JP4709976B2 - Coherent light control method and coherent light control device - Google Patents
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Description
本発明は、コヒーレント光制御方法及びコヒーレント光制御装置に係り、特に、位相緩和時間に制限されない新しいコヒーレント光制御方法及びコヒーレント光制御装置に関する。 The present invention relates to a coherent light control method and a coherent light control device, and more particularly to a new coherent light control method and a coherent light control device that are not limited by the phase relaxation time.
光波が本来もっている超高速性と並列性を生かした光情報処理技術の実現は、従来の電子技術による情報処理と比べ応答速度や扱う情報量などの情報処理能力を格段に向上させる。
この光情報処理の分野において一つの課題である高速応答を実現するための光波側の制御技術として、励起子のコヒーレント光制御法がある（非特許文献１参照）。以下に、この励起子のコヒーレント光制御法について説明する。
一般に、レーザー光源からのコヒーレント光パルスによって半導体などの物質を光励起した場合、この第１光パルスによって生成された励起子には光周波数と同一のコヒーレントな分極振動（コヒーレンス）が誘起される。この分極振動が継続している間に第１の光パルスと位相同期した第２の光パルスを照射することによって半導体中の励起子数を自由に制御する方法が励起子の「コヒーレント光制御法」である。第２パルスの位相が第１パルスと同位相のときは励起子数が増加し、逆位相のときは励起子数を減少させることができる。この分極振動が持続している時間を「位相緩和時間」（後述）と呼び、この位相緩和時間の間であればこのような励起子のコヒーレント光制御が可能となる。
The realization of optical information processing technology that makes use of the ultra-high speed and parallelism inherent to light waves significantly improves information processing capabilities such as response speed and the amount of information handled compared to information processing using conventional electronic technology.
In the field of optical information processing, there is a coherent light control method for excitons as a light wave side control technique for realizing high-speed response, which is one problem (see Non-Patent Document 1). Hereinafter, a method for controlling the coherent light of the exciton will be described.
In general, when a substance such as a semiconductor is optically excited by a coherent light pulse from a laser light source, a coherent polarization oscillation (coherence) identical to the optical frequency is induced in the excitons generated by the first light pulse. A method of freely controlling the number of excitons in a semiconductor by irradiating a second light pulse that is phase-synchronized with the first light pulse while this polarization oscillation continues is a “coherent light control method of excitons”. Is. When the phase of the second pulse is the same as that of the first pulse, the number of excitons can be increased, and when the phase is opposite, the number of excitons can be decreased. The time during which this polarization oscillation continues is called a “phase relaxation time” (described later), and during this phase relaxation time, such coherent light control of excitons becomes possible.
一般的に半導体を光励起して励起子を生成すると、励起子の寿命すなわち「エネルギー緩和時間」（後述）は数１００ｐｓであり、光演算の実行を考えたとき、この励起子が存在する間の時間は次の演算が出来ないとされてきた。しかしコヒーレント光制御法を適用することによって強制的に励起子を消滅させることができるため、エネルギー緩和時間の制約を打ち破り、演算操作を行なうことができるようになる。
ただし、励起子のコヒーレント光制御は位相緩和時間内に行なう必要があり、この時間が短い物質および環境下では励起子数の制御は極めて困難となる。位相緩和時間は光学スペクトルの均一幅の逆数で定義される時間であり、均一幅が狭いほど位相緩和時間は長くなるので、均一幅が狭い系がコヒーレント光制御には適している。その点において、単一の原子や分子は理想的であり、ほぼ究極の系となり得る。しかしながら、光学素子などの将来的な応用を考えた場合、設計の自由度や集積度を考慮すれば半導体量子ナノ構造体のような固体量子系が有利である。とりわけ、三次元的な量子閉じ込め効果に起因する状態の完全な離散化によって原子様スペクトルを示す半導体量子ドットはコヒーレント光制御を行なう絶好の系となり得る。また光との相互作用が大きい点からも今後の光学素子としての応用が期待され研究開発が盛んに行なわれている。
In general, when excitons are generated by photoexcitation of a semiconductor, the lifetime of the excitons, that is, “energy relaxation time” (described later) is several hundreds ps. It has been said that time cannot perform the next calculation. However, by applying the coherent light control method, the exciton can be forcibly extinguished, so that it is possible to overcome the limitation of the energy relaxation time and perform an arithmetic operation.
However, the coherent light control of excitons needs to be performed within the phase relaxation time, and the control of the number of excitons becomes extremely difficult under a substance and environment where this time is short. The phase relaxation time is a time defined by the reciprocal of the uniform width of the optical spectrum. The narrower the uniform width, the longer the phase relaxation time. Therefore, a system with a narrow uniform width is suitable for coherent light control. In that respect, a single atom or molecule is ideal and can be a nearly ultimate system. However, when considering future applications such as optical elements, solid quantum systems such as semiconductor quantum nanostructures are advantageous in view of the degree of design freedom and integration. In particular, a semiconductor quantum dot that exhibits an atom-like spectrum by completely discretizing a state caused by a three-dimensional quantum confinement effect can be a perfect system for performing coherent light control. In addition, because of its large interaction with light, it is expected to be applied as an optical element in the future, and research and development are actively conducted.
しかしながら、半導体量子ドットを用いた新しい光学素子の実現にはいくつかの課題がある。以下にその課題を挙げる。
（１） コヒーレント光制御法を用いて光演算素子などの新しい固体素子の実現を考えた場合、単一量子ドットのみでは十分な光信号強度が取れないので、量子ドットを集合体として利用する必要がある。しかし現実の量子ドット集合体の場合、個々の量子ドットのサイズにばらつきがあるため、それぞれの量子ドットは非常に狭い均一幅を示すにもかかわらず、サイズのばらつきを反映した広い不均一広がりが存在する。このような不均一広がりのある系では光励起によって、各分極はコヒーレントに振動し始めるがそれぞれが異なる周波数をもつためにその不均一幅の逆数で定義される時間で相互に打ち消しあい巨視的な分極は極めて早い時間で消失する。単一量子ドットの場合、位相緩和時間が１００ｐｓ程度であれば位相同期した１００ｆｓ光パルス対を用いればコヒーレンスが消失する前に励起子数を制御できるが、このような広い不均一幅を有する量子ドット集合体の場合、瞬時にコヒーレンスが消失するため従来のコヒーレント光制御法の適用は極めて困難となる。
However, realization of a new optical element using semiconductor quantum dots has several problems. The issues are listed below.
