光波の角運動量が誘導する螺旋構造体形成

光波角动量诱导形成螺旋结构

基本信息

批准号：
19J12797
负责人：
増田圭吾
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Chiba University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-25 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J12797/
关键词：
光渦軌道角運動量特異点光学光異性化反応アゾポリマー

项目摘要

アゾポリマーは、可視光によって光異性化反応に由来する質量移動が引き起こされ、凹凸の構造体である表面レリーフを形成する。螺旋波面を有する光渦CWレーザを用いると、強度分布と偏光のみならず、波面の情報をも反映した螺旋状のキラル表面レリーフが形成されることが明らかとなっている。超短パルスレーザは二光子吸収を誘起することができ、その空間選択性の高さから３次元的なマイクロ・ナノ加工へと応用されている。光渦超短パルスレーザを用いることで、空間選択性の高い３次元的な軌道角運動量転写が可能となり、螺旋波面(に由来する軌道角運動量)の自由度を付加した３次元高密度光記録への応用や、多光子過程における光のスピン軌道角運動量相互作用など新規非線形現象の開拓につながる。しかし、超短パルス光渦レーザによる二光子吸収過程を介したアゾポリマーのレリーフ形成の報告例はない。本研究では、近赤外の超短パルス光渦レーザを用いることで、二光子吸収の高い空間選択性を反映したキラル表面レリーフ形成に成功した。使用したアゾポリマー薄膜（Poly-Orange-Tom-1）は、可視光領域に強い吸収を示し赤外光は吸収しない。光渦超短パルスレーザ（波長：1.03μm、パルス幅 : 8ps、繰返し周波数 : 35MHz）を対物レンズ（NA：0.9）でアゾポリマー薄膜表面に集光し（集光したスポット系：～4μm）レリーフ形成を促した。AFM顕微鏡で観察したところ、直径は3.6μm、高さは300nmのキラル表面レリーフが確認できた。一光子過程を介したキラル表面レリーフと比較すると、レリーフ周辺の不必要なエアリーパターンが抑制され、さらには、焦点近傍の狭い領域でのみキラル表面レリーフが形成された。このことから二光子吸収を駆使することで横・縦方向において空間選択性の高いキラル表面レリーフを形成できることを明らかにした。

偶氮聚合物是由可见光引起的，它是从光异构反应中转移质量的，从而形成表面浮雕，这是凹形凸结构的结构。显然，使用光涡流CW激光器具有螺旋波前将形成螺旋性手性表面浮雕，不仅反映了强度分布和极化，还反映了波前信息。超短脉冲激光器可以诱导两光子吸收，并且由于其高空间选择性，它们已应用于三维微纳米加工。通过使用超短光涡旋激光器，可以进行高度选择性的3D轨道角动量转移，从而导致新的非线性现象的发展，例如，在三维高密度光学记录中应用，并增加了直射wave的自由度（轨道角度衍生自动范围），并从旋转的旋转动量中启用了旋转动量。但是，没有通过超短脉冲光涡旋激光器通过两光子吸收过程来释放氮杂聚合物的报道。在这项研究中，通过使用近红外的超短脉冲光学涡旋激光器，我们成功形成了手性表面浮雕，反映了两光子吸收的高空间选择性。使用（聚橙-TOM-1）的Azopolymer薄膜在可见光区域表现出很强的吸收，并且不吸收红外光。使用物镜透镜（NA：0.9）（NA：0.9）（凝结的点系统：〜4μm）将超短光涡流激光器（波长：1.03μm，脉冲宽度：8 PS，重复频率：35 MHz）集中在Azopolymer薄膜的表面上。当使用AFM显微镜观察时，直径为3.6μm，高度为300 nm，可以确认手性表面浮雕。与通过单光子过程的手性表面浮雕相比，浮雕周围不必要的通风模式被抑制，甚至仅在焦点附近的狭窄区域中形成手性表面浮雕。这表明，通过充分利用两光子吸收，可以在水平和垂直方向上形成具有高空间选择性的手性表面浮雕。

项目成果

期刊论文数量（16）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Twisted mass transport enabled by the angular momentum of light

DOI：
10.1117/1.jnp.14.010901
发表时间：
2020-01
期刊：
Journal of Nanophotonics
影响因子：
1.5
作者：
T. Omatsu;K. Masuda;K. Miyamoto;K. Toyoda;N. Litchinitser;Y. Arita;K. Dholakia
通讯作者：
T. Omatsu;K. Masuda;K. Miyamoto;K. Toyoda;N. Litchinitser;Y. Arita;K. Dholakia

Picosecond optical vortex-induced chiral surface relief in an azo-polymer film

DOI：
10.1117/1.jnp.14.016012
发表时间：
2020-01
期刊：
Journal of Nanophotonics
影响因子：
1.5
作者：
K. Masuda;Ryo Shinozaki;Ami Shiraishi;Mitsuki Ichijo;K. Yamane;K. Miyamoto;T. Omatsu
通讯作者：
K. Masuda;Ryo Shinozaki;Ami Shiraishi;Mitsuki Ichijo;K. Yamane;K. Miyamoto;T. Omatsu

光渦の二光子吸収によって形成されたキラル表面レリーフ

光学涡旋的双光子吸收形成的手性表面起伏