Studies on optical vortex metamaterials using optical comb spectroscopy

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H01840
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 30020:Optical engineering and photon science-related
• Research Institution: The University of Electro-Communications
• Principal Investigator: Asahara Akifumi 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (00770091)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 美濃島 薫 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (20358112) ; 杉田 篤史 静岡大学, 工学部, 教授 (20334956)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 光周波数コム / 光計測 / 光渦 / メタマテリアル / 光物性

Outline of Final Research Achievements

In this study, we developed a fundamental measurement technology for studying the physical properties of optical vortices by making full use of optical comb spectroscopy. Through optical simulations and fabrication of split-ring resonator-type metamaterial samples, we gained systematic knowledge about the design of optical vortex metamaterials. In addition, we demonstrated the direct measurement of the complex optical response of metamaterial samples in the near-infrared region using dual-comb spectroscopy, demonstrating its usefulness as a general-purpose technique for evaluating the physical properties of metamaterials. Furthermore, as a new optical wave modulation technology, we devised a switching technology for the spatial phase structure of optical vortices that utilizes the high phase controllability of optical combs.

Free Research Field

光工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では，光渦物性を研究するための基盤測定技術を，光コム分光を駆使して創出することを目的として研究を遂行した． 従来の光物性研究では，ガウシアンビームを前提とした限定的議論が主であり，光渦のような横モードとの関連性についての考察は十分ではなかった．本研究では，光コム分光を活用することで，空間次元を含めた包括的かつ高感度な光波評価技術を示し，特に光渦メタマテリアルの設計指針および特性評価に関する知見を得た．本成果は，新奇光渦デバイスの開発や，光渦が関連する特異な電子物性やスピントロニクス現象の解明など，幅広い分野の発展へ繋がると期待される．