(1) Considering the realization of a new solid state device such as an optical arithmetic device using the coherent light control method, it is necessary to use quantum dots as an aggregate because only a single quantum dot cannot provide sufficient optical signal intensity. There is. However, in the case of an actual quantum dot assembly, the size of individual quantum dots varies, and each quantum dot exhibits a very narrow uniform width, but has a wide non-uniform spread reflecting the size variation. Exists. In such a system with inhomogeneous spread, each polarization begins to oscillate coherently due to optical excitation, but each has a different frequency, so that they cancel each other out in a time defined by the reciprocal of the inhomogeneous width, and thus macroscopic polarization. Disappears very quickly. In the case of a single quantum dot, if the phase relaxation time is about 100 ps, the number of excitons can be controlled before the coherence disappears by using a phase-synchronized 100 fs optical pulse pair. In the case of a dot aggregate, since coherence disappears instantaneously, it is extremely difficult to apply the conventional coherent light control method.
（２） 通常、半導体など固体物質を対象とした光学測定は１０Ｋ以下の極低温下で行なわれる。一方、固体素子化を視野に入れた場合、なるべく室温に近い高温下における動作が要求される。しかし、環境温度が上昇するにつれて位相緩和時間は短くなるため、１０Ｋ以下のような極低温以外でのコヒーレント光制御の適用は困難となる。
本発明は、以上の点に鑑み、パルス面積を考慮した超短光パルス対を用いることによって、固体材料固有の位相緩和時間に依存せず励起子分布数の制御が可能なコヒーレント光制御方法及びコヒーレント光制御装置を提供することを目的とする。
本発明は、量子ドット集合体のような不均一系や常温に近い温度領域においても適用可能な新しいコヒーレント光制御方法及びコヒーレント光制御装置を提供することを目的とする。
(2) Usually, optical measurements on solid materials such as semiconductors are performed at an extremely low temperature of 10K or less. On the other hand, when solid-state devices are considered, operation at a high temperature as close to room temperature as possible is required. However, since the phase relaxation time becomes shorter as the environmental temperature rises, it becomes difficult to apply coherent light control at a temperature other than an extremely low temperature such as 10K or less.
In view of the above points, the present invention provides a coherent light control method capable of controlling the number of exciton distributions without depending on the phase relaxation time inherent to a solid material by using an ultrashort optical pulse pair in consideration of the pulse area, and An object is to provide a coherent light control device.
An object of the present invention is to provide a new coherent light control method and a coherent light control device that can be applied even in a heterogeneous system such as a quantum dot assembly or in a temperature range close to room temperature.
本発明の第１の解決手段によると、
パルスレーザから出力されたコヒーレントな第１光パルスと、パルスレーザから出力されて前記第１光パルスと位相同期した第２光パルスのそれぞれの光パルス面積をπ又は実質的にπとして、前記第１光パルスと前記第２光パルスとの時間間隔を、
媒質の位相緩和時間以上且つエネルギー緩和時間以内として量子ドット集合体またはそれ以外の半導体媒質に照射すること
により、ブロッホベクトルを１８０°回転させ、
前記第１光パルスによって前記媒質中に励起子を生成し、
前記第２光パルスによって前記励起子を強制的に初期状態に戻すようにした
コヒーレント光制御方法が提供される。
According to the first solution of the present invention,
The optical pulse area of each of the coherent first optical pulse output from the pulse laser and the second optical pulse output from the pulse laser and phase-synchronized with the first optical pulse is defined as π or substantially π . The time interval between one light pulse and the second light pulse is
By irradiating the quantum dot aggregate or other semiconductor medium within a phase relaxation time of the medium and within an energy relaxation time , the Bloch vector is rotated by 180 °,
Generating excitons in the medium by the first light pulse;
A coherent light control method is provided in which the exciton is forcibly returned to an initial state by the second light pulse.
本発明の第２の解決手段によると、
光パルスを出力するパルスレーザーと、
前記パルスレーザーからの光パルスに対して、光パルス面積がπ又は実質的にπとなるように制御する光コントローラーと、
前記光コントローラーから出力された光パルスを２つの光路に分け、一方の光路の第１光パルスと他方の光路の第２光パルスとの間に時間遅延をつけ、前記第１及び第２の光パルスを媒質に照射するパルス間隔設定部と
を備え、
前記パルスレーザから出力されたコヒーレントな第１光パルスと、前記パルスレーザから出力されて前記第１光パルスと位相同期した第２光パルスのそれぞれの光パルス面積をπ又は実質的にπとして、前記第１光パルスと前記第２光パルスとの時間間隔を、
媒質の位相緩和時間以上且つエネルギー緩和時間以内として量子ドット集合体またはそれ以外の半導体媒質に照射すること
により、ブロッホベクトルを１８０°回転させ、
前記第１光パルスによって前記媒質中に励起子を生成し、
前記第２光パルスによって前記励起子を強制的に初期状態に戻すようにした
コヒーレント光制御装置が提供される。
According to the second solution of the present invention,
A pulse laser that outputs light pulses;
An optical controller that controls the optical pulse area to be π or substantially π with respect to the optical pulse from the pulse laser;
The optical pulse output from the optical controller is divided into two optical paths, a time delay is added between the first optical pulse in one optical path and the second optical pulse in the other optical path, and the first and second light A pulse interval setting unit for irradiating the medium with a pulse,
The optical pulse area of each of the coherent first optical pulse output from the pulse laser and the second optical pulse output from the pulse laser and phase-synchronized with the first optical pulse is π or substantially π, A time interval between the first light pulse and the second light pulse,
By irradiating the quantum dot aggregate or other semiconductor medium within a phase relaxation time of the medium and within an energy relaxation time , the Bloch vector is rotated by 180 °,
Generating excitons in the medium by the first light pulse;
A coherent light control device is provided in which the exciton is forcibly returned to an initial state by the second light pulse.
本発明の第３の解決手段によると、
光パルスを出力する第１及び第２のパルスレーザーと、
前記第１及び第２の光パルスレーザーからの光パルスに対して、光パルス面積がπ又は実質的にπとなるように制御する第１及び第２の光コントローラーと、
前記第１の光コントローラーから出力される第１光パルスと、前記第２の光コントローラから出力される第２光パルスとの間に時間遅延をつけ、前記第１及び第２の光パルスを媒質に照射するためのパルス間隔設定部と
を備え、
前記第１のパルスレーザから出力されたコヒーレントな第１光パルスと、前記第２のパルスレーザから出力されて前記第１光パルスと位相同期した第２光パルスのそれぞれの光パルス面積をπ又は実質的にπとして、前記第１光パルスと前記第２光パルスとの時間間隔を、
媒質の位相緩和時間以上且つエネルギー緩和時間以内として量子ドット集合体またはそれ以外の半導体媒質に照射すること
により、ブロッホベクトルを１８０°回転させ、
前記第１光パルスによって前記媒質中に励起子を生成し、
前記第２光パルスによって前記励起子を強制的に初期状態に戻すようにした
コヒーレント光制御装置が提供される。
According to the third solution of the present invention,
First and second pulse lasers for outputting optical pulses;
First and second light controllers that control the light pulse area to be π or substantially π with respect to the light pulses from the first and second light pulse lasers;
A time delay is provided between the first optical pulse output from the first optical controller and the second optical pulse output from the second optical controller, and the first and second optical pulses are used as a medium. A pulse interval setting unit for irradiating
The optical pulse areas of the coherent first optical pulse output from the first pulse laser and the second optical pulse output from the second pulse laser and phase-synchronized with the first optical pulse are π or Substantially π , the time interval between the first light pulse and the second light pulse is
By irradiating the quantum dot aggregate or other semiconductor medium within a phase relaxation time of the medium and within an energy relaxation time , the Bloch vector is rotated by 180 °,
Generating excitons in the medium by the first light pulse;
A coherent light control device is provided in which the exciton is forcibly returned to an initial state by the second light pulse.
