半導体・金属・磁性体微粒子を対象とした新しい光トラッピング法

2007 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 18360028
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 応用光学・量子光工学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 佐藤 俊一 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (30162431)
• 研究分担者: 中村 貴宏 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (50400429)
• 研究期間 (年度): 2006 – 2007
• キーワード: 光トラッピング / 微粒子 / 軸対称偏光レーザー / 径偏光レーザー

研究概要

本研究の目的は、偏光が放射状に分布した径偏光レーザービームを用いて、金属や半導体などの微粒子の光トラッピングを実現することである。初年度は、複屈折性を持った光学結晶を用いて共振器内部で偏光成分を空間的に分離し、径偏光あるいは方位偏光のみが安定に発振するようにした、まず、レーザー媒質にはc軸カットのNd:YVO_4結晶を選択した。これを半導体レーザーによるエンドポンピング法で励起したところ、約100mWの出力の径偏光レーザーの発振に成功した。同様の方法で、均一媒質であるNd:YAG結晶を用いた共振器内にノンドープのc軸カットYVO_4結晶を挿入したところ、2Wを超える径偏光レーザーの発振が確認された。次年度は光トラッピングの実験を行った。レーザービームをNAが1.2である水浸対物レンズによって集光した。捕捉しようとするガラス球またはポリスチレンラテックス球などの微粒子を浮遊させたガラスセルに対物レンズを浸し、観察した。まず、光軸と同じ方向の力を測定するために、ガラス球をトラップし、次にレーザー出力を次第に下げていき、粒子がトラップから外れる時の出力を記録した。大きさの異なるいくつかのガラス球に対して、同様の実験を行った。直線偏光のレーザービームに対するトラップ力と比較すると、径偏光ビームの方が大きな力が得られることが分かった。これは、幾何光学に基づいて行なった、トラップ力の計算結果ともよく一致しており、径偏光ビームが光トラッピングに対して、従来よく利用されている直線偏光ビームよりも、有効であることを明らかにすることができた。また、計算においては、粒子の屈折率に対する光トラップの効率も求めたが、それによると、屈折率の大きな粒子の方がより大きな効率を示すことがわかり、半導体のトラップにも有効であることを示すことができた。

