quantum transducers based on surface acoustic wave hybrid quantum systems

基于表面声波混合量子系统的量子换能器

基本信息

批准号：
20J00325
负责人：
佐々木遼
金额：
$ 2.5万
依托单位：
Institute of Physical and Chemical Research
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

最終年度は主に希釈冷凍機温度での表面弾性波共振器の評価，収束型表面弾性波共振器の開発，光共振器の測定系の構築と評価を行った．希釈冷凍機での測定については表面弾性波共振器における電気抵抗やフォノンーフォノン散乱に由来するロスを抑制することを目的として行なった．実際に室温環境下と比較して圧電バルク材料・圧電薄膜材料を用いたデバイスの両方でQ値の改善がみられ，100usecを超える寿命を達成した．収束型表面弾性波共振器は変換器の変換効率を増強するために共振器のモード体積の極小化を目的として行なった．収束型の共振器は光共振器内部のレーザーの固有状態であるガウシアンビームモードを模倣してデバイスをデザインするが，実際に測定される共振モードはこれまで偶発的で基本モードや高次モードといった異なるモードとの結合がコントロールできておらず，デバイスデザインの方針が明らかではなかった．デバイス構造ののさまざまなパラメータを系統的に変えながら作製することで，基本モードと高次モードを選択的に励起できる共振器構造を明らかにした．またモード分布を光学イメージングによって測定し，波長スケールにモードを収束できること，高次モードでは理論から予想されるような位相反転が生じることを明らかにした．光共振器の測定については低温環境下での測定が可能になるようにグレーティングカプラをもつ光導波路と結合した光共振器を作製した評価を行った．光学測定系を構築し，リング共振器とフォトニック結晶共振器について室温下での測定を行ったところQ値が10^5を超えるデバイスを作製できた．グレーティングカプラの周波数依存性や希釈冷凍機内での固定用接着剤による屈折率変化を明らかにして表面弾性波共振器との結合系実現のためのデバイス最適化を行なった．

最后一年，我们主要在稀释制冷机温度下评估声表面波谐振器，开发了会聚型声表面波谐振器，并构建和评估了光学谐振器的测量系统。使用稀释制冷机进行测量的目的是抑制表面声波谐振器中由电阻和声子-声子散射引起的损耗。事实上，与室温环境相比，使用压电体材料和压电薄膜材料的器件都表现出了Q值的提高，并实现了超过100 usc的寿命。会聚表面声波谐振器的目的是最小化谐振器的模式体积，以提高转换器的转换效率。会聚谐振器旨在模仿高斯光束模式，这是光学谐振器内部激光的本征态，但到目前为止，实际测量的谐振模式都是偶然的，例如基模和高阶模不同模式的组合。无法控制，设备设计策略不明确。通过系统地改变器件结构的各种参数，我们揭示了一种可以选择性地激发基模和高阶模的谐振器结构。我们还通过光学成像测量了模式分布，发现模式可以聚焦在波长尺度上，并且相位反转发生在高阶模式中，正如理论所预期的那样。关于光学谐振器测量，我们制造并评估了一个光学谐振器，该光学谐振器通过光栅耦合器耦合到光波导，以便能够在低温环境下进行测量。我们构建了光学测量系统，并在室温下对环形谐振器和光子晶体谐振器进行了测量，并能够制造出 Q 值超过 10^5 的器件。我们阐明了光栅耦合器的频率依赖性以及稀释制冷机内部固定粘合剂引起的折射率变化，并优化了器件以实现与表面声波谐振器的耦合系统。