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2021 Fiscal Year Annual Research Report

Ultrafast beam pattern modulation using the superposition of chirped ultrashort optical vortex pulses and its application

Research Project

Project/Area Number 20H02645
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

森田 隆二  北海道大学, 工学研究院, 教授 (30222350)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 戸田 泰則  北海道大学, 工学研究院, 教授 (00313106)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords光渦 / 超短光パルス / チャープ / 超高速ビーム制御 / 擬粒子励起
Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は,光の持つ位相・偏光の空間的特異性・非一様性に着目し,申請者らが現在までに独自に開発したモノサイクル域光パルス発生・制御技術,超短光パルスコヒーレント合成技術,光のスピン軌道相互作用変換・制御技術を用いることにより, THzの速さでビームパターンが変化する光格子(光渦ペア)を発生させること,さらに,物質系において,発生光渦ペアによる擬粒子励起を行い,その伝播過程を利用してコヒーレントな制御・増強を行うことである。既に申請者らは,THz回転周波数の超高速回転光格子(光渦ペア)発生に成功しているが,物質系における擬粒子励起などの応用を考えると,十分な光出力とはいえない。そこで,まず,THz回転周波数の超高速回転リング状光格子(光渦ペア)の高強度化をめざし,当該年度は以下を行った。

光源系の改良としては,光損失が少なく安定でロバストなコヒーレントビーム合成光学系としてサニャック型干渉計光路を用い,変調前のパルスエネルギー360 μJ,変調後のパルスエネルギー115 μJ,32%の高い変換効率を得ている。また,チャープされた光渦の重ね合わせ実験において,絶対値が等しく符号の異なるトポロジカルチャージを有する光渦パルスの重ね合わせ手法を拡張し,方位方向指数の異なる光渦の重ね合わせによる動径方向に変化する高効率超高速ビーム変調,方位方向指数および動径方向指数の異なる光渦の重ね合わせによる複雑な超高速ビームパターン変調に成功している。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

理由
当該年度の目的である,超高速かつ自在にビーム強度パターンを変化させる手法の拡張できたことによる。

Strategy for Future Research Activity

さらに超高速かつ自在にビーム強度パターンを変化させる手法の拡張を行うとともに,この強度パターン変調ビームを用い擬粒子励起を行う。具体的には以下のことを行う。

1.光渦ペアのコリニアな重ね合わせだけではなく,ノンコリニアな重ね合わせも行い,直線方向の強度変化自由度も加え,自在性を高める。
2. 本研究の手法で発生させた強度パターンが超高速で変化するビームを用いて,物質系における擬粒子励起を行い,その位相速度と重ね合わせビームの強度移動速度の関係性により,擬粒子励起のコヒーレントな制御・増強をめざす。

  • Research Products

    (20 results)

All 2022 2021 Other

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (16 results) (of which Int'l Joint Research: 12 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Propagation-invariant vortex Airy beam whose singular point follows its main lobe2021

    • Author(s)
      M. Suzuki, K. Yamane, T. Omatsu, R. Morita
    • Journal Title

      New J. Phys.

      Volume: 23 Pages: 113043/1-11

    • DOI

      10.1088/1367-2630/ac37af

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Generation of hexagonal close-packed ring-shaped structures using an optical vortex2021

    • Author(s)
      H. Kawaguchi, K.Umesato, K. Takahashi, K. Yamane, R. Morita, K.-i. Yuyama, S. Kawano, K. Miyamoto, M. Kohri, T. Omatsu
    • Journal Title

      Nanophotonics

      Volume: 11 Pages: 855-864

    • DOI

      10.1515/nanoph-2021-0437

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Spectroscopic polarization measurement and control using channeled spectrumSpectroscopic polarization measurement and control using channeled spectrum2021

    • Author(s)
      K. Oka, K. Yamane, M. Sakamoto, R. Morita
    • Journal Title

      Proceedings of SPIE

      Volume: 11927 Pages: 119270N

    • DOI

      10.1117/12.2616272

  • [Presentation] Direct print of well-aligned close-packed gold microdots with optical vortex irradiation2022

    • Author(s)
      Kanta Takahashi, Haruki Kawaguchi, Rong Wei, Keisaku Yamane, Ken-ichi Yuyama, Satoyuki Kawano, Ryuji Morita, Nobuyuki Aoki, Katsuhiko Miyamoto, Takashige Omatsu
    • Organizer
      CLEO Pacific-Rim 2022
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Direct print of close-packed gold nanoparticle microdots with optical vortex illumination2022

