光波の量子状態制御のための導波型擬似位相整合非線形光学デバイスの研究

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導波型疑似位相整合非線形光学デバイスによる光波量子状態制御の可能性と問題点を解明・実証するため、理論解析を行うとともに、実際のデバイス作製と実験的検討を行い、以下の成果を得た。(1)進行波型と共振器型の光第2高調波発生デバイスなど各種の導波型非線形光学デバイスによる光波量子状態制御の理論解析を行った。非線形光学結合を量子論的に取扱い、光波振幅演算子の変化と出力光の量子雑音スペクトルを計算する一般的手法を確立した。この手法でスクイズド光発生の特性を計算し、各種デバイス間の比較検討を行った。進行波型で基本波で顕著なスクイジング効果が期待できること、共振器型では低パワーで基本波・高調波ともにスクイジング効果が得られることなど、各導波型デバイスの特徴と利点が明らかになった。また、量子状態制御の基本的な理論性能に関する数値データとデバイス設計上の多くの知見を得た。(2)光波量子状態制御のための導波型疑似位相整合SHGデバイスの設計と作製を行った。導波路材料としてLiNbO_3を用い、疑似位相整合のための分極反転構造を電圧パルス印加法で形成した後、導波路をプロトン交換/アニーリングで作製した。分極反転構造の品質の改善により非線形相互作用の増大を図った。その結果、進行波型デバイスでこれまでのトップデータである150%/WのSHG規格化変換効率を達成した。また更に高効率化を図るため相互作用長の拡大について検討を行い長尺分極反転構造の作製などの要素技術を確立した。(3)進行波型デバイスの導波路両端面に誘電体多層膜からなる反射器を付加することにより、共振器型のデバイスを作製し、位相整合同調特性や共振器同調特性、SHG変換効率などの基礎特性を評価した。その結果、進行波型デバイスに比べて約8倍のSHG変換効率の拡大が実験的に達成できた。