本発明によると、位相緩和時間に制限されることなく、高速応答（例えば、１ｐｓ程度）の実現により高繰り返しスイッチングや光演算が可能な新しいコヒーレント光制御方法及びコヒーレント光制御装置を提供することができる。
また、本発明によると、固体素子化に有利である量子ドット集合体のような不均一系、さらにより室温に近い温度領域においても適用可能なπパルス対コヒーレント制御法を利用した新しいコヒーレント光制御方法及びコヒーレント光制御装置を提供することができる。
According to the present invention, it is possible to provide a new coherent light control method and a coherent light control device capable of performing high repetition switching and optical calculation by realizing a high-speed response (for example, about 1 ps) without being limited by the phase relaxation time. it can.
In addition, according to the present invention, a new coherent light control using a non-homogeneous system such as a quantum dot assembly that is advantageous for solid-state devices and a π pulse pair coherent control method that can be applied even in a temperature region closer to room temperature. A method and a coherent light control apparatus can be provided.
１． 用語の説明
（１）位相緩和時間
位相緩和時間（同義語：デコヒーレンス時間、横緩和時間）とは、励起光により生成された励起子が位相情報（分極振動）を記憶している時間である。
図９（Ａ）に、静止座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）から見た位相緩和過程のイメージの説明図を示す。エネルギー緩和時間が十分長い（Ｚ成分の緩和時間が長い）時、ブロッホベクトルＲは光周波数でＺ軸のまわりを回転しながら時間とともに、そのＸ、Ｙ成分を失う。たとえば、位相緩和の時定数はＴ２を示すと、指数関数的な減衰曲線（例えば、後述のエコー減衰曲線）の信号強度が１／ｅになる点で定義される。
図９（Ｂ）に、回転座標系（ｘ，ｙ，ｚ）から見た位相緩和のイメージの説明図を示す。
図示のように、Ｔ２の時間でｘ、ｙ成分が０になる。
1. Explanation of terms (1) Phase relaxation time Phase relaxation time (synonyms: decoherence time, transverse relaxation time) is a time during which excitons generated by excitation light store phase information (polarization oscillation). .
FIG. 9A is an explanatory diagram of an image of the phase relaxation process viewed from the stationary coordinate system (X, Y, Z). When the energy relaxation time is sufficiently long (Z component relaxation time is long), the Bloch vector R loses its X and Y components with time while rotating around the Z axis at the optical frequency. For example, the phase relaxation time constant is defined as a point where the signal intensity of an exponential decay curve (for example, an echo decay curve described later) becomes 1 / e when T 2 is indicated.
FIG. 9B is an explanatory diagram of an image of phase relaxation viewed from the rotating coordinate system (x, y, z).
As shown, x at time T 2, the y-component to zero.
（２）エネルギー緩和時間
エネルギー緩和時間（同義語：分布数緩和時間、分布数寿命、再結合寿命、発光寿命、縦緩和時間）とは、励起された原子、電子などが熱平衡状態（通常、基底状態）に減衰する時間である。励起子の場合、エネルギー緩和時間は、電子が再び正孔と結合するまでの時間である。
図１０（Ａ）に、静止座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）から見たエネルギー緩和過程のイメージの説明図を示す。位相緩和時間が無限大と仮定する時、ブロッホベクトルＲは光周波数でＺ軸のまわりを回転しながら、そのＺ成分を失う。エネルギー緩和の時定数をＴ１で示すと、位相緩和時間同様指数関数的な減衰曲線の１／ｅになる点で定義される。
図１０（Ｂ）に、回転座標系（ｘ，ｙ，ｚ）から見た位相緩和のイメージの説明図を示す。
図示のように、Ｔ１の時間でｚ成分が−１（基底状態）になる。
(2) Energy relaxation time Energy relaxation time (synonyms: distribution number relaxation time, distribution number lifetime, recombination lifetime, luminescence lifetime, longitudinal relaxation time) is a state in which excited atoms, electrons, etc. are in a thermal equilibrium state (usually the basis) Time). In the case of excitons, the energy relaxation time is the time it takes for electrons to combine with holes again.
FIG. 10A is an explanatory diagram of an image of the energy relaxation process viewed from the stationary coordinate system (X, Y, Z). Assuming that the phase relaxation time is infinite, the Bloch vector R loses its Z component while rotating around the Z axis at the optical frequency. When indicating the time constant of the energy relaxation in T 1, it is defined by a point which is 1 / e of the phase relaxation time similar exponential decay curve.
FIG. 10B is an explanatory diagram of an image of phase relaxation viewed from the rotating coordinate system (x, y, z).
As shown in the figure, the z component becomes −1 (ground state) at the time of T 1 .
（３）ブロッホベクトル
ブロッホベクトル（光学的ブロッホベクトル）とは、２準位原子と光電場のコヒーレント相互作用を回転するベクトルモデルで表したものである。
図１１に、ブロッホベクトルの説明図を示す。
ブロッホ球は半径１の単位球であり、緩和現象を考えない時、２準位系が光との相互作用の過程で運動するにつれて、ブロッホベクトルは単位球面上の軌道をたどる。ｘ、ｙはコヒーレンス、ｚは分布数差（Ｗ−Ｗ０）を表す。例えば、Ｗ＝０、Ｗ０＝１の時、ｚ＝−１（基底状態）である。
(3) Bloch Vector A Bloch vector (optical Bloch vector) is a vector model that rotates a coherent interaction between a two-level atom and a photoelectric field.
FIG. 11 is an explanatory diagram of the Bloch vector.
The Bloch sphere is a unit sphere with a radius of 1. When the relaxation phenomenon is not considered, the Bloch vector follows a trajectory on the unit sphere as the two-level system moves in the process of interaction with light. x and y are coherence, and z is a distribution number difference (W−W 0 ). For example, when W = 0 and W 0 = 1, z = −1 (ground state).