    • Author(s)
      H. Kawaguchi, K. Takahashi, R. Wei, K. Yamane, K.-i. Yuyama, S. Kawano, R. Morita, N. Aoki, K. Miyamoto, T. Omatsu
    • Organizer
      8th Optical Manipulation and Structured Materials Conference (OMC2022)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Development of sub-Gfps ultrafast snapshot imaging system based on recirculation filtering of ultrashort optical pulses2022

    • Author(s)
      Asami Honda, Keisaku Yamane, Masato Suzuki, Jin Kawaguchi, Yasunori Toda, Takashige Omatsu, Ryuji Morita
    • Organizer
      CLEO 2022
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Direct Optical Vortex Laser Printing of a Microdot with Close-Packed and Sintered Gold Nanoparticles2022

    • Author(s)
      Haruki Kawaguchi, Rong Wei, Keisaku Yamane, Ken-ichi Yuyama, Satoyuki Kawano, Ryuji Morita, Kohei Toyoda, Katsuhiko Miyamoto, Takashige Omatsu
    • Organizer
      CLEO 2022
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 再循環光学フィルタリングを用いた sub-Gfps イメージング装置の開発2022

    • Author(s)
      爲本龍太, 本田亜沙美, 山根啓作, 鈴木 雅人,戸田泰則,尾松孝茂,森田隆二
    • Organizer
      第69回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] 光渦レーザー誘起前方転写法による金ナノインクプリンティング2022

    • Author(s)
      魏 榕,川口晴生,山根啓作,柚山健一,川野聡恭,森田隆二,青木伸之,宮本克彦,尾松孝茂
    • Organizer
      第69回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] 時間-周波数マッピングに基づく新規高速スナップショット計測システムの開発2022

    • Author(s)
      本田亜沙美,山根啓作,鈴木雅人,川口秦,戸田泰則,尾松孝茂,森田隆二
    • Organizer
      レーザー学会学術講演会 第42回年次大会
  • [Presentation] Vortex Airy beam realized by superposition of two Airy beams2021

    • Author(s)
      Masato Suzuki, Keisaku Yamane, Takashige Omatsu, Ryuji Morita
    • Organizer
      Frontiers in Optics 2021
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Improvement in orbital angular momentum mode sorting of optical vortices2021

    • Author(s)
      K. Yamane, K. Iitsuka, M. Sakamoto, H. Ono, K. Oka, Y. Toda, R. Morita
    • Organizer
      CLEO Europe/Europe-EQEC
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Creation of hexagonal close-packed photonic-ring with optical vortex2021

    • Author(s)
      K. Takahashi, H. Kawaguchi, K. Umesato, Y. Arita, K. Yamane, R. Morita, K.-i. Yuyama, S. Kawano, K. Miyamoto, T. Omatsu
    • Organizer
      The 40th JSST Annual International Conference on Simulation Technology
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Optical vortex induced hexagonal close-packed photonic-microring2021

    • Author(s)
      K. Takahashi, H. Kawaguchi, K. Umesato, Y. Arita, K. Yamane, R. Morita, K.-i. Yuyama, S. Kawano, K. Miyamoto, T. Omatsu
    • Organizer
      JSAP-OSA Joint Symposia 2021
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Proposal of new-type vortex Airy beam with improved propagation characteristics2021

    • Author(s)
      Masato Suzuki, Keisaku Yamane, Takashige Omatsu, Ryuji Morita
    • Organizer
      JSAP-OSA Joint Symposia 2021
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Spectroscopic polarization measurement and control using channeled spectrum2021

    • Author(s)
      Kazuhiko Oka, Keisaku Yamane, Moritsugu Sakamoto, Ryuji Morita
    • Organizer
      Optical Technology and Measurement for Industrial Applications Conference 2021
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] エアリービームの重ね合わせによる光渦エアリービームの生成の検討2021

    • Author(s)
      鈴木雅人, 山根啓作, 尾松孝茂, 森田隆二
    • Organizer
      Optics and Photonics Japan 2021
  • [Presentation] Optical vortex induced gold nanoparticles forward transfer2021

    • Author(s)
      Haruki Kawaguchi,Kei Umesato,Kanta Takahashi,Keisaku Yamane,Ken-ichi Yuyama,Satoyuki Kawano,Ryuji Morita,Katsuhiko Miyamoto,Takashige Omatsu
    • Organizer
      Joint Symposia on Optics Program, Optics and Photonics Japan 2021
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Physics of optical vortex and its application2021

    • Author(s)
      Ryuji Morita
    • Organizer
      OCAMI Joint Usage/Research, Helicity and space-time symmetry ― a new perspective of classical and quantum systems
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] 光量子物理学研究室ウェブページ

    • URL

      https://www.eng.hokudai.ac.jp/labo/cacao/

URL: 

Published: 2022-12-28  

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