【研究領域課題番号】19H00873 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

光エレクトロニクス / 量子エレクトロニクス / フォトニック結晶 / 機械学習 / 微小光共振器 / 光周波数コム / 非線形工学 / 非線形光学 / レーザ工学 / 微小光学 / パルスレーザ

【研究成果の概要】

微小光共振器を用いた光周波数コム発生に用いるMgF2微小光共振器の切削加工における，限界切込み深さについて詳細に調査を行った．特に結晶の方位面依存性について調査を行った．この成果は国際学術誌にて発表した．
MgF2微小光共振器を用いてソリトンコムを生成することに昨年度成功していたので，ソリトンコムを用いた応用開拓研究に進展させた．その一つの具体例としてDWDM光伝送に取り組んだ．DWDM光伝送では，送伝送容量1.4TBpsが実現できることを実験的に示した．
また，SiNマイクロリングでもソリトンコムの生成に成功した．熱が発生するよりも前にソリトンモードロックに必要な波長離調状態を実現させる必要があることが知られているので，SSB変調器を用いて高速に光波長を掃引した．それでSiNマイクロリング共振器でもソリトンコムを生成し，SiNマイクロリングとMgF2共振器によるソリトンコムの比較検討を行った．その結果，いくつかの重要な知見が導き出された．例えば，DWDM応用に必要な10GHz間隔でのコム生成にはMgF2共振器が有利であるが，高いSNを実現するために必要な1チャネル毎のパワーはSiNマイクロリングの方が有利である．検討を詳細に行い，光伝送，LiDAR，分光などの応用でどのプラットフォームによるマイクロコムを用いればよいかの指針となる知見を明らかにした．
Er添加微小光共振器を用いた自励発振によるパルス光源開発に関しては，前年度までに得られた実験データを詳細に分析し，さらに非線形シュレディンガー方程式を用いて得られた実験パラメータに基づいて，モードロックレーザの実現可能性について調査を行った．この成果は国際学術誌にて発表した．本年度はさらに，可飽和吸収領域と利得領域を分離することが可能な結合共振器系を用いて，モードロックの条件を緩和させることができるか検討した．

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2019-04-01 - 2024-03-31

【配分額】44,590千円 (直接経費: 34,300千円、間接経費: 10,290千円)

【研究分野】光工学・光量子科学

【研究領域課題番号】26600113 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

プラズモニクス / 非線形光学 / 超短パルスレーザー / 量子エレクトロニクス / 強電磁場現象 / 赤外分光 / プラズモン / 強光場現象

【研究成果の概要】

中赤外超短パルスのプラズモニックナノ増強場の生成と、増強場を生かした非線形現象の制御を目的とした。具体的には、（１）金属界面の光電界電子放出と（２）振動分光の高感度化を達成した。金ナノアンテナに中赤外フェムト秒パルスを照射したところ、増強場による光電界電子放出が起こった。これは、光電場による電子のトンネルイオン化であり、超短パルス電子源としての応用が期待される。また、放出電子数の励起光強度依存性から、近接場電場強度の非破壊測定に成功した。分子性薄膜試料を対象に透過配置での線形および非線形分光計測を行い、共鳴アンテナアレイにより信号強度が顕著に増大することを確認した。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2014-04-01 - 2016-03-31

【配分額】3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)

【研究分野】原子・分子・量子エレクトロニクス

【研究領域課題番号】25247068 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

量子情報 / 量子光学 / 量子通信 / 量子コンピューター / 量子暗号 / 冷却原子 / 波長変換 / 非線形光学 / 量子情報処理 / エンタングルメント / 量子媒体転送 / 多体量子系 / 量子ネットワーク / 量子エレクトロニクス

【研究成果の概要】

量子情報処理実現に欠かせない「異種多体系間のインターフェース技術」の基盤技術の開拓のため、①光子の量子ビットと原子の量子ビットの間の転送、②伝送路の光位相雑音とビットエラーの高効率除去、③多体エンタングルメント構成法および新しい利用法の理論的提案を行った。概ね予定通りあるいは予定以上の結果が得られた。出版論文はNature Photonics、Scientific Reports、New Journal of Phys.、Phys. Rev. Aなど20件、国際会議は招待講演11件を含む43件、国内学会は招待講演6件を含む52件であり、新聞報道および多数のネットニュースによる報道があった。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2013-04-01 - 2016-03-31

