導波型非線形光学デバイスによる光波の量子状態制御の基礎研究

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導波型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明らかにするため、理論解析とデバイス設計・作製および実験的検討を行い、以下のような具体的成果を得た。1.導波路と擬似位相整合構造を用いた光第2高調波発生(SHG)デバイス、縮退パラメトリック増幅器、縮退パラメトリック発振器による光波量子状態制御の理論解析を行った。解析には本グループがSHGデバイスに関して展開してきた量子論に基づく擾乱伝搬マトリクスを用いる手法を各種のパラメトリック過程に拡張し、出力光の量子状態とそのデバイスパラメータ依存性を明らかにした。進行波型および共振型の縮退パラメトリック増幅によるスクイズド真空状態および位相スクイズド光の発生、縮退パラメトリック反増幅による振幅スクイズ光の発生に関する定式化を行い、光第2高調波発生デバイスと位相シフタおよび縮退パラメトリック増幅器を同一導波路に集積することにより、小型で多機能な光波量子状態制御デバイスを構成できることを示した。2.量子状態制御用導波型疑似位相整合SHGデバイスを設計し、実際にLiNbO_3結晶に電圧パルス印加法で位相整合用分極反転構造を設け、プロトン交換法で光導波路を形成して作製し、その特性を改善した。新たな導波路形成法として気相プロトン交換法を提案・開発した。進行波型デバイスでは相互作用長を10mmに拡大した設計で記録的な規格化効率230%/Wを達成した。また共振器型では位相シフタを集積化することにより電気的に共振状態に同調できる機能を付加し、試作デバイスでその動作を実験的に確認した。3.量子状態制御の実験的評価のため、スクイジングスペクトルを測定できる平衡ホモダイン光検出系を構成し、低雑音半導体レーザを用いてその特性を評価して量子雑音評価のための基礎データを得た。