Time-resolved spectroscopy by utilizing chiral spatial modes of optical vortices

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K22138
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 30:Applied physics and engineering and related fields
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: TODA YASUNORI 北海道大学, 工学研究院, 教授 (00313106)
• Project Period (FY): 2019-06-28 – 2023-03-31
• Keywords: 光渦 / 時間分解分光 / 光の軌道角運動量 / カイラリティ

Outline of Final Research Achievements

By utilizing the selectivity of optical vortices with unique chiral spatial modes, we have newly developed 1) spatial phase modulation spectroscopy for semiconductor surface emitting lasers and 2) coaxial three-pulse time-resolved spectroscopy for cuprate high-Tc superconductors. In case 1), chirality-selective optical vortex generations were realized by spatial mode conversion based on the geometrical phase of the resonator. In case 2), by spatial scanning the dark spots in the optical vortices, we have achieved spatio-temporal control of transient superconductivity localized at the vortices and revealed the spatial characteristics of the optical response of high-Tc superconductors.

Free Research Field

光物性

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

らせん状の波面を持つ光渦は、その特異的な空間モードカイラリティにもとづいて複数光波を分離したり重ね合わせたりできる。本研究ではそのような光渦の空間特性を時間分解分光に活用し、従来は不可能であった空間位相変調や時間変調、特異点走査を半導体レーザーおよび高温超伝導体に対して実現した。得られた成果はデバイス機能開拓や物性探索に対する光波の空間モードカイラリティ利用の有効性を示しており、光源開発やイメージング、ナノデバイス応用につながる。