ナノ光ファイバーの偏光におけるカイラリティを解明 光ファイバーでつながる量子ネットワーク技術

ナノ光ファイバーの偏光におけるカイラリティを解明光ファイバーでつながる量子ネットワーク技術

2017年12月20日 11:00

発表のポイント

非常に細い光ファイバー(ナノ光ファイバー) における偏光と光の方向性との関係（カイラリティ）を詳細に計測することに成功した。
この特性を用いると、ナノ光ファイバーにおける光子の方向性を制御することができ、将来の量子ネットワーク技术への応用が期待される。

概要

　东北大学电気通信研究所のマーク?サッドグローブ准教授、菅原大和大学院生、叁森康义准教授、枝松圭一教授らの研究グループは、ナノ光ファイバーと呼ばれる非常に细い光ファイバーにおける光の进行方向と偏光とが结合したカイラリティの性质を明らかにすることに成功しました。このようなカイラリティをもつ光ファイバーは、将来の量子光通信ネットワークにおいて重要な働きをするものと期待されます。

　カイラリティ（キラリティとも呼ばれる）とは自然界においてごく普通に见られる特性で、例えば私たちの右手と左手などのように、自身とその镜像とが同一物とはならない形态のことです。このような身近な例ばかりではなく、分子、光、素粒子など、自然界のあらゆるスケールにおいてこのようなカイラリティの例を见つけることができます。

　近年、ナノ光ファイバーと呼ばれる非常に细い光ファイバーが开発され、その中を伝搬する光においては、カイラリティが重要な役割をもつことが指摘されています。特に、ナノ光ファイバーの近傍で発生した光が右回りあるいは左回りのどちらの偏光をもつかによって、光ファイバーのどちら侧へ伝搬していくかが决定される现象が発见され、たいへん注目されています。ナノ光ファイバーの持つこのような性质を用いると、送信者から受信者へ向けて送信方向を确定した単一の光子を送ることができるため、将来の量子光ネットワークにおいて重要になると考えられています。

　今回、东北大学の研究グループは、ヒトの毛髪よりも200倍程度细いナノ光ファイバーを作製してその表面に金のナノ粒子を付着し、金ナノ粒子を「光アンテナ」として用いて、外部のレーザー光をナノ光ファイバーに导入しました。このような细いナノ光ファイバーにおいては、自由空间の光とは异なる特殊な偏光の伝搬状态が存在し、それによるカイラリティが実现されます。実験では、入力するレーザー光の偏光状态を様々に変化させ、ナノ光ファイバーに导入された光がファイバーのどちら侧へ伝搬していくかを精密に测定しました。そして、任意の偏光状态に対する伝搬の方向性、すなわちカイラリティの完全なマッピングに初めて成功しました。

　サッドグローブ准教授は「ナノ光ファイバーにおけるカイラリティは数年前に発见されましたが、我々はその特性を完全に明らかにしたかったのです。ナノ光ファイバーは、将来の量子光通信ネットワークにおいて重要な働きをするものと期待されます。だからこそ、その特性を（例えば电気回路の部品の特性のように）完全に明らかにすることはとても重要なことなのです。」と话しています。

　この成果は、英国オンライン科学誌Scientific Reports誌に12月6日（英国時間）に掲載されました。

论文情报
"Polarization response and scaling law of chirality for a nanofibre optical interface"
（ナノ光ファイバーを用いた光インターフェースのカイラリティの偏光応答とスケーリング则）
Mark Sadgrove Masakazu Sugawara, Yasuyoshi Mitsumori and Keiichi Edamatsu
Scientific Reports（Nature Publishing Group） 7, 17085;
诲辞颈:10.1038/蝉41598-017-17133-3（2017）