ナノフォトニック構造における偏光特異点を利用したポアンカレビームの生成

本研究は、フルポアンカレビームと呼ばるモード断面の偏光分布がポアンカレ球上の全偏光状態を被覆する光ビームを、微小光共振器を用いてオンチップで生成することを目標とする。フルポアンカレビームはスキルミオンで表現されるトポロジカルな偏光分布を持ち、同ビームの持つこの特異な偏光分布は新奇光トラップやレーザー加工等への応用が期待されている。同ビームの生成は現在バルクの光学素子を利用した報告に限定されているが、微小光共振器を用いてオンチップで生成することが可能になればセンサー等への応用の可能性が拓け、同ビームの有用性を一層引き立てることが期待される。昨年度の研究では、微小光共振器を用いてフルポアンカレビームを生成する手法を世界で初めて見出し、数値解析による検証とデバイスの設計を行った。本年度では、設計したデバイスの作製技術と評価技術を開発し、提案手法の実験的実証を行った。本研究で提案したデバイスはリング共振器上に微小な屈折率摂動から成る2重の回折格子を有する。同提案デバイスの作製にはグレースケールリソグラフィーを模した電子線リソグラフィ技術を開発することにより、リング共振器上に微小な浅い穴を形成することにより達成した。同デバイスへの光入力と、出力された光の遠方界偏光分布が評価可能な光学系を構築し、作製デバイスからの放射が遠方界にてスキルミオンで表現される偏光分布を持ち、フルポアンカレビームであることを観測した。本研究は微小光共振器によるフルポアンカレビームの生成に世界で初めて成功しており、本成果は同ビームの応用範囲をより一層広げるとともに、光科学、特にトポロジカル光波科学の分野の発展に貢献し得ると確信している。

本研究は、フルポアンカレビームと呼ばるモード断面の偏光分布がポアンカレ球上の全偏光状態を被覆する光ビームを、微小光共振器を用いてオンチップで生成することを目標とする。フルポアンカレビームはスキルミオンで表現されるトポロジカルな偏光分布を持ち、同ビームの持つこの特異な偏光分布は新奇光トラップやレーザー加工等への応用が期待されている。同ビームの生成は現在バルクの光学素子を利用した報告に限定されているが、微小光共振器を用いてオンチップで生成することが可能になればセンサー等への応用の可能性が拓け、同ビームの有用性を一層引き立てることが期待される。昨年度の研究では、微小光共振器を用いてフルポアンカレビームを生成する手法を世界で初めて見出し、数値解析による検証とデバイスの設計を行った。本年度では、設計したデバイスの作製技術と評価技術を開発し、提案手法の実験的実証を行った。本研究で提案したデバイスはリング共振器上に微小な屈折率摂動から成る2重の回折格子を有する。同提案デバイスの作製にはグレースケールリソグラフィーを模した電子線リソグラフィ技術を開発することにより、リング共振器上に微小な浅い穴を形成することにより達成した。同デバイスへの光入力と、出力された光の遠方界偏光分布が評価可能な光学系を構築し、作製デバイスからの放射が遠方界にてスキルミオンで表現される偏光分布を持ち、フルポアンカレビームであることを観測した。本研究は微小光共振器によるフルポアンカレビームの生成に世界で初めて成功しており、本成果は同ビームの応用範囲をより一層広げるとともに、光科学、特にトポロジカル光波科学の分野の発展に貢献し得ると確信している。