研究成果

• [雑誌論文] Cylindrical vector laser beam generated by the use of a photonic crystal mirror (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Kozawa
  • 雑誌名: Appl. Phys. Express 1 ページ: 022008-1-3
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Simultaneous generation of helical beams with linear and radial polarization by use of a segmented half-wave plate (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Kawauchi
  • 雑誌名: Optics Letters, 33 ページ: 399-401
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Focusing of radially and azimuthally polarized beams through a uniaxial crystal (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Yonezawa
  • 雑誌名: Journal of the Optical Society of America A 25 ページ: 469-472
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Observation of the longitudinal field of a focused laser beam by second-harmonic generation (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Kozawa
  • 雑誌名: Journal of the Optical Society of America B, 25 ページ: 175-179
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cylindrical vector laser beam generated by the use of a photonic crystal mirror (refereed) (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Kozawa
  • 雑誌名: Appl. Phys. Express 1 ページ: 022008-1-3
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Simultaneous generation of helical beams with linear and radial polarization by use of a segmented half-wave plate (refereed) (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Kawauchi
  • 雑誌名: Optics Letters 33 ページ: 399-401
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Focusing of radially and azimuthally polarized beams through a uniaxial crystal (refereed) (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Yonezawa
  • 雑誌名: Journal of the Optical Society of America A 25 ページ: 469-472
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Observation of the longitudinal field of a focused laser beam by second-harmonic generation (refereed) (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Kozawa
  • 雑誌名: Journal of the Optical Society of America B 25 ページ: 175-179
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Radially polraized laser beam from a Nd:YAG laser cavity with a c-cut YVO_4 crystal (2007)
  • 著者名/発表者名: Y.Kozawa
  • 雑誌名: Applied Physics B, 88 ページ: 43-46
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] A compact laser with radial polarization by using a birefringent laser medium (2007)
  • 著者名/発表者名: K.Yonezawa
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 46 ページ: 5160-5163
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sharper focal spot formed by higher-order radially polarized laser beams (2007)
  • 著者名/発表者名: Y.Kozawa
  • 雑誌名: Journal of Optical Society of America A, 24 ページ: 1793-1798
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Calculation of optically trapping forces on a dielectric sphere in the ray opticsregime produced by a radially polarized laser beam (2007)
  • 著者名/発表者名: H. Kawauchi
  • 雑誌名: Optics Letters 32 ページ: 1839-1841
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Radially polraized laser beam from a Nd: YAG laser cavity with a c-cut YVO_4 crystal (refereed) (2007)
  • 著者名/発表者名: Y. Kozawa
  • 雑誌名: Applied Physics B 88 ページ: 43-46
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] A compact laser with radial polarization by using a birefringent laser medium (refereed) (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Yonezawa
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 46 ページ: 5160-5163
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Sharper focal spot formed by higher-order radially polarized laser beams (refereed) (2007)
  • 著者名/発表者名: Y. Kozawa
  • 雑誌名: Journal of Optical Society of America A 24 ページ: 1793-1798
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Calculation of optically trapping forces on a dielectric sphere in the ray optics regime produced by a radially polarized laser beam (refereed) (2007)
  • 著者名/発表者名: H. Kawauchi
  • 雑誌名: Optics Letters 32 ページ: 1839-1841
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Generation of a radially polarized laser beam by use of the birefringence of a c-cut Nd:YVO_4 crystal (2006)
  • 著者名/発表者名: K.Yonezawa
  • 雑誌名: Optics Letters 31 ページ: 2151-2153
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Generation of a cylindrically symmetric, polarized laser beam with narrow linewidth and fine tunability (2006)
  • 著者名/発表者名: T.Hirayama
  • 雑誌名: Optics Express 14 ページ: 12839-12845
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Velocity Control of Cesium Atomic Beam using TWo Frequency-modulated External-cavity Diode Lasers (2006)
  • 著者名/発表者名: T.Hirayama
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 45 ページ: 8910-8913
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Semiconductor laser based, injection locking maintaining broad linewidth generated by a direct current modulation of a master laser (2006)
  • 著者名/発表者名: K.Sasaki
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 77 ページ: 096107-1-3
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Focusing property of a double-ring-shaped radially polarized beam (2006)
  • 著者名/発表者名: Y.Kozawai
  • 雑誌名: Optics Letters 31 ページ: 820-822
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Generation of a radially polarized beam by use of the birefringence of a c-cut Nd: YVO_4 crystal (refereed) (2006)
  • 著者名/発表者名: K. Yonezawa
  • 雑誌名: Optics Letters 31 ページ: 2151-2153
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Generation of a cylindrically symmetric, polarized laser beam with narrow linewidth and fine tunability (refereed) (2006)
  • 著者名/発表者名: T. Hirayama
  • 雑誌名: Optics Express 14 ページ: 12839-12845
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Velocity control of cesium atomic beam using two frequency-modulated external-cavity diode lasers (refereed) (2006)
  • 著者名/発表者名: T. Hirayama
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 45 ページ: 8910-8913
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Semiconductor laser based, injection locking maintaining broad linewidth generated by a direct current modulation of a master laser (refereed) (2006)
  • 著者名/発表者名: K. Sasaki
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 77 ページ: 096107-1-3
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Focusing property of a double-ring-shaped radially polarized beam (refereed) (2006)
  • 著者名/発表者名: Y. Kozawa
  • 雑誌名: Optics Letters 31 ページ: 820-822
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [学会発表] Generation of cylindrical vector beams from a Nd: YAG laser cavity including a c-cut YVO_4 crystal (2007)
  • 著者名/発表者名: Yuichi Kozawa
  • 学会等名: Conference on Lasers and Electro-Optics
  • 発表場所: Baltimore, USA
  • 年月日: 2007-05-11
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] Generation of Cylindrical Vector Beams from a Nd: YAG Laser Cavity including a c-cut YVO_4 Crystal (2007)
  • 著者名/発表者名: Yuichi Kozawa
  • 学会等名: Conference on Lasers and Electro-Optics
  • 発表場所: USA, Baltimore
  • 年月日: 2007-05-11
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [備考] 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • URL: http://satolab.tagen.tohoku.ac.jp/
• [産業財産権] 一様でない偏光分布を有するレーザー共振器およびレーザー装置 (2007)
  • 発明者名: 川上彰二郎、井上喜彦、川嶋貴之、佐藤俊一、小澤祐市
  • 権利者名: 国立大学法人東北大学
  • 産業財産権番号: 特許、特願2007-078015
  • 出願年月日: 2007-03-24
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [産業財産権] 光ピンセットの方法 (2006)
  • 発明者名: 佐藤俊一、小澤祐市
  • 権利者名: 国立大学法人東北大学
  • 産業財産権番号: 特許、特願2006-324904
  • 出願年月日: 2006-11-30
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より