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2022 年度 実績報告書

表面弾性波ハイブリッド量子系に基づく量子変換器

研究課題

研究課題/領域番号 20J00325
研究機関国立研究開発法人理化学研究所

研究代表者

佐々木 遼  国立研究開発法人理化学研究所, 量子コンピュータ研究センター, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2020-04-24 – 2023-03-31
キーワード量子変換器 / ハイブリッド量子系 / 表面弾性波 / 光共振器 / 光弾性効果
研究実績の概要

最終年度は主に希釈冷凍機温度での表面弾性波共振器の評価,収束型表面弾性波共振器の開発,光共振器の測定系の構築と評価を行った.
希釈冷凍機での測定については表面弾性波共振器における電気抵抗やフォノンーフォノン散乱に由来するロスを抑制することを目的として行なった.実際に室温環境下と比較して圧電バルク材料・圧電薄膜材料を用いたデバイスの両方でQ値の改善がみられ,100usecを超える寿命を達成した.
収束型表面弾性波共振器は変換器の変換効率を増強するために共振器のモード体積の極小化を目的として行なった.収束型の共振器は光共振器内部のレーザーの固有状態であるガウシアンビームモードを模倣してデバイスをデザインするが,実際に測定される共振モードはこれまで偶発的で基本モードや高次モードといった異なるモードとの結合がコントロールできておらず,デバイスデザインの方針が明らかではなかった.デバイス構造ののさまざまなパラメータを系統的に変えながら作製することで,基本モードと高次モードを選択的に励起できる共振器構造を明らかにした.またモード分布を光学イメージングによって測定し,波長スケールにモードを収束できること,高次モードでは理論から予想されるような位相反転が生じることを明らかにした.
光共振器の測定については低温環境下での測定が可能になるようにグレーティングカプラをもつ光導波路と結合した光共振器を作製した評価を行った.光学測定系を構築し,リング共振器とフォトニック結晶共振器について室温下での測定を行ったところQ値が10^5を超えるデバイスを作製できた.グレーティングカプラの周波数依存性や希釈冷凍機内での固定用接着剤による屈折率変化を明らかにして表面弾性波共振器との結合系実現のためのデバイス最適化を行なった.

現在までの達成度 (段落)

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (2件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (1件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] Quantitative optical imaging method for surface acoustic waves using optical path modulation2023

    • 著者名/発表者名
      Hisatomi Ryusuke、Taga Kotaro、Sasaki Ryo、Shiota Yoichi、Moriyama Takahiro、Ono Teruo
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 107 ページ: 165416-1,11

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.107.165416

    • 査読あり
  • [学会発表] Small-mode-volume surface acoustic wave resonator in LiNbO3 film on Sapphire2022

    • 著者名/発表者名
      Ryo Sasaki, Rekishu Yamazaki, Yuya Yamaguchi, Ryusuke Hisatomi, Koji Usami, Yasunobu Nakamura
    • 学会等名
      Quantum optics meets acoustics
    • 国際学会

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公開日: 2023-12-25  

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