JP3875980B2 - 単一光子生成装置 - Google Patents
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Description
E.Waks et.al., Nature 420, 762(2002). C.Santori et.al., Phys. Rev. Lett. 86, 1502(2001). A.Imamoglu et.al., Phys. Rev. Lett. 72, 210(1994).
以上に説明したように、従来では、実用的な単一光子発生素子が実現されていない。
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、実用的な単一光子生成装置を提供することを目的とする。
従って、流した電流に相当する数の光子の発生が、周波数fで変調されたpn接合の状態に対応して起こるようになる。
図1は、本発明の実施の形態における単一光子生成装置の構成例を示す平面図(a),断面図(b),(c)である。
図1に示す装置は、図1(a)に示すように、GaAsからなる基板101に形成されたp形領域111とn形領域112を備える。
また、基板101の上には、pn接合部113に体して表面弾性波を与えるトランスデューサ116が設けられている。トランスデューサ116は、周波数fの表面弾性波をpn接合部113に対して作用させ、pn接合部113の状態を周波数fで変調する状態変調手段である。なお、周波数fによるpn接合部の状態の変調については、後述する。
上述した変調により、図1に示す単一光子生成装置によれば、周波数fに同期して規則正しく光子が発生するようになる。
pn接合部に順方向の電流を流すと、接合部における電子,正孔の再結合に対応して光子が発生する。品質のよいpn接合部では、一対の電子,正孔が再結合するたびに、光子1個が発生することが期待される。
pn接合部を定電流「I=fe(eは素電荷)」で駆動した場合、流した電流に相当する数の光子の発生が期待されるが、電子,正孔は自由に流れるため、図3(a)に示すように、再結合(光子の発生)はランダムに生じる。
図1に示す単一光子生成装置では、pn接合部113に流す電流は基本的に直流であり、表面弾性波の発生手段であるトランスデューサ116は、pn接合部113から十分に離れた基板101の上に設置できる。従って、トランスデューサ116に加える高周波の信号が、pn接合部113に悪影響を与えることがない。
なお、図1では、表面弾性波をpn接合部113に対して斜めの方向から照射するようにしたが、pn接合部113のバンド構造などの変調は、いずれの方向からも可能であり、pn接合部113の状況により、他の角度から照射するようにしてもよい。
例えば、直接遷移型の半導体に、p形の領域とn形の領域とを形成し、これらp形領域とn形領域とによりpn接合部が形成されればよい。また、p形の半導体とn形の半導体とを接触させることで、pn接合部が形成されているようにしてもよい。
例えば、pn接合部に、周期的にマイクロ波を照射することでpn接合部の状態を変調することで、規則正しく光子を発生させることが可能となる。マイクロ波の照射により、キャリアのエネルギーが増加し、pn接合部の状態が変調される。この場合、マイクロ波が周期的に照射されたときに、pn接合部に「I=fe」の電流が流れる状態となるように、pn接合部に加えるバイアス電圧の値を制御する。
Claims (2)
- 基板の上に形成された半導体から構成されたp形領域と、
前記基板の上に形成された半導体から構成されたn形領域と、
前記p形領域とn形領域とにより形成されたpn接合部と、
前記pn接合部の状態を周波数fで変調する状態変調手段と
を少なくとも備え、
前記pn接合部は、前記fに素電荷を乗じた値の順方向電流が流される
ことを特徴とする単一光子生成装置。 - 請求項1記載の単一光子生成装置において、
前記状態変調手段は、前記pn接合部に前記周波数fの表面弾性波を与えるトランスデューサであり、
前記pn接合部の寸法は、前記表面弾性波の波長より小さい
ことを特徴とする単一光子生成装置。
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