Research Abstract

量子ドット-共振器共鳴結合系を用いた1,550 nm通信波長帯で初めてのPurcell増強単一光子光源

Fast Purcell-enhanced single photon source in 1,550-nm telecom band from a resonant quantum dot-cavity coupling

2012年3月19日 Scientific Reports 2 : 321 doi: 10.1038/srep00321

ナノ共振器を用いた1,550 nm通信波長帯の高ビットレートの単一光子光源は、光ファイバーを用いた長距離量子通信ネットワークの実現に向けた重要な研究ターゲットである。今回我々は、1,550 nm通信波長帯における非常に高速な単一光子光源の開発について報告する。この素子の動作は、単一InAs量子ドットとInPフォトニック結晶ナノ共振器の結合の結果生じたPurcell増強によって実現されている。共鳴条件下では、自然放出光の発生レートは5倍に増強され、その結果1,550 nmで0.2 nsという記録的に速い発光寿命が得られた。さらに我々は、この発光が明瞭なアンチバンチングディップを示し、単一光子発生であることを実証した。この結果は、1,550 nm通信波長帯においてナノ共振器増強単一光子光源を初めて実現したものである。したがって、この通信波長帯の量子ドット-共振器結合系によって実現される非古典的な輝度の高い高ビットレート単一光子源によって、光ファイバーをベースとした長距離量子通信システムを開発する魅力的な新しい可能性が開かれた。

Muhammad Danang Birowosuto1, 角倉 久史1, 松尾 慎治2, 谷山 秀昭1, Peter J. van Veldhoven3, Richard Nötzel3,4 & 納富 雅也1

  1. NTT物性科学基礎研究所
  2. NTTフォトニクス研究所
  3. COBRA研究所(オランダ)
  4. 現在の所属:光電子工学・マイクロテクノロジー研究所(スペイン)
High-bit-rate nanocavity-based single photon sources in the 1,550-nm telecom band are challenges facing the development of fibre-based long-haul quantum communication networks. Here we report a very fast single photon source in the 1,550-nm telecom band, which is achieved by a large Purcell enhancement that results from the coupling of a single InAs quantum dot and an InP photonic crystal nanocavity. At a resonance, the spontaneous emission rate was enhanced by a factor of 5 resulting a record fast emission lifetime of 0.2 ns at 1,550 nm. We also demonstrate that this emission exhibits an enhanced anti-bunching dip. This is the first realization of nanocavity-enhanced single photon emitters in the 1,550-nm telecom band. This coupled quantum dot cavity system in the telecom band thus provides a bright high-bit-rate non-classical single photon source that offers appealing novel opportunities for the development of a long-haul quantum telecommunication system via optical fibres.