（４）量子ドット
量子ドットとは、数ナノメートル〜数１０ナノメートル（１ｎｍ＝１０−９ｍ）サイズの半導体微結晶である。
図１２に、量子ドットの説明図を示す。
量子ドット中の電子、正孔や励起子は３次元方向で自由度が奪われる（閉じ込められる）。その結果、原子と同様の離散的なエネルギー状態をとるようになり、長い位相緩和時間や強い光非線形性をもつ。
(4) Quantum dot A quantum dot is a semiconductor microcrystal of a size of several nanometers to several tens of nanometers (1 nm = 10 −9 m).
FIG. 12 is an explanatory diagram of quantum dots.
The electrons, holes, and excitons in the quantum dot are deprived (confined) in the three-dimensional direction. As a result, it takes a discrete energy state similar to that of atoms, and has a long phase relaxation time and strong optical nonlinearity.
２．ブロッホベクトルモデル
新しいコヒーレント制御法を説明するために、光学ブロッホ方程式を視覚化したブロッホベクトルモデルを用いる。光学ブロッホ方程式は光と２準位系のコヒーレント相互作用を記述するものであり、式（１）で表される。
2. Bloch Vector Model To explain the new coherent control method, we use a Bloch vector model that visualizes the optical Bloch equation. The optical Bloch equation describes the coherent interaction between light and a two-level system, and is expressed by equation (1).
ここでコヒーレンスρの実部をｘ、虚部をｙとして、分布数差ｗをｚとすると光学ブロッホ方程式は式（２）のように変換でき、これら３つの変数の時間発展をデカルト座標表示したものをブロッホベクトルモデルという。
Here, when the real part of coherence ρ is x, the imaginary part is y, and the distribution number difference w is z, the optical Bloch equation can be transformed as shown in Equation (2), and the time evolution of these three variables is displayed in Cartesian coordinates. Things are called Bloch vector models.
３．本発明に関連する従来のコヒーレント光制御
図１は、ブロッホ方程式を用いて計算した従来のコヒーレント光制御における励起子の分布数差（ｚ成分）の時間変化を示す図である。図１（ａ）、（ｂ）はそれぞれ位相緩和時間がＴ２＝１００ｐｓ、１０ｐｓにおける計算結果。パルス対の相対位相はπ、パルス面積はπ／１０である。
上述したコヒーレント光制御装置において、エネルギー緩和時間Ｔ１＝２００ｐｓ、双極子モーメントをμ＝２０Ｄｅｂｙｅ、入射光のパルス幅をΔｔ＝１００ｆｓと仮定して計算を行なった。図１（ａ）は、単一量子ドットのような均一広がり系を仮定し、位相緩和時間はＴ２＝１００ｐｓとしてある。第１パルスと第２パルスを１ｐｓの時間間隔で系に入射した場合、第１パルスによって光励起された励起子が第２パルスによって強制的に初期状態に戻されていることがわかる。ただし、第１パルス及び第２パルスの相対位相はπに限る。図１（ｂ）は位相緩和時間がＴ２＝１０ｐｓの場合における分布数差の時間変化である。他の計算パラメータは図１（ａ）の時と同じである。この場合、第２パルス後にも系は完全には初期状態に戻ってなく、コヒーレント光制御が困難であることを示してある。
3. Conventional Coherent Light Control Relevant to the Present Invention FIG. 1 is a diagram showing temporal changes in the number distribution (z component) of excitons in conventional coherent light control calculated using the Bloch equation. FIGS. 1A and 1B show calculation results when the phase relaxation time is T 2 = 100 ps and 10 ps, respectively. The relative phase of the pulse pair is π, and the pulse area is π / 10.
In the above-described coherent light control apparatus, the calculation was performed assuming that the energy relaxation time T 1 = 200 ps, the dipole moment is μ = 20 Debye, and the pulse width of incident light is Δt = 100 fs. FIG. 1A assumes a uniformly spread system such as a single quantum dot, and the phase relaxation time is T 2 = 100 ps. When the first pulse and the second pulse are incident on the system at a time interval of 1 ps, it can be seen that the excitons photoexcited by the first pulse are forcibly returned to the initial state by the second pulse. However, the relative phase of the first pulse and the second pulse is limited to π. FIG. 1B shows the time variation of the difference in distribution number when the phase relaxation time is T 2 = 10 ps. Other calculation parameters are the same as those in FIG. In this case, even after the second pulse, the system does not completely return to the initial state, indicating that coherent light control is difficult.
図２に、従来のコヒーレント光制御法のパルスシーケンスとブロッホベクトルモデルによる説明図を示す。
この図は、このときの分極の振る舞いを視覚化したブロッホベクトルモデルを示したものである。ブロッホベクトルＲは励起パルスによって誘起された分極を表す。なお、共鳴励起の場合、ブロッホ球のｙ−ｚ平面（ｚ−ｘ平面）上の運動のみに着目すればよい。位相緩和時間が短い時、図２に示すように、ブロッホベクトルのコヒーレンス成分（ｙ成分（ｘ成分））が位相緩和時間で減衰するため、ブロッホベクトルの大きさは減少する（図２、下中図参照）。そのため、第２パルスとして第１パルスと同じパルス面積で照射した場合に残留励起子が生じ、系は完全に初期状態に戻らない（図２、下右図参照）。すなわちコヒーレント制御のためには位相緩和時間が長いことが必要であり、コヒーレント光制御を適用する光学媒質として単一量子ドットが期待される所以である。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a pulse sequence and a Bloch vector model of a conventional coherent light control method.
This figure shows a Bloch vector model visualizing the behavior of polarization at this time. The Bloch vector R represents the polarization induced by the excitation pulse. In the case of resonance excitation, attention should be paid only to the motion of the Bloch sphere on the yz plane (zx plane). When the phase relaxation time is short, as shown in FIG. 2, since the coherence component (y component (x component)) of the Bloch vector attenuates with the phase relaxation time, the size of the Bloch vector decreases (FIG. 2, lower middle) (See figure). Therefore, when the second pulse is irradiated with the same pulse area as the first pulse, residual excitons are generated, and the system does not completely return to the initial state (see FIG. 2, lower right diagram). That is, a long phase relaxation time is required for coherent control, and a single quantum dot is expected as an optical medium to which coherent light control is applied.
