2021 年度研究成果報告書

ベクトルビーム励起型ナノドットレーザの開発

研究課題

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研究課題/領域番号	19K15467
研究種目	若手研究
配分区分	基金
審査区分	小区分30020:光工学および光量子科学関連
研究機関	大分工業高等専門学校
研究代表者	田中大輔大分工業高等専門学校, 電気電子工学科, 准教授 (20643729)
研究期間 (年度)	2019-04-01 – 2022-03-31
キーワード	ナノレーザ / 局在プラズモン共鳴 / 光渦 / 離散双極子近似計算
研究成果の概要	本研究課題では、非対称なサブシェル構造にベクトルビームの一種である光渦を入射することで、多重極子型プラズモン共鳴を効率的に励起し、さらにサブシェル粒子の非対称性による指向性をもった発光特性を有するナノ光源が実現できるか、離散双極子近似シミュレーションによって検討した。その結果、(1)光渦の偏光と渦価の和である全角運動量から多重極子モードの次数を選択できること、(2)四重極子共鳴の励起効率がスカラービーム励起と比べて約10倍に向上すること、(3)構造の非対称性に由来した発光特性を持ったナノ光源を設計が可能であること、が示唆された。
自由記述の分野	プラズモニクス
研究成果の学術的意義や社会的意義	レーザは、通信、加工、記録、計測、検出など、世の中で広く利用されているが、回折限界のためにμmオーダー以上のサイズを有することが一般的である。ナノレーザ光源が実現すれば、量子回路やナノプロセッサといったナノ回路内での超高速動作や極狭領域での高感度センシング、などが実現可能となる。本研究で明らかにした、「光渦による高効率な多重極子型プラズモン共鳴の励起」はドット型ナノレーザの要素技術となるだけでなく、所望する共鳴次数を励起源によって選択制御できる技術であり、学術的意義は小さくない。応用例であるナノレーザはSDGsの3、9、12を実現するためのセンサ開発などに有用であり、社会的意義は大きい。