SiCフォトニックナノ共振器を用いた高度な光制御の研究

SiC中のカラーセンターは、単一光子源やスピンフォトンインターフェースの実現に有望な量子発光体である。その中でも、ミリ秒単位の長いスピンコヒーレンスタイムを持つV2センターは非常に魅力的である。このV2カラーセンターは、通常のSiC基板ではc軸方向に双極子モーメントを持ち、917nmでゼロフォノン遷移を示すため、その自然放出や光による操作を増強するためには、917nmで動作するTM偏光のナノ共振器必要となる。これについては昨年度、2次元ロッド型PC層とホール型PC層からなるTE/TMの両偏光にフォトニックバンドギャップ(PBG)を有する2層フォトニック結晶(PC)スラブを用いることで実現可能であることを理論的に示した。また本年度は、この2層PCを作製するために、まずロッドを形成し、次にロッド層の下にホールを形成する2段階のエッチング方法を考案した。これによりSiCスラブに構造を作製し、白色光源（0.45～2μm）を用いて917nm付近のTEおよびTMのPBGを観察することに成功した。また、この2層PCに線欠陥導波路と光ナノ共振器を形成し、白色光源を用いて局在モードの探索を行ったが、白色光源では様々な波長の光が激しく散乱するため、モードを見つけることができなかった。そこでまず帯域の広い波長可変レーザーが使用できる光通信帯域で、本構造の導波路と共振器の動作をまず確認することを目指して、約2倍の大きさに構造を設計し直したうえで、2段階エッチング法に調整を加えることで、バルクSiC基板にこれを形成することに成功した。また、共振波長調整のためのマイクロヒータの作製条件を検討し、その形成に成功した。

SiC中のカラーセンターは、単一光子源やスピンフォトンインターフェースの実現に有望な量子発光体である。その中でも、ミリ秒単位の長いスピンコヒーレンスタイムを持つV2センターは非常に魅力的である。このV2カラーセンターは、通常のSiC基板ではc軸方向に双極子モーメントを持ち、917nmでゼロフォノン遷移を示すため、その自然放出や光による操作を増強するためには、917nmで動作するTM偏光のナノ共振器必要となる。これについては昨年度、2次元ロッド型PC層とホール型PC層からなるTE/TMの両偏光にフォトニックバンドギャップ(PBG)を有する2層フォトニック結晶(PC)スラブを用いることで実現可能であることを理論的に示した。また本年度は、この2層PCを作製するために、まずロッドを形成し、次にロッド層の下にホールを形成する2段階のエッチング方法を考案した。これによりSiCスラブに構造を作製し、白色光源（0.45～2μm）を用いて917nm付近のTEおよびTMのPBGを観察することに成功した。また、この2層PCに線欠陥導波路と光ナノ共振器を形成し、白色光源を用いて局在モードの探索を行ったが、白色光源では様々な波長の光が激しく散乱するため、モードを見つけることができなかった。そこでまず帯域の広い波長可変レーザーが使用できる光通信帯域で、本構造の導波路と共振器の動作をまず確認することを目指して、約2倍の大きさに構造を設計し直したうえで、2段階エッチング法に調整を加えることで、バルクSiC基板にこれを形成することに成功した。また、共振波長調整のためのマイクロヒータの作製条件を検討し、その形成に成功した。