量子変換器ための微小モードフォノン－フォトン結合共振器の開発

量子转换器小模声子-光子耦合谐振器的研制

基本信息

批准号：
22K13987
负责人：
佐々木遼
金额：
$ 3万
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 Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

高効率な変換器を実現するためには，高いQ値を持ちながら音波と光が小さい領域で結合するような共振器の開発が必要となる．昨年度は以下のような課題について研究を行なった．（1）表面弾性波共振器の高Q値化と微小化：音波共振器として圧電薄膜を用いた表面弾性波共振器を作製し，100mK以下での測定を行ったところ室温環境下と比較してQ値の向上が観測された．この要因として電極の超伝導化による電気抵抗とフォノンーフォノン散乱由来のロスの抑制によるものであると明らかにした．また共振モードの微小化を達成するために光共振器のガウシアンビームを模倣した収束型の表面弾性波共振器を作製し実際にGHz領域の共振ピークを観測することに成功した．（2）光共振器の作製と評価：フォトニックリング共振器とフォトニッククリスタル共振器を音波共振器と結合可能な圧電薄膜上に作製し，その評価を行ったところリング共振器では10万オーダーのQ値が得られ，開発初期段階ながらも高い性能のデバイスが作ることができた．また光学系からチップへの光信号の導入には低温環境下での評価を見越してグレ-ティングカプラを採用し，その波長依存性などを調べた．（3）リング型フォノン共振器の作製と評価：表面弾性波共振器とは別の構造の音波共振器としてリング共振器の開発を行った．幅2um程度の導波路に基づく微小なリング共振機を作製し測定すると，2GHz程度のマイクロ波領域に共振器内を周回するモードの共振器ピークを観測することができた．

为了实现高效转换器，需要开发具有高Q值并允许声波和光在小区域内耦合的谐振器。去年，我们针对以下问题进行了研究。 (1)提高Q值并使表面声波谐振器小型化：制作了使用压电薄膜作为声波谐振器的表面声波谐振器，并在100mK以下的测量结果与室温下的测量相比有了改进。观察Q值。据了解，这是由于电极的超导性抑制了电阻以及声子-声子散射引起的损耗。此外，为了实现谐振模式的小型化，我们创建了模仿光学谐振器高斯光束的会聚表面声波谐振器，并成功地实际观测到了GHz区域的谐振峰值。 (2)光学谐振器的制作和评估：我们在压电薄膜上制作了可与声波谐振器耦合的光子环谐振器和光子晶体谐振器，并评估了它们的Q值。此外，为了在低温环境下进行评估，我们采用了光栅耦合器将光学系统的光信号引入芯片，并研究了其波长依赖性。 (3)环形声子谐振器的制作和评估：我们开发了一种环形谐振器作为声波谐振器，其结构与表面声波谐振器不同。当我们制造并测量基于宽度约为2um的波导的小型环形谐振器时，我们能够在约2GHz的微波区域观察到谐振器内部循环模式的谐振器峰值。