2023 年度研究成果報告書

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

PDF

研究課題/領域番号	21H03747
研究種目	基盤研究(B)
配分区分	補助金
応募区分	一般
審査区分	小区分80040:量子ビーム科学関連
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)
研究代表者	野竹孝志石巻専修大学, 理工学部, 准教授 (70413995)
研究期間 (年度)	2021-04-01 – 2024-03-31
キーワード	テラヘルツ電磁波 / 量子
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。
自由記述の分野	テラヘルツ光学
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。