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近視野光を捉え、粒子の操作、高解像度顕微鏡、通信を改善

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September, 15, 2020, Cambridge--現在、近接場光は主に超高解像度顕微鏡、近接場走査型顕微鏡(NSOM)に使用されている。しかし、近接場は、粒子操作、センシング、光通信に未開発の可能性がある。とは言え、近接場光は、遠視野光のようにわれわれの目には届かないので、研究者は近接場を利用し、操作するための包括的なツールキットを開発していない。

今回、SEAS研究者は、近接場を作るシステムを開発した。これは、この強力で、概ね未開拓の光に対する前例の内制御に道を開く。研究成果は、Sciencwに発表された。

論文のシニアオーサ、Federico Capassoは、「過去数年、われれのグループは、サブ波長パタンメタサーフェスを利用して、伝搬する光を構造化する強力な新技術を開発した。この研究で、遠くから近接場を構造化する方法を示した。これは、科学技術に素晴らしい機会を開くことになる」とコメントしている。 

近接場腔を操作するために研究者は、導波路に閉じ込められた光が2つのリフレクタの間を前後に跳ね回るデバイスを開発した。1回跳ねるごとにそれはモードを変える、つまり異なる空間パタンで伝搬する。何度も跳ねるとこれらのパタンは、導波路に沿って複雑な光強度プロファイルを生成することになる。導波路表面近くの近接場光も変化する。近接場光のすべての異なるパタンが、相互に重なり合うと、特殊な形状が生まれる。研究チームは、跳ね回る光のモードの振幅を調整することで成形するプログラムを前もって作ることができる。

「これらすべてのモードの共存は、デバイス表面に近接場風景を自由に作るように設計できる。その風景の形状は、統合されたカスケード光の特性によって決まる」とSEASの研究助手、Marco Piccardoは説明している。 

Ginisによると、それは音楽のようである。「聞いている音楽は、作曲家が考えたパタンに組み立てられた多くの音符、音階の重なりである。一つの音符だけでは十分ではないが、まとめるとどんなタイプの音楽でも生み出せる。音楽は時間的に演奏するが、われわれの近接場ジェネレータは、3D空間で動作し、われわれのデバイスの特に魅力てな面は、1つの音符が他方を生み出すことである」(Vincent Ginis)。

重要なことは、この成形プロセスが遠隔で起こること、つまりデバイスのいかなる部分も近接場光と直接相互作用しない。これは、干渉を減らす。この点は、粒子の操作のようなアプリケーションでは重要である。また、金属チップやナノ粒子に光を照射するような現在の近接場を形成する方法から大きく離脱する。

その設計を実証するために研究チームは、象の形状に近接場腔を成形した。もっと正確に言うと、ボアコンストリクタ内の像である。サンテグジュペリの「小さな王子様」の外形寸法で作品に敬意を表している。

研究チームは、その光を曲線、台地、直線にも成形した。

Capassoによると、この研究は近接場光の前例のない3D制御に道を開く。「将来、この研究から出てくる素晴らしい発見と技術開発の前兆である」とコメントしている。

(詳細は、https://www.seas.harvard.edu)