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本研究は、単一シリコン欠陥中心（SiV）を内包したダイヤモンド微粒子（ナノダイヤモンド）を、微小共振器を内蔵したテーパー光ファイバ（NFBC）に結合したハイブリッド素子を開発、同一性が高く、かつ高効率の単一光子源の実現を目ざすものである。これまでに、ナノダイヤモンドを分散させた状態で、Siイオンを照射した後、高温アニーリングの方法を工夫することで、従来法より高い収率で良質なSiV内包ナノダイヤモンドを作成する方法を確立、極低温(4K)での観測により、単一SiVからの発光を確認、特徴的な発光ピークの分裂を観測した。さらに、観測された半値全幅は分光器の分解能限界(0.09 nm)以下であり、高いコヒーレンスが期待できることを確認した（論文投稿中）。また、またNFBCに張力を加えた際の共鳴周波数変化を数値解析により明らかにした。
令和５年度は、鍵となる単一発光体であるSiVのコヒーレンスを測定するために、本研究費で導入した低振動無冷媒光学クライオスタットを用いた、励起スペクトル(PLE)実験系の構築を進めた。その結果、SiV発光中心の励起スペクトルを取得、初期的な結果として、1GHz程度以下の線幅を得ることに成功した。さらに、SiVより輝度が高く有望な単一発光体である、六方晶窒化ホウ素中の欠陥に関し、発光のゼロフォノン線よりも低いエネルギーによる励起により、背景のノイズ光を抑制しつつ特定の欠陥のみを選択的に励起できることを明らかにした。また、NFBCは直径わずか0.3μmにまで光ファイバを引き延ばした素子であるため、これまで極低温まで冷却する際に断線しやすいという実験上の課題があった。今回この課題に関して、SiVからの光子が光ファイバに結合する効率のデバイス構造、特にテーパー光ファイバ直径依存性を、有限差分時間領域(FDTD)法を用いて数値解析した。
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