トポロジカルフォトニクスによる光駆動マイクロマシンの探究

使用拓扑光子学探索光驱动微型机器

• 批准号: 20651037
• 负责人: 丸尾 昭二
• 金额: $ 2.05万
• 依托单位: Yokohama National University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 2009
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-20651037/
• 关键词: マイクロマシン; 光トラッピング; マイクロ光造形

本研究では、空間的に位相が制御された特異な光(ラゲール・ガウスビーム:LG beam)が有する軌道角運動量と、幾何学的にデザインされた微小回転体の相互作用を解明し、レーザー光の力(放射圧)によって駆動するマイクロマシンの究極の姿を探究することを目的としている。本年度は、これまでに我々が開発してきたスパイラルロータを用いたマイクロポンプの開発と、この光回転ロータの形状最適化に関する研究に取り組んだ。まず、湾曲流路内に2つのスパイラルロータを配置し、それらを空間光変調素子を用いて形成した複数焦点スポットによって同時に高速回転駆動する駆動システムを構築した。そして、実際に2つのロータを同時回転させることで、従来実現されていなかったマイクロ微小物体の長距離輸送を可能とした。このようなマイクロポンプは、セルソータなどへの応用が期待される。また、スパイラルロータの回転性能を上回るロータ形状について検討した。具体的には、有限差分時間領域法(FD-TD法)に基づく解析プログラムを開発し、従来ロータの回転数を数十倍に増強可能なロータ形状を見出した。さらに、実際に、解析によって見出したロータ形状を2光子マイクロ光造形法によって造形するために、造形条件の最適化と高分解能化を行い、150nm程度の線幅でアスペクト比の高いロータを形成できる条件を決定した。今後、この最適条件でロータを実際に試作し、光駆動実験を行う予定である。

The purpose of this study is to investigate the interaction between the orbital angular motion and the geometric phase of the LG beam, and to understand the force (radiation pressure) of the LG beam, and to explore the ultimate posture of the LG beam. This year, we have selected a group of researchers to develop and optimize the shape of the optical fiber. The spatial light modulator is used to form a plurality of focal points and to construct a high-speed reciprocating motion system. 2. It is possible to transport small objects over long distances. This is the first time I've ever seen a person who's been in a relationship with someone else. For example, if you want to change the shape of your car, you can change the shape of your car. In detail, the finite difference time domain method (FD-TD method) is used to analyze the basic structure of the system, increase the number of cycles by dozens of times, and increase the possible shape of the system. In addition, the optimization of the shape conditions and the high resolution energy of the line amplitude of 150nm are determined by the two-photon optical modeling method. In the future, we will try out the best conditions for this in real time, and we will make decisions on the actual implementation of light and motion.

项目成果

ラゲールガウスビームを用いたマイクロ構造体の光駆動

使用拉盖尔高斯光束对微结构进行光学驱动

• 发表时间: 2009
• 作者: 斉藤洋平;丸尾昭二
• 通讯作者: 丸尾昭二

Optically driven micropump with a twin spiral microrotor

• DOI: 10.1364/oe.17.018525
• 发表时间: 2009-10-21
• 期刊: OPTICS EXPRESS
• 影响因子: 3.8
• 作者: Maruo, Shoji;Takaura, Akira;Saito, Yohei
• 通讯作者: Saito, Yohei

ラゲールガウスビームを用いた光マニピュレーシヨン

使用拉盖尔高斯光束进行光学操纵

• 发表时间: 2008
• 作者: 斉藤洋平;丸尾昭二
• 通讯作者: 丸尾昭二

A viscous micropump using a spinning microrotor driven by a Laguerre-Gaussian beam

使用由拉盖尔高斯光束驱动的旋转微转子的粘性微泵

• 发表时间: 2009
• 作者: S.Maruo;Y.Saito
• 通讯作者: Y.Saito