複数の軸対称偏光素子の組み合わせによる様々な光渦ビームの生成

通过组合多个轴对称偏振元件产生各种光学涡旋光束

基本信息

批准号：
14J01485
负责人：
坂本盛嗣
金额：
$ 0.7万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-04-25 至 2015-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

筆者が所属する研究グループでは、軸対称な偏光特性を有する光学素子(軸対称偏光素子：ASPE)を波面変換素子に用いた光渦生成法を過去に開発している。このASPEには、他の波面変換素子と比べて、(1)波面変換機能が広帯域性に優れる、(2)波面変換を偏光状態で制御可能、という特性がある。本研究の目的は、ASPEの持つこれらの特性を利用した新規な性質を持つ光波の発現とその応用である。本年度の成果は以下の２つである。１．チャープパルスを利用したリング状光格子の超高速回転法の提案とその原理実証を行った。リング状光格子とは、互いに螺旋次数が異なる２つの光渦の干渉によって得られる干渉縞であり、光渦間の相対位相の制御によりパターンを連続回転できる。先に筆者らは、ASPEを利用してリング状光格子を発生させる手法を開発しており、本手法では電気光学変調器による位相制御で最短数ナノ秒の時間周期での光格子の回転を可能としていた。これに対して本年度はさらなる高速回転を目的に、チャープパルスを利用して相対位相を制御する方法を考案した。チャープパルスは自身のパルス波形内で瞬時周波数が時間に依存して変化するという特性を持つ。そのため、２つのチャープパルスに時間差を与えて重ねると、パルス間に数10GHzを超える莫大な周波数差が生じる。互いに異なる時間遅延の生じたチャープパルス対を発生させ、ASPEで別々の光渦へと同軸で変換することにより、瞬時周波数の差の速度で回転するリング状光格子が発生する。実際に本原理に基づいた光学系を構築し、数ピコ秒の時間周期で回転するリング状光格子の生成に成功した。２．リング状光格子を微粒子操作へと応用するために、光トラップの実験に必要な顕微鏡システムを新たに構築し、基礎実験としてガウシアン光を用いたマイクロ粒子の光トラップを行った。本実験から応用に繋がる有益な知見を得た。

我属于的研究小组以前已经开发了一种光学涡旋生成方法，其中具有轴对称极化特性的光学元件（轴对称偏振元件：ASPE）用作波前转换元件。与其他波前转换元素相比，该ASPE具有（1）在波前转换函数中具有出色宽带性能的特征，并且（2）允许在极化状态控制波前转换。这项研究的目的是创建和使用ASPE的新型特性来创建光波及其应用。今年的结果如下：1。我们提出了一种使用Chirp脉冲的超高速度旋转方法，用于环形光晶格，并证明了该原理。环形光栅是通过两个具有不同螺旋顺序的光学涡流之间的干扰条纹获得的干扰条纹，并且可以通过控制光学涡流之间的相对相位连续旋转模式。作者先前已经开发了一种使用ASPE生成环形光栅的方法，此方法允许光光栅在最短的几个纳米秒的最短时间旋转，并使用电仪调节器通过相控制。相比之下，今年，我们设计了一种使用CHIRP脉冲控制相对相的方法，目的是进一步的高速旋转。 CHIRP脉冲具有这样的特征，即瞬时频率根据其自身脉冲波形内的时间而变化。因此，当两种搅动的脉冲通过施加时间差叠加时，脉冲之间发生了数十多个GHz的巨大频率差。通过生成不同时间延迟的Chirp脉冲对，并同时将它们转换为具有ASPE的单独的光学涡旋，环形光光栅以瞬时频率差的速度旋转。实际上，我们已经基于此原理构建了一个光学系统，并成功地创建了一个环形光光栅，该光光栅在几个picseconds的时间段旋转。 2。为了将环光晶格应用于细颗粒的操作，构建了一个新的显微镜系统，并构建了光捕获实验的新显微镜系统，并且作为基本实验，使用高斯光线进行了微颗粒光捕获。该实验获得了有用的见解，可以导致应用。