回折光学素子を利用した流体中の微粒子の操作

• Project/Area Number: 07750063
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Applied optics/Quantum optical engineering
• Research Institution: The University of Tokushima
• Principal Investigator: 早崎 芳夫 徳島大学, 工学部, 講師 (10271537)
• Project Period (FY): 1995
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1995)
• Budget Amount: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 1995: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
• Keywords: 光マニピュレータ / 回折型光学素子

Research Abstract

本研究は、回折光学素子を光マニピュレーション技術と融合して、より汎用性の高い光マニピュレーションシステムを構築することを目的として行われた。具体的な試みとして、回折型光学素子としてフレネルゾーンプレート(FZP)および円環パターンを発生するタイプを作成し、それぞれ、ポリスチレン粒子および金属メッキ粒子が光マニピュレート可能であることを実証した。まず、適用したFZPは、直径11.8mm、ゾーン数30、焦点距離1080mmであり、光マニピュレータ光学系に導入した。その結果、水に分散した3μmのポリスチレン微小球が、光マニピュレート可能であることが解った。その時、FZPに波長488nmのレーザー光を強度67.6W/cm^2で入射した場合、横方向の力は、2.13pNであり、入射光強度に対して比例することも解った。さらに、5μm、8μmのポリスチレン微小球を光マニピュレート可能であることを確認し、同様に横方向の力を測定した。以上の結果は、FZPの1次光により光マニピュレートを行った結果であり、FZPの2次光により光マニピュレート可能であることも解った。2次光の発生する横方向の力は、1次光の50-60%程度であった。これは、FZPの2次光の回折効率が、1次光の回折効率の9分の1であることから、焦点での光強度に対して、2次光が1次光より5倍程度大きな力を発生していることになる。これは、2次光が1次光に比べて、光線のNAが、大きいためであると考えられる。表面で光を反射する粒子を光マニピュレートするために、円環パターンを発生する回折光学素子を作成した。試料として、2枚の電気回路パターンを接着する際の導電体として使用されている金属メッキ粒子を用いた。そこで、金属メッキ粒子が光マニピュレート可能であることを実証した。
以上の研究により、固定型の回折型光学素子の光マニピュレータへの適用が、可能であることを示した。さらに、より汎用的なシステムを構築するために、可変型の回折光学素子の適用が必要である。そのためには、耐光強度性の高い実時間動作可能な空間光変調素子の実現が急務である。
なお、上記の研究は、“回折光学素子を用いた液体中の微粒子の操作"および円環パターンを用いた金属メッキ微粒子の光トラップ"という題目で、1996年第43回応用物理学関係連合講演会で発表予定である。