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。

在这项研究中，我们的目标是控制高Q值光子晶体（PhC）谐振器的谐振Q值，以控制固体中光与物质之间的量子力学相互作用。到目前为止，我们通过结合PhC谐振器和微/纳米机械机构（MEMS/NEMS），成功地将Q值控制在3,500至14,000的宽范围内。通过该方法，可以抑制一直被视为问题的热量和剩余载流子的产生，并且认为可以在比现有的基于激光的控制方法更宽的范围内控制Q值。然而，这种利用PhC谐振器和波导之间的耦合的方法存在以下问题：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，阐明了 Q 值控制期间发生的波长变化的原因。从耦合模式方程的结果与数值分析的结果之间良好的一致性，我们确定谐振器模式的波长变化是由谐振器模式和波导模式之间的耦合引起的。我们还透露，通过在波导结构中使用PhC波导并改变波导模式色散，可以在不改变波长的情况下控制Q值。通过优化 PhC 波导中的波导色散，我们表明，当谐振器和波导之间的间距从 100 nm 更改为 200 nm 时，波长变化量可以减少到小于 0.1 pm。该研究成果可扩展Q值控制的PhC谐振器的可控性，被定位为光电子相互作用灵活控制的基础技术之一。