４．コヒーレント光制御装置
つづいて従来のコヒーレント光制御法とは異なり、入射光パルスのパルス面積を考慮した新しいコヒーレント光制御法及び装置について説明する。なお、パルス面積は、例えば、ブロッホ球で表したときブロッホベクトルＲとＺ軸との角度で示される。ラビ周波数Ωとパルス幅Δｔの積（あるいは、パルス幅と電場振幅の積）をパルス面積Θとして、入射光パルス対のパルス面積をΘ＝π（パルス面積がπのパルスをπパルスと呼ぶ）とした時のコヒーレント光制御について考える。
4). Coherent Light Control Device Next, a new coherent light control method and device considering the pulse area of an incident light pulse, which is different from the conventional coherent light control method, will be described. Note that the pulse area is indicated by the angle between the Bloch vector R and the Z axis when represented by a Bloch sphere, for example. The product of the Rabi frequency Ω and the pulse width Δt (or the product of the pulse width and the electric field amplitude) is the pulse area Θ, and the pulse area of the incident light pulse pair is Θ = π (a pulse with a pulse area of π is called a π pulse) Let us consider coherent light control.
まず、本発明の実施の形態のコヒーレント光制御の概要を説明する。
図１３に、コヒーレント光制御の説明図を示す。
図示のように、媒質１０にレーザーパルスを照射する。媒質は、例えば、光学媒質、光励起により励起子が生成され分極振動が誘起される物質、半導体、半導体量子ドット、単一量子ドット、量子ドット集合体、光学スペクトルの均一広がり系、又は、光学スペクトルの不均一広がり系等である。このとき、パルスレーザーから放出されたレーザー光は、パルス対のそれぞれのパルスのパルス面積をπ（又は実質的にπ）に調整され、遅延時間τの第１パルス及び第２パルスにコントロールされる。第１パルス及び第２パルスは、媒質１０に照射されることにより、ブロッホベクトルを１８０°回転させる。このようにして、第１パルスによって生成された励起子が第２パルスによって強制的に初期状態に戻すことで、コヒーレント光制御が行われる。なお、第１パルス及び第２パルスの相対位相（位相差）はπとしてもよいし、両パルスを同じパルス（位相差無し）としてもよいし、さらに、任意の値とすることもできる。なお、「実質的にπ」とは、例えば、ブロッホベクトルを１８０°回転させることができる程度のパルス面積をいう。
First, an overview of coherent light control according to an embodiment of the present invention will be described.
FIG. 13 is an explanatory diagram of coherent light control.
As illustrated, the medium 10 is irradiated with a laser pulse. The medium can be, for example, an optical medium, a substance in which excitons are generated by optical excitation and polarization oscillation is induced, a semiconductor, a semiconductor quantum dot, a single quantum dot, a quantum dot aggregate, a system with a uniform optical spectrum, or an optical spectrum. Non-uniform spread system. At this time, the laser light emitted from the pulse laser is controlled by the first pulse and the second pulse having the delay time τ by adjusting the pulse area of each pulse of the pulse pair to π (or substantially π). . By irradiating the medium 10 with the first pulse and the second pulse, the Bloch vector is rotated by 180 °. In this way, the excitons generated by the first pulse are forcibly returned to the initial state by the second pulse, so that coherent light control is performed. Note that the relative phase (phase difference) of the first pulse and the second pulse may be π, both pulses may be the same pulse (no phase difference), or an arbitrary value. Note that “substantially π” means, for example, a pulse area that can rotate the Bloch vector by 180 °.
つぎに、図３に、πパルス対を用いた新しいコヒーレント光制御装置の構成図を示す。
このコヒーレント光制御装置は、パルスレーザー１、光コントローラ２、パルス間隔設定部３、検出器４を備え、媒質１０に光パルスを照射する。
パルスレーザー１は、光パルスを出力する。
光コントローラ２は、パルスレーザー１からの光パルスに対して、光パルス面積がπ又は実質的にπとなるように制御する。なお、パルス面積は次式で表される。
Next, FIG. 3 shows a configuration diagram of a new coherent light control apparatus using π pulse pairs.
This coherent light control device includes a pulse laser 1, a light controller 2, a pulse interval setting unit 3, and a detector 4, and irradiates the medium 10 with light pulses.
The pulse laser 1 outputs an optical pulse.
The light controller 2 controls the light pulse area from the pulse laser 1 so that the light pulse area is π or substantially π. The pulse area is expressed by the following equation.
ここで、Ｅは光電場の振幅であり、パルス幅を一定とすると、光コントローラ２により、例えば、パルス光強度を調整することによってパルス面積を制御することができる。また、光コントローラ２は、パルス幅Δｔを調整してもよいし、光強度とパルス幅の両方を調整するなど、適宜の方法でパルス面積を調整することができる。光コントローラ２では、例えば予め計算した設定値、又は、測定結果に従い求めた設定値に基づき、パルス面積を調整することができる。
パルス間隔設定部３は、第１パルスと第２パルスとの時間間隔を調整する。パルス間隔設定部３は、例えば、ハーフミラー３１、ミラー３２、３３を備える。図示の構成の場合、パルス間隔設定部３は、ハーフミラー３１で２つに分けたレーザー光のうち片側の光路長をミラー３２で調整することでパルス間に時間遅延をつけ、ミラー３２からの反射光とミラー３３からの反射光とが再び同軸上を進む。
Here, E is the amplitude of the photoelectric field. If the pulse width is constant, the light controller 2 can control the pulse area by adjusting the intensity of the pulsed light, for example. Further, the light controller 2 may adjust the pulse area Δt by an appropriate method such as adjusting the pulse width Δt or adjusting both the light intensity and the pulse width. In the optical controller 2, for example, the pulse area can be adjusted based on a set value calculated in advance or a set value obtained according to the measurement result.
The pulse interval setting unit 3 adjusts the time interval between the first pulse and the second pulse. The pulse interval setting unit 3 includes, for example, a half mirror 31 and mirrors 32 and 33. In the case of the illustrated configuration, the pulse interval setting unit 3 adjusts the optical path length of one side of the laser light divided into two by the half mirror 31 with the mirror 32 to add a time delay between the pulses. The reflected light and the reflected light from the mirror 33 travel on the same axis again.
