Laser Focus World JAPAN　レーザーフォーカスワールドジャパン

December 26, 2013, Gaithersburg/Pasadena--米国標準技術局(NIST)の研究チームは、シリコンベースのプラットフォームでナノ製造した導波路を用いて周波数変換インタフェースを開発した。これは、量子ドットの光遷移波長、自然発生的な原子、通信波長帯との変換に利用する。
光周波数変換は、古典的および量子情報処理の両方の用途で重要なリソースとなる。ここでは、特定の作業で適切に動作するが、波長が異なるシステムのコンポーネントをリンクすることができる。
今回、研究チームは、1000nm以下の近赤外波長と1550nm通信波長帯にフォーカスした。近赤外では半導体量子ドットや中性アルカリ原子のような系の光遷移が起こる、また1550nm帯は光ファイバを光が伝搬する際に最も損失が低い帯域。このインタフェース開発のために研究チームは以前の成果を基盤にした。以前の成果では、4波混合ブラッグ散乱という低雑音周波数変換プロセスを、シリコン基板上に作製したSiN導波路で実現した。この成果は、数nmの範囲で変換効率数％の変換にフォーカスしたものだったが、今回研究チームは変換領域を約600nm拡大した。この改善は4波混合過程の性質によって可能になるものである。この場合、2つの励起領域、入力信号、変換された信号が再配置されるが、エネルギーと運動量保存条件は維持される。
研究チームは、この過程の双方向性(信号は980nmから1550nmへ、その逆の変換も可能)を実証した。さらに、637nm(ダイヤモンドの窒素欠陥中心の特徴)の光と1550nm帯とをつなぐデザインも開発した。
今後、形状を最適化し共振器を使用することでこのデバイスの変換効率レベルを大幅に改善することに注力する。