リング状光格子アレイを利用した光トラップに基づく浮遊型動的メタマテリアルの光形成

電磁波の波長以下の微細な金属や誘電体構造（メタ原子）を周期的に配列させることで自然界には無い電磁応答特性を発現させるメタマテリアルの研究の多くは、基板内部ないし表面上にフォトリソグラフィーなどで直接メタ原子を形成するが、形成されるメタ原子のサイズや形状が固定化されるため、その電磁応答特性を後天的に制御することは難しい。本研究では、強度分布の時空間変形が可能な特異なビーム（リング状光格子）を用いた光ピンセット技術に立脚し、光学的にトラップされた微粒子から成る動的なメタマテリアルを光形成することに挑戦する。トラップ光のビーム形状を高速変調させ、MHz以上の周波数でメタ原子が高速回転・変形するという従来に類を見ないメタマテリアルを形成するとともに、その電磁応答特性を理論と実験の両面から解明する。令和４年度は、主に光ピンセットの実験を進めた。波長488nm、532nm、980nmの光源をそれぞれ用い、ガウシアン光・光渦・リング状光格子により誘電体微粒子と金ナノ粒子の光トラップが可能かを検証した。また、光ピンセット環境下での補足粒子の高速操作を実現するには、粘性抵抗等の無い真空環境下での光ピンセットが求められるため、高真空環境下での光ピンセット装置の構築の準備を進めた。さらに、光トラップのアレイ構造を形成するために、21x21スポットにリング状光格子を等エネルギーで発生させる機能を持つDammann-Q-plate（DQP)の設計を行った。

電磁波の波長以下の微細な金属や誘電体構造（メタ原子）を周期的に配列させることで自然界には無い電磁応答特性を発現させるメタマテリアルの研究の多くは、基板内部ないし表面上にフォトリソグラフィーなどで直接メタ原子を形成するが、形成されるメタ原子のサイズや形状が固定化されるため、その電磁応答特性を後天的に制御することは難しい。本研究では、強度分布の時空間変形が可能な特異なビーム（リング状光格子）を用いた光ピンセット技術に立脚し、光学的にトラップされた微粒子から成る動的なメタマテリアルを光形成することに挑戦する。トラップ光のビーム形状を高速変調させ、MHz以上の周波数でメタ原子が高速回転・変形するという従来に類を見ないメタマテリアルを形成するとともに、その電磁応答特性を理論と実験の両面から解明する。令和４年度は、主に光ピンセットの実験を進めた。波長488nm、532nm、980nmの光源をそれぞれ用い、ガウシアン光・光渦・リング状光格子により誘電体微粒子と金ナノ粒子の光トラップが可能かを検証した。また、光ピンセット環境下での補足粒子の高速操作を実現するには、粘性抵抗等の無い真空環境下での光ピンセットが求められるため、高真空環境下での光ピンセット装置の構築の準備を進めた。さらに、光トラップのアレイ構造を形成するために、21x21スポットにリング状光格子を等エネルギーで発生させる機能を持つDammann-Q-plate（DQP)の設計を行った。