Yasuo Ohtera

従来、光通信や光計測の分野では、単純な直線偏光や円偏光など、ビーム断面内のいたるところ偏光状態が一定である偏光が用いられてきた。これはそのような古典的偏光状態が、レーザーや、あるいは熱光源と偏光子の組み合わせで容易に生成できたからである。一方、近年これらの分野で、光電場の偏光方向がビームの断面内で一様でない、いわゆる「ベクトル偏光ビーム」に注目が集まっている。古典的な偏光状態では、状態の自由度が２（直交する２偏光）であったのに対し、ベクトル偏光ビームでは直交する偏光状態の組み合わせが多数存在する。この性質を利用すると、例えば光ファイバー通信においては、偏波多重によって伝送容量の大幅な増大が期待できる。またベクトル偏光ビームの中には伝搬に伴う回折拡がりが極端に小さいものがあり、空間光通信用のビームとして利用することができる。また同心円状の偏光パターンを持つビームは光ピンセット用のプローブとして機能させうるため、微細粒子の位置制御など、ナノ加工技術への応用も期待できる。 ベクトル偏光ビームを発生させる手段として、ガスレーザないし固体レーザーのエタロン鏡に特殊な偏光選択機能を持つ素子を用いる方法や、レーザーの外部に置いた円錐状のレンズで波面を変換する方法などが提案されてきた。しかしいずれの方法も総じて大掛かりであり、コンパクトな発生光源が待望されている。 申請者のグループでは最近、波長以下のスケールの微細周期構造の示す「導波モード共鳴現象」を利用した、新しい円形光共振器を提案した。従来の円形共振器では波長の異なる、多数の縦モードが発振するのに対し、この共振器では広い波長領域で実質的に単一のモードしか発振しないという特徴がある。それに加えて、発振のモード形状がベクトルビーム状となることが電磁界の数値シミュレーションで明らかになっている。このモードの電磁界を外部に取り出せれば、コンパクトなベクトルビーム生成デバイスが実現できることになる。本開発課題は、このようなビーム直接生成用のデバイスを、石英基板上に形成した光導波路型で実現することを狙う。

サブ波長周期構造を用いた多層膜またはフォトニック・メタ表面の新規光学機能を理論的に解明し、その機能性波長選択フィルターへの応用を図るために実際の素子の試作や素子を使用したイメージング計測を含む実証実験を行う。

近年、光通信や光計測分野における情報処理の高精度・大容量化に伴い、用いられる光学素子にも古典的な素子を超える、高度な多機能化や機能集積化が求められつつある。本研究では基本光学素子の一つである誘電体多層膜型光学フィルターにおいて、膜に多次元的なサブミクロンの微細周期構造を附与することにより、従来型の素子にはない革新的な機能を発現させることを狙う。 具体的には以下の３種類の光操作機能の実現を、理論と実験の両面から検証する a) ストップバンド中での反射率が桁違いに低い理想ダイクロイック・ミラー b) 巨大な旋光性を有する旋光子・円偏光フィルター c) 場所ごとに異なる透過特性を示す、スペクトル整形フィルター

多層膜型フォトニック結晶分光フィルターを開発し、それと可視ないし近赤外のイメージセンサーを一体集積化することで、動画も取得可能な分光センサーを構成する。

フォトニック結晶偏光子の電磁界解析技術を開発し、それを用いて機能の拡張及び新規機能の探索を行う。

サブ波長スケールの光学的周期構造体中での電磁界伝搬を解析することを目的として、有限差分時間領域法（FDTD法）に基く数値シミュレーションツール群を開発・整備する。