NIMSでは分極反転による擬似位相整合デバイスの技術を成熟させたことで、多彩なデバイスの設計が可能になった。微細加工による高精度分極反転技術を活用した高効率デバイスが実現され、レーザーディスプレイ、超高速通信、光サンプリングなどの様々な用途で卓越した特性が実証されている。ここでは多様な応用群の中から、高エネルギーの励起光から低エネルギーの相関光子二光子を発生させる場合を図1に示してある。位相整合のタイプに応じて出射光の偏光の組合せを選ぶデザインができる。分極反転パターンによって偏光の組合せを自在にデザインできる「分極反転デバイスの設計自由度」が活かされている。タイプ0は高効率が得られるため量子計測や量子テレポテーションに、タイプIおよびタイプIIは偏光分離特性を活かして量子通信などに適用することができる。研究レベルでは量子計測や量子イメージングへの展開も実証実験が行われており、量子通信では既にその高い秘匿性から実用システムが市場投入されている。我々は分極反転パターンを選択することで、発生光子対の偏光タイプや発生帯域の設計を柔軟に行っている。またこれらにスラブ導波路およびリッジ導波路の構造を組み合わせることで、各量子相互作用に最適なデバイスが得られている。
GaN半導体レーザー励起による相関光子対発生が実現されている。一般に出力が小さいGaNレーザーを用いて量子光発生を行うのは困難であり、低い効率にとどまる。しかし我々は、導波路コアをNIMS発の材料であるMg:SLT結晶として接着スラブ導波路を世界で初めて作製し、強い閉じ込め効果による高効率デバイスを獲得している（図2）。従来のバルクMg:SLTを使用したデバイスに比べて約10倍高い効率が得られている。デバイスは光入射において横方向の自由度を維持しているため非直線の相関光子対発生も可能にしている。この技術により相互作用長の選択や発生波長の帯域拡大、光子対の空間的分離などが得られ、光子対の特性や光学系の選択において自由度が高くなっている。今回の接着スラブ導波路構造においては周期3.2μｍの微細分極反転構造が共存している。これにより、小型の高効率相関光子対光源を量子光波長800nm帯で実現できている。Mg:SLTの特性を活かすことで、GaNの短波長400nm励起でも損傷が少なく損失も小さく抑えられている。またMg:SLT結晶は、他の波長でも高い損傷耐性を有することから超短パルス光による光和周波発生サンプリングにも適用しており、高い効率と時間分解能が両立できている。