Chiral optical materials formed by optical vortex illumination

2018 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 17K19070
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Applied physics and engineering and related fields
• Research Institution: Chiba University
• Principal Investigator: Omatsu Takashige 千葉大学, 大学院工学研究院, 教授 (30241938)
• Project Period (FY): 2017-06-30 – 2019-03-31
• Keywords: 光渦 / 軌道角運動量 / スピン軌道相互作用

Outline of Final Research Achievements

We demonstrated chiral surface relief formation in azo-polymers by illumination of tightly focused 1um picosecond optical vortex pulses. We discovered that the chiral surface relief formation requires several times photo-isomerization cycles. In fact, it is noteworthy that it is difficult to create such chiral surface relief by employing optical vortex pulses with a pulse duration of less than 2 ps.
We also successfully created a millimeter scale helical microfiber by irradiating picosecond visible optical vortex pulses to ultraviolet curing resin via a two-photon-photopolymerization. The resulting helical microfibers exhibited a length of 300um. Also, we could control the helicicity of the fibers only by changing the handedness of incident optical vortex pulses.

Free Research Field

光量子工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

アゾポリマーの螺旋表面レリーフ形成や光重合による自己組織的螺旋ファイバー形成などの現象はこれまですべて1光子吸収を介して光渦の軌道角運動量が物質に転写されたものであった。今回の研究によって2光子吸収などの多光子過程を介しても軌道角運動量が物質に作用することが明らかになった。また、軌道角運動量が作用するのは、主として、吸収のプロセスではなく、ある程度大きな質量として成長した後、力学的に作用することも判明した。これらの研究結果は、光渦の軌道角運動量と物質の相互作用に新たな知見を与えるものである。また、光渦のパルス幅さえ適切に選択すれば、局所的な物質変化がマクロな構造へと成長することも判明した。