の高出力・高ビーム品質（M²～2）動作，すなわち，300MWcm^-2sr^-1以上という輝度を達成し，これまでの半導体レーザーを超える高安定・高輝度動作を実現することに成功した。

研究グループは今後，この進展著しいフォトニック結晶レーザー技術をさらに発展させ，その高機能化（10～100psの短パルス動作や青紫色の短波長領域への展開）の推進強化，さらに一層の高輝度化，スマート化（機械学習との融合など）を推進していくとしている。

これらの研究推進により，ガスレーザーやファイバーレーザーに迫る輝度（≧1GWcm^-2㏛^-1）が実現され，また，短パルス・短波長動作が実現されると，加工・製造，高度センシング・計測，さらには医療・生命科学へと，小型・安価・低消費電力・高制御性の半導体レーザーをメインプレーヤーとして適用していくことが期待されるとしている。