2022 Fiscal Year Research-status Report
Study on manipulation of spatial modes of light by a twisting interferometer
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21K04921
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
宮本 洋子 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (50281655)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 光情報処理 / 光の空間モード / 光渦 / 干渉計 / 2次元調和振動子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究はひねり干渉計による光の空間モードの操作について、その基本的な性質を明らかにするとともに、より安定かつ広帯域に適用可能な新しい干渉計を実現することを目的としている。ひねり干渉計は入力ビームを2つに分けて、互いに直交する方向にそれぞれ位置と運動量をずらし、位相差πで重ね合わせることで空間モードを変換する。令和4年度は新しい共通経路ひねり干渉計について研究を進め、広帯域光源の選定をほぼ完了した。
新しいひねり干渉計は微小な位置と運動量のずれをバランスよく安定に導入することを目的としたものである。前年度に設計に着手した複屈折素子と円筒面レンズの組み合わせによる共通経路干渉計について、複屈折素子を選定・入手して構成を進めた。位置と運動量のずれを調整する過程で発生する、「ひねり」の軸の回転を正しく再現するシミュレーションのプログラムを整備し、理論と実験の比較の準備を進めた[Numakura他, OMC2023 (2023)]。円筒面レンズの副作用を除去するための工夫についても検討を行った。
広帯域光源は共通経路干渉計の設計に合わせて仕様を決定し、機種選定をほぼ完了した。また高次モードを入力モードとする実験に向けて、入力モードの純粋度を上げる実験手法についても検討を進めた[Miyamoto, ICFAST-2022 (2022)他]。
これらと並行して、円筒面レンズを含む光学系における高次空間モードの振る舞いについての検討[Miyamoto, Optica Biophotonics Congress (2023)]や偏光状態の空間分布の詳細な撮影[Akter他、Optics and Photonics Japan 2022 (2022)]等について成果を得た。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
令和4年度はひねり干渉計の理論と実験の比較を行うとともに、新しく設計した共通経路ひねり干渉計を構成し、さらに広帯域光源の選定・導入を行う計画であった。このうち共通経路ひねり干渉計については中核となる複屈折素子を選定・入手し改良を進めたが、理論と実験の比較についてはシミュレーションに留まっている。広帯域光源も選定をほぼ完了したが導入には至らなかった。
理論と実験の比較が遅れている理由は、位置と運動量のずれの大きさや2つのずれの間のバランスを制御しやすい共通経路ひねり干渉計に実験を一本化するよう計画を変更したためである。共通経路ひねり干渉計では「ひねり」の軸が水平・鉛直方向に対して回転するため、この軸回転を正しく再現するシミュレーションのプログラムを整備し、実験との比較の準備を進めている。
広帯域光源の導入は仕様を決定して機種の選定まで進めたが、新たに比較検討すべき機種があることが分かり令和5年度初期にデモ機を見る機会があることから購入を延期した。
以上から、研究の進行は部分的に遅れているが、成果が出るよう工夫して進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究計画の主な変更は、令和4年度中に計画していた理論と実験との比較および広帯域光源の導入を令和5年度に行うことである。共通経路干渉計、広帯域化、逆方向の動作について実験を行う。
令和5年度：共通経路ひねり干渉計を構成し、実験を行う。設計通りの大きさのずれが導入できているか、安定したずれが導入できているか確認する。位置と運動量のずれの大きさや2つのずれの間のバランスを変えた実験を行って、ひねり干渉計の理論との比較を行う。その際、これまで検討した入力モードの純粋度の改善手法を取り入れて実験を行う。
広帯域光源の導入を行い、広帯域での干渉計の動作を確認する。
ひねり干渉計の逆方向の動作について、実験を行い、結果の解析を行う。逆方向の動作ではひねり干渉計を2入力2出力の装置と考えるため、順方向の動作で出力される2つのモードを出力側から入射して実験を行う。
前年度に引き続き、海外研究協力者のDinesh N. Naik氏（インド宇宙科学技術大学・准教授）、Nirmal K. Viswanathan氏（ハイデラバード大学・教授）、Chandran Thodika Samlan氏(ボルドー大学・ポスドク）と共同研究を行う。
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| Causes of Carryover |
次年度使用額2,493,347円が生じた主な原因は、購入を予定していた広帯域光源について機種の最終決定を令和5年度当初に変更し、付随した物品の購入もなかったためである。
令和5年度請求額と合わせて次年度は2,793,347円を使用する。広帯域光源は1,500,000円を見込んでいる。この他に物品費（843,347円）は共通経路ひねり干渉計の改良および広帯域化のための光学部品等を購入する。旅費（200,000円）は国内会議での研究発表を予定している。その他（250,000円）は論文投稿費や学会参加登録費に使用する。
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