| 研究課題/領域番号 |
21H03747
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分80040:量子ビーム科学関連
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| 研究機関 | 石巻専修大学 (2022-2023)
国立研究開発法人理化学研究所 (2021) |
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研究代表者 |
野竹 孝志 石巻専修大学, 理工学部, 准教授 (70413995)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円)
2023年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2022年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円)
2021年度: 6,890千円 (直接経費: 5,300千円、間接経費: 1,590千円)
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| キーワード | テラヘルツ電磁波 / 量子 / 量子光学 / テラへルツ光 / テラヘルツ光 / 量子状態 / 量子干渉 / 量子計測 / テラヘルツ |
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| 研究開始時の研究の概要 |
従来の光量子応用のためには単一光子検出器が必須であるが、現状、テラヘルツ光を単一光子検出する技術は存在しない。我々は、可視光ポンプ強度を光子レベルまで下げた低ゲイン領域において、室温熱輻射に基づく熱光子を種光とする自発的パラメトリック過程により、量子相関を有するテラヘルツ光（シグナル光）と可視光（アイドラ光）の光子対を発生させる。そして量子干渉効果を通じて可視光光子のみを市販の高感度半導体検出器で光子検出する事で、テラヘルツ光子の量子状態生成を検証し、更には分光やイメージング等のテラヘルツ量子計測応用への端緒を切り開く。
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| 研究成果の概要 |
近年の量子研究は究極の計測の探求を進めており、非線形光学効果を用いて光を量子状態まで拡張する事で、古典的計測の限界を突破できる事が実証され始めている。
テラヘルツ波の周波数領域では、光子エネルギーが室温熱揺らぎに相当する程微弱なため、光子検出は原理的に困難である。この困難を克服する為、我々は後進THz波パラメトリック発振過程を用いた超高感度THz波光子検出に挑戦した。2つの独立したPPLN結晶を用いる事で、光子エネルギーが1000倍も異なる量子変換を実現し、300GHzのサブテラヘルツ電磁波光子を波長1umの近赤外光子へと高効率に変換する事で、光子レベルのテラヘルツ電磁波検出に成功した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
光の量子力学的性質を利用した研究は、光子エネルギーの大きな可視光や近赤外光領域においてのみ進展してきた。この理由は可視光や近赤外光であれば光子エネルギーが大きく、半導体検出器などで容易に光子レベルの超高感度検出が可能となるためである。
可視光領域に比べて光子エネルギーが1000分の１程度のテラヘルツ電磁波に対する量子研究は、光子検出の困難さから進展が非常に立ち遅れている。本研究において、後進パラメトリック過程によりテラヘルツ電磁波を可視光へと高効率に変換することで光子レベルのサブテラヘルツ電磁波検出が可能である事が実証でき、テラヘルツ光子の量子的理解の深化が今後大いに進展する事が期待できる。
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