2020 Fiscal Year Research-status Report
非線形フォトニクスに立脚したテラヘルツ光渦シンセサイザーの開発
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19K05299
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
宮本 克彦 千葉大学, 大学院工学研究院, 准教授 (20375158)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | テラヘルツ / 光渦 / 非線形光学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
テラヘルツ領域において、高純度固有モード性を維持しながら、なお且つ発生周波数を任意に可変できる「テラヘルツ光渦シンセサイザー」の開発が本研究課題の目的である。
予備的な実験として昨年度は、差周波発生における励起光（近赤外光）がもつ軌道角運動量がテラヘルツ領域へと転写することを実験的に実証し、軌道角運動量保存則が成り立つ事を示した。今年度は、広帯域における周波数可変性および高次次数のテラヘルツ光渦発生の実験的検討に加え、モード純度に関する数値的検討も行った。
近赤外域における励起2波長パルスである光渦（次数1）とガウスビーム（この場合、次数は0）を空間的に、そして時間的に重ねて有機非線形光学結晶DASTに入射させることで、1～12THzにおける超広帯域において周波数可変なテラヘルツ光渦の発生に成功した。通常の光学素子（螺旋型位相板）を用いた場合、光渦発生は設計周波数のみに制限されてしまう。しかし、差周波発生を用いる本手法ではこれらの制限を一切受けない。所望周波数のテラヘルツ光渦を任意に発生可能である。一方、光渦のモード純度シミュレーションを行った結果、差周波によるテラヘルツ光渦発生では螺旋型位相板を使用した際に比べ、大幅なモード純度の向上が確認できた。さらに、励起光光渦の次数を2次とした場合においても、軌道角運動量保存則が成り立つ事が実験的に実証し、高純度を保ったまま高次テラヘルツ光渦の発生に成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
光学素子を用いた波面変調による光渦発生の場合、動径方向の高次モード成分の抑制が固有モード性の鍵となる。本研究の特徴は、差周波発生用の励起光の集光面がフーリエ面であることを利用し、動径方向の高次モードをフィルタリングすることで純度の高いテラヘルツ光渦発生が実現できることである。実験による高次モード抑制の確認だけでなく、モード解析による理論計算により高い固有モード性を担保する結果が得られ、本研究の有用性を確認できた。以上の事から、研究進捗はおおむね順調であるといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
軌道角運動量次数1のテラヘルツ光渦発生が、1～12THzにおいて変調が可能となったことから、今後は軌道角運動量の符号制御に加え円偏光発生についても実現を図る。つまり、テラヘルツ領域における光の角運動量を自在に制御しオンデマンドで発生できる「テラヘルツ光渦シンセサイザー」の実現を目指す。この他、軌道角運動量を有した高次ベッセルビームなど、時空間に構造をもつテラヘルツ光の発生を行う予定である。
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