量子物性研究部
量子相関のある２つの光子対（エンタングル光子対）は、観測するまでは状態が未確定であるが、一方の光子の状態が測定により確定すれば、他方の光子の状態が一意に決定される、という特異な性質を有している。これを利用すると、光の量子的性質に基づく通信（例えば量子暗号通信）が可能となる。これまでエンタングル光子対を発生する方法としては、２次の光非線形効果によるパラメトリック下方変換が広く利用されているが、ファイバ通信系へ適用するには、（１）発生波長が短波長帯（＜1μm）に限られる、（２）バルク結晶を用いるためファイバへの結合効率が悪い、などの難点があった。
我々は、ファイバ通信系に適したエンタングル光子対の発生を念頭におき、ファイバ内の光パラメトリック増幅過程について研究している。光ファイバにポンプ光を入力すると、四光子混合過程により、ポンプ光の両側の波長帯にシグナル光とアイドラー光が発生する（図１）[1]。この２つの光子はエンタングル光子対としての性質を備えている。発生波長はファイバ通信に適した1.5μm帯であり、また発生光はそのままファイバ伝送系に適用可能である。
現在、ポンプ光とともに信号光をファイバに入力した光パラメトリック増幅器としての特性を調べている。これまでに、（１）入力信号光パワーの増加につれ出力信号光パワーはピークに達しその後減少に転じる、という通常の光増幅器では現れない特異な飽和特性の実証/理論計算（図２）[1]、（２）出力ピーク付近の動作領域（図２矢印）における光雑音抑圧効果/低雑音性の検証、（３）スペクトルホールバーニングの観測/機構解明、（４）光リミッタへの適用実験[2，3]を行い、超高速で動作する利得付き光機能回路へ応用可能な事を示してきた。今後、これらの結果を踏まえ、通信波長帯におけるエンタングル光子対の発生を目指す。
[1] K. Inoue and T. Mukai, Opt. Lett. 26 (2001) 10.
[2] K. Inoue, Electron. Lett. 36 (2000) 1016.
[3] K. Inoue, IEEE Photon. Technol. Lett. 13 (2001) 338.
|
|