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2021 年度 実績報告書

光渦が誘導する超巨大キラル質量移動の学理に立脚したキラルデバイス工学

研究課題

研究課題/領域番号 18H03884
研究機関千葉大学

研究代表者

尾松 孝茂  千葉大学, 大学院工学研究院, 教授 (30241938)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2023-03-31
キーワード光渦 / 軌道角運動量 / 光重合 / 光ファイバー導波路 / 特異点光学
研究実績の概要

螺旋(あるいは右手と左手)のように立体構造がその鏡像と空間的に重ならない性質をキラリティーと呼ぶ。研究代表者は、極微弱な光渦をモノマーに照射するだけで、光重合してできた超巨大な質量(光圧研究で使う微小球の>100倍の質量)のファイバーが光渦の角運動量の向きに自発的に捩じれ、螺旋ファイバーに自己組織化すること(光渦が誘導するキラルな超巨大質量移動)を発見した。
本研究では、「光渦が誘導する超巨大キラル質量移動」の学理を探究するとともに、光渦を固有モードとするファイバーレーザー・微粒子マニピュレーター・近接場プローブ・キラリティーセンサーなどのキラルな新奇光学素子(キラルデバイス)の創成を目指す。その成果に基づき、「光渦が誘導する超巨大キラル質量移動の学理に立脚したキラルデバイス工学」という新学術領域を開拓する。
本年度は、ピコ秒レーザーを用いた二光子吸収過程を介した光重合によって螺旋ファイバーの創成に成功した。特に、螺旋ファイバーがコイル状の特殊な形状を有すること、ファイバー直径が集光ビーム径の10分の1を切る超解像性を発現すること、ファイバーの長さがミリメートルを超えること、ファイバーの長さ方向に沿ってファイバー直径がほとんど変化しない理想的なファイバーが形成できること、などが明らかになった。二光子吸収による光重合で螺旋ファイバーができることから、螺旋ファイバー化できる材料選択の範囲が大幅に広がった。

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

二光子吸収による光重合では、光渦の軌道角運動量が効率よく転写できないことを危惧していたが、重合体に効率よい軌道角運動量の転写が起こり、螺旋ファイバーの創成に成功した。現在、二光子吸収による螺旋ファイバー創成のパラメータの最適化を検討しているが、一光子吸収に比べ、はるかに微弱なレーザーパワーでファイバーが記録できることから、新たな展開が期待できる。

今後の研究の推進方策

二光子吸収による光重合による螺旋ファイバーの創成に成功したことから、螺旋ファイバー化できる材料の選択肢が大幅に広がった。そこで、今後の応用展開を考え、生体適合性光硬化材料などの螺旋ファイバー化を検討する。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 2件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 5件、 招待講演 5件)

  • [国際共同研究] セントアンドリューズ大学(英国)

    • 国名
      英国
    • 外国機関名
      セントアンドリューズ大学
  • [雑誌論文] Intracavity spherical aberration for selective generation of single-transverse-mode Laguerre-Gaussian output with order up to 952022

    • 著者名/発表者名
      Sheng Quan、Wang Aihua、Ma Yuanyuan、Wang Sijia、Wang Meng、Shi Zheng、Liu Junjie、Fu Shijie、Shi Wei、Yao Jianquan、Omatsu Takashige
    • 雑誌名

      PhotoniX

      巻: 3 ページ: 1~12

    • DOI

      10.1186/s43074-022-00050-8

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Chirogenesis and Amplification of Molecular Chirality Using Optical Vortices2021

    • 著者名/発表者名
      Sakamoto Masami、Uemura Naohiro、Saito Rei、Shimobayashi Haruna、Yoshida Yasushi、Mino Takashi、Omatsu Takashige
    • 雑誌名

      Angewandte Chemie

      巻: 133 ページ: 12929~12933

    • DOI

      10.1002/ange.202103382

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Optical vortex lattice mode generation from a diode-pumped Pr<sup>3+</sup>:LiYF<sub>4</sub> laser2021

    • 著者名/発表者名
      Rao A Srinivasa、Miike Taku、Miyamoto Katsuhiko、Omatsu Takashige
    • 雑誌名

      Journal of Optics

      巻: 23 ページ: 075502~075502

    • DOI

      10.1088/2040-8986/ac067d

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Laguerre-Gaussian beam generation via enhanced intracavity spherical aberration2021

    • 著者名/発表者名
      Wang Meng、Ma Yuanyuan、Sheng Quan、He Xi、Liu Junjie、Shi Wei、Yao Jianquan、Omatsu Takashige
    • 雑誌名

      Optics Express

      巻: 29 ページ: 27783~27783

    • DOI

      10.1364/oe.436110

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Direct generation of 523?nm orbital Poincar? mode from a diode-pumped Pr<sup>3+</sup>:LiYF<sub>4</sub> laser with an off-axis optical needle pumping geometry2021

    • 著者名/発表者名
      Srinivasa Rao A.、Miike Taku、Miamoto Katsuhiko、Omatsu Takashige
    • 雑誌名

      Optics Express

      巻: 29 ページ: 30409~30409

    • DOI

      10.1364/oe.439491

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Generation of hexagonal close-packed ring-shaped structures using an optical vortex2021

    • 著者名/発表者名
      Kawaguchi Haruki、Umesato Kei、Takahashi Kanta、Yamane Keisaku、Morita Ryuji、Yuyama Ken-ichi、Kawano Satoyuki、Miyamoto Katsuhiko、Kohri Michinari、Omatsu Takashige
    • 雑誌名

      Nanophotonics

      巻: 11 ページ: 855~864

    • DOI

      10.1515/nanoph-2021-0437

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Twisted Light: Fundamentals and Applications2021

    • 著者名/発表者名
      Takashige Omatsu
    • 学会等名
      The 12th International Conference on Optics-photonics Design & Fabrication (ODF'20)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Structured light beams create helical structures2021

    • 著者名/発表者名
      Takashige Omatsu
    • 学会等名
      IEEE Summer Topicals Meeting Series Virtual Conference
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Optical vortex induced structured materials via two-photon absorption2021

    • 著者名/発表者名
      Takashige Omatsu
    • 学会等名
      The 11th International Conference on Metamaterials, Photonic Crystals and Plasmonics
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Optical vortex induced forward transfer2021

    • 著者名/発表者名
      Takashige Omatsu
    • 学会等名
      SPIE Optics + Photonics, Optical Trapping and Optical Micromanipulation XVIII
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Versatile-wavelength optical vortex solid-state lasers and their applications2021

    • 著者名/発表者名
      Takashige Omatsu
    • 学会等名
      SPIE Photonics West
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2022-12-28  

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