超高Q値微小光共振器を用いた二次元材料の非線形光学効果の発現

使用超高Q值微观光学谐振腔表达二维材料中的非线性光学效应

• 批准号: 22K14625
• 负责人: 藤井 瞬
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: Keio University
• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14625/
• 关键词: 微小光共振器; 二次元材料; 非線形光学変換; 高Q値微小光共振器; 非線形光学効果

光ファイバー先端にアーク放電によって超高Q値シリカ微小光共振器を作製した．その共振器表面に機械的剥離法によって得られた単層から三層程度の半導体二次元材料を精密な位置アライメントを行うことで転写することに成功した．また転写前後のQ値（光学損失）を実験的に評価することで，大きなQ値の劣化なく，表面上に二次元材料が転写されていることが確認できた．また，二次元材料から所望の形状，層数を見つけるために，自動ステージと光学顕微鏡からなる二次元材料自動検出システムの開発を進めた．二次元材料を転写したシリカ微小光共振器を光ナノファイバーを介して共鳴励起し，透過光を分光測定する必要があるため，ツェルニ・ターナー型分光器と冷却CCD検出器からなる高感度検出システムを構築した．これらの実験系を用いることで，微小光共振器と二次元材料の強い相互作用によって生成した微弱信号を高効率に検出，分光することが可能になった．励起連続光レーザーの波長を精密に制御し，光共振器の共鳴波長に合わせることで二次元材料由来の非線形光学効果が発生していることを実験的に観測した．これはシリカ材料で作製された微小光共振器のみでは決して実現しない現象であり，当初の狙い通りの結果が得られていることを確認できた．関連研究として，微小光共振器の共振波長を大きくチューニングするため，ペルチェ素子を用いた温度調整機構の開発にも取り組んだ．室温より30-40K高い温度まで連続的に共振波長が可変できることを実験的に実証し，マイクロ光コムとよばれる高繰り返し超短パルス光源への応用可能性を示すことにも成功した．また，光ナノファイバーと光共振モードの光結合効率に関する理論モデルを新たに提唱し，実験とよく一致することを確かめた．これらの成果は国際学術論文誌で発表を行った．

Optical fiber optic fiber The mechanical lift-off method of the resonator surface is successful in obtaining single-layer or three-layer semiconductor two-dimensional materials with precise position and position. Q value (optical loss) before and after writing is evaluated, and Q value is deteriorated greatly. On the surface, quadratic material is written. The second dimensional material is automatically detected by the optical microscope and the development of the second dimensional material is advanced. A two-dimensional material is used to make a micro-optical resonator. It is necessary to make a high-sensitivity optical resonator by means of optical resonance excitation. In this case, the micro-optical resonator and the strong interaction of the two-dimensional material generate weak signals and high efficiency signals. The wavelength of the excitation coupling light is precisely controlled, and the resonance wavelength of the optical resonator is precisely controlled. The origin of the nonlinear optical effect of the quadratic material is precisely measured. The phenomenon of micro-optical resonators fabricated from such materials is confirmed by the fact that the results of micro-optical resonators have been obtained. Related research shows that the resonant wavelength of micro-optical resonator is larger than that of micro-optical resonator. Room temperature: 30-40K High temperature: continuous resonance wavelength: variable: variable: The theory of optical resonance is new, and the theory of optical resonance is accurate. The results of the international academic papers were published in the journal.

项目成果

Versatile tuning of Kerr soliton microcombs in crystalline microresonators

• DOI: 10.1038/s42005-022-01118-4
• 发表时间: 2023-01-10
• 期刊: COMMUNICATIONS PHYSICS
• 影响因子: 5.5
• 作者: Fujii, Shun;Wada, Koshiro;Tanabe, Takasumi
• 通讯作者: Tanabe, Takasumi

Nonlinear frequency conversion in two-dimensional material integrated high-Q silica optical microresonators

二维材料集成高 Q 二氧化硅光学微谐振器中的非线性频率转换

• 发表时间: 2022
• 作者: S. Fujii;N. Fang;D. Yamashita;and Y. K. Kato
• 通讯作者: and Y. K. Kato

ソリトンマイクロコムの広範囲精密チューニング

孤子微梳的大范围精密调谐

• 发表时间: 2023
• 作者: Yu Boda;Naka Sadahito;Aoki Haruka;Kato Koichiro;Yamashita Daiki;Fujii Shun;Kato Yuichiro K.;Fujigaya Tsuyohiko;Shiraki Tomohiro;藤井瞬，和田幸四郎，菅野凌，熊崎基，木暮蒼真，加藤雄一郎，田邉孝純
• 通讯作者: 藤井瞬，和田幸四郎，菅野凌，熊崎基，木暮蒼真，加藤雄一郎，田邉孝純