固体ナノ共振器中の光電子相互作用のNEMS制御と量子情報素子への応用

固态纳米腔光电子相互作用的NEMS控制及其在量子信息器件中的应用

基本信息

批准号：
12J08484
负责人：
太田竜一
金额：
$ 1.15万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2012
资助国家：
日本
起止时间：
2012 至 2013
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12J08484/
关键词：
フォトニック結晶 Q値制御 MEMS/NEMS MEMS

项目摘要

本研究では固体中における光と物質の量子力学相互作用を制御するため高Q値フォトニック結晶(PhC)共振器の共振Q値制御を目的にしている。これまでにPhC共振器とマイクロ・ナノメカニカル機構(MEMS/NEMS)を組み合わせることでQ値3,500から14,000という広範囲なQ値制御に成功している。本手法ではこれまで問題視されてきた熱と余剰キャリアの生成を抑えることが可能であり、既存のレーザーを用いた制御手法に比べ広範囲な領域にわたるQ値制御が可能であると考えられる。しかし、PhC共振器と導波路の結合を利用する本手法では、Q値制御の際に共振波長の変化が生じる問題であった。本年度は結合モード方程式に基づく数値解析を行うことでQ値制御の際に生じる波長変化の原因を明らかにした。結合モード方程式による結果と数値解析による結果との良い一致から、共振器モードの波長変化が共振器モードと導波路モードとの結合によって生じていることを特定した。また導波路構造にPhC導波路を用いて導波路モード分散を変化させることにより、波長変化の生じないQ値制御が可能であることを明らかにした。PhC導波路において導波路分散を最適化することによって、共振器と導波路の間隔を100nmから200nmに変化する際に波長変化量を0.1pm以下に低減できることを示した。本研究成果はQ値制御PhC共振器の制御性を拡張することが可能であり、光電子相互作用の自在な制御へ向けた基盤技術の一つと位置づけられる。

这项研究旨在控制高Q光子晶体（PHC）谐振器的共振Q值，以控制固态中光与物质的量子机械相互作用。到目前为止，通过将PHC谐振器和微型机电机理（MEMS/NEMS）相结合，它已经成功地控制了Q值的Q值在3500至14,000的范围内。该方法可以抑制直到现在被认为是问题的热量和多余的载体的产生，并且被认为可以比现有激光控制方法在更广泛的区域上控制Q值。但是，这种利用PHC谐振和波导的耦合的方法一直是一个问题，即在控制Q值时谐振波长会发生变化。今年，我们通过基于耦合模式方程进行数值分析，研究了Q值控制过程中波长变化的原因。从耦合模式方程的结果与数值分析的结果之间的良好一致性，可以确定谐振器模式的波长变化是由谐振器模式和波导模式的耦合引起的。还揭示了通过使用波导结构中的PHC波导更改波导模式分散，Q值控制而不会引起波长变化。已经表明，通过优化PHC波导中的波导分散体，当谐振器和波导之间的间距从100 nm更改为200 nm时，波长的变化量可以减少到0.1 pm或更少。这项研究发现可以扩展Q值控制的PHC共振器的可控性，并被定位为旨在自由控制光电相互作用的基本技术之一。