このように、第１及び第２パルスがそれぞれ面積πとなるように光強度等が調整され、所定時間間隔で半導体量子ドットのような光学媒質に入射させる。なお、光コントローラ２、パルス間隔設定部３による調整は、コンピュータで行ってもよい。さらに、パルスを設定し、フィードバック制御することもできる。例えば、第１光パルス及び／又は前記第２光パルスを測定する光パルス測定器と、光パルス測定器による測定結果に基づき、光パルス面積及び／又は時間間隔を制御するコンピュータとをさらに備えることにより、パルス面積を調整することができる。
検出器４は、例えば、分光器を用いることができる。媒質１０の２準位系には基底準位と励起子の励起準位を使い、検出器４による２準位系の応答の観測には、例えば、励起子最低発光準位（励起子の基底準位）からの自然放出光を用いることができる。検出器４は、例えば、非共鳴蛍光をモニターとして使うことにより、励起光の散乱をスペクトル上で避けた観測が可能となる。
In this way, the light intensity and the like are adjusted so that the first and second pulses each have an area π, and are incident on an optical medium such as a semiconductor quantum dot at predetermined time intervals. The adjustment by the light controller 2 and the pulse interval setting unit 3 may be performed by a computer. Furthermore, a pulse can be set and feedback control can be performed. For example, it further comprises an optical pulse measuring device that measures the first optical pulse and / or the second optical pulse, and a computer that controls the optical pulse area and / or time interval based on the measurement result of the optical pulse measuring device. Thus, the pulse area can be adjusted.
For example, a spectroscope can be used as the detector 4. For the two-level system of the medium 10, the ground level and the exciton excitation level are used. For the observation of the response of the two-level system by the detector 4, for example, the exciton lowest emission level (exciton base) is used. Spontaneously emitted light from the level can be used. For example, the detector 4 can perform observation while avoiding scattering of excitation light on the spectrum by using non-resonant fluorescence as a monitor.
５．コヒーレント光制御の適用
図４は、均一広がり系で、位相緩和時間がＴ２＝１０ｐｓとした場合の励起子分布数の時間発展を示している。図１（ｂ）で示したようにΘ＝π／１０の位相同期パルス対を用いた従来のコヒーレント光制御では第２パルス後に残留励起子があるために、完全な励起子分布数の制御が困難であった。しかし、Θ＝πのπパルス対を用いた場合には１ｐｓ後にほぼ完全に励起子の分布数は初期状態に戻り、コヒーレント光制御が可能であることが示されている。
5. Application of Coherent Light Control FIG. 4 shows the time evolution of the number of exciton distributions when the phase relaxation time is T 2 = 10 ps in a uniform spreading system. As shown in FIG. 1B, in the conventional coherent light control using the phase-locked pulse pair of Θ = π / 10, since there are residual excitons after the second pulse, complete control of the number of exciton distribution is possible. It was difficult. However, when a π pulse pair of Θ = π is used, the number of exciton distributions almost completely returns to the initial state after 1 ps, indicating that coherent light control is possible.
図５に、πパルス対を用いたコヒーレント光制御法のパルスシーケンスとブロッホベクトルモデルによる説明図を示す。
図４のような状況は、図５に示すように第１のπパルス励起によってブロッホベクトルを１８０°回転させるためブロッホベクトルのコヒーレンス成分の減衰が分布数成分に影響を及ぼさないためである。これは蓄積フォトンエコーにおけるポピュレーション記憶効果（非特許文献２参照）に類似の現象である。
このパルス面積πのパルス対（πパルス対）を用いた新しいコヒーレント光制御法を適用すれば、固体素子化に有利な量子ドット集合体においても励起子分布数の制御が可能となる。
FIG. 5 shows an explanatory diagram based on a pulse sequence of a coherent light control method using a π pulse pair and a Bloch vector model.
The situation as shown in FIG. 4 is because the Bloch vector is rotated by 180 ° by the first π pulse excitation as shown in FIG. 5, so that the attenuation of the coherence component of the Bloch vector does not affect the distribution number component. This is a phenomenon similar to the population memory effect in accumulated photon echo (see Non-Patent Document 2).
If a new coherent light control method using a pulse pair (π pulse pair) of this pulse area π is applied, it is possible to control the number of exciton distributions even in a quantum dot assembly advantageous for solid-state devices.
図６は、不均一系において位相緩和時間がＴ２＝１０ｐｓとした場合の量子ドット集合体のような不均一広がりのある系に面積制御したπパルス対を入射した時の系の時間変化を示す図である。ここで、不均一広がりとして不均一幅２０ｍｅＶのガウス型を仮定している。通常では不均一広がりによる極めて早いデフェイジング（ｄｅｐｈａｓｉｎｇ、失整相）効果によりコヒーレント光制御が不可能な量子ドット集合体においても、第２パルス後には励起子分布数は初期状態に戻っていることがわかる。
従来、量子ドット集合体のような不均一広がりのある系に対するコヒーレント光制御としてはパルス面積を面積制御した３パルス列を用いた方法（特許文献１参照）がある。これは光エコー現象を応用したコヒーレント光制御法であり、不均一広がりによるｄｅｐｈａｓｉｎｇ効果を光エコー現象のリフェイジング（ｒｅｐｈａｓｉｎｇ、回復整相）効果で相殺し、巨視的な分極を復活させることによって励起子数をエネルギー緩和時間内で制御するものである。
FIG. 6 shows the time variation of the system when an area-controlled π pulse pair is incident on a system with a nonuniform spread such as a quantum dot aggregate when the phase relaxation time is T 2 = 10 ps in the nonuniform system. FIG. Here, a Gaussian type having a non-uniform width of 20 meV is assumed as the non-uniform spread. Usually, even in a quantum dot assembly in which coherent light control is impossible due to the extremely fast dephasing (dephasing) effect due to non-uniform spread, the number of exciton distributions returns to the initial state after the second pulse. Recognize.
Conventionally, as a coherent light control for a system with a nonuniform spread such as a quantum dot aggregate, there is a method using a three-pulse train in which the pulse area is controlled (see Patent Document 1). This is a coherent light control method applying the optical echo phenomenon, which is excited by reversing the dephasing effect due to non-uniform spread by the rephasing effect of the optical echo phenomenon and reviving the macroscopic polarization. The number of children is controlled within the energy relaxation time.
図７には、本発明による２つのπパルス列によるコヒーレント光制御法と従来の面積制御３パルス列を用いた方法における励起子分布数の時間変化の比較図を示す。図７（ａ）、（ｂ）は３パルス列制御法による系の時間発展、図７（ｃ）、（ｄ）は２パルス列制御法による系の時間発展を示している。全ての計算においてエネルギー緩和時間Ｔ１＝５００ｐｓ、位相緩和時間Ｔ２＝２０ｐｓ、不均一幅σ＝２０ｍｅＶとしている。
図７（ａ）、（ｃ）はどちらも第１励起パルスと最後の励起パルス（制御パルス）の時間間隔が１ｐｓであり、３パルス列制御法も２パルス列制御法もどちらの場合においても制御パルス照射後には系は初期状態に戻っている。一方、図７（ｂ）、（ｄ）は第１励起パルスと制御パルスの時間間隔が１０ｐｓであり、この場合、３パルス列制御法では制御パルス照射後でも完全には系が初期状態に戻っていない。すなわち、３パルス列制御法は、この例では、パルス間隔よりも十分に長い位相緩和時間をもつ媒質にしか適用することが出来ない。
FIG. 7 shows a comparison diagram of temporal changes in the number of exciton distributions in the coherent light control method using two π pulse trains according to the present invention and the conventional method using an area control three pulse train. 7A and 7B show the time evolution of the system by the three-pulse train control method, and FIGS. 7C and 7D show the time evolution of the system by the two-pulse train control method. In all calculations, the energy relaxation time T 1 = 500 ps, the phase relaxation time T 2 = 20 ps, and the non-uniform width σ = 20 meV.
