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2022 Fiscal Year Annual Research Report

Demonstration of broadband infrared quantum absorption spectroscopy with visible-infrared photon pair source in the mid-infrared region 2-5 µm

Research Project

Project/Area Number 20J23408
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

荒畑 雅也  京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2020-04-24 – 2023-03-31
Keywords量子赤外吸収分光 / 可視-赤外域量子もつれ光子対 / リッジ導波路型擬似位相整合素子 / 量子干渉
Outline of Annual Research Achievements

本年度では、リッジ導波路擬似位相整合(QPM)素子を用いた可視-赤外域量子もつれ光子対の高効率かつ広帯域発生と評価の研究を行った。量子赤外吸収分光測定において、もつれ光子対源の大光量化や広帯域化を行うことで、より高速で高感度な測定の実現が期待される。そこで本研究では、光の強い閉じ込め効果により、もつれ光子対の高い生成効率が期待されるリッジ導波路型QPM素子に着目した。また、素子の分極反転周期を変調(チャープ)することで、広帯域にもつれあった光子対を一度に生成することができる。本研究ではまず、ノンチャープリッジ導波路型QPM素子に対して、可視-赤外域量子もつれ光子対の発生と同時計数計測による評価を行った。その結果、得られた同時計数計測の値からデバイスでの単位パワーあたりの発生光子数は、ノンチャープバルク型QPM素子の600倍以上であることを確認した。また、次にチャープリッジ導波路型QPM素子に対して可視-赤外域量子もつれ光子対の発生と評価を行った。まず、可視光子のスペクトル観測結果から、中赤外2-5 μm域に対応する可視光子の超広帯域生成を確認した。また、発生した可視光子に対して単一光子検出を行い、チャープバルク型QPM素子に対して500倍以上の発生レートを確認した。さらに、発生した赤外光子に対してInSb赤外検出器によるロックイン検出を行い、赤外光子の広帯域発生を直接確認した。これらの結果からリッジ導波路型QPM素子を用いた可視-赤外域量子もつれ光子対の高効率かつ広帯域生成を実証した。本研究成果については、2022年9月にハイブリッド開催された国内学会の応用物理学会で口頭発表を行い、成果内容を論文にまとめて学術雑誌に投稿準備中である。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (3 results)

All 2023 2022

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Journal Article] Wavelength-Tunable Quantum Absorption Spectroscopy in the Broadband Midinfrared Region2022

    • Author(s)
      Arahata Masaya、Mukai Yu、Tashima Toshiyuki、Okamoto Ryo、Takeuchi Shigeki
    • Journal Title

      Physical Review Applied

      Volume: 18 Pages: 1-8

    • DOI

      10.1103/PhysRevApplied.18.034015

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Efficient and broadband generation of visible-infrared entangled photon pairs using a ridge waveguide quasi-phase-matched device2023

    • Author(s)
      Masaya Arahata, Bo Cao, Yu Mukai, Toshiyuki Tashima, Mamoru Hisamitsu, Katsuhiko Tokuda, Ryo Okamoto, and Shigeki Takeuchi
    • Organizer
      International Symposia on Creation of Advanced Photonic and Electronic Devices 2023 and Advanced Quantum Technology for Future 2023
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] リッジ導波路型擬似位相整合素子による 可視-赤外域量子もつれ光子対の高効率生成2022

    • Author(s)
      荒畑 雅也, 曹 博, 向井 佑, 田嶌 俊之, 久光 守, 徳田 勝彦, 岡本 亮, 竹内 繁樹
    • Organizer
      第83回応用物理学会秋季学術講演会

URL: 

Published: 2023-12-25  

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