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弱い光学非線形性をもつ媒質における単一光子誘起位相シフト測定技術の確立とその応用

Research Project

Project/Area Number08J09351
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research InstitutionTohoku University
Research Fellow 松田 信幸  Tohoku University, 電気通信研究所, 特別研究員(PD)
Project Period (FY) 2008 – 2009
Project Status Completed(Fiscal Year 2009)
Budget Amount *help
¥1,200,000 (Direct Cost : ¥1,200,000)
Fiscal Year 2009 : ¥600,000 (Direct Cost : ¥600,000)
Fiscal Year 2008 : ¥600,000 (Direct Cost : ¥600,000)
Keywords量子光学 / 非線形光学 / 光導波路 / 量子位相ゲート / シリコン細線導波路 / フォトニック結晶ファイバ
Research Abstract

上記研究課題遂行の為、研究代表者は前年度に光ファイバを用いた単一光子誘起位相シフトの測定に成功している。手軽に入手可能な光ファイバを用いて非常に微弱な単一光子非線形性の測定技術が確立されたことで、他の媒質や異なる入射光量子状態に対する非線形応答の測定が可能となり、将来の量子情報処理に対する新たな知見を得るための新たなテストベッドが確立された。
本年度は同一レベルの異なる非線形応答を持つデバイスとして、シリコン細線導波路における微弱光誘起光学非線形性の観測を行った。シリコンの透過帯域である通信波長帯のパルスレーザーを用いて実験を行った結果、よく知られた光カー効果と二光子励起キャリアによる位相変調に加え、一光子励起キャリアによる微弱な位相変調が観測された。この現象は微弱光領域におけるシリコンの光非線形性の測定により初めて観測され、他の研究グループにおけるシリコンデバイスの性能評価に早速寄与している。
また英国ブリストル大学のJeremy O'Brien教授の研究グループと共同で、複数光路を待つSiO_xN_y方向性結合器における、相関光子対の強度相関測定を行った。そのようなデバイスは量子ウォークと呼ばれる、量子力学的な粒子に特有の振る舞いを示し、量子計算などへの応用が見込まれていることから、近年世界中で精力的に研究されている。我々は世界で初めて非古典的な入射光子に対する量子ウォークの測定に成功した。

Report

(2results)
  • 2009 Annual Research Report
  • 2008 Annual Research Report

Research Products

(13results)

All 2009 2008 Other

All Journal Article Presentation Remarks

  • [Journal Article] All-opcial phase modulations in a silicon wire waveguide at ultralow light levels2009

    • Author(s)
      N.Matsuda, R.Shimizu, Y.Mitsumori, H.Kosaka, K.Yamada, T.Watanabe, T.Tsuchizawa, H.Fukuda, S.Itabashi, K.Edamatsu
    • Journal Title

      Applied Physics Letters 95

      Pages : 171110-171112

    • Related Report
      2009 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Measurement of the cross-Kerr nonlinearity induced by a single-photon-level coherenet pulse in a photonic crystal fiber2009

    • Author(s)
      N.Matsuda, R.Shimizu, Y.Mitsumori, H.Kosaka, K.Edamatsu
    • Journal Title

      Proc.9th Int.Conf.on Quantum Communication, Measurement and Computing

      Pages : 228-231

    • Related Report
      2009 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Observation of optical-fibre Kerr nonlinearity at the single-photon level2009

    • Author(s)
      Nobuyuki Matsuda, et al.
    • Journal Title

      Nature Photonics 3

      Pages : 95-98

    • Related Report
      2008 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] シリコン細線導波路における微弱光領域での全光位相変調2009

    • Author(s)
      松田信幸、清水亮介、三森康義、小坂英男、枝松圭一、佐藤綾耶、横山弘之、山田浩治、渡辺俊文、土澤泰、福田浩、板橋聖一
    • Organizer
      第70回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      富山大学
    • Year and Date
      2009-09-11
    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] MEASUREMENT OF SINGLE-PHOTON-LEVEL OPTICAL NONLINEA RITIES IN WAVEGUIDE MEDIA2009

    • Author(s)
      N.Matsuda, R.Shimizu, Y.Mitsumori, H.Kosaka, K.Yamada, T.Watanabe, T.Tsuchizawa, H.Fukuda, S.Itabashi, K.Edamatsu
    • Organizer
      The 3rd International Symposium on Information Electronics Systems (CERIES-GCOE09)
    • Place of Presentation
      仙台
    • Year and Date
      2009-07-13
    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] Observation of single-photon-level Kerr nonlinearity in a photonic crystal fiber2009

    • Author(s)
      N.Matsuda, R.Shimizu, Y.Mitsumori, H.Kosaka, K.Edamatsu
    • Organizer
      The 19th International Conference on Laser Spectroscopy (ICOLS 2009)
    • Place of Presentation
      北海道
    • Year and Date
      2009-06-08
    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] 光フィイバの単一光子強度下相互位相変調2009

    • Author(s)
      松田信幸、清水亮介、三森康義、小坂英男、枝松圭一
    • Organizer
      第20回量子情報技術研究会(QIT20)
    • Place of Presentation
      広島大学
    • Year and Date
      2009-05-21
    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] Observation of the single-photon-level Kerr nonlinearity in an optical fiber2008

    • Author(s)
      Nobuyuki Matsuda, et al.
    • Organizer
      2008 International Symposium on Physics of Quantum Technology (ISPQT)
    • Place of Presentation
      奈良
    • Year and Date
      2008-11-27
    • Related Report
      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] Optical-fiber cross-Kerr nonlinearity with less than one photon2008

    • Author(s)
      Nobuyuki Matsuda, et al.
    • Organizer
      The 1st Student Organizing International Mini-Conference on Information Electronics Systems (SOIM-GCOE08)
    • Place of Presentation
      仙台
    • Year and Date
      2008-10-16
    • Related Report
      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] フォトニック結晶ファイバを用いた相関光子対生成:高繰り返し光源による同時計数コントラストの向上2008

    • Author(s)
      松田信幸, ら
    • Organizer
      日本物理学会第63回秋季大会
    • Place of Presentation
      岩手大学
    • Year and Date
      2008-09-22
    • Related Report
      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] Measurement of cross-Kerr nonlinearity induced by a single-photon-level coherent pulse in a photonic crystal fiber2008

    • Author(s)
      Nobuyuki Matsuda, et al.
    • Organizer
      The 9th International Conference on Quantum Communication, Measurement and Computing (QCMC)
    • Place of Presentation
      Calgary, Canada
    • Year and Date
      2008-08-21
    • Related Report
      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] Measurement of cross-phase modulation at a single-photon level2008

    • Author(s)
      Nobuyuki Matsuda, et al.
    • Organizer
      The 2nd International Symposium on Information Electronics Systems
    • Place of Presentation
      仙台
    • Year and Date
      2008-07-14
    • Related Report
      2008 Annual Research Report
  • [Remarks]

    • URL
      http://www.tohoku.ac.jp/japanese/2009/01/post-75.html
    • Related Report
      2008 Annual Research Report

URL :

Published : 2008-04-01   Modified : 2016-04-21  

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