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本研究では高次動径モードのGouy位相を強度分布の回転（Gouy回転）により可視化することでその物理的な意味に迫るとともに、Gouy位相で誘起されるドップラーシフトの観測と光計測への応用を視野に入れた実験を行なってきた。Gouy位相によるドップラーシフトは通常の線形ドップラーシフトとは符号が逆であるため、吸収分光などにおけるドップラー広がりを低減する効果が期待できる。
前年度は振幅と位相の両方を空間位相変調器（SLM）の位相ホログラムを用いて制御することで、基本ガウシアンビームとp=1～5の高次動径モードの重ね合わせビームを生成し、Gouy回転角が理論通り逆正接関数に従い、動径モードpに比例して増幅されることを実験的に示した。しかしp=5以上の高次動径モードは生成精度が低いという点が課題であった。
最終年度は高次の動径モードの生成精度向上を目指して位相ホログラムの改善を行なった。これまでは光波の振幅を制御するために所望の振幅分布をそのまま位相ホログラムに導入していたが、sinc関数を用いた変換を施してから位相ホログラムに導入することで生成精度が飛躍的に向上し、p=10までの高次動径モードのGouy回転が理論曲線に非常に良く一致する結果を得た。残念ながら研究期間内にGouy位相によるドップラーシフトの観測までには至らなかったため今後も引き続き実験を継続していく予定である。
また、動径モードに関する技術開発と並行して、位相ホログラムを用いて方位角モードを高効率に逓倍変換する技術を新たに提案及び実験検証を行ない、その成果をPhysical Review Aから論文として出版した。これまで加算的なモード変換は実現されていたが、逓倍変換する手法は我々が初めて提唱したものである。今後は逓倍変換の位相ホログラムの作成方法を動径モード変換に応用していく予定である。
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