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2021 年度 実績報告書

テラヘルツ光の量子状態生成と量子計測応用の開拓

研究課題

研究課題/領域番号 21H03747
研究機関国立研究開発法人理化学研究所

研究代表者

野竹 孝志  国立研究開発法人理化学研究所, 光量子工学研究センター, 研究員 (70413995)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
キーワードテラへルツ光
研究実績の概要

今年度は、まず、斜周期分極反転構造をもつニオブ酸リチウム結晶を用いて、非線形光学効果である自発的パラメトリック発生過程による周波数300GHzのサブテラヘルツ光子の発生実験を行った。励起光源として繰り返し30Hz、パルス幅約900ps、波長1064.3nmでパルスエネルギー約5mJのマイクロチップレーザーを用いて実験を行った。その結果、後進波位相整合によりアイドラー光として波長1065.5nmの近赤外光を発生することに成功した。この結果から、励起光に対する差周波エネルギーに相当する周波数300GHzのサブテラへルツ光が発生していることが分かったが、実際にテラへルツ光検出用のショットキーバリアダイオードでも優位な信号を検出できた。
次に斜周期分極反転ニオブ酸リチウム結晶を2つ用意し、2つの結晶を一つの励起光源で励起することで2つの自発的パラメトリック過程を同時発生させ、それぞれの結晶において発生した近赤外域のアイドラー光を用いて干渉計を構築し、古典的な干渉ではない、誘導性コヒーレンスに起因する量子干渉が生じるかの検証実験を行った。しかしながら現時点で明確な量子干渉波形が観測できていない。考えられる原因として、近赤外アイドラー光の時間・空間的なオーバーラップや、励起光源のパルス間のわずかなエネルギー揺らぎ、さらに光学定盤の微弱な振動等も抑制することが重要であると考えられ、今年度はあらゆる実験光学系の調整や安定性などを見直し、再実験を行う。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

今年度は2つの斜周期分極反転ニオブ酸リチウム結晶における2つの自発的パラメトリック過程においてテラへルツ光と近赤外のペアを発生させることに成功した。

今後の研究の推進方策

自発的パラメトリック過程で発生する光子対は微弱であり、時間・空間的に高精度に近赤外光を重ね合わせなければ干渉波形を観測することは難しいと思われる。また、励起光源のわずかな揺らぎや光学定盤の微弱な振動等も抑制することが重要で、あらゆる実験光学系の安定性なども見直し、再実験を行う。

  • 研究成果

    (3件)

すべて 2022 2021

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (2件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] Dynamical visualization of anisotropic electromagnetic reemissions from a single metal microhelix at THz frequencies2021

    • 著者名/発表者名
      T. Notake, T. Iyoda, T. Arikawa, K. Tanaka, C. Otani & H. Minamide
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 11, 3310 ページ: -

    • DOI

      10.1038/s41598-020-80510-y

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Ultra-sensitive detection of sub-THz electromagnetic-waves using backward-wave parametric process2022

    • 著者名/発表者名
      Takashi Notake, Michihiro Kitanaka, Kouji Nawata, Yuma Takida, Hiroaki Minamide
    • 学会等名
      The 11th Advanced Lasers and Photon Sources
    • 国際学会
  • [学会発表] 後進波パラメトリック過程を用いた300 GHz帯電磁波の超高感度検出2021

    • 著者名/発表者名
      野竹孝志 北中道大 縄田耕二 瀧田佑馬 南出泰亜
    • 学会等名
      電子情報通信学会

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公開日: 2022-12-28  

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