7 (a) and 7 (c), the time interval between the first excitation pulse and the last excitation pulse (control pulse) is 1 ps, and the control pulse is used in both the 3-pulse train control method and the 2-pulse train control method. The system returns to the initial state after irradiation. On the other hand, in FIGS. 7B and 7D, the time interval between the first excitation pulse and the control pulse is 10 ps. In this case, the system is completely returned to the initial state even after the control pulse irradiation in the three-pulse train control method. Absent. That is, in this example, the three-pulse train control method can be applied only to a medium having a phase relaxation time sufficiently longer than the pulse interval.
図８は励起子分布数の回復率γをγ＝（Ｎ０−Ｎ）／Ｎ０と定義し、３パルス列制御法と２パルス列制御法におけるパルス間隔に対するγの比較図である。ここでＮ０は第１パルスにより生成された励起子分布数、Ｎは制御パルス後の残留励起子の分布数である。図８の○（丸印）と■（四角印）はそれぞれ３パルス列制御法と２パルス列制御法による励起子分布数の回復率を示している。横軸は第１パルスと制御パルスの時間間隔である。３パルス列制御法におけるγが位相緩和時間Ｔ２の指数関数で減衰するのに対して、２パルス列制御法ではＴ２には制限されずエネルギー緩和時間Ｔ１の指数関数で減衰している。すなわち、πパルス対を用いることによって、位相緩和時間に制限されない励起子のコヒーレント光制御が可能となる。
また、温度１０Ｋ以下の極低温において位相緩和時間が数１００ｐｓを超える半導体量子ドットも環境温度が液体窒素温度（７７Ｋ）程度になると位相緩和時間は短くなり、数ｐｓ〜数１０ｐｓとなる（非特許文献３参照）。従来のコヒーレント光制御法および３パルス列制御法の適用が不可能であるような、より室温に近い温度領域においても、πパルス対によるコヒーレント光制御法を用いることによって励起子分布数の制御が可能となる。
FIG. 8 is a comparison diagram of γ with respect to the pulse interval in the three-pulse train control method and the two-pulse train control method, where the recovery rate γ of the exciton distribution number is defined as γ = (N 0 −N) / N 0 . Here, N 0 is the number of exciton distributions generated by the first pulse, and N is the number of residual excitons distributed after the control pulse. In FIG. 8, circles (circles) and squares (squares) indicate the recovery rates of the number of exciton distributions by the 3-pulse train control method and 2-pulse train control method, respectively. The horizontal axis is the time interval between the first pulse and the control pulse. In the three-pulse train control method, γ is attenuated by an exponential function of the phase relaxation time T 2 , whereas in the two-pulse train control method, it is not limited to T 2 and is attenuated by an exponential function of the energy relaxation time T 1 . That is, by using π pulse pairs, it is possible to control the coherent light of excitons that are not limited by the phase relaxation time.
In addition, semiconductor quantum dots having a phase relaxation time exceeding several hundreds ps at an extremely low temperature of 10K or lower have a phase relaxation time shortened to several ps to several tens ps when the environmental temperature becomes about liquid nitrogen temperature (77K) (non-patent document). Reference 3). The number of exciton distributions can be controlled by using the coherent light control method using π pulse pairs even in the temperature range closer to room temperature, where the conventional coherent light control method and 3-pulse train control method cannot be applied. It becomes.
６．変形例
（１）図１４に、コヒーレント光制御装置の他の構成図を示す。
図１４（Ａ）の実施の形態では、２つのパルスレーザー１−１、１−２が設けられ、第１及び第２パルスを出力している。パルス間隔設定部３−１は、ミラー及びハーフミラーを有し、第１及び第２のパルスを所定時間間隔で媒質１０に照射するためのものである。
図１４（Ｂ）の実施の形態では、２つのパルスレーザー１−１、１−２が設けられ、第１及び第２パルスを出力している。パルス間隔設定部３−２は、例えば電気的にトリガを出力して、パルスレーザー１−１及び１−２の出力タイミングをとるためのものであり、第１及び第２のパルスを所定時間間隔で媒質１０に照射するためのものである。
6). Modification (1) FIG. 14 shows another configuration diagram of the coherent light control apparatus.
In the embodiment of FIG. 14A, two pulse lasers 1-1 and 1-2 are provided to output the first and second pulses. The pulse interval setting unit 3-1 includes a mirror and a half mirror, and is used to irradiate the medium 10 with first and second pulses at predetermined time intervals.
In the embodiment of FIG. 14B, two pulse lasers 1-1 and 1-2 are provided to output the first and second pulses. The pulse interval setting unit 3-2 is for, for example, outputting a trigger electrically to take the output timing of the pulse lasers 1-1 and 1-2. The first and second pulses are separated by a predetermined time interval. In order to irradiate the medium 10.
（２）図１５に、コヒーレント光制御装置のパルス間隔設定部の他の構成図を示す。
図示のように、パルス間隔設定部３−２は、２つのハーフミラーと反射プリズム（又は反射ミラー）を有する。このような適宜の構成で、ふたつのパルスの時間間隔を調整することができる。
(2) FIG. 15 shows another configuration diagram of the pulse interval setting unit of the coherent light control apparatus.
As illustrated, the pulse interval setting unit 3-2 includes two half mirrors and a reflecting prism (or reflecting mirror). With such an appropriate configuration, the time interval between the two pulses can be adjusted.
本発明は、例えば、光情報処理の分野において１ｐｓ以下の時間間隔の高繰り返しスイッチングや光演算が可能な新しい光学素子開発のための光制御技術に利用することができる。
なお、例えば、励起子が、励起状態であるときを「１」、基底状態であるときを「０」としてデータに対応させてもよいし、励起状態及びそれに続く基底状態によりひとつの単位で「１」、基底状態及びそれに続く基底状態によりひとつの単位で「０」としてデータに対応してもよい。また、これらの逆に「０」「１」をそれぞれ対応させてもよい。本発明は、例えば、媒質又は励起子を励起状態又は基底状態とするかを面積制御されたレーザーパルスにより高速に制御し、その状態を検出することで、適宜データに対応させて、高速データの記憶、データ通信、送信・受信、符号化・復号化等に応用することができる。
The present invention can be used, for example, in a light control technique for developing a new optical element capable of high repetition switching and optical calculation with a time interval of 1 ps or less in the field of optical information processing.