【配分額】43,680千円 (直接経費: 33,600千円、間接経費: 10,080千円)

【研究分野】応用光学・量子光工学

【研究領域課題番号】23246019 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

量子エレクトロニクス / 非線形光学 / アト秒パルス / 高次高調波 / 高強度レーザー物理 / 極端紫外光

【研究成果の概要】

独自に開発した2波長励起方式によりマイクロジュールクラスの単一アト秒パルスの発生に成功した。パルス幅は、窒素分子の２光子二重イオン化に基づく自己相関信号を用いて約500 asと測定され、出力エネルギー及びパルス幅から見積もられた単一アト秒パルスのピークパワーは 2.6 GWに達した。これは、従来法と比較すると100 倍以上の高出力化であり、アト秒非線形光学への道を拓く成果である。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2011-04-01 - 2014-03-31

【配分額】47,320千円 (直接経費: 36,400千円、間接経費: 10,920千円)

【研究分野】応用光学・量子光工学

【研究領域課題番号】23226003 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

アト秒科学 / 光源技術 / 光・量子ビーム / 超高速分光 / 軟X線分光 / 超精密計測 / 非線形光学 / 赤外材料・素子 / 応用光学・量子光学 / 量子エレクトロニクス / X線 / アト秒光学 / 光物性 / アト秒光科学 / 原子・分子物理 / 高性能レーザー / テラヘルツ／赤外材料・素子 / テラヘルツ/赤外材料・素子 / 量子ビーム / 放射線、X線、粒子線

【研究成果の概要】

BIBO結晶を用いた光パラメトリックチャープパルス増幅法に基づく高強度極短パルス赤外光源を開発した。得られた出力は、繰り返し1kHz、パルスエネルギー1.5mJ、パルス幅11fs、キャリアエンベロープ位相(CE位相)安定というものであり、世界的にも先端的な光源を実現した。本光源を用いた高次高調波発生実験では、高調波の最大光子エネルギーは325eVに到達した。CE位相敏感な軟X線スペクトルの振る舞いから、250～325eVにおいて孤立アト秒パルスが発生していることが示された。炭素系物質の吸収スペクトル測定にも成功し、アト秒軟X線吸収分光が可能であることが実験的に示された。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2011-04-01 - 2016-03-31

【配分額】145,340千円 (直接経費: 111,800千円、間接経費: 33,540千円)

【研究分野】物理学一般

【研究領域課題番号】12440111 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

量子情報処理 / 量子暗号 / 量子コンピューティング / 量子エレクトロニクス / エンタングルメント / 量子演算 / 線形光学量子演算 / デコヒーレンス / 2光子干渉 / 4光子干渉 / 量子テレポーテーション / 量子光学 / 非線形光学 / 原子のボーズアインシュタイン凝縮

【研究成果の概要】

量子情報とは何か?これを考えるためにはまず「古典情報とは何だったか?」を思い返せばよい。すなわち、1948年にシャノンが明らかにしたように、古典情報とは「そのファイルを圧縮・解凍するにあたり、これ以下の数のビット数に圧縮できない」ようなビット数を、元のファイルの情報量と定義したのであった。これと同様に考えれば、量子情報の量とは「その量子ファイルを圧縮するにあたり、最低限必要な量子ビットの数と古典ビットの数」をもって、その量子ファイルの「量子情報量」および「古典情報量」とすればよいことがわかる。しかし量子の場合、シャノン理論ほど単純でなく、長らくオープンクエスチョンであった。
我々はこの問題に最終回答を与えた。すなわち、与えられた量子ファイルに対し、量子情報量と古典情報量を正確に求める数学的手順を示すことに成功したのである。その手順はシャノン理論の「対数関数によるエントロピー表式」ほど簡単ではないが、群論のシュアーの補題と類似の手法で数学的に厳密に記述される。これはPhys.Rev.Lett.誌に論文となった(Koashi and Imoto : PRL87(2001)017902)。ここに至って「量子情報とは何か?」という問いに初めて完全なる回答が与えられたのである。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2000 - 2001

【配分額】2,900千円 (直接経費: 2,900千円)