リング状光格子アレイを利用した光トラップに基づく浮遊型動的メタマテリアルの光形成

使用环形光学晶格阵列基于光陷阱的浮动动态超材料的光形成

基本信息

批准号：
22K18983
负责人：
坂本盛嗣
金额：
$ 4.16万
依托单位：
Nagaoka University of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

電磁波の波長以下の微細な金属や誘電体構造（メタ原子）を周期的に配列させることで自然界には無い電磁応答特性を発現させるメタマテリアルの研究の多くは、基板内部ないし表面上にフォトリソグラフィーなどで直接メタ原子を形成するが、形成されるメタ原子のサイズや形状が固定化されるため、その電磁応答特性を後天的に制御することは難しい。本研究では、強度分布の時空間変形が可能な特異なビーム（リング状光格子）を用いた光ピンセット技術に立脚し、光学的にトラップされた微粒子から成る動的なメタマテリアルを光形成することに挑戦する。トラップ光のビーム形状を高速変調させ、MHz以上の周波数でメタ原子が高速回転・変形するという従来に類を見ないメタマテリアルを形成するとともに、その電磁応答特性を理論と実験の両面から解明する。令和４年度は、主に光ピンセットの実験を進めた。波長488nm、532nm、980nmの光源をそれぞれ用い、ガウシアン光・光渦・リング状光格子により誘電体微粒子と金ナノ粒子の光トラップが可能かを検証した。また、光ピンセット環境下での補足粒子の高速操作を実現するには、粘性抵抗等の無い真空環境下での光ピンセットが求められるため、高真空環境下での光ピンセット装置の構築の準備を進めた。さらに、光トラップのアレイ構造を形成するために、21x21スポットにリング状光格子を等エネルギーで発生させる機能を持つDammann-Q-plate（DQP)の設計を行った。

超材料的大部分研究都涉及基板内部或表面的光刻技术，通过周期性排列小于电磁波波长的精细金属或介电结构（超原子）来开发自然界中未发现的电磁响应特性。，由于形成的元原子的尺寸和形状是固定的，事后很难控制它们的电磁响应特性。在这项研究中，我们将基于光镊技术光形成一种由光捕获粒子组成的动态超材料，该技术使用独特的光束（环形光学晶格），可以改变空间和时间上的强度分布，挑战自己。通过对陷阱光束形状的高速调制，我们将形成一种前所未有的超材料，其中超原子在MHz以上的频率下高速旋转和变形，并从理论上和实验上阐明其电磁响应特性。 2020财年，我们主要进行了光镊方面的实验。使用波长为488 nm、532 nm和980 nm的光源，我们验证了是否可以使用高斯光、光学涡旋和环形光学晶格来光学捕获介电粒子和金纳米颗粒。此外，为了在光镊环境中实现捕获粒子的高速操控，需要光镊在真空环境下且无粘性阻力，因此需要在高真空环境下构建光镊装置的准备工作。。此外，为了形成光陷阱的阵列结构，我们设计了达曼Q板（DQP），其具有在21x21光斑中生成具有相等能量的环形光学晶格的功能。