For example, when the exciton is in an excited state, “1” may be used, and when the exciton is in a ground state, “0” may be associated with the data. “1”, the ground state and the subsequent ground state may correspond to data as “0” in one unit. Further, “0” and “1” may be made to correspond to the reverse of these. In the present invention, for example, whether the medium or exciton is set to an excited state or a ground state is controlled at high speed by a laser pulse whose area is controlled, and the state is detected to appropriately correspond to the data, so that the high-speed data It can be applied to storage, data communication, transmission / reception, encoding / decoding, and the like.
１ パルスレーザー
２ 光コントローラ
３ パルス間隔設定部
４ 検出器
１０ 媒質
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Pulse laser 2 Light controller 3 Pulse interval setting part 4 Detector 10 Medium
Claims (8)
媒質の位相緩和時間以上且つエネルギー緩和時間以内として量子ドット集合体またはそれ以外の半導体媒質に照射すること
により、ブロッホベクトルを１８０°回転させ、
前記第１光パルスによって前記媒質中に励起子を生成し、
前記第２光パルスによって前記励起子を強制的に初期状態に戻すようにした
コヒーレント光制御方法。 The optical pulse area of each of the coherent first optical pulse output from the pulse laser and the second optical pulse output from the pulse laser and phase-synchronized with the first optical pulse is defined as π or substantially π. The time interval between one light pulse and the second light pulse is
And child irradiating the medium quality quantum dot aggregate or other semiconductor medium as within the phase relaxation time or more and the energy relaxation time of
More, the Bloch vector is rotated 180 °,
Generating excitons in the medium by the first light pulse;
A coherent light control method in which the exciton is forcibly returned to an initial state by the second light pulse.
前記パルスレーザーからの光パルスに対して、光パルス面積がπ又は実質的にπとなるように制御する光コントローラーと、
前記光コントローラーから出力された光パルスを２つの光路に分け、一方の光路の第１光パルスと他方の光路の第２光パルスとの間に時間遅延をつけ、前記第１及び第２の光パルスを媒質に照射するパルス間隔設定部と
を備え、
前記パルスレーザから出力されたコヒーレントな第１光パルスと、前記パルスレーザから出力されて前記第１光パルスと位相同期した第２光パルスのそれぞれの光パルス面積をπ又は実質的にπとして、前記第１光パルスと前記第２光パルスとの時間間隔を、
媒質の位相緩和時間以上且つエネルギー緩和時間以内として量子ドット集合体またはそれ以外の半導体媒質に照射すること
により、ブロッホベクトルを１８０°回転させ、
前記第１光パルスによって前記媒質中に励起子を生成し、
前記第２光パルスによって前記励起子を強制的に初期状態に戻すようにした
コヒーレント光制御装置。 A pulse laser that outputs light pulses;
An optical controller that controls the optical pulse area to be π or substantially π with respect to the optical pulse from the pulse laser;
The optical pulse output from the optical controller is divided into two optical paths, a time delay is added between the first optical pulse in one optical path and the second optical pulse in the other optical path, and the first and second light A pulse interval setting unit for irradiating the medium with a pulse,
The optical pulse area of each of the coherent first optical pulse output from the pulse laser and the second optical pulse output from the pulse laser and phase-synchronized with the first optical pulse is π or substantially π, A time interval between the first light pulse and the second light pulse,
And child irradiating the medium quality quantum dot aggregate or other semiconductor medium as within the phase relaxation time or more and the energy relaxation time of
More, the Bloch vector is rotated 180 °,
Generating excitons in the medium by the first light pulse;
A coherent light control apparatus in which the exciton is forcibly returned to an initial state by the second light pulse.
前記第１及び第２の光パルスレーザーからの光パルスに対して、光パルス面積がπ又は実質的にπとなるように制御する第１及び第２の光コントローラーと、
前記第１の光コントローラーから出力される第１光パルスと、前記第２の光コントローラから出力される第２光パルスとの間に時間遅延をつけ、前記第１及び第２の光パルスを媒質に照射するためのパルス間隔設定部と
を備え、
前記第１のパルスレーザから出力されたコヒーレントな第１光パルスと、前記第２のパルスレーザから出力されて前記第１光パルスと位相同期した第２光パルスのそれぞれの光パルス面積をπ又は実質的にπとして、前記第１光パルスと前記第２光パルスとの時間間隔を、
媒質の位相緩和時間以上且つエネルギー緩和時間以内として量子ドット集合体またはそれ以外の半導体媒質に照射すること
により、ブロッホベクトルを１８０°回転させ、
前記第１光パルスによって前記媒質中に励起子を生成し、
前記第２光パルスによって前記励起子を強制的に初期状態に戻すようにした
コヒーレント光制御装置。 First and second pulse lasers for outputting optical pulses;
First and second light controllers that control the light pulse area to be π or substantially π with respect to the light pulses from the first and second light pulse lasers;
A time delay is provided between the first optical pulse output from the first optical controller and the second optical pulse output from the second optical controller, and the first and second optical pulses are used as a medium. A pulse interval setting unit for irradiating
The optical pulse areas of the coherent first optical pulse output from the first pulse laser and the second optical pulse output from the second pulse laser and phase-synchronized with the first optical pulse are π or Substantially π, the time interval between the first light pulse and the second light pulse is
And child irradiating the medium quality quantum dot aggregate or other semiconductor medium as within the phase relaxation time or more and the energy relaxation time of
More, the Bloch vector is rotated 180 °,
Generating excitons in the medium by the first light pulse;
A coherent light control apparatus in which the exciton is forcibly returned to an initial state by the second light pulse.
前記光パルス測定器による測定結果に基づき、光パルス面積及び／又は時間間隔を制御するコンピュータと
をさらに備えたことを特徴とする請求項５又は６に記載のコヒーレント光制御装置。 An optical pulse measuring device for measuring the first optical pulse and / or the second optical pulse;
The coherent light control apparatus according to claim 5, further comprising a computer that controls an optical pulse area and / or a time interval based on a measurement result obtained by the optical pulse measuring device.
２準位系の応答を励起子の最低発光準位又は励起子の基底準位からの自然放出光又は非共鳴蛍光により観測する検出器をさらに備えたことを特徴とする請求項５又は６に記載のコヒーレント光制御装置。 The medium is a two-level system composed of a ground level and an excited level of an exciton,
7. The detector according to claim 5 or 6, further comprising a detector for observing the response of the two-level system by the spontaneous emission light from the lowest emission level of the exciton or the ground level of the exciton or nonresonant fluorescence. The coherent light control device described.
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