2017 Fiscal Year Annual Research Report
Optical pulling force using a nanowaveguide
Publicly Offered Research
| Project Area | Nano-Material Manipulation and Structural Order Control with Optical Forces |
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| Project/Area Number |
17H05460
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
Sadgrove Mark 東北大学, 電気通信研究所, 准教授 (40625000)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | ナノ光学 / 光引力 / 光圧 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
29年度の研究成果は下記の通りである。
1)ナノファイバー表面上に単一金ナノ粒子の導入を成功し、ナノ粒子をアンテナーとして利用して、ナノファイバーのキラル偏光応答を測定した。ナノファイバーへのカップリングキラル性のスケーリング関数を導出し、データと比べた。この結果はScientific Reportsの論文雑誌に掲載された。[M. Sadgrove et al., Sci. Rep. 7, 17085 (2017)]
2)ナノファイバーとナノグレーティングの複合デバイスを用いる新たな原子トラップの方法を提案した。グレーティングはファイバー伝搬モードに対して共振モードを生成し、及び外部電場に対して回折格子として役立て、ファイバー表面から数100nm程度離れたトラップ格子が実現可能だと証明した。この方法で原子とナノフォトニック共振モードの最適な結合が自動的になり、重要な提案だと考えられる。この結果はNew Journal of Physicsの論文雑誌に掲載された。[M. Sadgrove and Kali Nayak, New J. Phys. 19, 063003 (2017).
3)光引力実験の準備として、新たな顕微光学系を組み立てた。この光学系を利用し、150nm程度の金ナノ球の光圧輸送を実現できた。また、輸送速度の光パワーの依存性を求めて、理論上の結果と比べた。今回の高圧輸送実験の重要な特性の一つは必要なパワーがmW程度で、レーザーポインターと同じようなレベルであった。以上から、市販的な応用でも向いていると考えられる。この結果は日本物理学会第73回年次大会で発表された。
4)冷却原子の生成に成功した。中性ルビジウム原子のレーザー冷却装置と組んで、ナノファイバーの表面と近くに原子集団の生成もできた。
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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
現在の状況は予定通りである。１年目ゼロから新たな顕微光学系を組んで、水中の金ナノ粒子のトラッピング及び輸送が実現できた。これが必要不可欠な一歩であった。今年度中光引力を実現する予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
光引力実験の実現に進むために以下のような計画を提案する。
1)ナノファイバー上の光圧輸送の実験では、金ナノ粒子ではなく、石英ビーヅを用いる予定である。金ナノ粒子は散乱と吸収がかなり多くて、輻射圧が大きい。提案した光引力方法は光の勾配力だけを用いて、ファイバー軸方向の輻射圧が大きいと実現できない恐れがある。それを防ぐために吸収率の小さい石英ビーヅを利用する予定である。輻射圧を完全に抑えることが不可能であれば、逆方向から伝搬モードを入れて、粒子の輻射圧による輸送を抑えることができる。
2)ナノ光ファイバーのコヒーレント高次モードを生成するために、自作のAOMドライバーという装置が必要である。AOMとドライバーのICは既に用意して、今年度ドライバーの作成を行う予定である。
3)今までより直径が太いナノファイバーを作成し、対物レンズでの高次モード観測を目指している。どのようなモードがあるか及びAOMの位相変調でモードのビートパターンが動くかを確認するために、このような測定が必要である。以上の計画でナノ導波路上の光引力を目指している。この実験方法で引力の実現が困難であれば、冷却原子の実験系で試すことも可能である。原子の実験が理想的な方で、その系で光引力がよりすぐに実現できる可能性がある。また、水中の実験系で光引力ができなくても、有意な実験はまだできると考えられる。例をあげると、ナノファイバーと金ナノロッドの複合デバイスで光トラッピングの実験、そしてキラル的な光圧の実験を行う予定ある。
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