量子光物性研究部
高Q値フォトニック結晶微小光共振器は小さな入力光パワーで高い光子密度を実現することができるため、低エネルギーで動作する光スイッチ等への応用が期待されている[1]。線欠陥幅を局所的に変化させた構造を持つ図1(a)の電子顕微鏡写真に示す幅変化型微小光共振器を用いると、極めて高いQ値が得られることが分かっている[2]。点線で囲んでいる部分で線欠陥の幅にわずかに変化させており、その箇所にモードギャップ共振器が形成され光が局在化される。実際に共振器と共鳴する波長の光を入力導波路から入射させ、スラブ上面より光学顕微鏡にて像を観測すると図１(b)のように共振器部分に光が局在化していることが確認された。図1(c)に示すのが波長可変光源を用いて測定した透過スペクトルであり、極めて狭い1.3
pmの共鳴幅が得られた。この共鳴幅はQ値120万に対応する。スペクトル幅測定の精度を向上させるために、抑圧搬送波単側波帯発生器を用いてレーザの周波数を高精度に制御して透過スペクトルを測定した場合でもQ値120万を確認できた[3]。
一方、高Q値共振器の光子寿命は長いため直接時間領域でQ値計測を行うことが可能である。加えて、時間分解測定は共振器の動的な特性を調べるのに極めて有用な手法である。そこで我々は、リング・ダウン手法および時間相関単一光子計測法を組み合わせ、フォトニック結晶共振器の光蓄積特性を直接時間領域で評価した[4]。矩形波の光を共振器に入力して光を蓄積し、0
ｎsで入力光を突然切る。すると共振器に蓄積していた光が指数関数的に出力導波路側に漏れ出す。その漏れを時間分解計測し傾きを求めることで、光子寿命1.01
nsを得た[図２(a)]。時間分解法によるQ値測定の再現性および精度を確認し[5]、光子寿命がスペクトル領域測定から得たQ値120万と一致することを確認した。
また同様の共振器を用いてパルスの応答を測定したところ、パルス幅1.9 nsの入力に対して1.45
nsの遅延が得られることが確認された[図２(b)]。この値は誘電体中のスローライトとしては世界最小の群速度5.8
km/sに対応し、光物質相互作用の増強や微小な光遅延回路研究への展開が期待できる結果である。
[1] T. Tanabe, et al., Appl. Phys. Lett. 90 (2007) 031115.
[2]
E. Kuramochi, et al., Appl. Phys. Lett. 88 (2006) 041112.
[3]
T. Tanabe, et al., Electron. Lett. 43
(2007) 187.
[4] T. Tanabe, et al., Nat. Photonics 1 (2007) 49.
[5] T. Tanabe, et al., Opt. Express 15
(2007) 7816.
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