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光学:微小共振器レーザーの個々の光子放出事象間の相関の直接観測

Nature 460, 7252 doi: 10.1038/nature08126

レーザーは、コヒーレントな光放出として知られており、その開始は光子統計の変化に反映される。半導体レーザーの個々の光子放出事象における相関の直接測定は、長年にわたって試みられてきた。以前は、発振閾値以下でのこのような相関の時間的減衰がかなり速かったため、使用されたハンベリー・ブラウン/トゥイス測定装置の時間分解能では測定できなかった。今回我々は、この限界を克服し、個々の光子の到着時間を記録するストリークカメラを用いた測定手法を実証する。この手法によって、個々の光子放出イベント間の相関の動的変化を調べることが可能となる。今回の研究結果を、活性材料として半導体量子ドットをもち、共振器量子電気力学の領域で動作するマイクロピラーレーザーに応用した。低い共振器Q値をもつレーザー共振器の場合、ポンピングが増すのに伴って、光子バンチングから無相関放出への滑らかな移行が観測される。高Q共振器の場合、量子発光が起こりうる閾値付近で、非単調な依存性が観測される。動的な光子アンチバンチング領域が確認されたが、これは半導体特異的な効果を含む微視的理論の予測と一致している。

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