2018 Fiscal Year Annual Research Report
光子の対消滅過程を用いた量子吸収イメージング法の実現
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17H02936
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
岡本 亮 京都大学, 工学研究科, 准教授 (10435951)
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2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 量子計測 / 量子光学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，量子光源に光子対の消滅過程を組み合わせた新しい吸収計測法を実現することで，微弱な吸収の検出感度の飛躍的な向上を目的としている．これにより，従来困難であった，単一分子等の非常に吸収が小さな対象のイメージングや分光への道を拓くことを目指す．当該年度は，１. 光子対の対消滅効率の向上，2. ハイブリッド型量子吸収計測システムの構築の２つの項目に関して研究を進めた．
項目1に関しては，光子対消滅用の非線形光学結晶に入射するポンプレーザー光及び，光子対の空間モード等のパラメータを制御することで，光子対が破壊的な量子干渉で消滅する効率を向上させた．具体的には位相を変化させた時の明瞭度から，光子対が消滅する効率を算出し，その値が向上するようにした．また，吸収を加えた時の，対消滅結果の変化を確認，本提案の原理を実証した．
項目2に関しては，従来型の量子吸収計測法と，本提案の光子対消滅型の量子吸収計測法の両方を同じ実験系上で評価できるハイブリッド型のシステムを構築した．これにより，光源の性能や，サンプル部の条件に依存しない定量的な比較が可能になった．さらに，構築した実験系では，古典的な吸収計測も実現した．これは，量子光源から発生した光子対のうち，片方の光子のみを用いることができるように実験系に工夫を加えることで可能にした．以上により，古典，従来量子，本提案の３つの吸収計測法について，同一の実験システムで実現できるようになった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
まず，光子対の対消滅効率の向上を試み，実際に実現することができた．そして，吸収を加えた時に，対消滅結果が変化することを確認，本提案の原理を実証することができた．さらに，古典，従来量子，本提案の３つの吸収計測法について，同一の実験システムで実現できるようになった．以上から，目標としていた項目を達成できており，おおむね順調に進展していると考えられる．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，構築したハイブリッド型量子吸収計測システムを用いて，イメージング性能の評価を行う。両面ARコートした窓板上に、微小な吸収分布を加工した試料を作成，古典型と従来型，そして本提案の3手法について性能を評価・比較する．また，可変アッテネータを使うことで検出器の検出効率の変化をシミュレートできる．それにより，どのような検出効率に対しても，本提案の光子対消滅型が，古典と従来型の双方に対して，高い信号雑音比を維持できることを実証する．さらに，実際に異なる光子検出器を用いた場合どうなるかを検証することも予定している．
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