2022 Fiscal Year Annual Research Report
Realization of a bright single photon source using nanofiber Bragg cavity
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21H04444
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
竹内 繁樹 京都大学, 工学研究科, 教授 (80321959)
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| Project Period (FY) |
2021-04-05 – 2024-03-31
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| Keywords | 単一光子 / ナノ光ファイバ / ダイヤモンド / 量子情報 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和３年度は、平均粒径25nmのナノダイヤモンドを分散させた状態で、Siイオン照射する方法で作成したサンプルにおいて、光子の時間相関関数 g2(τ)の測定により、単一のSiVを含有するナノダイヤモンドを確認した。また低振動無冷媒光学クライオスタットを導入し、評価用の光学系の構築にも成功した。令和４年度および令和５年度の延長計画では、「A. NFBC-SiVハイブリッド単一光子源の構築」、「B. SiV単一光子源の評価」、および「C. ハイブリッド単一光子源の電磁界解析」の３項目について研究を進めた。
項目Aに関しては、昨年度構築した、共焦点顕微鏡系とAFMを組み合わせた実験装置を用いて、第一段階として単一SiV内包ナノダイヤモンドのテーパー光ファイバへの結合を試み成功した。
項目Bに関しては、低振動無冷媒光学クライオスタットを用いた、SiV単一光子源の評価光 学系、ならびに液体ヘリウムにより冷却を行うクライオスタットを用いた光学系により研究を進めた。前者の光学系では、共鳴励起用光学系の構築を引き続き行った。後者の光学系を用いて、令和3年度に開発したSiV内包ナノダイヤモンドの極低温での評価を行った。その結果、同時計数測定によりg2(0)=0.19を観測し、単一SiVからの発光を確認、特徴的な発光ピークの分裂を観測した。さらに、温度4Kにおいて観測された半値全幅は分光器の分解能限界(0.09 nm)以下であり、高いコヒーレンスが期待できることを確認した。さらに、温度依存性の測定を行い、SiV中心からの発光と解釈して矛盾がないことも確認した。
項目Cに関しては、NFBCに張力を加えた際の共鳴周波数変化を数値解析により明らかにした(Opt. Exp. 31, 13566 (2023))。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
令和３年度は、平均粒径25nmのナノダイヤモンドを分散させた状態で、Siイオン照射する方法で作成したサンプルにおいて、光子の時間相関関数 g2(τ)の測定により、単一のSiVを含有するナノダイヤモンドを確認した。また低振動無冷媒光学クライオスタットを導入し、評価用の光学系の構築にも成功した。令和４年度および令和５年度の延長計画では、「A. NFBC-SiVハイブリッド単一光子源の構築」、「B. SiV単一光子源の評価」、および「C. ハイブリッド単一光子源の電磁界解析」の３項目について研究を進めた。なお分光器等が、業者側での出荷時の検査で不合格となり令和４年中の納品が困難となったため、延長計画をお認め頂いた。
項目Aに関しては、共焦点顕微鏡系とAFMを組み合わせた実験装置を用いて、第一段階として単一SiV内包ナノダイヤモンドのテーパー光ファイバへの結合を試み成功した。
項目Bに関しては、低振動無冷媒光学クライオスタットを用いたSiV共鳴励起用光学系の構築を引き続き行った。また、液体ヘリウムにより冷却を行うクライオスタットを用いた光学系を用いて、令和3年度に開発したSiV内包ナノダイヤモンドの極低温での評価を行った。その結果、同時計数測定によりg2(0)=0.19を観測し、単一SiVからの発光を確認、特徴的な発光ピークの分裂を観測した。さらに、温度4Kにおいて観測された半値全幅は分光器の分解能限界(0.09 nm)以下であり、高いコヒーレンスが期待できることを確認した。さらに、温度依存性の測定を行い、SiV中心からの発光と解釈して矛盾がないことも確認した。
項目Cに関しては、NFBCに張力を加えた際の共鳴周波数変化を数値解析により明らかにし論文として発表した(Opt. Express 31, 13566(2023))。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究の推進方策として、令和５年度は、は、「A. NFBC-SiVハイブリッド単一光子源の構築」、「B. SiV単一光子源のコヒーレンス解析」「C. ハイブリッド単一光子源の結合効率評価」の3項目について研究を進めることを予定した。
項目Aに関しては、SiVの発光波長である737nmで共振するNFBCを作成、共焦点顕微鏡系とAFMを組み合わせた実験装置を用い、単一SiV内包ナノダイヤモンドを選択的にナノファイバブラッグ共振器への配置を行い、ハイブリッド単一光子源の構築を行うことを計画した。
項目Bに関しては、低振動無冷媒光学クライオスタットを用いた、SiV単一光子源の評価を引き続き実施する。SiV内包ナノダイヤモンドの、g2(τ)測定を、低温(7K程度)で実施、さらに、Photoluminescence excitation (PLE)を用いたコヒーレンス解析の実施を計画した。
また、項目Cに関しては、作成したハイブリッド単一光子源から発生する光子を光子計数装置などで測定し、光子の同一性や生成効率を評価することを計画した。
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