平成21年度 実績報告書
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研究部門成果報告フォトニックデバイス部門図2 THz波発生用2波 長集積半導体DBR レーザの構造と 発振特性(a)(b)(c)図3 集積2波長偏波エンタングル光子対発生デバイスの構成と光子対スペクトル、光子相関および量子干渉の実験結果参考文献[1] S.Takushima, M.Uemukai and T.Suhara: “GaInP red distributed-Bragg-reflector laser integrated with phase-shifted grating coupler for multispot focusing,” Jpn. J. Appl. Phys., vol.48, 030206, 2009. [2] 石田秀直,上向井正裕,伊藤明,栖原敏明: "THz 波発生用AlGaAs 量子井戸リッジ型2 波長集積DBR レーザ,”平成22年春季第57回応用物理学関連連合講演会, 19p-E-10 (2010-03). [3] T.Suhara, “Generation of quantum-entangled twin photons by waveguide nonlinear optic devices,” Laser & Photon. Rev., DOI 10.1002/lpor.200810054, vol.3, No.4, pp.370-393, 2009. [4] S.Kajita, M.Fujimura and T.Suhara, “LiNbO3 waveguide quasi-phase-matched highly nondegen-erate twin photon generation device for heralded single photon source,” Jpn. J. Appl. Phys., vol.49, no.3, pp.030206-1-3, 2010. [5] J.Kawashima, M.Fujimura and T.Suhara:“Type-I quasi-phase-matched waveguide device for polar-ization-entangled twin photon generation,” IEEE Photon. Tech. Lett., vol.21, No.9, pp.566-568, 2009. [6] T.Suhara, G.Nakaya, J.Kawashima and M.Fujimura: “Quasi- phase matched waveguide devices for generation of postselection-free polarization-entangled twin photons,” IEEE Photon. Tech. Lett., vol.21, No.15, pp.1096-1098, 2009. [7] T.Takaoka, M.Fujimura and T.Suhara, “Fabrica-tion of ridge waveguide in LiNbO3 thin film crystal by proton-exchange accelerated etching,” Electronics Lett., vol.45, no.18, pp.940-941, 20094. 量子光学機能導波型非線形光学デバイス 将来の量子暗号伝送や量子計算などの量子情報処理への応用を目指した集積量子フォトニックデバイスとして、LiNbO3導波路擬似位相整合非線形光学デバイスの理論的・実験的研究を進めた 。光ファイバ長距離伝送可能な波長1.55μm帯光子とSi-APDで高効率光電変換可能な0.8μm帯光子の対を発生して伝令付単一光子を得るための非縮退光子対発生デバイスを設計作製し従来研究の効率より1桁以上高い量子効率2.15×10-9を得た 。またポストセレクションが不要な純粋な量子エンタングル状態を得るための2区間の直交偏波光子対発生部からなる集積2波長偏波エンタングル光子対発生デバイス(図3)の提案と設計・作製および量子干渉実験による機能実証などの成果を得た 。3.THz波発生用2波長集積DBRレーザ 半導体DBRレーザは発振波長制御性に優れ安定で純度の高い単一モード発振を行わせることが出来る。この利点を活用した応用の一つとして、THz波発生用2波長集積DBRレーザの実現に関する研究を行っている。近赤外域の僅かに波長の異なる2つのレーザ光の波面を重ねた光を低温成長GaAs光導電フォトミクサに入射させることによりビート周波数のコヒーレントTHz波を発生できる。2個のDBRレーザと波面重畳のための結合器を集積化すればコンパクトなTHz波発生システムの実現が期待できる。図2はこの目的のために提案した2波長集積AlGaAs量子井戸DBRレーザを示す。(a)のように2個のDBRレーザとY型活性チャネル結合増幅器を集積した構造であり、例えばDBRグレーティングに0.4nmの微周期差を与えれば1THzのTHz波発生に必要な約2nmの発振波長差が得られる。化学エッチングによる傾斜構造形成、精密制御電子ビーム描画とイオンエッチングによるグレーティング形成とリッジ形成、ファセット面への低反射/高反射コーティングでデバイスを試作した。各DBRレーザは閾値電流約33mAで発振し、DBRレーザへの80mAの注入、結合器への50mAの注入で約25mWの光出力(b)が得られ、ほぼ設計どおりの発振波長差1.0, 1.9nm(ビート周波数0.5, 0.93THzに対応)(c)が得られた 。[3]-[7][4][6][2]41

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