2020 年度研究成果報告書

フォトニック結晶ナノ共振器を用いた量子ドットからの単一光子光渦の生成

研究課題

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研究課題/領域番号	17H02796
研究種目	基盤研究(B)
配分区分	補助金
応募区分	一般
研究分野	光工学・光量子科学
研究機関	東京大学
研究代表者	岩本敏東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (40359667)
研究期間 (年度)	2017-04-01 – 2020-03-31
キーワード	フォトニック結晶 / 円偏光 / スピン / 軌道角運動量 / 共振器
研究成果の概要	H1型フォトニック結晶ナノ共振器の縮退した四重極モードを利用して、共振器中の適切な位置におかれた量子ドットのスピン状態と±１の軌道角運動量を有する光渦の相互変換が可能であることを、理論モデルと電磁界解析により示した。また、表面に２重回折格子を装荷したリング共振器を用いて、偏光分布がスキルミオン数で特徴づけられるフルポアンカレビームの生成が可能であることを見出した。この手法を用いることで、量子ドットのスピン状態に応じて符号の異なるスキルミオン数をもつビームの生成が期待される。
自由記述の分野	量子ナノフォトニクス
研究成果の学術的意義や社会的意義	PhCナノ共振器は高効率単一光子源やナノレーザなどに応用されているが、主に単一共振器モードを用いたものである。本研究は縮退２モードを積極的に利用したPhCナノ共振器の新たな活用の可能性を提示するものである。また、フルポアンカレビームはバルク光学系ではその生成法が知られていたが、集積フォトニクス技術を活用した生成法としては本研究が初めてである。集積フォトニクス技術での発生が可能となることで、量子ドットとの相互作用の活用が可能となる。これらの結果は、スピンと光の軌道角運動量や偏光分布を相関させた新たなスピン-光子インターフェース等への展開を可能にするものである。