Quantum State Generation of THz-Light and Exploration of Quantum Measurement Applications

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今年度は、斜周期分極反転ニオブ酸リチウム結晶を2つ用意し、2つの自発的パラメトリック過程を同時発生させ、第一結晶で発生したテラへルツ光子を第二結晶へ後進波パラメトリック位相整合条件を満たす角度で入射し、誘導性コヒーレンスに起因する量子干渉が観測できるかを検証する実験を行った。パッシブQスイッチマイクロチップNd:YAGレーザー（パルス幅約0.9 ns、パルスエネルギー0.5 mJ、波長1064.4 nm）を単一縦モードで発振させ、偏光ビームスプリッターにて2つのビームに分岐した後、第一の周期分極反転ニオブ酸リチウム結晶であるPPLN1（分極反転周期53um、傾斜角67度）と第二のPPLN2へ導く。PPLN1で発振したテラヘルツ波は、2枚のダイクロイックミラーを用いて反射されPPLN2に励起光と対向した形で入射した。PPLN2に入射する励起光とテラへルツ波はいずれもパルス幅約0.9nsであるため、励起光経路に設置した遅延ステージにより、両者の入射タイミングを正確に合わせる必要がある。また、PPLN1で発生するアイドラー光の波長と、PPLN2で発生するアイドラ光の波長が精度よく一致していないと、識別可能性により量子干渉が生じないと考えられる。さらに、テラへルツ波の理論回折限界とPPLN2結晶の厚さ（1mm）がほぼ等しいために、凸レンズを用いてテラへルツ波を十分集光し効率よくPPLN2へ結合させる事等も重要であると考えられ、これら全てに注力し最適化して実験を行ったが、量子干渉的なアイドラー光波形は観測できなかった。ニオブ酸リチウム結晶はテラへルツ光に対する減衰が大きく、量子デコヒーレンスが発生している可能性も大きく、引き続き様々な最適化をして検証実験を継続するが、テラへルツ光吸収の極めて少ないBiBO結晶などへの置き換えも検討する必要があると考えている。