Expanding the measurement range with phase super-sensitivity by NOON state interferometer

• Project/Area Number: 21K04936
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 30020:Optical engineering and photon science-related
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: 堀 泰明 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (50443221)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2023: ¥130,000 (Direct Cost: ¥100,000、Indirect Cost: ¥30,000); Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2021: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
• Keywords: 光子数もつれ / 直角位相干渉法 / 量子もつれ / 位相超感度干渉計

Outline of Research at the Start

本研究は、標準量子限界を超える位相感度(位相超感度)を有する光干渉計測法の範囲拡大を目的とする。光の量子状態の一つである「光子数もつれ状態(NOON状態)」を利用した位相超感度干渉法が既に報告されているが、その計測範囲が 2πのごく一部に限られることが問題であった。そこで、直角位相検出法とマイケルソン型光学系の導入によってこの範囲を原理上無制限に拡大する技術を提案する。本研究成果は、古典光で確立している干渉計測技術を押しなべて高精度化する可能性があり、重力波検出干渉計の感度向上、原子間力顕微鏡を上回る分解能とダイナミックレンジを備えた光学顕微鏡の実現など、将来技術の発展に大きく貢献できる。

Outline of Annual Research Achievements

光子数もつれ干渉計のセットアップの設計を実施した。2光子もつれ光源として予定していたフェムト秒パルスレーザ以外にも高出力の紫外線半導体レーザーの利用が有力であることが調査で分かり、入手済の紫外線半導体レーザーの使用を検討した。検出システムとして必要となる同時計数器の購入を予定していたが、入手済のTAC(Time to Amplitude Converter)が同時計数器として利活用できることが分かり、それを前提としたセットアップを設計した。
本研究の比較対象となる古典光の直角位相干渉計について、その検出システム(検出器、アンプ等)に起因するノイズを理論評価し、実測値との比較を実施した。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

新型コロナウィルス蔓延防止策として所属機関から要請された出勤率抑制の影響を受け、予定していた実験を進めることができなかった。テレワークにて設計、理論計算、文献調査、講演会参加等による情報収集を実施したが、計画から遅れる結果となった。

Strategy for Future Research Activity

今後も新型コロナの影響は予断を許さないが、1年目に実施した設計・調査に基づき、計画通りの進展となるよう研究を推進する。