2019 Fiscal Year Annual Research Report
超広帯域量子もつれ光子対と超伝導転移端センサによる単一光子単一画素イメージング
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19H02633
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
井上 修一郎 日本大学, 理工学部, 教授 (30307798)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
行方 直人 日本大学, 理工学部, 准教授 (20453912)
福田 大治 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 研究グループ長 (90312991)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 単一光子 / 単一画素イメージング / 圧縮センシング / 単一光子検出 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和元年度はまず、可視光半導体レーザ（波長 650 nm）を光源、半導体フォトダイオード（PD）を光検出器（単一画素）とした単一画素イメージング実験を行った。観測対象としては，透明フィルムに"NU"とプリンターで印刷したもの（NUの文字は透明、その他の部分は黒）を使用した。画像再構築プログラムとしてはTVAL-3を使用した。Digital micromirror device (DMD)に2000回ランダムパターンを表示した光強度測定により、64×64ピクセルの良好な画像を再構築することができた。この測定回数は再構築した画像のピクセル数（4096）の約半数である。次に、レーザ光を減衰させ、単一光子検出器を単一画素として単一画素イメージングを行った。単一光子検出器には半導体アバランシェフォトダイオード（SPCM）を使用した。レーザ光の場合と同様、DMDに2000回ランダムパターンを表示した光子数測定において、DMDの１パターンあたり150個の光子検出で良好な画像を再構築することができた。次に、波長 1550 nm の近赤外レーザを光源、InGaAs/InPフォトダイオードを単一光子検出器として単一画素イメージングを行った。観測対象としては、51本の長距離伝搬型表面プラズモンポラリトン（LRSPP）導波路アレイの中央の導波路に励起したLRSPPの導波路伝搬後の出力（量子ウォークによる光強度分布）を用いた。DMDに2000回ランダムパターンを表示した測定結果を用いて再構築した256×16ピクセルの画像はビジコンカメラで撮影した導波路出力画像と良く一致していた。以上の実験により、単一光子単一画素イメージングを行う基盤技術を確率した。一方、広帯域量子もつれ光子対を生成するためのチャープ擬似位相整合非線形光学結晶の設計を行い、現在その試作中である。
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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
レーザ光を減衰させた微弱光を光源、InGaAs/InPアバランシェフォトダイオードを正弦電圧ゲート動作させた空間結合型単一光子検出器を単一画素とした単一画素イメージング実験を行い、良好な画像を取得することができた。また、超伝導転移端センサに関しては85%程度の光子検出効率を達成することができた。さらに、広帯域量子もつれ光子対生成のためのチャープ擬似位相整合非線形結晶（PPLN）の試作を行った。次年度、広帯域量子もつれ光子対により生成した伝令付き単一光子を光源、超伝導転移端センサを単一画素とすることにより本研究課題を遂行することができる。
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| Strategy for Future Research Activity |
まず、令和元年度に作製した広帯域量子もつれ光子対発生のためのチャープ擬似位相整合非線形結晶の評価を行う。光子対の発生帯域が十分でない場合には、結晶の設計変更を行い再度結晶作製を行う。次に、波長 1550 nmの量子もつれ光子対と超伝導ナノ細線単一光子検出器を単一画素とした単一画素イメージング実験を行う。その際、DMDで反射した光子のシングルモードファイバへの高効率な結合方法を検討する。最後に、広帯域量子もつれ光子対を光源、超伝導転移端センサ（TES）を単一画素として単一画素分光イメージングを行う。その際、DMDの制御、TESからのデータ取得及び画像再構築をFPGAで行うことを検討する。
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Research Products
(7 results)
