| 研究課題/領域番号 |
14J08073
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
齋藤 貴宏 東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-25 – 2017-03-31
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| キーワード | 位相回復法 / タイコグラフィー / 波面計測 / 光渦 / 位相特異点 |
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| 研究実績の概要 |
近年，光渦と呼ばれる種類の光に関する研究が盛んである．光渦とは，軌道角運動量を持つ，波面がらせん状である，ビームが中空であると言った特徴を持つ光のことを言う．可視光，近赤外光での応用研究が盛んであり，光ピンセットや光多重通信などへの応用が良く知られている．また，質の良いX線が得られる放射光施設において，X線領域での光渦の発生も報告され始めている．それら光渦の研究において，効率的な発生手法と，高精度な計測法は必要不可欠である．昨年度における研究は可視光領域における光渦計測法の提案と，X線光渦のより効率的な発生手法の提案を目的として実施されたものである．
光渦の起動角運動量といった重要な情報は，直接測定することの出来ない波面に含まれている．研究者が光渦の計測のために利用した手法は，タイコグラフィー位相回復法と呼ばれるものである．フーリエ変換と逆変換の反復演算を利用し，波面の回復が可能である．研究者は，等手法を用いて光渦の計測を実証してきた．昨年度においては，光渦を螺旋位相板を用いて作製し，その計測を行っている．実験においては螺旋位相板の形状からシミュレーションできる光渦の形状と，位相回復法によって計測された光渦の形状が完全に一致した．このことから，提案手法によって行われた光渦の計測結果が正しいものであることが証明された．
また，それら計測の研究に加えて，X線領域において光渦を発生させるミラーを提案している．本ミラーは微小な形状を印加することで，X線の波面のみを制御できることを利用したものである．まず，シミュレーションによりX線光渦を発生させる形状を持つミラーが存在しうることを示した．また，実際の放射光施設の光学系を考慮した設計を行い，光渦が発生することを確認した．また，入射角や波長を変化させることで発生する光渦の種類が変化することを確認した．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
昨年度における研究において，光渦の波面計測という目標はおおむね達成された．計測結果とシミュレーション結果が一致したことは，提案しているタイコグラフィー位相回復法が光渦計測に適したものであるということを示すものである．位相回復法による光渦の計測は，その他の波面計測法，干渉法やシャック‐ハルトマン法などと比べて分解能という点で勝る手法である．しかし，光ピンセットなどの応用先を考えるとそれはいまだ不十分であり，改善が必要とされている．
X線光渦ミラーに関する研究の目標は，放射光施設などにおけるミラーの実証であり，X線光渦ミラーについての研究はいまだに途上であると言える．また，シミュレーションベースの研究についても，今後もアライメントエラーに関する研究や，形状誤差に関する研究が必要とされている．光渦ミラーの形状については現在の最先端技術を持ってすれば不可能ということはなく，シミュレーション結果を踏まえた作製に関する研究が必要とされている．
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| 今後の研究の推進方策 |
位相回復法による光渦の計測という観点から見れば，平成26年度における研究はおおむね成功したといえる．しかし，実用の観点から見ると，光渦の波面計測の研究は途上であるとせざるを得ない．光ピンセットなどのアプリケーションにおいては，光渦を1μm程度に強く集光して利用することが多い．現状では，位相回復法による波面計測の分解能は2μm程度であり，強く集光した光渦の計測も試みていなかった．今後の研究の方針として，計測の空間分解能の向上がある．
研究者は位相回復アルゴリズムの改善により，その課題の克服に努める予定である．位相回復法においては，光学系により測定の分解能が決定されてしまう．しかし，計測データを仮想的に増やすことにより，測定の空間分解能を向上させることが出来ると考えられる．今年度においては，そのノイズ等との関係を調べ，限界まで空間分解能を向上させる研究を行う．
X線光渦ミラーに関しては，その許容アライメントエラー，形状エラーに関する研究を行う．これは，通常の回折積分計算により達成されるものである．また，現状の高精度加工法でミラーの加工が可能かどうか調査し，ミラーの製作と放射光施設における実証を視野に入れた研究を行う．
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