スピン制御半導体レーザ

安藤 弘明、寒川 哲臣、後藤 秀樹
量子物性研究部

　電子のスピン（電子の自転の向き）を操作し、面発光レーザーの偏光特性を制御することに成功した。光の波には通常用いられる直線偏光と呼ばれる波以外に、右回りと左回りの円偏光と呼ばれる特殊な波があるが、面発光レーザにおいて電子スピンの操作により、これらの二種類の円偏光を室温で自在に発振させられることを世界に先駆け実証した。
　実験では、赤外線を発光するガリウムひ素製の在来型の面発光レーザーに、波長板を用いて右回り(σ＋)、および左回りの円偏光状態（σ−）に調整した励起光を照射してレーザー発振させた。発振光の偏光制御は、励起光として円偏光を用いると、レーザーの活性層内にスピンの向きがそろった電子が励起されるが、このスピン向きがそろった電子はエネルギー緩和する過程で円偏光を発光するという現象に基づいている。実験では右回りの円偏光を当てた時は右回りの円偏光が発振、左回りの円偏光の場合は左回りの円偏光が発振することを確認した。
　最近、エレクトロニクスの最新分野では、原子核の周囲を回る電子の自転（スピン）に注目した「スピン工学」という新たな研究領域が台頭しつつある。この研究成果も電子のスピンを制御し、新たな光機能を創出しようという発想から生まれたものであるが、電子のスピンを操作することにより二種類の円偏光を自在に発振できることを実証し、従来の光の強度や波長以外に、光の偏光状態に信号をのせる可能性を示したという意味で、光情報通信に新たな道を開く結果といえる。
[1] H. Ando, T. Sogawa and H. Gotoh, Appl. Phys. Lett. 73(1998)566.

図１：GaAs面発光レーザ

図２：　レーザ発振スペクトル

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