Topological lightwave synthesis and its applications towards nano-scale materials processing

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’Structured Light’、いわゆる「構造化された光」の最も代表的なものに光渦がある。光渦とは、螺旋波面に由来する円環強度分布(光強度の暗点)と軌道角運動量を持つ光波の総称であり、代表的な光渦は円筒座標系の近軸固有解であるラゲールガウスモードである。これらの「構造化された光」は、現在、空間多重光通信や物質操作をはじめとする様々な応用が展開されているが、最も重要な研究課題の一つに多様な「構造化された光」を高効率に発生させるか、がある。Praveen Kumar 博士は、MATLABをはじめとするプログラム言語に卓越しており、液晶空間変調器を駆使して、多彩な「構造化された光」の発生に成功した。具体的には、一台の空間変調器から次数の異なる多数の光渦や軸対称偏光ビームなどの「構造化された光」を発生させると同時に、同じく、液晶空間変調器を用いて、その位相や偏光を精密に計測する方法などを提案した。通常、「構造化された光」の発生と検出には二台の空間変調器が必要となるが、この方法を用いることで、多彩な「構造化された光」の発生と検出を一台の液晶空間変調器で可能にした。また、Praveen Kumar 博士は、複数の「構造化された光」のコヒーレントな重ね合わせで発生できるハイブリッドな「構造化された光」を発生させることにも尽力した。特に、次数の異なる光渦モードを直交する円偏光にして重ね合わせることで発生できる光スキルミオンなどの発生に成功した。光スキルミオンは、ポアンカレ球上のすべての偏光状態を二次元的なビーム断面に射影したした光で、物質の二次元構造に光の偏光を直接インプリントできる可能性のある光である。