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本研究の目的は、単一光子波束の周波数スペクトルを無損失かつ決定論的に変換する手法の構築である。これまで、非線形ファイバ（フォトニック結晶ファイバ）中の群速度整合下における相互位相変調を用い、無損失かつノイズの少ない単一光子波長変換技術を構築することに成功している。
当年度においては、さらなる波長変換量および制御技術の向上をめざし、「時間光全反射（空間的な屈折率境界において生じる光全反射の時間領域におけるアナロジー）」という新規物理現象の実験的観測に向けた取り組みを行った。時間全反射面においては光の波数が保存され周波数は変化することが知られており、この周波数変化を単一光子波長変換に適用することができる。
まずは、本研究テーマでこれまで用いてきた相互位相変調によって時間全反射が実現可能かどうかについて理論検討を行った。時間軸上の屈折率境界は、制御光が誘起するファイバの屈折率変化によって実現する。手持ちのフォトニック結晶ファイバの各種パラメータをもとに、光パルスの非線形伝搬シミュレーションを行った結果、実現可能な実験条件のもとに光全反射の観測が可能であることを初めて示すことができた。
さらに実験を行い、部分的な光反射により、伝令付単一光子の波長変換量をこれまでの約2倍に向上することに成功した。この際、従来より長尺なファイバが必要であったため、ファイバ中での信号光偏波回転や制御光自身の波形ひずみが問題となった。そこで、これらの現象を観測するための測定装置を研究費で購入した。今後は、より最適化された動的屈折率界面を作成するための変調用パルス波形整形、導波路媒質の最適化などを行い、時間全反射の実験的観測につなげる。
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