2019 Fiscal Year Annual Research Report
Highly pure and stable single photon source
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17K06396
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
小田島 聡 北海道大学, 電子科学研究所, 特任助教 (20518451)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
笹倉 弘理 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (90374595)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 単一光子 / 半導体量子ドット / 金属埋め込み / 多チャンネル化 / 発光波長チューニング / 共鳴励起 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
次世代を担う量子情報通信において、量子暗号鍵配送技術の確立は情報通信の恒久的安全性を保証するものとして必要不可欠なものとなっている。本研究は、単一光子による光量子情報通信における高純度かつ長期安定な単一光子の生成およびその制御技術の確立を目指している。量子ドット(QD)発光源に微細加工を施すことでQD数制御を実現し、本発光源を単一モードファイバー端面に直接接続することで、外乱に強く長期間安定な単一光子発生源を実現する。更には冷凍機結合型光源の開発、光子取り出し効率の向上・発光波長チューニングといった制御技術の開発を行なう。
3年間の研究期間初年度において、単一モードファイバーに結合するQD数の最適化を行なった。本研究では分子線エピタキシー法により成長された半導体QDを用いたが、その数密度は1e+8～1e+10個/cm2であり、～数十μm2の面積を持つファイバー端面では数百個程度以上のQDがファイバーと結合する。そこでQD成長半導体薄膜に微細加工を施しピラーアレイ化することで、疑似的にQD数密度の制御を図りファイバー端面に接合するQD数を数個程度に制限した。これにより本研究の第一関門である「光子の単一化」を十分な純度および安定性をもって実現することに成功した。2年度目は主に光子取り出し効率の向上に向け、金属埋め込み構造の作製を行なった。犠牲層を持たないQD試料に対し疑似的に犠牲層を挿入し金属転写する方法であり、QD試料の成長条件に依らないため適用範囲が広い。また12連装のファイバー列に結合する単一光子発生源を作製することで、単一光子の多チャンネル化を実現した。最終年度である3年度目においては、前年度に開始した金属埋め込み構造作製工程の最適化に加え、ピエゾ素子を用いた応力印加による発光波長の制御、共鳴励起を目指した試料作製を行なった。
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