2023 年度研究成果報告書

光渦の螺旋性による3次元メタ螺旋構造の創成

研究課題

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研究課題/領域番号	22K18981
研究種目	挑戦的研究(萌芽)
配分区分	基金
審査区分	中区分30:応用物理工学およびその関連分野
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)	2022-06-30 – 2024-03-31
キーワード	光渦 / 軌道角運動量 / 光重合 / キラリティー
研究成果の概要	セルに封入した光硬化樹脂を紫外光照射でプレ重合して樹脂の粘度を極限まで高め、一光子吸収過程で試料セル両端に螺旋ファイバーを固着した。この螺旋ファイバーにガウスビームを入射すると、光渦モードが発生することを明らかにした。螺旋ファイバー中の光伝播をLPモード近似を用いて解析した結果、ガウスモードと光渦モード間のエネルギー交換は、約110μm間隔の周期的な捩じり構造が存在しないと起こらないことが分かった。この結果は、実験的に観測された透過光の回転数から評価できる捩じり周期100-120μmとほぼ一致する。したがって、螺旋ファイバー内部には周期的な屈折率の捩じれ構造が形成されていることが予想される。
自由記述の分野	量子光工学・応用光学
研究成果の学術的意義や社会的意義	キラリティーは物質科学における普遍的テーマである。光渦は、螺旋波面に由来する軌道角運動量と螺旋波面の向きで決まるキラリティーを持つ光である。光渦を物質に照射すると軌道角運動量が作用してキラルな量移動が起こり、物質表面にサブミクロンスケールの螺旋構造ができることを研究代表者は世界で初めて発見した。しかしながら、これまでの螺旋構造に関する事例のすべては、物質表面に限定されていた。物質内部の構造を力学的に捩じって螺旋構造を形成した本研究成果は、人工生体シ組織シミュレーター、光を非損失で一方向伝播させることができるトポロジカル光デバイスなど、メタ螺旋構造を有する素子として展開が期待できる。